KR101308028B1 - Thermal energy sharing system for multi buildings - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열에너지 공유 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 열에너지 생산건물, 열에너지 조절건물, 열에너지 소비건물로 이루어진 도시 단위의 복수 건물들에서의 열에너지 공유 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 지중에 매설된 지열교환파이프를 순환하는 순환수와 외부 구동에너지에 의해서 순환되는 냉매 사이에 열교환 사이클을 수행하는 지열히트펌프를 포함하는 에너지 생산건물과, 하수와 열교환이 이루어지는 하수폐열교환파이프를 순환하는 순환수와 외부 구동에너지에 의해서 순환되는 냉매 사이에 열교환 사이클을 수행하는 하수폐열히트펌프를 포함하는 에너지 조절건물과, 상기 지열히트펌프와 하수폐열히트펌프에서의 열교환 사이클 수행에 의해서 온도가 변환된 냉수 또는 온수가 흐르는 전송배관과, 상기 전송배관으로부터 냉수 또는 온수를 전달받아 열교환 사이클을 수행하는 에너지 소비건물을 포함하며, 상기 에너지 조절건물은 상기 전송배관에 설치되며, 상기 전송배관을 흐르는 냉수 또는 온수의 온도 및 압력을 측정하여, 상기 하수폐열히트펌프를 제어하는 제어장치를 구비하는 복수 건물에서의 열에너지 공유 시스템이 제공된다.The present invention relates to a heat energy sharing system, and more particularly, to a heat energy sharing system in a plurality of urban units consisting of a heat energy producing building, a heat energy regulating building, and a heat energy consuming building. According to the present invention, an energy production building including a geothermal heat pump for performing a heat exchange cycle between a circulating water circulating underground heat exchange pipe buried in the ground and a refrigerant circulated by external driving energy, and sewage with heat exchange with sewage Energy control building including a sewage waste heat heat pump for performing a heat exchange cycle between the circulating water circulating the waste heat exchange pipe and a refrigerant circulated by external driving energy, and performing a heat exchange cycle in the geothermal heat pump and the sewage waste heat heat pump And a transmission pipe through which the cold water or hot water is converted by the temperature, and an energy consuming building receiving a cold water or hot water from the transmission pipe to perform a heat exchange cycle. The energy control building is installed in the transmission pipe. Measure the temperature and pressure of cold or hot water flowing through the transmission line W, the thermal energy sharing system in a plurality of buildings and a control unit for controlling the heat pump sewage waste heat, is provided.
Description
본 발명은 열에너지 공유 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 열에너지 생산건물, 열에너지 조절건물, 열에너지 소비건물로 이루어진 도시 단위의 복수 건물들에서의 열에너지 공유 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a heat energy sharing system, and more particularly, to a heat energy sharing system in a plurality of urban units consisting of a heat energy producing building, a heat energy regulating building, and a heat energy consuming building.
히트펌프는 열을 온도가 낮은 곳에서 온도가 높은 곳으로 이동시킬 수 있는 장치를 의미한다. 사이클의 구성과 작동방법은 기본적으로 냉동기와 같다. 저온열을 활용할 때는 냉동기로 불리며, 고온열을 활용할 때에는 히트펌프로 불린다. Heat pump means a device that can transfer heat from a low temperature to a high temperature. The construction and operation of the cycle is basically the same as for a freezer. When using low temperature heat is called a freezer, when using high temperature heat is called a heat pump.
히트펌프는 직접 사용이 어려운 저온의 열에너지를 사용할 수 있는 고온의 열에너지 상태로 끌어올리는 장치이다. 최근에는 지열이나 수열을 이용하여 개별 건물의 난방과 냉방 및 급탕을 하는 히트펌프가 사용되고 있다.The heat pump is a device that raises a high temperature heat energy state that can use low temperature heat energy that is difficult to use directly. Recently, heat pumps are used to heat, cool, and hot water individual buildings by using geothermal or hydrothermal heat.
도시의 건물들은 학교, 관공서, 사무용 건물 등과 같이, 주중 일과시간에만 운영되고, 야간 및 주말에는 운영되지 않는 건물 군과 아파트, 주상복합 등과 같이 주거용으로서 24시간 열에너지를 소비하는 건물 군이 있다. 전자는 야간이나 주말 등에 잉여 열에너지 생산이 가능하고, 후자는 열에너지가 부족하다는 점에서 히트펌프를 사용하여 생산된 잉여 열에너지를 공유할 수 있는 시스템을 개발할 필요가 있다. The buildings of the city are buildings that operate only during the working hours of the week, such as schools, government offices, office buildings, etc., and buildings that consume 24 hours of heat energy for residential use, such as apartments, residential complexes, etc. Since the former can produce excess thermal energy at night or on weekends, and the latter lacks thermal energy, it is necessary to develop a system that can share the surplus thermal energy produced using a heat pump.
본 발명은 상술한 필요성에 대응하기 위한 것으로서, 도시의 건물들에서 히트펌프를 통해서 생산된 열에너지를 서로 공유하여, 불필요한 에너지 손실을 최소화할 수 있는 도시 단위 열에너지 공유 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a city-level heat energy sharing system that can minimize the unnecessary energy loss by sharing the heat energy produced through the heat pump in the buildings of the city to each other.
