KR101951702B1 - 외기와 실내 온도차를 이용한 비닐하우스의 자동온도제어 시스템 - Google Patents

외기와 실내 온도차를 이용한 비닐하우스의 자동온도제어 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 외기와 실내 온도차를 이용한 비닐하우스의 자동온도제어 시스템에 관한 것으로, 하우스의 내부에 작물이 재배되도록 설치된 고설 재배베드; 상기 비닐하우스를 지탱하는 프레임의 일부로서 상부 공간을 가로지르는 복수의 가로지지대; 상기 가로지지대의 적어도 한 곳 이상에서 상기 고설 재배베드를 향하여 하향 고정되는 그네 형상의 행거; 상기 고설 재배베드에서 생장하는 재배작물의 직상부 공간에 배치되고, 상부를 향한 분출공이 복수개 형성된 급기관; 상기 급기관의 직상부에 설치되어 상부를 향해 분출되는 열교환 급기를 재배작물 공간을 향하도록 하향 유도하는 반구면을 가지는 반구면덮개; 상기 고설 재배베드의 하부에 설치되며, 상기 재배작물 공간을 향해 분출되는 열교환 급기를 흡인하여 상기 급기관의 송풍 반대방향으로 배풍시키는 흡기관; 상기 급기관과 흡기관 사이에 커튼형상으로 설치된 차단막; 상기 급기관을 통하여 공급되는 열교환 공기를 상기 흡기관으로부터 회수하여 열교환시키며, 냉난방 공조설비가 구비된 열교환공조기; 상기 열교환공조기에 결합된 외기 흡입구와 내기 배출구; 하우스의 외부에 설치된 외기 온도센서, 하우스 내부의 개방공간에 설치된 하우스내부 온도센서 및 작물재배공간에 설치된 베드 온도센서를 포함한 온도센서; 및 상기 하우스의 내외부에 설치된 온도센서로부터 받은 온도정보에 의해 최적의 열교환공조기의 가동조건을 선택하여 외기 흡입구와 내기 배출구 및 급기관과 흡기관을 자동으로 제어하는 온도콘트롤러;를 포함하여 하우스의 온도를 자동으로 제어하는 시스템에 대한 것이다.

Description

외기와 실내 온도차를 이용한 비닐하우스의 자동온도제어 시스템{AN AUTOMATIC TEMPERATURE CONTOL SYSTEM FOR A GREENHOUSE USING TEMPERATURE DIFFERENTIAL OF INSIDE AND OUTSIDE}
본 발명은 외기와 실내 온도차를 이용한 비닐하우스 자동온도제어 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비닐하우스나 글래스 하우스 등에서 작물의 재배조건에 맞는 최적의 온도를 유지하기 위한 자동온도제어 시스템에 관한 것이다.
우리나라의 재배온실의 유형은 대부분 비닐하우스로, 2015년 농림축산식품부의 발표에 의하면 단동 하우스가 90% 정도를 차지하고 있다. 단동 비닐하우스는 동절기나 이른 봄 재배시 보온을 우선시하여 온도관리를 하는데, 일사량이 많은 계절에는 실내온도 상승으로 작물이 고온장해를 받을 수 있기 때문에 적절한 고온대책이 필요하다. 시설재배에서 작물 생산성을 높이기 위해서는 온실환기량을 극대화할 필요가 있다. 특히 온실에서의 환기효과는 온도상승의 억제뿐 만 아니라 실내외 온도를 교환하여 과습 및 결로 방지, 탄산가스 농도, 공기유동 등의 환경조건을 적절하게 유지함으로써, 작물의 생육환경에 큰 영향을 미친다.
시설재배에 있어서 환기법에는 풍압력 및 실내외 기온차를 이용하는 자연환기와 환기팬 등의 기계적인 장치를이용하는 강제 환기법이 있는데, 온실의 구조나 경제성을 고려하여, 대부분 자연환기에 의존하고 있다.
