KR101166332B1 - 해수 열 및 지열 난방과 온수공급 대량소요 적응용 열 교환 순환수 터미널 풀 시스템과 그 시스템의 운영 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해수 열 및 지열 난방과 온수공급 대량소요 적응용 열 교환 순환수 터미널 풀 시스템과 그 시스템의 운영 방법에 관한 것으로; 바다 속에서 해수를 취수하여 해수송수관을 통해 공급하는 복수의 수중펌프; 상기 수중펌프에서 공급된 해수를 부스터펌프를 통해 공급하는 메인 공급매니폴드; 상기 부스터펌프에서 공급된 해수가 분배매니폴드를 거쳐 유입되면 담수에 부동액이 혼합된 순환수와 열 교환을 일으키는 해수 판 열 교환기; 상기 해수 판 열 교환기에서 열 교환이 이루어진 해수를 바다로 내보내는 메인복귀 매니폴드; 상기 해수 판 열 교환기에서 열 교환된 순환수가 유입 및 순환되는 순환수 풀; 상기 순환수 풀의 순환수를 순환관을 따라 공급하는 공급매니폴드; 상기 공급매니폴드에서 순환수가 유입되면 열 교환을 일으키는 냉난방 전담 히트펌프; 상기 냉난방 전담 히트펌프에서 열 교환이 이루어진 순환수를 상기 순환수 풀로 복귀시키는 복귀 매니폴드; 펌프의 구동에 따라 상기 순환수 풀의 순환수를 상기 해수 판 열 교환기로 공급하는 공급용 매니폴드; 상기 해수 판 열 교환기를 통과한 순환수를 상기 순환수 풀로 복귀시키는 복귀용 매니폴드; 및 상기 냉난방 전담 히트펌프에서 열 교환된 냉난방수가 냉난방관을 따라 건축물의 냉방 또는 난방을 위하여 유입되는 건축물 클러스터;로 구성되는 것을 주된 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 해수를 이용한 냉난방을 위해 종래의 판 열교환기들을 여기저기 분산 설치해서 관리하는 것보다 순환수 풀 건축물 하나에 집결하여 설치해서 관리함으로써 효율적이며, 해수 외에 지열 및 태양광열로 보조 가온하는 일석 삼조의 효과를 누릴 수 있다.

Description

해수 열 및 지열 난방과 온수공급 대량소요 적응용 열 교환 순환수 터미널 풀 시스템과 그 시스템의 운영 방법 { Applicable Heat-Exchanging Circulation Water Terminal Pool System for Large Quantity Requirement of Seawater Heat and/or Geothermal Heating and Warm Water Supply, and it's Effective Operation Method }

본 발명은 해수 열 및 지열 난방과 온수공급 대량소요 적응용 열 교환 순환수 터미널 풀 시스템과 그 시스템의 운영 방법에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 열 교환용 순환수를 해수 및 또는 지열과 열 교환시킴에 있어서 풀(Pool)을 이용하여 냉난방을 하거나 온수를 공급하는 시스템과 그 시스템의 운영 방법에 관한 것이다.

일반적으로 신재생에너지로서, 태양광(열), 풍력, 수력, 파력, 조력, 수소, 폐기물, 바이오, 열 병합, 해양, 지열 등은 지속 가능한 에너지 공급체계를 위한 미래에너지 공급원이다.

현재 화석연료의 고갈과 더불어 지구 온난화 등에 대응하여 친환경의 그린에너지를 생산하고자 하는 연구와 활동이 확산되고 있다.

더욱이 신재생에너지는 과다한 초기투자의 장애요인에도 불구하고 화석에너지의 고갈문제와 환경문제에 대한 핵심 해결방안이라는 점에서 선진각국에서는 신재생에너지에 대한 과감한 연구개발과 보급정책 등을 추진하고 있는 실정이다.

신재생에너지 중에서 해양에너지는 해양의 조수, 파도, 해류, 온도차 등을 변환시켜 전기 또는 열을 생산하는 기술로써 전기를 생산하는 방식은 조력, 파력, 조류, 온도차 발전 등이 있다. 특히 온도차 발전은 해양 표면층의 온수, 즉 25 ~ 30℃와 심해 500 ~ 1,000m정도의 냉수, 즉 5 ~ 7℃와의 온도차를 이용하여 열에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 발전하는 기술이다.

상기 해양에너지의 온도차 발전은 지열에너지를 생산하기 위한 것과 마찬가지로 설치규모와 비용이 많이 소요되는 단점이 있다.

더욱이 거의 무한한 자원으로 알려진 해양에너지를 이용하는 것은 시급한 과제 중 하나이다.

해수를 이용한 냉방기술은 50여 년 전에 대양을 왕복하는 수많은 선박들의 선복냉방의 필요에 의해 개발 되었다. 과학 및 기술의 발달로 해수용 수중펌프와 해수 판 열 교환기(Ocean Plate Heat Exchanger), 해수 수송관 등이 개발 되었고, 선복에 위치하는 송풍기(Blower Unit)와 그 송풍기 냉각수 코일(Blower Water Coil)로 부터 해수 판 열 교환기를 지속적으로 순환하는 담수관 등이 개발되어, 해심 약 30M에서 5 ~ 10℃의 해수를 상기 수중펌프로 취수하여 선복에 위치한 해수 판 열 교환기를 거쳐 복귀 관을 통해 바다로 배출시키고, 다른 한편으로 해수 판 열 교환기로 송풍기 냉각수를 지속적으로 유입하여 열 교환 순환시켜 송풍기를 작동시킴으로써 냉방을 했다. 지금도 이와 같은 방법으로 선박과 열대 지방에서 냉방을 하고 있다.

그 후 약 30여 년 전에 아이슬란드나 미국 등에서 지열 히트펌프(Ground Source Heat Pump, Geothermal Heat Pump)가 개발되면서 지중 열은 물론 저수지, 호수, 하천, 강 등의 수열도 이용하여 냉난방(Air-Conditioning) 시스템을 연구개발, 현실화시켰고, 요즈음은 하나의 각광 받는 재생 에너지가 되어 발전 일로에 있다.

