KR101129267B1 - 지하공기를 이용한 농업시설 냉난방시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

지하공기를 이용한 농업시설 냉난방시스템 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

지하공기로부터 습기를 제거함과 동시에 열에너지를 최대한 획득할 수 있는 지하공기를 이용한 농업시설 냉난방시스템 및 그 제어방법이 개시된다. 본 발명에 따른 지하공기를 이용한 농업시설 냉난방시스템은 지하공기와 물을 직접 접촉시켜 습기를 제거하고 열에너지를 획득하는 공기/물 직접접촉식 열교환기와, 열교환된 물과 냉매를 반응시키기 위한 히트펌프와, 히트펌프의 냉매와 열교환된 냉수 또는 온수를 저장하는 축열조와, 축열조의 냉수 및 온수를 이용하여 농업시설의 실내온도를 조절하는 실내열교환기와, 습기가 제거된 지하공기에 함유되어 있는 이산화탄소를 시비하기 위한 이산화탄소시비유닛과, 이들 장치를 제어하기 위한 제어반을 포함한다. 따라서, 본 발명에 따른 지하공기를 이용한 농업시설 냉난방시스템 및 그 제어방법은 공기/물 직접접촉식 열교환기를 통해 지하공기가 가지는 습기는 제거하고 열에너지는 흡수하여 히트펌프의 열원으로 사용하기 때문에, 종래 공기열원 히트펌프보다 더 높은 효율(COP)을 가지며, 또한 지하공기가 함유하고 있는 이산화탄소를 농작물에 시비하며 농업시설로 고습의 지하공기가 직접 유입되는 것을 방지하기 때문에 중저온성 작물뿐만 아니라 고온성 및 열대성 작물의 생육에도 효과적으로 사용할 수 있다.

Description

지하공기를 이용한 농업시설 냉난방시스템 및 그 제어 방법{Agricultural facilities heating and cooling system for using the direct contact type heat exchanger and the control method thereof}
본 발명은 지하공기를 이용한 농업시설 냉난방시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지하공으로부터 지하공기를 흡입하는 송풍팬, 지하공기로부터 습기 제거 및 열에너지를 획득할 수 있는 공기/물 직접 접촉식 열교환기, 히트펌프, 축열조, 실내열교환기, 제어반 등을 포함하는 농업시설 냉난방시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
한국의 제주도는 다수의 화산 분출구에서 수십 회에 걸친 화산활동에 의해 생성된 화산섬으로, 위치에 따라 암상 구조가 다를 뿐만 아니라 암층의 두께, 종류 등이 다르다. 용암분출과 화산재 분출의 반복으로 제주도의 지층 구조는 매우 복잡하게 나타나며 지중의 대형 공동뿐만 아니라 지층 중간에 용암쇄석 등으로 인해 많은 공동이 형성되어 있는 암층이 존재한다. 따라서, 지하수의 생성과 유사하게 대기와 지중 내부공기의 순환작용에 의한 것으로 추정되는 열교환이 발생하며 이러한 공기를 열매체로 하여 지중의 열에너지를 획득할 수 있다.
이미 제주지역에서는 2005년부터 지하공기를 농업시설에 송풍하여 냉난방하는 기술을 개발 보급하고 있으며 호접란, 한라봉, 시설감귤, 양돈, 양계 등 보급 분야 또한 다양하다.
지하공기 열 이용은 해수 유입 및 지하수원 파괴 등의 우려로 인해 고도 25 m 이하 지역과 산방산 부근을 제외한 제주 전지역의 85%에서만 가능하며, 직경 30 cm 지하공을 지하 50 m 내외로 시추하여 지하공기층을 확보한 후 흡입팬을 이용하여 여름철에는 19℃ 이하 냉풍을, 겨울철에는 14℃ 이상 온풍을 농업시설에 송풍시켜 냉난방에 활용하고 있다.
그런데, 지하공기층에서 토출되는 지하공기는 상대습도가 90%이상이어서 이를 직접 작물을 재배하는 온실에 유입시키면 과습으로 인한 작물의 병발생이 우려되며, 온도가 약 15 ~ 21 ℃ 범위로 망고, 한라봉 또는 하우스밀감과 같은 고온성 작물의 난방용으로 부적절하였다.
