KR20090056221A - 축사 환기와 연계된 지열 냉난방 시스템 및 제어방법 - Google Patents

축사 환기와 연계된 지열 냉난방 시스템 및 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 축사 환기와 연계된 지열 냉난방 시스템 및 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 대체 에너지인 지하수의 열원을 이용하여 냉난방 비용을 절감하고, 축사 내부의 온도를 적정 온도로 유지하여 가축의 생산성을 높일뿐만 아니라 가축 사료에 소요되는 비용을 절감하고, 기존 축사에 설치하는 것이 가능하여 축산농가의 적용성을 향상시키는 축사 환기와 연계된 지열 냉난방 시스템 및 제어방법에 관한 것이다.
이에 본 발명은 지하수의 열원을 히트펌프 장치를 통해 냉매에 전달하여 냉매의 증발 및 응축에 의한 냉난방 공기를 축사 내부에 공급하고, 이와 연동하여 축사 일측의 팬들을 구동함으로써, 대체 에너지를 이용하여 최적의 축사 환경을 조성하는 축사 환기와 연계된 지열 냉난방 시스템 및 제어방법을 제공한다.
지하수, 지열, 냉난방, 환기, 축사, 냉매, 히트펌프, 가축

Description

축사 환기와 연계된 지열 냉난방 시스템 및 제어방법{Earth heat cooling and heating system connected to stable ventilation and control method}
본 발명은 축사 환기와 연계된 지열 냉난방 시스템 및 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 대체 에너지인 지하수의 열원을 이용하여 냉난방 비용을 절감하고, 축사 내부의 온도를 적정 온도로 유지하여 가축의 생산성을 높일뿐만 아니라 가축 사료에 소요되는 비용을 절감하고, 기존 축사에 설치하는 것이 가능하여 축산농가의 적용성을 향상시키는 축사 환기와 연계된 지열 냉난방 시스템 및 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 우리나라와 같이 사계절이 뚜렷하여 여름철과 겨울철의 덥고 추움이 분명한 지역적 특징을 가지고 있는 곳에서는 냉방 및 난방 시설이 함께 요구된다.
특히, 가축의 경우는 축종 및 사육단계별 사육적온이 섭씨 15~34도 정도로 사육기에 따라 다르고, 어린 가축의 경우는 더욱 세심한 온도 및 환기관리를 필요 로 하여 겨울철 난방을 해 주어야 함은 물론 여름철에는 더위 스트레스 및 생산성 저하 방지를 위해 냉방을 해 주어야 한다.
이에 따라, 겨울철 축사 난방을 하기 위해 열풍난방기가 주로 이용되고 있으며, 상기 열풍난방기는 화석연료인 석유가 사용되는 열풍기로서 열풍기에 의해 연료가 연소되어 더운 열과 함께 연소가스를 직접 축사 내부로 공급하여 낭방을 하게 된다.
그러나, 이와 같은 열풍 난방기의 이용시 축사내의 이산화탄소 농도가 높아지고, 연소시 산소 소모량이 많아 축사내 산소부족 현상이 발생함으로써, 겨울철 가축사육에 대한 생산성이 매우 낮아지는 문제점이 있었다.
또한, 요즘과 같은 고유가 시대에 난방을 위한 연료비가 과다하게 소요되어 축산농가에 부담스러운 비용지출을 야기시키는 문제점이 있었다.
덧붙여, 겨울철 상기 열풍기의 가동시 단열을 통한 연료비 상승을 억제하기 위해 축사 내부를 최대한 밀폐하고 환기량을 최소화함으로써, 축사의 내부환경이 매우 열악해지는 문제점이 있었다.
일례로, 우리나라 허가규모 축산농가는 약 63,000호 정도이고, 이 중에서 특히 돼지, 닭 사육농가 4,131호는 열풍기를 상시 사용하고 있으며, 최근 국제적으로 대두되고 있는 환경오염 방지 및 지구 온실가스 저감을 위한 화석연료의 사용절제 등으로 인해 화석연료의 가격이 계속적으로 상승할 것이 예측됨에 따라, 석유를 연료로 하는 열풍기의 사용은 축산농가에 큰 부담이 될 것이다.
이와 같이, 축사의 겨울철 난방비 절감을 목적으로 상기 열풍난방기 이외에 태양열 집열 방법 및 보온 등의 다각적인 방법을 행하여 왔으나, 축사난방을 위한 충분한 열량확보가 되지 못해 그 효율성이 떨어지는 문제점이 있었다.
한편, 여름철 혹서기때 축사냉방은 냉방시설 및 운전 비용의 과다로 인해 실행자체가 불가능하였으며, 이에 따른 더위 스트레스 및 여러 제반문제로 인해 가축의 생산성이 저하되고 어린 가축이 폐사하는 문제점이 있었다.
