KR20210072611A - 사막기후 적용형 온실 냉방 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 사막기후 적용형 온실 냉방 시스템으로, 좀 더 자세하게는 작물의 생육 단계별로 냉방을 진행하고 온습도의 불균일을 최소화하여 효율적으로 냉방하는 기술을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 사막기후 적용형 온실 냉방 시스템은 냉방용 냉수를 생산하는 냉수 생성부, 냉풍을 온실 내에 송풍하는 냉방부 및 작물의 생육상태 및 상기 온실 내의 환경정보 중 적어도 하나에 기초하여 상기 냉방부를 제어하는 제어부를 포함한다. 본 발명을 통해 효율적 냉방으로 사막지역 시설원예 생산성 향상 및 수분 회수로 물사용량을 절감할 수 있다.

Description

사막기후 적용형 온실 냉방 시스템{DESERT CLIMATE APPLIED GREENHOUSE COOLING SYSTEM}
본 발명은 사막기후 적용형 온실 냉방 시스템으로, 좀 더 자세하게는 작물의 생육 단계별로 냉방을 진행하고 온습도의 불균일을 최소화하여 효율적으로 냉방하는 기술을 제공한다.
계절의 영향을 받지 않고 농작물을 산업적으로 연속 재배하기 위하여 시설재배 하우스. 또는 온실 등이 사용되고 있으며, 온실내부를 작물의 재배에 적합한 온도로 유지하기 위하여 다양한 냉난방 시스템의 선행기술이 알려져 있다.
중동지역의 고온, 강한 인사의 사막기후와 부족한 수자원은 시설원예의 제약요건으로 작용하나, 최근 정세 불안으로 인한 식량안보와 포스트오일시대에 대비하기 위하여 시설원예에 대한 투자와 관심이 증가하고 있다.
중동지역의 온실은 고온건조 기후에 적합한 팬앤패드, 포그 등의 증발냉각 방식을 대부분 사용하고 있으나, 냉방에 사용되는 물사용량이 재배 관수량을 3~6배에 달해 수자원 관리에 문제가 되며 과도한 증발냉각 사용으로 과습에 의한 병해 발생이 빈번해졌다.
국내에서는 온난화에 의한 여름일수 증가와 이상기후에 따른 혹서의 빈발로 시설원예의 냉방 관련 연구가 증가하고 있으며, 주로 차광, 환기 등 냉방부하 저감 기술과 포그, 미스트, 팬앤패드 등 소극 냉방이 주로 사용되고 있다.
본 발명은 중동지역의 원예시설 수요에 대응하며, 온실의 주년 활용도와 생산품질의 향상이 가능한 사막기후 적용 물절약형 온실 냉방기술을 개발하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 사막기후 적용형 온실 냉방 시스템은 냉방용 냉수를 생산하는 냉수 생성부, 냉풍을 온실 내에 송풍하는 냉방부 및 작물의 생육상태 및 상기 온실 내의 환경정보 중 적어도 하나에 기초하여 상기 냉방부를 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 냉방부는 온실 내에 규칙적인 간격으로 배치되며, 상기 냉수를 냉풍으로 변환하고 상기 냉풍을 상기 온실 내에 송풍하며, 공기 중의 수분을 회수하여 급수탱크에 공급하는 적어도 하나 이상의 팬코일유닛을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 냉방부는 적어도 하나 이상의 팬코일유닛에 연결되어 상기 온실의 재배배드 하부에 배치되며, 상기 작물이 위치한 작물영역으로 상기 냉풍을 송풍하는 적어도 하나 이상의 천공 냉풍덕트를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 온실 내의 환경 불균일을 측정할 수 있는 적어도 하나의 온습도 센서를 더 포함하고, 제어부는 작물의 생장점에 기초하여 적어도 하나 이상의 팬코일유닛의 수직이동을 제어하는 적어도 하나 이상의 팬코일유닛 수직이동 모듈과 온실 내의 환경 불균일에 기초하여 상기 적어도 하나 이상의 팬코일유닛의 수평이동을 제어하는 적어도 하나 이상의 팬코일유닛 수평이동 모듈 및 적어도 하나 이상의 장치를 제어하는 제어기를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제어부는 상기 작물의 생육상태에 기초하여 제1 생육상태 냉방모드 및 제2 생육상태 냉방모드를 결정하고, 작물의 생장점의 높이가 제1임계값 미만인 경우에는 제1 생육상태 냉방모드로 결정되며, 작물의 생장점의 높이가 제1임계값 이상인 경우에는 제2 생육상태 냉방모드로 결정된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 온실의 제1벽에 설치된 패드 및 온실의 상기 제1벽과 마주보는 제2벽에 설치된 팬을 더 포함하며, 제1 생육상태 냉방모드인 경우, 상기 팬코일유닛과 상기 냉풍덕트는 연결되고, 팬코일유닛은 온실의 제2벽에 인접하게 배치되어 상기 제1벽 방향으로 냉풍을 송풍하며, 제2 생육상태 냉방모드인 경우, 팬코일유닛과 상기 냉풍덕트는 분리되고 상기 팬코일유닛은 상기 작물의 생장점 높이에 위치되어 냉풍을 송풍한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 