이를 해결하기 위해서 현재 제주지역에서는 비교적 설치비용이 저렴한 12 ~ 26 RT 용량의 공기열원 히트펌프를 단독으로 사용하여 농업시설을 난방하는 경우도 있으나, 증발기에 성에가 맺히거나 가장 큰 난방부하가 필요한 일출 직전에 공기온도가 가장 낮아지는 우리나라의 기후여건으로 인해 공기열원 히트펌프의 난방효율은 매우 낮았다.
또한, 지하공기를 농업시설 내로 공급하더라도 풍속이 크기 때문에 이에 따른 온실의 틈새 손실이 커질 우려가 있으며, CO2 과잉 공급으로 인한 작물 피해 및 SO2 , H2S 등과 같은 유독성 가스로 인한 피해도 우려되고 있는 실정이다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점에서 착안한 것으로서, 본 발명의 목적은 지하공기로부터 습기를 제거함과 동시에 열에너지를 최대한 획득할 수 있는 지하공기를 이용한 농업시설 냉난방시스템 및 그 제어방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 지하공기를 이용한 농업시설 냉 난방시스템은 지하공기와 물을 직접 접촉시켜 습기를 제거하고 열에너지를 획득하는 공기/물 직접접촉식 열교환기와, 열교환된 물과 냉매를 반응시키기 위한 히트펌프와, 히트펌프의 냉매와 열교환된 냉수 또는 온수를 저장하는 축열조와, 축열조의 냉수 및 온수를 이용하여 농업시설의 실내온도를 조절하는 실내열교환기를 포함한다.
또한 본 발명에 따른 지하공기를 이용한 농업시설 냉난방시스템에 있어서 상기 공기/물 직접접촉식 열교환기는 상기 히트펌프와 연결되는 급수 및 배수 파이프를 포함하는 탱크와, 상기 탱크 내부를 수직으로 관통하는 유공파이프와, 상기 탱크 내부에 마련되어 물과 공기를 분리하기 위한 분리판과, 상기 탱크 내부에 채워지는 공극을 갖는 충진재를 포함한다.
또한 본 발명에 따른 지하공기를 이용한 농업시설 냉난방시스템에 있어서 지하공기는 상기 유공파이프를 통해 탱크 내부로 유입되어 탱크의 하측에서 상측으로 빠져나가며, 상기 급수 파이프를 통해 탱크 내부로 공급되는 물은 탱크의 상측에서 하측으로 낙하하며, 지하공기와 물은 상기 충진재를 통과하면서 상호 열교환한다.
또한 본 발명에 따른 지하공기를 이용한 농업시설 냉난방시스템에 있어서 상기 분리판은 복수의 플랫홀과 돌기홀을 구비하되, 상기 플랫홀로는 물이 통과하며, 상기 돌기홀로는 공기가 빠져나가도록 마련된다.
또한 본 발명에 따른 지하공기를 이용한 농업시설 냉난방시스템에 있어서 상기 분리판은 적어도 하나가 상기 급수 파이프보다 하단에 마련된다.
또한 본 발명에 따른 지하공기를 이용한 농업시설 냉난방시스템에 있어서 상 기 유공파이프는 하단으로 갈수록 구멍이 증가한다.
또한 본 발명에 따른 지하공기를 이용한 농업시설 냉난방시스템에 있어서 습기가 제거된 지하공기에 함유되어 있는 이산화탄소를 시비하기 위한 이산화탄소시비유닛을 더 포함하며, 이산화탄소시비유닛은 이산화탄소를 농업시설 외부로 배출하기 위한 배출덕트 또는 농업시설과 연통되어 있는 분기덕트를 통해 이산화탄소를 선택적으로 배출하기 위한 절환게이트를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면 지하공기와 물을 직접 접촉시켜 습기를 제거하고 열에너지를 획득하는 공기/물 직접접촉식 열교환기와, 상기 열교환한 물과 냉매를 반응시키기 위한 히트펌프와, 상기 히트펌프의 냉매와 열교환한 냉수 또는 온수를 저장하는 축열조와, 상기 축열조의 냉수 및 온수를 이용하여 농업시설의 실내온도를 조절하는 실내열교환기와, 농업시설에 마련되는 온도센서와 습도센서와 가스센서와, 습기가 제거된 지하공기에 함유되어 있는 이산화탄소를 시비하기 위한 이산화탄소시비유닛과, 이들 장치를 제어하기 위한 제어반을 포함하고, 상기 제어반은 농업시설의 상기 온도센서를 감지하여 상기 실내열교환기가 동작하도록 하고, 상기 습도센서와 가스센서를 감지하여 이산화탄소시비유닛을 동작시키는 것을 특징으로 하는 지하공기를 이용한 농업시설 냉난방시스템의 제어방법이 개시된다.