따라서, 좀 더 진보되고 새로운 방법으로 일본국 축산초지 연구소에서는 가축분을 이용하여 바이오가스를 생산한 다음 축사난방에 이용하였고, 미국 일리노이대는 지하에 주름관을 매설하여 지열교환후 차가운 바람을 축사 냉방에 활용하였으며, 미국 켄터기대는 축사의 냉난방은 아니지만 폐탄광 갱도와 온실에 덕트를 설치하여 폐탄광의 열을 하우스 재배에 활용하는 등의 냉난방 방법이 제안되어 왔다.
하지만, 이와 같은 축사 냉난방 방법은 별도의 처리시설을 필요로 하거나 지역적 특성을 고려한 방법으로 기술의 보편적인 적용에 효과적이지 못한 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 지열을 열원으로 하는 지열 히트펌프 장치를 이용하여 냉난방을 행함으로써, 축사내 온도를 적정하게 유지함은 물론 사육적온 이상으로 온도 상승시 환기를 통해 축사의 최적 사육조건을 제공하고, 기존 축사에 연결 설치가 가능하여 축산농가에 적용성이 뛰 어나며, 대체 에너지 이용에 의한 에너지 절감과 가축의 적정 사육환경 조성에 의한 생산성을 향상시키는 축사 환기와 연계된 지열 냉난방 시스템 및 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은
축사 주변의 지하에 밀폐된 구조로 설치되는 지하수정과; 상기 지하수정에 장착되어 지하수를 끌어 올리는 양수펌프와; 상기 양수펌프에 의해 공급된 지하수의 통로가 되는 양수파이프와; 상기 양수파이프의 일측에 설치되어 상기 양수파이프를 흐르는 지하수와 냉매라인의 냉매 사이에 열교환이 이루어지는 지열교환기와; 상기 양수 파이프와 일체로 연결되어 열교환이 이루어진 지하수를 지하수정으로 환원시키는 환원파이프와; 냉매라인에 의해 상기 지열교환기와 연결되고, 압축기 및 팽창밸브를 포함하여 냉매의 상태를 조절하는 히트펌프와; 상기 히트펌프와 냉매라인으로 연결되어 냉매의 증발 또는 응축에 의해 열원을 전달받는 냉난방용 열교환기와; 상기 냉난방용 열교환기로부터 열원을 전달받은 순환파이프가 연결되어 팬의 구동에 의해 냉난방 공기를 축사 내부로 공급하는 팬코일 유니트와; 상기 팬코일 유니트와 축사를 연결하여 상기 팬코일 유니트에서 공급되는 냉난방 공기의 통로가 되는 급기덕트;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 축사의 일측에는 대형 환기팬이 설치되어 축사 내부의 공기를 외 부로 배출시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 급기덕트의 일측에는 복수의 분기덕트가 축사 방향으로 길게 연결 설치되어 상기 급기덕트를 통과한 냉난방 공기가 축사 내부에 균일하게 공급되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분기덕트에는 복수의 공기토출구가 축사 바닥과 수평한 라인을 이룬채로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분기덕트에서 축사 내벽 방향으로 환기덕트가 축사를 관통하여 설치됨으로써 축사 외부에서 내부로 유입되는 공기의 통로가 되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 환기덕트의 일단에는 보조 환기팬이 설치되어 축사 외부공기를 축사 내부로 유입시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 환기덕트와 분기덕트 사이에는 보조댐퍼가 설치되어 상기 보조환기팬의 작동시에만 축사 외부공기가 축사 내부에 유입되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 축사와 팬코일 유니트 사이에는 흡입덕트가 연결 설치되고, 상기 흡입덕트의 일측에는 외부덕트가 설치되어 상기 축사 내부 및 팬코일 유니트의 공기를 순환시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 흡입덕트와 외부덕트 사이에는 흡입댐퍼가 설치되어 축사 외부공기가 상기 팬코일 유니트로 유입되는 것을 선택적으로 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한, 축사의 일측에는 상호 환기부가 설치되되, 상호 환기부는 일정 공간을 갖는 챔버와; 상기 챔버 내부에 설치되어 축사의 내부공기를 외부로 배출시키는 배출팬과; 상기 배출팬의 하부 일측에 설치되어 축사 외부공기를 내부로 공급하는 공급팬과; 상기 배출팬 및 공급팬의 사이 공간에 인접 설치되어 배출팬과 공급팬 사이에 열교환이 이루어지도록 하는 열교환 파이프와; 상기 열교환 파이프상에 설치되어 열교환 파이프 내부의 열매체유를 순환시키는 열교환 펌프;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 축사의 일측에는 이중관 환기부가 설치되되, 상기 이중관 환기부는 축사를 관통한채 설치되어 유입팬의 작동으로 축사 외부의 공기를 내부로 유입시키는 유입덕트와; 상기 유입덕트를 관통한채 설치되어 유입덕트와 열교환이 이루어지도록 하고, 구동팬의 작동에 의해 축사 내부의 공기를 외부로 배출시키는 배출덕트;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유입덕트의 외부면에 단열재가 도포되어 축사 내부와는 열교환이 이루어지지 않도록 하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 일 실시예에 있어서,
