KR100849909B1 - 지역난방의 저온저압 열공급 시스템 - Google Patents

지역난방의 저온저압 열공급 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지역난방의 저온저압 열공급 시스템에 관한 것으로서, 특히 일정 온도의 저온수를 생산하는 저온 열원과; 상기 저온 열원에서 생산된 잉여 고온수를 저장하였다가 열부하가 높은 시간에 저장열을 방출함으로서 일일 첨두부하를 담당하는 저온수 저장 탱크인 축열조와; 상기 저온 열원 및 축열조로부터 생산된 저온수를 전달하는 열교환기와; 상기 열교환기에서 열교환된 저온수를 일정 압력으로 순환시키는 순환펌프; 및 상기 순환펌프와 연결되어 열공급대상지역까지 저온수를 수송 및 회수하는 플라스틱 열배관을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 소규모 열공급지역, 지형적인 요인 또는 고압의 연계배관 등에 의한 간접열공급지역, 태양열, 지열 등의 신재생에너지 및 하천수 등의 미활용에너지 등과 같은 저온의 열원을 활용하는 지역에 온수의 압력 및 온도를 6~10bar, 80~100℃로 공급하고, 열수송관을 플라스틱 열배관을 사용함으로써 열생산 시설의 효율을 향상시키고, 압력 및 열손실을 절감시킬 수 있다.
지역난방, 저온수, 저압, 소규모, 플라스틱 배관

Description

지역난방의 저온저압 열공급 시스템{LOW TEMPERATURE AND LOW PRESSURE HEAT TRANSMITTING SYSTEM OF DISTRICT HEATING}
도 1은 일반적인 지역 난방 시스템을 개략적으로 나타낸 계통도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 지역난방의 저온저압 열공급 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 계통도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 지역난방의 저온저압 열공급 시스템중 플라스틱 열배관의 구성을 나타낸 사시도.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
110 : 저온 보일러 120 : 축열조
130 : 열교환기 140 : 순환펌프
150 : 플라스틱 열배관 151 : 플라스틱 내관
152 : 투과방지막 153 : 보온재
155 : 플라스틱 외관
본 발명은 지역난방의 저온저압 열공급 시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 공급되는 온수의 압력 및 온도를 6~10bar, 80~100℃로 공급하고, 열수송관을 플라스틱 열배관을 사용하도록 하는 지역난방의 저온저압 열공급 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 지역난방은 아파트, 주택, 상가, 사무실, 학교, 병원, 공장 등 각종건물이 개별난방 시설을 갖추는 대신 집중된 대규모 열원시설(열병합발전소, 열전용 보일러, 쓰레기소각로 등)에서 경제적으로 생산된 열을 이용하여 지역전체에 난방 및 급탕을 공급하며, 쾌적한 도시환경을 창조하고 에너지 절약과 환경공해 개선에 기여하는 효율적인 난방방식으로 개별적으로 사용자가 난방설비를 갖추는 개별난방 시스템과는 차이가 있다.
즉, 지역난방은 한 개의 도시 또는 일정한 지역 내에 있는 주택, 상가, 사무실, 학교, 병원, 공장 등 각종 건물이 개별적으로 난방설비를 갖추지 않고, 대규모 열생산시설, 즉 열병합발전소를 건설하여 난방 및 급탕에 필요한 고온수(120℃)를 생산하여 고압(16bar)의 압력으로 열수송관을 통해 각 수용가에 공급하는 시스템으로 집단에너지 공급방식 중 하나이다.
한편, 이러한 지역난방을 이용하기 위해서는 열병합 시스템이 필요한데, 열병합 시스템은 하나의 에너지원(연료)으로부터 두가지 이상의 유용한 에너지(전기에너지와 열에너지)를 생산해 낼 수 있는 시스템을 말한다.