적어도 하나 이상의 팬코일유닛의 수직이동 모듈은 적어도 하나 이상의 팬코일유닛의 높이를 조절할 수 있는 높이 조절 지지대 및 작물의 생장점을 인식하여 상기 제어부에 상기 작물의 생육상태를 송신하는 적어도 하나 이상의 인식장치를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 적어도 하나 이상의 팬코일유닛의 수평이동 모듈은 온실내의 환경 불균일을 인식하여 상기 제어부에 상기 온실내의 환경 정보를 송신하여 상기 적어도 하나 이상의 팬코일유닛을 이동시키기 위한 레일과 적어도 하나 이상의 팬코일유닛을 상기 레일의 연장방향에 따라 이동시키는 적어도 하나 이상의 전동 모터를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 사막기후 적용형 온실 냉방 시스템 동작방법으로, 냉수 생성부가 냉방용 냉수를 생산하는 단계, 공기 중의 수분을 회수하여 급수탱크에 공급하는 단계 및 제어부가 작물의 생육상태 또는 상기 온실 내의 환경정보 중 적어도 하나에 기초하여 상기 냉방부를 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 냉풍을 송풍하는 단계는 적어도 하나 이상의 팬코일유닛이 상기 온실 내에 규칙적인 간격으로 배치되며, 상기 냉수를 냉풍으로 변환하고 상기 냉풍을 상기 온실 내에 송풍하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 냉방부를 제어하는 단계는 적어도 하나 이상의 팬코일유닛 수직이동 모듈이 작물의 생장점에 기초하여 적어도 하나 이상의 팬코일유닛의 수직이동을 제어하는 단계, 적어도 하나 이상의 팬코일유닛 수평이동 모듈이 상기 온실 내의 환경 불균일에 기초하여 상기 적어도 하나 이상의 팬코일유닛의 수평이동을 제어하는 단계 및 제어기가 적어도 하나 이상의 장치를 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 수직이동을 제어하는 단계는 높이 조절 지지대가 상기 적어도 하나 이상의 팬코일유닛의 높이를 조절하는 단계 및 적어도 하나 이상의 인식장치가 상기 작물의 생장점을 인식하여 상기 제어부에 생육정보를 송신하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 수평이동을 제어하는 단계는 레일이 상기 온실내의 환경 불균일을 인식하여 상기 제어부에 상기 온실내의 환경 정보를 송신하여 상기 적어도 하나 이상의 팬코일유닛을 수평으로 이동시키는 단계, 적어도 하나 이상의 전동 모터가 상기 적어도 하나 이상의 팬코일유닛을 상기 레일의 연장방향에 따라 이동시키는 단계를 포함한다.
본 발명을 통해 효율적 냉방으로 사막지역 시설원예 생산성 향상 및 수분 회수로 물사용량을 절감할 수 있다.
도 1은 본 출원의 일 실시예에 따른 사막기후 적용형 온실 냉방 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 출원의 일 실시예에 따른 사막기후 적용형 온실 냉방 시스템의 개략도이다.
도 3은 본 출원의 일 실시예에 따른 냉방부의 블록도이다.
도 4는 본 출원의 일 실시예에 따른 제어부의 블록도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 출원의 일 실시예에 따른 제1 생육상태 냉방모드의 동작을 보여주는 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 출원의 일 실시예에 따른 제2 생육상태 냉방모드의 동작을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 출원의 일 실시예에 따른 사막기후 적용형 온실 냉방 시스템의 동작 방법을 단계적으로 도시한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시(present disclosure)를 설명한다. 본 개시는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있다. 그러나, 이는 본 개시를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경 및/또는 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용되었다.
본 개시 가운데 사용될 수 있는 "포함한다" 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 개시된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 개시에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 개시에서 "또는" 등의 표현은 함께 나열된 단어들의 어떠한, 그리고 모든 조합을 포함한다. 예를 들어, "A 또는 B"는, A를 포함할 수도, B를 포함할 수도, 또는 A 와 B 모두를 포함할 수도 있다.