또 하나의 무한한 에너지원인 해수를 냉난방, 특히 난방에 이용하는 것을 꺼려 온 것은 해수에 포함되어 있는 염분이 거의 모든 금속을 부식시키는 단점, 해수 취수장은 태풍, 지진해일(쓰나미), 해일 등을 견디어 내도록 건설해야 하는데 그 비용이 많이 드는 단점 및 해수 송수에 있어서 거리가 수 킬로미터 되는 경우도 있고 수두(Water Head)가 200M 이상으로 높은 경우도 있을 수 있는데 이를 극복하기 위해서는 역시 고 비용이 드는 단점 때문이었다. 그러나 상황은 달라졌다. 내염(耐鹽), 내 해수 수중펌프는 티타늄(Ti)이나 스테인리스강(鋼)(Stainless Steel)으로, 해수 송수관도 HDPE(High Density Polyethylene)관이나 스테인리스관 또는 티타늄관으로, 해수 판 열 교환기도 해수 통과 부분만 티타늄으로 제작 판매되고 있다. 따라서 염분의 부식 위험, 이것도 과학기술의 발달로 문제가 되지 않는다. 예로 현재 우리나라에서 채용되고 있는 지역난방은 열병합 발전소나 엘엔지(LNG, 액화천연가스)를 연료로 하는 보일러의 중앙 공급방식이다. 그런데 이런 열 및 온수공급 시설을 건설하려면 수백억 원 단위의 투자를 하면서도 연료는 수입에 의존해야 하며 냉방을 위한 냉열공급은 못하고 있다. 그런데 해수열이나 지열을 이용한 효율적인 냉난방 및 온수공급 시스템을 채택하여 효율적인 운영방법들로 운영하면 냉방도 되고 난방도 되며 온수공급도 되는데 투자 및 사용자 부담은 축소되어 비용절감도 된다. 그야말로 일석이조의 효과를 창출하게 된다.

본 발명은 해수 열을 이용한 난방 및 온수공급 소요가 대량인 경우 판 열교환기들만으로 열 교환해서 다지(多枝) 매니폴드 만으로 구성된 시스템에 비해 좀더 경제적이면서도 효율적으로 운영할 수 있도록 하기 위한 것이 목적이다.

또한, 본 발명은 지열을 이용한 난방 및 온수공급 소요가 대량인 경우 건축물 클러스터를 난방하고 복귀하는 순환수는 5 ~ 20°C 내외의 냉수가 되어 돌아옴으로 이를 지열과 열 교환으로 가열해서 다시 Water to Water Heat Pumps로 보내야 되는데 이는 다수의 Heat Pumps를 개별적으로 지열과 열 교환으로 가열해서 순환 시키려면 순환수관 배관을 지하 2m 깊이 내외로 매립해야 되므로 엄청난 토지면적이 소요된다. 이에 토지면적소요를 대폭 감소시키면서도 좀 더 경제적이면서 효율적으로 운영하기 위한 것이 다른 목적이다.

이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;

바다 속에서 해수를 취수하여 해수송수관을 통해 공급하는 복수의 수중펌프; 상기 수중펌프에서 공급된 해수를 부스터펌프를 통해 공급하는 메인 공급매니폴드; 상기 부스터펌프에서 공급된 해수가 분배매니폴드를 거쳐 유입되면 담수에 부동액이 혼합된 순환수와 열 교환을 일으키는 해수 판 열 교환기; 상기 해수 판 열 교환기에서 열 교환이 이루어진 해수를 바다로 내보내는 메인복귀 매니폴드; 상기 해수 판 열 교환기에서 열 교환된 순환수가 유입 및 순환되는 순환수 풀; 상기 순환수 풀의 순환수를 순환관을 따라 공급하는 공급매니폴드; 상기 공급매니폴드에서 순환수가 유입되면 열 교환을 일으키는 냉난방 전담 히트펌프; 상기 냉난방 전담 히트펌프에서 열 교환이 이루어진 순환수를 상기 순환수 풀로 복귀시키는 복귀 매니폴드; 펌프의 구동에 따라 상기 순환수 풀의 순환수를 상기 해수 판 열 교환기로 공급하는 공급용 매니폴드; 상기 해수 판 열 교환기를 통과한 순환수를 상기 순환수 풀로 복귀시키는 복귀용 매니폴드; 및 상기 냉난방 전담 히트펌프에서 열 교환된 냉난방수가 냉난방관을 따라 건축물의 냉방 또는 난방을 위하여 유입되는 건축물 클러스터;로 구성되는 것을 특징으로 하는 해수 열 난방과 온수공급 대량소요 적응용 열 교환 순환수 터미널 풀 시스템.

이때, 상기 냉난방 전담 히트펌프를 통해 열교환이 이루어진 순환수가 옥상 탱크에 저장되며 순환수 자체 중량에 의하여 각층 각 실의 난방을 수행하고 상기 복귀매니폴드를 통해 상기 순환수 풀로 유입되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 공급매니폴드에서 순환수가 유입되면 열 교환을 일으키는 온수공급 전담 히트펌프와; 상기 온수공급 전담 히트펌프에서 열 교환된 상수도수가 건축물의 온수 공급을 위하여 유입되는 옥상탱크;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 순환수 풀은 대상 건축물 클러스터 지역보다 낮은 곳에 설치되는 것으로 철근콘크리트로 바닥과 4면을 구성하고, 상부면이 지하 2m 이상 되도록 구축하고, 그 콘크리트 벽체로부터 4방으로 2.5m 간격을 두고 철 구조 건축물 Steel Panel 보온벽체로 구성되며, 2중 강화 투명 유리로 이루어진 지붕이 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 순환수 풀의 순환수는 깊이 400m 범위 내에서 수직식 루프를 설치하거나 또는 지하 2.5m 트렌치(trench)에 두루마리식 루프(Slinky Loop)를 설치하여 순환수가 지열과도 열 교환으로 가온 되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은;

(a) 수중펌프로 해수를 취수하여 메인 공급매니폴드에서 해수송수관을 통해 메인분배 매니폴드로 송수하는 단계; (b) 상기 메인 분배매니폴드에서 해수 판 열 교환기(14)로 해수를 공급하는 단계; (c) 상기 해수 판 열 교환기에서 해수와 순환수를 열 교환시키는 단계; (d) 상기 해수 판 열 교환기에서 열 교환된 순환수를 순환수 풀로 유입 및 순환시키는 단계;

(e) 상기 순환수 풀의 순환수를 공급매니폴드에서 냉난방 전담 히트펌프로 공급하여 열 교환을 일으킨 순환수를 건축물 클러스터의 옥상탱크로 공급하는 단계; (f) 상기 옥상탱크에서 순환수의 수준이 적정선에 도달하면 float switch에 의거 밸브가 열리면서 각층 각 실의 난방을 순환수 자(自) 하중에 의거 수행하는 단계;

(g) 난방 수행을 완료한 순환수를 복귀 매니폴드를 통해 상기 순환수 풀로 복귀시키는 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 해수 열 난방과 온수공급 대량소요 적응용 열 교환 순환수 터미널 시스템의 운영방법도 제공한다.

