KR101047586B1 - 지능형 냉난방시스템 - Google Patents

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Abstract

대류냉난방과 복사난방을 연동하여 빠른 시간에 실내 거주자가 열적 만족도를 얻을 수 있는 지능형 냉난방시스템을 제공하기 위하여, 냉매를 압축, 응축, 팽창, 증발시키는 냉동사이클을 이용하여 냉난방구역에 설치된 실내기로 냉기를 공급하거나, 또는 상기 냉매의 냉동사이클의 응축 및 증발의 기능을 역이용한 역냉동사이클을 이용하여 상기 실내기로 온기를 공급하여 공간을 냉난방하는 대류 냉난방장치, 상기 대류 냉난방장치의 실외기에서 방출되는 열에너지 또는 대기중의 열에너지를 축열하고 이 열에너지를 이용하여 온수를 생산하여 급탕 및 냉난방구역의 난방배관으로 공급하여 바닥면을 복사 난방하도록 구성된 히트펌프, 상기 실내기에 설치되어 실내기의 작동시 거주자의 동선을 감지하여 실내기에서 배출되는 냉기 또는 온기를 거주자가 위치한 방향으로 유도하는 인체감지센서, 상기 냉난방구역의 공간 및 바닥면의 온도를 각각 감지하는 공간온도감지센서 및 바닥온도감지센서, 상기 공간온도감지센서 및 바닥온도감지센서에서 감지된 온도신호를 전달받아 상기 대류 냉난방장치 및 히트펌프의 작동을 제어하여 상기 냉난방구역의 온도를 조절할 있도록 제어패널을 구비한 제어부를 포함하는 지능형 냉난방시스템을 제공한다.
대류냉난방, 복사난방, 냉난방시스템, 인체감지센서

Description

지능형 냉난방시스템{INTELLIGENT COOLING AND HEATING SYSTEM}
본 발명은 냉난방시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 대류냉난방과 복사난방을 연동하여 빠른 시간에 실내 거주자가 열적 만족감을 얻을 수 있도록 구성된 지능형 냉난방시스템에 관한 것이다.
일반적으로 실내온도를 조절하기 위하여 냉난방을 행하게 되는데, 개인주택이나 아파트의 등의 통상적인 냉난방은 복사난방방식이거나 또는 대류냉난방방식으로 냉난방을 하고 있다. 이와 같은 냉난방방식은 바닥면 또는 실내공간을 동일한 온도로 냉난방 하는 방식이다.
이러한 냉난방을 할 때 연소형 보일러를 이용하거나 전기를 이용하여 필요한 에너지를 얻어 냉난방을 하게된다.
그러나 이와 같은 냉난방시스템은 바닥면 또는 실내전체 공간을 일률적으로 냉난방 하게됨으로 사용자가 쾌적함을 느끼는 시간이 많이 소요되는 단점이 있다.
또한 종래의 난방방식은 화석연료 등을 이용하여 보일러를 가동시키므로, 화석 연료의 연소과정에서 발생하는 각종 공해물질로 인하여 환경을 오염시키고, 또 화석연료를 이용한 난방 시 에너지효율은 낮은 단점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 대류냉난방과 복사난방을 연동하여 그 비율을 조절하면서 실내 거주자의 동선을 따라서 집중적으로 냉난방을 행하여 거주자에게 신속하게 쾌적감을 제공하면서 에너지를 절감할 수 있도록 구성된 지능형 냉난방시스템을 제공하는데 있다.
본 발명이 제안하는 지능형 냉난방시스템은,
냉매를 압축, 응축, 팽창, 증발시키는 냉동사이클을 이용하여 냉난방구역에 설치된 실내기로 냉기를 공급하거나, 또는 상기 냉매의 냉동사이클의 응축 및 증발의 기능을 역이용한 역냉동사이클을 이용하여 상기 실내기로 온기를 공급하여 공간을 냉난방하는 대류 냉난방장치, 상기 대류 냉난방장치의 실외기에서 방출되는 열에너지 또는 대기중의 열에너지를 축열하고 이 열에너지를 이용하여 온수를 생산하여 급탕 및 냉난방구역의 난방배관으로 공급하여 바닥면을 복사 난방하도록 구성된 히트펌프, 상기 실내기에 설치되어 실내기의 작동시 거주자의 동선을 감지하여 실내기에서 배출되는 냉기 또는 온기를 거주자가 위치한 방향으로 유도하는 인체감지센서, 상기 냉난방구역의 공간 및 바닥면의 온도를 각각 감지하는 공간온도감지센서 및 바닥온도감지센서, 상기 공간온도감지센서 및 바닥온도감지센서에서 감지된 온도신호를 전달받아 상기 대류 냉난방장치 및 히트펌프의 작동을 제어하여 상기 냉난방구역의 온도를 조절할 있도록 제어패널을 구비한 제어부를 포함하는 지능형 냉난방시스템을 제공한다.