또한 본 발명에 따른 지하공기를 이용한 농업시설 냉난방시스템의 제어방법에 있어서 상기 공기/물 직접접촉식 열교환기는 상기 히트펌프와 연결되는 급수 및 배수 파이프를 포함하는 탱크와, 상기 탱크 내부를 수직으로 관통하는 유공파이프와, 상기 탱크 내부에 마련되어 물과 공기를 분리하기 위한 분리판과, 상기 탱크 내부에 채워지는 공극을 갖는 충진재를 포함한다.
또한 본 발명에 따른 지하공기를 이용한 농업시설 냉난방시스템의 제어방법에 있어서 상기 분리판은 복수의 플랫홀과 돌기홀을 구비하되, 상기 플랫홀로는 물이 통과하며, 상기 돌기홀으로는 공기가 빠져나가도록 마련된다.
또한 본 발명에 따른 지하공기를 이용한 농업시설 냉난방시스템의 제어방법에 있어서 상기 이산화탄소 시비유닛은 이산화탄소를 농업시설 외부로 배출하기 위한 배출덕트 또는 농업시설과 연통되어 있는 분기덕트를 통해 이산화탄소를 선택적으로 배출하기 위한 절환게이트를 포함한다.
본 발명에 따른 지하공기를 이용한 농업시설 냉난방시스템 및 그 제어방법은 공기/물 직접접촉식 열교환기를 통해 지하공기가 가지는 습기는 제거하고 열에너지는 흡수하여 히트펌프의 열원으로 사용하기 때문에, 종래 공기열원 히트펌프보다 더 높은 효율(COP)을 가진다. 또한 지하공기가 함유하고 있는 이산화탄소를 농작물에 시비하며 농업시설로 고습의 지하공기가 직접 유입되는 것을 방지하기 때문에 중저온성 작물뿐만 아니라 고온성 및 열대성 작물의 생육에도 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 지하공기를 이용한 농업시설 냉난방시스템 및 그 제어방법은 온실과 같은 농업시설 내의 온도를 동절기 또는 하절기에 작물이 최적인 조건에서 생육할 수 있는 온도로 제어하여 작물의 생육에 적합한 적정온도로 유지할 수 있기 때문에 고품질 농산물의 생산량을 증대시키고 냉난방에너지의 효율적 절감으로 전체적인 농가의 소득을 증대시켜 이를 사용하는 농가에게 사용상 신뢰도 및 만족도를 극대화하고, 히트펌프의 특성상 화석 연료를 사용하지 않으므로 이산화탄소의 발생을 저감시키는 등의 다양한 효과를 동시에 가진다.
이하, 본 발명에 대한 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지하공기를 이용한 농업시설 냉난방시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 농업시설 냉난방시스템은 송풍팬(10)과, 지하공기와 물을 직접 접촉시켜 습기를 제거하고 열에너지를 획득하는 공기/물 직접접촉식 열교환기(20)와, 열 교환된 물과 냉매를 반응시키기 위한 히트펌프(30)와, 히트펌프(30)의 냉매와 반응한 냉수 또는 온수를 저장하는 축열조(40)와, 축열조(40)의 냉수 및 온수를 이용하여 농업시설의 실내온도를 조절하는 실내열교환기(50)와, 습기가 제거된 지하공기에 함유되어 있는 이산화탄소를 시비하기 위한 이산화탄소 시비유닛(60)을 포함한다.
공기/물 직접접촉식 열교환기(20)는 송풍팬(10)을 이용하여 지하공에서 흡입한 지하공기로부터 습기를 제거하고 열을 흡수한다. 통상 지하공기는 습도(90%RH 이상)가 높으며, 15 ~ 21℃의 중온 상태를 가진다.
공기/물 직접접촉식 열교환기(20)는 도 2에 도시한 바와 같이 탱크(21) 내부를 수직으로 관통하는 유공파이프(22)와, 탱크(21)와 히트펌프(30)를 연결하는 급수 및 배수 파이프(23,24)를 포함한다.
