KR101884097B1 - 지열을 이용한 냉난방 시스템 - Google Patents

지열을 이용한 냉난방 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101884097B1
KR101884097B1 KR1020160184012A KR20160184012A KR101884097B1 KR 101884097 B1 KR101884097 B1 KR 101884097B1 KR 1020160184012 A KR1020160184012 A KR 1020160184012A KR 20160184012 A KR20160184012 A KR 20160184012A KR 101884097 B1 KR101884097 B1 KR 101884097B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heating
unit
temperature sensor
side temperature
return
Prior art date
Application number
KR1020160184012A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180079576A (ko
Inventor
장명훈
Original Assignee
주식회사 위지트에너지
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 위지트에너지 filed Critical 주식회사 위지트에너지
Priority to KR1020160184012A priority Critical patent/KR101884097B1/ko
Publication of KR20180079576A publication Critical patent/KR20180079576A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101884097B1 publication Critical patent/KR101884097B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/30—Control or safety arrangements for purposes related to the operation of the system, e.g. for safety or monitoring
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1009—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating
    • F24D19/1048—Counting of energy consumption
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/50—Control or safety arrangements characterised by user interfaces or communication
    • F24F11/52—Indication arrangements, e.g. displays
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/50—Control or safety arrangements characterised by user interfaces or communication
    • F24F11/56—Remote control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/62—Control or safety arrangements characterised by the type of control or by internal processing, e.g. using fuzzy logic, adaptive control or estimation of values
    • F24F11/63—Electronic processing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/62—Control or safety arrangements characterised by the type of control or by internal processing, e.g. using fuzzy logic, adaptive control or estimation of values
    • F24F11/63—Electronic processing
    • F24F11/65—Electronic processing for selecting an operating mode
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/70—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof
    • F24F11/80—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the temperature of the supplied air
    • F24F11/83—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the temperature of the supplied air by controlling the supply of heat-exchange fluids to heat-exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F5/00—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater
    • F24F5/0046—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater using natural energy, e.g. solar energy, energy from the ground
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00—Heat pumps
    • F25B30/06—Heat pumps characterised by the source of low potential heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/30—Control or safety arrangements for purposes related to the operation of the system, e.g. for safety or monitoring
    • F24F11/49—Control or safety arrangements for purposes related to the operation of the system, e.g. for safety or monitoring ensuring correct operation, e.g. by trial operation or configuration checks
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F5/00—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater
    • F24F5/0046—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater using natural energy, e.g. solar energy, energy from the ground
    • F24F2005/0057—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater using natural energy, e.g. solar energy, energy from the ground receiving heat-exchange fluid from a closed circuit in the ground
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F2140/00—Control inputs relating to system states
    • F24F2140/20—Heat-exchange fluid temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2313/00—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for
    • F25B2313/002—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for geothermal
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/40—Geothermal heat-pumps

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Fuzzy Systems (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Other Air-Conditioning Systems (AREA)

Abstract

본 발명은 수용가에서 희망하는 온도로 냉난방 순환 유체를 공급할 수 있으며, 냉난방을 동시에 계량할 수 있으며, 온도센서의 이상 유무를 원격으로 점검할 수 있는 지열을 이용한 냉난방 시스템에 관한 것으로,
본 발명의 실시예에 따른 지열을 이용한 냉난방 시스템은,
지중에 설치된 지열 교환부; 상기 지열 교환부와 열교환되면서 수용가에 순환 유체를 공급하며, 상기 순환 유체를 가열할 수 있는 가열부가 구비된 히트 펌프; 상기 수용가의 공급측 배관에 설치되는 공급측 온도센서와, 상기 수용가의 환수측 배관에 설치되는 환수측 온도센서와, 상기 수용가로 공급되는 순환 유체의 유량을 측정하는 유량 측정부와, 상기 공급측 온도센서, 상기 환수측 온도센서, 상기 유량 측정부로부터 정보를 제공받아 연산하는 연산부와, 외부의 관리서버와의 유무선통신을 지원하는 통신부가 구비된 적산 열량계; 사용자로부터 희망온도를 입력받고, 상기 희망온도와 상기 지열 교환부로부터 상기 히트 펌프로 공급되는 순환 유체의 온도차만큼 상기 가열부를 구동하도록 하는 제어신호를 생성하는 콘트롤러; 상기 적산 열량계로부터 전송된 정보를 이용하여 상기 콘트롤러로 상기 공급측 온도센서와 상기 환수측 온도센서의 이상 유무를 알려주는 관리서버를 포함한다.