또한, 본 발명은;

지열을 이용하는 냉 난방 시스템에서는, 건축물의 난방 후 냉각된 순환수를 매니폴드를 통해 다수의 건축물 클러스터(Cluster)로부터 받아들이는 냉수 풀; 상기 냉수 풀의 냉 순환수를 펌프 구동에 의해 매니폴드를 통해 유입되면 지열과 열교환하도록 지하에 설치되는 수직식 루프 또는 두루마리식 루프(Slinky Loop); 수직식 루프 또는 두루마리식 루프(Slinky Loop)를 순환하며 지열과 열교환하여 가열된 온 순환수를 매니폴드를 통해 받아들이는 온수 풀; 온수 풀의 온 순환수를 펌프 구동에 의해 공급매니폴드를 통해 순환수가 유입되면 열 교환을 일으키는 냉난방 전담 히트펌프; 상기 냉난방 전담 히트펌프에서 열 교환된 냉난방수가 냉난방관을 따라 건축물의 냉방 또는 난방을 위하여 유입되는 건축물 클러스터;로 구성되는 것을 특징으로 하는 지열 난방과 온수공급 대량소요 적응용 열 교환 순환수 터미널 풀 시스템도 제공한다.

또한, 본 발명은;

(a) 온수 풀의 순환수를 펌프를 구동하여 매니폴드를 통하여 냉난방 전담 히트펌프로 보내 열교환을 일으킨 냉난방수를 건축물 클러스터로 냉난방을 위하여 순환시키는 단계; (b) 건축물 클러스터(Cluster)로부터 냉각된 순환수가 매니폴드를 통해 냉수 풀로 유입되는 단계; (c) 상기 냉수 풀의 냉 순환수를 지열과 열교환하도록 지하에 설치되는 수직식 루프 또는 두루마리식 루프(Slinky Loop)를 순환시켜 지열과 열교환하여 온 순환수로 가열하는 단계; (d) 상기 수직식 루프 또는 두루마리식 루프(Slinky Loop)를 통해 열교환된 온 순환수를 온수 풀로 복귀시키는 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 지열 난방과 온수공급 대량소요 적응용 열 교환 순환수 터미널 풀 시스템의 운영방법도 제공한다.

본 발명에 따르면, 해수를 이용한 냉난방을 위해 종래의 판 열교환기들을 여기저기 분산 설치해서 관리하는 것보다 순환수 풀 건축물 하나에 집결하여 설치해서 관리함으로써 효율적이며, 해수 외에 지열 및 태양광열로 보조 가온하는 일석 삼조의 효과를 누릴 수 있다. 특히 한국에너지기술연구원 발표에 의하면 해수 열로 난방이 가능한 5°C 이상의 수온이 겨울철에 유지되는 곳은 포항으로부터 부산, 마산, 여수, 목포, 군산에 이르는 해안이라고 하는바, 제주도를 포함하는 그 일대의 도서들까지 포함하여 해수 열로 난방 및 온수공급이 가능한바, 이 지역 전체를 해수 열 난방 체제로 전환한다면, 그리고 여타는 지열 난방 및 온수공급 체제로 전환한다면, 우리나라 전체 난방에 소요되는 연료의 약60% 이상을 절감하는 효과에 더하여 그만큼의 CO₂ 발생이 감축되는 효과까지 누리게 될 것이다.

또한, 본 발명에 따르면 지열을 이용하는 냉난방 및 온수공급 시스템의 구축비용은 현행 지역 난방공사 시설 투자에 비하면 비교가 아니 될 정도로 저렴하고 전기동력 이외에 연료사용도 없지만, 대량소요에 대응하려면 온수풀과 냉수 풀을 설치해서 관리하는 것이 효율적이며, 풀 바닥과 벽체로 전이된 지열 및 유리지붕으로 받는, 그리고 양개 풀 주위의 지형 및 토지가 허용하면 태양광열로 보조 가온하는 일석삼조의 효과를 누릴 수 있다. 특히 해수 열로 난방이 가능하지 않은 지역 전체를 가능한 한 지열 난방 및 온수 공급 체제로 전환한다면, 우리나라 전체 난방에 소요되는 연료의 약60% 이상을 절감하는 효과에 더하여 그만큼의 CO₂발생이 감축되는 효과까지 누리게 될 것이다.

아울러, 본 발명에 따르면 수직식이든 Slinky 식이든 순환수가 흐르는 루프(Loop)의 관 내경이 히트펌프에 연결되는 순환수관의 구경보다 2배만 되어도, 루프를 통과하면서 지열과 열 교환하는 순환수의 양은 4배가 됨으로서 토지소요면적이 1/4로 축소되고, 이에 더하여 Slinky Loop는 동일한 길이의 트렌치(trench)에서 똑바로 펴진 관보다 3배 이상의 열 교환을 하므로 이에 따라 토지소요면적이 약1/3로 축소된다. 물론 지하 400m 이내의 범위에서 수직 Loop 설치를 가능한 한 최우선으로 채택하여 가장 적은 토지를 소요하도록 함이 바람직하다. 따라서 수직 Loop 설치를 최우선으로 채택하여 가능한 한 깊게 설치하고, 수직 Loop 설치가 불가능한 개소 별로 Slinky Loop 설치로 보완하면 토지를 최대한 효율적으로 사용하게 되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 해수 열 대량소요 히트펌프 난방 및 온수공급 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 순환수 풀을 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 해수 열 대량소요 시스템의 운영 제어 흐름도이다.
도 4는 본 발명에 따른 지열 대량소요 히트펌프 난방 및 온수공급 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 지열 대량소요 시스템의 운영 제어 흐름도이다.

본 발명에 따른 해수 열 및 지열 난방과 온수공급 대량소요 적응용 열 교환 순환수 터미널 풀 시스템과 그 시스템의 운영 방법을 첨부한 도면을 참고로 하여 이하 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.