유공파이프(22)는 파이프 중간중간에 다수의 구멍(22a)이 형성된 파이프로, 송풍팬(10)과 연결되어 흡입한 지하공기를 탱크(21)의 최하단까지 이송한다. 구멍(22a)은 원활한 열교환을 위해 탱크(21) 하부로 갈수록 더 많이 천공하는 것이 바람직하다. 이것은 지하공기와 물이 만나 지하공기가 갖는 열에너지를 물이 흡수하는 한편, 고습의 지하공기가 함유하는 습기를 열교환기(20)에 채워진 물이 흡수하고 수압 및 물의 밀도에 의해 지하공기의 속도를 낮춤으로써 물의 비산에 의한 외부로 배출되는 지하공기의 습도상승을 억제할 수 있기 때문이다. 급수 파이프(23)는 탱크(21)의 상측에 마련되어 차가운 물을 탱크 내부로 공급하여 낙하시키며, 배수 파이프(24)는 탱크(21)의 하측에 마련되어 지하공기와 직접 접촉하면서 열에너지를 교환하여 데워진 물을 배수한다. 배수 파이프(24)에는 제1펌프(25)가 설치된다.
또한, 탱크(21)의 내부에는 도 3에 도시한 바와 같이 공기와 물을 분리하기 위한 분리판(26)과 충진재(27)가 마련될 수 있다. 분리판(26)은 탱크(21)의 최상부(급수 파이프(23)보다는 하측)에는 필수적으로 설치되며, 그 밑으로는 필요에 따라 복수개를 충진재(27)를 사이에 두고 설치할 수 있다.
분리판(26)은 도 4에 확대 도시한 바와 같이, 플레이트의 표면에 다수의 홀(26a,26b)을 구비하되, 일부는 돌출 형성된다. 플레이트에 마련되는 플랫홀(26a)로는 급수 파이프(23)로부터 공급된 물이 탱크의 하측으로 흘러 내려가며, 돌출된 돌기홀(26b)로는 열에너지를 잃은 지하공기가 탱크의 상측으로 빠져나가게 된다. 이러한 형상의 분리판(26)은 물과 지하공기의 교차 접촉 상호간의 저항을 최소화하 기 때문에 송풍팬(10)의 소비전력을 낮추는 효과가 있다.
충진재(27)로는 도 5에 확대 도시한 바와 같이 자갈, 패킹볼, 화산암 등 지하공기가 빠져나갈 수 있는 공극(27a)을 형성할 수 있는 재질이면 된다. 탱크(21) 내로 유입된 차가운 물은 표면장력에 의해 충진재(27)의 표면을 감싸며 흐르게 되며, 이때 충진재(27)와 충진재(27) 사이를 통과하는 지하공기와 열교환 한다. 열교환과 함께 지하공기에 포함되어 있던 수분은 충진재(27)의 표면을 흐르는 물에 흡수되므로 습도도 낮아진다. 결과적으로, 지하공기의 습도와 열에너지는 급수 파이프(23)를 통해 탱크(21) 내로 공급되는 차가운 물에 의해 낮아지며, 지하공기와 열교환된 물은 배수 파이프(24)를 통해 히트펌프(30)로 공급된다. 습도와 열에너지가 낮아진 지하공기는 탱크(21)의 상측에 마련되는 배출덕트(28)을 통해 외부로 배출되거나 농업시설 내부로 송풍된다.
분리판(26)과 충진재(27)의 배치는 다양한 방식으로 이루어질 수 있다.
예컨대, 도 3의 공기/물직접 접촉식 열교환기는 공기/물 분리판(26)을 총 3층으로 설치하고 분리판(26)과 분리판(26) 사이에 충진재(27)를 채워넣는 형태이다. 지하공기는 열교환기의 상부로부터 하부로 향하여 유입되고 충진재(27)가 채워지지 않은 분리판(26)과 분리판(26) 사이로 유입되며, 최상부에서는 물이 열교환기의 최상부 공기/물 분리판(26)에 공급되어 충진재(27)의 표면을 타고 흘러 낙하한다. 이때, 지하공기는 상부로 상승하며 물과 열교환하고 공기/물 분리판(26), 충진재(27) 등과 충돌하여 운동에너지가 감소하기 때문에 물의 비산에 의한 지하공기의 습도상승이 억제된다.