Description

지열을 이용한 냉난방 시스템 {Heating and cooling system using geothermal}
본 발명은 지열을 이용한 냉난방 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 수용가에서 희망하는 온도로 냉난방 순환 유체를 공급할 수 있으며, 냉난방을 동시에 계량할 수 있으며, 온도센서의 이상 유무를 원격으로 점검할 수 있는 지열을 이용한 냉난방 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 사용되는 에너지원으로서 석탄, 석유, 천연가스 등과 같은 화석 연료를 이용하거나, 또는 핵연료를 이용하는 경우가 대부분이다. 그러나, 화석 연료는 연소과정에서 발생하는 각종 공해물질로 인하여 환경을 오염시키고, 핵연료는 수질오염 및 방사능과 같은 유해물질을 발생시키는 단점과 함께 이들 에너지원은 매장량의 한계가 있다.
따라서, 근래에는 이를 대신할 수 있는 대체 에너지 개발이 활발하게 진행되고 있다. 이러한 대체에너지 중에서도 풍력, 태양열, 지열 등과 같은 자연에너지에 관한 연구가 오래 전부터 진행되어 실질적으로 이를 이용한 냉난방장치가 설치되어 사용되고 있는데, 이들 자연에너지는 환경오염과 기후변화에 거의 영향을 미치지 않으면서 무한한 에너지를 얻을 수 있는 장점이 있는 반면, 에너지 밀도가 대단히 낮은 결점으로 인하여 그 밀도를 높여 이용가능한 형태로 변환하는 것이 자연에너지 기술개발의 핵심관건이라 할 수 있다.
이러한 자연에너지 기술 중의 하나로 각광받고 있는 것이 지열을 열원으로 이용하여 냉난방을 행하는 히트펌프 시스템이 알려져 있다. 지열을 이용한 히트펌프 시스템은 온도가 10~20℃의 지중의 열을 환수하거나 지중으로 열을 배출할 수 있도록 열교환기를 설치하여 히트펌프의 열원으로 사용하는 기술이다.
일반적으로 히트펌프의 열원으로는 에어컨과 같이 대기중에서 열을 얻거나 배출하는 공기열원방식, 냉각탑을 통해 열을 배출하는 수열원방식 등이 사용된다. 지열원을 이용하면 공기열원과 비교할 때 에너지 효율이 매우 높아지는 장점이 있다.
특히, 사계절의 변화가 뚜렷한 지역의 연중 대기온도는 -20 ~ 40℃까지 큰 폭으로 변화하는데 반해, 지중온도는 지하 5m 이하의 경우 연중 10 ~ 20℃로 거의 일정하게 유지된다.
따라서, 여름철에 냉방을 하는 경우 공기열원의 온도는 30℃이상으로 냉방열을 배출하기 위해 많은 전력이 소모되는 반면, 지열원은 10~20℃로 원활하게 열을 배출하므로 높은 효율을 나타낸다. 반대로 겨울철에 난방을 하는 경우 공기열원은 최하 -20℃의 온도로 난방에 필요한 열을 공급하기 어려운 반면 지중열원은 10~20℃로 높아 안정적으로 난방열을 히트펌프에 공급할 수 있다.
이와 같은 지열을 이용한 히트펌프 시스템은 모든 냉난방기술 중에서 에너지효율이 가장 높은 것으로 알려져 있다. 따라서 에너지 자원이 부족하고 에너지 비용이 높은 상황에서 반드시 필요한 기술이라 할 수 있다.
