KR101028827B1 - 비닐하우스의 냉난방시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비닐하우스 내부의 온도를 균일하게 냉난방 할 수 있고, 비닐하우스 내부의 공기를 교반 하여 자유로운 온도 제어가 가능하며, 지중 냉난방으로 재배 작물의 성장 등을 활성화할 수 있고, 식물의 성장과 억제를 자유로이 할 수 있어 출하 시기를 조절할 수 있으며, 토양 내부의 병해충을 박멸할 수 있는 비닐하우스의 냉난방시스템에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따르면 하우스본체와, 이 하우스본체의 외측에 설치되는 유체공급원과, 하우스본체에 적어도 하나 이상 설치되어 유체공급원과 연결되며 하우스본체 내부의 공기를 하측으로부터 흡입하여 상기 유체공급원에서 공급되는 유체와 열교환 되도록 하는 팬코일유닛을 포함하며, 유체공급원은 지중의 시추홀에 설치되어 시추홀의 붕괴를 방지하며 일측에 지하수가 유입되는 지하수 유입홀이 형성된 시추홀 보호부재와, 이 시추홀 보호부재의 일측에 설치되며 시추홀 보호부재에 수용된 지하수를 외부로 배출하는 펌프와, 시추홀과 시추홀 보호부재의 사이에 채워지는 충진부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 비닐하우스의 냉난방시스템이 제공된다.

Description

비닐하우스의 냉난방시스템{HEATING AND COOLING SYSTEM FOR VINYLHOUSE}

본 발명은 냉난방시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비닐하우스 내부의 온도를 균일하게 냉난방 할 수 있고, 비닐하우스 내부의 공기를 교반 하여 자유로운 온도 제어가 가능하며, 지중 냉난방으로 재배 작물의 성장 등을 활성화할 수 있고, 식물의 성장과 억제를 제어할 수 있어 출하 조절이 가능하며, 토양 내부의 병해충을 박멸할 수 있는 비닐하우스의 냉난방시스템에 관한 것이다.

일반적으로 비닐하우스는 각종 과일류 및 채소류를 계절에 관계없이 재배하기위해 사용되는 것으로, 비닐하우스는 외부 피복재가 염화비닐필름, 폴리에틸렌필름, 아세트산비닐필름 등의 비닐소재로 되어 있고, 온실의 골조는 아연도용융 원형강관, 사각관 등의 철재류, 스프링강인 조리개와 볼트 또는 피스나사못 등 조립재 등으로 구성되어 있으며, 설치비용이 싸고 쉽게 시공할 수 있어 농가에서 많이 이용하는 시설이며, 비닐하우스는 유리온실에 비해 광투과성, 보온성, 환경제어, 안전성 등이 다소 떨어지나 여름과 겨울 등에 난방과 보온을 하여 과채류와 옆채류, 화훼류와 같은 작물을 재배할 수 있어, 현재 가장 중요한 원예시설로 전국에서 이용되고 있다.

전술한 비닐하우스와 관련된 선행기술이 한국등록실용신안공보 제20-0174585호(1999.12.29) "비닐하우스의 난방장치"에 개시되어 있다. 상기 선행기술은 보일러를 비닐하우스의 외부에 설치하고 이 보일러로부터 발생되는 온수가 비닐하우스 실내의 열교환기로 순환되도록 함으로써, 비닐하우스 실내의 공기가 열교환기 쪽으로 강제 순환되면서 열교환에 의해 가열되어 실내가 난방되도록 하고 또한 보일러가 실외에 설치됨으로 실내공기의 오염이 방지되어 재배작물의 성장발육에 지장을 주지 않는 비닐하우스의 난방장치에 관한 것으로서, 열교환기를 감싸는 몸체가 구비되고 몸체의 상부에는 송풍모터로 회전되어 비닐하우스 실내공기를 몸체 내부로 송풍시키는 송풍팬이 구비되며, 열교환기는 보일러의 온수관이 지그재그로 배열된 상태에서 송풍팬으로부터 송풍되는 바람을 가열시켜 온풍으로 변환시키는 다수개의 방열판이 구비되고, 몸체의 하부에는 온풍을 비닐하우스 실내로 순환시키는 토출구로 구성된다.