이때, 하기의 설명에서는 구체적인 구성요소 등과 같은 많은 특정사항들이 설명되어 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

(실시 예 1)

먼저, 도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 해수 열 대량소요 히트펌프 난방 및 온수공급 시스템을 설명하기 위해 도시한 도면으로서, 해수를 열 교환을 통해 지역 건축물들의 난방이나 온수 등을 공급할 수 있도록 하여 고효율 및 원가 절감이 될 수 있도록 한 것이다. 특히 본 발명은 순환수 풀(Pool)(10)을 통해 해수의 열을 열교환하여 열교환 효율을 증대시킨다.

이때, 소요에 합당한 규격의 순환수 풀(10)을 구축하기 위하여 해안선 지형 정찰과 판단을 잘하여 지상에 취수대(11)를 설치하고, 대상 건축물 클러스터 지역보다 낮은 곳에 소요에 합당한 순환수 풀(10)을 설치한다.

상기 취수대(11)는 수중펌프 제어 및 취수해심 온도 sensor, 취수수중펌프의 해심조정장치, 수중펌프 입구의 오폐물 감시 장치, 해수 송수 매니폴드, 부스터 펌프 제어 장치, 전기동력 제어장치 등을 수용하는 시설물이다.

상기 순환수 풀(10)은 대상 건축물 클러스터 지역보다 낮은 곳에 설치되는 것으로 철근콘크리트로 바닥과 4면을 구성하고, 상부면이 지하 2m 이상 되도록 구축하고, 그 콘크리트 벽체로부터 4방으로 2.5m 간격을 두고 철 구조 건축물 Steel Panel 보온벽체와, 지붕은 2중 강화 투명 유리로 건축하면, 히트펌프 순환수에 해수 열 외에 바닥 및 4면 벽체에 전이(轉移) 된 10°C 이상의 지열과도 열 교환이 이루어지며, 투명 유리 지붕을 구비하여 낮에는 태양광열을 받아 가열 효과도 있게 된다.

그리고, 순환수 풀(10)의 물 위에는 흑색 태양광열 흡수 판을 띄워 놓으면 더욱 좋을 것이다. 만약 외부의 지형과 토지가 태양광열 흡수 판들의 설치를 허용한다면, 순환수 온도 상승에 더욱 유리하다. 더구나 순환수 풀(10)의 물을 다 중첩으로 깊이 400m 범위 내에서 수직식 루프(12) 및 지하 2.5m 트렌치(trench)에 수평식 Slinky Loops를 설치하여 순환수가 지열과도 열 교환으로 가온 되도록 하면 더욱 열효율을 높일 수 있다.

이하, 본 발명의 각부 구성을 구체적으로 설명한다.

먼저, 수중펌프(Sea Water Submersible Pumps)(M)는 바다 속에서 해수를 취수하여 해수송수관(13)을 통해 공급하는 것으로, 수중펌프(M)는 복수개로 일정 깊이의 바다 속에 잠수 설치된다.

수중펌프(M)는 5~25℃의 온도를 가진 해수를 취수하여 공급하는 것이다. 또한, 수중펌프(M)는 해양의 깊이, 주간이나 야간 또는 계절별 온도에 따라 적절하게 운영할 수 있다. 즉 수중펌프(M)는 수중온도 센서(sensor)로 감지되는 온도에 따라 상하로 적정 온도의 해심으로 변경하여 위치시킬 수 있다. 수중펌프(M)는 해안에 설치된 취수대(PF)(11)에서 취수가 가능하도록 설치된다. 수중펌프(M)에 연결된 해수송수관(13)은 최소 수십 개 이상으로 수용 설치되고, 1~2개의 송수관이 평균 5,000RT(Refrigeration Ton, 냉동톤) 이상의 난방 및 온수공급을 위한 열을 공급하는 것이다. 예를 들어, 100개의 송수관을 수용 설치하는 경우에 최소 250,000 ~ 500,000RT 이상의 냉난방 및 온수공급이 가능해질 것이다. 따라서 취수를 위한 설비의 설치 및 건설비용은 50~100개 지역에 분담할 수 있으므로 설치에 따른 건설비용 부담을 최소화할 수 있을 것이다.

또한, 상기 수중펌프(M)와 메인공급 매니폴드(M1_1) 사이에 연결된 취수 대(PF)(11)에는 해수에 포함된 각종 이물질을 포집하거나 걸러낼 수 있도록 하기 위하여 수중 감시 카메라 장치를 운영하여 감시한다. 해수에는 다양한 이물질들이 포함되어 있으므로 가능한 한 이물질이 포함되지 않은 해수를 이용할 수 있도록 스크린이나 필터 등이 적용되는 것이 좋기 때문이다.

상기 메인공급 매니폴드(M1_1)는 상기 수중펌프(M)에서 공급된 해수를 부스터펌프(BP)를 통해 공급하는 것이다. 메인공급 매니폴드(M1_1)는 복수의 수중펌프(M)에서 취수된 해수가 유입되면 일정 거리까지 설치된 송수관을 통해 분배매니폴드(M1_2)로 해수를 공급한다. 이때, 메인공급 매니폴드(M1_1)와 분배매니폴드(M1_2) 사이에 설치된 송수관에는 부스터펌프(BP)가 구성되어 고압으로 해수를 송수한다. 그리고 부스터펌프(BP)는 해수의 송수거리와 수두의 높이에 따라 설치를 생략해도 무방하다.

해수 판 열 교환기(Seawater Plate Heat Exchanger)(14)는 부스터펌프(BP)에서 공급된 해수가 분배매니폴드(M1_2)를 거쳐 유입되면 펌프(P1_2)과 다지 매니폴드에 의하여 담수에 부동액이 혼합된 순환수 풀(10)의 순환수와 열 교환을 일으키는 것이다. 해수 판 열 교환기(14)는 하나 이상으로 설치되고, 복수의 분배매니폴드(M1_2)에서 유입된 해수와 순환수 사이에 열 교환이 이루어지도록 하는 것이다. 즉 해수 판 열 교환기(14)에는 분배매니폴드(M1_2) 내에 인입된 해수송수관(13)과 순환수가 순환되는 순환관(15)이 각각 해수와 순환수 사이의 열 교환을 이루어지게 하는 것이다. 이때, 상기 다지(多枝) 매니폴드는 펌프(P1_2)의 구동에 의해 상기 순환수 풀(10)의 순환수를 상기 해수 판 열 교환기(14)로 공급하는 공급용 매니폴드(M1_8)과, 상기 해수 판 열 교환기(14)를 통과한 순환수를 상기 순환수 풀(10)로 복귀시키는 복귀용 매니폴드(M1_9)로 구성되어 순환수 풀(10) 내의 순환수를 고르게 분산 순환시켜 줌으로서 순환수 풀(10) 내의 순환수 온도가 고르게 분포되도록 한다.

