KR102613080B1 - Vertical multi-layered plant cultivation system utilizing natural light and maintaining the optimum atmosphere for growth through the year - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스마트 식물 재배 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는 연중 생육적온 유지가 가능한 수직형 다층 식물 재배 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 상기 시스템은 시스템 하우징 본체에 단열재를 구비한 차광 단열부를 설치하고, 지열 냉난방 바닥 파이프와 지열 냉난방 천장 팬 코일 유닛을 이용하여 바닥부와 천장부로부터의 온도를 조절하고, 수직형 다층 식물 재배부의 지지 프레임에 형성된 공기 유출구를 통해 공기를 유출하여 내부에서 공기를 순환시킴으로써 식물의 생육적온을 유지할 수 있다.The present invention relates to a smart plant cultivation system, and specifically to a vertical multi-layer plant cultivation system capable of maintaining an optimal temperature for growth throughout the year. The system of the present invention installs a light-shielding insulator with an insulating material in the system housing main body, controls the temperature from the floor and ceiling using a geothermal cooling and heating floor pipe and a geothermal cooling and heating ceiling fan coil unit, and cultivates vertical multi-layer plants. By allowing air to flow out through the air outlet formed in the support frame of the unit and circulating the air inside, the optimum temperature for plant growth can be maintained.
Description
본 발명은 스마트 식물 재배 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는 연중 안정적인 생육환경 유지가 가능한 자연광 활용 수직형 다층 식물 재배 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a smart plant cultivation system, and specifically to a vertical multi-layer plant cultivation system utilizing natural light that can maintain a stable growth environment throughout the year.
수직형 다층 식물 재배 시스템 (소위, 버티컬팜)은 기후나 계절의 영향을 받지 않고 작물 생육을 위한 재배조건을 구성하여 다층 재배하는 시설로서 미래농업의 핵심기술이다. The vertical multi-layer plant cultivation system (so-called vertical farm) is a core technology of future agriculture as a multi-layer cultivation facility that creates cultivation conditions for crop growth without being affected by climate or season.
종래의 국내 버티컬팜(식물 공장)은 인공광을 중심으로 개발되어 왔으나, LED 비용 및 전기요금 문제로 수익성 확보에 실패하여 버티컬팜의 확산이 어려운 상황이었다. 이에 따라 재배비용이 저렴하고 작물의 품질이 상대적으로 우수한 자연광 (또는 인공광 병용) 버티컬팜의 구축이 여러 번 시도되었으나 불규칙한 자연광과 불안정한 재배 환경으로 다층 재배 작물의 성장이 고르게 유도되기 어렵다는 문제가 있었다.Conventional domestic vertical farms (plant factories) have been developed focusing on artificial light, but they failed to secure profitability due to issues with LED costs and electricity bills, making the spread of vertical farms difficult. Accordingly, several attempts have been made to build vertical farms using natural light (or artificial light combined) with low cultivation costs and relatively high crop quality, but there was a problem in that it was difficult to induce even growth of multi-layered crops due to irregular natural light and unstable cultivation environments.
또한, 버티컬팜에서는 광 뿐만 아니라 온도의 유지도 문제이다. 특히 한국의경우, 계절 변화에 따른 연교차가 매우 크기 때문에 자연적으로 식물의 생육 적온이 유지되는 기간이 매우 짧고 그 외의 기간에는 생육적온의 유지에 많은 비용이 발생하게 된다. 생육적온 유지를 위한 냉난방 에너지 사용에 따른 비용이 전체 재배 비용의 30 내지 60%를 차지한다는 보고도 있다. 특히 여름의 경우 작물은 잘 자라지만 냉방 에너지의 사용 비용이 난방 에너지의 4배에 이른다는 보고가 있으며, 겨울에는 온도 편차가 심하고 야간 열뺏김 현상으로 인하여 작물이 덜 자라서 수확량이 떨어지기 쉬우므로 작기를 맞추기 위해서는 난방 비용이 증가할 수 밖에 없어서 비용 대비 수익성이 불량하다.Additionally, in vertical farms, maintenance of not only light but also temperature is a problem. In particular, in the case of Korea, the annual temperature difference due to seasonal changes is very large, so the period during which the optimal temperature for plant growth is naturally maintained is very short, and a lot of costs are incurred to maintain the optimal temperature for growth during other periods. There are also reports that the cost of heating and cooling energy use to maintain the optimal temperature for growth accounts for 30 to 60% of the total cultivation cost. In particular, in the summer, crops grow well, but there are reports that the cost of cooling energy is four times that of heating energy. In winter, the temperature difference is large and the crop grows less due to heat loss at night, which tends to lower the yield. In order to meet this, heating costs inevitably increase, resulting in poor profitability compared to cost.
이에 따라 연중 생육적온과 안정적인 재배 환경이 경제적이고 효율적인 방식으로 유지될 수 있어서 식물의 고르고 우수한 생장을 유도할 수 있는 방법이 필요하다.Accordingly, there is a need for a method that can maintain the optimal temperature for growth and a stable cultivation environment throughout the year in an economical and efficient manner, thereby inducing even and excellent growth of plants.
또한, 좁은 공간에서 밀식재배가 필수적으로 요구되는 다층재배 구현시, 공기 순환력이 떨어지면 병충해가 잘 발생하고 생육도 저하되는 현상이 발생하며, 밀식된 작물내 충분한 CO2가 공급되지 않아 광합성 효율이 떨어지는 상황이 발생하게 된다. 더욱 중요한 문제는 온실내 공기순환 및 CO2 농도 조건에 따라 다층재배 작물의 생육발달 편차가 발생하여, 양액 농도, 양액주기, 수확량, 수확주기 등이 모두 불규칙해져 다층재배에 큰 어려움을 발생시키게 되고, 이러한 문제는 자연광 활용시 다층재배가 불가능하도록 만드는 가장 큰 요인 중 하나가 된다.In addition, when implementing multi-layer cultivation where dense cultivation is essential in a small space, if air circulation is low, pests and diseases occur easily and growth is reduced, and photosynthetic efficiency is reduced because sufficient CO 2 is not supplied to the crowded crops. Falling situations occur. A more important problem is that deviations in the growth and development of multi-layered crops occur depending on air circulation and CO2 concentration conditions in the greenhouse, and the nutrient solution concentration, nutrient solution cycle, yield, and harvest cycle all become irregular, causing great difficulties in multi-layered cultivation. , this problem becomes one of the biggest factors that make multi-layer cultivation impossible when using natural light.
본 발명에서는 자연광 병용에 의해 연중 생육적온 유지가 가능한 수직형 다층 식물 재배 시스템을 제공하여, 작물 생육 및 수량 개선, 작물생육 편차 최소화, 병충해 방지, 광합성 효율 최대화 등의 목표를 달성하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to achieve the goals of improving crop growth and yield, minimizing crop growth deviation, preventing pests and diseases, and maximizing photosynthetic efficiency by providing a vertical multi-layer plant cultivation system that can maintain the optimal temperature for growth throughout the year by using natural light in combination. .
본 발명의 전술한 목적은, 시스템 하우징 본체에 단열재를 구비한 차광 단열부를 설치하고, 지열 냉난방 바닥 파이프와 지열 냉난방 천장 팬 코일 유닛을 이용하여 바닥부와 천장부로부터의 온도를 조절하고, 수직형 다층 식물 재배부의 지지 프레임에 형성된 공기 유출구를 통해 공기를 유출하여 내부에서 공기를 순환시킴으로써 식물의 생육적온과 균일한 공기순환을 조성 및 유지함으로써 달성할 수 있었다.The above-described object of the present invention is to install a light-shielding insulator with an insulating material in the system housing main body, control the temperature from the floor and the ceiling using a geothermal cooling and heating floor pipe and a geothermal cooling and heating ceiling fan coil unit, and install a vertical multi-layer This could be achieved by creating and maintaining the optimal temperature for plant growth and uniform air circulation by circulating air inside by leaking air through the air outlet formed in the support frame of the plant cultivation area.