본 발명에 의하면, 지중에 매설된 지열교환파이프를 순환하는 순환수와 외부 구동에너지에 의해서 순환되는 냉매 사이에 열교환 사이클을 수행하는 지열히트펌프를 포함하는 에너지 생산건물과, 하수와 열교환이 이루어지는 하수폐열교환파이프를 순환하는 순환수와 외부 구동에너지에 의해서 순환되는 냉매 사이에 열교환 사이클을 수행하는 하수폐열히트펌프를 포함하는 에너지 조절건물과, 상기 지열히트펌프와 하수폐열히트펌프에서의 열교환 사이클 수행에 의해서 온도가 변환된 냉수 또는 온수가 흐르는 전송배관과, 상기 전송배관으로부터 냉수 또는 온수를 전달받아 열교환 사이클을 수행하는 에너지 소비건물을 포함하며, 상기 에너지 조절건물은 상기 전송배관에 설치되며, 상기 전송배관을 흐르는 냉수 또는 온수의 온도 및 압력을 측정하여, 상기 하수폐열히트펌프를 제어하는 제어장치를 구비하는 복수 건물에서의 열에너지 공유 시스템이 제공된다.According to the present invention, an energy production building including a geothermal heat pump for performing a heat exchange cycle between a circulating water circulating underground heat exchange pipe buried in the ground and a refrigerant circulated by external driving energy, and sewage with heat exchange with sewage Energy control building including a sewage waste heat heat pump for performing a heat exchange cycle between the circulating water circulating the waste heat exchange pipe and a refrigerant circulated by external driving energy, and performing a heat exchange cycle in the geothermal heat pump and the sewage waste heat heat pump And a transmission pipe through which the cold water or hot water is converted by the temperature, and an energy consuming building receiving a cold water or hot water from the transmission pipe to perform a heat exchange cycle. The energy control building is installed in the transmission pipe. Measure the temperature and pressure of cold or hot water flowing through the transmission line W, the thermal energy sharing system in a plurality of buildings and a control unit for controlling the heat pump sewage waste heat, is provided.
또한, 상기 에너지 생산건물과 에너지 조절건물의 열교환 사이클은 냉방 사이클과 난방사이클을 포함하는 복수 건물에서의 열에너지 공유 시스템이 제공된다.In addition, the heat exchange cycle of the energy production building and the energy control building is provided with a heat energy sharing system in a plurality of buildings including a cooling cycle and a heating cycle.
또한, 상기 지열히트펌프는, 냉매를 고온고압 상태로 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 압축된 고온고압의 냉매와 외부로부터 유입된 급탕수 사이의 열교환을 행하여 급탕수를 가열하는 급탕 열교환기와, 냉매를 저온저압 상태로 팽창시켜 출력하는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브와 직렬로 연결되며, 상기 냉방 사이클에서는 냉매와 외부로부터 유입된 냉난방수 사이의 열교환을 행하여 냉난방수를 냉각하고, 상기 난방 사이클에서는 냉매와 외부로부터 유입된 냉난방수 사이의 열교환을 행하여 냉난방수를 가열하는 난방공유 열교환기와, 상기 난방공유 열교환기와 직렬로 연결되며, 상기 냉방 사이클에서는 냉매와 상기 에너지 생산건물 내부를 순환하는 냉난방수 사이의 열교환을 행하여 냉난방수를 냉각하고, 상기 난방 사이클에서는 냉매와 상기 에너지 생산건물 내부를 순환하는 냉난방수 사이의 열교환을 행하여 냉난방수를 가열하는 실내기 열교환기와, 냉매와 상기 지열교환파이프를 순환하는 순환수 사이의 열교환을 행하는 실외기 열교환기와, 상기 실외기 열교환기, 상기 압축기, 상기 급탕열교환기 및 상기 실내기 열교환기와 연결되며, 상기 에너지 생산건물의 열교환 사이클을 상기 냉방 사이클과 난방 사이클로 전환할 수 있도록, 냉매의 흐름의 역전시키는 4방밸브를 포함하는 복수 건물에서의 열에너지 공유 시스템이 제공된다.The geothermal heat pump may include a compressor for compressing a refrigerant in a high temperature and high pressure state, a hot water heat exchanger for heating a hot water supply by performing heat exchange between the high temperature and high pressure refrigerant compressed by the compressor and the hot water introduced from the outside, and a refrigerant. Is connected to the expansion valve in series with the expansion valve and inflated in a low temperature and low pressure state, in the cooling cycle to perform heat exchange between the refrigerant and the cooling and heating water introduced from the outside to cool the cooling and heating water, the refrigerant in the heating cycle And a heating shared heat exchanger for heating the cooling and heating water by performing heat exchange between the heating and cooling water introduced from the outside, and connected in series with the heating sharing heat exchanger, and in the cooling cycle, between the cooling and cooling water circulating inside the energy production building. Heat-exchange to cool the air-conditioning water, and in the heating cycle, the refrigerant and the An indoor unit heat exchanger for heating the cooling and cooling water by performing heat exchange between the heating and cooling water circulating in the energy production building, an outdoor unit heat exchanger for performing heat exchange between the refrigerant and the circulation water circulating in the geothermal heat exchange pipe, the outdoor unit heat exchanger, and the compressor. And a four-way valve connected to the hot water heat exchanger and the indoor unit heat exchanger, and including a four-way valve for reversing the flow of the refrigerant to convert the heat exchange cycle of the energy production building into the cooling cycle and the heating cycle. A system is provided.
또한, 상기 전송배관은 가열된 급탕수가 흐르는 급탕수 전송배관과 가열 또는 냉각된 냉난방수가 흐르는 냉난방수 전송배관으로 분리된 복수 건물에서의 열에너지 공유 시스템이 제공된다.In addition, the transmission pipe is provided with a heat energy sharing system in a plurality of buildings separated into a hot water supply pipe flowing the heated hot water supply and a heating and cooling water heating pipe flowing heating or cooling.
또한, 상기 냉방 사이클에서 상기 지열교환파이프를 순환하는 순환수는 상기 냉난방수 전송배관에 직접 공급되는 복수 건물에서의 열에너지 공유 시스템이 제공된다.In addition, the circulation water circulating through the geothermal heat exchange pipe in the cooling cycle is provided with a heat energy sharing system in a plurality of buildings that are directly supplied to the cooling and heating water transmission pipe.
또한, 상기 실외기 열교환기의 응축열을 흡수하는 냉각수를 공급하는 냉각탑9)을 더 포함하는 복수 건물에서의 열에너지 공유 시스템이 제공된다.In addition, there is provided a thermal energy sharing system in a plurality of buildings further comprising a cooling tower (9) for supplying cooling water absorbing the heat of condensation of the outdoor unit heat exchanger.