한편, 열병합 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 고온수(120℃)를 생산하는 보일러(1)와, 열부하가 낮거나 전력판매가격이 높은 시간에 보일러(1)에서 생산된 잉여 고온수를 저장하였다가 열부하가 높은 시간에 저장열을 방출함으로서 일일 첨 두부하를 담당하는 고온수 저장 탱크인 축열조(2)와, 보일러(1)에서 생산되거나 축열조(2)에 저장된 고온수를 전달하는 열교환기(3) 및 열교환된 온수를 고압으로 순환시키는 순환펌프(4)로 이루어진다. 그리고, 순환펌프(4)에는 사용자 열교환기(6)를 통해 열공급대상지역(A)까지 열을 수송 및 회수하도록 2중 단열 보온관으로 이루어진 열수송관(5)이 연결된다. 도면중 미설명 부호인 6은 사용자측 열교환기이다.
그러나, 열병합 시스템의 보일러로부터 열공급대상지역까지 고온수를 이송하기 위해서는 열수송관망을 통과하게 되는데, 열수송관망이 길어지게 되면 압력 및 열손실이 증대되고, 열수송관 시설비 및 열생산 시설 설비비 등을 포함한 초기투자비가 증대되는 어려움이 있으며, 특히, 열공급대상지역이 소규모인 경우 초기투자비가 더욱 증대되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 소규모 열공급지역, 지형적인 요인 또는 고압의 연계배관 등에 의한 간접열공급지역, 태양열, 지열 등의 신재생에너지 및 하천수 등의 미활용에너지 등과 같은 저온의 열원을 활용하는 지역에 온수의 압력 및 온도를 6~10bar, 80~100℃로 공급하고, 열수송관을 플라스틱 열배관을 사용함으로써 열생산 시설의 효율을 향상시키고, 압력 및 열손실을 절감시키도록 하는 지역난방의 저온저압 열공급 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,
일정 온도의 저온수를 생산하는 저온 열원과; 상기 저온 열원에서 생산된 잉여 저온수를 저장하였다가 열부하가 높은 시간에 저장열을 방출함으로서 일일 첨두부하를 담당하는 저온수 저장 탱크인 축열조와; 상기 저온 열원 및 축열조로부터 생산된 저온수를 전달하는 열교환기와; 상기 열교환기에서 열교환된 저온수를 일정 압력으로 순환시키는 순환펌프; 및 상기 순환펌프와 연결되어 열공급대상지역까지 저온수를 수송 및 회수하는 플라스틱 열배관을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 일정 온도는 80~100℃이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 저온 열원은 저온 보일러 또는 태양열, 지열을 이용한 신재생에너지 또는 하천수를 이용한 미활용에너지이다.
또한, 상기 일정 압력은 6~10bar인 것이 특징이다.
여기에서, 상기 플라스틱 열배관은 표면에 투과방지막이 코팅된 플라스틱 내관과; 상기 플라스틱 내관의 표면에 감싸지는 보온재와; 상기 보온재의 표면에 감싸지는 플라스틱 외관으로 구성되는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 플라스틱 내관은 프레스 연결 공법 또는 용접 연결 공법 또는 스크류 연결 공법중 어느 하나의 공법에 의해 상호 연결된다.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 지역난방의 저온저압 열공급 시스템의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 지역난방의 저온저압 열공급 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 계통도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 지역난방의 저온저압 열공급 시스템중 플라스틱 열배관의 구성을 나타낸 사시도이며, 도 4은 본 발명의 일실시예에 따른 지역난방의 저온저압 열공급 시스템중 플라스틱 열배관의 연결 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 지역난방의 저온저압 열공급 시스템(100)은, 저온 보일러(110)와, 축열조(120)와, 열교환기(130)와, 순환펌프(140)와, 플라스틱 열배관(150)으로 구성된다. 도면중 미설명 부호인 160은, 플라스틱 열배관(150)과 연계되는 사용자 열교환기이다.
먼저, 저온 보일러(110)는 80~100℃의 온도를 갖는 저온수를 생산한다. 여기에서, 본 발명의 실시예에서는 열원으로 저온 보일러를 사용하였으나 태양열, 지열을 이용한 신재생에너지 또는 하천수를 이용한 미활용에너지를 열원으로 사용할 수 있다.