(a)축사 외부의 온도가 최고 설정치(Th) 이하이고 최저 설정치(Tl) 이상인 경우 메인 콘트롤러에서 환기 콘트롤러에 신호를 전달하여 대형 환기팬 및 보조 환기팬을 구동하는 단계와;
(b)축사 외부의 온도가 최고 설정치 이상 또는 최저 설정치 이하인 경우 축사 내부의 온도를 최고 설정치 및 최저 설정치와 비교하는 단계와;
(c)축사 내부의 온도가 최고 설정치 이상인 경우 히트펌프가 냉방모드로 작동하여 팬코일 유니트가 축사 내부로 찬 공기를 공급하는 단계와;
(d)축사 내부의 온도가 최저 설정치 이하인 경우 히트펌프가 난방모드로 운전하여 팬코일 유니트가 축사 내부로 따뜻한 공기를 공급하는 단계;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (c)단계에서 축사 내부 온도가 최고 설정치 이상인 경우 환기 콘트롤러가 대형 환기팬을 작동시켜 축사 내부의 공기를 외부로 배출시킴으로써, 축사에 사육되는 가축의 체감온도를 낮추는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (d)단계에서 축사 내부의 온도가 최저 설정치 이상인 경우 환기 콘트롤러가 보조 환기팬을 작동시켜 축사 외부의 공기를 내부로 공급함으로써, 축사 내부의 온도를 낮추는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 최고 설정치(Th)는 27℃이고, 최저 설정치(Tl)는 20℃로 설정되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 본 바와 같이 본 발명에 따른 축사 환기와 연계된 지열 냉난방 시스템 및 제어방법은 다음과 같은 효과를 제공한다.
우선, 대체 에너지인 지하수의 열원을 이용하여 축사의 냉난방을 수행함으로써, 기존에 사용되던 화석연료의 사용을 배제하여 냉난방 비용을 절감하며 환경오염을 방지하고,
환절기에도 축사 난방을 실시하여 축사 내부의 온도를 일정하게 유지시킴으로써, 축사내 가축의 호흡기 질환을 예방하고,
겨울철 축사 내부의 온도를 적정 온도로 유지하여 가축의 생산성을 높일뿐만 아니라 가축 사료에 소요되는 비용을 절감하고,
지하수를 통한 냉난방 및 환기팬의 환기를 통해 축사 내부의 공기를 가축의 사육환경에 맞게 정화시킴으로써, 최적의 축사환경을 조성하며 동물복지에 기여할 수 있고,
지열 냉난방 시스템을 별도의 축사 건립없이 기존 축사에 설치하는 것이 가능하여 축산농가의 적용성을 향상시키는 효과가 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.
첨부한 도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 축사 환기와 연계된 지열 냉난방 시 스템의 개시도이고, 도 3은 도 2 "A"구역의 확대도이고, 도 4는 본 발명에 따른 히트펌프 장치의 다른 실시예 개시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 일 실시예의 개시도이고, 도 6은 도 5 "B"구역의 확대도이고, 도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 다른 실시예의 개시도이다.
본 발명은 도 1 및 도 2에서 도시한 바와 같이, 축사(300) 주변 지하에 설치된 지하수정(100)으로부터 양수펌프(110)를 사용하여 지하수를 끌어 올리고, 지하수는 양수파이프(120)를 통해 지열교환기(140)에 공급되어 냉매라인(160)의 냉매에 열원을 전달하고, 열원을 공급받은 냉매는 히트펌프(150)를 통해 냉난방 열교환기(170)에 공급되어 순환파이프(180)를 냉각 또는 가열하고, 순환파이프(180)가 연결된 팬코일 유니트(190)가 냉난방 공기를 축사(300) 내부에 공급함으로써, 지열에 의해 축사 내부를 냉난방하며, 일정한 조건하에 축사의 일측에 설치된 대형 환기팬(240) 및 보조 환기팬(231)을 구동하여 축사(300) 내부의 공기를 환기시키는 축사 환기와 연계된 지열 냉난방 시스템을 제공한다.
상기 지하수정(100)은 축사 주변의 적정한 지점 지하에 설치되되 지하 200~500미터의 심부에 설치되어 풍부한 지하수가 공급될 수 있도록 한다.
또한, 상기 지하수정(100)의 내부에는 양수펌프(110)가 설치되어, 양수펌프(110)에서 지상으로 연결된 양수파이프(120)를 통해 지하수를 지열교환기(140)로 끌어 올리게 된다.
그리고, 지열교환기(140)에 공급된 지하수는 지열교환기(140)의 일측에 설치된 냉매라인(160)에 열원을 제공하고 양수파이프(120)와 일체로 연결된 환원파이 프(130)를 통해 지하수정(100)으로 재유입된다.
이때, 상기 환원파이프(130)는 양수파이프(120)보다 지하로 더 깊게 매설되어 지하수정(100)으로 재유입된 지하수가 지하수정(100)의 하부에서부터 채워질 수 있도록 한다.