본 발명은 수용가에서 희망하는 온도로 냉난방 순환 유체를 공급할 수 있으며, 냉난방을 동시에 계량할 수 있으며, 온도센서의 이상 유무를 원격으로 점검할 수 있는 지열을 이용한 냉난방 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 지열을 이용한 냉난방 시스템은,
지중에 설치된 지열 교환부; 상기 지열 교환부와 열교환되면서 수용가에 순환 유체를 공급하며, 상기 순환 유체를 가열할 수 있는 가열부가 구비된 히트 펌프; 상기 수용가의 공급측 배관에 설치되는 공급측 온도센서와, 상기 수용가의 환수측 배관에 설치되는 환수측 온도센서와, 상기 수용가로 공급되는 순환 유체의 유량을 측정하는 유량 측정부와, 상기 공급측 온도센서, 상기 환수측 온도센서, 상기 유량 측정부로부터 정보를 제공받아 연산하는 연산부와, 외부의 관리서버와의 유무선통신을 지원하는 통신부가 구비된 적산 열량계; 사용자로부터 희망온도를 입력받고, 상기 희망온도와 상기 지열 교환부로부터 상기 히트 펌프로 공급되는 순환 유체의 온도차만큼 상기 가열부를 구동하도록 하는 제어신호를 생성하는 콘트롤러; 상기 적산 열량계로부터 전송된 정보를 이용하여 상기 콘트롤러로 상기 공급측 온도센서와 상기 환수측 온도센서의 이상 유무를 알려주는 관리서버를 포함한다.
본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 히트 펌프는, 상기 콘트롤러로부터 전송되는 제어신호를 수신할 수 있는 통신모듈과, 수신된 제어신호를 기초로 상기 가열부의 구동을 제어하는 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 콘트롤러는, 냉난방 운전모드를 선택하는 운전모드 선택부와, 희망온도를 입력하는 온도 입력부와, 상기 공급측 온도센서 및 상기 환수측 온도센서의 역설치 여부와 불량 여부를 알려주는 알림부와, 사용 열량을 표시하는 열량 표시부와, 상기 히트 펌프 및 관리서버와 통신을 수행하는 통신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 운전모드 선택부는 냉방모드, 난방모드, 자동모드를 포함하며, 상기 냉방모드가 선택되면, 상기 적산 열량계는 환수측 온도에서 공급측 온도를 차감하여 사용 열량을 계산하고, 상기 난방모드가 선택되면, 상기 적산 열량계는 공급측 온도에서 환수측 온도를 차감하여 사용 열량을 계산하고, 상기 자동모드가 선택되면, 상기 적산 열량계는 공급측 온도가 환수측 온도보다 높을 경우 난방모드로 자동 운용하고, 환수측 온도가 공급측 온도보다 높을 경우 냉방모드로 자동 운용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 난방모드 운용 중에 공급측 온도가 환수측 온도보다 낮은 경우 또는 상기 냉방모드 운용 중에 환수측 온도가 공급측 온도보다 낮은 경우에, 상기 적산 열량계는 상기 공급측 온도센서 및 상기 환수측 온도센서가 반대로 설치되었음을 알리는 역설치 오류 신호를 생성하고, 상기 자동모드 운용 중에는 역설치 오류 신호를 생성하지 않는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 관리서버는, 상기 적산 열량계로부터 전송된 적산열량값을 포함하는 정보를 저장하는 열량 데이터베이스와, 상기 적산 열량계 및 상기 콘트롤러와 유무선통신하기 위한 통신모듈과, 상기 열량 데이터베이스에 정보를 입출력하고 상기 통신모듈의 동작을 제어하는 제어모듈과, 상기 공급측 온도센서 및 상기 환수측 온도센서의 이상 유무를 판단하여 경고 신호를 발생시키는 경고모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양상에 의하면, 상기 경고모듈은, 각 세대별 적산 열량계에서 계측된 사용 열량을 비교 분석하여, 특정 세대의 사용 열량이 다른 세대와 비교해서 비정상적으로 높거나 낮은 경우, 또는 다른 세대는 모두 난방중인데 특정 세대가 냉방중인 경우, 상기 공급측 온도센서 및 상기 환수측 온도센서에 이상이 있을 가능성이 있음을 해당 세대의 콘트롤러로 전송하는 것을 특징으로 한다.