또한, 도 6의 공기/물 직접 접촉식 열교환기는 내부를 충진재(27)로 거의 채우고 지하공기와 열교환된 물이 히트펌프(30)로 유입될 수 있도록 메쉬(29)를 이용해 열교환기의 일부 공간이 충진재로 채워지지 않은 형태를 갖는 열교환기이다. 공기/물 분리판(26)은 열교환기의 최상부에 설치하여 물을 공급하며, 열교환기의 중앙부에 측면에 구멍이 형성된 유공파이프(22)를 설치하여 지하공기를 유공파이프(22)에 공급한다. 공기/물 분리판(26)에 공급된 물은 중력에 의해 낙하하여 충진재(27)의 표면을 흐르면서 상승하는 지하공기와 열교환한다. 지하공기는 상승하면서 충진재(27)와 충돌하여 속도가 감소하기 때문에 충진재의 표면을 흐르는 물은 비산되지 않는다.
또한, 도 7의 공기/물 직접 접촉식 열교환기는 열교환기의 하단과 최상단에 공기/물 분리판(26)을 설치하고 그 사이에 충진재(27)를 채워 넣은 형태이다. 지하공기는 충진재(27)가 채워져 있는 부분의 하단(21a)에서 유입되어 상승하면서 충진재(27)의 표면을 흘러내리는 물과 열교환한다. 이 또한 지하공기가 충진재(27)와 충돌하면서 속도가 감소하여 물의 비산을 방지한다.
한편, 히트펌프(30)는 도 1에 도시한 바와 같이 증발기(31)와 압축기(32)와 응축기(33)와 팽창밸브(34)를 순환하는 냉매의 증발열 또는 응축열을 이용해 저온의 열원을 고온으로 전달하거나 고온의 열원을 저온으로 전달하는 장치로서, 현재 널리 사용되고 있는 장치이므로 상세한 설명은 생략한다. 다만, 본 실시예에서 히트펌프(30)의 증발기(31)는 제1판형열교환기(30A)의 내부에 설치되어 급수 파이프(23) 및 배수 파이프(24)와 제1펌프(25)를 통해 공기/물 직접접촉식 열교환 기(20)와 순환하는 물과 열교환하며, 마찬가지로 히트펌프(30)의 응축기(33)는 제2판형열교환기(30B)의 내부에 설치되어 급수 파이프 및 배수 파이프와 제2펌프(41)를 통해 축열조(40)와 순환하는 물과 열교환한다.
축열조(40)는 응축기(33)에 유입된 고온의 냉매와 열교환하여 내부의 물을 일정 설정온도까지 상승시킨다. 축열조(40)의 물은 농업시설 내의 실내열교환기(50)를 통해 난방열원으로 작용한다. 축열조(40)의 내부에는 온도센서(42)가 마련되어 있다.
실내열교환기(50)는 축열조(40)에 저장되는 온수(냉수 포함)를 이용하여 농업시설의 실내온도를 조절하기 위한 것으로, 팬코일유닛(52)을 포함한다.
이산화탄소시비유닛(60)은 습기가 제거된 지하공기가 함유하는 이산화탄소를 배출덕트(28)를 통해 농업시설(온실) 외부로 배출하거나 절환게이트(62)를 통해 농업시설(70)과 연통되어 있는 분기덕트(64)로 이산화탄소를 시비할 수 있도록 한다.
한편, 농업시설(70)에는 온도센서(72), 습도센서(74), 가스센서(76)가 설치되며, 이산화탄소시비유닛(60)의 절환게이트(62)와, 축열조(40)의 온도센서(42)와 함께 별도로 마련되는 제어반(80)을 통해 농업시설 냉난방시스템을 사용자가 용이하게 컨트롤할 수 있다.
본 발명은 상기의 구성 요소에 있어 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있다. 하지만, 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하 는 것으로 이해되어야 한다. 그리고 본 발명의 구체적인 실시예에 대해서 첨부도면을 참조하여 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.
그러면, 상술한 구조를 갖는 본 실시예에 따른 지하공기를 이용한 농업시설 냉난방시스템의 운전을 도 8을 참조하여 살펴보기로 한다.