구체적으로, 본 발명의 일 양태에 따르면, 하기를 포함하는 식물 재배 시스템(10)이 제공된다:Specifically, according to one aspect of the present invention, a plant cultivation system 10 is provided comprising:
태양광이 입사가능한 채광부(101) 및 벽면의 일부 또는 전부를 따라 단열재가 설치된 차광 단열부(102)를 포함하는 하우징 본체, 하기 식물 재배부(200) 상에서 상기 하우징 본체를 가로지르도록 설치되어 하우징 내부와 하우징 천장부를 구획하는 천장 구획판(120), 상기 천장 구획판(120)에 설치된 환기구(미도시), 상기 하우징 천장부에 위치하는 차광 단열부(102) 상에 설치되어 열을 외부로 배출할 수 있는 기계식 열 배출구(110), 및 상기 차광 단열부(102) 벽면의 일부 또는 전부에 설치되어 하우징 본체 내부의 광을 반사하는 광반사부(130)를 포함하는 시스템 하우징부(100);A housing main body including a lighting part 101 through which sunlight can enter and a light-shielding insulating part 102 with an insulating material installed along part or all of the wall, installed to cross the housing main body on the plant cultivation part 200 below. A ceiling partition plate 120 that divides the inside of the housing and the housing ceiling, a ventilation hole (not shown) installed in the ceiling partition plate 120, and a light-shielding insulator 102 located in the housing ceiling are installed to transfer heat to the outside. A system housing unit 100 including a mechanical heat outlet 110 capable of discharging heat, and a light reflection unit 130 installed on part or all of the wall of the light blocking and insulating unit 102 to reflect light inside the housing main body. ;
복수의 수직 지지 프레임(411)과 복수의 수평 지지 프레임(412)에 의해 구획되고, 수직으로 배열된 복수의 식물 재배층 및 인공광을 선택적으로 조사하는 조명부(240)를 포함하며, 상기 시스템 하우징부의 하우징 내부에 위치하는 수직형 식물 재배부(200);It is partitioned by a plurality of vertical support frames 411 and a plurality of horizontal support frames 412, and includes a plurality of vertically arranged plant cultivation layers and a lighting unit 240 that selectively irradiates artificial light, and the system housing portion A vertical plant cultivation unit 200 located inside the housing;
지하에 설치된 지열 열 교환부(310), 상기 지열 열 교환부(310)에서 물을 공급받아 소정의 온도로 조절된 온도조절 수로 전환하는 히트 펌프(330), 상기 히트 펌프(330)로부터의 온도조절 수가 하우징 본체의 바닥부 및 천장부를 따라 흐르도록 설치된 수 이동용 파이프(510), 및 하우징 천장부로부터 하우징 내부를 향해 온도 조절된 공기를 분사하는 팬 코일 유니트(360)를 포함하는 온도 조절부(300); 및A geothermal heat exchange unit 310 installed underground, a heat pump 330 that receives water supplied from the geothermal heat exchange unit 310 and converts it into temperature-controlled water adjusted to a predetermined temperature, and a temperature from the heat pump 330. A temperature control unit (300) including a water moving pipe (510) installed so that the regulated water flows along the bottom and ceiling of the housing main body, and a fan coil unit (360) that sprays temperature-controlled air from the housing ceiling toward the inside of the housing. ); and
공기 이동 통로(423) 및 상기 공기 이동 통로(423)의 공기를 하우징 내부로 분사하는 복수의 공기 유출구(422)를 포함하고 상기 수직 지지 프레임(411)과 상기 수평 지지 프레임(412)을 구성하는 지지프레임용 파이프(420), 상기 지지 프레임용 파이프(420)의 공기 이동 통로(423) 내로 공기를 유입하는 공기공급부(미도시), 공기의 습도 제어를 위한 습도 제어부(430), 공기 중 이산화탄소 함량 제어를 위한 이산화탄소 제어부(440), 및 공기의 압력 제어를 위한 공기압 제어부(450)를 포함하고, 상기 공기공급부를 통해 유입되는 공기는 하우징 내부의 목표 온도, 습도, 및 이산화탄소 농도로 조절된 공기인, 공기 순환부(400).It includes an air movement passage 423 and a plurality of air outlets 422 that spray air from the air movement passage 423 into the interior of the housing, and constitutes the vertical support frame 411 and the horizontal support frame 412. A support frame pipe 420, an air supply unit (not shown) that introduces air into the air movement passage 423 of the support frame pipe 420, a humidity control unit 430 for controlling the humidity of the air, and carbon dioxide in the air. It includes a carbon dioxide control unit 440 for controlling the content, and an air pressure control unit 450 for controlling the pressure of the air, and the air flowing in through the air supply unit is air adjusted to the target temperature, humidity, and carbon dioxide concentration inside the housing. In, air circulation unit (400).
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 채광부(101)는 상기 하우징 천장부에 경사진 광 투과창을 포함하고, 상기 경사진 광 투과창의 경사면이 지면에 수직하는 수직선과 이루는 각도(θ)가 40 내지 50도의 범위 내에 있는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the skylight unit 101 includes an inclined light-transmitting window on the ceiling of the housing, and the angle (θ) formed by the inclined surface of the inclined light-transmitting window with the vertical line perpendicular to the ground is 40. It may be within a range of 50 degrees.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 하우징 본체에서 상기 채광부(101) 대상기 차광 단열부(102)의 면적비가 3.5 ~ 4.5 대 5.5 ~ 6.5 일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the area ratio of the light blocking and insulating part 102 of the light emitting unit 101 in the housing main body may be 3.5 to 4.5 to 5.5 to 6.5.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 온도 조절부(300)의 팬 코일 유니트(360) 및 상기 공기 순환부(400)의 지지 프레임용 파이프(420)의 공기 유입구에 각각 독립적으로 연결되어 공기를 전달하는 공기 이동용 파이프(610)를 더 포함하고,According to one embodiment of the present invention, the fan coil unit 360 of the temperature control unit 300 and the air inlet of the support frame pipe 420 of the air circulation unit 400 are each independently connected to the air inlet to supply air. It further includes a pipe 610 for transferring air,
상기 공기 이동용 파이프(610)는 하우징 본체의 천장부 및 바닥부에 설치된 상기 수 이동용 파이프(510)에 인접하여 상기 수 이동용 파이프(510)로부터의 온도가 상기 공기 이동용 파이프(610)에 전달되도록 설치되는 것일 수 있다.The air movement pipe 610 is installed adjacent to the water movement pipe 510 installed on the ceiling and bottom of the housing body so that the temperature from the water movement pipe 510 is transmitted to the air movement pipe 610. It may be.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수 이동용 파이프(510)는 상기 공기 이동용 파이프(610)의 둘레를 둘러싸는 쉘 형태로 설치되는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the water movement pipe 510 may be installed in a shell shape surrounding the air movement pipe 610.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 공기 순환부(400)의 공기 공급부를 통해 유입되는 공기는 온도, 습도, 및 이산화탄소 농도가 조절된 공기이고, 상기 습도 및 이산화탄소는 상기 공기 이동용 파이프(610)에서 수증기 및 이산화탄소를 공기 중으로 분사함으로써 조절되는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the air flowing in through the air supply part of the air circulation unit 400 is air whose temperature, humidity, and carbon dioxide concentration have been adjusted, and the humidity and carbon dioxide are connected to the air movement pipe 610. It may be controlled by spraying water vapor and carbon dioxide into the air.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 지지 프레임용 파이프(420)의 적어도 2개 이상의 면 상에 상기 공기 유출구(422)가 형성되어, 유출된 공기가 하우징 내부에서 복수의 방향으로 순환되도록 할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the air outlet 422 is formed on at least two surfaces of the support frame pipe 420, so that the discharged air can be circulated in a plurality of directions inside the housing. there is.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 온도 조절부(300)의 수 이동용 파이프(510)로부터 배출되는 폐수를 저장하는 폐수 저장고(350)를 더 포함하고, 상기 폐수 중 적어도 일부는 상기 지열 열 교환부(310) 또는 히트 펌프(330)에 다시 공급될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, it further includes a wastewater reservoir 350 for storing wastewater discharged from the water moving pipe 510 of the temperature control unit 300, and at least a portion of the wastewater is exchanged for geothermal heat exchange. It may be supplied again to the unit 310 or the heat pump 330.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 천장 구획판(120)은 하우징 내부를 향하는 하면에 광반사 부재를 더 포함하여, 상기 천장 구획판(120)으로 입사하는 태양광은 투과하고 하우징 내부로부터의 광은 반사하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the ceiling partition plate 120 further includes a light reflection member on the lower surface facing the inside of the housing, so that sunlight incident on the ceiling partition plate 120 is transmitted and reflected from the inside of the housing. Light can be reflective.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 식물 재배부(200)는 식물에 양액을 공급하기 위한 양액 공급부(230)를 각 식재층마다 포함하고, 각 식재층의 양액 공급부(230)는 양액 이동 통로(232)에 의해 서로 유통하고, 양액 유입구(231)는 수직하는 복수의 식재층의 상층에 위치하여 양액 공급부로 양액이 유입되도록 하고 양액 유출구(233)는 수직하는 복수의 식재층의 하층에 위치하여 양액 공급부와 양액 이동 통로를 경유한 양액이 유출되도록 할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the plant cultivation unit 200 includes a nutrient solution supply unit 230 for supplying the nutrient solution to the plants for each planting layer, and the nutrient solution supply unit 230 of each planting layer is a nutrient solution movement passage. They are distributed to each other by (232), and the nutrient solution inlet 231 is located in the upper layer of a plurality of vertical planting layers to allow the nutrient solution to flow into the nutrient solution supply part, and the nutrient solution outlet 233 is located in the lower layer of a plurality of vertical planting layers. This allows the nutrient solution to flow out through the nutrient solution supply unit and the nutrient solution movement passage.
본 발명에 따른 식물 재배 시스템(10)은 차광 단열부에 의한 단열, 바닥부에서의 바닥 냉난방과 팬 코일 유니트에 의한 천장 냉난방, 및 공기 순환부에 의해 순환되는 온도 조절된 공기를 통해 식물의 생육에 적합한 온도(생육적온)를 연중 계절 변화와 관계없이 항상 일정하게 유지할 수 있다. 이러한 생육적온의 유지를 통해 작물의 생육 발달과 수량 개선의 효과를 가져올 수 있다.The plant cultivation system 10 according to the present invention grows plants through insulation by a light-shielding insulator, floor cooling and heating at the bottom, ceiling cooling and heating by a fan coil unit, and temperature-controlled air circulated by an air circulation unit. The temperature suitable for growth (optimal temperature for growth) can always be maintained constant regardless of seasonal changes throughout the year. Maintaining this optimal temperature for growth can result in improved growth and yield of crops.
또한, 단일의 공기 순환부에 의해 온도뿐만 아니라 이산화탄소 농도와 습도를 동시에 컨트롤할 수 있으므로 생육 환경을 효율적이고 편리하게 유지시킬 수 있고, 또한, 생육적온, 습도, 및 CO2가 비교적 균일하게 유지될 수 있기 때문에 복수의 다층 식재층 사이의 생육편차가 최소화될 수 있어서 다층 재배가 구현될 수 있게 된다.In addition, since temperature as well as carbon dioxide concentration and humidity can be controlled at the same time by a single air circulation unit, the growth environment can be maintained efficiently and conveniently, and the optimal temperature, humidity, and CO 2 for growth can be maintained relatively uniformly. Therefore, growth deviation between a plurality of multi-layer planting layers can be minimized, allowing multi-layer cultivation to be implemented.