상기 지열교환기(140)는 내부에 양수파이프(120)와 환원파이프(130)가 코일 형태로 연결되고, 코일 형태의 연결부(121) 일측에는 냉매라인(160)이 관통하여 설치됨으로써, 지하수의 열원을 이용하여 냉방모드시 히트펌프(150)로부터 냉매라인(160)을 통해 공급되는 냉매를 응축시키고 난방모드시 증발시키는 역할을 제공한다.
또한, 상기 지열교환기(140)의 일측에 설치된 히트펌프(150)는 냉매가 흐르는 냉매라인(160)이 관통 형성되고 통상적인 압축기(151) 및 팽창밸브(152)를 포함하여 냉난방 모드에 따라 냉매를 압축 및 팽창시키게 된다.
상기 히트펌프(150)의 일측에는 냉난방 열교환기(170)가 설치되어 냉난방 모드에 따라 냉매를 증발 및 응축시킴으로써, 순환파이프(180)에 열원을 제공하게 된다.
구체적으로, 상기 냉난방 열교환기(170) 내부에는 냉매라인(160)이 코일 형태로 관통하여 형성되고 코일 형태의 냉매라인(160)에 대응하는 순환파이프(180)가 관통 설치됨으로써, 냉매라인(160)을 흐르는 냉매가 순환파이프(180)에 열원을 전달하게 된다.
다만, 도 4에서 도시한 바와 같이, 다른 실시예로서 냉난방 열교환기(170)를 생략하고 히트펌프(150)를 관통하는 냉매라인(160)을 팬코일 유니트(190) 내부에 직접 연결시킴으로써, 설치비용을 절감시키는 것도 가능하다.
상기 순환파이프(180)의 내부에는 전달액체가 충진되어 순환펌프(181)의 작동에 의해 순환하면서 냉난방 열교환기(170)에서 냉매라인(160)을 흐르는 냉매의 열원을 공급받음으로써, 팬코일 유니트(190)에 열원을 공급하게 된다.
또한, 열원을 공급받은 팬코일 유니트(190)는 냉난방 모드에 따라 차갑거나 따뜻한 공기를 급기덕트(210)를 통해 축사(300) 내부로 유입시키게 된다.
여기서, 상기 팬코일 유니트(190)의 내부에는 순환파이프(180)가 코일 형태로 관통 설치되고 순환파이프(180)의 일측에는 코일팬(191)이 장착되어, 순환파이프(180)에서 제공하는 열원에 따라 냉난방 공기를 공급하게 된다.
그리고, 상기 급기덕트(210)는 팬코일 유니트(190)와 축사를 연결하여 팬코일 유니트(190)에서 축사 내부로 공급되는 냉난방 공기의 루트를 제공한다.
이하 냉난방 모드에 따른 히트펌프 장치(200)(지열교환기(140), 히트펌프(150), 냉난방 열교환기(170), 팬코일 유니트(190), 급기덕트(210)로 구성)의 작동과정을 살펴보기로 한다.
여름철 냉방 모드시 히트펌프(150)의 압축기(151)는 저온 저압의 냉매를 고온 고압으로 형성시키고, 고온 고압의 냉매는 냉매라인(160)을 따라 지열교환기(140)에 공급되어 양수펌프(110)에 의해 공급된 지하수에 열을 방출함으로써 응축하게 된다.
열을 방출한 냉매는 히트펌프(150)의 팽창밸브(152)에 의해 저온 저압으로 팽창한 후에 냉난방 열교환기(170)로 이동하게 되고, 저온 저압의 냉매는 냉난방 열교환기(170)에서 열을 흡수하여 증발함에 따라, 냉난방 열교환기(170)의 내부 온도를 감소시키게 된다.
여기서, 상기 지열교환기(140)는 응축기의 역할, 냉난방 열교환기(170)는 증발기의 역할을 하게 된다.
이후, 냉난방 열교환기(170)의 내부를 관통하는 순환파이프(180)가 냉각되고, 순환펌프(181)의 작동에 의해 순환파이프(180) 내부에서 유동하는 전달액체가 함께 냉각된채로 팬코일 유니트(190)에 전달됨으로써, 팬코일 유니트(190) 내부의 찬 공기가 코일팬(191)의 작동에 의해 급기덕트(210)를 통하여 축사 내부로 공급된다.
반대로, 겨울철 난방 모드시 히트펌프(150)는 저온 저압의 냉매를 냉매라인(160)을 통해 지열교환기(140)에 공급하고, 저온 저압의 냉매는 양수펌프(110)에 의해 공급된 지하수로부터 열을 흡수하게 된다.
열을 흡수한 냉매는 압축기(151)에 의해 고온 고압으로 압축된 후에 냉난방 열교환기(170)로 이동하게 되고, 고온 고압의 냉매는 냉난방 열교환기(170)에서 열을 방출하여 응축됨에 따라, 냉난방 열교환기(170)의 내부 온도를 증가시키게 된다.
이때, 냉방 모드와 달리 상기 지열교환기(140)는 증발기의 역할, 냉난방 열교환기(170)는 응축기의 역할을 하게 된다.