또한, 상기 하수폐열히트펌프는, 냉매를 고온고압 상태로 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 압축된 고온고압의 냉매와 외부로부터 유입된 급탕수 사이의 열교환을 행하여 급탕수를 가열하는 급탕 열교환기와, 냉매를 저온저압 상태로 팽창시켜 출력하는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브와 직렬로 연결되며, 상기 냉방 사이클에서는 냉매와 외부로부터 유입된 냉난방수 사이의 열교환을 행하여 냉난방수를 냉각하고, 상기 난방 사이클에서는 냉매와 외부로부터 유입된 냉난방수 사이의 열교환을 행하여 냉난방수를 가열하는 난방공유 열교환기와, 냉매와 상기 하수폐열교환파이프를 순환하는 순환수 사이의 열교환을 행하는 실외기 열교환기와, 상기 실외기 열교환기, 상기 압축기, 상기 급탕열교환기 및 상기 난방공유 열교환기와 연결되며, 상기 에너지 조절건물의 열교환 사이클을 상기 냉방 사이클과 난방 사이클로 전환할 수 있도록, 냉매의 흐름의 역전시키는 4방밸브를 포함하는 복수 건물에서의 열에너지 공유 시스템이 제공된다.The sewage waste heat heat pump may include a compressor for compressing a refrigerant in a high temperature and high pressure state, a hot water heat exchanger for heating a hot water supply by performing heat exchange between the high temperature and high pressure refrigerant compressed by the compressor and the hot water introduced from the outside; An expansion valve which expands and outputs a refrigerant at a low temperature and low pressure state, and is connected in series with the expansion valve. In the cooling cycle, heat exchange is performed between the refrigerant and cooling and cooling water introduced from the outside to cool the cooling and cooling water. A heat exchanger shared heat exchanger for heating the cooling and heating water by performing heat exchange between the refrigerant and the cooling / heating water introduced from the outside, and an outdoor unit heat exchanger for performing heat exchange between the refrigerant and the circulating water circulating in the wastewater heat exchange pipe, the outdoor unit heat exchanger, and Connected to a compressor, the hot water heat exchanger, and the heating sharing heat exchanger, There is provided a thermal energy sharing system in a plurality of buildings including a four-way valve for reversing the flow of refrigerant so that the heat exchange cycle of the regulating building can be switched between the cooling cycle and the heating cycle.
또한, 상기 전송배관은 가열된 급탕수가 흐르는 급탕수 전송배관과 가열 또는 냉각된 냉난방수가 흐르는 냉난방수 전송배관으로 분리된 복수 건물에서의 열에너지 공유 시스템이 제공된다.In addition, the transmission pipe is provided with a heat energy sharing system in a plurality of buildings separated into a hot water supply pipe flowing the heated hot water supply and a heating and cooling water heating pipe flowing heating or cooling.
본 발명에 따른 복수 건물에서의 열에너지 공유 시스템은 도시의 건물들에서 히트펌프를 통해서 생산된 열에너지를 서로 공유하여, 불필요한 에너지 손실을 최소화할 수 있다. The system for sharing heat energy in a plurality of buildings according to the present invention may share heat energy produced through a heat pump in buildings of a city, thereby minimizing unnecessary energy loss.
또한, 열에너지가 많이 필요한 경우에는 열에너지 조절건물을 작동하여 추가 열에너지를 공급할 수 있으므로 계절변화와 관계없이 항상 충분한 열에너지 공급이 가능하다. In addition, when a large amount of thermal energy is required, it is possible to supply additional thermal energy by operating the thermal energy control building, so that sufficient thermal energy can be always supplied regardless of seasonal changes.
또한, 급탕을 위한 열교환기와 냉난방을 위한 열교환기를 분리한 실시예의 경우에는 환절기에 전송 에너지 감소효과를 얻을 수 있다. In addition, in the case of the embodiment in which the heat exchanger for hot water supply and the heat exchanger for heating and cooling are separated, a transmission energy reduction effect may be obtained at the transition season.
도 1은 본 발명에 따른 복수 건물에서의 열에너지 공유 시스템의 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 에너지 생산건물의 난방 사이클을 나타낸 개념도이다.
도 3은 도 1에 도시된 에너지 생산건물의 냉방 사이클을 나타낸 개념도이다.
도 4는 도 1에 도시된 에너지 조절건물의 난방 사이클을 나타낸 개념도이다.
또 5는 도 1에 도시된 에너지 조절건물의 냉방 사이클을 나타낸 개념도이다.
도 6은 도 1에 도시된 에너지 소비건물의 난방 사이클을 나타낸 개념도이다.
도 7은 도 1에 도시된 에너지 소비건물의 냉방 사이클을 나타낸 개념도이다.1 is a conceptual diagram of a thermal energy sharing system in a plurality of buildings according to the present invention.
2 is a conceptual diagram showing a heating cycle of the energy production building shown in FIG.
3 is a conceptual diagram showing a cooling cycle of the energy production building shown in FIG.
4 is a conceptual diagram showing a heating cycle of the energy control building shown in FIG.
5 is a conceptual diagram showing a cooling cycle of the energy control building shown in FIG.
FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating a heating cycle of the energy consumption building illustrated in FIG. 1.
FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating a cooling cycle of the energy consumption building illustrated in FIG. 1.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, It is provided to let you know. Like reference numerals refer to like elements throughout.
도 1은 본 발명에 따른 복수 건물에서의 열에너지 공유 시스템의 개념도이다. 1 is a conceptual diagram of a thermal energy sharing system in a plurality of buildings according to the present invention.
도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 복수 건물에서의 열에너지 공유 시스템는 에너지 생산건물(1), 에너지 조절건물(2), 에너지 소비건물(3), 전송배관(4)을 포함한다.Referring to Figure 1, the thermal energy sharing system in a plurality of buildings according to the present invention includes an energy production building (1), energy control building (2), energy consumption building (3), transmission piping (4).
