KR101031676B1 - 공동주택의 지열 냉난방수 전환제어 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 냉온수를 이용하여 냉난방을하는 지열 냉난방 시스템에서 냉난방 횡주관 2라인에서 각 세대로 들어가는 입상관을 4라인으로 분기하여 지열 냉난방을 자동으로 전환시키는 공동주택의 지열 냉난방수 전환제어 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 공동주택의 지열 냉난방수 전환제어 시스템은, 냉온수공급헤더와 연결되는 제1 횡주관; 냉온수환수헤더와 연결되는 제2 횡주관; 상기 제1 횡주관에서 분기되어 각각 세대 바닥코일 및 팬코일유닛의 세대난방수공급헤더 및 세대냉방수공급헤더에 연결되는 난방수공급관 및 냉방수공급관; 상기 제2 횡주관에서 분기되어 각각 세대 바닥코일 및 팬코일유닛의 세대난방수환수헤더 및 세대냉방수환수헤더에 연결되는 난방수환수관 및 냉방수환수관 을 포함하며, 상기 냉온수공급헤더 및 냉온수환수헤더는 지열히트펌프시스템과 열교환하는 열교환기에 연결되는 것을 구성적 특징으로 한다.
Figure R1020090046742
횡주관, 입상관, 2WAY밸브, 헤더, 지열히트펌프, 바닥코일, 팬코일유닛

Description

공동주택의 지열 냉난방수 전환제어 시스템{CONVERSION CONTROL SYSTEM OF GEOTHERMAL COOLING AND HEATING WATER IN HOUSING}
본 발명은 공동주택의 지열 냉난방수 전환제어 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 냉온수를 이용하여 냉난방을하는 지열 냉난방 시스템에서 냉난방 횡주관 2라인에서 각 세대로 들어가는 입상관을 4라인으로 분기하여 지열 냉난방을 자동으로 전환시키는 공동주택의 지열 냉난방수 전환제어 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 주거용 건물의 겨울철 난방은 각 세대의 바닥에 매립된 엑셀, 강관, 동관 등의 배관 보일러에서 약 60℃∼80℃로 가열된 온수를 흘려보내 바닥을 가열시키서 실내공기와 열교환 및 자연적인 대류를 통해서 실내 공기의 온도를 상승시키는 바닥 복사난방이 주종을 이루며, 여름철 냉방은 별도의 방열기를 설치하여 실내의 온도를 하강시키는 대류냉방이 주로 사용되고 있는 실정이다. 열원인 보일러에서 공급되는 온수를 이용하는 방식은 공동주택에 있어서 바닥난방의 일 예이다. 상기의 방식은 코일(혹은 패널)을 바닥에 설치하여 온수를 보내어 실내를 난방 하고, 이것과 병용하여 공조기에서 조화된 공기를 실내에 보내 냉방을 하는 것이다.
상기의 방식은 냉방을 위해서 별도의 장치(에어콘, 팬코일 등)를 설치하여야 하므로 추가 비용이 발생하여 비경제적이다.
상기 방식을 극복하기 위해서 구현된 기술이 복사냉난방방식을 이용한 것으로, 이 방식은 코일을 바닥이나 천정에 설치하여 냉수 또는 온수를 보내고, 중앙의 공조기에서 조화된 공기를 덕트를 통해 실내로 보내 냉난방을 하는 것이다.
즉, 통상의 공조방식과는 달리 복사냉난방방식은 건물의 바닥 또는 천정 속에 코일을 매입해서 상기 코일로 냉수 또는 온수를 흘려보내 냉난방을 하는 것이다. 냉방시에는 벽과 천정의 표면 온도를 낮추어서 열이 실내로 부하되는 것을 미리 제거하는 것으로, 천정, 벽 등의 표면에 코일을 매입하여 냉수를 흘려보내면 벽면 및 천정의 표면온도가 낮아지기 때문에 실내공기의 노점온도가 높으면 코일부에 습기가 발생하는 결로현상이 나타나게 된다.