다음으로, 냉난방 열교환기(170)의 내부를 관통하는 순환파이프(180)가 가열 되어 순환파이프(180) 내부의 전달액체가 함께 가열된채로 팬코일 유니트(190)로 전달됨으로써, 코일팬(191)의 작동에 의해 따뜻한 공기가 급기덕트(210)를 통해 축사 내부로 공급된다.
통상, 여름철의 경우 25~30℃의 지하수를 끌어 올린후 지하수 및 히트펌프 장치(200)를 이용하여 10~15℃의 찬 공기를 만들고, 팬코일 유니트(190)를 통해 찬 공기를 공급하여 축사 내부를 27℃ 내외로 맞추게 된다.
또한, 겨울철의 경우 10~15℃의 지하수를 끌어 올린후 지하수 및 히트펌프 장치(200)를 이용하여 45~50℃의 따뜻한 공기를 만들고, 팬코일 유니트(190)를 통해 따뜻한 공기를 공급하여 축사 내부를 20℃ 내외로 맞추게 된다.
한편, 팬코일 유니트(190)에 의해 축사 내부로 공급되는 냉난방 공기는 급기덕트(210)를 통해 공급되는데, 이때 상기 급기덕트(210)는 축사를 관통하여 설치되되 축사내부에 냉열 공기를 균일하게 배분하기 위해 복수의 분기덕트(220)와 연결 설치된다.
특히, 상기 복수의 분기덕트(220)에는 복수의 공기토출구(221)가 축사 바닥과 수평하게 라인을 형성한채 형성되어 냉열 공기의 공급 균일성을 더욱 향상시키게 된다.
바람직한 일 실시예에 있어서, 도 2에서 도시한 바와 같이, 상기 축사의 일측에는 복수의 대형 환기팬(240)이 설치되는바, 냉방 모드에서 축사 내부의 온도센서(250)에 의해 온도가 일정치 이상으로 감지되거나, 히트펌프 장치(200)가 미작동시에도 축사 내부의 가스센서(260)에 의해 환기필요성이 감지되는 경우 상기 대형 환기팬(240)이 환기 콘트롤러(270)에 의해 작동된다.
여기서, 상기 대형 환기팬(240)은 축사 내부의 공기를 배출시켜 여름철 축사에서 사육되는 가축의 체감온도를 낮추게 되고, 축사 내부의 공기를 환기시키게 된다.
또한, 도 2에서 도시한 바와 같이, 상기 분기덕트(220)의 일측에는 환기덕트(230)가 축사를 관통하여 연결되고 환기덕트(230)의 일단에 보조 환기팬(231)이 설치되어, 겨울철 난방모드시 상기 온도센서(250)의 감지 온도가 일정치 이상인 경우 축사 외부의 신선한 공기를 내부로 유입시키게 된다.
이때, 환기덕트(230)와 분기덕트(220) 사이에는 보조댐퍼(232)가 설치되어 보조 환기팬(231)의 작동시에만 축사 외부공기가 축사 내부에 유입되도록 한다.
그리고, 도 3에서 도시한 바와 같이, 상기 보조댐퍼(232)는 환기덕트(230)의 내측에 힌지결합하여 구동모터(미도시)의 작동으로 회전하고, 90도 만큼 회전시 환기덕트(230)의 반대측에 설치된 스토퍼(233)에 의해 정지하게 된다.
바람직한 다른 실시예에 있어서, 도 5에서 도시한 바와 같이, 상기 팬코일 유니트(190)의 일측에는 흡입덕트(280)가 연결 설치되어 축사 내부의 공기를 팬코일 유니트(190)로 순환시키게 된다.
또한, 흡입덕트(280)와 수직으로 연통되는 돌출덕트(290)가 흡입덕트(280)와 만나는 입구에는 흡입댐퍼(281)가 설치되어 축사 외부의 공기가 팬코일 유니트(190)에 선택적으로 유입될 수 있도록 한다.
구체적으로, 도 6에서 도시한 바와 같이, 흡입댐퍼(281)가 반시계방향으로 상승시 축사 외부의 공기가 팬코일 유니트(190)에 유입되고, 이때, 상기 흡입댐퍼(281)의 작동은 상기 보조댐퍼(232)와 동일한 방식으로 구동모터(미도시) 및 스토퍼(282)에 의해 조절된다.
바람직한 또 다른 실시예에 있어서, 도 7에서 도시한 바와 같이, 축사의 일측에는 상호 환기부(310)가 설치되어 축사 내외부의 공기를 순환시키는데, 이때 상기 상호 환기부(310)는 일정 공간을 갖는 챔버(311) 내부에 설치되어 축사의 내부공기를 외부로 배출시키는 배출팬(312)과 외부공기를 축사 내부로 공급하는 공급팬(313)으로 이루어진다.
그리고, 상기 배출팬(312) 및 공급팬(313)의 사이 공간에 열교환 파이프(314)가 인접 설치되고, 열교환 파이프(314)상에는 열교환 펌프(315)가 장착되어 열매체유가 열교환 파이프(314)를 통해 순환되도록 함으로써, 배출팬(312)과 공급팬(313) 사이에 상호 열교환이 이루어진다.