메인복귀 매니폴드(M1_3)는 해수 판 열 교환기(14)에서 열 교환이 이루어진 해수를 다시 해양으로 송수하는 것이다. 즉 하나 이상의 해수 판 열 교환기(14)로부터 순환수와 열 교환이 완료된 해수를 모아 일정 길이의 해수 복귀관(16)을 통해 해양으로 배출하는 것이다.

따라서 해양에 잠수된 수중펌프(M)에서 취수된 해수는 메인공급 매니폴드(M1_1), 분배매니폴드(M1_2), 해수 판 열 교환기(14)를 거쳐 메인복귀 매니폴드(M1_3)를 통해 다시 해양으로 배출되는 것이다. 그리고 수중펌프(M), 메인 공급매니폴드(M1_1), 분배매니폴드(M1_2), 해수 판 열 교환기(14), 메인복귀 매니폴드(M1_3)를 포함하여 부스터펌프(BP)는 내염, 즉 해수에 의하여 부식되거나 산화되지 않는 내염 재질이 적용된다.

또한, 해수를 공급하는 공급관이나 송수관 등은 내염관이 적용되고, 내염 관으로 고밀도 폴리에틸렌(High Density Polyethylene), 스테인리스(Stainless)관 또는 티타늄(Ti) 등의 재질로 이루어진 관이 적용된다. 또한 내염관은 잘 보온 처리해서 200Cm 내외의 깊이로 지하에 매설하는 것이 좋다.

공급매니폴드(M1_4)는 하나 이상의 해수 판 열 교환기(14)에서 열 교환된 순환수 풀(Pool)(10) 내의 순환수를 순환 및 공급되도록 하는 것이고, 복귀매니폴드(M1_5)는 열 교환이 이루어진 순환수를 순환수 풀(10)로 복귀시키는 것이다. 공급매니폴드(M1_4) 뒤에는 펌프(P1_1)가 구비되어 열 교환이 이루어진 순환수가 지속적으로 순환되도록 한다.

한편, 히트펌프(Water to Water Heat Pumps)(HP1,HP2)에는 인가된 전력을 연결 또는 차단하는 메인스위치가 있고, 난방이나 냉방을 위한 전환스위치가 구비되어 있다. 즉 메인스위치를 온(on)시키면 압축기(Compressor)와 순환수 펌프가 기동한다. 그리고 전환스위치를 난방 위치에 놓으면 난방을 위한 사이클이 구동되고, 냉방 위치에 놓으면 냉방을 위한 사이클이 구동되며, 그리고 온수생산을 위하여 상수도 물의 유입을 개폐하는 전자식(電磁式)의 개폐밸브(V1)를 토글스위치로 조작개방하면 개폐밸브(V2)가 폐쇄되면서 온수생산을 위한 사이클이 구동된다.

이때, 상기 히트펌프(HP1,HP2)의 냉난방 및 온수공급 메커니즘은 본 출원인이 선출원하여 등록된 등록특허 제10-1095213호에 상세하게 기재되어 있는 바와 같이 공지(公知)의 구성이므로 이에 대한 구체적인 설명은 이하에서는 생략한다.

이하, 도 1 내지 도 3을 참고로 본 발명에 따른 해수 열 대량소요 히트펌프 난방 및 온수공급 시스템의 운영 예를 설명한다.

5°C 이상 되는 해수를 바다 속에서 다수의 수중펌프(M)로 취수하여 해수 수송관(13)을 통하여 해안에 구축된 취수대(PF=Platform)(11)에 설치된 메인 공급매니폴드(M1_1)를 통하여 해수 판 열 교환기(14)의 근처에 설치된 분배매니폴드(M1_2)를 통하여 해수 판 열 교환기(14)로 유입(S-1)되어, 해수 판 열 교환기(14)에서 담수 순환수와 열 교환(S-11)하면서 메인복귀 매니폴드(M1_3)를 거쳐 바다로 복귀한다.(S12)

부스터 펌프(BP)는 해수의 송수 거리가 멀거나 구배가 높을 때를 대비하여 설치 운영한다. 해수 판 열 교환기(14)에서 해수로부터 열 교환 받은 담수 순환수는 펌프(P1_2)와 다지(多枝) 매니폴드인 공급용 매니폴드(M1_8) 및 복귀용 매니폴드(M1_9)에 의하여 해수 판 열 교환기(14)를 거쳐 열 교환받고 순환수 풀(10)로 되돌아간다.(S13)

이때, 도 2에 도시된 바와 같이 해수와의 열 교환뿐만 아니라 순환수 풀(10)의 바닥 및 4면의 벽체 콘크리트에 전이(轉移) 되어있는 10°C 이상의 지열과도 열 교환하고 순환수 풀(10)의 건축물 지붕(2중 강화 투명 글라스)(10a)을 통하여 들어오는 태양광열 및 건축물 외곽에 가용한 공간에 설치된 태양광열 흡수판들로부터 획득되는 열로도 가열된다.(S14)

이에 더하여 순환수 풀(10) 건축물 외곽에 가능한 한 400m 깊이까지의 다수의 수직형 Loops(12) 및 수직식 Loops 설치가 불가능한 지형에는 수평형의 두루마리식 루프(Slinky Loops)(13)를 설치하여 순환수를 지열과도 열 교환을 통하여 가열한다. 상기 수직형 Loops(12)는 펌프(P1_3)의 구동에 따라 분배 메니폴드(M1_6)를 통해 순환수가 공급되고 복귀 메니폴드(M1_7)를 통해 순환수 풀(10)로 순환하면서 지열과의 열 교환이 이루어져 순환수 풀(10)로 유입된다.(S15)