또한, 식물 재배부와 결합된 공기 순환부를 통해 하우징 내부 공기를 다양한 방향으로 순환시켜 작물 주위에 미풍 순환이 이루어지게 할 수 있으므로 병충해 발생율이 저하될 수 있다.In addition, the air circulation unit combined with the plant cultivation unit can circulate the air inside the housing in various directions to create a breeze circulation around the crops, thereby reducing the incidence of pests and diseases.
또한, 본 발명에 따른 식물 재배 시스템(10)은 인공광과 태양광을 선택에 따라 동시에 이용할 수 있으며, 식물 재배 시스템(10)의 채광부 투과창 각도 조절을 통해 본체 내부에 도달하는 태양광의 양은 최대화하면서 내부 난반사에 의해 태양광이 내부 구석구석까지 잘 도달할 수 있도록 하여 인공광 사용량을 줄일 수 있고, 내부 온도 조절에 차광 단열부의 단열재 뿐만 아니라 지열도 이용함으로써 시스템 전력 소모 저감에 기여할 수 있다. In addition, the plant cultivation system 10 according to the present invention can simultaneously use artificial light and sunlight as selected, and the amount of sunlight reaching the inside of the main body is maximized by adjusting the angle of the light transmission window of the plant cultivation system 10. Meanwhile, the amount of artificial light used can be reduced by allowing sunlight to reach every corner of the interior through internal diffuse reflection, and by using geothermal heat as well as the insulation of the shading insulator to control the internal temperature, it can contribute to reducing system power consumption.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 시스템(10)의 시스템 하우징부(100)를 개략적으로 도시하는 정단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 시스템(10)의 온도 조절부(300), 시스템 하우징부(100), 및 이들이 결합된 상태를 개략적으로 도시하는 정단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배부(200)를 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 순환부(400), 식물 재배부(200), 및 이들이 결합된 상태를 개략적으로 도시하는 정단면도이다.
도 5 에서 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 순환부(400)의 지지 프레임용 파이프(420)의 일례를 개략적으로 도시하는 사시도이고, (b)는 지지 프레임용 파이프(420)들을 연결하기 위한 3구 결착부의 일례, (c)는 4구 결착부의 일례를 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 조절부(300)의 수 이동용 파이프(510)와 공기 순환부(400)의 공기 이동용 파이프(610)가 결합된 상태를 개략적으로 도시하는 상면도이다.Figure 1 is a front cross-sectional view schematically showing the system housing portion 100 of the plant cultivation system 10 according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a front cross-sectional view schematically showing the temperature control unit 300, the system housing unit 100, and their combined state of the plant cultivation system 10 according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a perspective view schematically showing the plant cultivation unit 200 according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a front cross-sectional view schematically showing the air circulation unit 400, the plant cultivation unit 200, and their combined state according to an embodiment of the present invention.
In Figure 5, (a) is a perspective view schematically showing an example of the pipe 420 for the support frame of the air circulation unit 400 according to an embodiment of the present invention, and (b) is the pipe 420 for the support frame. (c) is a perspective view schematically showing an example of a 4-hole connection part for connecting them.
Figure 6 is a top view schematically showing the combined state of the water movement pipe 510 of the temperature control unit 300 and the air movement pipe 610 of the air circulation unit 400 according to an embodiment of the present invention. .
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 식물 재배 시스템에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, a plant cultivation system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.When adding reference numerals to components in each drawing, it should be noted that identical components are given the same reference numerals as much as possible even if they are shown in different drawings. Additionally, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.
또한, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.Additionally, the size or shape of components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, terms specifically defined in consideration of the configuration and operation of the present invention are only for describing embodiments of the present invention and do not limit the scope of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 시스템(10)은 시스템의 하우징 본체와 이의 부속 구성요소로 이루어진 시스템 하우징부(100); 시스템 하우징부(100)의 내부에 위치하고 식물이 식재되는 식재부(210)를 포함하는 식물 재배부(200); 물을 소정 온도의 온도조절 수로 전환하고 상기 온도조절 수를 하우징 바닥과 천장에 설치된 파이프를 통해 순환시켜 시스템 하우징부(100) 내부의 온도를 조절하는 온도 조절부(300); 및 상기 식물 재배부(200)를 구획하는 지지 프레임(411, 412)의 파이프(420)에 공기를 유입하고 상기 파이프 상에 타공된 공기 유출구(422)를 통해 공기가 유출되도록 하여 식물 재배부 주변의 공기를 순환시키는 공기 순환부(400)를 포함한다. 이하에서는 상기 각 구성요소에 대해 보다 상세히 설명한다.A plant cultivation system 10 according to an embodiment of the present invention includes a system housing portion 100 consisting of a housing main body of the system and its auxiliary components; A plant cultivation unit 200 located inside the system housing unit 100 and including a planting unit 210 where plants are planted; A temperature control unit 300 that converts water into temperature-controlled water of a predetermined temperature and circulates the temperature-controlled water through pipes installed on the floor and ceiling of the housing to control the temperature inside the system housing unit 100; And air is introduced into the pipes 420 of the support frames 411 and 412 that partition the plant cultivation unit 200, and the air is allowed to flow out through the air outlet 422 perforated on the pipe, thereby forming a space around the plant cultivation unit. It includes an air circulation unit 400 that circulates air. Below, each of the above components will be described in more detail.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 시스템(10)의 시스템 하우징부(100)를 개략적으로 도시한다. Figure 1 schematically shows the system housing portion 100 of the plant cultivation system 10 according to an embodiment of the present invention.
상기 시스템 하우징부(100)에서 하우징 본체는 식물이 재배되어 자라기 위한 공간을 포함하여, 다수의 지지벽이 바닥부로부터 위로 연장되고 지붕을 이루어서 형성되는 공간이다. 하우징 본체는 바닥, 지지벽, 지붕으로 이루어진 외형을 가지며, 또한, 본 발명에 따르면 상기 하우징 본체는 채광부(101)와 차광 단열부(102)로 구성될 수 있다. In the system housing part 100, the housing main body includes a space for plants to grow and is a space formed by a plurality of support walls extending upward from the bottom and forming a roof. The housing main body has an external shape consisting of a floor, a support wall, and a roof. Additionally, according to the present invention, the housing main body may be composed of a lighting part 101 and a light blocking and insulating part 102.
상기 채광부(101)는 태양광이 입사가능하며 상기 차광 단열부(102)는 태양광을 차광하고 벽면의 일부 또는 전부를 따라 단열재를 설치한 부분이다. 상기 채광부(101)는 하우징 본체의 지붕 중 일부와 지지벽 중의 일부를 구성할 수 있으며, 상기 차광 단열부(102)는 상기 채광부(101)를 제외한 지붕의 나머지 일부와 지지벽의 나머지 일부를 구성할 수 있다. 상기 채광부(101)는 하우징 본체의 남쪽 방향에 설치되는 것이 태양광을 년중 효과적으로 활용하는데 바람직하다.The lighting part 101 allows sunlight to enter, and the light blocking and insulating part 102 is a part that blocks sunlight and has an insulating material installed along part or all of the wall. The lighting part 101 may constitute part of the roof and a part of the support wall of the housing main body, and the light-shielding and insulating part 102 may constitute the remaining part of the roof and the remaining part of the supporting wall excluding the lighting part 101. can be configured. It is preferable that the lighting unit 101 is installed in the southern direction of the housing main body to effectively utilize sunlight throughout the year.
일 구현예에 따르면, 상기 하우징 본체에서 상기 채광부(101) 대 상기 차광 단열부(102)의 면적비가 3.5 ~4.5 대 5.5 ~6.5, 예를 들어 4:6 일 수 있다. 상기 차광 단열부(102)가 차지하는 면적이 상기 채광부(101)의 면적에 비해 더 넓은 것이 단열과 안정적인 온도 유지를 위해 바람직할 수 있다. 차광 단열부(102)로 인하여 광량이 부족하거나 광분포가 불균일해지는 것을 방지하기 위해 시스템 하우징부(100)는 광반사부(130)를 통해 광의 손실을 방지하고 식물 재배부(200)는 조명부(240)를 더 포함하여 태양광이 충분히 도달하지 못하는 영역은 더 많은 인공광이 사용되도록 할 수 있다. According to one embodiment, the area ratio of the lighting part 101 to the light blocking and insulating part 102 in the housing main body may be 3.5 to 4.5 to 5.5 to 6.5, for example, 4:6. It may be preferable for the light blocking and insulating part 102 to have a larger area than the lighting part 101 for thermal insulation and maintaining a stable temperature. In order to prevent a lack of light or uneven light distribution due to the light blocking and insulating unit 102, the system housing unit 100 prevents loss of light through the light reflection unit 130, and the plant cultivation unit 200 provides a lighting unit ( 240), more artificial light can be used in areas where sunlight does not reach sufficiently.
또한, 일 구현예에 따르면 상기 채광부(101) 상에는 외부 차양막(103)을 설치할 수 있다. 여기서 상기 외부 차양막(103)은 여름 낮과 같이 태양광이 과도하게 입사될 때에는 채광부(101)를 가려서 차광하기 위해 사용되며, 상기 외부 차양막(103)은 착탈식 또는 접이식으로 되어 필요에 따라 제거가 가능하도록 설치하는 것이 바람직하다.Additionally, according to one embodiment, an external sunshade 103 may be installed on the lighting part 101. Here, the external sunshade 103 is used to block and shade the lighting part 101 when excessive sunlight is incident, such as during the summer day, and the external sunshade 103 is removable or foldable and can be removed as needed. It is desirable to install it as much as possible.