최초 송풍팬(10)에 의해 지하공으로부터 흡입되는 고습(습도 90%RH이상) 및 중온(15 ~ 21℃)의 지하공기는 공기/물 직접 접촉식 열교환기(20) 내부 최하단으로 송풍된다. 공기/물 직접접촉식 열교환기(20)의 최하단으로 송풍된 지하공기는 공기/물 직접접촉식 열교환기 탱크(21) 상측으로 상승하며, 상측에서는 제1펌프(25)에서 제1판형열교환기(30A)의 급수 파이프(23)를 통해 차가운 물이 탱크(21)로 공급되어 낙하한다. 지하공기와 차가운 물은 공기/물 직접 접촉식 열교환기(20)의 내부의 공기/물 분리판(26)을 통과하면서 공기와 물로 분리되며, 물의 표면장력에 의해 충진재(27)의 표면을 감싸며 흐르는 한편 충진재(27)와 충진재(27) 사이를 통과하면서 지하공기와 열교환 한다. 이때, 열교환과 함께 지하공기에 포함되어 있던 수분은 충진재(27)의 표면을 흐르는 물에 흡수되어 습도가 낮아진다. 즉, 지하공기는 습도와 열에너지를 공기/물 직접접촉식 열교환기의 탱크(21) 내를 흐르는 물에 전달하여 온도와 습도가 낮아지며, 지하공기와 열교환한 물은 배수 파이프(24)를 통해 제1판형열교환기(30A)로 다시 유입된다.
지하공기로부터 열에너지를 획득한 물은 제1판형열교환기(30A) 내부에서 히트펌프(30)의 증발기(31)를 흐르는 냉매를 열교환한다. 물로부터 지하공기의 열에너지를 획득한 냉매(증발된 냉매)는 압축기(32)에 의해 압축되어 고온고압의 냉매상태가 되어 히트펌프(30)의 응축기(33)로 유입된다. 응축기(33)에 유입된 고온의 냉매는 제2판형열교환기(30B) 내부에서 축열조(40)를 흐르는 물과 제2펌프(41)를 통해 열교환하면서 축열조(40) 내의 물을 일정 설정온도까지 상승시킨다. 축열조(40) 내의 물은 설정온도에 다다르면 온도센서(42)에 의해 감지되고, 이에 따라 제어반(80)은 농업시설 냉난방시스템(송풍팬(10))을 정지시킨다.
농업시설(70) 내의 온도가 설정온도보다 낮아지면 이는 온도센서(72)에 의해 감지되고 팬코일유닛(52)과 제3펌프(54)가 가동하여 농업시설 내 온도가 설정온도에 다다를 때까지 가동하며 설정온도에 이르면 가동을 정지한다. 또한 습도와 이산화탄소를 습도 및 가스 센서(74, 76)로 감지하여, 이산화탄소의 시비가 필요할 경우 지하공으로부터 송풍되는 지하공기가 함유하는 이산화탄소를 이산화탄소 시비용 분기덕트(64)로 절환게이트(62)를 이용하여 시비하고, 이산화탄소가 설정치에 다다르면 절환게이트(62)를 이용하여 온실로 가는 지하공기의 방향을 변경하여 배출덕트(28)를 통해 외부로 공기가 빠져나갈 수 있도록 한다. 농업시설내 습도조절은 가습기와 제습기에 의해 이루어진다. 도 8에서 미설명된 참조부호 56은 농업시설의 적정한 냉난방을 정확하게 보조하기 위한 가열기이다.
냉방의 경우는 농업시설 냉난방시스템에 장착된 사방밸브(미도시)에 의해 냉매를 역순환시켜 냉난방시스템이 역으로 가동하도록 한다. 즉, 증발기(31)가 응축 기 기능을 하고 응축기(33)가 증발기 기능을 하도록 냉매를 역방향으로 순환시킴으로써 가능해지며, 이러한 기술 사상은 통상의 것이므로 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지하공기를 이용한 농업시설 냉난방시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지하공기를 이용한 농업시설 냉난방시스템의 공기/물 직접 접촉식 열교환기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지하공기를 이용한 농업시설 냉난방시스템의 공기/물 직접 접촉식 열교환기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지하공기를 이용한 농업시설 냉난방시스템의 공기/물 분리판을 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지하공기를 이용한 농업시설 냉난방시스템의 충진재를 확대 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지하공기를 이용한 농업시설 냉난방시스템의 공기/물 직접 접촉식 열교환기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지하공기를 이용한 농업시설 냉난방시스템의 공기/물 직접 접촉식 열교환기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 지하공기를 이용한 농업시설 냉난방시스템의 운전을 설명하기 위한 도면이다.