상기 실시예와 동일한 목적을 갖되 다른 구성의 실시예로서, 도 8에서 도시한 바와 같이, 이중관 환기부(320)가 축사의 일측에 설치되되, 상기 이중관 환기부(320)는 구동팬(324)의 작동에 의해 축사 내부의 공기를 외부로 배출시키는 배출덕트(322)와 유입팬(323)의 작동으로 축사 외부의 공기를 내부로 유입시키는 유입덕트(321)로 이루어진다.
이때, 상기 배출덕트(322)는 유입덕트(321) 내부를 관통하면서 설치되어, 배출덕트(322) 및 유입덕트(321) 사이에 상호 열교환이 이루어지고, 유입덕트(321)의 외부면에 단열재가 도포되어 축사 내부와는 열교환이 이루어지지 않도록 함으로써, 배출덕트(322)와 유입덕트(321)간의 열효율을 증대시키게 된다.
이하 본 발명에 따른 실시예와 비교예를 사용한 시험을 통해 본 발명이 비교예와 차별화되는 점을 살펴보기로 한다.
<시험예1>
본 발명에 따른 축사 환기와 연계된 지열 냉난방 시스템을 사용하여 모돈 48두, 돈사 면적 330㎡의 축사를 가을철에 난방 시험시, 외부 평균기온이 9.3℃일때, 이하의 표 1에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예는 난방부하가 24.101 kcal/h였고, 축사 내부기온이 24.9℃로 높은 기온을 유지한 반면 난방을 하지 않은 비교예는 축사 내부 기온이 18.7℃를 유지하였다.
또한, 암모니아 가스 농도에서 실시예가 12.2ppm으로 19.3ppm의 비교예에 비해 크게 낮았으며, 황화수소 농도에서 실시예는 불검출로 비교예는 0.25ppm로 나타났고, 이산화탄소 농도에서 실시예는 992.3ppm으로 비교예는 1,100ppm로 나타났는바, 본 발명의 실시예에 의해 신선한 온풍이 축사로 공급되어 사육환경이 향상된 것을 알 수 있다.
특히, 환절기에 난방을 하지 않은 돈사는 돈사내 온도 변동이 극심하여 호흡기 질병이 많이 발생하는데 비하여 지열난방시 일정한 온도를 유지할 수 있었다.
구 분 실시예 비교예
난방방법 본 발명에 따른 지열난방 비난방
난방부하(kcal/h) 24.101 -
돈사내 평균온도(℃) 24.9 18.7
돈사내 평균습도(%) 48.3 56.6
이산화탄소 농도(ppm) 992.3 1,100
암모니아가스 농도(ppm) 12.2 19.3
황화수소 농도(ppm) 불검출 0.25
분진농도(PM-10)(㎍/㎥) 203.7 303.5
<시험예2>
표 2에서 나타낸 바와 같이, 비교예를 종래 온풍 난방으로 시험하였다.
본 발명에 따른 축사 환기와 연계된 지열 냉난방 시스템을 사용하여 모돈 48두, 돈사 면적 330㎡의 축사를 겨울철에 난방 시험시, 외부 1일간 평균기온이 3.0℃일때, 이하의 표 2에서 나타낸 바와 같이, 비교예는 축사 내부 평균온도 19.9℃, 평균습도 49.6%를 유지하였고, 실시예는 축사 내부 평균온도 21.0℃, 평균습도 51.6%를 유지하여 온풍난방에 비해 돼지를 사육하기에 좋은 온도 및 습도가 형성됨을 알 수 있다.
또한, 암모니아 가스 농도에서 실시예가 10.6ppm으로 23.3ppm의 비교예에 비해 크게 낮았으며, 황화수소 농도에서 실시예는 0.045ppm로 비교예는 0.067ppm로 나타났고, 이산화탄소 농도에서 실시예는 1,470ppm으로 비교예는 2,025ppm로 나타났는바, 지열난방에 따른 실시예가 온풍난방에 비해 신선한 온풍을 축사로 공급하여 사육환경을 더욱 향상시킨 것을 알 수 있다.
덧붙여, 돼지의 생산성을 분석하면, 분만자돈수에서 실시예가 13.2두로 비교예가 12.7두, 체중에서 실시예가 6.93kg으로 비교예가 6.86kg, 모돈 섭취량에서 88.22kg으로 비교예의 99.56kg에 비해 낮아짐을 나타내었다.
이와 같이, 겨울철 본 발명의 실시예에 따른 지열난방을 시행하여 돈사 내부에 적정한 온도를 유지해줌으로써, 사육돈의 생산성을 향상시키며 사료비를 절감시킴과 동시에, 종래 온풍난방에 사용되던 유류비용을 감소시키게 되었다.