고온기에 온실은 측창 환기만으로는 생육한계온도 이상으로 높아지기 쉬워 작물재배가 어려운 경우가 많다. 따라서 자연환기 성능을 향상시키기 위해서는 측창과 함께 지붕 환기시설의 천창 설치가 필요하나 단동 이중 비닐하우스의 경우, 천창과 측창의 설치 및 자동제어 구조가 구조가 복잡하고 어려울뿐만 아니라, 설치, 유지비용이 고가라는 문제점이 있다.
작물의 생장은 온도에 민감하며, 종자로부터 발아, 영양생장 및 화아분화, 개화, 결실 등의 생육주기의 특정 단계에서는 더욱 온도의 영향을 많이 받는다. 특히 작물의 집약적 재배가 이루어지는 시설재배에서는 특정 병해충 발생이 증가하여 큰 피해를 초래하는데, 병원균의 발병도는 온도, 습도 등의 환경조건과도 밀접한 관련이 있다.
예를 들면, 딸기의 일생은 어린 가지인 런너의 발생, 포기의 발육, 꽃눈의 형성, 휴면, 개화결실하는 일련의 생육단계가 자연의 기후변화에 완전히 일치해 가며 진행된다. 딸기는 저온에서 옥신의 작용으로 생성된 생장호르몬에 의하여 생장하는데, 저온의 기간이 부족할 경우에는 왜소화된다. 저온의 기간이 길어지면 웃자라게 되고 런너의 발생도 많아진다.
딸기는 9월에 정식을 하면 10월이면 정식된 포기에서 런너가 발생되고, 준비된 포트에 한포기씩 삽식을 하고 충분히 관수를 한다음 차광을 처서 2~3일간 차광을 했다가 4일째부터는 아침과 저녁때는 햇빛을 약간씩 쬐여서 10일이 지나면 일반적으로 보통 관리를 하면 새뿌리가 내리기 시작한다. 이때가 10월중하순이고 이때를 놓치면 모가 빈약해서 우량한 모주를 만들기 어렵다(육묘상의 지온은 20~25℃로 유지해야 발근이 빨라진다. 아래 그림의 "휴면 조우시간의 계산" 참조).
그림 1. 휴면 조우시간의 계산
Figure 112017124839425-pat00001
12월 상순이 되면 지름 12cm 개별포트에 다시 분갈이를 하면서 원예용 상토로 채워서 월동중 동사가 없도록 사전에 튼튼한 모를 만들어 둬야 한다. 12월 중순부터는 별도 난방을 하지 않는 비닐하우스로 옮겨서 0~5℃사이의 시간이 600~700시간(저온처리)을 경과 시켜 생육이 다시 시작되는 휴면타파를 2월 말일까지는 끝내어 완전한 모주로 가꾸어 놔야 여름에 계획된 모의 본수를 확보하게 된다.
딸기의 생육적온은 주간 17~20℃, 야간 10℃ 내외이며 약간 서늘한 기후를 좋아한다. 특히 내한성이 강하여 -2~-3℃ 정도의 저온에도 견디나, -7℃ 이하에서는 동해를 받는다. 25℃ 이상에서는 생육이 지연되고, 30℃ 이상에서는 생육이 정지되며, 37℃ 내외에서는 고온 장해를 받는다. 특히 개화기의 꽃이나 꽃봉오리가 온도에 민감하여 5℃ 이하에서 장시간 경과하거나 0℃ 내외에서 1~2시간 경과하면 냉해를 받아 꽃받침 부분이 검게 변하며, 35℃ 이상 고온에서는 암술머리가 장해를 받아 화분의 발아가 불량하여 기형과 또는 불수정과의 원인이 된다. 딸기의 일조조건은 온도와 함께 작용하여 꽃눈분화와 휴면을 좌우하는 중요한 요인이다. 저온과 단일조건에서 꽃눈이 분화되고, 이어서 휴면에 돌입하며 겨울을 지나면서 자연적인 저온처리로 휴면에서 깨어 봄에 개화, 결실하며 여름의 고온의 일조시간이 길어지면 경엽의 생장이 촉진되고 자묘를 발생시켜 번식한다.