기타 본 발명의 다양한 측면에 따른 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 수용가에서 희망하는 온도로 냉난방 순환 유체를 공급할 수 있으며, 냉난방을 동시에 계량할 수 있으며, 온도센서의 이상 유무를 원격으로 점검할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지열을 이용한 냉난방 시스템이 도시된 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지열을 이용한 냉난방 시스템에 사용되는 적산 열량계가 도시된 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 지열을 이용한 냉난방 시스템에 사용되는 콘트롤러가 도시된 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 지열을 이용한 냉난방 시스템에 사용되는 관리서버가 도시된 블록도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 지열을 이용한 냉난방 시스템을 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지열을 이용한 냉난방 시스템이 도시된 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 지열을 이용한 냉난방 시스템(이하 ‘냉난방 시스템’이라 함)은, 지열 교환부(100)와, 히트 펌프(200)와, 적산 열량계(300)와 콘트롤러(400)와 관리서버(500)를 포함한다.
지열 교환부(100)는 지중(E)에 매설되어, 지중 열교환관(110)을 통해 유동된 순환 유체가 지중과 열교환될 수 있도록 한다. 지중 열교환관(110)의 일단을 통해 히트 펌프(200)로부터 유출된 순환 유체가 지열 교환부(100)로 유입되고, 지중 열교환관(110)의 타단을 통해 지열 교환부(100)에 의해 열교환된 순환 유체가 히트 펌프(200)로 공급된다.
지중의 온도는 지표에서는 기온과 같으나, 지하 1∼2m 깊이에서는 1일 중의 변화가 거의 없다. 그러나 1년을 통해서 보면 다소의 변화가 있는데, 그 극대기와 극소기는 지표에서의 연변화에 비하여 조금 늦다. 그러나 깊이 10∼20m 부근에는 계절변화에도 거의 변하지 않고 일정하게 유지될 수 있다.
여름철인 경우, 지중 온도가 대기 온도보다 낮아서 지열 교환부(100)가 순환 유체의 열을 흡수하는 냉각 기능을 수행하고, 겨울철인 경우, 지중 온도가 대기 온도보다 높아서 지열 교환부(100)가 순환 유체에 열을 공급하는 난방 기능을 수행한다.
도면부호 120은 열교환된 순환 유체를 끌어 올리는 펌프이다.
히트 펌프(200)는 냉매의 발열 또는 응축열을 이용하여 저온의 열원을 고온으로 전달하거나 고온의 열원을 저온으로 전달하여, 수용가(C)에 대해 냉난방을 수행할 수 있는 냉난방 장치로, 압축기, 증발기, 응축기, 팽창 밸브 등으로 구성된다. 압축기, 증발기, 응축기, 팽창 밸브는 일반적으로 널리 이용되는 부품으로 구성될 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
다만, 본 발명에서 히트 펌프(200)는 전기모터에 의해 구동되는 가열부(210)를 더 구비한다. 가열부(210)는 콘트롤러(400)에서 생성된 제어신호를 받아서, 히트 펌프(200)에서 수용가(C, 또는 세대)로 공급되는 순환 유체가 사용자가 원하는 온도가 되도록 가열한다. 가열부(210)에 의해 소비되는 전력량은 콘트롤러(400)로 전달되어 사용자가 소비 전력량을 확인할 수 있도록 한다.
이를 위해, 히트 펌프(200)는 콘트롤러(400)로부터 전송되는 제어신호를 수신할 수 있는 통신모듈(220)과, 수신된 제어신호에 맞게 가열부(210)의 구동을 제어하는 제어모듈(230)을 구비한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지열을 이용한 냉난방 시스템에 사용되는 적산 열량계가 도시된 블록도이다.