본 발명에 의한 지능형 냉난방시스템은 대류열을 이용한 대류냉난방과 복사열을 이용한 복사난방을 연동하여 행하면서 실내 거주자의 동선을 따라서 집중적으로 냉난방을 함으로 거주자에게 신속한 시간에 쾌적감을 제공한다.
또한 상기와 같은 대류냉난방 시 실내 거주자가 위치한 부분으로만 집중적으로 냉방 또는 난방을 하게됨으로 에너지 절감을 극대화 할 수 있다.
그리고 히트펌프는 대류냉난방장치와 하나의 패키지로 구성되어 공간을 효율적으로 사용할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 지능형 냉난방시스템을 설명하기 위한 시스템 전체구성도로서, 본 발명에 의한 지능형 냉난방시스템은 공간의 온도를 조절하는 대류냉난방과 바닥면의 난방을 선택적으로 함께 하면서 대류냉난방을 거주자의 동선을 따라서 집중적으로 행하는 냉난방시스템으로서, 부호 10은 대류냉난방장치를 나타난다.
상기 대류냉난방장치(10)는 냉매를 압축, 응축, 팽창, 증발시키는 냉동사이클을 이용하여 냉난방구역(100)에 설치된 실내기(20)로 냉기를 공급하거나, 또는 상기 냉매의 냉동사이클의 응축 및 증발의 기능을 서로 역이용한 역냉동사이클을 이용하여 상기 실내기(20)로 온기를 배출하여 공간을 냉난방 하도록 구성된다. 이하에서 설명되는 대류냉난방장치(10)는 냉매를 압축 및 응축시키는 실외기를 포함하는 구성이다.
대류냉난방장치(10)는 여름에는 에어컨으로, 겨울에는 온풍기로 전환하여 가동될 수 있도록 구성되는데, 이러한 대류 냉난방장치(10)는 통상적으로 사용되고 있는 냉난방장치이므로 상세한 설명은 생략한다.
상기 대류 냉난방장치(10)와 실내기(20)는 냉매가 순환하면서 열교환을 행하도록 관로(L1)로 연결된다.
상기 실내기(20)는 본 실시 예에서는 냉난방구역(100)에 하나만 설치되어 있는 것으로 나타냈지만, 냉난방구역(100)의 면적 또는 사용자의 선택에 따라서 두 개 또는 그 이상이 설치될 수 있다.
대류 냉난방장치(10)는 가동할 때 여름철에는 실내기(20)에서 냉매의 팽창과 열의 흡수가 이루어지고, 실외기에서는 냉매의 압축과 열의 방출이 일어나 실내기(20)를 통하여 냉기가 공급되고, 겨울철에는 열의 흡수 및 방출작용이 반대로 일어나 실내기(20)에서는 온기가 공급된다.
이와 같은 대류 냉난방장치(10)의 근접된 위치에는 히트펌프(30)가 제공되는데, 이 히트펌프(30)는 상기 대류 냉난방장치(10)에서 방출되는 열에너지 또는 대기중의 열에너지를 축열하고, 이 열에너지를 이용하여 온수를 생산하여 급탕으로 사용하거나 또는 관로(L2)를 통하여 냉난방구역(100)의 난방배관(40)으로 공급하여 바닥면을 복사 난방 할 수 있도록 구성된다. 히트펌프(30)의 구조 및 온수생산방식은 이 분야에서 통상적으로 사용되고 있는 방식이므로 상세한 설명은 생략한다.
상기 히트펌프(30)와 관로(L2) 사이에는 배관헤더(50)가 제공될 수 있으며, 이 배관헤더(50)를 통하여 난방배관(40)이 연결된다.