이와 같이, 딸기는 하우스에서 재배하지만 비교적 저온성 식물인 관계로 8월의 고온에서는 성장이 거의 정지 상태에 있으므로 연중 재배가 매우 어려운 작목이다. 따라서, 딸기를 연중 하절기에도 생산하기 위해서는 저온 유지 관리에 많은 에너지와 차광시설 등 관리에 많은 비용이 소요되는 문제점이 있다.
1. 한국등록특허 10-0910041(2009년07월23일), "비닐하우스 환기장치" 2. 한국등록특허 10-1353940(2014년01월15일), "비닐하우스 측창개폐기의 모터 제어장치" 3. 한국등록특허 10-1644633(2016년07월26일), "비닐하우스용 순환대류 시스템" 4. 한국등록특허 10-0910041(2017년01월02일), "비닐하우스를 포함한 농작물 생육시설용 외기 공급 시스템" 5. 일본등록특허 제5124846호(2011년11월19일), "하우스 재배 시스템"
1. 이종남(2003), 고품질 딸기 수출을 위한 최신 재배기술, 농촌진흥청 2. 우리농자재, 딸기재배와 육묘기술, www.wragri.com 3. 김대영(2013), 시설딸기 재배기술, 농촌진흥청, 국립원예특작과학원 4. 이석건(2011), 단동 비닐하우스의 최소 난방 기술 개발, 농촌진흥청 5. 문종필(2015), 원예시설 에너지절감을 위한 국소냉난방 기술연구, 농촌진흥청
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 온도조절과 환기가 용이한 단동 비닐하우스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, 국부적인 재배공간의 온도조절이 가능하고, 특히 하절기에 저온작물 재배에 있어서 에너지 사용을 최대한 줄일 수 있는 단동 비닐하우스를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 저온 작물의 연중 재배가 가능한 단동 비닐하우스를 제공하는 것이다.
상기와 같은 과제를 수행하기 위한 본 발명은, 하우스의 내부에 작물이 재배되도록 설치된 고설 재배베드; 상기 비닐하우스를 지탱하는 프레임의 일부로서 상부 공간을 가로지르는 복수의 가로지지대; 상기 가로지지대의 적어도 한 곳 이상에서 상기 고설 재배베드를 향하여 하향 고정되는 그네 형상의 행거; 상기 고설 재배베드에서 생장하는 재배작물의 직상부 공간에 배치되고, 상부를 향한 분출공이 복수개 형성된 급기관; 상기 급기관의 직상부에 설치되어 상부를 향해 분출되는 열교환 급기를 재배작물 공간을 향하도록 하향 유도하는 반구면을 가지는 반구면덮개; 상기 고설 재배베드의 하부에 설치되며, 상기 재배작물 공간을 향해 분출되는 열교환 급기를 흡인하여 상기 급기관의 송풍 반대방향으로 배풍시키는 흡기관; 상기 급기관과 흡기관 사이에 커튼형상으로 설치된 차단막; 상기 급기관을 통하여 공급되는 열교환 공기를 상기 흡기관으로부터 회수하여 열교환시키며, 냉난방 공조설비가 구비된 열교환공조기; 상기 열교환공조기에 결합된 외기 흡입구와 내기 배출구; 하우스의 외부에 설치된 외기 온도센서, 하우스 내부의 개방공간에 설치된 하우스내부 온도센서 및 작물재배공간에 설치된 베드 온도센서를 포함한 온도센서; 및 상기 하우스의 내외부에 설치된 온도센서로부터 받은 온도정보에 의해 최적의 열교환공조기의 가동조건을 선택하여 외기 흡입구와 내기 배출구 및 급기관과 흡기관을 자동으로 제어하는 온도콘트롤러;를 포함하고, 상기 급기관은 재배베드를 수직방향으로 지지하는 행거 또는 밭두둑 상부에 설치되는 행거에 수평방향으로 고정되며, 급기관의 상부를 향하여 형성된 다수의 분출공의 직경은 종단까지 분출량을 일정하게 하기 위해 종단방향으로 갈수록 점접 커지도록 구성되며, 반구면덮개는 고설 재배베드를 수직방향으로 지지하는 행거에 고정되고, 분출된 열교환 급기가 평행 하향할 수 있도록 반구면 중심영역에 외기급기관을 배치되고, 열교환공조기는 