또한, 일 구현예에 따르면, 상기 채광부(101)는 하우징 천장부에 경사진 광 투과창을 포함할 수 있다. 채광부(101)의 창은 투명해야 하며, 실내외 표면 온도차로 인한 결로현상이 발생되지 않도록 하는 2중 복합유리 또는 플라스틱 소재가 선택될 수 있다. Additionally, according to one embodiment, the skylight unit 101 may include a light-transmitting window inclined to the ceiling of the housing. The window of the skylight unit 101 must be transparent, and may be made of double-layer composite glass or plastic material that prevents condensation from occurring due to temperature differences between indoor and outdoor surfaces.
상기 시스템 하우징부(100)는 식물 재배부(200) 상에 위치하고 상기 하우징 본체를 가로지르도록 설치되어 하우징 내부와 하우징 천장부를 구획하는 천장 구획판(120)을 포함한다. 상기 천장 구획판(120)은 온도 조절부(300)와 공기 순환부(400)에 의해 조절한 온도 등의 생육 조건이 잘 유지될 수 있도록 하우징 본체를 구획하는 역할을 한다. 상기 천장 구획판(120)에는 환기구(미도시)를 설치하여 전술한 바와 같이 내부 생육 조건은 유지시키면서도 하우징 내부의 불필요한 열이나 공기가 배출되어 순환이 이루어질 수 있게 할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 상기 하우징 천장부에 위치하는 차광 단열부(102) 상에 기계식 열 배출구(110)를 설치하여 내부의 열을 외부로 강제 배출할 수도 있다. The system housing unit 100 is located on the plant cultivation unit 200 and includes a ceiling partition plate 120 installed across the housing main body to partition the interior of the housing and the housing ceiling. The ceiling partition plate 120 serves to partition the housing main body so that growth conditions such as temperature controlled by the temperature control unit 300 and the air circulation unit 400 can be well maintained. By installing a ventilation hole (not shown) in the ceiling partition plate 120, unnecessary heat or air inside the housing can be discharged and circulated while maintaining internal growth conditions as described above. In addition, according to the present invention, a mechanical heat outlet 110 may be installed on the light-shielding and insulating part 102 located on the ceiling of the housing to forcibly discharge internal heat to the outside.
또한, 상기 천장 구획판(120)은 하우징 내부를 향하는 하면에 광반사 부재(미도시) 를 더 포함할 수 있으며 이를 통해 하우징 외부로부터 입사하는 태양광은 투과하면서도 하우징 내부로부터의 광은 반사하여 광손실이 저감되게 할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 상기 차광 단열부(102) 벽면의 일부 또는 전부에도 광반사부(130a, 130b, 130c)를 설치하여 하우징 본체 내부의 광이 잘 반사되도록 할 수 있다.In addition, the ceiling partition plate 120 may further include a light reflection member (not shown) on the lower surface facing the inside of the housing, through which sunlight incident from the outside of the housing is transmitted while reflecting light from the inside of the housing. Losses can be reduced. In addition, according to the present invention, light reflection parts 130a, 130b, and 130c can be installed on part or all of the wall surface of the light blocking and insulating part 102 to ensure that the light inside the housing body is well reflected.
상기 시스템 하우징부(100)의 내부에는 식물 재배부(200)가 위치한다 (도 1, 도 2 참조). 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배부(200)를 개략적으로 도시하는 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 순환부(400), 식물 재배부(200), 및 이들이 결합된 상태를 개략적으로 도시하는 정단면도이다. A plant cultivation unit 200 is located inside the system housing unit 100 (see FIGS. 1 and 2). Figure 3 is a perspective view schematically showing a plant cultivation unit 200 according to an embodiment of the present invention, and Figure 4 is an air circulation unit 400, a plant cultivation unit 200, according to an embodiment of the present invention. and a front cross-sectional view schematically showing the state in which they are combined.
상기 식물 재배부(200)는 복수의 수직 지지 프레임(411)과 복수의 수평 지지 프레임(412)에 의해 구획되고 수직으로 배열된 복수의 식물 재배층을 포함한다. 상기 식물 재배층 각각은 식물이 식재되는 복수의 식재부(210)를 포함하며 상기 식재부(210)는 식재 프레임(220) 상의 식재 하우징 내에 배치될 수 있다. 상기 식재 프레임(210)은 식물 재배부(200)를 지지하고 구획하는 지지 프레임(411, 412)에 연결 또는 부착되어 있을 수 있다. The plant cultivation unit 200 is partitioned by a plurality of vertical support frames 411 and a plurality of horizontal support frames 412 and includes a plurality of plant cultivation layers arranged vertically. Each of the plant cultivation layers includes a plurality of planting units 210 in which plants are planted, and the planting units 210 may be disposed within a planting housing on the planting frame 220. The planting frame 210 may be connected to or attached to support frames 411 and 412 that support and partition the plant cultivation unit 200.
상기 식물 재배부(200)는 조명부(240)를 더 포함한다. 상기 조명부(240)는 식재 하우징의 일측에 배치될 수 있다. 상기 조명부(240)는 스위치 온 또는 스위치 오프에 의해 선택적으로 조명을 키거나 끄도록 스위치에 연결되어 있을 수 있으며 상기 스위치는 수동 조작되거나 원격으로 자동 제어될 수 있다. 상기 조명부(240)는 시스템 하우징부(100)의 하우징 내부 각 영역에 따라 상이한 밀도로 설치될 수 있다. 예를 들어 상기 조명부(240)는 채광부(101)에 인접한 하우징 상부에 비해 채광부(101)에서 가장 멀리 떨어진 바닥부에 위치한 식재층 부근에서 더 높은 밀도로 설치될 수 있다. 다른 예로는 상기 조명부(240)는 동일한 밀도로 설치되고 하우징 내부의 각 영역에 필요한 광량에 따라 상이한 개수의 조명부(240)가 독립적으로 켜지도록 조작할 수도 있다.The plant cultivation unit 200 further includes a lighting unit 240. The lighting unit 240 may be placed on one side of the planting housing. The lighting unit 240 may be connected to a switch to selectively turn on or off the lighting by turning the switch on or off, and the switch may be manually operated or automatically controlled remotely. The lighting unit 240 may be installed at different densities depending on each area inside the housing of the system housing unit 100. For example, the lighting unit 240 may be installed at a higher density near the planting layer located on the floor furthest from the lighting unit 101 compared to the upper part of the housing adjacent to the lighting unit 101. As another example, the lighting units 240 may be installed at the same density and operated so that different numbers of lighting units 240 are turned on independently depending on the amount of light required for each area inside the housing.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 식물 재배부(200)는 식물에 양액을 공급하기 위한 양액 공급부(230)를 각 식재층마다 포함할 수 있다. 여기서 각 식재층의 양액 공급부(230)는 양액 이동 통로(232)에 의해 서로 유통할 수 있다. 또한, 양액 공급부(230)로 양액을 유입하는 양액 유입구(231)는 수직하는 복수의 식재층의 상층에 위치하고 양액 공급부(230)로부터 폐양액을 배출시키기 위한 양액 유출구(233)는 수직하는 복수의 식재층의 하층에 위치하도록 할 수 있다. 이와 달리 양액 유입구(231)와 양액 유출구(233)가 각 식재층마다 위치하도록 하여 양액이 각 식재층에서 독립적으로 이용되도록 하여도 된다. Additionally, according to one embodiment of the present invention, the plant cultivation unit 200 may include a nutrient solution supply unit 230 for each planting layer for supplying the nutrient solution to the plants. Here, the nutrient solution supply unit 230 of each planting layer can be distributed to each other through the nutrient solution movement passage 232. In addition, the nutrient solution inlet 231 for flowing the nutrient solution into the nutrient solution supply unit 230 is located in the upper layer of a plurality of vertical planting layers, and the nutrient solution outlet 233 for discharging the waste nutrient solution from the nutrient solution supply unit 230 is located in a plurality of vertical planting layers. It can be located in the lower layer of the planting layer. Alternatively, the nutrient solution inlet 231 and the nutrient solution outlet 233 may be located in each planting layer so that the nutrient solution can be used independently in each planting layer.
온도 조절부(300)는 식물 재배 시스템(10)의 온도를 조절하기 위한 것으로서 도 2에 도시된 바와 같이 그 일부가 시스템 하우징부(100)에 설치된다. 본 발명에 따르면 상기 온도 조절부(300)는 지하에 설치된 지열 열 교환부(310), 상기 지열 열 교환부(310)에서 물을 공급받아 소정의 온도로 조절된 온도조절 수로 전환하는 히트 펌프(330), 상기 히트 펌프(330)로부터의 온도조절 수가 하우징 본체의 바닥부 및 천장부를 따라 흐르도록 설치된 수 이동용 파이프(510), 및 하우징 천장부로부터 하우징 내부를 향해 온도 조절된 공기를 분사하는 팬 코일 유니트(360)를 포함한다. The temperature control unit 300 is for controlling the temperature of the plant cultivation system 10, and a portion of the temperature control unit 300 is installed in the system housing unit 100 as shown in FIG. 2. According to the present invention, the temperature control unit 300 includes a geothermal heat exchange unit 310 installed underground, a heat pump that receives water supplied from the geothermal heat exchange unit 310 and converts it into temperature-controlled water adjusted to a predetermined temperature 330), a water moving pipe 510 installed so that temperature-controlled water from the heat pump 330 flows along the bottom and ceiling of the housing body, and a fan coil that sprays temperature-controlled air from the housing ceiling toward the inside of the housing. Includes unit 360.