배관헤더(50)는 공급처로부터 공급되는 온수를 공급받아 실내의 각 구역으로 나누어 공급하고 각 구역을 난방한 후, 환수되는 온수를 공급처로 다시 리턴하는 곳으로서 통상적으로 사용되는 난방설비이므로 상세한 설명은 생략한다.
상기 대류 냉난방장치(10) 및 히트펌프(30)는 하나의 패키지로 이루어지며, 따라서 공간효율성이 좋을 뿐만 아니라 대류 냉난방장치(10)에서 방출되는 열에너지 또는 대기중의 열에너지를 열원으로 사용하기 때문에 에너지 효율도 뛰어나다.
한편 대류 냉난방장치(10)를 통하여 냉기 또는 온기가 공급되는 실내기(20)에는 거주자의 동선을 감지하여 실내기(20)에서 배출되는 냉기 또는 온기를 거주자가 위치한 방향으로 유도하는 인체감지센서(60)가 설치된다.
인체감지센서(60)는 가동식 적외선 감지센서로 이루어지며, 이러한 인체감지센서(60)에는 냉난방구역(100)의 온도를 측정하는 공간온도감지센서(S1)가 함께 제공된다. 인체감지센서(60)는 사람의 위치를 감지하여 실내기(20)에서 배출되는 기류 방향을 거주자의 동선을 따라서 그곳에만 집중적으로 보내주도록 하여 냉난방을 시작할 때 빠른 시간에 거주자에게 쾌적한 환경을 제공하면서 아울러 에너지 절감을 극대화 할 수 있다.
즉, 기존의 시스템 냉난방기의 기류 방향이 일정 영역에 국부적으로 운영되 는 것에 비하여 기류 방향이 거주자를 따라 다니며 거주자가 위치한 곳으로 집중적으로 보내줌으로 예를 들어 외부에서 들어와 냉난방시스템을 일정시간 동안 사용하지 않다가 처음으로 작동할 경우 최단시간에 열적 만족도를 느낄 수 있도록 하여준다.
상기 냉난방구역(100)에는 바닥면의 온도를 감지할 수 있도록 바닥온도감지센서(S2)가 더 설치되며, 상기 공간온도감지센서(S1) 및 바닥온도감지센서(S2)에서 감지된 온도신호를 전달받아 상기 대류 냉난방장치(10) 또는 히트펌프(30)의 작동을 제어하여 상기 냉난방구역(100)의 온도를 조절할 있도록 제어부(70)가 설치된다.
제어부(70)는 실내의 벽면 등에 설치되며 공간온도감지센서(S1) 및 바닥온도감지센서(S2)의 온도 데이터를 전달받을 수 있도록 구성되며, 또 제어패널이 구비되어 온도조절 및 대류 냉난방장치(10), 실내기(20), 히트펌프(30)를 각각 컨트롤 할 수 있도록 구성된다.
즉, 제어부(70)를 조작하여 대류 냉난방장치(10) 및 히트펌프(30)를 동시에 또는 어느 하나만 선택적으로 작동시키거나, 공간온도감지센서(S1) 및 바닥온도감지센서(S2)의 온도 데이터를 감지하여 대류 냉난방장치(10) 또는 히트펌프(30)를 통하여 실내기(20) 또는 난방배관(40)으로 공급되는 열에너지의 공급비율을 각각 조절할 수 있도록 구성된다.
상기와 같은 본 발명의 지능형 냉난방시스템은 아파트나 단독주택 등과 같은 주거용 건물에 적용시켜 설치할 수 있으며, 이러한 냉난방시스템을 적용하여 실내 를 난방 하려면 다음과 같이한다.
먼저, 제어부(70)에서 시스템의 작동을 온으로 작동시키고 난방온도를 조절한다. 그러면 대류 냉난방장치(10) 및 히트펌프(30)가 각각 구동한다.
이러한 대류 냉난방장치(10)의 작동으로 냉매가 관로(L1)를 따라서 순환하면서 이동냉난방구역(100)에 설치된 실내기(20)를 통하여 온기가 배출되고, 이와 함께 히트펌프(30)의 작동으로 온수를 생산하여 급탕으로 사용하거나 또는 관로(L2)를 통하여 난방배관(40)으로 공급하여 바닥면을 복사 난방 하게된다.