냉난방공조기와, 냉난방공조기의 냉기 또는 온기와, 실내온도와 외기온도를 설정온도가 되도록 온도콘트롤로의 알고리즘에 의해 에너지 절약이 최적이 되도록 외기 급기량이 조절되면서 열교환이 되도록 하며, 온도콘트롤러는 실내온도, 재배작물 공간온도, 외기온도 측정센서 등의 복수의 온도 입력포트와, 송풍기 가동/중지, 송풍량 제어, 외기 유입량 제어 신호 등의 복수의 출력포트, 설정온도, 제어 알고리즘 연산장치(CPU), 입력 인터페이스, 기억장치, 유무선통신 모듈 등이 구비되어 하우스의 온도를 자동으로 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 비닐하우스 실내에 고설 재배베드 또는 밭두둑을 따라서 종방향으로 복수의 급기관, 흡기관과 차단막을 설치함으로써, 환기와 온도조절이 용이한 단동 비닐하우스를 제공할 수 있다.
또한, 고설 재배베드 또는 밭두둑 상부에 반구면덮개를 설치함으로써, 국부적인 재배공간의 온도조절이 가능하고, 특히 하절기에 저온작물 재배에 있어서 에너지 사용을 최대한 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 고설 재배베드 또는 밭두둑 상부에 설치된 반구면덮개와 차단막에 의해 급기관과 흡기관에 의해 국부적인 재배공간만 온도조절이 가능하게 함으로써, 최대한 에너지를 절약할 수 있으며, 특히 시기에 따라 저온관리가 필요한 작물을 적정한 온도에서 연중 재배가 가능한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 외기와 실내 온도차를 이용한 비닐하우스의 온도제어 시스템의 바람직한 일실시예를 나타낸 개념도.
도 2는 도 1의 재배작물 공간의 상하에 설치된 급기관 및 흡기관 등의 설치 확대 단면도.
도 3은 도 1의 시스템에 유무선통신 수단으로 외부 단말기와 연결되어 원격 감시 제어되는 개념도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 실시예에서는 비닐하우스에서 딸기의 고설재배(수경재배) 시스템을 예로 들어 설명한다.
도 1은 본 발명의 외기와 실내 온도차를 이용한 비닐하우스의 온도제어 시스템의 일실시예를 개략적인 측면도로 나타낸 개념도로서, 도시된 바와 같이, 본 발명의 비닐하우스 재배 시스템(10)은 비닐하우스를 지탱하는 프레임의 일부로서 상부 공간을 가로지르는 복수의 가로지지대(13);
상기 가로지지대(13)의 적어도 한 곳 이상에 고설재배 베드를 향하여 하향 고정된 그네 형상의 행거(15); 재배작물(14)의 직상부 공간에 배치되고, 상부를 향한 분출공(102)이 다수개 형성된 급기관(100); 급기관(100)의 직상부에 설치되어 상부를 향해 분출되는 열교환 급기를 재배작물 공간(110)을 향하도록 하향 유도하는 반구면을 가지는 반구면덮개(200); 고설 재배베드(12) 또는 밭두둑의 근거리에 설치되며, 작물 재배공간(110)을 향해 분출되는 열교환 급기를 작물 재배공간(110)의 저부에 노출된 흡기지관(310)으로부터 흡인하여 급기관(100)의 송풍 반대방향으로 배풍시키는 흡기관(300); 상기 급기관(100)과 흡기관(300) 사이에 커튼 형상으로 설치되는 차단막; 급기관(100)의 송풍공기를 흡기관(300)으로 흡인한 순환하는 공기를 열교환시키며, 냉난방 공조설비가 마련된 열교환공조기(400); 비닐하우스 재배 시스템(10) 내의 실내온도(Tin)와 외기온도(Tout) 그리고 비닐하우스의 내부 공간면적(S)으로부터 실내 총열량(Th)을 계산하고, 작물재배 공간(110)의 현재 온도(Tp)를 측정하여 외기온도(Tout)로부터 최적의 외기유입량(V)과 열교환공조기(400)의 가동조건을 자동으로 제어하는 온도콘트롤러(500)를 포함한다. 또한, 비닐하우스 재배 시스템(10)은 투명한 비닐 시트, 글래스 판으로 덮인 글래스하우스도 포함된다.
