KR100931705B1 - Geothermal air-conditioning system of group living facilities - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 지열을 이용한 집단거주시설용 냉난방시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 집단거주시설의 냉난방을 위해 지열을 이용할 수 있으며, 에어 핸들링 유닛의 설치 위치를 다양하게 변경할 수 있을 뿐만 아니라, 집단거주시설의 냉난방시스템의 효율을 실질적으로 향상시킬 수 있는 지열을 이용한 집단거주시설용 냉난방시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a cooling and heating system for a group residential facility using geothermal heat, and more particularly, geothermal heat can be used for cooling and heating of a group residential facility, and the installation location of the air handling unit can be changed in various ways, as well. The present invention relates to a heating and cooling system for a group residential facility using geothermal heat, which can substantially improve the efficiency of a facility's air conditioning system.
일반적으로 공조시스템은 사무실 또는 주택 등과 같은 실내 공간의 공기를 냉방하거나 난방하여 실내공간이 쾌적하게 유지되도록 하는 시스템으로, 압축-응축-팽창-증발로 이루어지는 일련의 냉매 사이클을 구성하게 된다.In general, the air conditioning system is a system for cooling or heating air in an indoor space, such as an office or a house, to keep the indoor space comfortable, and constitute a series of refrigerant cycles including compression, condensation, expansion, and evaporation.
하지만, 기존 집단주거시설에 설치되었던 냉방시스템인 에어컨디셔너 시스템은, 라인의 길이가 길고, 전체 자동제어 시스템을 적용하기 어려우며, 에너지 소비가 많은 문제점이 있다.However, the air conditioner system, which is a cooling system installed in the existing group residential facilities, has a long line length, it is difficult to apply the entire automatic control system, and has a lot of energy consumption.
이러한 문제점을 고려하여 최근에는 에너지의 효율적 이용과 생태계 보호 등을 이유로 지열을 이용한 공조시스템 개발에 많은 관심이 집중되고 있는데, 이러한 지열을 이용한 공조시스템은 공해가 없을 뿐만 아니라 계속적인 자연 충전이 가능하므로 현재 많은 연구 개발이 진행되고 있는 추세이다.In consideration of these problems, much attention has recently been focused on the development of an air conditioning system using geothermal energy for the efficient use of energy and ecosystem protection. At present, a lot of research and development is in progress.
하지만, 현재 지열을 이용한 공조시스템은, 사무실 또는 비닐하우스 등과 같이 소규모 시설에만 적용되고 있으며, 아파트 또는 오피스텔 등의 집단거주시설에는 아직 적용된 바가 없는 실정이다.However, geothermal air conditioning systems are currently applied only to small facilities such as offices or vinyl houses, and have not yet been applied to group residential facilities such as apartments or officetels.
따라서, 지열을 이용한 집단거주시설의 공조시스템에 대한 연구개발이 강력히 요구되고 있다.Therefore, there is a strong demand for research and development on the air conditioning system of group residential facilities using geothermal heat.
본 발명의 목적은, 집단거주시설의 냉난방을 위해 지열을 이용할 수 있으며, 에어 핸들링 유닛의 설치 위치를 다양하게 변경할 수 있을 뿐만 아니라, 집단거주시설의 냉난방시스템의 효율을 실질적으로 향상시킬 수 있는 지열을 이용한 집단거주시설용 냉난방시스템을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention, geothermal heat can be used for heating and cooling of residential facilities, not only can change the installation position of the air handling unit in various ways, but also can improve the efficiency of the heating and cooling system of the collective housing facilities geothermal It is to provide a heating and cooling system for group residential facilities.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 지열을 흡수하거나 지중으로 열을 방출하는 지열교환기; 집단거주시설의 세대별로 마련되며 각 세대의 실내온도를 조절하기 위해 각 세대에 각각 배치되는 다수의 에어 핸들링 유닛; 및 상기 지열교환기 및 상기 다수의 에어 핸들링 유닛에 배관으로 연결되며, 고온의 열원을 저온으로 전달하거나 저온의 열원을 고온으로 전달하는 히트펌프유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 집단거주시설용 냉난방시스템에 의하여 달성된다.The object is, according to the present invention, a geothermal heat exchanger for absorbing geothermal heat or releasing heat into the ground; A plurality of air handling units provided for each generation of the group residential facilities and disposed in each generation to adjust the indoor temperature of each generation; And a heat pump unit connected to the geothermal heat exchanger and the plurality of air handling units by a pipe and transferring a high temperature heat source to a low temperature or a low temperature heat source to a high temperature. Achieved by the system.
상기 에어 핸들링 유닛은, 상기 히트펌프유닛과의 열교환을 통해 주변 공기를 가열시키거나 냉각시키는 열교환부; 및 상기 열교환부의 일측에 마련되어 상기 열교환부를 통해 가열되거나 냉각된 공기를 세대별 각 실로 송풍하는 송풍부를 포함할 수 있다.The air handling unit may include a heat exchanger configured to heat or cool ambient air through heat exchange with the heat pump unit; And a blower provided at one side of the heat exchanger to blow air heated or cooled through the heat exchanger to each chamber for each generation.
상기 에어 핸들링 유닛은, 상기 열교환부의 타측에 마련되어 상기 에어 핸들링 유닛 내부의 공기를 혼합하는 혼합부를 더 포함할 수 있다.The air handling unit may further include a mixing unit provided at the other side of the heat exchange unit to mix air in the air handling unit.
상기 지열을 이용한 집단거주시설용 냉난방시스템은, 상기 에어 핸들링 유닛의 일측에 결합되어 상기 송풍부를 통해 생성된 바람을 세대별 각 실로 전달하는 토출덕트; 상기 에어 핸들링 유닛의 타측에 결합되어 세대별 각 실로부터 흡입되는 공기를 상기 다수의 에어 핸들링 유닛 측으로 전달하는 흡입덕트; 및 상기 혼합부에 인접하도록 상기 에어 핸들링 유닛에 결합되어 외부의 공기를 상기 에어 핸들링 유닛 측으로 전달하는 외부공기 유입덕트를 더 포함할 수 있다.The air-conditioning system for a group residential facility using the geothermal heat, the discharge duct is coupled to one side of the air handling unit for delivering the wind generated through the blower to each chamber for each generation; A suction duct coupled to the other side of the air handling unit to transfer air sucked from each chamber for each generation to the plurality of air handling units; And an external air inlet duct coupled to the air handling unit adjacent to the mixing unit to transfer external air to the air handling unit.
상기 지열을 이용한 집단거주시설용 냉난방시스템은, 상기 흡입덕트의 일측에 결합되어 상기 흡입덕트를 따라 순환하는 공기의 일부를 외부로 배출하는 내부공기 배출덕트를 더 포함할 수 있다.The district heating and cooling system using the geothermal heat may further include an internal air discharge duct coupled to one side of the suction duct to discharge a part of air circulated along the suction duct to the outside.
상기 토출덕트 일부분 및 상기 흡입덕트의 일부분은 각각 집단거주시설의 복수 개의 층 중 어느 한 층의 천정과 상기 어느 한 층의 위 층의 바닥벽 사이에 배치될 수 있다.A portion of the discharge duct and a portion of the suction duct may be disposed between the ceiling of any one of the plurality of floors of the collective residence facility and the bottom wall of the upper one of the one floor.
상기 히트펌프유닛은, 집단거주시설의 냉난방을 위한 기계실에 마련되는 중앙식 히트펌프유닛일 수 있다.The heat pump unit may be a central heat pump unit provided in a machine room for cooling and heating a group residential facility.
상기 배관은, 상기 지열교환기와 상기 중앙식 히트펌프유닛 사이에 마련되는 지열공급배관; 및 상기 중앙식 히트펌프유닛과 상기 에어 핸들링 유닛 사이에 마련되는 세대온도조절배관을 포함하며, 상기 지열교환기 및 상기 중앙식 히트펌프유닛은 상기 지열공급배관을 따라 흐르는 2차 냉매를 통해 상호 열교환을 하고, 상기 중앙식 히트펌프유닛과 상기 에어 핸들링 유닛은 상기 세대온도조절배관을 따라 흐르는 냉수를 통해 상호 열교환을 할 수 있다.The pipe, the geothermal heat supply pipe provided between the geothermal heat exchanger and the central heat pump unit; And a generation temperature control pipe provided between the central heat pump unit and the air handling unit, wherein the geothermal heat exchanger and the central heat pump unit exchange heat with each other through a secondary refrigerant flowing along the geothermal heat supply pipe. The central heat pump unit and the air handling unit may mutually exchange heat through cold water flowing along the generation temperature control pipe.
상기 지열을 이용한 집단거주시설용 냉난방시스템은, 집단거주시설의 전체 세대 냉수 사용량에 기초하여 상기 중앙식 히트펌프유닛의 가동정도를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.The district heating and cooling system using the geothermal heat may further include a control unit for controlling the operation degree of the central heat pump unit based on the total generation of cold water consumption of the group residential facility.
상기 제어부는, 각 세대의 실내 희망온도와 실외 온도의 차이가 적은 경우 상기 에어 핸들링 유닛에 최소한의 냉수가 흐르도록 제어하여, 외부 공기와 실내 공기의 치환을 통해 실내 공조환경을 조절할 수 있다.When the difference between the indoor desired temperature and the outdoor temperature of each generation is small, the controller may control the minimum cold water to flow through the air handling unit, thereby adjusting the indoor air conditioning environment by replacing the outside air with the indoor air.
상기 지열을 이용한 집단거주시설용 냉난방시스템은, 상기 지열공급배관에 마련되어 상기 2차 냉매를 순환시키는 적어도 하나의 2차 냉매순환펌프를 더 포함할 수 있다.The district heating and cooling system using the geothermal heat may further include at least one secondary refrigerant circulation pump provided in the geothermal heat supply pipe to circulate the secondary refrigerant.
상기 제어부는, 집단거주시설의 전체 세대 냉수 사용량에 따른 상기 2차 냉매의 순환량에 기초하여 상기 2차 냉매순환펌프의 가동정도를 제어할 수 있다.The controller may control the degree of operation of the secondary refrigerant circulation pump based on the circulation amount of the secondary refrigerant according to the total generation of cold water used in the group residential facility.
상기 세대온도조절배관은, 상기 중앙식 히트펌프유닛의 일측으로부터 연장되는 집합냉수공급배관; 상기 집합냉수공급배관으로부터 분기되어 상기 다수의 에어 핸들링 유닛에 상기 냉수를 각각 공급하는 다수의 세대냉수공급배관; 상기 중앙식 히트펌프유닛의 타측으로부터 연장되는 집합냉수유출배관; 및 상기 집합냉수유출배관으로부터 분기되어 상기 다수의 에어 핸들링 유닛으로부터 상기 냉수가 각각 유출되는 다수의 세대냉수유출배관을 포함할 수 있다.The generation temperature control pipe, the aggregate cold water supply pipe extending from one side of the central heat pump unit; A plurality of generation cold water supply pipes branched from the collective cold water supply pipes to supply the cold water to the plurality of air handling units, respectively; An aggregate cold water discharge pipe extending from the other side of the central heat pump unit; And a plurality of generation cold water discharge pipes branched from the collective cold water discharge pipes to respectively discharge the cold water from the plurality of air handling units.
상기 지열을 이용한 집단거주시설용 냉난방시스템은, 상기 집합냉수공급배관으로부터 분기되어 바닥 난방시스템배관에 연결되는 바닥난방연결배관을 더 포함할 수 있다.The heating and cooling system for a group residential facility using the geothermal heat may further include a floor heating connection pipe branched from the collective cooling water supply pipe and connected to the floor heating system pipe.