이때 거주자가 외부에서 활동하다가 실내로 들어와 난방을 하게되는 난방시스템의 초기작동시 제어부(70)의 제어에 의하여 대류 냉난방장치(10)는 정격조건 상태로 가동하고 히트펌프(30)는 최소가동조건 상태로 가동한다.
이것은 난방배관(40)에 의해 실내공간의 온도가 적정온도까지 도달하는데 많은 시간이 걸리므로 히트펌프(30)를 난방 초기에 정격조건 상태로 가동시켜도 바닥 난방의 단점인 복사난방으로 냉난방구역(100)의 공간온도를 높여 거주자가 열적 만족감을 느끼기까지 많은 시간이 필요하고, 이와 아울러 그에 따른 에너지도 많이 소요됨으로 이를 해소하기 위한 본 발명의 난방시스템 작동방식이다.
따라서 이와 같은 난방시스템의 초기작동시 실내기(20)로는 대량의 온기가 배출되고, 난방배관(40)으로는 상대적으로 소량의 열에너지만 공급되므로 최단시간에 거주자의 열적 쾌감을 만족하고 동시에 에너지를 절감할 수 있게된다.
또 이와 같은 난방시스템의 작동시 실내기(20)에 제공된 인체감지센서(60)로 인하여 거주자의 위치를 검지하여 실내기(20)에서 배출되는 기류 방향을 거주자의 동선을 따라서 그곳에만 집중적으로 보내주므로 난방을 시작하면서부터 거주자는 열적 쾌적감을 느낄 수 있게된다.
즉, 기존의 시스템 냉난방기의 기류 방향이 일정 영역에 국부적으로 운영되는 것에 비하여 기류 방향이 거주자를 따라 다니며 거주자가 위치한 곳으로 집중적으로 보내줌으로 예를 들어 외부에서 들어와 난방시스템을 처음으로 작동하더라도 거주자는 최단시간에 열적 만족감을 느낄 수 있다.
이러한 난방시스템의 작동시 공간온도센서(S1)에서는 냉난방구역(100)의 공간온도를 감지하여 제어부(70)로 전달하고, 바닥온도감지센서(S2)에서는 냉난방구역(100)의 바닥면 온도를 감지하여 제어부(70)로 각각 전달한다.
이렇게 냉난방구역(100)의 공간과 바닥을 대류난방과 복사난방 방식으로 각각 난방하면서 냉난방구역(100)의 공간과 바닥면의 온도가 점차적으로 높아지는데, 이러한 온도변화 데이터는 공간온도센서(S1) 및 바닥온도감지센서(S2)가 각각 감지하여 제어부(70)로 전달되며, 냉난방구역(100)의 공간과 바닥면의 온도가 일정온도 단위만큼 높아질 때마다 제어부(70)의 제어에 의하여 대류냉난방장치(10)의 가동률은 일정비율만큼 점차적으로 줄이고, 히트펌프(30)의 가동률은 일정비율만큼 점차적으로 늘이면서 난방하게 된다.
그리고 공간온도감지센서(S1)에서 감지한 냉난방공간(100)의 공간온도가 설정된 온도에 도달하면 제어부(70)의 제어에 의하여 대류냉난방장치(10)의 가동은 정지된다.
이 상태에서 히트펌프(30)의 가동은 계속되며, 바닥온도감지센서(S2)에서 감 지한 냉난방구역(100)의 바닥온도가 설정된 온도에 도달하면 제어부(70)의 제어에 의하여 히트펌프(30)의 가동은 정지된다. 그리고 바닥온도감지센서(S2)에서 감지된 온도가 일정수준 이하로 떨어지면 제어부(70)의 제어에 의하여 히트펌프(30)의 가동이 시작되면서 난방배관(40)에 온수를 공급하여 복사난방을 행하여 냉난방구역(100)을 일정온도로 난방하는 과정을 계속한다.
즉, 본 발명의 냉난방시스템의 난방작동은 냉난방구역(100)의 공간이 설정온도에 도달하기 이전까지는 대류난방 및 복사난방을 동시에 행하고, 공간이 설정된 온도에 도달하면 그 이후에는 복사난방으로 냉난방구역(100)의 온도를 조절하며 난방한다.