상기 선행기술은 보일러가 비닐하우스의 실외에 구비됨으로 보일러의 작동시 발생되는 유해가스로 인하여 실내가 오염되지 않음으로 재배작물의 성장발육에 지장을 주지 않으며 보일러의 유지관리가 편리하고, 여름철에는 각 온수관으로 낮은 온도의 지하수를 순환시키면 열교환 판이 냉각됨으로 비닐하우스를 냉방 할 수 있는 이점이 있다. 다만, 몸체의 하부에 형성된 토출구에 의해서 온풍을 비닐하우스 실내로 순환시키므로 실내의 온도를 균일하게 하는 데에는 한계가 있고, 토양 내의 병해충을 박멸할 수 있는 수단이 없어 사용 효율이 떨어지는 단점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출 된 것으로, 본 발명의 일 실시예는 비닐하우스 내부의 온도를 균일하게 냉난방 하여 에너지 효율을 높일 수 있고, 비닐하우스 내부의 공기를 교반 하여 자유로운 온도 제어가 가능하며, 지중 냉난방으로 재배 작물의 성장 등을 활성화할 수 있고, 식물의 성장과 억제를 제어할 수 있어 출하 조절이 가능하며, 토양 내부의 병해충을 박멸할 수 있는 비닐하우스의 냉난방시스템과 관련된다.

본 발명의 바람직한 일 실시예는 하우스본체와, 이 하우스본체의 외측에 설치되는 유체공급원과, 하우스본체에 적어도 하나 이상 설치되어 유체공급원과 연결되며 하우스본체 내부의 공기를 하측으로부터 흡입하여 상기 유체공급원에서 공급되는 유체와 열교환 되도록 하는 팬코일유닛을 포함하며, 유체공급원은 지중의 시추홀에 설치되어 시추홀의 붕괴를 방지하며 일측에 지하수가 유입되는 지하수 유입홀이 형성된 시추홀 보호부재와, 이 시추홀 보호부재의 일측에 설치되며 시추홀 보호부재에 수용된 지하수를 외부로 배출하는 펌프와, 시추홀과 시추홀 보호부재의 사이에 채워지는 충진부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 비닐하우스의 냉난방시스템을 제공한다.

상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따르면,

첫째, 하우스본체에 설치되는 팬코일유닛에 의해서 하우스의 내부의 공기를 흡입하여 열교환 할 수 있으므로 하우스 내부를 균일하게 냉난방 할 수 있다.

둘째, 팬코일유닛에 의해서 공기 교반을 시켜주므로 작물에 활력을 줄 수 있고, 하우스 내부의 온도를 자유롭게 조절할 수 있다.

셋째, 지열을 이용한 유체공급원에 의해서 에너지를 절약할 수 있다.

넷째, 지중열교환부에 의해서 지중 및 배드 냉난방이 가능하므로 재배 작물의 뿌리 활착을 원활하게 할 수 있고, 하우스 내부의 바닥 온도와 공간 온도를 보상하여 비닐하우스의 공간 난방 한계를 극복할 수 있다.

다섯째, 식물의 성장과 억제를 제어할 수 있어 출하 조절이 가능하다.

여섯째, 지중열교환부를 이용하여 토양 내의 병해충을 박멸할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 비닐하우스의 냉난방시스템을 도시한 평면도,
도 2 는 도 1에 도시된 비닐하우스의 냉난방시스템의 정면도,
도 3 은 도 1에 도시된 비닐하우스의 냉난방시스템에 채용된 팬코일유닛의 사시도,
도 4 는 도 3에 도시된 팬코일유닛의 분해 사시도,
도 5 는 도 3에 도시된 팬코일유닛의 정단면도,
도 6 은 도 3에 도시된 팬코일유닛의 사용 상태도,
도 7 은 도 1에 도시된 비닐하우스의 냉난방시스템에 채용된 유체공급원 중 지열원을 도시한 단면도,
도 8 은 도 7에 도시된 지열원을 이용한 비닐하우스의 냉난방시스템의 사용 상태도,
도 9 는 도 2에 도시된 지중열교환부와 유체공급원 중 보일러의 연결 상태를 나타낸 개략도,
도 10 은 도 2에 도시된 지중열교환부와 유체공급원 중 지열원의 연결 상태를 나타낸 개략도이다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 비닐하우스의 냉난방시스템을 도시한 평면도이고, 도 2 는 도 1에 도시된 비닐하우스의 냉난방시스템의 정면도이고, 도 3 은 도 1에 도시된 비닐하우스의 냉난방시스템에 채용된 팬코일유닛의 사시도이고, 도 4 는 도 3에 도시된 팬코일유닛의 분해 사시도이고, 도 5 는 도 3에 도시된 팬코일유닛의 정단면도이고, 도 6 은 도 3에 도시된 팬코일유닛의 사용 상태도이고, 도 7 은 도 1에 도시된 비닐하우스의 냉난방시스템에 채용된 유체공급원 중 지열원을 도시한 단면도이고, 도 8 은 도 7에 도시된 지열원을 이용한 비닐하우스의 냉난방시스템의 사용 상태도이고, 도 9 는 도 2에 도시된 지중열교환부와 유체공급원 중 보일러의 연결 상태를 나타낸 개략도이고, 도 10 은 도 2에 도시된 지중열교환부와 유체공급원 중 지열원의 연결 상태를 나타낸 개략도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비닐하우스의 냉난방시스템(1)은 하우스본체(10), 팬코일유닛(20), 유체공급원(30), 지중열교환부(40)를 포함한다.