에너지 생산건물(1)은 학교, 관공서, 사무용 건물 등 일일 8시간, 주 5일 운영하는 건물 군으로 야간 및 주말 등에 잉여 열에너지 생산이 가능한 건물 군이다. 에너지 생산건물(1)은 건물 운영시간에는 열에너지를 생산하여 건물 자체에서 사용하고, 잉여 열에너지는 전송배관(4)을 통해서 에너지 소비건물(3)에 전달한다. Energy production building (1) is a group of buildings that operate 8 hours a day, 5 days a week, such as schools, government offices, office buildings, etc., and is a group of buildings capable of producing excess heat energy at night and on weekends. The energy production building (1) produces heat energy during building operation time and uses it in the building itself, and the surplus heat energy is transmitted to the energy consumption building (3) through the transmission pipe (4).
도 2를 참고하면, 에너지 생산건물(1)은 지중에 매설된 지열교환파이프(18), 지열히트펌프(10) 및 냉각탑(19)을 포함한다.Referring to FIG. 2, the
지열교환파이프(18)에는 펌프가 설치되어 있어, 지열교환파이프(18)의 내부를 흐르는 순환수를 순환시킨다. 순환수는 계절에 관계없이 약 16도로 유지된다.The geothermal
지열히트펌프(10)는 지열교환파이프(18)에 흐르는 순환수와 외부 구동에너지에 의해서 순환되는 냉매 사이에 열교환 사이클을 수행한다. 지열히트펌프(10)에는 열을 운반하는 냉매가 들어있고, 냉매는 압축, 응축, 팽창, 증발의 변화를 계속하면서 순환한다. The
지열히트펌프(10)는 압축기(11), 급탕 열교환기(12), 실내기 열교환기(13), 난방공유 열교환기(14), 실외기 열교환기(15), 팽창밸브(16), 4방밸브(17)를 포함한다. 도 2를 참고하여, 먼저, 난방 사이클을 기준으로 지열히트펌프(10)에 대해서 설명한다. The
압축기(11)는 저온저압의 기체상태인 냉매를 압축하여 고온고압 상태로 변화시킨다. The
압축기(11)에서 고온고압상태로 변화된 냉매는 급탕 열교환기(12)에서 열을 방출하면서 전송배관(4)을 통해서 유입된 급탕수를 가열한다. The refrigerant changed to a high temperature and high pressure state in the
급탕 열교환기(12)를 거친 냉매는 4방밸브(17)를 통과한 후 실내기 열교환기(13)에서 다시 열을 방출하면서 에너지 생산건물 내부(5)를 순환하는 냉난방수를 가열한다. 에너지 생산건물 내부(5)에서 사용되고 남은 열에너지는 다시 전송배관(4)을 통해서 에너지 소비건물(3)에 전달된다. After passing through the four-
다음, 실내기 열교환기(13)와 직렬로 연결되어 있는 난방공유 열교환기(14)에서 다시 열을 방출하면서 전송배관(4)을 통해서 유입된 냉난방수를 가열한다. 실내기 열교환기(13)는 건물 내부를 난방하는데 이용되므로, 난방공유 열교환기(14)에 비해서 운전의 우선순위를 갖는다. Next, the heating and cooling water introduced through the
상기 과정에서 열을 방출한 냉매는 액화된 후 팽창밸브(16)를 통해서 감압되고 저온저압의 액체 상태의 냉매가 된다. The refrigerant that has released heat in the above process is liquefied and then depressurized through the
팽창밸브(16)를 거친 냉매는 실외기 열교환기(15)에서 순환수와의 열교환을 통해서 열을 흡수하여 증발한다. The refrigerant passing through the
다음, 4방밸브(17)를 통과한 후 다시 압축기(11)에서 고온고압의 기체상태가 된다.Next, after passing through the four-
즉, 난방 사이클에서 급탕 열교환기(12), 난방공유 열교환기(14), 실내기 열교환기(13)는 냉매에서 방출된 열을 흡수하여 냉매를 응축시키는 응축기로서 작용하며, 실외기 열교환기(15)는 냉매에 열을 공급하여 냉매를 증발시키는 증발기로서 작용한다.That is, the hot
다음, 도 3을 참고하여, 냉방 사이클을 기준으로 지열히트펌프(10)에 대해서 설명한다. 압축기(11)는 저온저압의 기체상태인 냉매를 압축하여 고온고압 상태로 변화시킨다.Next, the
압축기(11)에서 고온고압상태로 변화된 냉매는 급탕 열교환기(12)에서 열을 방출하면서 전송배관(4)을 통해서 유입된 급탕수를 가열한다. 여기까지는 난방 사이클과 동일하다. The refrigerant changed to a high temperature and high pressure state in the
급탕 열교환기(12)를 거친 냉매는 난방 사이클과 달리, 4방밸브(17)를 통과한 후 실외기 열교환기(15)에서 열을 방출하면서 응축된다. Unlike the heating cycle, the refrigerant passing through the hot
열을 방출한 냉매는 액화된 후 팽창밸브(16)를 통해서 감압되고 저온저압의 액체 상태의 냉매가 된다. After releasing the heat, the refrigerant is liquefied and decompressed through the
팽창밸브(16)를 거친 냉매는 난방공유 열교환기(14)와 실내기 열교환기(13)에서 열을 흡수하여 증발한다. The refrigerant passing through the
다음, 4방밸브(17)를 통과한 후 다시 압축기(11)에서 고온고압의 기체상태가 된다.Next, after passing through the four-
즉, 냉방 사이클에서 급탕 열교환기(12)와 실외기 열교환기(15)는 냉매에서 방출된 열을 흡수하여 냉매를 응축시키는 응축기로서 작용하며, 난방공유 열교환기(14), 실내기 열교환기(13)는 냉매에 열을 공급하여 냉매를 증발시키는 증발기로서 작용한다.That is, in the cooling cycle, the hot water
냉방 사이클에 있어서, 실외기 열교환기(15)에서 냉매와 열교환을 하는 액체는 냉각탑(19)에 저장된 냉각수를 이용하며, 지열교환파이프(18) 내부를 흐르는 순환수는 냉난방수 전송배관(4)에 직접 공급되어 에너지 소비건물(3)의 냉방을 위해서 사용된다. In the cooling cycle, the liquid that exchanges heat with the refrigerant in the outdoor unit heat exchanger (15) uses the cooling water stored in the cooling tower (19), and the circulating water flowing inside the geothermal heat exchange pipe (18) is transferred to the cooling and heating water transmission pipe (4). It is directly supplied and used for cooling the