본 개시 가운데 "제 1," "제2," "첫째," 또는 "둘째," 등의 표현들이 본 개시의 다양한 구성요소들을 수식할 수 있지만, 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들어, 표현들은 해당 구성요소들의 순서 및/또는 중요도 등을 한정하지 않는다. 표현들은 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분 짓기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 사용자 기기와 제 2 사용자 기기는 모두 사용자 기기이며, 서로 다른 사용자 기기를 나타낸다. 예를 들어, 본 개시의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
본 개시에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 개시를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 개시에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 출원의 일 실시예에 따른 사막기후 적용형 온실 냉방 시스템(10)의 블록도이다. 도 2는 본 출원의 일 실시예에 따른 사막기후 적용형 온실 냉방 시스템(10)의 개략도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 사막기후 적용형 온실 냉방 시스템(10)은 냉수 생성부(110), 냉방부(120), 제어부(130)를 포함한다,
사막기후 적용형 온실 냉방 시스템(10)은 사막기후 온실(100)에서 사용되고 있는 팬앤패드를 사용하는 온실(100)에 설치되며, 팬앤패드 온실(100)은 온실(100)의 제2벽(102)에 팬이 설치되어 있고, 마주보는 제1벽(101)에 패드가 설치되어 있는 구조이다.
팬앤패드 온실(100)은 설치된 제1벽(101)방향으로 패드에 물을 흘려보내고, 제2벽(102)에 설치되어 있는 팬으로 공기의 흐름을 만들어 낸다. 공기의 흐름으로 인해 패드가 머금고 있던 물이 증발하여 차가운 공기를 생성시키는 기화열의 원리를 이용한 방식이다. 패드는 물의 증발 접촉면을 극대화시키기 위하여 벌집구조모양으로 설계될 수 있다.
냉수 생성부(110)는 냉방용 생수를 생성하며, 축냉조(111)와 히트펌프(112)를 포함하고 있다. 히트펌프(112)의 구성은 압축기, 응축기, 증발기, 팽창밸브 등으로 이루어진 통상적인 히트펌프(112)와 유사하기에 별도의 구성관계는 생략할 것이다. 다만, 히트펌프(112)는 외부의 공기열이 증발기에 해당되는 열교환기에 전달되거나, 압축기가 배제된 상태에서 응축기에 열원이 전달될 수도 있다. 히트펌프(112)에서는 생성되거나 공급된 냉열이 축냉조(111)에 전달되어 저장되며, 축냉조(111)에서 냉방용 열원이 온실(100)의 공급장치에 전달된다.
냉방부(120)는 냉풍을 온실(100) 내에 송풍한다.
냉방부(120)는 팬코일유닛(121)과 냉풍덕트(122)를 포함한다. 팬코일유닛(121)과 냉풍덕트(122)는 복수 개일 수 있다.
팬코일유닛(121)은 상기 온실(100) 내에 규칙적인 간격으로 배치된다. 작물 영역과 장물 영역 사이에 임계 거리를 두고 위치할 수 있다. 축냉조(111)의 냉수로 냉풍을 만들어 온실(100) 내에 냉풍을 송풍한다. 또한 열교환기 표면의 응축에 의한 공기 중의 수분을 회수하여 급수탱크(103)로 공급한다. 팬코일유닛(121)은 작물의 생장점과 온실(100) 내 환경 불균일에 기초한 모드에 따라 위치와 사용 여부가 결정된다. 이와 관련된 내용은 도 5a 및 도 5b를 참조하여 후술될 것이다.
냉풍덕트(122)는 팬코일유닛(121)과 연결이 가능하며, 팬코일유닛(121)과 연결하여 재배배드 하부에 배치된다. 냉풍덕트(122)는 작물이 위치한 작물 영역으로 냉풍을 송풍한다. 냉풍덕트(122)는 모드에 따라 사용 여부가 결정된다. 이와 관련된 내용은 도 6a 및 도 6b를 참조하여 후술될 것이다.
제어부(130)는 작물의 생육상태 및 상기 온실(100) 내의 환경정보 중 적어도 하나에 기초하여 상기 냉방부(120)를 제어한다.
제어부(130)는 팬코일유닛 수직이동 모듈(131), 팬코일유닛 수평이동 모듈(132) 및 제어기(133)를 포함한다. 팬코일유닛 수직이동 모듈(131) 및 팬코일유닛 수평이동 모듈(132)은 팬코일유닛(121)과 동일한 개수로 존재할 수 있으며, 적어도 하나 이상의 복수개로 존재할 수 있다.
팬코일유닛 수직이동 모듈(131)은 작물의 생장점에 기초하여 적어도 하나 이상의 팬코일유닛(121)의 수직이동을 제어한다. 팬코일유닛(121)의 수직이동 모듈은 높이 조절 지지대(134) 및 인식장치(135)를 포함한다.