상기 지열을 이용한 집단거주시설용 냉난방시스템은, 상기 집합냉수공급배관과 상기 바닥난방연결배관의 연결지점에 마련되어 상기 집합냉수공급배관에 흐르는 상기 냉수의 양을 조절하는 유량조절밸브를 더 포함할 수 있다.The cooling and heating system for a group residential facility using the geothermal heat may further include a flow control valve provided at a connection point between the collective cold water supply pipe and the floor heating connection pipe to adjust the amount of the cold water flowing through the collective cold water supply pipe. .
상기 제어부는, 집단거주시설의 전체 세대 냉수 사용량에 기초하여 상기 유량조절밸브의 오픈각도를 제어할 수 있다.The controller may control the open angle of the flow control valve based on the total generation of cold water used in the group residential facility.
상기 지열을 이용한 집단거주시설용 냉난방시스템은, 상기 집합냉수공급배관에 마련되어 상기 냉수를 순환시키는 적어도 하나의 냉수순환펌프를 더 포함할 수 있다.The cooling and heating system for a group residential facility using the geothermal heat may further include at least one cold water circulation pump provided in the collective cold water supply pipe to circulate the cold water.
상기 제어부는, 집단거주시설의 전체 세대 냉수 사용량에 기초하여 상기 냉수순환펌프의 가동정도를 제어함으로써 상기 냉수의 순환량을 조절할 수 있다.The control unit may adjust the circulation amount of the cold water by controlling the degree of operation of the cold water circulation pump based on the total generation of cold water consumption of the group residential facility.
상기 히트펌프유닛은, 집단거주시설의 세대별로 마련되는 다수의 개별식 히트펌프유닛일 수 있다.The heat pump unit may be a plurality of individual heat pump units provided for each generation of the group residential facility.
상기 배관은, 상기 지열교환기와 상기 다수의 개별식 히트펌프유닛 사이에 마련되는 지열공급배관; 및 상기 다수의 개별식 히트펌프유닛과 상기 다수의 에어 핸들링 유닛 사이에 마련되는 다수의 세대온도조절배관을 포함하며, 상기 지열교환기 및 상기 다수의 개별식 히트펌프유닛은 상기 지열공급배관을 따라 흐르는 2차 냉매를 통해 상호 열교환을 하고, 상기 다수의 개별식 히트펌프유닛 및 상기 다수의 에어 핸들링 유닛은 각각 상기 다수의 세대온도조절배관을 따라 흐르는 냉수를 통해 상호 열교환을 할 수 있다.The pipe may include a geothermal heat supply pipe provided between the geothermal heat exchanger and the plurality of individual heat pump units; And a plurality of generation temperature regulating pipes provided between the plurality of individual heat pump units and the plurality of air handling units, wherein the geothermal heat exchanger and the plurality of individual heat pump units flow along the geothermal heat supply pipe. Heat exchange with each other through the secondary refrigerant, the plurality of individual heat pump unit and the plurality of air handling unit may be mutual heat exchange through the cold water flowing along the plurality of generation temperature control pipe, respectively.
상기 지열을 이용한 집단거주시설용 냉난방시스템은, 집단거주시설의 세대별 냉수 사용량에 기초하여 상기 다수의 개별식 히트펌프유닛의 가동정도를 각각 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.The district heating and cooling system using the geothermal heat may further include a control unit for controlling the operation degree of each of the plurality of individual heat pump units based on the amount of cold water used for each generation of the group residential facility.
상기 제어부는, 각 세대의 실내 희망온도와 실외 온도의 차이가 적은 경우 상기 에어 핸들링 유닛에 최소한의 냉수가 흐르도록 제어하여, 외부 공기와 실내 공기의 치환을 통해 실내 공조환경을 조절할 수 있다.When the difference between the indoor desired temperature and the outdoor temperature of each generation is small, the controller may control the minimum cold water to flow through the air handling unit, thereby adjusting the indoor air conditioning environment by replacing the outside air with the indoor air.
상기 지열공급배관은, 상기 지열교환기로부터 연장되는 집합지열공급배관; 상기 집합지열공급배관으로부터 분기되어 상기 다수의 개별식 히트펌프유닛으로 상기 2차 냉매를 각각 공급하는 다수의 세대지열공급배관; 상기 지열교환기로부터 연장되는 집합지열유출배관; 및 상기 집합지열유출배관으로부터 분기되어 상기 다수의 개별식 히트펌프유닛으로부터 상기 2차 냉매가 각각 유출되는 다수의 세대지열유출배관을 포함할 수 있다.The geothermal heat supply pipe, the aggregate geothermal heat supply pipe extending from the geothermal heat exchanger; A plurality of generation geothermal heat supply pipes branched from the aggregate geothermal heat supply pipes and respectively supplying the secondary refrigerant to the plurality of individual heat pump units; An aggregated geothermal outflow pipe extending from the geothermal heat exchanger; And a plurality of generation geothermal outflow pipes branched from the aggregate geothermal outflow pipes and each secondary refrigerant flows out of the plurality of individual heat pump units.
상기 지열을 이용한 집단거주시설용 냉난방시스템은, 상기 집합지열공급배관에 마련되어 상기 2차 냉매를 순환시키는 적어도 하나의 2차 냉매순환펌프를 더 포함할 수 있다.The district heating and cooling system using the geothermal heat may further include at least one secondary refrigerant circulation pump provided in the aggregate geothermal heat supply pipe to circulate the secondary refrigerant.
상기 제어부는, 집단거주시설의 전체 세대 냉수 사용량에 따른 상기 2차 냉매의 순환량에 기초하여 상기 2차 냉매순환펌프의 가동정도를 제어할 수 있다.The controller may control the degree of operation of the secondary refrigerant circulation pump based on the circulation amount of the secondary refrigerant according to the total generation of cold water used in the group residential facility.
상기 지열을 이용한 집단거주시설용 냉난방시스템은, 상기 다수의 세대지열공급배관에 각각 마련되는 2차 냉매조절밸브를 더 포함할 수 있다.The district heating and cooling system using the geothermal heat, may further include a secondary refrigerant control valve provided in each of the plurality of generation geothermal heat supply pipe.
상기 제어부는, 상기 2차 냉매조절밸브를 각각 제어하여 상기 2차 냉매의 세대별 순환량을 조절할 수 있다.The control unit may control the secondary refrigerant control valve, respectively, to adjust the generation amount of circulation of the secondary refrigerant.
상기 다수의 세대온도조절배관은 각각, 상기 다수의 에어 핸들링 유닛 측으로 상기 냉수를 각각 공급하는 다수의 세대냉수공급배관; 및 상기 에어 핸들링 유닛으로부터 상기 냉수가 각각 유출되는 다수의 세대냉수유출배관을 포함할 수 있다.The plurality of generation temperature control pipe, each of the plurality of generation cold water supply pipe for supplying each of the cold water to the plurality of air handling unit side; And a plurality of generation cold water outlet pipes through which the cold water flows out from the air handling unit.
상기 지열을 이용한 집단거주시설용 냉난방시스템은, 상기 다수의 세대냉수공급배관으로부터 분기되어 바닥 난방시스템배관에 연결되는 다수의 바닥난방연결배관을 더 포함할 수 있다.The heating and cooling system for a group residential facility using the geothermal heat may further include a plurality of floor heating connection pipes branched from the plurality of generation cold water supply pipes and connected to the floor heating system pipes.
상기 지열을 이용한 집단거주시설용 냉난방시스템은, 상기 다수의 세대냉수공급배관과 상기 다수의 바닥난방연결배관의 연결지점에 각각 마련되어 상기 세대냉수공급배관에 흐르는 상기 냉수의 양을 조절하는 다수의 유량조절밸브를 더 포함할 수 있다.The heating and cooling system for a group residential facility using geothermal heat is provided at a connection point of the plurality of generation cold water supply pipes and the plurality of floor heating connection pipes, respectively, and controls a plurality of flow rates for controlling the amount of cold water flowing in the generation cold water supply pipe. The valve may further include.
상기 제어부는, 집단거주시설의 세대별 냉수 사용량에 기초하여 상기 다수의 유량조절밸브의 오픈각도를 각각 제어할 수 있다.The controller may control the open angles of the plurality of flow control valves, respectively, based on the amount of cold water used for each generation of the group residential facility.
상기 지열을 이용한 집단거주시설용 냉난방시스템은, 상기 다수의 세대냉수 공급배관에 각각 마련되어 각 세대별 상기 냉수의 사용량을 측정하는 다수의 플로우미터를 더 포함할 수 있다.The district heating and cooling system using the geothermal heat may further include a plurality of flow meters provided in each of the plurality of generation cold water supply pipes to measure the usage amount of the cold water for each generation.
상기 지열을 이용한 집단거주시설용 냉난방시스템은, 상기 다수의 세대냉수유출배관에 각각 마련되어 상기 냉수를 흐르게 하거나 흐름을 멈추게 하는 온오프밸브를 더 포함할 수 있다.The air-conditioning system for a group residential facility using the geothermal heat may further include an on / off valve provided in each of the plurality of generation cold water discharge pipes to allow the cold water to flow or stop the flow.
상기 제어부는, 집단거주시설의 세대별로 상기 냉수를 흐르게 하거나 흐름을 멈추게 하기 위하여 상기 온오프밸브의 온상태 또는 오프상태를 제어할 수 있다.The controller may control an on state or an off state of the on / off valve to allow the cold water to flow or stop the flow for each generation of the group residential facility.
상기 지열을 이용한 집단거주시설용 냉난방시스템은, 집단거주시설의 세대별로 마련되는 다수의 세대온도조절기를 더 포함하며, 상기 제어부는, 상기 다수의 세대온도조절기의 조절온도에 기초하여 상기 다수의 에어 핸들링 유닛의 풍량을 조절할 수 있다.The geothermal heating and cooling system for a group residential facility further includes a plurality of generation temperature controllers provided for each generation of the group residence facility, and the control unit is configured to handle the plurality of air based on the control temperature of the plurality of generation temperature controllers. The air volume of the unit can be adjusted.
본 발명에 의하면, 지열교환기, 에어 핸들링 유닛 및 히트펌프유닛을 사용하여 집단거주시설의 냉난방을 위해 지열을 이용할 수 있으며, 에어 핸들링 유닛의 설치 위치를 다양하게 변경할 수 있을 뿐만 아니라, 집단거주시설의 냉난방시스템의 효율을 실질적으로 향상시킬 수 있게 된다.According to the present invention, the geothermal heat exchanger, the air handling unit and the heat pump unit can be used for geothermal heat for heating and cooling of the collective living facilities, it is possible to change the installation location of the air handling unit in various ways, It is possible to substantially improve the efficiency of the heating and cooling system.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, in describing the present invention, descriptions of already known functions or configurations will be omitted to clarify the gist of the present invention.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 지열을 이용한 집단거주시설용 냉난방시스템의 개략적인 모식도이며, 도 2는 도 1의 에어 핸들링 유닛의 개략적인 모식도이고, 도 3은 도 1의 지열을 이용한 집단거주시설용 냉난방시스템의 제어부를 나타낸 개략적인 모식도이며, 도 4는 도 1의 지열을 이용한 집단거주시설용 냉난방시스템의 난방원리를 나타낸 개략적인 모식도이고, 도 5는 도 1의 지열을 이용한 집단거주시설용 냉난방시스템의 냉방원리를 나타낸 개략적인 모식도이며, 도 6 및 도 7은 도 4의 난방과정을 나타낸 순서도이다.1 is a schematic diagram of a cooling and heating system for a group residential facility using geothermal heat according to a first embodiment of the present invention, Figure 2 is a schematic diagram of the air handling unit of Figure 1, Figure 3 using the geothermal heat of Figure 1 Schematic diagram showing the control unit of the air conditioning system for group residential facilities, Figure 4 is a schematic diagram showing the heating principle of the air conditioning system for group residential facilities using the geothermal heat of Figure 1, Figure 5 for the group residential facilities using geothermal power of Figure 1 Schematic diagram showing the cooling principle of the cooling and heating system, Figure 6 and Figure 7 is a flow chart showing the heating process of FIG.