구 분 실시예 비교예
난방방법 본 발명에 따른 지열난방 온풍난방
난방부하(kcal/h) - -
돈사내 평균온도(℃) 21.0 19.9
돈사내 평균습도(%) 51.6 49.6
이산화탄소 농도(ppm) 1,470 2,025
암모니아가스 농도(ppm) 10.6 23.3
황화수소 농도(ppm) 0.045 0.67
분진농도(PM-10)(㎍/㎥) 185.3 481.4
분만자돈수(돈) 13.2 12.7
이유시 체중(kg) 6.93 6.86
모돈 섭취량(kg) 88.22 99.56
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 축사 환기와 연계된 지열 냉난방 시스템의 제어방법을 살펴보기로 한다.
도 9는 본 발명에 따른 축사 환기와 연계된 지열 냉난방 시스템의 제어방법 흐름도이다.
우선, 축사 외부의 온도가 최고 설정치(Th) 이하 최저 설정치(Tl) 이상인 경우 메인 콘트롤러(400)에서 환기 콘트롤러(270)에 신호를 전달하여 대형 환기팬(240) 및 보조 환기팬(231)을 구동함으로써, 축사 내부의 공기를 환기시킨다.
또한, 축사 외부의 온도가 최고 설정치 및 최저 설정치 범위를 벗어나는 경우 축사 내부의 온도센서(250)가 감지한 온도를 최고 및 최저 설정치와 비교하게 된다.
이때, 축사 내부의 온도가 최고 설정치 이상인 경우 히트펌프 장치(200)는 냉방모드에서 가동하여 팬코일 유니트(190)가 찬 공기를 공급하고, 축사 내부의 온도가 최저 설정치 이하인 경우 히트펌프(150) 장치는 난방모드에서 운전하여 팬코일 유니트(190)가 따뜻한 공기를 공급하도록 한다.
그리고, 냉방모드에서 축사 내부로 찬 공기가 공급됨에도 불구하고 축사 내부 온도가 최고 설정치 이상인 경우 환기 콘트롤러(270)가 대형 환기팬(240)을 작동시켜 축사 내부의 공기를 외부로 급속히 배출시킴으로써, 풍속을 이용하여 가축이 느끼는 체감온도를 낮추게 된다.
덧붙여, 난방모드에서 축사 내부의 온도가 최저 설정치 이상인 경우 환기 콘트롤러(270)가 보조 환기팬(231)을 작동시켜 축사 외부의 공기를 내부로 공급함으로써, 가축의 사육 적온이 항상 유지될 수 있도록 한다.
구체적으로, 가축을 양호하게 사육하기 위해 유지되어야 할 축사 내부의 온도는 20~27℃가 적당한바, 상기 최고 설정치(Th)는 27℃, 최저 설정치(Tl)는 20℃가 바람직하다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 축사 환기와 연계된 지열 냉난방 시스템의 개시도,
도 3은 도 2 "A"구역의 확대도,
도 4는 본 발명에 따른 히트펌프 장치의 다른 실시예 개시도,
도 5는 본 발명에 따른 일 실시예의 개시도,
도 6은 도 5 "B"구역의 확대도,
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 다른 실시예의 개시도,
도 9는 본 발명에 따른 축사 환기와 연계된 지열 냉난방 시스템의 제어방법 흐름도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 지하수정 110 : 양수펌프
120 : 양수파이프 130 : 환원파이프
140 : 지열교환기 150 : 히트펌프
160 : 냉매라인 170 : 냉난방 열교환기
180 : 순환파이프 190 : 팬코일 유니트
200 : 히트펌프 장치 210 : 급기덕트
300 : 축사 400 : 메인 콘트롤러

Claims (16)

  1. 축사 주변의 지하에 밀폐된 구조로 설치되는 지하수정과; 상기 지하수정에 장착되어 지하수를 끌어 올리는 양수펌프와; 상기 양수펌프에 의해 공급된 지하수의 통로가 되는 양수파이프와; 상기 양수파이프의 일측에 설치되어 상기 양수파이프를 흐르는 지하수와 냉매라인의 냉매 사이에 열교환이 이루어지는 지열교환기와; 상기 양수 파이프와 일체로 연결되어 열교환이 이루어진 지하수를 지하수정으로 환원시키는 환원파이프와; 냉매라인에 의해 상기 지열교환기와 연결되고, 압축기 및 팽창밸브를 포함하여 냉매의 상태를 조절하는 히트펌프와; 상기 히트펌프와 냉매라인으로 연결되어 냉매의 증발 또는 응축에 의해 열원을 전달받는 냉난방용 열교환기와; 상기 냉난방용 열교환기로부터 열원을 전달받은 순환파이프가 연결되어 팬의 구동에 의해 냉난방 공기를 축사 내부로 공급하는 팬코일 유니트와; 상기 팬코일 유니트와 축사를 연결하여 상기 팬코일 유니트에서 공급되는 냉난방 공기의 통로가 되는 급기덕트;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 축사 환기와 연계된 지열 냉난방 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 축사의 일측에는 대형 환기팬이 설치되어 축사 내부의 공기를 외부로 배출시키는 것을 특징으로 하는 축사 환기와 연계된 지열 냉난 방 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 급기덕트의 일측에는 복수의 분기덕트가 축사 방향으로 길게 연결 설치되어 상기 급기덕트를 통과한 냉난방 공기가 축사 내부에 균일하게 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 축사 환기와 연계된 지열 냉난방 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 분기덕트에는 복수의 공기토출구가 축사 바닥과 수평한 라인을 이룬채로 형성되는 것을 특징으로 하는 축사 환기와 연계된 지열 냉난방 시스템.