이러한 본 발명의 냉난방시스템으로 인하여 에너지 비용을 냉방시 25%, 난방시 40%까지 절감할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 냉난방스템을 난방으로 사용하다가 냉방으로 사용하려면, 먼저 제어부(70)를 이용하여 상기에서 설명한 히트펌프(30)의 가동은 정지시키고, 대류 냉난방장치(10)만 냉방으로 전환하여 가동하면 실내기(20)를 통하여 냉기가 공급되어 냉난방구역(100)을 냉방할 수 있다.
이때 난방시스템의 작동시와 동일하게 실내기(20)에 제공된 인체감지센서(60)가 거주자의 위치를 감지하여 실내기(20)에서 배출되는 기류 방향을 거주자의 동선을 따라서 그곳에만 집중적으로 보내주므로 냉방을 시작하면서부터 거주자는 열적 쾌적감을 느낄 수 있다.
이러한 냉방시스템의 작동시 공간온도센서(S1)에서는 냉난방구역(100)의 공 간온도를 감지하여 제어부(70)로 전달하여 공간온도감지센서(S1)에서 감지한 냉난방공간(100)의 공간온도가 설정된 온도에 도달하면 제어부(70)의 제어에 의하여 대류냉난방장치(10)의 가동은 정지되며, 이러한 대류 냉난방장치(10)의 가동 및 정지가 반복되면서 냉난방공간(100)은 일정온도로 냉방된다.
도 1은 도 1은 본 발명에 의한 지능형 냉난방시스템을 설명하기 위한 시스템 전체구성도.

Claims (5)

  1. 냉매를 압축, 응축, 팽창, 증발시키는 냉동사이클을 이용하여 냉난방구역에 설치된 실내기로 냉기를 공급하거나, 또는 상기 냉매의 냉동사이클의 응축 및 증발의 기능을 역이용한 역냉동사이클을 이용하여 상기 실내기로 온기를 공급하여 냉난방구역의 공간을 냉난방하는 대류 냉난방장치;
    상기 대류 냉난방장치의 실외기에서 방출되는 열에너지 또는 대기중의 열에너지를 축열하고 이 열에너지를 이용하여 온수를 생산하여 급탕 및 냉난방구역의 난방배관으로 공급하여 냉난방구역의 바닥면을 복사 난방하도록 구성된 히트펌프;
    상기 냉난방구역의 공간 및 바닥면의 온도를 각각 감지하는 공간온도감지센서 및 바닥온도감지센서;
    상기 대류 냉난방장치의 실내기에 설치되어 실내기의 가동시 거주자의 동선을 감지하여 실내기에서 배출되는 냉기 또는 온기를 거주자가 위치한 방향으로 유도하며 상기 실내기에 공간온도감지센서와 함께 설치되는 인체감지센서;
    상기 공간온도감지센서 및 바닥온도감지센서에서 감지된 온도신호를 전달받아 상기 대류 냉난방장치 및 히트펌프의 작동을 제어하여 상기 냉난방구역의 온도를 조절할 있도록 제어패널을 구비한 제어부;
    로 구성된 냉난방시스템을 포함하고,
    상기 냉난방시스템을 일정시간 동안 가동하지 않다가 난방으로 가동하는 초기 난방가동시 상기 제어부의 제어에 의하여 상기 대류 냉난방장치는 정격조건 상태로 가동하고 상기 히트펌프는 최소가동조건 상태로 가동하는 것을 특징으로 하는 지능형 냉난방시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 대류 냉난방장치 및 히트펌프는 하나의 패키지로 이루어진 것을 특징으로 하는 지능형 냉난방시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉난방시스템의 난방작동시 대류냉난방장치의 가동률은 냉난방구역의 공간 온도가 일정온도 단위만큼 높아질 때마다 제어부의 제어에 의하여 일정비율만큼 점차적으로 줄어들고, 상기 히트펌프의 가동률은 냉난방구역의 바닥 온도가 일정온도 단위만큼 높아질 때마다 제어부의 제어에 의하여 일정비율만큼 점차적으로 늘어나며 난방하는 것을 특징으로 하는 지능형 냉난방시스템.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉난방시스템의 난방작동시 냉난방구역의 공간이 설정온도에 도달하기 이전까지는 대류난방 및 복사난방을 동시에 행하고, 냉난방구역의 공간이 설정된 온도에 도달하면 그 이후에는 복사난방으로 냉난방구역의 온도를 조절하는 것을 특 징으로 하는 지능형 냉난방시스템.
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