적산 열량계(300)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 공급측 배관(310)에 설치되며 유입되는 순환 유체의 온도를 감지하는 공급측 온도센서(311)와, 환수측 배관(320)에 설치되며 유출되는 순환 유체의 온도를 감지하는 환수측 온도센서(321)와, 유입되는 순환 유체의 유량을 측정하는 유량 측정부(330)와, 각 온도센서(311, 321)와 유량 측정부(330)로부터 정보를 제공받아 연산하는 연산부(340)와, 적산 열량계(300)에서 감지 및 산출된 정보를 저장하는 메모리(350)와, 외부의 관리서버(500)와의 유무선통신을 지원하는 통신부(360)와, 정보의 송수신과 통신 지원을 제어하는 제어부(370)를 포함할 수 있다.
공급측 온도센서(311) 및 환수측 온도센서(321)는 백금(Pt)을 이용한 온도 센서일 수 있다.
공급측 온도센서(311)는, 공급측 배관(310)에 설치되어 수용가로 유입되는 순환 유체의 온도를 감지하며, 공급측 온도센서(311)에서 감지된 공급측 온도 정보는 연산부(340)와 제어부(370)로 제공된다. 제어부(370)에서는 공급측 온도 정보를 메모리(350)에 저장할 수 있다.
환수측 온도센서(321)는 수용가에서 소비되고 유출되는 순환 유체가 통과하는 환수측 배관(320)에 설치되며, 환수측 온도센서(321)에서 감지된 환수측 온도 정보는 연산부(340)와 제어부(370)로 제공되고, 제어부(370)에서는 환수측 온도 정보를 메모리(350)에 저장할 수 있다.
유량 측정부(330)는, 환수측 배관(320)에 설치되며, 임펠러를 이용하여 일정 유량의 유출시 발생하는 유량펄스를 감지하여 유량을 산출할 수 있다. 유량 측정부(330)에서 산출된 유량은 연산부(340)와 제어부(370)로 제공되고, 제어부(370)는 유량을 메모리(350)에 저장할 수 있다.
연산부(340)에서는 공급측 온도센서(311), 환수측 온도센서(321), 유량 측정부(330)로부터 환수측 온도, 공급측 온도, 유량에 대한 정보가 수신되면, 수신된 정보들을 이용하여 순시열량값을 산출하고, 순시열량값을 누적하여 적산열량값을 산출한다. 연산부(340)에서는 산출된 순시열량값과 적산열량값은, 제어부(370)를 통해 메모리(350)에 저장된다.
메모리(350)에는, 공급측 온도센서(311), 환수측 온도센서(321), 유량 측정부(330)로부터 제공된 환수측 온도, 공급측 온도, 유량과 함께, 연산부(340)에서 연산된 순시열량값, 적산열량값이 저장되며, 환수측 온도, 공급측 온도, 유량이 검출된 상세한 시간정보가 함께 저장된다. 이러한 메모리(350)는 용량에 한계가 있으므로, 저장된 데이터가 일정 이상 용량에 도달하면, 과거의 데이터부터 순차적으로 삭제되고, 새로운 데이터가 기록된다.
통신부(360)는 원격지의 관리서버(100)와의 통신을 지원하며, PLC (Powe Line Communication), RS-485 (Recommend Standard number 485), PSTN (Public Switched Telephone Network) 등의 유선 통신방식 또는 WPAN(Wireless Personal Area Network), WPAN/WLAN(Wireless Local Area Network) 등의 무선 통신방식을 사용할 수 있다.
PLC는 전력선을 이용하여 음성, 문자 데이터, 영상 등을 전송하는 기술로서, 교류전력을 공급하는 전력선에 교류주파수보다도 휠씬 높은 주파수 신호를 실어보냄으로써, 정보를 송수신할 수 있다. 시리얼 통신방식인 RS-485는 한번에 송신 또는 수신 중 하나만을 할 수 있는 반이중 통신방식으로서, 데이터의 전송길이가 길다는 특징이 있다. PSTN은 유선전화 회선교환방식으로서, 공중 전화 교환망을 이용하여 교환국을 통해 불특정 다수의 가입자들에게 음성 전화나 자료 교환 서비스를 제공할 수 있다.