상기 지열 열 교환부(310)는 지면(301) 아래(지하)에 위치하며, 지열 열 교환부(310)로 공급된 물 (보급수(302))은 지열에 의해 온도가 조절될 수 있다. 상기 조절된 온도는 지온(대략 15℃ 내외)과 동일한 온도일 수 있다. 상기 지열 열 교환부(310)에서 온도 조절된 물은 필요에 따라 지하수 저장고(320)에 유입되어 보관될 수 있으며, 상기 지하수 저장고(320)는 지면(301) 아래에 위치하므로 물의 온도는 지온으로 계속 유지될 수 있다. 상기 온도 조절된 물은 히트 펌프(330)로 다시 유입되고, 상기 히트 펌프(330)에서는 하우징 내부의 온도 조절에 필요한 온도까지 물의 온도를 조절하여 냉수 또는 온수와 같은 온도조절 수를 생성한다. 상기 온도조절 수는 수 이동용 파이프(510)를 통해 수 이동경로(303a, 303b, 303c)를 따라 하우징 본체의 바닥부 및 천장부를 흐른다. 상기 온도조절 수에 의해 하우징 내부의 온도가 조절될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 온도조절 수는 히트 펌프(330)에서 나와서 하우징 본체로 이동하기 전에 축열조(340)로 유입되어 보관되었다가 사용될 수도 있다.The geothermal heat exchange unit 310 is located below (underground) the ground 301, and the temperature of the water (make-up water 302) supplied to the geothermal heat exchange unit 310 can be controlled by geothermal heat. The adjusted temperature may be the same as ground temperature (approximately 15°C). Water whose temperature is controlled in the geothermal heat exchange unit 310 can be stored in the groundwater storage 320 as needed. Since the groundwater storage 320 is located below the ground 301, the temperature of the water is at ground temperature. It can continue to be maintained. The temperature-controlled water flows back into the heat pump 330, and the heat pump 330 adjusts the temperature of the water to the temperature necessary to control the temperature inside the housing to generate temperature-controlled water such as cold water or hot water. The temperature-controlled water flows through the water movement pipe 510 to the bottom and ceiling of the housing body along the water movement paths 303a, 303b, and 303c. The temperature inside the housing can be adjusted by the temperature control number. According to one embodiment, the temperature-controlled water may be flowed into the heat storage tank 340, stored, and used before coming out of the heat pump 330 and moving to the housing main body.
본 발명의 일 실시예에 따르면 팬 코일 유니트(360)는 하우징 본체의 천장부,예를 들어 천장 구획판 아래에 다수 개가 일렬로 나란히 설치될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 팬 코일 유니트(360)는 공기 유입구(미도시), 열 교환용 코일(미도시), 공기 유출구(미도시), 및 송풍기(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 팬 코일 유니트(360)는 공기 유입구를 통해 공기를 흡입한 후, 수 이동용 파이프(510)를 따라 흐르는 온도조절 수와의 열 교환이 이루어지도록 함으로써 공기의 온도를 조절할 수 있다. 이와 같이 열교환에 의해 온도 조절된 공기는 공기 유출구를 통해 유출되고 팬 코일 유니트(360)의 송풍기를 통해 온풍 또는 냉풍과 같은 온도조절된 공기로 분사될 수 있다. 이 때 상기 온풍 또는 냉풍과 같은 온도조절된 공기는 하우징 천장부로부터 하우징 내부를 향하는 방향으로 분사되며, 바람직하게는 식재부(210)에 직접 공기가 닿지 않도록 하기 위해 팬 코일 유니트(360)는 복수의 식재부(210) 사이에 위치하도록 설치될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a plurality of fan coil units 360 may be installed in a row on the ceiling of the housing main body, for example, under a ceiling partition plate. According to one embodiment of the present invention, the fan coil unit 360 may include an air inlet (not shown), a heat exchange coil (not shown), an air outlet (not shown), and a blower (not shown). . The fan coil unit 360 can control the temperature of the air by sucking in air through the air inlet and then exchanging heat with temperature-controlled water flowing along the water moving pipe 510. In this way, the air whose temperature is controlled by heat exchange flows out through the air outlet and can be sprayed as temperature-controlled air, such as hot or cold air, through the blower of the fan coil unit 360. At this time, the temperature-controlled air, such as the warm air or cold air, is sprayed from the housing ceiling toward the inside of the housing. Preferably, in order to prevent the air from directly contacting the planting unit 210, the fan coil unit 360 includes a plurality of It may be installed to be located between the planting units 210.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 팬 코일 유니트(360)의 공기 유입구에 유입되는 공기는 미리 온도 조절된 것일 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 팬 코일 유니트(360)의 공기 유입구는 공기 이동용 파이프(610)에 연결되어 상기 파이프(610)로부터의 공기가 유입되는 것일 수 있으며, 여기서 상기 파이프(610)는 하우징 본체의 천장부에 설치된 수 이동용 파이프(510)에 인접함으로써 공기와 온도조절 수 사이의 열교환이 이루어지도록 설치되어 있을 수 있다. 일 실시예에 따르면 상기 공기 이동용 파이프(610)와 수 이동용 파이프(510)는 적어도 일면이 접촉하고 있을 수 있다. 다른 일 실시예에 따르면 도 6에 도시된 바와 같이 수 이동용 파이프(510)는 공기 이동용 파이프(610)의 둘레를 둘러싸는 쉘(shell) 형태로 설치되어 있을 수 있다. 상기 온도조절 수 파이프 쉘은 공기 이동용 파이프(610)의 일부에만 설치되어 있어도 된다.According to one embodiment of the present invention, the air flowing into the air inlet of the fan coil unit 360 may be temperature-controlled in advance. Specifically, according to one embodiment of the present invention, the air inlet of the fan coil unit 360 may be connected to an air movement pipe 610 through which air from the pipe 610 flows in, where the pipe ( 610) may be installed to enable heat exchange between air and temperature control water by being adjacent to the water moving pipe 510 installed on the ceiling of the housing main body. According to one embodiment, at least one surface of the air movement pipe 610 and the water movement pipe 510 may be in contact with each other. According to another embodiment, as shown in FIG. 6, the water movement pipe 510 may be installed in the form of a shell surrounding the air movement pipe 610. The temperature control water pipe shell may be installed only on a part of the air movement pipe 610.
본 발명의 일 실시예에 따르면 하우징 본체의 바닥부에 설치된 수 이동용 파이프(510)는 지그재그형으로 설치될 수 있다. 상기 하우징 본체의 천장부와 마찬가지로 바닥부에도 공기 이동용 파이프(610)가 설치되어 있을 수 있으며, 상기 공기 이동용 파이프(610)는 하우징 바닥부의 수 이동용 파이프(510)에 인접하여 서로 열교환이 이루어지도록 설치되어 있을 수 있다. 상기 열교환에 의해 온도가 조절된 공기는 후술하는 공기 순환부(400)의 지지 프레임용 파이프(420)의 공기 유입구에 유입될 수 있으며, 이에 따라, 온도 조절된 공기가 공기 순환부(400)의 도움으로 하우징 내부에서 순환하여 내부 온도의 조절에 기여할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 하우징 바닥부에서 상기 공기 이동용 파이프(610)와 수 이동용 파이프(510)는 적어도 일면이 접촉하고 있을 수 있다. 다른 일 실시예에 따르면 도 6에 도시된 바와 같이 수 이동용 파이프(510)는 공기 이동용 파이프(610)의 둘레를 둘러싸는 쉘(shell) 형태로 설치되어 있을 수 있다. 상기 수 파이프 쉘은 공기 이동용 파이프(610)의 일부에만 설치되어 있어도 된다.According to one embodiment of the present invention, the water movement pipe 510 installed at the bottom of the housing body may be installed in a zigzag shape. Like the ceiling of the housing main body, an air movement pipe 610 may be installed on the bottom, and the air movement pipe 610 is installed adjacent to the water movement pipe 510 at the bottom of the housing so that heat exchange occurs with each other. There may be. The air whose temperature has been adjusted by the heat exchange may be introduced into the air inlet of the support frame pipe 420 of the air circulation unit 400, which will be described later. Accordingly, the air whose temperature has been adjusted may be introduced into the air circulation unit 400. With its help, it can circulate inside the housing and contribute to the regulation of internal temperature. According to one embodiment of the present invention, at least one surface of the air movement pipe 610 and the water movement pipe 510 may be in contact with the bottom of the housing. According to another embodiment, as shown in FIG. 6, the water movement pipe 510 may be installed in the form of a shell surrounding the air movement pipe 610. The water pipe shell may be installed only on a portion of the air movement pipe 610.
상기 온도 조절부(300)의 수 이동용 파이프(510)를 통해 바닥부와 천장부를 따라 흐른 폐수는 폐수 이동경로(304a, 304b, 304c)를 따라 폐수를 저장하는 폐수 저장고(350)에 보관되었다가 상기 지열 열 교환부(310) 또는 히트펌프(330)에 다시 공급되어 재순환될 수도 있다.The wastewater that flows along the floor and ceiling through the water movement pipe 510 of the temperature control unit 300 is stored in the wastewater storage 350 that stores wastewater along the wastewater movement paths 304a, 304b, and 304c. It may be supplied back to the geothermal heat exchange unit 310 or the heat pump 330 and recirculated.