하우스본체(10)는 다수개의 지주(11)와 상기 지주(11)를 덮어 밀폐된 공간을 형성하는 비닐로 구성되며 본 발명의 바람직한 실시예에서 하우스본체(10)는 다수 개로 연결되어 다수의 동으로 구성될 수 있다.

팬코일유닛(20)은 도 1에 도시된 바와 같이 하우스본체(10)의 지주(11)에 다수 개가 일렬로 나란히 설치되며 하우스본체(10) 내부의 공기를 하측에서 흡입한 후 열교환 시킨 후 측면 방향으로 배출함으로써 하우스본체(10)의 내부를 냉난방 하는 역할을 한다. 상기 팬코일유닛(20)은 도 2에 도시된 바와 같이 공기유입구(21aa)가 형성된 바닥(21a)과 공기유출구(21bb)가 형성된 측벽(21b)과 천정(21c)으로 이루어진 팬코일유닛몸체(21)와, 상기 팬코일유닛몸체(21)의 천정(21c)에 바람직하게는 나사 결합되며 상기 공기유입구(21aa)를 통해서 공기를 흡입한 후 공기유출구(21bb)로 공기가 배출되도록 하는 교반팬(22)과, 도 4에 도시된 바와 같이 바람직하게는 바닥(21a)의 양측에 설치되며 후술할 유체공급원(30)으로부터 열교환 유체를 공급받아 교반팬(22)에 의해서 흡입되는 공기를 열교환시키는 팬코일(23)로 구성된다.

상기 팬코일유닛몸체(21)는 소음이나 진동에 강하도록 바람직하게는 경량의 냉각 압연강판이나 경금속인 알루미늄 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 공기유출구(21bb)를 2개 형성하는 2 way 방식뿐만 아니라 4 way 방식 등 다양한 형상으로 변경이 가능하다.

상기 교반팬(22)의 하측에는 도 5에 도시된 바와 같이 교반팬(22)이 바닥(21a)의 공기유입구(21aa)에 잘 들어맞도록 안내하는 가이드 돌출부(22a)가 형성된다. 이 가이드 돌출부(22a)는 공기유입구(21aa)에 삽입이 용이하도록 도 5에 도시된 바와 같이 단면상 하측이 좁고 상측으로 갈수록 넓어지도록 형성되는 것이 바람직하다.

상기 팬코일(23)은 열 교환이 원활히 이루어지도록 바람직하게는 구리 또는 알루미늄 재질을 사용하며, 알루미늄 재질을 사용하는 경우에는 히트파이프 형식으로 형성되는 것이 바람직하다.

이하에서 도 6을 참고하여 팬코일유닛(20)의 사용 상태를 설명한다.

제어부의 제어에 의해서 교반팬(22)이 작동되면 공기유입구(21aa)를 통해서 하우스본체(10) 내부의 공기가 흡입된다. 흡입된 공기는 교반팬(22)의 계속된 회전에 의해서 공기유출구(21bb)로 이송된다. 공기유출구(21bb)로 이송되는 과정에서 팬코일(23)을 거치게 되고, 이 과정에서 팬코일(23)과의 접촉으로 인해서 열교환이 이루어진다. 즉, 하절기에는 팬코일(23)에 흐르는 냉각 열교환유체에 의해서 시원한 공기가 배출되고, 동절기에는 팬코일(23)에 흐르는 고온 열교환유체에 의해서 따뜻한 공기가 배출된다. 배출되는 공기는 교반팬(22)의 회전력 조절에 의해서 먼 거리까지 송풍 될 수 있으므로 하우스 내의 온도를 균일하게 조절할 수 있다. 또한, 비닐하우스 내의 공기를 팬코일유닛(20)의 구조적 특성(하측에서 비닐하우스 내부의 공기를 흡입한 후 측면으로 배출)으로 인해서 교반 할 수 있으므로 재배 작물에 활력을 줄 수 있고, 스트레스를 줄일 수 있으므로 최적의 재배 환경을 제공할 수 있다. 한편, 하우스본체(10)에 다수의 온도 센서(미도시)를 설치하고, 온도 센서에서 전달되는 신호에 의해서 교반팬의 회전 속도를 제어부가 제어하도록 하는 것이 바람직하다.