이들 도면을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 지열을 이용한 집단거주시설용 냉난방시스템(10, 이하 '냉난방시스템')은, 지열을 흡수하거나 지중으로 열을 방출하는 지열교환기(100)와, 집단거주시설의 각 세대의 실내온도를 조절하는 에어 핸들링 유닛(200)과, 지열교환기(100) 및 에어 핸들링 유닛(200)에 각각 배관으로 연결되는 중앙식 히트펌프유닛(300, 이하 '히트펌프유닛')을 포함한다.Referring to these drawings, the air-
지열교환기(100)는, 지표면으로부터 일정한 깊이로 시추공을 파고, 이러한 시추공을 통해 고밀도 폴리에틸렌 재질의 U 자형 파이프를 삽입하며, 시추공과 파이프의 사이에는 그라우팅부재를 충진하여 지열을 흡수하거나 지중으로 열을 방출할 수 있는 구성이다. 다만, 본 실시예의 냉난방시스템(10)에 있어서 지열교환기(100)의 실시형식은 필요에 따라 변경가능한 사항으로, 본 발명의 권리범위는 지열교환기(100)의 실시형식에 의하여 제한되지 않는다.The geothermal heat exchanger (100) digs a borehole to a certain depth from the ground surface, inserts a U-shaped pipe made of a high-density polyethylene through the borehole, and fills the grouting member between the borehole and the pipe to absorb geothermal heat or absorb heat into the ground. It is a composition that can emit. However, the embodiment of the
히트펌프유닛(300)은, 고온의 열원을 저온으로 전달하거나, 저온의 열원을 고온으로 전달하는 것으로, 지열교환기(100) 및 에어 핸들링 유닛(200)에 배관으로 연결되어 집단거주시설의 세대별로 마련되는 에어 핸들링 유닛(200)을 통해 각 세대를 냉방시키거나 난방하기 위해 마련되는 구성이다.The
도 1에 도시된 바와 같이, 히트펌프유닛(300)은, 기체상태의 냉매를 압축하여 압력을 높이는 압축기(310)와, 압축기(310)로부터 전달된 1차 냉매(R1)를 응축 액화하는 응축기(320)와, 응축기(320)로부터 전달된 액체상태의 1차 냉매(R1)의 압력을 낮추는 확장밸브(330)와, 확장밸브(330)로부터 전달된 액체상태의 1차 냉매(R1)를 기화하는 증발기(340)를 포함한다. 또한, 압축기(310), 응축기(320), 확장밸브(330) 및 증발기(340)는 상호 히트펌프유닛배관(350)을 통하여 연결되며, 히트펌프유닛배관(350)에는 상 변환이 일어나는 1차 냉매(R1)가 순환하게 된다.As shown in FIG. 1, the
압축기(310, Compressor)는, 기체를 압축하여 압력을 높이는 기계적 장치로, 증발기(340, Evaporator)로부터 전달되는 고온 저압 기체상태의 1차 냉매(R1)를 고온 고압 기체상태의 1차 냉매(R1)로 변환하는 장치이다.
응축기(320, Condenser)는, 압축기(310)에서 보내온 고온 고압의 1차 냉매(R1)를 응축 액화하여 저온 고압의 액체상태의 1차 냉매(R1)로 상 변환시키는 기계적 장치이며, 확장밸브(330, Expansion valve)는 저온 고압의 액체상태의 1차 냉매(R1)를 팽창시킴으로써 저온 저압의 액체상태의 1차 냉매(R1)로 변환하는 기계적 장치이다.The
증발기(340)는 확장밸브(330)로부터 전달되는 저온 저압의 액체상태의 1차 냉매(R1)를 고온 저압의 기체상태의 1차 냉매(R1)로 상 변환시키는 기계적 장치이며, 이러한 압축기(310), 응축기(320), 확장밸브(330) 및 증발기(340)에 의한 열전 달과정은 본 발명의 구체적인 사용예에서 함께 하기로 한다.The
에어 핸들링 유닛(200)은, 집단거주시설의 세대별로 마련되어 각 세대의 실내온도를 조절하기 위한 구성이다. 이하에서는 집단거주시설의 다수의 세대 중 어느 하나의 세대(N1)에 마련된 에어 핸들링 유닛(200)을 기준으로 본 발명을 설명하기로 한다.The
도 2에 도시된 바와 같이, 에어 핸들링 유닛(200)은, 열교환부(210)와, 열교환부(210)의 일측에 마련되는 혼합부(220)와, 열교환부(210)의 타측에 마련되는 송풍부(230)를 포함한다.As illustrated in FIG. 2, the
열교환부(210)는, 에어 핸들링 유닛(200)의 내부에 마련되어 히트펌프유닛(300)으로부터 전달되는 열을 통해 주변 공기를 가열시키거나 냉각시키는 부분이다. 열교환부(210)에 인접하여서는 후술하는 바와 같이 히트펌프유닛(300)으로부터 연장되는 세대냉수공급배관(630) 및 세대냉수유출배관(640)이 배치되며, 이를 통해 열교환부(210)는 히트펌프유닛(300)과 상호 열교환을 하게 된다.The
혼합부(220)는, 열교환부(210)의 일측에 마련되어 에어 핸들링 유닛(200)의 내부 공기를 혼합시키는 부분이다. 혼합부(220)는, 흡입덕트(242)를 통해 유입되는 공기와 외부공기 유입덕트(243)를 통해 유입되는 공기를 상호 혼합시킴으로써, 집단거주시설의 다수의 세대 중 어느 한 세대(N1)의 각 실(R1 내지 R4)로 유입되는 공기의 품질을 향상시킨다.The
송풍부(230)는, 열교환부(210)를 통해 가열되거나 냉각된 공기를 각 실(R1 내지 R4)로 송풍하는 부분으로, 팬모터(231)와, 팬(232)을 포함한다.The
팬모터(231)는 각 실(R1 내지 R4)로 송풍되는 바람을 생성하기 위한 것이며, 팬(232)은 팬모터(231) 의하여 생성된 바람을 각 실(R1 내지 R4)의 실내로 전달하는 것이다. 팬모터(231)는 제어부(410)의 제어에 따라 그 회전량이 결정되며, 이에 따라 팬(232)을 통해 각 세대로 전달되는 바람의 송풍량도 달라진다. 또한, 필요에 따라 팬모터(231)에는 인버터(미도시)가 연결될 수 있으며, 제어부(410)는 이러한 인버터(미도시)를 제어함으로써 팬모터(231)의 회전량을 조절할 수도 있다.The
에어 핸들링 유닛(200)은, 일측에 결합되는 토출덕트(241)와, 타측에 결합되는 흡입덕트(242)를 통해 전체적으로 규모가 큰 하나의 관로(管路)를 이루면서 집단거주시설의 각 각 실(R1 내지 R4)로 찬 바람 또는 따뜻한 바람을 송풍한다.The
토출덕트(241)는 에어 핸들링 유닛(200)의 일측에 결합되어 송풍부(230)를 통해 생성된 바람을 각 실(R1 내지 R4)로 송풍하는 일종의 관(管)이며, 흡입덕트(242)는 에어 핸들링 유닛(200)의 타측에 결합되어 각 실(R1 내지 R4)로부터 흡입되는 공기를 에어 핸들링 유닛(200) 측으로 전달하는 일종의 관이다. 토출덕트(241) 및 흡입덕트(242)의 일부분은 천정(C)과 벽(W) 사이에 매립되도록 배치된다.The
혼합부(220)에 인접한 에어 핸들링 유닛(200)의 일측에는 외부공기 유입덕트(243)가 마련되며, 흡입덕트(242)의 일측에는 내부공기 배출덕트(244)가 마련된다.An external
외부공기 유입덕트(243)는 외부 공기를 유입하기 위한 것으로, 외부공기 유입덕트(243)를 통해 유입된 외부 공기는 흡입덕트(242)를 통해 흡입된 공기와 상호 혼합됨으로써, 각 실(R1 내지 R4)로 송풍되는 바람의 품질을 향상시킬 수 있게 된다.The external
내부공기 배출덕트(244)는, 흡입덕트(242)를 따라 흐르는 공기의 일부를 외부로 배출하기 위한 것으로, 각 실(R1 내지 R4)로부터 흡입된 공기 중에 존재하는 먼지 등을 걸러낸 후 이를 배출하도록 하여, 각 실(R1 내지 R4)로 송풍하는 공기의 품질을 향상시킬 수 있게 된다.The internal
또한, 에어 핸들링 유닛(200)의 일측에는 결로방지배관(250)이 마련되며, 결로방지배관(250)은 열교환부(210)를 통한 열교환시 에어 핸들링 유닛(200)에 발생할 수 있는 결로현상을 방지한다.In addition, one side of the
본 실시예의 에어 핸들링 유닛(200)은, 각 세대의 천정공간에 덕트(241, 242, 243, 244)를 배치시키고, 실내 및 외부와 연결되는 덕트(241, 242, 243, 244) 취출구(미도시) 만을 설치하게 되므로, 멀티 에어컨과 같은 기존 천정형 실내 유닛을 사용하는 방식 등에 비해 천정고를 대폭 낮출 수 있으며, 집단거주시설의 베란다 등에 배치될 수 있으므로 공조시스템에서 사용되는 실내기의 설치 공간상의 제약을 완화시키킬 수 있게 된다.In the
또한, 본 실시예의 에어 핸들링 유닛(200)은, 별도의 환기유닛을 사용하지 않더라도 외부공기 유입덕트(243) 및 내부공기 배출덕트(244)를 통해 외부공기를 유입시키고 내부공기를 배출시킬 수 있도록 함으로써 환기유닛이 없는 집단거주시설의 실내공조가 가능해진다.In addition, the
한편, 지열교환기(100)와 히트펌프유닛(300)은 지열공급배관(500)에 의하여 상호 연결되며, 히트펌프유닛(300)과 집단거주시설의 세대별로 마련되는 다수의 에어 핸들링 유닛(200)은 세대온도조절배관(310)에 의하여 상호 연결된다.On the other hand, the
지열공급배관(500)은 지열교환기(100)의 지중에 매립되는 집합지열공급배관(510)으로부터 시작되어, 히트펌프유닛(300)의 응축기(320)에 인접하도록 연장되며, 다시 지중에 매립되는 집합지열유출배관(520)으로 연장되어 전체적으로 하나의 관로(管路)를 이루게 된다. 지열공급배관(500)을 따라서는 2차 냉매(R2)가 흐르게 되며, 지열공급배관(500)은 이러한 2차 냉매(R2)를 통하여 히트펌프유닛(300) 측으로 지열을 전달하거나, 히트펌프유닛(300)으로부터 열을 전달받아 이를 지중으로 방출한다.The geothermal
세대온도조절배관(600)은, 히트펌프유닛(300)으로부터 연장되는 집합냉수공급배관(610)과, 집합냉수공급배관(610)으로부터 분기되어 각 세대별로 마련되는 다수의 에어 핸들링 유닛(200)에 각각 냉수를 전달하는 다수의 세대냉수공급배관(630)과, 히트펌프유닛(300)으로부터 연장되는 집합냉수유출배관(620)과, 집합냉수유출배관(620)으로부터 분기되어 각 세대별로 마련되는 다수의 에어 핸들링 유닛(200)으로부터 냉수가 각각 유출되는 세대냉수유출배관(640)을 포함한다.The generation
집합냉수공급배관(610)은, 히트펌프유닛(300)의 증발기(340)에 인접한 일측부로부터 시작된 후 각 세대 측으로 연장되어, 세대냉수공급배관(630)을 통해 각 세대에 냉수를 공급하는 배관이며, 집합냉수유출배관(620)은 히트펌프유닛(300)의 증발기(340)에 인접한 타측부로부터 시작된 후 각 세대 측으로 연장되어 세대냉수유출배관(640)을 통해 각 세대로부터 유출된 냉수를 취합하는 배관이다.The collective cold
또한, 세대냉수공급배관(630)은 집합냉수공급배관(610)으로부터 분기된 후 각 세대의 에어 핸들링 유닛(200) 측으로 각각 연장되어 다수의 에어 핸들링 유닛(200)에 냉수를 각각 공급하는 배관이며, 세대냉수유출배관(640)은 에어 핸들링 유닛(200)을 거치며 열교환된 냉수가 각각 유출되는 배관이다.In addition, the generation cold
세대온도조절배관(600)은, 집합냉수공급배관(610)으로부터 시작하여 각 세대별로 마련되는 다수의 세대냉수공급배관(630)으로 연장되고, 에어 핸들링 유닛(200)을 거쳐 각 세대별로 세대냉수유출배관(640)으로 연장된 후, 집합냉수공급배관(610)에 연결되는 집합냉수유출배관(620)으로 연장되는바, 지열공급배관(500)과 마찬가지로 전체적으로 규모가 큰 하나의 관로(管路)를 이루게 된다.Generation