높이 조절 지지대(134)는 팬코일유닛(121)의 수직방향으로 높이를 조절하고, 인식장치(135)는 작물의 생장점을 인식하여 제어부(130)에 작물의 생육상태를 송신한다. 생장점의 위치 정보를 제어부(130)에 전송하고, 제어부(130)는 이를 이용하여 높이 조절 지지대(134)를 제어할 수 있다.
이때, 높이 조절 지지대(134)는 자바라 형태일 수 있다. 또한, 인식장치(135)는 IP카메라, HD-SDI 카메라, 아날로그 카메라, 화재감지 컬러카메라, 열화상 카메라, SD(720x486, NTSC)급의 해상도에서 HD(1920x5080, HD5080p) 카메라, IP줌 스피드 카메라 또는 CCTV 카메라, 초음파 센서, 레이저 센서, 적외선 및 열감지 센서, 근접 센서, 스테디캠, 자이로센서, 제스처 센서, 기압 센서, 마그네틱 센서, 가속도 센서, 그립 센서, 컬러 센서, 생체 센서, 조도 센서, 또는 UV(ultra violet) 센서일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 인식장치는 작물의 생육상태에 관한 정보를 제어부(130)에 추가적으로 전송할 수 있다. 작물의 생육상태에 관한 정보 제공을 통해 더 정확하게 팬코일유닛의 수직이동 모듈(131)을 제어할 수 있다. 이때, 작물의 생육상태에 관한 정보는 작물의 생장 속도, 작물의 상태, 개화 및 수확시기를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 있어서, 작물의 상부에 QR코드 판이 배치되고, 인식장치가 이를 통하여 작물의 생장점을 인식하고, 작물의 생육상태 정보를 제어부(130)에 송신할 수 있다. QR코드 판은 작물의 위치 또는 생장점을 인식하는데 사용될 뿐만 아니라, 추가적으로 작물의 종류, 개종 시기를 비롯한 작물의 정보를 포함할 수 있다. 이와 같은 실시예에서 인식 장치는 카메라 혹은 QR코드 리더기일 수 있다. QR코드는 이와 유가한 기능을 수행하는 다른 전자 식별판으로도 대체될 수 있으며, 이외에도 다양한 형태로 제공될 수 있다. 이를 통해, 생장점의 위치 파악뿐만 아니라 작물의 정보 제공이 가능하여 팬코일유닛의 수직이동 모듈(131)의 자동 제어가 가능하다.
팬코일유닛 수평이동 모듈(132)은 온실(100) 내의 환경 불균일에 기초하여 적어도 하나 이상의 팬코일유닛(121)의 수평이동을 제어한다. 팬코일유닛 수평이동 모듈(132)은 레일(136)과 전동모터를 포함한다. 레일(136)은 작물영역과 작물영역 사이에 일정 거리를 두고 위치한다. 또한 레일(136)의 연장방향에 따라 사막기후 적용형 온실 냉방 시스템(10)이 이동할 수 있도록 전동 모터(137)를 제어한다.
도 3은 본 출원의 일 실시예에 따른 냉방부(120)의 블록도이다.
도 3을 참조하면, 냉방부(120)는 팬코일유닛(121)과 냉풍덕트(122)를 포함하고 있다.
팬코일유닛(121)은 도 1 내지 도 2에서 설명된 것처럼 온실(100) 내에 규칙적인 간격으로 배치되어 있다. 작물이 위치해있는 작물영역과 작물영역 사이에 위치하여 전체 온실(100) 내의 냉풍을 송풍하는 것이 가능하고, 군락영역만 집중적으로 냉풍을 송풍하는 것도 가능하다.
또한, 팬코일유닛(121)은 냉풍덕트(122)와 연결되어 사용될 수 있다. 팬앤패드 온실(100)은 패드에서 팬 방향으로 갈수록 온도가 상승하고, 외부기온, 팬과 패드의 용량 및 패드 공급 수량에 따라 온도 상승량이 다를 수 있다. 따라서, 팬코일유닛(121)을 팬앤패드 온실(100)에서 팬이 설치된 제2벽(102)에 인접하게 설치하여 패드쪽으로 냉풍을 공급함으로써 온실(100)의 온도 불균일을 상쇄시킬 수 있다.
팬코일유닛(121)의 표면온도가 주변 공기의 이슬점 온도보다 낮아지면 표면응축이 발생하여 응축수가 낙하하여 하부의 집수통에 모이게 된다. 팬코일유닛(121)은 모이게 된 응축수를 펌프를 이용하여 팬앤패드의 급수탱크(103)로 공급한다.