유체공급원(30)은 상기 팬코일유닛(20)에 열교환 유체를 공급하는 것으로서 도 1에 도시된 바와 같이 하우스본체(10)의 외부에 설치되는 것이 바람직하다. 상기 유체공급원(30)은 바람직하게는 보일러나 지열원을 사용한다.

상기 지열원은 바람직하게는 도 7에 도시된 바와 같이 지중의 토양층과 암반층을 거쳐서 세로 방향으로 길게 형성된 시추홀(31)과, 상기 시추홀(31)에 설치되어 토양층과 암반층의 붕괴로 인해서 시추홀(31)이 매몰되는 것을 방지하며 하측이나 상측에 지하수 유입홀(32a)이 형성된 시추홀 보호부재(32)와, 상기 시추홀 보호부재(32)의 내부에 설치되며 시추홀 보호부재(32)에 수용되는 지하수를 외부로 펌핑하는 펌프(33)와, 상기 시추홀(31)과 시추홀 보호부재(32) 사이를 채우는 충진부재(34)로 구성된다.

상기 시추홀 보호부재(32)는 내부식성과 내강도성을 갖도록 바람직하게는 백관 또는 PVC 재질을 사용한다. 한편, 상기 시추홀 보호부재(32)의 상측에는 암반 대수층에서 발생 되는 대량의 지하수가 유입될 수 있도록 지하수 유입홀(32a)이 더 형성되어 단번에 많은 에너지를 얻을 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기 펌프(33)는 시추홀 보호부재(32)의 내부에 설치되며 시추홀 보호부재(32)에 채워 진 지하수를 도 7에 도시된 바와 같이 팬코일유닛(20)으로 배출하는 것으로서, 바람직하게는 심정 펌프를 사용한다. 심정 펌프는 상수도가 없는 곳에서 개발된 관정으로부터 지하수를 끌어올리기 위하여 사용된다. 이 심정펌프의 하측에는 미 도시되었지만 모래, 암반 부스러기 등이 유입되는 것을 방지하기 위해서 메쉬망이 설치되는 것이 바람직하다.

상기 충진부재(34)는 암반층과 토양층에 형성된 시추홀(31)과 시추홀 보호부재(32) 사이의 공간에 채워지며, 암반층과 시추홀 보호부재(32) 사이에 채워지는 충진부재(34)는 투수성 물질(34a)로 이루어지고, 토양층과 시추홀 보호부재(32) 사이에 채워지는 충진부재(34)는 불투수성 물질(34b)로 이루어진다. 본 발명의 바람직한 실시예에서 투수성 물질(34a) 및 불투수성 물질(34b)은 다수의 물질이 적층 또는 결합하여 지하수를 투과 또는 불 투과시키는 것을 말하는 것으로서, 투수성 물질(34a)은 바람직하게는 자갈을 사용하고, 불투수성 물질(34b)은 벤토나이트 또는 시멘트를 사용한다.

지중열교환부(40)는 도 9 및 10에 도시된 바와 같이 하우스본체(10)의 바닥 토양이나 배드(공간에 설치된 재배시설, 양액재배시설,B)의 토양에 냉온수를 순환시켜 하우스본체(10) 내부의 바닥과 상부의 온도차를 보상하여 공간 난방의 한계를 극복할 수 있도록 하고, 유휴 시 축열조(100)의 온도를 높여 고온의 유체가 지중에 흐르도록 함으로써 땅속의 지중온도를 높여주고 지표면에는 고온이 유지되도록 비닐로 덮어 온도를 높여 주면 병해충을 박멸하는 역할도 한다.

상기 지중열교환부(40)는 도 9 및 10에 도시된 바와 같이 보일러나 지열원과 같은 유체공급원(30)에서 이송되는 유체를 히트펌프(HP)와 축열조(100)를 통해서 공급받으며, 하우스본체(10)의 바닥 토양이나 배드(B)의 토양에 매설되는 열교환 파이프(41)와, 하우스본체(10)의 바닥 토양이나 배드(B)에 수용된 토양을 덮어 토양 내부의 열이 외부로 차단되는 것을 방지하는 비닐 등의 열차단부재(42)로 구성된다.