4방밸브(17)는 냉매의 흐름을 역전시킴으로써, 열교환 사이클은 냉방 사이클과 난방 사이클 사이에서 전환한다. The four-
본 발명의 지열히트펌프(10)는 별도의 급탕 열교환기(12)를 구비하고 있으므로, 냉난방 운전과 관계없이 항시 급탕부하를 얻을 수 있다는 장점이 있다. 또한, 난방공유 열교환기(14), 실내기 열교환기(13)를 직렬로 연결하여, 냉매에서 직접 난방 부화를 구분하여 운전하므로 에너지 손실을 최소화할 수 있다. Since the
에너지 조절건물(2)은 하수종말시설 등 도시간접지원 시설을 사용한다. 에너지 조절건물(2)은 에너지 생산건물(1)의 공급되는 열에너지가 부족한지 여부를 확인하여, 열에너지를 추가로 생산하는 역할을 한다. The energy control building (2) uses intercity support facilities such as sewage terminal facilities. The energy control building 2 checks whether the heat energy supplied from the
도 4를 참고하면, 에너지 조절건물(2)은 하수와 열교환이 이루어지는 하수폐열교환파이프(28), 하수폐열히트펌프(20) 및 제어장치를 포함한다. 하수의 동절기 취득가능 최저온도는 약 10도이며, 하수폐열히트펌프(20)로 온도를 상승시켜 약 50도 물을 생산한다. 하절기 취득가능 최고온도는 약 25도로 하수폐열히트펌프(20)를 운전하여 16도 물을 생산한다. Referring to FIG. 4, the
기존의 히트펌프는 7도의 물을 생산하지만, 본 발명의 하수폐열히트펌프(20)에서는 16도 물을 생산하므로 에너지 효율이 2배 상승한다. 좀 더 상세하게 설명하면, 25도 물을 7도로 변환할 때 온도차는 18도이지만, 16도 냉방수 제조시 온도차는 9도이므로 대략 약 2배의 에너지 효율을 갖는다. Conventional heat pumps produce 7 degrees of water, but the sewage waste
종래와 같이 낮은 온도의 냉방수를 생산하지 않고, 16도 냉방수를 생산하는 이유는, 하수폐열히트펌프(20)와 가정용 에어컨은 동일한 원리로 작동하므로 에너지 효율은 비슷한 값이고, 자칫 냉방수 전송 과정 중 배관 손실 및 전송 손실을 고려하면 공유하는 장점이 없기 때문이다. The reason for producing 16 degrees of cooling water without producing low temperature cooling water as in the prior art is that the sewage waste
하수폐열히트펌프(20)는 압축기(21), 급탕 열교환기(22), 난방공유 열교환기(24), 실외기 열교환기(25), 팽창밸브(26), 4방밸브(27)를 포함한다. 하수폐열히트펌프(20)는 실내기 열교환기(13)를 구비하지 않는다는 점에서 지열히트펌프(10)와 차이가 있다. 먼저, 도 4를 참고하여, 난방 사이클을 기준으로 지열히트펌프(10)에 대해서 설명한다. The sewage waste
압축기(21)는 저온저압의 기체상태인 냉매를 압축하여 고온고압 상태로 변화시킨다. The
압축기(21)에서 고온고압상태로 변화된 냉매는 급탕 열교환기(22)에서 열을 방출하면서 전송배관(4)을 통해서 유입된 급탕수를 가열한다. The refrigerant changed into a high temperature and high pressure state in the
급탕 열교환기(22)를 거친 냉매는 4방밸브(27)를 통과한 후 난방공유 열교환기(24)에서 다시 열을 방출하면서 전송배관(4)을 통해서 유입된 냉난방수를 가열한다. After passing through the four-
이러한 과정에서 열을 방출한 냉매는 액화된 후 팽창밸브(26)를 통해서 감압되고 저온저압의 액체 상태의 냉매가 된다. The refrigerant that has released heat in this process is liquefied and then depressurized through the
팽창밸브(26)를 거친 냉매는 실외기 열교환기(25)에서 하수와의 열교환을 통해서 열을 흡수하여 증발한다. The refrigerant passing through the
다음, 4방밸브(27)를 통과한 후 다시 압축기(21)에서 고온고압의 기체상태가 된다.Next, after passing through the four-
즉, 난방 사이클에서 급탕 열교환기(22), 난방공유 열교환기(24)는 냉매에서 방출된 열을 흡수하여 냉매를 응축시키는 응축기로서 작용하며, 실외기 열교환기(25)는 냉매에 열을 공급하여 냉매를 증발시키는 증발기로서 작용한다.That is, in the heating cycle, the hot water
다음, 도 5를 참고하여, 냉방 사이클을 기준으로 하수폐열히트펌프(20)에 대해서 설명한다. 압축기(21)는 저온저압의 기체상태인 냉매를 압축하여 고온고압 상태로 변화시킨다. Next, the sewage waste
압축기(21)에서 고온고압상태로 변화된 냉매는 급탕 열교환기(22)에서 열을 방출하면서 전송배관(4)을 통해서 유입된 급탕수를 가열한다. 여기까지는 난방 사이클과 동일하다. The refrigerant changed into a high temperature and high pressure state in the
급탕 열교환기(22)를 거친 냉매는 난방 사이클과 달리, 4방밸브(27)를 통과한 후 실외기 열교환기(25)에서 열을 방출하면서 응축된다. Unlike the heating cycle, the refrigerant passing through the hot
열을 방출한 냉매는 액화된 후 팽창밸브(26)를 통해서 감압되고 저온저압의 액체 상태의 냉매가 된다. After releasing the heat, the refrigerant is liquefied and decompressed through the
팽창밸브(26)를 거친 냉매는 난방공유 열교환기(24)에서 열을 흡수하여 증발한다. The refrigerant passing through the
다음, 4방밸브(27)를 통과한 후 다시 압축기(21)에서 고온고압의 기체상태가 된다. Next, after passing through the four-
즉, 냉방 사이클에서 급탕 열교환기(22)와 실외기 열교환기(25)는 냉매에서 방출된 열을 흡수하여 냉매를 응축시키는 응축기로서 작용하며, 난방공유 열교환기(24)는 냉매에 열을 공급하여 냉매를 증발시키는 증발기로서 작용한다. That is, in the cooling cycle, the hot water
4방밸브(27)에서 냉매의 흐름을 역전시킴으로써, 열교환 사이클은 냉방 사이클과 난방 사이클 사이에서 전환한다. By reversing the flow of the refrigerant in the four-
에너지 생산건물(1)과 에너지 조절건물(2)에서 생산된 급탕수와 냉난방수는 전송배관(4)을 통해서 에너지 소비건물(3)로 전달된다. Hot water and cooling and heating water produced in the energy production building (1) and the energy control building (2) is transferred to the energy consumption building (3) through the transmission pipe (4).