냉풍덕트(122)는 도 1 내지 도 2에서 설명된 것처럼 온실(100)의 재배배드 하부에 배치되어있다. 재배배드 하부에서 작물이 위치한 작물영역으로 냉풍을 송풍한다. 냉풍덕트(122)는 팬코일유닛(121)과 연결되어 사용할 수 있고, 연결되지 않고 사용하지 않을 수 있다. 이때, 냉풍덕트(122)는 천공 냉풍덕트일 수 있다.
도 4는 본 출원의 일 실시예에 따른 제어부(130)의 블록도이다.
도 4를 참조하면, 제어부(130)는 팬코일유닛 수직이동 모듈(131), 팬코일유닛 수평이동 모듈(132) 및 제어기(133)를 포함한다.
팬코일유닛 수직이동 모듈(131)은 작물의 생장점에 기초하여 적어도 하나의 팬코일유닛(121)의 수직이동을 제어한다. 팬코일유닛 수직이동 모듈(131)은 높이 조절 지지대(134) 및 인식장치(135)를 포함한다.
높이 조절 지지대(134)는 팬코일유닛(121) 아래에 부착되어 팬코일유닛(121)이 작물의 생장점 높이에 위치되어 냉풍을 송풍할 수 있도록 하며, 높이 조절 지지대(134)는 자바라형태일 수 있다.
인식장치(135)는 온실(100) 내 및 작물 중 적어도 하나에 부착되어 있을 수 있으며, 작물의 생장점의 위치를 인식하여 제어부(130)에 작물의 생육상태를 송신한다.
팬코일유닛 수평이동 모듈(132)은 레일(136)과 전동 모터(137)를 포함한다. 레일(136)과 전동 모터(137)는 복수개로 존재할 수 있으며, 전동 모터(137)는 팬코일유닛(121)의 수와 비례하게 존재할 수 있다.
레일(136)은 온실(100) 내의 환경 불균일을 인식하여 제어부(130)에 온실(100) 내의 환경 정보를 송신하여 적어도 하나의 팬코일유닛(121)을 이동시킨다. 레일(136)은 작물이 위치하는 제1작물 영역과 제2작물 영역사이에 위치하며, 제1작물 영역 또는 제2작물 영역의 길이만큼 연장될 수 있다.
또한, 제1작물 영역과 제2작물 영역사이를 제1레일영역, 제2작물 영역과 제3작물 영역사이를 제2레일영역이라고 한다면, 제1레일영역과 제2레일영역이 연결되어 온실(100) 내에 지그재그 형식으로 연장된 형태로 존재할 수 있다.
전동 모터(137)는 적어도 하나의 팬코일유닛(121)을 레일(136)의 연장방향에 따라 이동시킨다. 전동 모터(137)는 레일(136)과 맞닿아 있으며, 높이 조절 지지대(134) 하부에 부착되어 있을수 있다.
제어기(133)는 사막기후 적용형 온실 냉방 시스템(10)이 포함하고 있는 적어도 하나의 장치를 제어할 수 있다. 사막기후 적용형 온실 냉방 시스템(10)은 온실(100) 내의 환경 불균일을 측정할 수 있는 적어도 하나 이상의 온습도 센서(138)를 포함한다.
제어기(133)는 사막기후 적용형 온실 냉방 시스템(10)의 동작 모드에 따라 작동한다. 동작모드는 제1 생육상태 냉방모드와 제2 생육상태 냉방모드를 포함하며, 이와 관련된 자세한 내용은 도 5a 내지 도 6b에서 후술될 것이다.
제1 생육상태 냉방모드는 작물의 생장점의 높이가 제1임계값 미만인 경우를 나타내며, 제2 생육상태 냉방모드는 작물의 생장점의 높이가 제1임계값 이상인 경우를 나타낸다.
도 5a 및 도 5b는 본 출원의 일 실시예에 따른 제1 생육상태 냉방모드의 동작을 보여주는 도면이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 제1 생육상태 냉방모드는 작물의 생장점의 높이가 제1임계값 미만인 경우로, 주로 생육 초기로 정식기에서 개화기까지를 의미한다.
제1 생육상태 냉방모드는 생장점의 높이가 제1임계값 미만일 경우에 집중적으로 냉방할 수 있는 모드이다.
작물이 정식 후 부터 생육이 진행되어 개화가 시작되는 생육초기에는 작물에 집중적으로 냉방을 할 수 있도록 축냉조(111)에서 냉수를 공급받아 냉풍을 발생시키는 팬코일유닛(121)을 온실(100)의 제2벽(102)에 인접하게 배치하고, 재배배드 하부의 냉풍덕트(122)와 팬코일유닛(121)을 연결한다. 높이 조절 지지대(134)로 작물의 생장점에 팬코일유닛(121)이 위치하게 한다. 팬코일유닛(121)을 온실(100) 제2벽(102)에 인접하게 배치하고 냉풍덕트(122)를 제1벽(101)에 배치함으로써, 팬앤패드 온실(100)의 온도 불균일을 감소시킬 수 있다.