한편, 순환수 풀(10)의 순환수는 펌프(P1_1)에 의하여 공급매니폴드(M1_4)를 통하여 건축물 클러스터(Cluster)(A1,A2)에 산재한 히트펌프(Water to Water Heat Pumps)(HP1,HP2)로 가서 난방 및 온수공급 기능을 수행한다.(S16) 즉, 냉난방 전담 히트펌프(H1)에서 가열된 후 바로 옥상 탱크(T1)로 공급되어 적정 수준(水準)에 도달하면 float switch에 의거 밸브가 개방되면서 옥상탱크(T1) 내에 있는 순환수의 자체 하중에 의거 각층 각 실의 난방을 수행한 후 복귀관과 복귀 매니폴드(M1_5)를 통하여 순환수 풀(10)로 복귀하며 온수공급전담 히트펌프(HP2)의 증발기(Evaporator) 코일을 가열한 순환수도 펌프(P1_1)의 압력에 따라 복귀매니폴드(M1_5)를 통해 순환수 풀(10)로 복귀한다.(S17)

그리고, 온수생산은 기온이 26°C(조정 setting 가능)이하 때는 개폐밸브(V1)를 통하여 들어오는 상수도수가 온수공급 전담 히트펌프(HP2)의 디수퍼히터와 응축기(Condenser) 코일을 거치면서 온수화되어 옥상탱크(T2)에 저장되며 자(自) 하중에 의하여 개별 소요 처로 분배된다. 일단 사용된 온수는 건축물의 오수관으로 버려진다. 즉, 온수생산을 위하여 상수도 물의 유입을 개폐하는 전자식(電磁式)의 개폐밸브(V1)를 토글스위치로 조작개방하면 개폐밸브(V2)가 폐쇄되면서 온수생산을 위한 사이클이 구동된다. 온수공급전담 히트펌프(HP2)의 증발기(Evaporator) 코일을 가열한 순환수도 펌프(P1_1)의 압력에 따라 복귀매니폴드(M1_5)를 통해 순환수 풀(10)로 복귀한다.(S17)

또한, 기온이 26°C 이상 때는 시스템이 냉방을 하면서 상수도수는 냉난방 전담 히트펌프(HP1)의 응축기(Condenser)와 Desuperheater 코일로 개폐밸브(V2)가 열리고(이때 동시에 상수도 개폐밸브(V1)은 닫히고 온수공급 전담 히트펌프(HP2)는 작동 정지됨) 온수가 생산되어 개폐밸브(V3)를 통하여 옥상탱크(T2)로 가서 저장된다. 이때 개폐밸브(V3)가 열릴 때 동시에 개폐밸브(V4)는 자동으로 닫힌다. 이때, 상기 개폐밸브(V1~V4)는 전자식 개폐밸브(Magnetic Valve)로 제어회로(Control Circuit)가 포함된 제어장치에 의하여 제어된다.

이 경우 취수대(PF)(11)를 태풍이나 해일로부터 방호할 수 있는 해안 육지에 설치하여 구축 경비를 절감하고, 온도 센서(sensor)로 감지되는 더 좋은 온도의 해심으로 수중펌프(M)의 취수 해심 깊이를 조정하고, 수중펌프(M)와 부스터펌프(BP) 및 기타에 소요되는 전기 동력을 감시 제어하고, 수중 카메라로 감지되는 해중의 이물질이나 오물 제거작업 조정 및 통제, 그리고 고가의 장비 및 예비자재 감시 보호 등의 업무와 기능을 수행함이 바람직하다.

(실시 예 2)

도 4는 본 발명에 따른 지열 대량소요 히트펌프 난방 및 온수공급 시스템을 설명하기 위해 도시한 도면으로서, 지열을 열 교환을 통해 지역 건축물 클러스터(Cluster)(A1,A2)들의 난방이나 온수 등을 공급할 수 있도록 하여 고효율 및 원가 절감이 될 수 있도록 한 것이다. 특히 본 발명은 냉수 풀(Pool)(20)과 온수 풀(Pool)(30)을 통해 지열을 열교환하여 열교환 효율을 증대시킨다.

이때, 난방 후 냉각 된 순환수를 다수의 건축물 클러스터(Cluster)(A1,A2)로 부터 받아들이는 냉수 풀(20)과, 그 냉수 풀(20)의 냉 순환수를 지열과 열 교환으로 가열한 온 순환수를 받아들이는 온수 풀(30)을 구축한다.

이하, 본 발명의 각부 구성을 구체적으로 설명한다.

먼저, 펌프(P2_2)로 냉 순환수를 매니폴드(M2_3)를 통하여 개별적으로 지열과 열 교환 때 사용하는 HDPE(High Density Polyethylene Pipe)관의 내경보다 2배 굵은 관을 Slinky Heat Exchanging Loops(21)로 하여 지열과 열 교환시켜 매니폴드(M2_4)를 거쳐 온수 풀(30)로 보내어 펌프(P2_1)로 매니폴드(M2_1)를 통하여 히트펌프(Water to Water Heat Pumps)(HP1,HP2)들로 하여금 난방기능을 지속시키면, Loop의 순환수 관의 내경이 2배만 되어도 Loop를 통과하면서 지열과 열 교환하는 순환수의 양은 4배가 됨으로 토지 소요면적이 1/4로 축소된다. 이에 더하여 Slinky Loop는 동일한 길이의 트렌치(trench)에서 똑바로 펴진 관보다 3배 이상의 열 교환을 한다. 따라서 여기에서도 토지소요면적이 1/3로 축소된다.

물론 지하 400m 이내의 범위에서 수직 루프(22)의 설치가 가능한 한 최우선으로 채택해야 한다. 왜냐하면 수직 루프(22)는 가장 적은 토지를 소요하기 때문이다. 그리고 이때 수직 루프(22)의 구경도 히트펌프 시스템연결에 적용되는 구경보다 2배로 크게 하면, 같은 시간에 4배의 열 교환을 하게 되어 소요토지면적을 1/4로 축소시킬 수 있기 때문이다. 또한 냉수 풀(20) 및 온수 풀(30)도 해수 열 때 순환수 풀처럼 유리지붕 건축물을 지어 보온도 하고 태양광열 흡수판을 이용해 보조 가열도 가능하다.

이하, 도 4 및 도 5를 참고로 본 발명에 따른 지열 대량소요 히트펌프 난방 및 온수공급 시스템의 운영 예를 설명한다.