도 2는 재배작물 공간의 상하에 설치된 급기관(100) 및 흡기관(300) 등의 설치 확대도로서, 고설 재배베드(12)는 일반적으로 수경 재배용 베드이며, 베드의 내부에는 양액 배지를 포함하고 있다. 고설 재배베드(12) 하부는 지면에 설치되는 지지대(18)에 의해 안전하게 받쳐진다. 사정에 따라서 지지대(18)는 다양한 형태로 설치되며, 생략될 수도 있다.
또한, 고설 재배베드(12)는 비닐하우스 상부 공간을 가로지르는 가로지지대(13)에 상단이 고정부재(16)에 의해 결합 고정된 행거(15)의 하단부 바닥면에 설치될 수도 있다. 일반적으로 행거(15)는 그네 형상이며, 양쪽에 행거줄 또는 행거 지지대가 있으며, 바닥부분에는 고설 재배베드(12)가 안치되는 받침대가 구비되고, 비닐하우스의 폭이 큰 경우에는 가로방향으로 하나 이상 복수의 열로 설치된다.
반구면 덮개(200)는 일반적으로 비닐하우스 종방향 즉, 고설 재배베드(12)를 따라, 행거(15)의 양쪽 줄 또는 지지수단에 덮개 고정부재(16)로 고정된다. 이와 같이 덮개 고정부재(16)로 고정된 반구면 덮개(200)는 재배작물(14)의 생장에 따라 설치 높이를 조절할 수 있다. 따라서, 덮개 고정부재(16)는 특별히 한정되지는 않지만 체결 및 해체가 용이한 구조가 바람직하다.
그리고, 고설 재배베드(12)의 하부에 설치되는 지지대(18)는 X-자 모양으로 교차시키는 것이 보다 안정적이다. 그러나 이 지지대(18)는 반드시 X-자 모양으로 교차시킬 필요는 없으며, H-자 모양으로 지지해도 상관없다. 또한, 고설 재배베드(12)는 작업성을 고려하여 지상에서 1.2m 정도의 높이에 설치되는 것이 바람직하고, 일반적으로 비닐하우스 재배 시스템(10)의 종방향의 길이는 40~50m 정도이다.
급기관(100)은 고설 재배베드(12)를 수직방향으로 지지하는 행거(16)의 양쪽 줄 또는 지지대에 의해 고정부재(15)에 의해 급기관 고정수단(17)에 의해 결합 고정된다. 급기관 고정수단(17)은 도시된 바와 같이, 수평방향의 양단부는 상기 행거(15)를 수직방향으로 지지하는 지지수단에 결합고정되며, 중앙부는 급기관(100)을 감싸는 U-밴드로 체결하는 것이 바람직하다.
또한, 급기관(100)의 상부에는 비닐하우스 재배 시스템(10)의 종방향으로 복수개의 분출공(102)을 형성시킨다. 급기관(100)의 상부를 향하여 형성된 다수의 분출공(120)의 직경은 말단까지 분출량을 일정하게 하기 위해 말단방향으로 갈수록 점접 구경이 커지게 하는 것이 바람직하다. 또한, 급기관(100)은 비닐로 만든 투명한 신축관이나 파이프 등이 사용될 수 있다.
반구면덮개(200)는 고설 재배베드(12)를 수직방향으로 지지하는 행거(16)의 수직방향 지지수단에 덮개 고정부재(16)로 고정시키고, 분출된 열교환 급기가 평행 하향할 수 있도록 반구면 덮개(200)의 중심영역에 급기관(100)의 분출공(102)이 위치하도록 한다. 따라서, 상부를 향한 분출공(102)은 반구면 덮개(200)의 초점부분 또는 중심영역에 있는 것이 보다 바람직하다.