상기 지중열교환부(40)를 이용하면 여름철 대부분 고랭지에서 재배되고 있는 재배 작물을 평지에서도 재배할 수 있는 이점이 있다. 구체적으로, 예를 들어 배추의 경우 평지에서 재배하면 고온으로 인한 결구력(뭉쳐지는 힘)의 저하와 강우에 의한 연부병 및 진딧물에 의한 바이러스의 발생이 심하여 재배가 어려운 점이 있다. 이는 평지의 기온이 높기 때문인데 열교환 파이프(41)를 토양에 매설하고, 이 열교환 파이프(41)에 저온의 열교환 유체를 흐르게 하면 고랭지와 같은 환경을 간단하게 조성할 수 있다.

또한, 지중열교환부(40)를 이용하면 지중과 지표면의 난방이 가능하므로 바닥의 온도(T₁)와 상부의 온도(T₂)차를 보상하여 공간 난방의 한계를 극복할 수 있고, 재배 작물의 뿌리 활착을 도와 영양분의 흡수를 용이하게 하므로 묘목이 건실해지고 튼튼한 열매를 수확할 수 있는 이점이 있다.

본 발명은 특허청구범위에서 청구하는 요지를 벗어나지 않고도 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양하게 변경 실시될 수 있으므로, 본 발명의 기술보호범위는 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 않는다.

1 : 비닐하우스의 냉난방시스템 10 : 하우스본체
11 : 지주 12 : 비닐
20 : 팬코일유닛 21 : 팬코일유닛몸체
21a : 바닥 21aa : 공기유입구
21b : 측벽 21bb : 공기유출구
21c : 천정 22 : 교반팬
22a : 가이드 돌출부 23 : 팬코일
30 : 유체공급원 31 : 시추홀
32 : 시추홀 보호부재 32a : 지하수 유입홀
33 : 펌프 34 : 충진부재
34a : 투수성 물질 34b : 불투수성 물질
40 : 지중열교환부 41 : 열교환 파이프
42 : 열차단부재 100 : 축열조
B : 배드 HP : 히트펌프

Claims (7)

1. 하우스본체;
   상기 하우스본체의 외측에 설치되는 유체공급원; 및
   상기 하우스본체에 적어도 하나 이상 설치되어 상기 유체공급원과 연결되며, 상기 하우스본체 내부의 공기를 하측으로부터 흡입하여 상기 유체공급원에서 공급되는 유체와 열교환 되도록 하는 팬코일유닛을 포함하며,
   상기 유체공급원은 지중의 시추홀에 설치되어 시추홀의 붕괴를 방지하며 일측에 지하수가 유입되는 지하수 유입홀이 형성된 시추홀 보호부재와, 상기 시추홀 보호부재의 일측에 설치되며 상기 시추홀 보호부재에 수용된 지하수를 외부로 배출하는 펌프와, 상기 시추홀과 시추홀 보호부재의 사이에 채워지는 충진부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 비닐하우스의 냉난방시스템.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 하우스본체의 바닥 토양이나 배드에 수용된 토양에 매설된 열교환 파이프에 의하여 토양을 냉난방하는 지중열교환부를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 비닐하우스의 냉난방시스템.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 팬코일유닛은 바닥에 공기유입구가 형성되고 측벽에 공기유출구가 형성된 팬코일유닛몸체와, 상기 팬코일유닛몸체의 내부에 설치되며 상기 공기유입구를 통해서 공기를 흡입한 후 상기 공기유출구로 열교환 된 공기가 배출되도록 하는 교반팬과, 상기 팬코일유닛몸체의 공기유출구에 설치되며 상기 교반팬을 통해서 흡입된 공기가 열교환 되도록 하는 팬코일을 구비하는 것을 특징으로 하는 비닐하우스의 냉난방시스템.
   
4. 삭제
5. 제 2 항에 있어서,
   상기 지중열교환부는 상기 하우스본체의 바닥 토양이나 배드에 수용된 토양에 매설되는 열교환파이프와, 바닥 토양이나 배드에 수용된 토양을 덮어 토양 내부의 열이 외부로 차단되는 것을 방지하는 열차단부재로 구성되는 것을 특징으로 하는 비닐하우스의 냉난방시스템.
   
6. 제 3 항에 있어서,
   상기 하우스본체에는 적어도 하나 이상의 온도 센서가 설치되는 것을 특징으로 하는 비닐하우스의 냉난방시스템.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 시추홀에 채워지는 충진부재의 일측은 투수성 물질로 채워지고 타측은 불투수성 물질로 채워지는 것을 특징으로 하는 비닐하우스의 냉난방시스템.

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