그리고, 축열조(120)는 저온수 저장 탱크로서 저온 보일러(110)에서 생산된 잉여 저온수를 저장하였다가 열부하가 높은 시간에 저장열을 방출함으로서 일일 첨두부하를 담당한다.
또한, 열교환기(130)는 저온 보일러(110)로부터 생산된 저온수 또는 축열조(120)에 저장된 저온수를 열교환하여 전달한다.
또, 순환펌프(140)는 열교환기(130)에서 열교환된 저온수를 6~10bar의 압력으로 순환시킨다.
한편, 플라스틱 열배관(150)은 순환펌프(140)와 연결되어 열공급대상지역(A)까지 저온수를 수송 및 회수한다. 이때, 상기 플라스틱 열배관(150)은 표면에 투과방지막(152)이 코팅된 플라스틱 내관(151)과, 플라스틱 내관(151)의 표면에 감싸지는 보온재(153)와, 보온재(153)의 표면에 감싸지는 플라스틱 외관(155)으로 구성된다. 여기에서, 플라스틱 내관(151)은 방사선가교 폴리에틸렌(PEX), 또는 폴리부틸렌(PB) 재질로 이루어지고, 투과방지막(152)은 에틸렌비닐알코올(EVOH) 재질로 코팅된다. 또한, 보온재(153)는 폴리우레탄(PU)폼 또는 방사선가교 폴리에틸렌(PEX)폼으로 이루어진다. 또, 플라스틱 외관(155)은 플라스틱 내관(151)이 방사선가교 폴리에틸렌(PEX) 재질로 이루어진 경우 방사선가교 폴리에틸렌(PEX) 재질로 이루어지고, 플라스틱 내관(151)이 폴리부틸렌(PB) 재질로 이루어진 경우 폴리부틸렌(PB) 재질로 이루어진다. 한편, 플라스틱 내관(151)은 이웃하는 플라스틱 내관과 연결시 조인트(157)를 이용하여 연결하되, 프레스 연결 공법 또는 용접 연결 공법 또는 스크류 연결 공법중 어느 하나의 공법에 의해 상호 연결되는데, 내관이 방사선가교 폴리에틸렌(PEX) 재질인 경우 재질 특성상 프레스 연결 공법 또는 스크류 연결 공법에 의해 연결되는 것이 바람직하고, 내관이 폴리부틸렌(PB) 재질인 경우 재질 특성상 용접 연결 공법에 의해 연결되는 것이 바람직하다. 그리고, 플라스틱 내 관(151)과 플라스틱 내관(151)을 연결시에는 도 4에 도시된 바와 같이 보온재(153)와, 플라스틱 외관(155)을 절단하여 플라스틱 내관(151)만을 노출시킨 다음 조인트(157)를 이용하여 플라스틱 내관(151)을 상호 결속시킨 다음, 결속 부위에 보온재를 감싸고, 테이핑으로 마무리한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 지역난방의 저온저압 열공급 시스템의 동작을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명에 따른 지역난방의 저온저압 열공급 시스템의 플라스틱 열배관(150)의 설계압력에 따른 사용 가능 온도는 아래의 표 1과 같다.
압 력 온 도
6 bar 95 ℃
10 bar 70 ℃
또한, 본 발명에 따른 지역난방의 저온저압 열공급 시스템의 플라스틱 열배관(150)과 강관이중보온관 특성을 비교하면 아래의 표 2와 같다.
Figure 112007009991638-pat00001
한편, 본 발명에 따른 지역난방의 저온저압 열공급 시스템의 경제성을 분석하면 다음과 같다.