상기의 결로현상을 방지하는 방법으로는 실내의 습기를 제거하는 것인데, 실내의 공기에 포함되어 있는 습기를 제거하기 위해서는 제습기가 필요하다. 그러나 제습기를 설치하면 제습기를 가동시키는 기타의 설비가 필요하므로 냉난방시스템이 복잡해지고, 설치비가 증가한다.
다른 방법으로는 코일을 통과하는 냉수의 온도를 실내 노점(露點)온도 보다 높게 조절하여 코일 표면에 나타나는 결로현상을 방지하는 것으로, 상기 제습조작은 별도로 냉각감습한 공기를 송풍하는 것으로 보충하여야 하고, 습도측정 및 냉수온도를 제어하기위한 장치가 필요하므로 배관 및 제어설비 비용이 증가하여 일반적으로 덕트를 이용한 전공기 방식이나 팬코일유닛과 병용하여 사용하고 있다.
상기의 방식은 복사열을 이용하므로 바닥복사난방을 많이 이용하고 있는 우리나라에서 사용자의 쾌감도를 높여주고, 물은 비열이 크기 때문에 적은 유량으로도 많은 열을 공급할 수 있어 열 공급을 위한 에너지가 절약되어 효율적이나 배관 및 제어설비에 많은 비용이 증가하여 국내에 적용하는데 어려움이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 냉온수를 이용하여 냉난방을 하는 지열 냉난방시스템에서, 종래의 공동주택에서 실내 냉난방을 위해 냉온수 공급헤더 및 환수헤더에서 각각 2라인씩 세대 입상관과 연결되는 4라인 횡주관을 지양하고, 냉난방 횡주관 2라인에서 각 세대로 들어가는 입상관을 4라인으로 분기하여 지열을 이용한 세대 냉난방을 2WAY 밸브로 자동으로 전환시킴으로써, 하절기 세대 냉방시 바닥코일에 냉방수가 들어갈 염려가 없어서 실내온도와 코일표면의 온도차로 인하여 코일 표면에 발생할 수 있는 결로현상을 별도의 장치없이도 방지할 수 있고, 횡주관이 기존의 4라인에서 2라인으로 감소하여 시공이 편리하고, 공사 원가가 절감되는 공동주택의 지열 냉난방수 전환제어 시스템을 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 공동주택의 지열 냉난방수 전환제어 시스템은, 냉온수공급헤더와 연결되는 제1 횡주관; 냉온수환수헤더와 연결되는 제2 횡주관; 상기 제1 횡주관에서 분기되어 각각 세대 바닥코일 및 팬코일유닛의 세대난방수공급헤더 및 세대냉방수공급헤더에 연결되는 난방수공급관 및 냉방수공급관; 상기 제2 횡주관에서 분기되어 각각 세대 바닥코일 및 팬코일유닛의 세대난방수환수헤더 및 세대냉방수환수헤더에 연결되는 난방수환수관 및 냉방 수환수관을 포함하며, 상기 냉온수공급헤더 및 냉온수환수헤더는 지열히트펌프시스템과 열교환하는 열교환기에 연결되는 것을 구성적 특징으로 한다.
바람직하게는, 제2 횡주관에서 분기되는 냉난방수환수관의 출구측에는 2WAY 자동밸브가 더 설치되고, 상기 난방수공급관과 바닥코일 사이에는 세대난방수공급헤더가 설치되고, 난방수환수관과 바닥코일의 사이에는 세대난방수환수헤더가 설치된다.
이상에서 설명한 것과 같은 특징을 갖는 공동주택의 지열 냉난방수 전환제어 시스템은, 횡주관 2라인에서 입상관 4라인으로 흘러서 순환하는 냉난방수를 2WAY 밸브로 자동전환 가능하고, 필요에 따라 바닥코일 내로 들어갈수 있는 냉수의 공급을 차단할 수 있어 바닥코일에 발생할 수 있는 결로 방지를 위한 별도의 장치가 필요없어 설치 및 운전 비용을 절감할 수 있고, 지열히트펌프시스템을 이용하여 열원으로 물을 사용함으로써 친환경적인 시스템이다.