공기 순환부(400)는 도 4에 도시된 바와 같이 식물 재배부(200)의 각 식재층을 구획하는 복수의 지지 프레임(411, 412)을 포함할 수 있다. 상기 지지프레임은 지지 프레임용 파이프(420)를 포함한다. 상기 파이프(420)들끼리는 도 5의 (b)와 (c)에 도시된 바와 같은 3구 결착부, 4구 결착부 등을 이용하여 연결할 수 있다. As shown in FIG. 4 , the air circulation unit 400 may include a plurality of support frames 411 and 412 that partition each planting layer of the plant cultivation unit 200 . The support frame includes a support frame pipe 420. The pipes 420 can be connected to each other using a three-hole coupling part, a four-hole coupling part, etc. as shown in (b) and (c) of Figures 5.
상기 지지 프레임용 파이프(420)는 파이프 내부를 길이 방향으로 관통하는 공기 이동 통로(423)과 복수의 공기 유출구(422)를 포함한다. 복수의 공기 유출구(422) 사이의 간격은 목적하는 미풍 정도 등에 따라 달라질 수 있으나, 예를 들어 작물이 식재된 각 포트들 사이에 1 내지 2개의 공기 유출구가 포함되도록 설계될 수 있다. 예를 들어 작물이 식재된 포트들을 20 cm 간격으로 두었을 경우 각 포트들 사이에 공기 유출구가 위치하도록 하고 각 공기 유출구들 사이의 간격이 20 cm 가 되도록 할 수 있다. 또한, 일례에 따르면 지지 프레임용 파이프(420)의 지름에 대해 공기 유출구의 지름은 1/5 내지 1/4 정도일 수 있고 예를 들어 파이프의 지름이 20 mm일 경우 공기 유출구의 지름은 4 내지 5 mm, 예를 들어 5 mm 일 수 있다.The support frame pipe 420 includes an air movement passage 423 penetrating the inside of the pipe in the longitudinal direction and a plurality of air outlets 422. The spacing between the plurality of air outlets 422 may vary depending on the desired degree of breeze, etc., but, for example, it may be designed to include 1 to 2 air outlets between each pot where crops are planted. For example, if the pots where crops are planted are spaced 20 cm apart, an air outlet can be placed between each pot and the space between each air outlet can be 20 cm. In addition, according to one example, the diameter of the air outlet may be about 1/5 to 1/4 of the diameter of the pipe 420 for the support frame. For example, if the diameter of the pipe is 20 mm, the diameter of the air outlet may be 4 to 5 mm. mm, for example 5 mm.
상기 공기 유출구(422)를 통해 공기 이동 통로(423)의 공기가 하우징 내부로 분사되며, 외부로 분사되는 공기의 압력에 의해 공기가 움직이면서 미풍을 일으킬 수 있다. 일 실시예에 따르면 상기 지지 프레임용 파이프(420)에는 적어도 2개 이상의 면 상에 공기 유출구(422)가 형성되어 있을 수 있다. 이에 따라 2개 이상의 면으로부터 공기가 유출됨으로써 복수의 방향으로 공기 순환이 일어날 수 있다. 식물의 고른 생육발달 유도와 병충해 방지를 위해서는 어느 일 방향으로의 공기 순환에 비해 여러 방향에서의 공기 순환을 통해 미풍을 일으키는 것이 더 바람직하므로 상기 파이프(420)로부터 복수 방향으로의 공기 순환이 일어나도록 함으로써 식물의 생육이 증대될 수 있다.Air from the air movement passage 423 is sprayed into the housing through the air outlet 422, and the air moves due to the pressure of the air sprayed to the outside, creating a breeze. According to one embodiment, the support frame pipe 420 may have air outlets 422 formed on at least two or more surfaces. Accordingly, air can flow out from two or more surfaces, allowing air circulation to occur in multiple directions. In order to induce even growth and development of plants and prevent pests and diseases, it is more desirable to generate a breeze through air circulation in multiple directions rather than air circulation in one direction, so that air circulation in multiple directions occurs from the pipe 420. By doing so, plant growth can be increased.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 공기 순환부(400)의 지지 프레임용 파이프(420) 내로 공기를 유입하는 공기 공급부(미도시)에는 공기의 습도 제어를 위한 습도 제어부(430), 공기 중 이산화탄소 농도 제어를 위한 이산화탄소 제어부(440), 및 공기의 압력을 제어하기 위한 공기압 제어부(450)가 더 설치되어 있을 수 있다. 이에 따라 공기 순환부(400)로 유입되는 공기는 온도 뿐만 아니라 습도, 이산화탄소 농도 등도 조절된 상태로 하우징 내부에 유입 및 순환될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the air supply unit (not shown) that introduces air into the support frame pipe 420 of the air circulation unit 400 includes a humidity control unit 430 for controlling the humidity of the air, and carbon dioxide in the air. A carbon dioxide control unit 440 for concentration control and an air pressure control unit 450 for controlling air pressure may be further installed. Accordingly, the air flowing into the air circulation unit 400 can be introduced and circulated inside the housing with not only temperature but also humidity and carbon dioxide concentration controlled.
천정 또는 재배장치에 공기순환 팬을 부착하여 공기유동을 발생시키는 것과, 별도의 CO2 발생기를 통해 농장 내 한곳 또는 여러 곳에서 공장전체로 밀어 넣어주는 방식의 경우, 공기순환 팬을 활용한 공기유동은 전체적인 큰 흐름을 발생시킬 수 있으나, 작물 주위의 일정하고 불규칙한 미풍순환을 발생시키지 못하고, 온실내 한곳 또는 몇 지점에서 공급되는 CO2는 온실전체에 일정한 CO2 농도를 유지하는 것이 불가능하기 때문에, 자연광 활용 다층재배시 생육편차, 병충해 발생, 광합성 효율 저하 등의 문제를 해결할 수가 없다. 본 발명의 공기순환구를 구비한 재배프레임을 통해 공기를 순환시키면 밀식된 작물 주변에 불규칙하지만 지속적인 미풍순환이 발생되고, 순환되는 공기 내에 CO2농도를 조절하면 작물주위에 일정한 CO2 농도를 유지할 수 있게 되어 작물의 고른 생육발달 유도, 병충해 방지, 광합성 효율 개선이 가능하다. 또한 공기순환구에 습기 발생기를 연결하면 습도까지 조절할 수 있어, 재배프레임 하나로 온도/ CO2/습도의 세 가지 재배조건을 안정적으로 콘트롤 하게 된다.In the case of generating air flow by attaching an air circulation fan to the ceiling or cultivation equipment, and in the case of a method of pushing CO 2 into the entire plant from one or several places in the farm through a separate CO 2 generator, air flow using an air circulation fan can generate a large overall flow, but cannot generate a constant and irregular breeze circulation around the crops, and because CO 2 supplied from one or a few points within the greenhouse is impossible to maintain a constant CO 2 concentration throughout the greenhouse, Problems such as growth deviation, occurrence of pests and diseases, and reduced photosynthetic efficiency cannot be solved when multi-layer cultivation using natural light is performed. Circulating air through a cultivation frame equipped with an air circulation port of the present invention generates irregular but continuous breeze circulation around crowded crops, and controlling the CO 2 concentration in the circulated air maintains a constant CO 2 concentration around the crops. This makes it possible to induce even growth and development of crops, prevent pests and diseases, and improve photosynthetic efficiency. Additionally, you can control humidity by connecting a moisture generator to the air circulation port, allowing you to stably control the three cultivation conditions of temperature, CO2 , and humidity with one cultivation frame.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하나, 이는 하나의 예시에 불과할 뿐, 본 발명의 권리범위가 다음 내용에 의해 제한되지 아니한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, this is only an example, and the scope of rights of the present invention is determined by the following contents. Not limited.
[실험예] 온도 및 광량에 따른 생육 비교 실험[Experimental example] Growth comparison experiment according to temperature and light amount
인공광으로 LED 를 사용한 자연광 병용 온실에서 청상추를 단층 재배하였으며, 이 때 청상추를 3개의 군으로 나누어 광량은 동일하되 온도는 24-26℃, 19-21℃ (청상추의 생육적온), 또는 14-16℃로 서로 다르도록 하여 상추의 일평균 잎성장, 따낸 잎 무게를 비교하고 그 결과를 표 1 에 기재하였다. 또한, 동일한 방식으로 청상추를 재배하되, 청상추를 2개의 군으로 나누고 온도는 20-21℃로 동일하고 광량은 18,000 lux 또는 12,000 lux로 조절하였으며, 각 광량 조건 하에 재배된 청상추의 일평균 잎성장, 따낸 잎 무게를 비교하고 그 결과를 표 2에 기재하였다.Green lettuce was grown in a single layer in a greenhouse using artificial light and natural light using LED. At this time, green lettuce was divided into three groups and the amount of light was the same, but the temperature was 24-26℃, 19-21℃ (optimal temperature for green lettuce growth), or The daily average leaf growth and weight of picked leaves of lettuce were compared at different temperatures of 14-16℃, and the results are listed in Table 1. In addition, green lettuce was grown in the same way, but the green lettuce was divided into two groups, the temperature was the same at 20-21℃, and the light intensity was adjusted to 18,000 lux or 12,000 lux. The daily average of green lettuce grown under each light intensity condition was Leaf growth and weight of picked leaves were compared, and the results are listed in Table 2.