또한, 분출공에서 분출되는 열교환 급기는 상부를 향하여 분산되어 반구면덮개(200)의 구면에 부딪친다. 반구면덮개(200)의 구면에 부딪친 열교환 급기는 대략 하향 평행류로 흐르면서 작물 재배공간(110)으로 균일하게 보내 지도록한다.
도시되어 있지 않지만, 반구면덮개(200)의 양 측면에는 상하 방향으로 베드의 외부와 내부를 차단하기 위한 커텐식 차단막을 더 설치할 수 있다. 차단막은 비닐 등으로 형성되어 작물재배 공간과 기타 하우스 내부를 격리하여 급기관에서 분출된 공기가 주변의 공기와 바로 섞여 중화되는 것을 지연하기 위해 설치된다. 차단막의 하단에는 추의 역할을 하는 무게추를 결합시키거나 플렉서블 자석을 설치하고 고설베드의 대응되는 위치에 자석을 설치하여 차단막의 하단이 붙어있게 할 수도 있다.
이와 같이, 급기관(100)을 통하여 열교환 급기를 하향 평행류로 흐르게 함으로써, 작물 재배공간(110)만 국소적으로 온도 조절이 가능하고, 이에 따라, 냉난방 에너지를 조절 절약할 수 있다. 특히, 밤낮 일교차가 큰 경우에는, 비닐하우스 내의 공기 전체의 온도를 조절하지 않고, 작물 재배공간(110)만 국소적으로 온도 조절을 함으로써 에너지 절약의 효과가 크다. 물론 시간이 경과할 수록 비닐하우스 내부 전체가 균일한 온도에 도달하지만, 비닐하우스 내부 공간면적이 클수록 에너지 절약효과는 크다고 할 수 있다.
흡기관(300)은 급기관(100)과 마찬가지로 고설 재배베드(12)를 따라 재배작물(14)에 장애가 되지 않도록 고설 재배베드(12)의 저부의 지지대(18) 등에 설치 고정하는 것이 바람직하다. 흡인지관(310)은 흡입구가 작물 재배공간(110)의 저부에 노출되어 흡기관(300)과 연결된다. 흡기관(300)은 열교환공조기(400)의 흡기팬(410)의 부압에 의해 흡인지관(310)을 통하여 열교환 급기를 열교환공조기(400)로 흡인하여 내기 배출구(160)을 통하여 외부로 방출하거나 열교환공조기에 의해 가열 또는 냉각되어 작물 재배공간(110)으로 순환될 수 있다.
열교환공조기(400)에는 외기 흡입구(150)와 내기 배출구(160)가 설치되어 외부로부터의 외기의 흡입 및 하우스 내부의 공기를 배출하거나 흡입과 배출을 차단할 수 있도록 구성되고, 하우스 내부에 있는 급기관(100)으로 송풍하는 송풍기와 하우스 내부에 설치된 흡기관(300)으로 부터 흡인되는 공기를 흡인하는 흡기팬(410)이 마련되고,냉풍 또는 온풍을 선택적으로 운영할 수 있도록 구성된다. 냉난방공조기는 기본적으로 온풍을 생산하는 열풍기(440)와 냉풍을 생산하는 냉동기(450)로 구성되며, 1차로 실내의 작물 재배공간(110)과, 비닐하우스 내부 공간에 배치된 하우스내부 온도센서(140)로부터 측정된 온도와, 작물이 재배되는 베드에 설치된 배드 온도센서(140) 및 하우스 외부에 배치된 외기 온도센서(120)로부터 측정된 외기온도를 미리 입력된 알고리즘에 의해 최대의 에너지 절약을 하도록 외기 및 비닐하우 내의 급기량을 조절한다.