한편, 본 실시예에 따른 냉난방시스템(10)은 집합냉수공급배관(610)으로부터 분기되어 집단거주시설의 바닥 난방시스템배관(710)에 연결되는 바닥난방연결배관(720)을 더 포함한다.On the other hand, the heating and
일반적으로 집단거주시설에는 세대별로 연장되어 각 세대의 바닥을 난방하는 바닥 난방시스템배관(710)이 마련되어 있으며, 바닥난방연결배관(720)은 이러한 바닥 난방시스템배관(710)과 집합냉수공급배관(610)을 상호 연결하는 것이다.In general, the group residential facilities are provided with a floor
도 1, 도 4 및 도 5에 있어서 바닥 난방시스템배관(710)은 각 층의 각 세대별로 마련되는 것이며, 도면 공간의 협소함을 이유로 최하층의 세대들을 제외한 상층에 마련되는 바닥 난방시스템배관(710)의 모습 및 각 세대별로 분기되는 바닥 난방시스템배관(710)의 모습은 생략하였으며, 기타 바닥 난방시스템배관(710)에 관한 일반적인 사항은 집단거주시설의 바닥 난방시스템에 널리 적용되는 것과 동일하므 로 구체적인 설명은 생략한다.1, 4 and 5 in the floor
집합냉수공급배관(610)과 바닥난방연결배관(720)의 연결지점에는 유량조절밸브(820)가 마련되며, 제어부(410, 도 3 참조)는 유량조절밸브(820)의 오픈각도를 제어하여, 집합냉수공급배관(610)에 흐르는 냉수의 유량과 바닥 난방시스템배관(710)에 흐르는 냉수의 유량을 조절한다.The
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 냉난방시스템(10)은, 지열공급배관(500)에 마련되는 적어도 하나의 2차 냉매순환펌프(810)와, 집합냉수공급배관(610)에 마련되는 적어도 하나의 냉수순환펌프(830)와, 각 세대의 세대냉수공급배관(630)에 각각 마련되는 플로우미터(850)와, 세대냉수유출배관(640)에 각각 마련되는 온오프밸브(860)와, 각 세대별로 마련되는 세대온도조절기(870, 도 3 참조)를 더 포함한다.On the other hand, as shown in Figure 1, the cooling and
2차 냉매순환펌프(810) 및 냉수순환펌프(830)는 집단거주시설의 세대수에 따라 다수 개로 마련되는 것이며, 이하에서는 다수 개의 2차 냉매순환펌프(810)와 다수 개의 냉수순환펌프(830)가 마련된 경우를 가정하여 본 발명을 설명한다.The secondary
2차 냉매순환펌프(810)는, 지열공급배관(500)을 따라 2차 냉매(R2)를 순환시키는 장치로, 지중에서의 2차 냉매(R2)의 압력과 지상에서의 2차 냉매(R2)의 압력의 차(이하, '차압')를 조절하는 역할을 겸한다. 도 1에 도시되지는 않았지만, 2차 냉매순환펌프(810)의 주위에는 인버터(880, 도 3 참조)가 배치되며, 이러한 인버터(880)는 제어부(410)의 제어에 따라 2차 냉매순환펌프(810)의 가동정도를 제어함으로써 차압을 일정하게 만들고, 지열공급배관(500)을 순환하는 2차 냉매(R2)의 순 환량을 조절한다.The secondary
냉수순환펌프(830)는, 집합냉수공급배관(610)에 마련되어 히트펌프유닛(300)에 의하여 냉각되거나 가열된 냉수를 집단거주시설의 각 세대별로 공급하는 역할을 담당한다. 냉수순환펌프(830)는 도 1에 도시된 것과 같이 기계실에 인접한 위치에 별도로 배치되나, 필요에 따라 기계실의 내부에 배치될 수도 있다(미도시).The cold
플로우미터(850, 유량계, Flowmeter)는, 기체나 액체의 유량을 측정하는 장치로, 본 실시예의 경우 각 세대별 냉수의 사용량을 측정하기 위한 것이다. 플로우미터(850)의 측정값에 따라 각 세대별 냉수 사용요금이 부과된다.The
온오프밸브(860, On/Off Valve)는 각 세대의 거주자가 설정하는 희망온도에 따라 세대별로 냉수를 흐르게 하거나 그 흐름을 멈추게 하기 위한 것으로, 거주자가 냉방을 희망하여 설정온도를 낮추는 경우, 실내온도가 설정온도보다 높으면 그 세대에는 온오프밸브(860)가 온(on) 상태로 되어 냉수가 흐르게 되며, 그 반대의 경우에는 온오프밸브(860)가 오프(off) 상태로 되어 냉수의 흐름을 멈추도록 한다.The on / off
본 실시예의 플로우미터(850)는 세대냉수공급배관(630)에 마련되지만, 세대냉수공급배관(630)이 아닌 세대냉수유출배관(640) 측에 마련될 수도 있고(미도시), 온오프밸브(860)는 세대냉수유출배관(640)에 마련되지만 세대냉수유출배관(640)이 아닌 세대냉수공급배관(630)에 마련될 수 있다(미도시). 즉, 필요에 따라 플로우미터(850) 및 온오프밸브(860)의 위치는 조정될 수 있다.The
세대온도조절기(870, 도 3 참조)는 각 세대의 현재온도를 검출하고 이를 디스플레이하며, 거주자가 희망온도를 설정할 수 있도록 하는 것으로, LCD 디스플레 이 화면을 통해 거주자가 현재의 실내온도를 알 수 있도록 하며, 이에 따라 냉난방의 희망정도에 따른 온도를 설정할 수 있도록 마련된다.The household temperature controller (870, see FIG. 3) detects and displays the current temperature of each household, and allows the resident to set the desired temperature, so that the resident can know the current room temperature through the LCD display screen. And, accordingly, it is provided to set the temperature according to the desired degree of heating and cooling.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 냉난방시스템(10)은, 지열교환기(100), 에어 핸들링 유닛(200), 히트펌프유닛(300), 유량조절밸브(820), 2차 냉매순환펌프(810), 온오프밸브(860), 세대온도조절기(870), 냉수순환펌프(830) 및 인버터(880)를 제어하는 제어부(410)를 더 포함한다.On the other hand, as shown in Figure 3, the cooling and
본 실시예의 경우 제어부(410)는 직접디지털제어 및 분산처리장치(DDC, Direct Digital Control System)로 마련된다.In the present embodiment, the
제어부(410)는, 세대별 냉수 사용량의 합인 전체 세대 냉수 사용량에 기초하여 히트펌프유닛(300)의 가동정도를 단계별로 제어하고, 이에 대응하여 2차 냉매순환펌프(810)에 인접하여 마련되는 인버터(880)를 제어함으로써, 지열교환기(100)로부터 히트펌프유닛(300)으로 연장되는 지열공급배관(500)을 따라 흐르는 2차 냉매(R2)의 순환량을 조절한다.The
또한, 제어부(410)는, 봄, 가을 등 중간기 계절의 경우와 같이 각 세대의 실내 희망온도와 실외 온도와의 차이가 크지 않을 경우, 에어 핸들링 유닛(200)에 흐르는 냉수의 양을 최소한으로 조절함으로써 외부 공기에 의한 공조가 가능하도록 한다.In addition, the
즉, 본 실시예의 제어부는(410)는 실내 희망온도와 실외 온도와의 차이가 크지 않은 경우 히트펌프유닛(300)의 가동 정도를 최소화시키며, 실내 온도 및 습도를 검출하여 에어 핸들링 유닛(200)을 통해 외부 공기와 각 세대의 실내 공기를 치 환할 수 있도록 함으로써, 각 세대의 실내 내부 공조환경(온도, 습도 및 환기)를 조절하도록 하는 것이다(엔탈피 제어). 이에 따라 본 실시예의 냉난방시스템(10)은 중간기 계절 등의 경우 집단거주시설의 냉난방에 사용되는 에너지의 에너지 효율을 실질적으로 향상시킬 수 있는 장점을 갖는다.That is, the
또한, 제어부(410)는, 세대별 난방 희망온도에 대응하여 유량조절밸브(820)의 오픈각도를 제어하며, 세대별 냉난방 희망온도에 대응하여 온오프밸브(860)를 온시키거나 오프시킴으로써 세대별로 흐르는 냉수의 흐름을 차단하거나 차단을 해제한다.In addition, the
이와 함께, 제어부(410)는, 세대별 냉수 사용량의 합인 전체 세대 냉수 사용량에 기초하여 냉수순환펌프(830)의 가동정도를 조절하여 집합냉수공급배관(610) 및 집합냉수유출배관(620)을 따라 흐르는 냉수의 순환량을 조절하며, 각 세대의 현재실내온도를 체크하고, 세대온도조절기(870)에 입력되는 거주자의 희망온도에 대응하여 각 세대별 실내온도를 조절한다.In addition, the
즉, 제어부(410)는, 각 세대별 냉난방 희망정도를 고려하여 전체적인 냉난방시스템(10)을 가동시키거나 가동상태를 중지시키게 되며, 냉난방시스템(10)의 가동 또는 가동중지를 위해 지열교환기(100), 히트펌프유닛(300), 유량조절밸브(820), 2차 냉매순환펌프(810), 온오프밸브(860), 세대온도조절기(870), 냉수순환펌프(830) 및 인버터(880)를 제어하는 것이다.That is, the
본 실시예의 제어부(410)는, 확장 가능한 I/O 모듈(Input/Output Module)을 포함하며, 다양한 프로토콜 탑재 감시 제어 소프트웨어로 구동되고, 운전 및 감시 소프트웨어의 설치에 따라 다양한 경보 관리 기능을 수행할 수 있도록 구성된다.The
이제, 이하에서는 본 실시예에 따른 냉난방시스템(10)에 의한 세대별 냉난방원리를 자세히 설명하기로 한다.Now, the air-conditioning principle for each generation by the
먼저, 도 4, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 냉난방시스템(10)의 난방원리는 다음과 같다.First, as shown in Figures 4, 6 and 7, the heating principle of the
집단거주시설의 각 세대 중 적어도 어느 하나의 세대가 난방을 희망하여 자신의 가정에 마련된 세대온도조절기(870)를 통해 실내희망온도를 설정하면, 그 설정 데이터값은 제어부(410)로 전송되며, 제어부(410)의 제어에 따라 히트펌프유닛(300)과 지열교환기(100)가 구동된다.When at least one of the households of the group residential facilities sets the indoor desired temperature through the
히트펌프유닛(300)에서는 히트펌프유닛배관(350)을 따라 1차 냉매(R1)가 순환하게 되며, 지열교환기(100)에서는 지열공급배관(500)을 따라 2차 냉매(R2)가 순환하게 된다. 이 경우, 제어부(410)는, 각 세대별 난방 희망정도를 모두 고려하여 2차 냉매순환펌프(810)의 가동대수를 결정하며, 2차 냉매순환펌프(810)에 인접하여 마련되는 인버터(880)에 신호를 입력함으로써 결정된 수만큼의 2차 냉매순환펌프(810)를 가동시킨다.In the
2차 냉매순환펌프(810)의 가동에 따라 지열교환기(100)와 히트펌프유닛(300) 상호 간에는 열교환이 이루어지게 되며, 제어부(410)는 히트펌프유닛(300)의 운전상태신호를 받아들여 히트펌프유닛(300)이 계속 운전중이라면 2차 냉매순환펌프(810)를 계속 가동시키고, 히트펌프유닛(300)의 운전이 중단된 상태라면 2차 냉매순환펌프(810)의 가동을 중지시킨 후 종국적으로 히트펌프유닛(300)을 멈춘다.As the secondary
한편, 제어부(410)는 냉수순환펌프(830)를 구동시키며, 히트펌프유닛(300)은 집합냉수공급배관(610) 및 집합냉수유출배관(620) 측으로 열을 전달하게 된다. 일정한 설정온도에 이를 때까지 냉수는 히트펌프유닛(300)으로부터 전달받는 열에 의해 계속 가열되며, 냉수의 온도가 일정한 설정온도에 이른 경우 가열된 냉수는 난방을 희망하는 각 세대의 세대냉수공급배관(630) 측으로 유입된다.On the other hand, the