[표 1][Table 1]
[표 2][Table 2]
상기 [표 1]과 [표 2]에서 보는 바와 같이 19-21℃ 및 18,000 lux 하에서 청상추의 생육이 가장 훌륭하였으며, 해당 온도 및 광량 범위를 벗어날 경우 생육이 저하되었음을 알 수 있다. 또한, 광량의 변화(표 2) 보다는 온도의 변화 (표 1)가 청상추의 생육에 더 큰 영향을 미쳤다는 것을 알 수 있다. 즉, 생육 적온을 벗어나면 광합성 효율이 떨어져서 생육 피해가 발생할 수 있으며, 따라서 연중 생육적온 유지가 자연광 병용 수직형 다층 식물 재배를 구현함에 있어서 가장 필수적인 조건이 된다는 것을 이해할 수 있다.As shown in [Table 1] and [Table 2], the growth of green lettuce was the best at 19-21°C and 18,000 lux, and growth was deteriorated when the temperature and light amount exceeded the range. In addition, it can be seen that changes in temperature (Table 1) had a greater effect on the growth of green lettuce than changes in light amount (Table 2). In other words, if the growth temperature is exceeded, photosynthetic efficiency may decrease and growth damage may occur. Therefore, it can be understood that maintaining the growth temperature throughout the year is the most essential condition in implementing vertical multi-layer plant cultivation using natural light.
[비교예 1][Comparative Example 1]
청상추를 포트에 정식하여 양액을 공급하면서 일반적인 유리 온실에서 2023년 4월 19일-2023년 5월 31일까지 6주간 재배하고 수확하였다. 수확한 청상추의 엽장, 엽폭, 엽수, 엽록소 함량, 1개 포트 당 중량을 측정하였으며, 그 결과는 3개 포트의 평균값을 구해서 아래의 [표 3]에 나타내었다.Green lettuce was planted in pots, supplied with nutrient solution, and grown and harvested in a typical glass greenhouse for 6 weeks from April 19, 2023 to May 31, 2023. The leaf length, leaf width, number of leaves, chlorophyll content, and weight per pot of the harvested green lettuce were measured, and the results were calculated as the average value of the three pots and shown in [Table 3] below.
[비교예 2][Comparative Example 2]
청상추를 포트에 정식하여 비교예 1 에서와 동일한 양액을 공급하면서 재배하였다. 다만, 통상의 수직형 다층 식물 재배 시스템에서 자연광과 인공광을 병용하여 재배하였으며, 이 때 천장부에 설치된 팬을 회전하여 온도를 조절하였다. 별도의 다른 온도 조절 수단이나 공기 순환부는 설치하지 않았다. 6주 재배후 수확하여 엽장, 엽폭, 엽수, 엽록소 함량, 1개 포트 당 중량을 측정하였으며, 그 결과는 3개 포트의 평균값을 구해서 아래의 [표 3]에 나타내었다.Green lettuce was planted in a pot and cultivated while supplying the same nutrient solution as in Comparative Example 1. However, the plants were grown using a combination of natural and artificial light in a typical vertical multi-layer plant cultivation system, and the temperature was controlled by rotating a fan installed on the ceiling. No separate temperature control means or air circulation unit was installed. After 6 weeks of cultivation, the plants were harvested and the leaf length, leaf width, number of leaves, chlorophyll content, and weight per pot were measured. The results were calculated as the average of the three pots and are shown in [Table 3] below.
[실시예][Example]
청상추를 포트에 정식하여 비교예 1, 2 에서와 동일한 양액을 공급하면서 재배하였다. 다만, 본 발명에 따른 식물 재배 시스템 환경에서 재배하였다. 생육적온을 위한 온도, 이산화탄소 및 습도까지 모두 조절된 공기를 이용하여 공기 순환부를 통해 작물 부근에까지 고르게 편차 없이 생육적온 및 기타 생육 조건을 유지하여 주었다 (생육온도 21℃, 광량 18,000 lux, 습도 60%, CO2 농도 600 ppm, 재배조건 편차 5% 이내). 재배후 수확하여 엽장, 엽폭, 엽수, 엽록소 함량, 1개 포트 당 중량을 측정하였으며, 그 결과는 3개 포트의 평균값을 구해서 아래의 [표 3]에 나타내었다.Green lettuce was planted in pots and grown while supplying the same nutrient solution as in Comparative Examples 1 and 2. However, it was grown in a plant cultivation system environment according to the present invention. Using air that has all temperature, carbon dioxide, and humidity adjusted for optimal growth temperature, the optimal growth temperature and other growth conditions are maintained evenly and without deviation through the air circulation unit near the crops (growth temperature 21℃, light intensity 18,000 lux, humidity 60%). , CO2 concentration 600 ppm, cultivation condition deviation within 5%). After cultivation, the plants were harvested and the leaf length, leaf width, number of leaves, chlorophyll content, and weight per pot were measured. The results were calculated as the average of the three pots and are shown in [Table 3] below.
(cm)length
(cm)
(cm)width
(cm)
(ea)dog
(ea)
(mg/100cm2)content
(mg/100cm2)
(g/pot)weight
(g/pot)
상기 표 3 의 비교예 2로부터 공기순환 팬을 이용한 공기 유동은 전체적인 큰 흐름을 발생시킬 수 있으나 작물 주위의 일정하고 불규칙한 미풍 순환을 발생시키지 못하고 온실전체에서 일정한 온도와 이산화탄소 공급도 불가했기 때문에 자연광 활용 다층재배시 생육편차, 병충해 발생, 광합성 효율 저하 등의 문제를 해결하지 못한 것을 알 수 있다.From Comparative Example 2 in Table 3 above, air flow using an air circulation fan can generate a large overall flow, but it does not generate a constant and irregular breeze circulation around the crops, and it is impossible to provide a constant temperature and carbon dioxide throughout the greenhouse, so natural light is used. It can be seen that problems such as growth deviation, occurrence of pests and diseases, and low photosynthetic efficiency during multi-layer cultivation have not been solved.
본 발명의 공기순환구를 구비한 재배프레임을 통해 온도 조절된 공기를 순환시키면 밀식된 작물 주변에 일정한 생육적온을 유지할 수 있고 불규칙하지만 지속적인 미풍순환이 발생되며, 순환되는 공기 내에 CO2 농도를 조절하면 작물주위에 일정한 CO2 농도를 유지할 수 있게 되어 작물의 고른 생육발달 유도, 병충해 방지, 광합성 효율 개선이 가능하다. 또한 공기순환구에 습기 발생기를 연결하면 습도까지 조절할 수 있어, 재배프레임 하나로 온도/ CO2/습도의 세 가지 재배조건을 안정적으로 콘트롤 하게 된다. 그 결과 상기 표 3의 실시예에서와 같이 작물 수확량이 종래에 비해 대략 1.5배 이상 개선되는 결과를 얻을 수 있게 되었다.By circulating temperature-controlled air through a cultivation frame equipped with an air circulation port of the present invention, a constant growth temperature can be maintained around crowded crops, irregular but continuous breeze circulation is generated, and CO 2 concentration in the circulated air is controlled. By doing so, it is possible to maintain a constant CO2 concentration around the crop, thereby inducing even growth and development of crops, preventing pests and diseases, and improving photosynthetic efficiency. Additionally, you can control humidity by connecting a moisture generator to the air circulation port, allowing you to stably control the three cultivation conditions of temperature, CO2 , and humidity with one cultivation frame. As a result, as in the examples in Table 3 above, crop yield was improved by approximately 1.5 times or more compared to the conventional method.
본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Although the present invention has been shown and described in relation to specific embodiments, it is known in the art that various improvements and changes can be made to the present invention without departing from the technical spirit of the present invention as provided by the following claims. This will be self-evident to those with ordinary knowledge.