이처럼 작물이 생육 초기 상태일 때 환경의 영향을 크게 받기 때문에, 제1 생육상태 냉방모드를 통해 사막기후의 온실(100)에서 정식 직후에 생육적온 이상의 고온에 노출된 정식묘의 고온장해를 예방할 수 있다.
또한, 제1 생육상태 냉방모드를 통해 식물의 생장점이 제1임계값 미만일 경우에는 공간 전체를 냉방하는 공간 냉방보다 군락 영역을 집중적으로 냉방하여, 한계온도 이상에 노출되면 어린 묘는 자라지 못하고 고사하게 되는 것을 예방할 수 있다.
팬코일유닛(121)의 표면온도가 주변 공기의 이슬점 온도보다 낮아지면 표면응축이 발생하여 응축수가 낙하한다. 낙하된 응축수는 하부의 집수통에 모여 펌프를 통해 급수탱크(103)로 공급된다. 제1 생육상태 냉방모드로 동작하며 동시에 공기 중의 수분을 회수할 수 있으며, 공기 중의 수분 회수를 통해 팬앤패드 온실(100)의 문제점이었던 용수사용 과다 문제를 해결할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 출원의 일 실시예에 따른 제2 생육상태 냉방모드의 동작을 보여주는 도면이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 제2 생육상태 냉방모드는 작물의 생장점의 높이가 제1임계값 이상인 경우로, 주로 생육 중후기로 착과기에서 수확기까지를 의미한다. 생육 중후기에는 작물이 어느 정도 자란 상태로, 온실(100) 환경에 대한 적응성이 생기므로 팬코일유닛(121)과 냉풍덕트(122)를 분리하여 공간 냉방으로 전환한다. 제2 생육상태 냉방모드에도 제1 생육상태 냉방모드와 마찬가지로 급수탱크(103)로 용수 공급을 수행한다.
시설원예 작물의 온도에 민감한 기관은 세포분열이 일어나는 생장점으로 보통 줄기 끝의 생장점 혹은 뿌리가 해당된다. 따라서, 사막지역의 강한 일사로 인해 작물의 가장 윗부분인 줄기끝의 생장점이 고온에 노출되어 고온 장해가 발생하는 것을 예방하기 위해 제2 생육상태 냉방모드를 통해 작물의 상부를 기준으로 냉방을 한다.
팬코일유닛(121)과 냉풍덕트(122)는 분리되고 팬코일유닛(121)은 작물의 생장점 높이에 위치되어 냉풍을 송풍하도록 한다. 작물의 생장점 높이를 파악하기 위해 작물에 인식장치(135)를 부착하거나, 온실(100) 내에 카메라를 부착하여 온실(100) 내를 촬영한다. 카메라를 통해 촬영된 영상은 사용자에게 제공될 수도 있다.
외부 기온이 상승함에 따라 팬앤패드 설치온실(100)의 내부에서 팬 방향으로의 온도 상승폭이 커질 수 있으며, 온실(100)조건에 따라 온실(100) 내부에 부분적인 온도와 상대습도 불균일이 방생할 수 있다. 따라서, 온실(100) 내부에 복수개의 온습도센서를 부착하여 온습도 센서(138)의 계측값을 제어기(133)에서 수집한 후, 온실(100) 내의 온습도 불균일 정도를 파악한다. 온습도 센서(138)는 식물의 생장점에 부착될 수 있다.
제어기(133)에 온습도 불균일을 판정할 수 있도록 임계값을 입력함으로써, 온실(100) 내의 온습도 불균일이 발생한 경우 제어기(133)가 팬코일유닛(121) 이동장치에 부착된 전동 모터(137)를 제어한다. 전동 모터(137)로 인해 팬코일유닛(121)이 레일(136)을 따라 정해진 위치에 이동하여 냉방과 제습을 수행하도록 한다. 이때, 팬코일유닛(121)의 위치는 레일(136) 위에 설치된 센서의 위치로 이동하도록 제어할 수 있다.
도 7은 본 출원의 일 실시예에 따른 사막기후 적용형 온실 냉방 시스템(10)의 동작 방법을 단계적으로 도시한 순서도이다.
도 7을 참조하면, S21단계에서 냉수 생성부(110)가 냉방용 냉수를 생성한다.