도 1 내지 도 3를 참조하여 본 발명에 따른 공동주택의 지열 냉난방수 전환제어 시스템의 실시예를 설명한다.
본 발명에 따른 공동주택의 지열 냉난방수 전환제어 시스템은, 냉온수공급헤더(60)와 연결되는 제1 횡주관(10), 냉온수환수헤더(70)와 연결되는 제2 횡주관(11), 상기 제1 횡주관(10)에서 분기되어 각각 세대 바닥코일(30) 및 팬코일유닛(40)의 세대난방수공급헤더(31) 및 세대냉방수공급헤더(41)에 연결되는 난방수공급관(21) 및 냉방수공급관(23), 상기 제2 횡주관(11)에서 분기되어 각각 세대 바닥코일(30) 및 팬코일유닛(40)의 세대난방수환수헤더(32) 및 세대냉방수환수헤더(42)에 연결되는 난방수환수관(22) 및 냉방수환수관(24)을 포함하며, 상기 냉온수공급헤더(60) 및 냉온수환수헤더(70)는 지열히트펌프시스템(90)과 열교환하는 열교환기(80)에 연결되어 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 횡주관(10)에서 분기되는 냉방수 및 난방수공급관(23,21) 입구측에는 2WAY 자동밸브(25)가 설치되고, 상기 제2 횡주관에서 분기되는 냉ㆍ난방수환수관(24,22)의 출구측에도 또한 2WAY 자동밸브(25)가 된다. 상기 2WAY 자동밸브는, 배관내에 흐르는 순환수의 온도를 감지하여 개폐를 제어하는 제어장치(미도시)와 연결되어 있으며, 동절기에는 세대 난방을 위해서 난방수공급관(21) 및 난방수환수관(22)을 개방시키고, 하절기에는 세대 냉방을 위해서 냉방수공급관(23) 및 냉방수환수관(24)을 개방시킨다.
상기 밸브(25)의 작용은 하절기에 실내를 냉방하는 경우 난방수공급관(21)을폐쇄함으로써, 냉방수가 바닥코일(30)로 들어가서 실내 온도와 바닥코일(30) 표면 의 온도차이로 인한 코일 표면의 결로현상을 방지하여, 결로현상으로 바닥에 발생할 수 있는 하자를 없앤다.
동절기에 지열히트펌프시스템(90)에서 공급된 온열원과 열교환기(80)에서 열교환되어 가열된 온수가 냉온수공급헤더(60)를 통해서 제1 횡주관(10)을 거쳐서 각세대로 통하는 입상관인 난방수공급관(21)으로 이동하여 각 세대의 바닥코일(30) 내로 들어가 바닥난방을 한다. 상기 난방수공급관(21)과 바닥코일(30) 사이에는 세대난방수공급헤더(31)가 설치되는데, 세대난방수공급헤더(31)에는 세대의 각방에 매입되어있는 바닥코일(30)로 들어가는 온수의 유량을 조절하기위한 밸브(311)가 설치된다.
바닥코일(30)을 거친후 온도가 하강된 온수는 난방수환수관(22)과 바닥코일(30)의 사이에 설치되는 세대난방수환수헤더(32) 통해서 난방수환수관(22)을 거쳐서 제2 횡주관(11)을 통해 냉온수환수헤더(70)로 환수된 후에 열교환기(80)를 거치면서 온도가 상승된 온수로 냉온수공급헤더(60)에 도달하여 다시 각 세대로 공급되어 바닥난방을 하는 것으로, 냉온수공급헤더(60)-> 제1 횡주관(10)-> 난방수공급관(21)->바닥코일(30)->난방수환수관(22)->냉온수환수헤더(70)->열교환기(80)->냉온수공급헤더(60) 순으로 순환 싸이클을 형성하면서 각 세대의 바닥 난방을 하게된다.