전송배관(4)은 급탕수 전송배관(41, 42)과 냉난방수 전송배관(43, 44)으로 분리된다. 각각의 전송배관(4)은 공급배관(41, 43)과 환수배관(42, 44)으로 구분되어 운영된다. The
냉난방수 공급배관(43)은 동절기에는 약 50도, 하절기에는 약 16도의 냉난방수가 흐르며, 환절기에는 냉난방수가 흐르지 않는다. 급탕수 공급배관(41)에는 사계절 약 50도의 급탕수가 흐른다. 급탕수는 유량이 적으므로, 급탕수 전송배관(41, 42)은 냉난방수 전송배관(43, 44)의 약 25%의 단면적을 갖는다. 급탕수 전송배관(41, 42)과 냉난방수 전송배관(43, 44)이 구별되어 있으므로, 환절기에는 단면적이 작은 급탕수 전송배관(41, 42)만 사용할 수 있어 전송에너지를 감소시킬 수 있다. Cooling and heating
전송배관(4)의 말단부에는 압력계(45)와 온도계(46)가 설치된다. 전송배관(4) 말단부의 압력과 온도데이터는 에너지 조절건물(2)의 제어장치에 전달되며, 제어장치는 압력 및 온도데이터를 기초로 하수폐열히트펌프(20)를 제어한다. At the distal end of the
난방과 급탕의 경우를 예로 들면, 에너지 소비건물(3)에서 열에너지의 소비가 증가하여 열 부하 부족현상이 발생하면, 전송배관(4) 말단부의 압력과 온도가 떨어진다. 제어장치가 이 신호를 확인하면 하수폐열히트펌프(20)를 가동한다. 반대로, 열에너지 소비가 감소하여 열 생산 과잉현상이 발생하면, 전송배관(4) 말단부의 공급 및 환수 배관의 압력차가 증가하게 된다. 제어장치가 이 신호를 확인하면 하수폐열히트펌프(20)를 가동을 중단한다. For example, in the case of heating and hot water supply, when the consumption of thermal energy increases in the
에너지 소비건물(3)은 아파트, 주상복합 등 주거용 건물 및 병원 등과 같이 24 시간 열에너지를 소비하는 건물 군이다.Energy consumption building (3) is a group of buildings that consume 24 hours of heat energy, such as apartment buildings, residential buildings such as residential complexes and hospitals.
도 6에 도시된 바와 같이, 에너지 소비건물(3)에서 난방운전은 난방열원 장비가 없이 공유된 열에너지를 건물에 필요한 만큼만 냉난방 열교환기(33)를 통하여 취득하여 열에너지를 소비한다. 급탕인 경우 계절에 관계없이 공유된 열에너지를 급탕 열교환기(32)를 통하여 취득하여 항시 소비할 수 있다. As shown in FIG. 6, the heating operation in the
도 7에 도시된 바와 같이, 에너지 소비건물(3)에서의 냉방운전은 이원화된 냉방 장비로 운영된다. 1차적으로 에너지 생산건물(1)에서 공급된 약 16도의 순환수 및 조절건물에서 공급된 약 16도의 냉난방수를 이용하여 건물을 1차 냉각시킨다. 2 차로 에어컨(34)을 이용하여 최종적으로 원하는 온도까지 하강시켜준다. 모든 아파트 바닥에는 난방 코일이 설치되어 있지만 여름철에는 사용하지 않으므로 난방 코일에 16도 순환수 및 냉난방수를 순환시키면 전체 아파트의 온도가 약 2~3도 정도 하강하게 된다. As shown in FIG. 7, the cooling operation in the
냉방 열에너지 공유 방식으로 더 낮은 온도의 순환수를 전달하는 방식 대신 16도 순환수를 전달하는 방식을 사용하는 이유는, 지열히트펌프(10), 하수폐열히트펌프(20), 가정용 에어컨의 에너지 효율이 비슷하기 때문이다. 냉방 열원 전송 과정 중 배관 및 전송 손실을 고려하면 공유하는 장점이 없기 때문이다. 순환수 16도는 지중 열교환기에서 무동력으로 취득할 수 있는 최적 온도이며, 또한 실내에서 응축수가 발생하지 않는 온도이다. The reason for using a 16-degree circulating water instead of a lower temperature circulating water by the cooling heat energy sharing method,
단, 순환수 16도만으로는 냉방 운전이 불가능하므로 2차적으로 에어컨(34)을 이용 건물의 원하는 온도 및 습도를 유지하도록 한다. 열에너지 소비 건물에서 순환수 16도로 냉각할 수 있는 부하는 냉방부하의 약 60% 정도이고, 에어컨(34)으로 냉각하는 부하는 약 40% 정도 된다. 따라서 기존 대비 가정용 에어컨(34) 사용량을 약 40%로 축소하여 운영할 수 있다.However, since only 16 degrees of circulating water is impossible to operate cooling,
냉방 부하 60%을 담당하는 16도의 순환수는 무동력의 지중 열교환기와 에너지 효율이 2배 향상된 하수폐열히트펌프(20)에서 얻을 수 있다. 본 발명의 냉방 열에너지 공유 방식을 적용하면, 에어컨을 사용하는 경우의 전기 부하의 약 52%의 전기 부하로 냉방운전이 가능하다. 에어컨(34)에서 40%의 에너지를 소비하며, 지열 순환수는 부하율 평균 40%에서 반송 동력이 5%이므로 2%의 에너지를 소비하며, 하수폐열히트펌프(20)는 부하율 20%에서 에너지 효율 2배이므로 10%의 에너지를 소비한다. 따라서 약 52% 냉방 부하로 열에너지 소비 건물의 냉방 부하가 축소된다. 16 degrees circulating water responsible for 60% of the cooling load can be obtained from a non-powered underground heat exchanger and a sewage waste
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다. While the above has been shown and described with respect to preferred embodiments of the present invention, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, it is usually in the technical field to which the invention belongs without departing from the spirit of the invention claimed in the claims. Various modifications can be made by those skilled in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or prospect of the present invention.
1: 에너지 생산건물 2: 에너지 조절건물
3: 에너지 소비건물 4: 전송배관
10: 지열히트펌프 20: 하수폐열히트펌프
11, 21: 압축기 12, 22: 급탕 열교환기
13: 실내기 열교환기 14, 24: 난방공유 열교환기
15, 25: 실외기 열교환기 16, 26: 팽창밸브
17, 27: 4방밸브 18: 지열교환파이프
19: 냉각탑 28: 하수폐열교환파이프
32: 급탕 열교환기 33: 냉난방 열교환기
34: 에어컨 1: energy production building 2: energy control building
3: energy consumption building 4: transmission piping
10: geothermal heat pump 20: sewage waste heat heat pump