낮동안 하우스 내부에 작물이 재배되는 베드에 설치된 베드 온도센서로부터 측정된 온도가 온도콘트롤러에 입력된 상한기준치보다 높아지면 우선 외기 흡입구로부터 유입된 공기를 냉난방공조기 작동없이 작물재배공간으로 내보내고, 베드 온도센서의 온도가 외기만으로는 더이상 낮춰지지 않을 경우에는 냉난방공조기의 냉동기가 가동되어 적정한 온도의 공기를 배출하도록 하고, 상한기준치 이하의 온도가 일정 시간 유지되면 냉동기의 동작이 중지되도록하고, 외기가 유입되는 동안 내기 배출구는 계속 가동되도록 한다. 베드 온도센서에서 측정된 온도가 설정된 하한기준치 이하로 떨어지면 외기 흡입구와 내기 배출구의 외부통로가 닫히고, 냉난방공조기의 열풍기가 작동되어 흡기관으로부터 흡입된 공기를 가열하여 급기관으로 송출한다.
온도콘트롤러(500)는 하우스내부 온도센서를 통한 실내온도, 베드 온도센서를 통한 재배작물 공간(11)의 온도, 외기온도센서의 온도 입력포트와, 송풍기 가동/중지, 송풍량 제어, 외기 흡입구와 내기 배출구의 개폐정도제어 신호 등의 복수의 출력포트, 설정온도, 제어 알고리즘 연산장치(CPU), 입력 인터페이스를 갖춘 마이크로 컴퓨터(μ-COM), 유무선통신 모듈 등이 구비된다.
또한, 온도콘트롤러(500)는 비닐하우스 재배 시스템(10) 내의 실내온도(Tin)와 외기온도(Tout) 그리고 비닐하우스의 내부 공간면적(S)으로부터 실내 총열량(Th)을 계산하고, 재배작물 공간(110)의 현재 온도(Tp)를 측정하여 외기온도(Tout)로부터 최적의 외기유입량(V)과 열교환공조기(400)의 가동조건을 자동으로 제어하도록 할 수 있다.
이러한 열교환공조기(400)와 온도콘트롤러(500)는 사정에 따라서 비닐하우스 내부 또는 외부에 설치될 수 있으며, 특별히 설치장소가 제한되지 않는다.
도 3은 시스템이 유무선통신 수단으로 외부 단말기와 연결되어 원격 감시 제어되는 개념도로서, 온도콘트롤러(500)에 내장 또는 따로 별도 설치된 유무선통신 모듈은 이동통신망(510)이나 인터넷망(520)을 통하여 휴대단말기(530)와 연결된다.
휴대단말기(530)는 관리자가 비닐하우스 재배 시스템(10)의 카메라나, 습도, 온도 센서로부터 실시간으로 재배에 관한 정보를 확인 감시하고, 병충해 정보, 기상정보 등을 이용하여 비닐하우스 재배 시스템(10)을 스마트 팜으로도 운용가능하게 할 수 있고, 관리자의 휴대단말기(530)는 관리자의 스마트폰, PC 등으로 이루어질 수 있으며, 이동통신망(510)이나 인터넷망(520)은 전문 서버에 연결되어, 재배작물의 생장이력을 감시 조절하여 출하시기 조절을 관리할 수 도 있다.
본 발명은 비록 한정된 실시예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다 할 것이다.