또한, 제어부(410)는 유량조절밸브(820)의 오픈각도를 조절하여 바닥 난방시스템배관(710)과 집합냉수공급배관(610)에 각각 공급되는 냉수의 양을 조절하게 된다.In addition, the
난방을 희망하는 세대의 세대냉수공급배관(630)으로 공급된 냉수는 에어 핸들링 유닛(200) 내부의 공기 온도를 상승시키며, 온도가 상승된 공기는 송풍부(230)의 팬모터(231)의 회전에 따라 팬(232)을 거쳐 실내로 송풍된다.The cold water supplied to the generation cold
또한 제어부(410)는, 각 세대별로 설정된 난방 희망온도에 기초하여 온오프밸브(860)를 조절하며, 어느 한 세대의 실내온도가 거주자의 난방 희망온도와 일치하는 경우 온오프밸브(860)는 오프상태로 변경되며, 실내온도가 난방 희망온도보다 낮은 경우 온오프밸브(860)는 온 상태로 유지된다.In addition, the
또한, 제어부(410)는 각 세대별 온오프밸브(860)의 온 또는 오프 상태를 지속적으로 체크하여 더 이상 히트펌프유닛(300)을 가동시킬 필요가 없는 경우 히트펌프유닛(300)의 운전상태신호를 검출하고 히트펌프유닛(300)이 운전상태가 아니라면 종국적으로 히트펌프유닛(300)의 가동을 멈춘다.In addition, the
지열교환기(100)와 히트펌프유닛(300), 히트펌프유닛(300)과 에어 핸들링 유 닛(200) 상호 간의 열교환 원리는 다음과 같다.The heat exchange principle between the
2차 냉매순환펌프(810)의 가동에 따라 2차 냉매(R2)는 지열공급배관(500)을 통해 지상으로 유출되어 히트펌프유닛(300)으로 유입되며, 히트펌프유닛(300)에서는 저온 저압 액체상태의 1차 냉매(R1)가 증발기(340)를 거치면서 고온 저압 기체상태의 1차 냉매(R1)로 상 변환되는데, 상 변환 도중 흡수되는 열은 증발기(340)에 인접하여 마련되는 지열공급배관(500)으로부터 유입된다.As the secondary
즉, 지열공급배관(500)을 통해 히트펌프유닛(300)으로 유입되는 2차 냉매(R2)의 온도(t1)는, 히트펌프유닛(300)으로부터 유출되는 2차 냉매(R2)의 온도(t2)에 비하여 높으며, 이러한 온도차(t1 - t2)에 해당하는 열은 지중으로부터 흡수되는 것이다.That is, the temperature t1 of the secondary refrigerant R2 flowing into the
증발기(340)를 거친 고온 저압 기체상태의 1차 냉매(R1)는 압축기(310)를 거치면서 고온 고압 기체상태의 1차 냉매(R1)가 되며, 다시 응축기(320)를 거치면서 저온 고압 액체상태의 1차 냉매(R1)가 된다. 이 경우, 응축기(320)를 거치면서 방출되는 열은 응축기(320)에 인접한 집합냉수공급배관(610) 및 집합냉수유출배관(620)을 따라 흐르는 냉수로 전달되며, 이에 따라 냉수의 온도가 상승한다.The primary refrigerant R1 of the high temperature and low pressure gas state passing through the
이러한 온도가 높은 냉수(실질적으로는 온수)는 세대냉수공급배관(630)을 통해 난방을 원하는 각 세대의 에어 핸들링 유닛(200)으로 전달되며, 에어 핸들링 유닛(200)의 열교환부(210)를 통해 주변 공기를 가열시키고, 가열된 공기는 송풍부(230)를 통해 각 실(R1 내지 R4)로 송풍되는 것이다.This high temperature cold water (substantially hot water) is transferred to the
한편, 난방의 경우 제어부(410)는, 각 세대의 난방 희망온도를 고려하여 유 량조절밸브(820)의 오픈각도를 조절한다. 집단거주시설에는 일반적으로 각 세대별로 연장되는 바닥 난방시스템배관(710)이 마련되므로, 제어부(410)는 유량조절밸브(820)의 오픈각도를 제어함으로써 집합냉수공급배관(610)과 바닥 난방시스템배관(710)에 흐르는 냉수의 양을 조절하여, 바닥난방의 정도와 에어 핸들링 유닛(200)을 통한 난풍의 송풍 정도를 조절하게 된다. 즉, 초가을과 같이 실내온도와 각 세대 거주자의 난방 희망온도의 차이가 크지 않은 경우 제어부(410)는, 유량조절밸브(820)를 집합냉수공급배관(610) 측으로 많이 열리도록 함으로써 바닥난방 정도에 비해 에어 핸들링 유닛(200)을 통한 난풍의 송풍 정도를 강하도록 한다.On the other hand, in the case of heating, the
다음으로, 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 냉난방시스템(10)의 냉방원리는 다음과 같다. 난방과 달리 냉방의 경우 유량조절밸브(820)는 닫힌 상태로 유지되며, 기타 제어부(410)에 의한 지열교환기(100), 히트펌프유닛(300), 2차 냉매순환펌프(810), 온오프밸브(860), 세대온도조절기(870), 냉수순환펌프(830) 및 인버터(880)의 제어에 관한 사항은 난방의 경우와 동일하므로 이하에서 중복되는 설명은 생략한다.Next, referring to Figure 5, the cooling principle of the cooling and
집단거주시설의 각 세대 중 적어도 어느 하나의 세대가 냉방을 희망하면, 제어부(410)는 그 세대 거주자의 냉방 희망온도를 고려하여, 지열교환기(100) 및 히트펌프유닛(300)을 구동시킨다. 지중에는 항상 12℃ 내지 15℃ 내외의 일정한 지열이 유지되고 있으며, 2차 냉매(R2)는 지열공급배관(500)을 통해 지상으로 유출되어 히트펌프유닛(300)으로 유입된다.If at least one generation of each generation of the group residential facility desires cooling, the
이 경우, 히트펌프유닛(300)에서는 고온 고압 기체상태의 1차 냉매(R1)가 응 축기(320)를 거치면서 저온 고압 액체상태의 1차 냉매(R1)로 상 변환되는데, 상 변환 도중 방출되는 잠열은 응축기(320)에 인접하여 마련되는 지열공급배관(500) 측으로 대류되고, 이에 따라 지열공급배관(500)은 1차 냉매(R1)의 잠열을 수용하여 지중으로 방출시킨다. 즉, 지열공급배관(500)을 통해 히트펌프유닛(300)으로 유입되는 2차 냉매(R2)의 온도(t3)는, 히트펌프유닛(300)으로부터 유출되는 2차 냉매(R2)의 온도(t4)에 비하여 낮으며, 이러한 온도차(t4 - t3)에 해당하는 열이 지중으로 방출된다.In this case, in the
응축기(320)를 거친 저온 고압 액체상태의 1차 냉매(R1)는 확장밸브(330)를 거치면서 저온 저압 액체상태의 1차 냉매(R1)가 되며, 증발기(340)를 거치면서 다시 고온 저압 기체상태의 1차 냉매(R1)로 상 변환된다.The primary refrigerant R1 of the low temperature and high pressure liquid state passing through the
이 경우, 증발기(340)에 인접한 집합냉수공급배관(610) 및 집합냉수유출배관(620)을 따라 흐르는 냉수는 히트펌프유닛배관(350) 측으로 열을 빼앗기며, 이에 따라 냉수의 온도가 하강한다. 이러한 온도가 낮은 냉수는 세대냉수공급배관(630)을 통해 냉방을 원하는 각 세대의 에어 핸들링 유닛(200)으로 전달되며, 에어 핸들링 유닛(200)의 열교환부(210)를 통해 주변 공기를 냉각시키고, 냉각된 공기는 송풍부(230)를 통해 각 실(R1 내지 R4)로 송풍되는 것이다.In this case, the cold water flowing along the collective cold
도 4 및 도 5에 있어서, 응축기(320)와 증발기(340)의 위치변화는 1차 냉매(R1)의 흐름 방향 변화에 따른 것으로, 히트펌프유닛(300) 상에 마련되는 1차 냉매 방향조절밸브(미도시)의 구동에 따라, 냉방의 경우, 도 5의 응축기(320)는 도 4의 증발기(340)로 기능하며, 도 5의 증발기(340)는 도 4의 응축기(320)로 기능한 다. 이러한 사항은 종래의 히트펌프와 동일한 것이므로 보다 자세한 설명은 생략한다.4 and 5, the positional change of the
또한, 냉방을 필요로 하는 환경(예컨대 여름 등)임에도 집단거주시설의 적어도 어느 한 세대가 난방을 희망하는 경우, 유량조절밸브(820)는 닫힌 상태로 유지되나, 난방을 희망하는 세대에 마련된 바닥 난방시스템배관(710)에는 별도의 온수가 흐르며, 이에 따라 난방을 희망하는 세대의 바닥을 가열하게 된다. 난방을 희망하는 세대의 바닥 난방시스템배관(710)을 따라 온수를 흐르도록 하는 방법은 종래의 집단거주시설에 적용된 일반적인 바닥 난방시스템의 내용과 크게 차이가 없으므로 자세한 설명은 생략한다.In addition, when at least one generation of the group residential facility desires heating even in an environment requiring cooling (eg, summer), the
본 실시예에 따른 냉난방시스템(10)은, 집단거주시설의 냉난방을 위해 지열을 이용할 수 있으며, 기계실에 마련되는 중앙식 히트펌프유닛(300)에 의하여 집단거주시설의 냉난방 시스템을 효율적으로 관리할 수 있게 된다.The cooling and
또한, 본 실시예에 따른 냉난방시스템(10)은, 에어 핸들링 유닛(200)의 설치 위치를 다양하게 변경할 수 있을 뿐만 아니라, 집단거주시설의 냉난방시스템의 효율을 실질적으로 향상시킬 수 있게 된다.In addition, the cooling and
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 지열을 이용한 집단거주시설용 냉난방시스템의 개략적인 모식도이며, 도 9는 도 8의 지열을 이용한 집단거주시설용 냉난방시스템의 제어부를 나타낸 개략적인 모식도이고, 도 10은 도 8의 지열을 이용한 집단거주시설용 냉난방시스템의 난방원리를 나타낸 개략적인 모식도이며, 도 11은 도 8의 지열을 이용한 집단거주시설용 냉난방시스템의 냉방원리를 나타낸 개략적인 모식도이고, 도 12 및 도 13은 도 10의 난방과정을 나타낸 순서도이다. 이하에서 동일한 도번은 동일 부재를 의미하며, 중복되는 설명은 생략한다.8 is a schematic diagram of a cooling system for a group residential facility using geothermal heat according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a control unit of a cooling system for a group residential facility using geothermal heat of FIG. 8. 10 is a schematic diagram showing the heating principle of the air conditioning system for group residential facilities using geothermal energy of FIG. 8, FIG. 11 is a schematic diagram showing the cooling principle of air conditioning system for group residential facilities using geothermal power of FIG. 13 is a flowchart illustrating a heating process of FIG. 10. Hereinafter, the same reference number means the same member, and overlapping description is omitted.