- 검토대상
구 분 성남 도촌지구 대구 금호지구
열공급 세대수 5,040 세대 7,190 세대
연결 열부하 30 Gcal/h 58 Gcal/h
열배관 구성 (△T=50℃) 300A~50A 4.2Km 400A~32A 5.5Km
Figure 112007009991638-pat00002
상기와 같은 검토 조건에 의해 성남도촌지구 및 대구금호지구에 공급/회수온도 95℃/55℃(△T=40℃)를 적용하면 연간 약 6~7백만원 정도의 이익 발생하는데, 성남도촌지구는 △T=35℃인 90℃로 공급하는 것이 가장 경제성이 있으며, 대구금호지구는 △T=40℃인 95℃로 공급하는 것이 가장 경제성이 있는 것으로 나타난다.
한편, 본 발명에 따른 지역난방의 저온저압 열공급 시스템의 플라스틱 열배관(150)과 종래의 강관이중보온관의 중요한 차이점은 신속한 배관연결이다. 강관이중보온관 1구간 시공기간은 주단위로 산정하지만 플라스틱 열배관(150)을 이용해서는 며칠 이내에 시공이 가능하다.
또한, 플라스틱 열배관(150)을 사용하면 관로는 최소굴착으로 폭이 좁아졌으며, 신속한 모래깔기가 수행되고 플라스틱 열배관(150)이 관로 전구간에 설치된 후 몇시간 이내에 되메우기가 이루지기 때문에 장시간의 극심한 교통정체가 발생하지 않고, 복공판이 필요없다.
한편, 플라스틱 열배관(150)을 적용하는 경우 플라스틱 열배관(150) 내부로 유입되는 산소가 수명을 늘리는데 있어 주요 장애 요인이기 때문에 플라스틱 열배관(150)의 플라스틱 내관(151)에는 산소투과율을 감소하기 위한 투과방지막(152)으로 코팅된다.
따라서, 공급/회수 온도를 각각 1℃씩 낮추었을 때 0.85%의 에너지절감 효과(열생산 시설 효율향상 0.46%, 배관망 열손실 저감 0.39%)가 발생하고, 플라스틱 열배관(150)을 적용하면 시공성 향상 및 공사비 절감이 가능하며, 태양열, 지열 등의 신재생에너지 및 하천수등 미활용에너지를 활용한 저온열원(100℃ 이하)의 사용이 가능하다.
상기와 같이 구성되는 본 발명인 지역난방의 저온저압 열공급 시스템에 따르면, 소규모 열공급지역, 지형적인 요인 또는 고압의 연계배관 등에 의한 간접열공급지역, 태양열, 지열 등의 신재생에너지 및 하천수 등의 미활용에너지 등과 같은 저온의 열원을 활용하는 지역에 온수의 압력 및 온도를 6~10bar, 80~100℃로 공급하고, 열수송관을 플라스틱 열배관을 사용함으로써 열생산 시설의 효율을 향상시키고, 압력 및 열손실을 절감시킬 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (6)

  1. 80~100℃ 온도의 저온수를 생산하고, 저온 보일러 또는 태양열, 지열을 이용한 신재생에너지 또는 하천수를 이용한 미활용에너지인 저온 열원과;
    상기 저온 열원에서 생산된 잉여 저온수를 저장하였다가 열부하가 높은 시간에 저장열을 방출함으로서 일일 첨두부하를 담당하는 저온수 저장 탱크인 축열조와;
    상기 저온 열원 및 축열조로부터 생산된 저온수를 전달하는 열교환기와;
    상기 열교환기에서 열교환된 저온수를 6~10bar 압력으로 순환시키는 순환펌프; 및
    표면에 투과방지막이 코팅된 플라스틱 내관과, 상기 플라스틱 내관의 표면에 감싸지는 보온재와, 상기 보온재의 표면에 감싸지는 플라스틱 외관으로 이루어지고, 프레스 연결 공법 또는 용접 연결 공법 또는 스크류 연결 공법중 어느 하나의 공법에 의해 상호 연결되어 상기 순환펌프와 연결되어 열공급대상지역까지 저온수를 수송 및 회수하는 플라스틱 열배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 지역난방의 저온저압 열공급 시스템.
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