*도면의 주요 참조부호에 대한 간단한 설명*
10..송풍팬 20..공기/물 직접 접촉식 열교환기
22.유공파이프 23..급수 파이프
26..공기/물 분리판 27..충진재
30..히트펌프 31..증발기
33..응축기 30A,30B..제1,2판형열교환기
40..축열조 50..실내열교환기
60..이산화탄소시비유닛 70..농업시설
72..온도센서 74..습도센서
76..가스센서 80..제어반

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 지하공기와 물을 직접 접촉시켜 습기를 제거하고 열에너지를 획득하는 공기/물 직접접촉식 열교환기와,
    상기 열교환된 물과 냉매를 반응시키기 위한 히트펌프와,
    상기 히트펌프의 냉매와 열교환된 냉수 또는 온수를 저장하는 축열조와,
    상기 축열조의 냉수 및 온수를 이용하여 농업시설의 실내온도를 조절하는 실내열교환기를 포함하되,
    상기 공기/물 직접접촉식 열교환기는 상기 히트펌프와 연결되는 급수 및 배수 파이프를 포함하는 탱크와, 상기 탱크 내부를 수직으로 관통하는 유공파이프와, 상기 탱크 내부에 마련되어 물과 공기를 분리하기 위한 분리판과, 상기 탱크 내부에 채워지는 공극을 갖는 충진재를 포함하고,
    지하공기는 상기 유공파이프를 통해 탱크 내부로 유입되어 탱크의 하측에서 상측으로 빠져나가며, 상기 급수 파이프를 통해 탱크 내부로 공급되는 물은 탱크의 상측에서 하측으로 낙하하며, 지하공기와 물은 상기 충진재를 통과하면서 상호 열교환하는 것을 특징으로 하는 지하공기를 이용한 농업시설 냉난방시스템.
  4. 지하공기와 물을 직접 접촉시켜 습기를 제거하고 열에너지를 획득하는 공기/물 직접접촉식 열교환기와,
    상기 열교환된 물과 냉매를 반응시키기 위한 히트펌프와,
    상기 히트펌프의 냉매와 열교환된 냉수 또는 온수를 저장하는 축열조와,
    상기 축열조의 냉수 및 온수를 이용하여 농업시설의 실내온도를 조절하는 실내열교환기를 포함하되,
    상기 공기/물 직접접촉식 열교환기는 상기 히트펌프와 연결되는 급수 및 배수 파이프를 포함하는 탱크와, 상기 탱크 내부를 수직으로 관통하는 유공파이프와, 상기 탱크 내부에 마련되어 물과 공기를 분리하기 위한 분리판과, 상기 탱크 내부에 채워지는 공극을 갖는 충진재를 포함하고,
    상기 분리판은 복수의 플랫홀과 돌기홀을 구비하되, 상기 플랫홀로는 물이 통과하며, 상기 돌기홀로는 공기가 빠져나가도록 마련되는 것을 특징으로 하는 지하공기를 이용한 농업시설 냉난방시스템.
  5. 지하공기와 물을 직접 접촉시켜 습기를 제거하고 열에너지를 획득하는 공기/물 직접접촉식 열교환기와,
    상기 열교환된 물과 냉매를 반응시키기 위한 히트펌프와,
    상기 히트펌프의 냉매와 열교환된 냉수 또는 온수를 저장하는 축열조와,
    상기 축열조의 냉수 및 온수를 이용하여 농업시설의 실내온도를 조절하는 실내열교환기를 포함하되,
    상기 공기/물 직접접촉식 열교환기는 상기 히트펌프와 연결되는 급수 및 배수 파이프를 포함하는 탱크와, 상기 탱크 내부를 수직으로 관통하는 유공파이프와, 상기 탱크 내부에 마련되어 물과 공기를 분리하기 위한 분리판과, 상기 탱크 내부에 채워지는 공극을 갖는 충진재를 포함하고,
    상기 분리판은 적어도 하나가 상기 급수 파이프보다 하단에 마련되는 것을 특징으로 하는 지하공기를 이용한 농업시설 냉난방시스템.
  6. 지하공기와 물을 직접 접촉시켜 습기를 제거하고 열에너지를 획득하는 공기/물 직접접촉식 열교환기와,
    상기 열교환된 물과 냉매를 반응시키기 위한 히트펌프와,
    상기 히트펌프의 냉매와 열교환된 냉수 또는 온수를 저장하는 축열조와,
    상기 축열조의 냉수 및 온수를 이용하여 농업시설의 실내온도를 조절하는 실내열교환기를 포함하되,
    상기 공기/물 직접접촉식 열교환기는 상기 히트펌프와 연결되는 급수 및 배수 파이프를 포함하는 탱크와, 상기 탱크 내부를 수직으로 관통하는 유공파이프와, 상기 탱크 내부에 마련되어 물과 공기를 분리하기 위한 분리판과, 상기 탱크 내부에 채워지는 공극을 갖는 충진재를 포함하고,
    상기 유공파이프는 하단으로 갈수록 구멍이 증가하는 것을 특징으로 하는 지하공기를 이용한 농업시설 냉난방시스템.