이들 도면을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 지열을 이용한 집단거주시설용 냉난방시스템(20, 이하 '냉난방시스템')은, 지열을 흡수하거나 지중으로 열을 방출하는 지열교환기(100)와, 집단거주시설의 각 세대의 실내온도를 조절하는 에어 핸들링 유닛(200)과, 지열교환기(100) 및 에어 핸들링 유닛(200)에 각각 배관으로 연결되는 개별식 히트펌프유닛(300, 이하 '히트펌프유닛')을 포함한다.Referring to these drawings, the air-
지열교환기(100)는, 지열을 흡수하거나 지중으로 열을 방출할 수 있는 구성이며, 히트펌프유닛(300)은, 고온의 열원을 저온으로 전달하거나, 저온의 열원을 고온으로 전달하는 것으로 집단거주시설의 세대별로 마련되는 에어 핸들링 유닛(200)을 통해 각 세대를 냉방시키거나 난방하기 위해 세대별로 마련되는 구성이다.The geothermal heat exchanger (100) is a structure capable of absorbing geothermal heat or dissipating heat into the ground, and the
히트펌프유닛(300)은 각각, 기체상태의 냉매를 압축하여 압력을 높이는 압축기(310)와, 압축기(310)로부터 전달된 냉매를 응축 액화하는 응축기(320)와, 응축기(320)로부터 전달된 액체상태의 냉매의 압력을 낮추는 확장밸브(330)와, 확장밸브(330)로부터 전달된 액체상태의 냉매를 기화하는 증발기(340)를 포함한다.The
한편, 본 실시예의 에어 핸들링 유닛(200)은, 전술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 지열을 이용한 집단거주시설용 냉난방 시스템(10)의 에어 핸들링 유닛(200)과 실질적으로 동일한 구성이므로, 전술한 제1 실시예에서의 설명을 참조하기로 하고 여기서는 간단히 서술하기로 한다. 에어 핸들링 유닛(200)은 집단거주시 설의 세대별로 마련되어 각 세대의 실내온도를 조절하기 위한 구성이다. 에어 핸들링 유닛(200)은, 열교환부(210)와, 열교환부(210)의 일측에 마련되는 혼합부(220)와, 열교환부(210)의 타측에 마련되는 송풍부(230)를 포함한다.On the other hand, since the
열교환부(210)는, 에어 핸들링 유닛(200)의 내부에 마련되어 히트펌프유닛(300)으로부터 전달되는 열을 통해 주변 공기를 가열시키거나 냉각시키는 부분이며, 혼합부(220)는 열교환부(210)의 일측에 마련되어 에어 핸들링 유닛(200)의 내부 공기를 혼합시키는 부분이고, 송풍부(230)는 열교환부(210)를 통해 가열되거나 냉각된 공기를 각 실(R1 내지 R4)로 송풍하는 부분이다.The
송풍부(230)는 각 세대의 실내로 송풍되는 바람을 생성하기 위한 팬모터(231)와, 팬모터(231) 의하여 생성된 바람을 각 실로 전달하는 팬(232)을 포함한다. 팬모터(231)는 제어부(410)의 제어에 따라 그 회전량이 결정되며, 이에 따라 팬(232)을 통해 각 세대로 전달되는 바람의 송풍량도 달라진다. 또한, 필요에 따라 팬모터(231)에는 인버터(미도시)가 연결될 수 있으며, 제어부(420)는 이러한 인버터(미도시)를 제어함으로써 팬모터(231)의 회전량을 조절할 수도 있다.The
에어 핸들링 유닛(200)은 일측에 결합되는 토출덕트(241)와, 타측에 결합되는 흡입덕트(242)를 통해 전체적으로 규모가 큰 하나의 관로(管路)를 이루면서, 집단거주시설의 각 실(R1 내지 R4)로 찬 바람 또는 따뜻한 바람을 송풍한다. 토출덕트(241) 및 흡입덕트(242)의 일부분은 천정(C)과 벽(W) 사이에 매립되도록 배치된다.The
또한, 혼합부(220)에 인접한 에어 핸들링 유닛(200)의 일측에는 외부공기 유 입덕트(243)가 마련되며, 흡입덕트(242)의 일측에는 내부공기 배출덕트(244)가 마련된다. 또한, 에어 핸들링 유닛(200)의 일측에는 결로방지배관(250)이 마련되며, 결로방지배관(250)은 열교환부(210)를 통한 열교환시 에어 핸들링 유닛(200)에 발생할 수 있는 결로현상을 방지한다.In addition, an external
본 실시예의 에어 핸들링 유닛(200)은, 각 세대의 천정공간에 덕트(241, 242, 243, 244)를 배치시키고, 실내 및 외부와 연결되는 덕트(241, 242, 243, 244) 취출구(미도시) 만을 설치하게 되므로, 멀티 에어컨과 같은 기존 천정형 실내 유닛을 사용하는 방식 등에 비해 천정고를 대폭 낮출 수 있으며, 집단거주시설의 베란다 등에 배치될 수 있으므로 공조시스템에서 사용되는 실내기의 설치 공간상의 제약을 완화시키킬 수 있게 된다.In the
또한, 본 실시예의 에어 핸들링 유닛(200)은, 별도의 환기유닛을 사용하지 않더라도 외부공기 유입덕트(243) 및 내부공기 배출덕트(244)를 통해 외부공기를 유입시키고 내부공기를 배출시킬 수 있도록 함으로써 환기유닛이 없는 집단거주시설의 실내공조가 가능해진다.In addition, the
한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 지열교환기(100)와 히트펌프유닛(300)은 지열공급배관(500)에 의하여 상호 연결된다.Meanwhile, as shown in FIG. 8, the
지열공급배관(500)은, 지열교환기(100)로부터 연장되는 집합지열공급배관(510) 및 집합지열유출배관(520)과, 집합지열공급배관(510)으로부터 분기되는 다수의 세대지열공급배관(530)과, 집합지열유출배관(520)으로부터 분기되는 다수의 세대지열유출배관(540)을 포함한다.The geothermal
지열공급배관(500)은, 집합지열공급배관(510)으로부터 시작하여, 다수의 히트펌프유닛(300)으로 각각 분기되는 다수의 세대지열공급배관(530)을 거쳐 다수의 세대지열유출배관(540)으로 연장되며, 다시 다수의 세대지열유출배관(540)을 취합하는 집합지열유출배관(520)으로 연장됨으로써 전체적으로 규모가 큰 하나의 관로(管路)를 이룬다.Geothermal
집합지열공급배관(510)으로부터 전달되는 2차 냉매(R2)는, 냉방 또는 난방을 원하는 세대의 히트펌프유닛(300)에 연결되는 세대지열공급배관(530)으로 흐르며, 히트펌프유닛(300)을 거치면서 온도가 상승하거나 하강한 후 다시 세대지열유출배관(540)으로 순환되고, 최종적으로 집합지열유출배관(520)을 거쳐 지중으로 열을 방출하거나 지중으로부터 열을 흡수하게 된다.The secondary refrigerant R2 delivered from the collective geothermal
한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 히트펌프유닛(300)과 다수의 에어 핸들링 유닛(200)은 각각 다수의 세대온도조절배관(600)에 의하여 각각 연결된다.On the other hand, as shown in Figure 8, the
다수의 세대온도조절배관(600)은 각각, 에어 핸들링 유닛(200) 측으로 냉수를 공급하는 세대냉수공급배관(630)과, 에어 핸들링 유닛(200)으로부터 냉수가 유출되는 세대냉수유출배관(640)을 포함한다.The plurality of generation
세대냉수공급배관(630)과 세대냉수유출배관(640)은 하나의 관로(管路)를 이루며 각 세대별로 마련되며, 각각 증발기(340)에 인접하도록 배치되어 히트펌프유닛(300)과 연결된다.The generation cold
한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 냉난방시스템(20)은, 세대냉수공급배관(630)으로부터 분기되어 집단거주시설의 바닥 난방시스템배관(710) 에 연결되는 바닥난방연결배관(720)을 더 포함한다.On the other hand, as shown in Figure 8, the heating and
일반적으로 집단거주시설에는 세대별로 연장되어 각 세대의 바닥을 난방하는 바닥 난방시스템배관(710)이 마련되어 있으며, 바닥난방연결배관(720)은 이러한 바닥 난방시스템배관(710)과 세대냉수공급배관(630)을 상호 연결하는 것이다.In general, the group residential facilities are provided with a floor heating system piping (710) for heating the floor of each generation extended by generation, floor
도 8, 도 10 및 도 11에 있어서 바닥 난방시스템배관(710)은 각 층의 각 세대별로 마련되는 것이며, 도면 공간의 협소함을 이유로 최하층의 세대들을 제외한 상층에 마련되는 바닥 난방시스템배관(710)의 모습 및 각 세대별로 분기되는 바닥 난방시스템배관(710)의 모습은 생략하였으며, 기타 바닥 난방시스템배관(710)에 관한 일반적인 사항은 바닥 난방시스템에 널리 적용되는 내용과 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.8, 10, and 11, the floor heating system piping 710 is provided for each generation of each floor, and the floor heating system piping 710 provided in the upper floor except for the lower floor generation due to the narrow space of the drawing space. And the appearance of the floor heating system piping 710 branched by each generation is omitted, and other general matters about the floor heating system piping 710 is the same as the content widely applied to the floor heating system, so a detailed description thereof will be omitted. .