온수 풀(30)의 순환수를 펌프(P2_1)를 구동하여 매니폴드(M2_1)를 통하여 건축물 클러스터(A1,A2)에 산재한 히트펌프(Water to Water Heat Pumps)인 냉난방 전담 히트펌프(HP1) 및 온수공급전담 히트펌프(HP2)로 보내 난방 및 온수생산 공급을 수행한다.(S20)

난방 및 온수생산을 끝낸 순환수는 옥상탱크(T1)에 저장되어있는 온수 자 하중에 의하여, 그리고 온수 생산을 위하여 온수공급 전담 히트펌프(HP2)로 보내진 순환수는 온수공급 전담 히트펌프(HP2)의 증발기(Evaporator) 코일에 의해 가열된 후 펌프(P2_1)의 압력으로 매니폴드(M2_2)를 통하여 냉수 풀(20)로 회수된다. 이와 같이 온수 풀(30) 및 냉수 풀(20)로 구분하여 2개를 이용하는 이유는 온수 풀(30) 및 냉수 풀(20)의 바닥 및 4면의 벽체에 전이(轉移) 되어있는 10°C이상의 지열과도 열 교환하고 순환수 풀 건축물 지붕(2중 강화 투명 글라스)과 동일한 구조의 투명 글라스를 온수 풀(30) 및 냉수 풀(20)에 구비하여 이를 통한 태양광열 흡수 및 풀 주위의 지형과 토지가 태양광열 흡수 판들의 설치를 허용한다면 그 열로도 순환수를 가열 할 수 있고 순환수 가온에 융통성을 갖게되기 때문이다.(S21)

아울러 상기 매니폴드(M2_1,M2_2,M2_3,M2_4)를 연장하여 온수 풀(30) 및 냉수 풀(20) 주위 전체 길이만큼 늘리면, 온수 풀(30) 및 냉수 풀(20)을 중심으로 360° 방향으로 다(多) 중첩 수직 형 루프(22)와 필요시 Slinky Loop(21)를 설치하여 놀라운 양의 지열과의 열 교환을 이룩할 수 있고, 루프(21,22)의 관 직경을 히트펌프 시스템 관경의 2배로 키우면 토지면적 소요를 1/4로 줄일 수 있는 융통성을 갖게 된다. 이는 온수 풀(30) 및 냉수 풀(20)의 수위를 기준으로 플로트스위치(float switch)로 펌프(P2_1,P2_2)와 연계시켜 자동제어 시스템을 적용하면 된다. 모든 순환수 관은 지열과의 열 교환 목적 때문에 200㎝ 내외 깊이로 매몰하기 때문에, 루프들(21,22)의 설치 지역이 밭, 야산, 공지(空地) 등에 설치하더라도 농산물 경작에 큰 영향을 끼치지 않으며, 난방과 온수생산에 어떠한 연료도 사용하지 않으므로 청결하며 CO₂의 발생도 전혀 없다.

한편 냉수 풀(20)의 순환수는 이와 같이 펌프(P2_2)에 의하여 루프들(21,22)을 따라 열 교환으로 가열되면서 매니폴드(M2_4)를 통하여 온수 풀(30)로 이동되어 펌프(P2_1)에 의하여 매니폴드(M2_1)을 통하여 히트펌프(Water to Water Heat Pumps)(HP1,HP2)로 가서 난방 및 온수 생산을 지속하게 된다.(S22) 이때 밸브(V4)가 개방(이때 밸브(V3)는 자동으로 닫힘)되므로 온수공급전담 히트펌프(HP2)의 증발기(Evaporator) 코일을 가열한 순환수도 펌프(P2_1)의 압력에 따라 매니폴드(M2_2)를 통해 냉수 풀(20)로 복귀한다.

온수 생산은 기온이 26°C(조정 setting가능) 이하일 때에는 밸브(V1)를 통하여 들어오는 상수도수(上水道水)가 온수공급 전담 히트펌프(HP2)의 디수퍼히터와 응축기(Condenser) 코일을 거치면서 온수화(溫水化) 되어 옥상탱크(T2)에 저장되며 자 하중에 의하여 개별 소요 처로 분배된다. 일단 사용된 온수는 건축물의 오수관으로 버려진다.

그러나 기온이 26°C 이상 때는 시스템이 냉방을 하면서 상수도수는 냉난방 전담 히트펌프(HP1)의 응축기(Condenser)와 디수퍼히터(Desuperheater) 코일로 밸브(V2)가 열리고(이때 동시에 상수도 밸브(V1)는 닫히고 HP2는 작동 정지됨) 온수가 생산되어 밸브(V3)를 통하여 옥상탱크(T2)로 가서 저장된다. 이때, 밸브(V3)가 열릴 때 동시에 밸브(V4)는 자동으로 닫힌다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본원 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 범위는 위의 실시 예에 국한해서 해석되어서는 안 되며, 후술하는 특허 청구범위뿐만 아니라 이 특허 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.

A1,A2: 건축물 클러스터(Cluster) BP: 부스터펌프
HP1, HP2: 히트펌프 M: 수중펌프
M1_1 ~ M1_9: 매니폴드 M2_1 ~ M1_4: 매니폴드
P1_1 ~ P1_3: 펌프 P2_1, P1_2: 펌프
T1: 옥상탱크 T2: 옥상탱크
10: 순환수 풀 12: 수직식 루프
13: 두루마리식 루프(Slinky Loop) 14: 해수 판 열 교환기
20: 냉수 풀 21: 두루마리식 루프(Slinky Loop)
22: 수직식 루프 30: 온수 풀

Claims (8)