예를 들어, 냉수 생성부(110)는 냉방용 생수를 생성하며, 축냉조(111)와 히트펌프(112)를 포함하고 있다. 히트펌프(112)는 외부의 공기열이 증발기에 해당되는 열교환기에 전달되거나, 압축기가 배제된 상태에서 응축기에 열원이 전달될 수도 있다. 히트펌프(112)에서는 생성되거나 공급된 냉열이 축냉조(111)에 전달되어 저장되며, 축냉조(111)에서 냉방용 열원이 온실(100)의 공급장치에 전달된다.
S22단계에서 냉방부(120)가 생수를 냉풍으로 변환한다.
예를 들어, 냉방부(120)는 복수개의 팬코일유닛(121)과 복수개의 냉풍덕트(122)를 포함한다. 팬코일유닛(121)은 축냉조(111)의 냉수로 냉풍을 만들어 온실(100) 내에 냉풍을 송풍한다.
냉풍덕트(122)는 팬코일유닛(121)과 연결이 가능하며, 팬코일유닛(121)과 연결하여 재배배드 하부에 배치된다. 냉풍덕트(122)는 작물이 위치한 작물 영역으로 냉풍을 송풍한다.
S23단계에서 냉방부(120)가 공기 중의 수분을 회수하여 급수탱크(103)에 공급한다.
예를 들어, 냉방부(120)는 열교환기 표면의 응축에 의한 공기 중의 수분을 회수하여 급수탱크(103)로 공급한다. 팬코일유닛(121)은 작물의 생장점과 온실(100) 내 환경 불균일에 기초한 모드에 따라 위치와 사용 여부가 결정된다.
S24단계에서 제어부(130)가 모드를 결정한다.
예를 들어, 작물의 생육상태 및 상기 온실(100) 내의 환경정보 중 적어도 하나에 기초하여 상기 냉방부(120)를 제어한다. 작물의 생장점의 높이가 제1임계값 미만인 경우에는 제1 생육상태 냉방모드로, 작물의 생장점의 높이가 제1임계값 이상인 경우에는 제2 생육상태 냉방모드로 동작시키도록 결정한다.
S25단계에서 제어부(130)가 결정된 모드에 따라 냉방부(120)를 제어한다.
예를 들어, 제1 생육상태 냉방모드는 식물의 생장점이 제1임계값 미만일 경우로, 공간 전체를 냉방하는 공간 냉방보다 군락 영역을 집중적으로 냉방할 수 있는 국소공조 방법이 효율적이다. 제2 생육상태 냉방모드는 제1임계값 이상일 경우로, 팬코일유닛(121)이 작물의 생장점 높이와 동일하도록 제어하여 온실(100) 내의 전체 냉방을 하도록 한다.
10 : 사막기후 적용형 온실 냉방 시스템
100 : 온실
101 : 제1벽
102 : 제2벽
103 : 급수탱크
110 : 냉수 생성부
111 : 축냉조
112 : 히트펌프
120 : 냉방부
121 : 팬코일유닛
122 : 냉풍덕트
130 : 제어부
131 : 팬코일유닛 수직이동 모듈
132 : 팬코일유닛 수평이동 모듈
133 : 제어기
134 : 높이 조절 지지대
135 : 인식장치
136 : 레일
137 : 전동 모터
138 : 온습도 센서

Claims (13)

  1. 냉방용 냉수를 생산하는 냉수 생성부;
    냉풍을 온실 내에 송풍하는 냉방부; 및
    작물의 생육상태 및 상기 온실 내의 환경정보 중 적어도 하나에 기초하여 상기 냉방부를 제어하는 제어부;
    를 포함하는 사막기후 적용형 온실 냉방 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉방부는,
    상기 온실 내에 규칙적인 간격으로 배치되며, 상기 냉수를 냉풍으로 변환하고 상기 냉풍을 상기 온실 내에 송풍하며, 공기 중의 수분을 회수하여 급수탱크에 공급하는 적어도 하나 이상의 팬코일유닛을 포함하는 사막기후 적용형 온실 냉방 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 냉방부는,
    상기 적어도 하나 이상의 팬코일유닛에 연결되어 상기 온실의 재배배드 하부에 배치되며, 상기 작물이 위치한 작물영역으로 상기 냉풍을 송풍하는 적어도 하나 이상의 냉풍덕트를 더 포함하는 사막기후 적용형 온실 냉방 시스템.