  5. 청구항 3에 있어서, 상기 분기덕트에서 축사 내벽 방향으로 환기덕트가 축사를 관통하여 설치됨으로써 축사 외부에서 내부로 유입되는 공기의 통로가 되는 것을 특징으로 하는 축사 환기와 연계된 지열 냉난방 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 환기덕트의 일단에는 보조 환기팬이 설치되어 축사 외부공기를 축사 내부로 유입시키는 것을 특징으로 하는 축사 환기와 연계된 지열 냉난방 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 환기덕트와 분기덕트 사이에는 보조댐퍼가 설치되어 상기 보조환기팬의 작동시에만 축사 외부공기가 축사 내부에 유입되도록 하는 것을 특징으로 하는 축사 환기와 연계된 지열 냉난방 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 축사와 팬코일 유니트 사이에는 흡입덕트가 연결 설치되고, 상기 흡입덕트의 일측에는 외부덕트가 설치되어 상기 축사 내부 및 팬코일 유니트의 공기를 순환시키는 것을 특징으로 하는 축사 환기와 연계된 지열 냉난방 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 흡입덕트와 외부덕트 사이에는 흡입댐퍼가 설치되어 축사 외부공기가 상기 팬코일 유니트로 유입되는 것을 선택적으로 조절하는 것을 특징으로 하는 축사 환기와 연계된 지열 냉난방 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서, 축사의 일측에는 상호 환기부가 설치되되, 상호 환기부는 일정 공간을 갖는 챔버와; 상기 챔버 내부에 설치되어 축사의 내부공기를 외부로 배출시키는 배출팬과; 상기 배출팬의 하부 일측에 설치되어 축사 외부공기를 내부로 공급하는 공급팬과; 상기 배출팬 및 공급팬의 사이 공간에 인접 설치되어 배출팬과 공급팬 사이에 열교환이 이루어지도록 하는 열교환 파이프와; 상기 열교환 파이프상에 설치되어 열교환 파이프 내부의 열매체유를 순환시키는 열교환 펌프;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 축사 환기와 연계된 지열 냉난방 시스템.
  11. 청구항 1에 있어서, 축사의 일측에는 이중관 환기부가 설치되되, 상기 이중관 환기부는 축사를 관통한채 설치되어 유입팬의 작동으로 축사 외부의 공기를 내부로 유입시키는 유입덕트와; 상기 유입덕트를 관통한채 설치되어 유입덕트와 열교환이 이루어지도록 하고, 구동팬의 작동에 의해 축사 내부의 공기를 외부로 배출시키는 배출덕트;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 축사 환기와 연계된 지열 냉난방 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 유입덕트의 외부면에 단열재가 도포되어 축사 내 부와는 열교환이 이루어지지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 축사 환기와 연계된 지열 냉난방 시스템.
  13. (a)축사 외부의 온도가 최고 설정치(Th) 이하이고 최저 설정치(Tl) 이상인 경우 메인 콘트롤러에서 환기 콘트롤러에 신호를 전달하여 대형 환기팬 및 보조 환기팬을 구동하는 단계와;
    (b)축사 외부의 온도가 최고 설정치 이상 또는 최저 설정치 이하인 경우 축사 내부의 온도를 최고 설정치 및 최저 설정치와 비교하는 단계와;
    (c)축사 내부의 온도가 최고 설정치 이상인 경우 히트펌프가 냉방모드로 작동하여 팬코일 유니트가 축사 내부로 찬 공기를 공급하는 단계와;
    (d)축사 내부의 온도가 최저 설정치 이하인 경우 히트펌프가 난방모드로 운전하여 팬코일 유니트가 축사 내부로 따뜻한 공기를 공급하는 단계;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 축사 환기와 연계된 지열 냉난방 제어방법.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 (c)단계에서 축사 내부 온도가 최고 설정치 이상인 경우 환기 콘트롤러가 대형 환기팬을 작동시켜 축사 내부의 공기를 외부로 배출시킴으로써, 축사에 사육되는 가축의 체감온도를 낮추는 것을 특징으로 하는 축사 환기와 연계된 지열 냉난방 제어방법.
  15. 청구항 13에 있어서, 상기 (d)단계에서 축사 내부의 온도가 최저 설정치 이상인 경우 환기 콘트롤러가 보조 환기팬을 작동시켜 축사 외부의 공기를 내부로 공급함으로써, 축사 내부의 온도를 낮추는 것을 특징으로 하는 축사 환기와 연계된 지열 냉난방 제어방법.
  16. 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서, 상기 최고 설정치(Th)는 27℃이고, 최저 설정치(Tl)는 20℃로 설정되는 것을 특징으로 하는 축사 환기와 연계된 지열 냉난방 제어방법.
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