10 식물 재배 시스템
100 시스템 하우징부
101 채광부 102 차광 단열부
103 외부 차양막
110 기계식 열 배출구 120 천장 구획판
130a, 130b,130c 광반사부
200 식물 재배부
210 식재부 220 식재 프레임
230 양액 공급부
231 양액 유입구 232 양액 이동통로 233 양액 유출구
240 조명부
300 온도 조절부
301 지면 302 보급수
310 지열 열 교환부 320 지하수 저장고
330 히트 펌프 340 축열조
303a, 303b, 303c 수 이동경로
350 폐수 저장고 304a, 304b, 304c 폐수 이동경로
360 팬 코일 유니트(FCU)
400 공기 순환부
411 수직 지지 프레임 412 수평 지지 프레임
420 지지 프레임용 파이프
421 공기 유입구 422 공기 유출구
423 공기 이동 통로
430 습도 제어부 440 이산화탄소(CO2) 제어부
450 온도 제어부
460 공기압 제어부
510 수 이동용 파이프
511 온도조절 수 유입부 512 온도조절 수 유출부
610 공기 이동용 파이프
611 공기 유입부 612 공기 유출부10 Plant Cultivation Systems
100 System housing part
101 Lighting part 102 Lighting and insulation part
103 External sunshade
110 Mechanical heat outlet 120 Ceiling divider
130a, 130b, 130c light reflection unit
200 Plant Cultivation Department
210 Planting Department 220 Planting Frame
230 Nutrient solution supply department
231 Nutrient solution inlet 232 Nutrient solution movement passage 233 Nutrient solution outlet
240 lighting department
300 temperature control unit
301 Ground 302 Supply Water
310 Geothermal heat exchange unit 320 Groundwater storage
330 heat pump 340 heat storage tank
303a, 303b, 303c number movement path
350 Wastewater storage 304a, 304b, 304c Wastewater movement path
360 Fan Coil Unit (FCU)
400 air circulation unit
411 Vertical support frame 412 Horizontal support frame
420 pipe for support frame
421 air inlet 422 air outlet
423 air movement passage
430 Humidity control unit 440 Carbon dioxide (CO2) control unit
450 temperature control unit
460 Pneumatic pressure control unit
510 male moving pipe
511 Temperature control water inlet 512 Temperature control water outlet
610 Pipe for air movement
611 air inlet 612 air outlet
Claims (9)
태양광이 입사가능한 채광부 및 벽면의 일부 또는 전부를 따라 단열재가 설치된 차광 단열부를 포함하는 하우징 본체, 하기 식물 재배부 상에서 상기 하우징 본체를 가로지르도록 설치되어 하우징 내부와 하우징 천장부를 구획하는 천장 구획판, 상기 천장 구획판에 설치된 환기구, 상기 하우징 천장부에 위치하는 차광 단열부 상에 설치되어 열을 외부로 배출할 수 있는 기계식 열 배출구, 및 상기 차광 단열부 벽면의 일부 또는 전부에 설치되어 하우징 본체 내부의 광을 반사하는 광반사부를 포함하는 시스템 하우징부;
복수의 수직 지지 프레임과 복수의 수평 지지 프레임에 의해 구획되고, 수직으로 배열된 복수의 식물 재배층 및 인공광을 선택적으로 조사하는 조명부를 포함하며, 상기 시스템 하우징부의 하우징 내부에 위치하는 수직형 식물 재배부;
지하에 설치된 지열 열 교환부, 상기 지열 열 교환부에서 물을 공급받아 소정의 온도로 조절된 온도조절 수로 전환하는 히트 펌프, 상기 히트 펌프로부터의 온도조절 수가 하우징 본체의 바닥부 및 천장부를 따라 흐르도록 설치된 수 이동용 파이프, 및 하우징 천장부로부터 하우징 내부를 향해 온도 조절된 공기를 분사하는 팬 코일 유니트를 포함하는 온도 조절부; 및
공기 이동 통로 및 상기 공기 이동 통로의 공기를 하우징 내부로 분사하는 복수의 공기 유출구를 포함하고 상기 수직 지지 프레임과 상기 수평 지지 프레임을 구성하는 지지프레임용 파이프, 상기 지지 프레임용 파이프의 공기 이동 통로 내로 공기를 유입하는 공기공급부, 공기의 습도 제어를 위한 습도 제어부, 공기 중 이산화탄소 함량 제어를 위한 이산화탄소 제어부, 및 공기의 압력 제어를 위한 공기압 제어부를 포함하고, 상기 공기공급부를 통해 유입되는 공기는 하우징 내부의 목표 온도, 습도, 및 이산화탄소 농도로 조절된 공기인, 공기 순환부.A plant cultivation system comprising:
A housing main body including a light blocking part where sunlight can enter and a light blocking insulating part installed along part or all of the wall surface, a ceiling partition installed to cross the housing main body on the plant cultivation part below and dividing the housing interior and the housing ceiling part. plate, a ventilation hole installed on the ceiling partition plate, a mechanical heat outlet installed on the light-shielding insulator located on the ceiling of the housing to discharge heat to the outside, and a housing main body installed on part or all of the wall of the light-shielding insulator. A system housing portion including a light reflection portion that reflects internal light;
A vertical plant cultivation system is partitioned by a plurality of vertical support frames and a plurality of horizontal support frames, and includes a plurality of vertically arranged plant cultivation layers and a lighting unit that selectively irradiates artificial light, and is located inside the housing of the system housing portion. wealth;
A geothermal heat exchange unit installed underground, a heat pump that receives water from the geothermal heat exchange unit and converts it into temperature-controlled water adjusted to a predetermined temperature, and temperature-controlled water from the heat pump flows along the bottom and ceiling of the housing body. a temperature control unit including a water moving pipe installed to allow temperature control, and a fan coil unit that sprays temperature-controlled air from the housing ceiling toward the inside of the housing; and
A support frame pipe comprising an air movement passage and a plurality of air outlets for spraying air from the air movement passage into the interior of the housing and constituting the vertical support frame and the horizontal support frame, into the air movement passage of the support frame pipe It includes an air supply unit for introducing air, a humidity control unit for controlling the humidity of the air, a carbon dioxide control unit for controlling the carbon dioxide content in the air, and an air pressure control unit for controlling the pressure of the air, and the air flowing in through the air supply unit is stored inside the housing. An air circulation unit, which is air adjusted to target temperature, humidity, and carbon dioxide concentration.
상기 하우징 본체에서 상기 채광부 대 상기 차광 단열부의 면적비가 3.5~4.5대 5.5~6.5 인, 식물 재배 시스템. According to paragraph 1,
A plant cultivation system in which the area ratio of the light-lighting part to the light-shielding insulating part in the housing main body is 3.5 to 4.5 to 5.5 to 6.5.
상기 온도 조절부의 팬 코일 유니트 및 상기 공기 순환부의 지지 프레임용 파이프의 공기 유입구에 각각 독립적으로 연결되어 공기를 전달하는 공기 이동용 파이프를 더 포함하고,
상기 공기 이동용 파이프는 하우징 본체의 천장부 및 바닥부에 설치된 상기 수 이동용 파이프에 인접하여 상기 수 이동용 파이프로부터의 온도가 상기 공기 이동용 파이프에 전달되도록 설치되는 것인 식물 재배 시스템.According to paragraph 1,
It further includes air movement pipes that are independently connected to the air inlets of the fan coil unit of the temperature control unit and the support frame pipe of the air circulation unit to transmit air,
The air movement pipe is adjacent to the water movement pipe installed on the ceiling and bottom of the housing main body and is installed so that the temperature from the water movement pipe is transmitted to the air movement pipe.
상기 수 이동용 파이프는 상기 공기 이동용 파이프의 둘레를 둘러싸는 쉘 형태로 설치되는 것인, 식물 재배 시스템.According to paragraph 3,
A plant cultivation system wherein the water movement pipe is installed in the form of a shell surrounding the circumference of the air movement pipe.
상기 공기 순환부의 공기 공급부를 통해 유입되는 공기는 온도, 습도, 및 이산화탄소 함량이 조절된 공기이고, 상기 습도 및 이산화탄소는 상기 공기 이동용 파이프에서 수증기 및 이산화탄소를 공기 중으로 분사함으로써 조절되는 것인, 식물 재배 시스템.According to paragraph 3,
The air flowing in through the air supply part of the air circulation unit is air whose temperature, humidity, and carbon dioxide content are adjusted, and the humidity and carbon dioxide are controlled by spraying water vapor and carbon dioxide into the air from the air moving pipe. system.
상기 지지 프레임용 파이프의 적어도 2개 이상의 면 상에 상기 공기 유출구가 형성되어 있는, 식물 재배 시스템.According to paragraph 1,
A plant cultivation system, wherein the air outlet is formed on at least two sides of the pipe for the support frame.
상기 온도 조절부의 수 이동용 파이프로부터 배출되는 폐수를 저장하는 폐수 저장고를 더 포함하고, 상기 폐수 중 적어도 일부는 상기 지열 열 교환부 또는 상기 히트 펌프에 다시 공급되는, 식물 재배 시스템.According to paragraph 1,
The plant cultivation system further includes a wastewater reservoir that stores wastewater discharged from the water movement pipe of the temperature control unit, and at least a portion of the wastewater is supplied back to the geothermal heat exchange unit or the heat pump.
상기 천장 구획판은 하우징 내부를 향하는 하면에 광반사 부재를 더 포함하여, 입사하는 태양광은 투과하고 하우징 내부로부터의 광은 반사하는 것인, 식물 재배 시스템.According to paragraph 1,
The ceiling partition plate further includes a light reflection member on a lower surface facing the inside of the housing, so that incident sunlight is transmitted and light from the inside of the housing is reflected.
상기 식물 재배부는 식물에 양액을 공급하기 위한 양액 공급부를 각 식재층마다 포함하고,
각 식재층의 양액 공급부는 양액 이동 통로에 의해 서로 유통하고,
양액 유입구는 수직하는 복수의 식재층의 상층에 위치하여 양액 공급부로 양액이 유입되도록 하고 양액 유출구는 수직하는 복수의 식재층의 하층에 위치하여 양액 공급부와 양액 이동 통로를 경유한 양액이 유출되도록 하는, 식물 재배 시스템.According to paragraph 1,
The plant cultivation unit includes a nutrient solution supply part for each planting layer to supply nutrient solution to the plants,
The nutrient solution supply section of each planting layer is distributed to each other through the nutrient solution movement passage,
The nutrient solution inlet is located in the upper layer of the plurality of vertical planting layers to allow the nutrient solution to flow into the nutrient solution supply section, and the nutrient solution outlet is located in the lower layer of the plurality of vertical planting layers to allow the nutrient solution to flow out through the nutrient solution supply section and the nutrient solution movement passage. , plant cultivation system.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20110008449A (en) * | 2009-07-20 | 2011-01-27 | 대한민국(농촌진흥청장) | Agricultural facilities heating and cooling system for using the direct contact type heat exchanger and the control method thereof |
| KR101729170B1 (en) * | 2016-08-04 | 2017-04-24 | 주식회사 그린포닉스 | A heating and cooling systems of circulation blower type for a greenhouse |
| KR20200094073A (en) * | 2019-01-29 | 2020-08-06 | 윤영환 | Vinyl house with underground heat storage space structure |
| KR20230101521A (en) | 2021-12-29 | 2023-07-06 | 주식회사 더블유피 | Four season smart farm system using waste heat |
-
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20110008449A (en) * | 2009-07-20 | 2011-01-27 | 대한민국(농촌진흥청장) | Agricultural facilities heating and cooling system for using the direct contact type heat exchanger and the control method thereof |
| KR101729170B1 (en) * | 2016-08-04 | 2017-04-24 | 주식회사 그린포닉스 | A heating and cooling systems of circulation blower type for a greenhouse |
| KR20200094073A (en) * | 2019-01-29 | 2020-08-06 | 윤영환 | Vinyl house with underground heat storage space structure |
| KR20230101521A (en) | 2021-12-29 | 2023-07-06 | 주식회사 더블유피 | Four season smart farm system using waste heat |
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