  4. 제3항 있어서,
    상기 온실 내의 환경 불균일을 측정할 수 있는 적어도 하나의 온습도 센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 작물의 생장점에 기초하여 적어도 하나 이상의 팬코일유닛의 수직이동을 제어하는 적어도 하나 이상의 팬코일유닛 수직이동 모듈과,
    상기 온실 내의 환경 불균일에 기초하여 상기 적어도 하나 이상의 팬코일유닛의 수평이동을 제어하는 적어도 하나 이상의 팬코일유닛 수평이동 모듈 및
    적어도 하나 이상의 장치를 제어하는 제어기를 포함하는 사막기후 적용형 온실 냉방 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 작물의 생육상태에 기초하여 제1 생육상태 냉방모드 및 제2 생육상태 냉방모드를 결정하고,
    상기 작물의 생장점의 높이가 제1임계값 미만인 경우에는 제1 생육상태 냉방모드로 결정되며,
    상기 작물의 생장점의 높이가 제1임계값 이상인 경우에는 제2 생육상태 냉방모드로 결정되는 사막기후 적용형 온실 냉방 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 온실의 제1벽에 설치된 패드; 및
    상기 온실의 상기 제1벽과 마주보는 제2벽에 설치된 팬을 더 포함하며,
    상기 제1 생육상태 냉방모드인 경우, 상기 팬코일유닛과 상기 냉풍덕트는 연결되고, 상기 팬코일유닛은 온실의 제2벽에 인접하게 배치되어 상기 제1벽 방향으로 냉풍을 송풍하며,
    상기 제2 생육상태 냉방모드인 경우, 상기 팬코일유닛과 상기 냉풍덕트는 분리되고 상기 팬코일유닛은 상기 작물의 생장점 높이에 위치되어 냉풍을 송풍하는 사막기후 적용형 온실 냉방 시스템.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 팬코일유닛의 수직이동 모듈은,
    상기 적어도 하나 이상의 팬코일유닛의 높이를 조절할 수 있는 높이 조절 지지대 및
    상기 작물의 생장점을 인식하여 상기 제어부에 상기 작물의 생육상태를 송신하는 적어도 하나 이상의 인식장치를 포함하는 사막기후 적용형 온실 냉방 시스템.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 팬코일유닛의 수평이동 모듈은,
    상기 온실내의 환경 불균일을 인식하여 상기 제어부에 상기 온실내의 환경 정보를 송신하여 상기 적어도 하나 이상의 팬코일유닛을 이동시키기 위한 레일과,
    상기 적어도 하나 이상의 팬코일유닛을 상기 레일의 연장방향에 따라 이동시키는 적어도 하나 이상의 전동 모터를 포함하는 사막기후 적용형 온실 냉방 시스템.
  9. 사막기후 적용형 온실 냉방 시스템 동작방법으로,
    냉수 생성부가 냉방용 냉수를 생산하는 단계;
    냉수를 냉풍으로 변환하는 단계;
    상기 냉풍을 온실 내에 송풍하는 단계;
    공기 중의 수분을 회수하여 급수탱크에 공급하는 단계; 및
    제어부가 작물의 생육상태 또는 상기 온실 내의 환경정보 중 적어도 하나에 기초하여 상기 냉방부를 제어하는 단계;
    를 포함하는 사막기후 적용형 온실 냉방 시스템의 동작방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 냉풍을 온실 내에 송풍하는 단계,
    적어도 하나 이상의 팬코일유닛이 상기 온실 내에 규칙적인 간격으로 배치되며, 상기 냉수를 냉풍으로 변환하고 상기 냉풍을 상기 온실 내에 송풍하는 단계를 포함하는 사막기후 적용형 온실 냉방 시스템의 동작방법.
  11. 제9항 있어서,
    상기 냉방부를 제어하는 단계는,
    적어도 하나 이상의 팬코일유닛 수직이동 모듈이 작물의 생장점에 기초하여 적어도 하나 이상의 팬코일유닛의 수직이동을 제어하는 단계,
    적어도 하나 이상의 팬코일유닛 수평이동 모듈이 상기 온실 내의 환경 불균일에 기초하여 상기 적어도 하나 이상의 팬코일유닛의 수평이동을 제어하는 단계 및
    제어기가 적어도 하나 이상의 장치를 제어하는 단계를 포함하는 사막기후 적용형 온실 냉방 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 수직이동을 제어하는 단계는,
    높이 조절 지지대가 상기 적어도 하나 이상의 팬코일유닛의 높이를 조절하는 단계 및
    적어도 하나 이상의 인식장치가 상기 작물의 생장점을 인식하여 상기 제어부에 생육정보를 송신하는 단계를 포함하는 사막기후 적용형 온실 냉방 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 수평이동을 제어하는 단계는,
    레일이 상기 온실내의 환경 불균일을 인식하여 상기 제어부에 상기 온실내의 환경 정보를 송신하여 상기 적어도 하나 이상의 팬코일유닛을 수평으로 이동시키는 단계,
    적어도 하나 이상의 전동 모터가 상기 적어도 하나 이상의 팬코일유닛을 상기 레일의 연장방향에 따라 이동시키는 단계를 포함하는 사막기후 적용형 온실 냉방 시스템.
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