세대냉수공급배관(630)과 바닥난방연결배관(720)의 연결지점에는 유량조절밸브(820)가 마련되며, 유량조절밸브(820)의 오픈각도에 따라 세대냉수공급배관(630)에 흐르는 냉수의 유량과, 바닥 난방시스템배관(710)에 흐르는 냉수의 유량이 조절된다.The
한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 냉난방시스템(20)은, 집합지열공급배관(510)에 마련되는 적어도 하나의 2차 냉매순환펌프(810)와, 각 세대의 세대지열공급배관(530)에 각각 마련되는 2차 냉매조절밸브(840)와, 각 세대의 세대냉수공급배관(630)에 각각 마련되는 플로우미터(850)와, 각 세대의 세대냉수유출배관(640)에 각각 마련되는 온오프밸브(860)와, 각 세대별로 마련되는 세대온도조절기(870, 도 9 참조)를 더 포함한다.On the other hand, as shown in Figure 8, the cooling and
2차 냉매순환펌프(810) 집단거주시설의 세대수에 따라 다수 개로 마련되는 것이며, 이하에서는 다수 개의 2차 냉매순환펌프(810)가 마련된 경우를 가정하여 본 발명을 설명한다.The secondary
2차 냉매순환펌프(810)는, 지열공급배관(500)을 따라 2차 냉매(R2)를 순환시키는 장치이다. 도시되지는 않았으나 지열교환기(100)와 2차 냉매순환펌프(810)의 사이에는 별도의 차압밸브(미도시)가 마련되어 지중에서의 2차 냉매(R2)의 압력과 지상에서의 2차 냉매(R2)의 압력의 차(차압)를 조절하게 된다.The secondary
또한 도 8에 도시되지는 않았지만, 2차 냉매순환펌프(810)의 주위에는 인버터(880)가 배치되며, 이러한 인버터(880)는 제어부(600)의 제어에 따라 2차 냉매순환펌프(810)의 가동정도를 제어함으로써 지열공급배관(500)을 순환하는 2차 냉매(R2)의 순환량을 조절하게 된다.In addition, although not shown in FIG. 8, an
2차 냉매조절밸브(840)는, 각 세대의 세대지열공급배관(530)에 각각 마련되어 히트펌프유닛(300)으로 전달되는 2차 냉매(R2)의 순환량을 세대별로 조절하는 것이다. 즉, 2차 냉매순환펌프(810)는, 집단거주시설의 모든 세대의 냉수 사용량을 고려하여 집합지열공급배관(510)을 통해 히트펌프유닛(300)으로 유입되는 2차 냉매(R2)의 총량을 순환시키는 장치이며, 2차 냉매조절밸브(840)는 집합지열공급배관(510)으로부터 분기되는 세대지열공급배관(530)을 통해 세대별로 순환되어야 할 2차 냉매(R2)의 양을 조절하는 장치이다.The secondary
제어부(420)는, 2차 냉매순환펌프(810) 및 2차 냉매조절밸브(840)를 모두 제어함으로써, 전체적으로 순환되어야할 2차 냉매(R2)의 총량과, 세대별로 순환되어 야할 2차 냉매(R2)의 개별적인 양을 조절하게 된다.The
플로우미터(850)는, 기체나 액체의 유량을 측정하는 계기로, 본 실시예의 경우 각 세대별 냉수의 사용량을 측정하기 위한 것이다. 플로우미터(850)의 측정값에 따라 각 세대별 냉수 사용요금이 부과된다.The
온오프밸브(860)는 각 세대의 거주자가 설정하는 희망온도에 따라 세대별로 냉수를 흐르게 하거나 그 흐름을 멈추게 하기 위한 것으로, 거주자가 냉방을 희망하여 설정온도를 낮추는 경우, 실내온도가 설정온도보다 높으면 그 세대에는 온오프밸브(860)가 온(on) 상태로 되어 냉수가 흐르게 되며, 그 반대의 경우에는 온오프밸브(860)가 오프(off) 상태로 되어 냉수의 흐름을 멈추도록 한다.The on-off
다만, 본 실시예의 플로우미터(850)는 세대냉수공급배관(630)에 마련되지만, 세대냉수공급배관(630)이 아닌 세대냉수유출배관(640) 측에 마련될 수 있으며(미도시), 온오프밸브(860)는 세대냉수유출배관(640)에 마련되지만, 세대냉수유출배관(640)이 아닌 세대냉수공급배관(630)에 마련될 수 있다(미도시).However, the
세대온도조절기(870)는 각 세대의 현재온도를 검출하고 이를 디스플레이하며, 거주자가 희망온도를 설정할 수 있도록 하는 것으로, LCD 디스플레이 화면을 통해 거주자가 현재의 실내온도를 알 수 있도록 하며, 이에 따라 냉난방의 희망정도에 따른 온도를 설정할 수 있도록 마련된다.The
한편, 도 9에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 냉난방시스템(20)은, 지열교환기(100), 에어 핸들링 유닛(200), 히트펌프유닛(300), 유량조절밸브(820), 2차 냉매순환펌프(810), 온오프밸브(860), 세대온도조절기(870), 2차 냉매조절밸 브(840) 및 인버터(880)(570)를 제어하는 제어부(420)를 더 포함한다.On the other hand, as shown in Figure 9, the cooling and
본 실시예의 경우 제어부(420)는 직접디지털제어 및 분산처리장치(DDC, Direct Digital Control System)로 마련된다.In the present embodiment, the
제어부(420)는, 세대별 냉수 사용량에 기초하여 세대별로 히트펌프유닛(300)의 가동정도를 단계별로 제어하며, 이에 기초하여 2차 냉매순환펌프(810)에 인접하여 마련되는 인버터(880)를 제어함으로써, 지열교환기(100)로부터 히트펌프유닛(300)으로 연장되는 집합지열공급배관(510)에 흐르는 2차 냉매(R2)의 순환량을 조절한다.The
또한, 제어부(420)는, 봄, 가을 등 중간기 계절의 경우와 같이 각 세대의 실내 희망온도와 실외 온도와의 차이가 크지 않을 경우, 에어 핸들링 유닛(200)에 흐르는 냉수의 양을 최소한으로 조절함으로써 외부 공기에 의한 공조가 가능하도록 한다.In addition, the
즉, 본 실시예의 제어부는(420)는 실내 희망온도와 실외 온도와의 차이가 크지 않은 경우 히트펌프유닛(300)의 가동 정도를 최소화시키며, 실내 온도 및 습도를 검출하여 에어 핸들링 유닛(200)을 통해 외부 공기와 각 세대의 실내 공기를 치환할 수 있도록 함으로써, 각 세대의 실내 내부 공조환경(온도, 습도 및 환기)를 조절하도록 하는 것이다(엔탈피 제어). 이에 따라 본 실시예의 냉난방시스템(20)은 중간기 계절 등의 경우 집단거주시설의 냉난방에 사용되는 에너지의 에너지 효율을 실질적으로 향상시킬 수 있는 장점을 갖는다.That is, the
또한, 제어부(420)는, 세대별 냉난방 희망온도에 대응하여 유량조절밸 브(820)의 오픈각도를 제어하며, 세대별 냉난방 희망온도에 대응하여 온오프밸브(860)를 온시키거나 오프시킴으로써 세대별로 흐르는 냉수의 흐름을 차단하거나 차단을 해제한다.In addition, the
이와 함께, 제어부(420)는, 세대별로 마련되는 2차 냉매조절밸브(840)를 제어하여 세대별 제2 냉매(R1) 순환량을 조절하며, 각 세대의 현재실내온도를 체크하고 세대온도조절기(870)에 입력되는 거주자의 희망온도에 대응하여 각 세대별 실내온도를 조절한다.In addition, the
즉, 제어부(420)는, 각 세대별 냉난방 희망정도를 고려하여 전체적인 냉난방시스템(20)을 가동시키거나 가동상태를 중지시키게 되며, 냉난방시스템(20)의 가동 또는 가동중지를 위해 지열교환기(100), 히트펌프유닛(300), 유량조절밸브(820), 2차 냉매순환펌프(810), 온오프밸브(860), 세대온도조절기(870), 2차 냉매조절밸브(840) 및 인버터(880)를 제어하는 것이다.That is, the
본 실시예의 제어부(420)는, 확장 가능한 I/O 모듈(Input/Output Module)을 포함하며, 다양한 프로토콜 탑재 감시 제어 소프트웨어로 구동되고, 운전 및 감시 소프트웨어의 설치에 따라 다양한 경보 관리 기능을 수행할 수 있도록 구성된다.The
이제, 이하에서는 본 실시예에 따른 냉난방시스템(20)에 의한 세대별 냉난방원리를 자세히 설명하기로 한다.Now, the air-conditioning principle for each generation by the
먼저, 도 10, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 냉난방시스템(20)의 난방원리는 다음과 같다.First, as shown in Figures 10, 12 and 13, the heating principle of the
집단거주시설의 각 세대 중 적어도 어느 하나의 세대가 난방을 희망하여 자 신의 가정에 마련된 세대온도조절기(870)를 통해 실내희망온도를 설정하면, 그 설정 데이터값은 제어부(420)로 전송되며, 제어부(420)의 제어에 따라 히트펌프유닛(300)과 지열교환기(100)가 구동된다.When at least one of the households of the group residential facilities desires heating and sets the indoor desired temperature through the
히트펌프유닛(300)에서는 히트펌프유닛배관(350)을 따라 1차 냉매(R1)가 순환하게 되며, 지열교환기(100)에서는 지열공급배관(500)을 따라 2차 냉매(R2)가 순환하게 된다.In the
이 경우, 제어부(420)는, 각 세대별 난방 희망정도를 모두 고려하여 2차 냉매순환펌프(810)의 가동대수를 결정하며, 2차 냉매순환펌프(810)에 인접하여 마련되는 인버터(880)에 신호를 입력함으로써 결정된 수만큼의 2차 냉매순환펌프(810)를 가동시킨다.In this case, the
또한, 제어부(420)는 2차 냉매조절밸브(840)를 제어하여 난방을 희망하는 세대에만 세대지열공급배관(530)을 통해 2차 냉매(R2)를 공급하며, 이에 따라 난방을 희망하는 세대의 히트펌프유닛(300)과 세대지열공급배관(530) 및 세대지열유출배관(540) 상호 간에 열교환이 이루어진다.In addition, the
계속하여 제어부(420)는, 히트펌프유닛(300)의 운전상태신호를 받아들여 히트펌프유닛(300)이 계속 운전중이라면 2차 냉매순환펌프(810)를 계속 가동시키며 2차 냉매조절밸브(840)을 계속 온상태로 유지시키고, 히트펌프유닛(300)의 운전이 중단된 상태라면 종국적으로 히트펌프유닛(300)의 가동을 중단시키며 2차 냉매조절밸브(840)를 오프시킨다.Subsequently, the
또한 히트펌프유닛(300)은, 1차 냉매(R1)의 순환에 따라 세대별 세대온도조 절배관(600) 측으로 열을 전달한다. 일정한 설정온도에 이를 때까지 냉수는 히트펌프유닛(300)으로부터 전달받는 열에 의해 계속 가열되며, 냉수의 온도가 일정한 설정온도에 이른 경우 가열된 냉수는 난방을 희망하는 각 세대의 세대냉수공급배관(630) 측으로 유입된다. In addition, the
또한, 제어부(420)는 유량조절밸브(820)의 오픈각도를 조절하여 바닥 난방시스템배관(710)과 세대냉수공급배관(630)에 각각 공급되는 냉수의 양을 조절하게 된다.In addition, the
난방을 희망하는 세대의 세대냉수공급배관(630)으로 공급된 냉수는 에어 핸들링 유닛(200) 내부의 공기 온도를 상승시키며, 온도가 상승된 공기는 팬모터(231)의 회전에 따라 팬(232)을 거쳐 실내로 송풍된다.The cold water supplied to the generation cold
또한 제어부(420)는, 각 세대별로 설정된 난방 희망온도에 기초하여 온오프밸브(860)를 조절하며, 어느 한 세대의 실내온도가 거주자의 난방 희망온도와 일치하는 경우 온오프밸브(860)는 오프상태로 변경되며, 실내온도가 난방 희망온도보다 낮은 경우 온오프밸브(860)는 온 상태로 유지된다.In addition, the
또한, 제어부(420)는 각 세대별 온오프밸브(860)의 온 또는 오프 상태를 지속적으로 체크하여, 온오프밸브(860)가 오프 상태여서 더 이상 히트펌프유닛(300)을 가동시킬 필요가 없는 경우, 히트펌프유닛(300)의 운전상태신호를 검출하고 운전상태가 아닌 경우, 종국적으로 히트펌프유닛(300)의 가동을 중단시키며 2차 냉매조절밸브(840)를 오프시킨다.In addition, the
지열교환기(100)와 히트펌프유닛(300), 히트펌프유닛(300)과 세대온도조절배 관(600) 상호 간의 열교환 원리는 다음과 같다.The heat exchange principle between the
2차 냉매(R2)는, 2차 냉매순환펌프(810)의 가동에 따라 지열공급배관(500)을 통해 지상으로 유출되어 히트펌프유닛(300)으로 유입되며, 히트펌프유닛(300)에서는 저온 저압 액체상태의 1차 냉매(R1)가 증발기(340)를 거치면서 고온 저압 기체상태의 1차 냉매(R1)로 상 변환되는데, 상 변환 도중 흡수되는 열은 증발기(340)에 인접하여 마련되는 세대지열공급배관(530)으로부터 유입된다.The secondary refrigerant R2 flows out into the ground through the geothermal
즉, 세대지열공급배관(530)을 통해 히트펌프유닛(300)으로 유입되는 2차 냉매(R2)의 온도(t5)는, 히트펌프유닛(300)으로부터 유출되는 2차 냉매(R2)의 온도(t6)에 비하여 높으며, 이러한 온도차(t5 - t6)에 해당하는 열은 지중으로부터 흡수되는 것이다.That is, the temperature t5 of the secondary refrigerant R2 flowing into the
증발기(340)를 거친 고온 저압 기체상태의 1차 냉매(R1)는 압축기(310)를 거치면서 고온 고압 기체상태의 1차 냉매(R1)가 되며, 다시 응축기(320)를 거치면서 저온 고압 액체상태의 1차 냉매(R1)가 된다. 이 경우, 응축기(320)를 거치면서 방출되는 열은 응축기(320)에 인접한 세대온도조절배관(600)을 따라 흐르는 냉수로 전달되며, 이에 따라 냉수의 온도가 상승한다.The primary refrigerant R1 of the high temperature and low pressure gas state passing through the