상기 세대난방수환수헤더(32)에는 밸런싱밸브(322) 및 모터(321)가 설치되는데, 상기 밸런싱밸브(322)는 각 방에 매입된 바닥코일(30)에 순환되는 온수의 유량을 일정하게 분배하는 역할을 하고, 모터(321)는 상기 바닥코일(30)로 흐르는 온수의 유량 및 유속을 세대난방수환수헤더(32)에 설치된 센서(미도시)가 감지하여 실내의 조절기(미도시)로 신호를 보내면 상기 조절기가 모터(321)를 자동제어하여 모터를 작동시켜 유량 및 유속을 제어하게 된다. 또한 냉온수환수헤더(70)의 전측, 냉온수환수헤더(70)와 2WAY밸브(25) 사이의 제2 횡주관(11)에는 차압유량조절밸브(12)를 설치하여 공급되는 순환수와 환수되는 순환수 사이의 압력차를 감지하여 순환수의 압력 및 유량을 일정하게 조절하도록 한다.
하절기에 지열히트펌프시스템(90)에서 공급된 냉열원과 열교환기(80)에서 열교환되어 차가워진 냉수가 냉온수공급헤더(60)를 통해서 제1 횡주관(10)을 거쳐서 각세대로 통하는 입상관인 냉방수공급관(23)으로 이동하여 각 세대의 팬코일유닛(40)의 방열핀으로 유입되면 송풍팬에 의해 냉풍이 방출되어 실내공기와 열교환하여 실내를 냉방한다. 상기 냉방수공급관(23)과 팬코일유닛(40) 사이에는 세대냉방수공급헤더(41)가 설치되는데, 세대냉방수공급헤더(41)에는 세대의 각 방에 설치되는 팬코일유닛(41)으로 들어가는 냉수의 유량을 조절하기위한 밸브(411)가 설치된다. 세대냉방수환수헤더(42)에는 밸런싱밸브(422) 및 모터(421)가 설치되는데, 상기 밸런싱밸브(422)는 각 세대에 설치된 팬코일유닛(40)에 순환되는 냉수의 유량을 일정하게 분배하는 역할을 하고, 모터(421)는 상기 팬코일유닛(40)로 흐르는 냉 수의 유량 및 유속을 세대냉방수환수헤더(42)에 설치된 센서(미도시)가 감지하여 실내의 조절기(미도시)로 신호를 보내면 상기 조절기가 모터(421)를 자동제어하여 모터를 작동시켜 유량 및 유속을 제어하게 된다.
팬코일유닛(40)을 거친후 온도가 상승된 냉수는 냉방수환수관(24)과 팬코일유닛(40)의 사이에 설치되는 세대난방수환수헤더(42) 통해서 냉방수환수관(24)을 거쳐서 제2 횡주관(11)을 통해 냉온수환수헤더(70)로 환수된 후에 열교환기(80)를 거치면서 온도가 하강되어 냉온수공급헤더(60)에 도달하여 다시 각 세대로 공급되어 실내냉방을 하는 것으로, 냉온수공급헤더(60)-> 제1 횡주관(10)-> 냉방수공급관(23)->팬코일유닛(40)->냉방수환수관(24)->냉온수환수헤더(70)->열교환기(80)->냉온수공급헤더(60) 순으로 순환 싸이클을 형성하면서 각 세대의 실내냉방을 하게된다. 실내냉방시 팬코일유닛(40)의 방열핀에 유입된 냉방수와 실내공기가 열교환될 때 방열핀 표면에 응축수가 발생하게되므로 상기 팬코일유닛(40)의 일측에는 응축수를 배출하기 위한 응축수배출관(50)을 더 설치하며, 상기 응축수배출관(50)은 지하집수정(100)에 연결되어 팬코일유닛(40)에서 발생하는 응축수를 지하집수정(100)으로 배출시킨다.