11, 21:
13: indoor
15, 25: outdoor
17, 27: 4-way valve 18: Geothermal exchange pipe
19: cooling tower 28: sewage waste heat exchange pipe
32: hot water supply heat exchanger 33: heating and cooling heat exchanger
34: air conditioning
Claims (8)
하수와 열교환이 이루어지는 하수폐열교환파이프를 순환하는 순환수와 외부 구동에너지에 의해서 순환되는 냉매 사이에 냉방 사이클과 난방 사이클을 포함하는 열교환 사이클을 수행하는 하수폐열히트펌프를 포함하는 에너지 조절건물과,
상기 지열히트펌프와 하수폐열히트펌프에서의 열교환 사이클 수행에 의해서 온도가 변환된 냉수 또는 온수가 흐르는 전송배관과,
상기 전송배관으로부터 냉수 또는 온수를 전달받아 열교환 사이클을 수행하는 에너지 소비건물과,
상기 전송배관을 흐르는 냉수 또는 온수의 온도 및 압력을 측정하여, 상기 하수폐열히트펌프를 제어하도록 구성된 제어장치를 구비하며,
상기 지열히트펌프는,
냉매를 고온고압 상태로 압축하는 압축기와,
냉방 사이클과 난방 사이클에서 상기 압축기에서 압축된 고온고압의 냉매와 외부로부터 유입된 급탕수 사이의 열교환을 행하여 급탕수를 가열하는 급탕 열교환기와,
냉매를 저온저압 상태로 팽창시켜 출력하는 팽창밸브와,
상기 팽창밸브와 직렬로 연결되며, 상기 냉방 사이클에서는 냉매와 외부로부터 유입된 냉난방수 사이의 열교환을 행하여 냉난방수를 냉각하고, 상기 난방 사이클에서는 냉매와 외부로부터 유입된 냉난방수 사이의 열교환을 행하여 냉난방수를 가열하는 난방공유 열교환기와,
상기 난방공유 열교환기와 직렬로 연결되며, 상기 냉방 사이클에서는 냉매와 상기 에너지 생산건물 내부를 순환하는 냉난방수 사이의 열교환을 행하여 냉난방수를 냉각하고, 상기 난방 사이클에서는 냉매와 상기 에너지 생산건물 내부를 순환하는 냉난방수 사이의 열교환을 행하여 냉난방수를 가열하는 실내기 열교환기와,
냉매와 상기 지열교환파이프를 순환하는 순환수 사이의 열교환을 행하는 실외기 열교환기와,
상기 실외기 열교환기, 상기 압축기, 상기 급탕열교환기 및 상기 실내기 열교환기와 연결되며, 상기 에너지 생산건물의 열교환 사이클을 상기 냉방 사이클과 난방 사이클로 전환할 수 있도록, 냉매의 흐름의 역전시키는 4방밸브를 포함하며,
상기 전송배관은 상기 급탕열교환기에서 가열된 급탕수가 흐르는 급탕수 전송배관과 상기 난방공유열교환기에서 가열 또는 냉각된 냉난방수가 흐르는 냉난방수 전송배관을 포함하며,
상기 지열교환파이프를 순환하는 순환수가 상기 난방 사이클에서는 상기 실외기 열교환기에 공급되고, 상기 냉방 사이클에서는 상기 냉난방수 전송배관에 직접 공급되도록 순환수의 흐름을 전환하는 밸브를 더 포함하는 복수 건물에서의 열에너지 공유 시스템.An energy production building including a geothermal heat pump for performing a heat exchange cycle including a cooling cycle and a heating cycle between the circulating water circulating in the ground and the refrigerant circulated by external driving energy;
An energy control building including a sewage waste heat heat pump for performing a heat exchange cycle including a cooling cycle and a heating cycle between a circulating water circulating through a sewage waste heat exchange pipe in which sewage and heat exchange are performed, and a refrigerant circulated by external driving energy;
A transmission pipe through which cold water or hot water whose temperature is converted by performing a heat exchange cycle in the geothermal heat pump and the sewage waste heat heat pump;
An energy consuming building that receives cold water or hot water from the transmission pipe and performs a heat exchange cycle;
It is provided with a control device configured to control the sewage waste heat heat pump by measuring the temperature and pressure of cold water or hot water flowing through the transmission pipe,
The geothermal heat pump,
A compressor for compressing the refrigerant at a high temperature and high pressure;
A hot water heat exchanger configured to heat a hot water supply by performing heat exchange between a high temperature and high pressure refrigerant compressed by the compressor in a cooling cycle and a heating cycle, and hot water introduced from the outside;
An expansion valve for expanding and outputting the refrigerant at a low temperature and low pressure;
It is connected in series with the expansion valve, and in the cooling cycle performs heat exchange between the refrigerant and the cooling and cooling water introduced from the outside to cool the cooling and heating water, and in the heating cycle, heat exchange between the refrigerant and the cooling and cooling water introduced from the outside Heating sharing heat exchanger and heating water,
It is connected in series with the heating sharing heat exchanger, and in the cooling cycle performs a heat exchange between the refrigerant and the cooling and heating water circulating inside the energy production building to cool the cooling and heating water, in the heating cycle to circulate the refrigerant and the energy production building inside An indoor unit heat exchanger for heating the heating and cooling water by performing heat exchange between heating and cooling water,