이러한 온도가 높은 냉수(실질적으로 온수)는 난방을 원하는 각 세대의 에어 핸들링 유닛(200)으로 전달되며, 팬모터(231)의 구동에 따라 온도가 높은 따뜻한 바람을 송풍하게 되는 것이다.This high temperature cold water (substantially hot water) is delivered to the
한편, 난방의 경우 제어부(420)는, 각 세대의 난방 희망온도를 고려하여 유량조절밸브(820)의 오픈각도를 조절한다. 집단거주시설에는 일반적으로 각 세대별 로 연장되는 바닥 난방시스템배관(710)이 마련되므로, 제어부(420)는 유량조절밸브(820)의 오픈각도를 제어함으로써 세대냉수공급배관(630)과 바닥 난방시스템배관(710)에 흐르는 냉수의 양을 조절하여, 바닥난방의 정도와 에어 핸들링 유닛(200)을 통한 따뜻한 바람의 송풍 정도를 조절하게 된다.On the other hand, in the case of heating, the
즉, 초가을과 같이 실내온도와 각 세대 거주자의 난방 희망온도의 차이가 크지 않은 경우 제어부(420)는, 유량조절밸브(820)를 세대냉수공급배관(630) 측으로 많이 열리도록 함으로써 바닥난방 정도에 비해 에어 핸들링 유닛(200)을 통한 따뜻한 바람의 송풍 정도를 강하도록 한다.That is, when the difference between the room temperature and the heating desired temperature of each householder, such as early autumn, is not large, the
다음으로, 도 11를 참조하면, 본 실시예에 따른 냉난방시스템(20)의 냉방원리는 다음과 같다. 난방과 달리 냉방의 경우 유량조절밸브(820)는 닫힌 상태로 유지되며, 기타 제어부(420)에 의한 지열교환기(100), 히트펌프유닛(300), 2차 냉매순환펌프(810), 온오프밸브(860), 세대온도조절기(870), 2차 냉매조절밸브(840) 및 인버터(880)의 제어에 관한 사항은 난방의 경우와 동일하므로 이하에서 중복되는 설명은 생략한다.Next, referring to Figure 11, the cooling principle of the
집단거주시설의 각 세대 중 적어도 어느 하나의 세대가 냉방을 희망하면, 제어부(420)는 그 세대 거주자의 냉방 희망온도를 고려하여, 지열교환기(100) 및 히트펌프유닛(300)을 구동시킨다. 지중에는 항상 12℃ 내지 15℃ 내외의 일정한 지열이 유지되고 있으며, 2차 냉매(R2)는 지열공급배관(500)을 통해 지상으로 유출되어 히트펌프유닛(300)으로 유입된다.If at least one of the households of the group residential facility desires cooling, the
이 경우, 히트펌프유닛(300)에서는 고온 고압 기체상태의 1차 냉매(R1)가 응 축기(320)를 거치면서 저온 고압 액체상태의 1차 냉매(R1)로 상 변환되는데, 상 변환 도중 방출되는 잠열은 응축기(320)에 인접하여 마련되는 지열공급배관(500) 측으로 대류되고, 이에 따라 지열공급배관(500)은 1차 냉매(R1)의 잠열을 수용하여 지중으로 방출시킨다. 즉, 지열공급배관(500)을 통해 히트펌프유닛(300)으로 유입되는 2차 냉매(R2)의 온도(t7)는, 히트펌프유닛(300)으로부터 유출되는 2차 냉매(R2)의 온도(t8)에 비하여 낮으며, 이러한 온도차(t7 - t8)에 해당하는 열이 지중으로 방출된다.In this case, in the
응축기(320)를 거친 저온 고압 액체상태의 1차 냉매(R1)는 확장밸브(330)를 거치면서 저온 저압 액체상태의 1차 냉매(R1)가 되며, 증발기(340)를 거치면서 다시 고온 저압 기체상태의 1차 냉매(R1)로 상 변환된다.The primary refrigerant R1 of the low temperature and high pressure liquid state passing through the
이 경우, 증발기(340)에 인접한 세대냉수공급배관(630) 및 세대냉수유출배관(640)을 따라 흐르는 냉수는 히트펌프유닛배관(350) 측으로 열을 빼앗기며, 이에 따라 냉수의 온도가 하강한다. 이러한 온도가 낮은 냉수는 냉방을 원하는 각 세대의 에어 핸들링 유닛(200)으로 전달되며, 팬모터(231)의 구동에 따라 온도가 낮은 찬바람을 송풍하게 되는 것이다.In this case, the cold water flowing along the generation cold
도 10 및 도 11에 있어서, 응축기(320)와 증발기(340)의 위치변화는 1차 냉매(R1)의 흐름 방향 변화에 따른 것으로, 히트펌프유닛(300) 상에 마련되는 1차 냉매 방향조절밸브(미도시)의 구동에 따라, 냉방의 경우 도 10의 응축기(320)는 도 11의 증발기(340)로 기능하며, 도 10의 증발기(340)는 도 11의 응축기(320)로 기능한다. 이러한 사항은 종래의 히트펌프와 동일한 것이므로 보다 자세한 설명은 생략 한다.10 and 11, the change in the position of the
다만, 냉방을 필요로 하는 환경(예컨대 여름 등)임에도 집단거주시설의 적어도 어느 한 세대가 난방을 희망하는 경우, 유량조절밸브(820)는 닫힌 상태로 유지되나, 난방을 희망하는 세대에 마련된 바닥 난방시스템배관(710)에는 별도의 온수가 흐르며, 이에 따라 난방을 희망하는 세대의 바닥을 가열하게 된다. 난방을 희망하는 세대의 바닥 난방시스템배관(710)을 따라 온수를 흐르도록 하는 방법은 종래의 집단거주시설에 적용된 일반적인 바닥 난방시스템의 내용과 크게 차이가 없으므로 자세한 설명은 생략한다.However, when at least one generation of the group residential facility desires heating even in an environment requiring cooling (eg, summer), the
본 실시예에 따른 냉난방시스템(20)은, 집단거주시설의 냉난방을 위해 지열을 이용할 수 있으며, 세대별로 마련되는 개별식 히트펌프유닛(300)에 의하여 집단거주시설의 냉난방시스템 세대별로 효율적으로 관리할 수 있게 된다.The cooling and
또한, 본 실시예에 따른 냉난방시스템(20)은, 에어 핸들링 유닛(200)의 설치 위치를 다양하게 변경할 수 있을 뿐만 아니라, 집단거주시설의 냉난방시스템의 효율을 실질적으로 향상시킬 수 있게 된다.In addition, the
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.While specific embodiments of the invention have been described and illustrated above, it is to be understood that the invention is not limited to the described embodiments, and that various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the invention. It is self-evident to those who have. Therefore, such modifications or variations are not to be understood individually from the technical spirit or point of view of the present invention, the modified embodiments will belong to the claims of the present invention.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 지열을 이용한 집단거주시설용 냉난방시스템의 개략적인 모식도이다.1 is a schematic diagram of a cooling and heating system for a group residential facility using geothermal heat according to the first embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 에어 핸들링 유닛의 개략적인 모식도이다.FIG. 2 is a schematic diagram of the air handling unit of FIG. 1.
도 3은 도 1의 지열을 이용한 집단거주시설용 냉난방시스템의 제어부를 나타낸 개략적인 모식도이다.Figure 3 is a schematic diagram showing a control unit of the heating and cooling system for a group residential facility using the geothermal heat of FIG.
도 4는 도 1의 지열을 이용한 집단거주시설용 냉난방시스템의 난방원리를 나타낸 개략적인 모식도이다.Figure 4 is a schematic diagram showing the heating principle of the heating and cooling system for a group residential facilities using the geothermal heat of FIG.
도 5는 도 1의 지열을 이용한 집단거주시설용 냉난방시스템의 냉방원리를 나타낸 개략적인 모식도이다.Figure 5 is a schematic diagram showing the cooling principle of the air-conditioning system for group residential facilities using the geothermal heat of FIG.
도 6 및 도 7은 도 4의 난방과정을 나타낸 순서도이다.6 and 7 are flowcharts illustrating a heating process of FIG. 4.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 지열을 이용한 집단거주시설용 냉난방시스템의 개략적인 모식도이다.8 is a schematic diagram of a heating and cooling system for a group residential facility using geothermal heat according to the second embodiment of the present invention.
도 9는 도 8의 지열을 이용한 집단거주시설용 냉난방시스템의 제어부를 나타낸 개략적인 모식도이다.FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a control unit of a heating and cooling system for a group residential facility using geothermal heat of FIG. 8.
도 10은 도 8의 지열을 이용한 집단거주시설용 냉난방시스템의 난방원리를 나타낸 개략적인 모식도이다.FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a heating principle of an air conditioning system for a group residential facility using geothermal heat of FIG. 8.
도 11은 도 8의 지열을 이용한 집단거주시설용 냉난방시스템의 냉방원리를 나타낸 개략적인 모식도이다.FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a cooling principle of an air conditioning system for a group residential facility using geothermal heat of FIG. 8.
도 12 및 도 13은 도 10의 난방과정을 나타낸 순서도이다.12 and 13 are flowcharts illustrating a heating process of FIG. 10.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
10, 20 : 집단거주시설용 냉난방시스템 100 : 지열교환기10, 20: air conditioning system for group residential facilities 100: geothermal heat exchanger
200 : 에어 핸들링 유닛 210 : 열교환부200: air handling unit 210: heat exchanger
220 : 혼합부 230 : 송풍부220: mixing section 230: blowing section
241 : 토출덕트 242 : 흡입덕트241: discharge duct 242: suction duct
243 : 외부공기 유입덕트 244 : 내부공기 배출덕트243: outside air inlet duct 244: inside air exhaust duct
300 : 히트펌프유닛 410, 420 : 제어부300:
500 : 지열공급배관 600 : 세대온도조절배관500: geothermal heat supply pipe 600: household temperature control piping
710 : 바닥 난방시스템배관 720 : 바닥난방연결배관710: floor heating system piping 720: floor heating connection piping
810 : 2차 냉매순환펌프 820 : 유량조절밸브810: secondary refrigerant circulation pump 820: flow control valve
830 : 냉수순환펌프 840 : 2차 냉매조절밸브830: cold water circulation pump 840: secondary refrigerant control valve
850 : 플로우미터 860 : 온오프밸브850: flow meter 860: on-off valve
870 : 세대온도조절기 880 : 인버터870: generation temperature controller 880: inverter
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