10 : 비닐하우스 재배 시스템 12 : 고설 재배베드
13 : 가로지지대 14 : 재배작물
15 : 행거 16 : 덮개 고정부재
17 : 급기관 고정수단 18 : 지지대
100 : 급기관 102 : 분출공
110 : 작물 재배공간 120 : 외기 온도센서
130 : 하우스내부 온도센서 140 : 베드 온도센서
150 : 외기 흡입구 160 : 내기 배출구
200 : 반구면 덮개 250 : 차단막
300 : 흡기관 310 : 흡기지관
400 : 열교환공조기 410 : 흡기 팬
420 : 송풍기 430 : 열교환기
440 : 열풍기 450 : 냉동기
500 : 온도 콘트롤러 510 : 이동통신망
520 : 인터넷망 530 : 휴대단말기

Claims (6)

  1. 비닐하우스의 내부에 작물이 재배되도록 설치된 고설 재배베드;
    상기 비닐하우스를 지탱하는 프레임의 일부로서 상부 공간을 가로지르는 복수의 가로지지대;
    상기 가로지지대의 적어도 한 곳 이상에서 상기 고설 재배베드를 향하여 하향 고정되는 그네 형상의 행거;
    상기 고설 재배베드에서 생장하는 재배작물의 직상부 공간에 배치되고, 상부를 향한 분출공이 복수개 형성된 급기관;
    상기 급기관의 직상부에 설치되어 상부를 향해 분출되는 열교환 급기를 재배작물 공간을 향하도록 하향 유도하는 반구면을 가지는 반구면덮개;
    상기 고설 재배베드의 하부에 설치되며, 상기 재배작물 공간을 향해 분출되는 열교환 급기를 흡인하여 상기 급기관의 송풍 반대방향으로 배풍시키는 흡기관;
    상기 급기관과 흡기관 사이에 커튼형상으로 설치된 차단막;
    상기 급기관을 통하여 공급되는 열교환 공기를 상기 흡기관으로부터 회수하여 열교환시키며, 냉난방 공조설비가 구비된 열교환공조기;
    상기 열교환공조기에 결합된 외기 흡입구와 내기 배출구;
    하우스의 외부에 설치된 외기 온도센서, 하우스 내부의 개방공간에 설치된 하우스내부 온도센서 및 작물재배공간에 설치된 베드 온도센서를 포함한 온도센서; 및
    상기 하우스의 내외부에 설치된 온도센서로부터 받은 온도정보에 의해 최적의 열교환공조기의 가동조건을 선택하여 외기 흡입구와 내기 배출구 및 급기관과 흡기관을 자동으로 제어하는 온도콘트롤러;를 포함하는 외기와 실내 온도차를 이용한 하우스의 자동온도제어 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 급기관의 입구는 상기 열교환공조기의 송풍구에 연결되며, 상기 행거의 수직방향 지지수단에 고정되어 상기 비닐하우스의 종방방향으로 배치되어, 상기 분출공의 직경은 종단방향으로 갈수록 점접 커지는 것을 특징으로 하는 외기와 실내 온도차를 이용한 비닐하우스의 온도제어 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 반구면덮개는 상기 고설 재배베드를 수직방향으로 지지하는 행거의 수직 지지부대에 고정부재에 의해 고정되고, 상기 급기관의 분출공에서 분출된 열교환 급기가 평행 하향할 수 있도록 반구면의 초점 또는 중심영역에 상기 급기관의 분출공이 위치하도록 배치하는 것을 특징으로 하는 외기와 실내 온도차를 이용한 비닐하우스의 온도제어 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 흡기관은 상기 작물 재배공간의 저부에 노출된 적어도 하나의 흡기지관에 연결되고, 상기 흡기지관으로부터 흡인된 열교환 공기를 상기 열교환공조기의 흡입구에 연결되어 열교환 공기를 순환시키는 것을 특징으로 하는 외기와 실내 온도차를 이용한 비닐하우스의 온도제어 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 열교환공조기는 냉난방공조기와, 상기 냉난방공조기의 냉기 또는 온기와, 상기 실내온도와 외기온도를 설정온도가 되도록 상기 온도콘트롤로의 알고리즘에 의해 에너지 절약이 최적이 되도록 외기 급기량을 조절하면서 열교환하는 것을 특징으로 하는 외기와 실내 온도차를 이용한 비닐하우스의 온도제어 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 온도콘트롤러는 상기 실내온도, 재배작물 공간온도, 외기온도 측정센서 등의 복수의 온도 입력포트와, 송풍기 가동/중지, 송풍량 제어, 외기 유입량 제어 신호 등의 복수의 출력포트, 설정온도, 제어 알고리즘 연산장치(CPU), 입력 인터페이스, 기억장치, 유무선통신 모듈 등을 포함하는 것을 특징으로 하는 외기와 실내 온도차를 이용한 비닐하우스의 온도제어 시스템.
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