상기의 공동주택의 지열 냉난방수 전환제어 시스템은, 냉온수공급 및 환수헤더에서 각각 분기하는 2개의 횡주관에서 공동주택의 각 세대로 연결되는 4개의 입상관을 통해 난방 및 냉방을 함으로써, 기존의 4개의 입상관에 각각 4개의 횡주관 이 일대일로 연결될 때 보다도 기계실 설비작업시에 시공이 간편하여 공사비가 절감되고, 지열히트펌프시스템을 이용하여 열원으로 물을 사용함으로써 친환경적이며, 또한 각각의 공급관 및 환수관에 2WAY밸브를 설치하여 자동제어로 동절기에는 난방수 순환에 관련된 배관만을 개방하고, 하절기에는 냉방수 순환에 관련된 배관만을 개방하여, 하절기에 세대 냉방시 바닥코일에 냉방수가 들어갈 염려가 없어서 실내온도와 코일표면의 온도차로 인하여 코일 표면에 발생할 수 있는 결로현상을 방지할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며,본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 게시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 공동주택의 지열 냉난방수 전환제어 시스템을 도시한 냉난방수의 전체흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 공동주택의 지열 냉난방수 전환제어 시스템의 2WAY밸브에서 세대 난방수 및 냉방수 흐름을 도시한 부분 상세도이다.
도 3은 본 발명에 따른 공동주택의 지열 냉난방수 전환제어 시스템의 바닥난방코일 및 팬코일유닛에서 세대 난방수 및 냉방수 흐름을 도시한 부분 상세도이다.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **
10. 제1 횡주관 11. 제2 횡주관
12. 차압밸브
20. 입상관 21. 난방수공급관
22. 난방수회수관 23. 냉방수공급관
24. 냉방수회수관 25. 2WAY 밸브
30. 바닥난방코일 31. 세대난방수공급헤더
32. 세대난방수환수헤더
311. 밸브 321. 모터
322. 밸런싱밸브
40. 팬코일유닛 41. 세대냉방수공급헤더
411. 밸브 42. 세대냉방수환수헤더
421. 모터 422. 밸런싱밸브
50. 응축수배출관 60. 냉온수공급헤더
70. 냉온수환수헤더 80. 열교환기
90. 지열히트펌프시스템 100. 지하집수정

Claims (8)

  1. 냉온수공급헤더와 연결되는 제1 횡주관;
    냉온수환수헤더와 연결되는 제2 횡주관;
    상기 제1 횡주관에서 분기되어 각각 세대 바닥코일 및 팬코일유닛의 세대난방수공급헤더 및 세대냉방수공급헤더에 연결되는 난방수공급관 및 냉방수공급관;
    상기 제2 횡주관에서 분기되어 각각 세대 바닥코일 및 팬코일유닛의 세대난방수환수헤더 및 세대냉방수환수헤더에 연결되는 난방수환수관 및 냉방수환수관;
    을 포함하며, 상기 냉온수공급헤더 및 냉온수환수헤더는 지열히트펌프시스템과 열교환하는 열교환기에 연결되는 것을 특징으로 하는 공동주택의 지열 냉난방수 전환제어 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 횡주관에서 분기되는 냉난방수공급관 입구측에는 2WAY 자동밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 공동주택의 지열 냉난방수 전환제어 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 횡주관에서 분기되는 냉난방수환수관의 출구측에는 2WAY 자동밸브 가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 공동주택의 지열 냉난방수 전환제어 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 난방수공급관과 바닥코일 사이에는 세대난방수공급헤더가 설치되고, 난방수환수관과 바닥코일의 사이에는 세대난방수환수헤더가 설치되는 것을 특징으로 하는 공동주택의 지열 냉난방수 전환제어 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 팬코일유닛의 일측에는 응축수를 배출하기 위한 응축수배출관이 설치되는 것을 특징으로 하는 공동주택의 지열 냉난방수 전환제어 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 응축수배출관은 지하집수정에 연결되는 것을 특징으로 하는 공동주택의 지열 냉난방수 전환제어 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 냉온수환수헤더와 2WAY밸브 사이의 제2 횡주관에는 차압유량조절밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 공동주택의 지열 냉난방수 전환제어 시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 세대냉방수환수헤더 및 세대난방수환수헤더에는 밸런싱밸브 및 모터가 설치되는 것을 특징으로 하는 공동주택의 지열 냉난방수 전환제어 시스템.
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