1. 바다 속에서 해수를 취수하여 해수송수관을 통해 공급하는 복수의 수중펌프(M);
   상기 수중펌프(M)에서 공급된 해수를 부스터펌프(BP)를 통해 공급하는 메인 공급매니폴드(M1_1);
   상기 부스터펌프(BP)에서 공급된 해수가 분배매니폴드(M1_2)를 거쳐 유입되면 담수에 부동액이 혼합된 순환수와 열 교환을 일으키는 해수 판 열 교환기(14);
   상기 해수 판 열 교환기(14)에서 열 교환이 이루어진 해수를 바다로 내보내는 메인복귀 매니폴드(M1_3);
   상기 해수 판 열 교환기(14)에서 열 교환된 순환수가 유입 및 순환되는 순환수 풀(10);
   상기 순환수 풀(10)의 순환수를 순환관을 따라 공급하는 공급매니폴드(M1_4);
   상기 공급매니폴드(M1_4)에서 순환수가 유입되면 열 교환을 일으키는 냉난방 전담 히트펌프(HP1);
   상기 냉난방 전담 히트펌프(HP1)에서 열 교환이 이루어진 순환수를 상기 순환수 풀(10)로 복귀시키는 복귀 매니폴드(M1_5);
   펌프(P1_2)의 구동에 따라 상기 순환수 풀(10)의 순환수를 상기 해수 판 열 교환기(14)로 공급하는 공급용 매니폴드(M1_8);
   상기 해수 판 열 교환기(14)를 통과한 순환수를 상기 순환수 풀(10)로 복귀시키는 복귀용 매니폴드(M1_9); 및
   상기 냉난방 전담 히트펌프(HP1)에서 열 교환된 냉난방수가 냉난방관을 따라 건축물의 냉방 또는 난방을 위하여 유입되는 건축물 클러스터;로 구성되는 것을 특징으로 하는 해수 열 난방과 온수공급 대량소요 적응용 열 교환 순환수 터미널 풀 시스템.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 냉난방 전담 히트펌프(HP1)를 통해 열교환이 이루어진 순환수가 옥상 탱크(T1)에 저장되며 순환수 자체 중량에 의하여 각층 각 실의 난방을 수행하고 상기 복귀 매니폴드(M1_5)를 통해 상기 순환수 풀(10)로 유입되는 것을 특징으로 하는 해수 열 난방과 온수공급 대량소요 적응용 열 교환 순환수 터미널 풀 시스템.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 공급매니폴드(M1_4)에서 순환수가 유입되면 열 교환을 일으키는 온수공급 전담 히트펌프(HP2)와;
   상기 온수공급 전담 히트펌프(HP2)에서 열 교환된 상수도수가 건축물의 온수 공급을 위하여 유입되는 옥상탱크(T2);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해수 열 난방과 온수공급 대량소요 적응용 열 교환 순환수 터미널 풀 시스템.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 순환수 풀(10)은 대상 건축물 클러스터 지역보다 낮은 곳에 설치되는 것으로 철근콘크리트로 바닥과 4면을 구성하고, 상부면이 지하 2m 이상 되도록 구축하고, 그 콘크리트 벽체로부터 4방으로 2.5m 간격을 두고 철 구조 건축물 Steel Panel 보온벽체로 구성되며, 2중 강화 투명 유리로 이루어진 지붕이 구비되는 것을 특징으로 하는 해수 열 난방과 온수공급 대량소요 적응용 열 교환 순환수 터미널 풀 시스템.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 순환수 풀(10)의 순환수는 깊이 400m 범위 내에서 수직식 루프(12)를 설치하거나 또는 지하 2.5m 트렌치(trench)에 두루마리식 루프(Slinky Loop)를 설치하여 순환수가 지열과도 열 교환으로 가온 되도록 하는 것을 특징으로 하는 해수 열 난방과 온수공급 대량소요 적응용 열 교환 순환수 터미널 풀 시스템.
   
6. (a) 수중펌프(M)로 해수를 취수하여 메인 공급매니폴드(M1_1)에서 해수송수관을 통해 분배매니폴드(M1_2)로 송수하는 단계;
   (b) 상기 분배매니폴드(M1_2)에서 해수 판 열 교환기(14)로 해수를 공급하는 단계;
   (c) 상기 해수 판 열 교환기(14)에서 해수와 순환수를 열 교환시키는 단계;
   (d) 상기 해수 판 열 교환기(14)에서 열 교환된 순환수를 순환수 풀(10)로 유입 및 순환시키는 단계;
   (e) 상기 순환수 풀(10)의 순환수를 공급매니폴드(M1_4)에서 냉난방 전담 히트펌프(HP1)로 공급하여 열 교환을 일으킨 순환수를 건축물 클러스터의 옥상탱크(T1)로 공급하는 단계;
   (f) 옥상 탱크(T1)에서 순환수의 수준이 적정선에 도달하면 float switch에 의거 밸브가 열리면서 각층 각 실의 난방을 순환수 자(自) 하중에 의거 수행하는 단계;
   (g) 난방 수행을 완료한 순환수를 복귀 매니폴드(M1_5)를 통해 상기 순환수 풀(10)로 복귀시키는 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 해수 열 난방과 온수공급 대량소요 적응용 열 교환 순환수 터미널 시스템의 운영방법.
   
7. 건축물의 난방 후 냉각된 순환수를 매니폴드(M2_2)를 통해 다수의 건축물 클러스터(Cluster)(A1,A2)로부터 받아들이는 냉수 풀(20);
   상기 냉수 풀(20)의 냉 순환수를 펌프(P2_2) 구동에 의해 매니폴드(M2_3)를 통해 유입되면 지열과 열교환하도록 지하에 설치되는 수직식 루프(22) 또는 두루마리식 루프(Slinky Loop)(21);
   수직식 루프(22) 또는 두루마리식 루프(Slinky Loop)(21)를 순환하며 지열과 열교환하여 가열된 온 순환수를 매니폴드(M2_3)를 통해 받아들이는 온수 풀(30);
   온수 풀(30)의 온 순환수를 펌프(P2_1) 구동에 의해 공급매니폴드(M2_1)를 통해 순환수가 유입되면 열 교환을 일으키는 냉난방 전담 히트펌프(HP1);
   상기 냉난방 전담 히트펌프(HP1)에서 열 교환된 냉난방수가 냉난방관을 따라 건축물의 냉방 또는 난방을 위하여 유입되는 건축물 클러스터;로 구성되는 것을 특징으로 하는 지열 난방과 온수공급 대량소요 적응용 열 교환 순환수 터미널 풀 시스템.
   
8. (a) 온수 풀(30)의 순환수를 펌프(P2_1)를 구동하여 매니폴드(M2_1)를 통하여 냉난방 전담 히트펌프(HP1)로 보내 열교환을 일으킨 냉난방수를 건축물 클러스터로 냉난방을 위하여 순환시키는 단계;
   (b) 건축물 클러스터(Cluster)(A1,A2)로부터 냉각된 순환수가 매니폴드(M2_2)를 통해 냉수 풀(20)로 유입되는 단계;
   (c) 상기 냉수 풀(20)의 냉 순환수를 지열과 열교환하도록 지하에 설치되는 수직식 루프(22) 또는 두루마리식 루프(Slinky Loop)(21)를 순환시켜 지열과 열교환하여 온 순환수로 가열하는 단계;
   (d) 상기 수직식 루프(22) 또는 두루마리식 루프(Slinky Loop)(21)를 통해 열교환된 온 순환수를 온수 풀(30)로 복귀시키는 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 지열 난방과 온수공급 대량소요 적응용 열 교환 순환수 터미널 풀 시스템의 운영방법.
   

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