An outdoor unit heat exchanger configured to perform heat exchange between a refrigerant and circulating water circulating through the geothermal heat exchange pipe;
A four-way valve connected to the outdoor unit heat exchanger, the compressor, the hot water supply heat exchanger, and the indoor unit heat exchanger, and inverting the flow of the refrigerant to convert the heat exchange cycle of the energy production building into the cooling cycle and the heating cycle. ,
The transfer pipe includes a hot water supply pipe through which the hot water is heated in the hot water heat exchanger, and a heating and cooling water transfer pipe through which the heating and cooling air is heated or cooled in the heating shared heat exchanger.
The circulating water circulating through the geothermal heat exchange pipe is supplied to the outdoor unit heat exchanger in the heating cycle, and in the cooling cycle, the heat energy in the plurality of buildings further includes a valve for switching the flow of the circulating water so as to be directly supplied to the cooling / heating water transmission pipe. Shared system.
상기 실외기 열교환기의 응축열을 흡수하는 냉각수를 공급하는 냉각탑을 더 포함하는 복수 건물에서의 열에너지 공유 시스템.The method of claim 1,
And a cooling tower for supplying cooling water for absorbing the heat of condensation of the outdoor unit heat exchanger.
상기 하수폐열히트펌프는,
냉매를 고온고압 상태로 압축하는 압축기와,
상기 압축기에서 압축된 고온고압의 냉매와 외부로부터 유입된 급탕수 사이의 열교환을 행하여 급탕수를 가열하는 급탕 열교환기와,
냉매를 저온저압 상태로 팽창시켜 출력하는 팽창밸브와,
상기 팽창밸브와 직렬로 연결되며, 상기 냉방 사이클에서는 냉매와 외부로부터 유입된 냉난방수 사이의 열교환을 행하여 냉난방수를 냉각하고, 상기 난방 사이클에서는 냉매와 외부로부터 유입된 냉난방수 사이의 열교환을 행하여 냉난방수를 가열하는 난방공유 열교환기와,
냉매와 상기 하수폐열교환파이프를 순환하는 순환수 사이의 열교환을 행하는 실외기 열교환기와,
상기 실외기 열교환기, 상기 압축기, 상기 급탕열교환기 및 상기 난방공유 열교환기와 연결되며, 상기 에너지 조절건물의 열교환 사이클을 상기 냉방 사이클과 난방 사이클로 전환할 수 있도록, 냉매의 흐름의 역전시키는 4방밸브를 포함하는 복수 건물에서의 열에너지 공유 시스템.The method of claim 1,
The sewage waste heat heat pump,
A compressor for compressing the refrigerant at a high temperature and high pressure;
A hot water heat exchanger configured to heat the hot water by performing heat exchange between the high temperature and high pressure refrigerant compressed by the compressor and the hot water introduced from the outside;
An expansion valve for expanding and outputting the refrigerant at a low temperature and low pressure;
It is connected in series with the expansion valve, and in the cooling cycle performs a heat exchange between the refrigerant and the cooling and cooling water introduced from the outside to cool the cooling and heating water, and in the heating cycle to heat exchange between the refrigerant and the cooling and cooling water introduced from the outside Heating sharing heat exchanger and heating water,
An outdoor unit heat exchanger configured to perform heat exchange between a refrigerant and circulating water circulating in the sewage waste heat exchange pipe;
A four-way valve connected to the outdoor unit heat exchanger, the compressor, the hot water supply heat exchanger, and the heating shared heat exchanger, and converting the heat exchange cycle of the energy control building into the cooling cycle and the heating cycle; Thermal energy sharing system in a plurality of buildings including.
상기 전송배관은 가열된 급탕수가 흐르는 급탕수 전송배관과 가열 또는 냉각된 냉난방수가 흐르는 냉난방수 전송배관으로 분리된 복수 건물에서의 열에너지 공유 시스템.
The method of claim 7, wherein
The transmission pipe is a heat energy sharing system in a plurality of buildings separated into a hot and cold water supply pipe flows through the heated hot water supply and the heating and cooling air-cooled water heating pipe.
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