  7. 삭제
  8. 지하공기와 물을 직접 접촉시켜 습기를 제거하고 열에너지를 획득하는 공기/물 직접접촉식 열교환기와,
    상기 열교환된 물과 냉매를 반응시키기 위한 히트펌프와,
    상기 히트펌프의 냉매와 열교환된 냉수 또는 온수를 저장하는 축열조와,
    상기 축열조의 냉수 및 온수를 이용하여 농업시설의 실내온도를 조절하는 실내열교환기와,
    습기가 제거된 지하공기에 함유되어 있는 이산화탄소를 시비하기 위한 이산화탄소 시비유닛을 포함하되,
    상기 이산화탄소시비유닛은 이산화탄소를 농업시설 외부로 배출하기 위한 배출덕트 또는 농업시설과 연통되어 있는 분기덕트를 통해 이산화탄소를 선택적으로 배출하기 위한 절환게이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하공기를 이용한 농업시설 냉난방시스템.
  9. 삭제
  10. 지하공기와 물을 직접 접촉시켜 습기를 제거하고 열에너지를 획득하는 공기/물 직접접촉식 열교환기와, 상기 열교환한 물과 냉매를 반응시키기 위한 히트펌프와, 상기 히트펌프의 냉매와 열교환한 냉수 또는 온수를 저장하는 축열조와, 상기 축열조의 냉수 및 온수를 이용하여 농업시설의 실내온도를 조절하는 실내열교환기와, 농업시설에 마련되는 온도센서와 습도센서와 가스센서와, 습기가 제거된 지하공기에 함유되어 있는 이산화탄소를 시비하기 위한 이산화탄소시비유닛과, 이들 장치를 제어하기 위한 제어반을 포함하고,
    상기 제어반은 농업시설의 상기 온도센서를 감지하여 상기 실내열교환기가 동작하도록 하고, 상기 습도센서와 가스센서를 감지하여 이산화탄소시비유닛을 동작시키며,
    상기 공기/물 직접접촉식 열교환기는 상기 히트펌프와 연결되는 급수 및 배수 파이프를 포함하는 탱크와, 상기 탱크 내부를 수직으로 관통하는 유공파이프와, 상기 탱크 내부에 마련되어 물과 공기를 분리하기 위한 분리판과, 상기 탱크 내부에 채워지는 공극을 갖는 충진재를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하공기를 이용한 농업시설 냉난방시스템의 제어방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 분리판은 복수의 플랫홀과 돌기홀을 구비하되,
    상기 플랫홀로는 물이 통과하며,
    상기 돌기홀로는 공기가 빠져나가도록 마련되는 것을 특징으로 하는 지하공기를 이용한 농업시설 냉난방시스템의 제어방법.
  12. 지하공기와 물을 직접 접촉시켜 습기를 제거하고 열에너지를 획득하는 공기/물 직접접촉식 열교환기와, 상기 열교환한 물과 냉매를 반응시키기 위한 히트펌프와, 상기 히트펌프의 냉매와 열교환한 냉수 또는 온수를 저장하는 축열조와, 상기 축열조의 냉수 및 온수를 이용하여 농업시설의 실내온도를 조절하는 실내열교환기와, 농업시설에 마련되는 온도센서와 습도센서와 가스센서와, 습기가 제거된 지하공기에 함유되어 있는 이산화탄소를 시비하기 위한 이산화탄소시비유닛과, 이들 장치를 제어하기 위한 제어반을 포함하고,
    상기 제어반은 농업시설의 상기 온도센서를 감지하여 상기 실내열교환기가 동작하도록 하고, 상기 습도센서와 가스센서를 감지하여 이산화탄소시비유닛을 동작시키며,
    상기 이산화탄소시비유닛은 이산화탄소를 농업시설 외부로 배출하기 위한 배출덕트 또는 농업시설과 연통되어 있는 분기덕트를 통해 이산화탄소를 선택적으로 배출하기 위한 절환게이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하공기를 이용한 농업시설 냉난방시스템의 제어방법.
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