WPAN은 무선 네트워크 기술에 의해 각종 전자기기들을 네트워크로 연결하는 방식으로서, 블루투스(Bluetooth), Zigbee, UWB(Ultra Wide Band) 등을 포함하며, 수십 내지 수백 미터 떨어진 곳의 기기를 무선으로 연결하여 통신할 수 있다. WLAN은 유선으로 연결되지 않은 장비로도 주파수를 이용하여 데이터를 주고받을 수 있도록 하는 무선 네트워크 통신방식이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 지열을 이용한 냉난방 시스템에 사용되는 콘트롤러가 도시된 블록도이다.
콘트롤러(400)는, 수용가 내부에 설치되어 사용자가 희망하는 온도를 입력받아서 히트 펌프(200)의 가열부(210)를 구동하는 제어신호를 생성한다. 또한, 콘트롤러(400)는 사용자가 냉방 또는 난방 또는 자동 모드 등의 냉난방 운전모드를 선택할 수 있도록 한다. 또한, 콘트롤러(400)는 적산 열량계(300) 동작의 불량 여부를 표시하여 사용자로 하여금 수리/교체 등의 적절한 조치를 취하도록 유도한다. 또한, 콘트롤러(400)는 사용 열량을 표시하여 사용자로 하여금 소비 전력량을 확인할 수 있도록 한다.
이를 위해, 콘트롤러(400)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 냉난방 운전모드를 선택하는 운전모드 선택부(410), 희망온도를 입력하는 온도 입력부(420), 온도센서(311, 321)의 역설치 여부와 온도센서(311, 321)의 불량 여부를 알려주는 알림부(430), 사용 열량을 표시하는 열량 표시부(440), 히트 펌프(200) 및 관리서버(500)와 통신을 수행하는 통신부(450)를 포함한다. 여기서, 콘트롤러(400)는 월패드(wallpad)일 수 있다.
사용자는 운전모드 선택부(410)에서 어느 하나의 모드를 선택하여 적산 열량계(300)의 운전모드를 선택할 수 있다.
사용자가 ‘냉방’을 선택하면, 적산 열량계(300)는 냉방모드로 동작한다. 냉방모드 선택시 사용 열량 계산은 ‘환수측 온도 - 공급측 온도’를 이용한다.
사용자가 ‘난방’을 선택하면, 적산 열량계(300)는 난방모드로 동작한다. 난방모드 선택시 사용 열량 계산은 ‘공급측 온도 - 환수측 온도’를 이용한다.
난방모드로 운용 중에 공급측 온도가 환수측 온도보다 낮은 경우에, 적산 열량계(300)의 제어부(370)는 온도센서(311, 321)가 반대로 설치되었음을 알리는 역설치 오류 신호를 생성하고, 제어부(370)는 ‘환수측 온도 - 공급측 온도’를 이용하여 열량을 계산한다.
냉방모드로 운용 중 환수측 온도가 공급측 온도보다 낮은 경우에, 적산 열량계(300)의 제어부(370)는 온도센서(311, 321)가 반대로 설치되었음을 알리는 역설치 오류 신호를 생성하고, 제어부(370)는 ‘공급측 온도 - 환수측 온도’를 이용하여 열량을 계산한다.
한편, 열량 계산에 사용되는 K-Factor는 유량 측정부(330)의 설치 위치에 의해 결정된다.
사용자가 ‘자동’을 선택하면, 적산 열량계(300)는 자동운전 모드로 동작한다. 자동운전 모드는 온도센서(311, 321)의 온도 측정에 의해 자동으로 지정된다. 즉, 공급측 온도가 환수측 온도보다 높을 경우(1℃ 이상) 난방모드로 자동 운용하고, 환수측 온도가 공급측 온도보다 높을 경우(1℃ 이상) 냉방모드로 자동 운용한다. 온도차가 1℃ 미만일 경우에는 이전에 운용되는 모드를 계속 유지한다. 열량 계산에 사용되는 K-Factor는 유량 측정부(330)의 설치 위치와 운전 모드에 의해 결정된다. 자동 운전 모드에서는 역설치 오류 신호를 생성하지 않는다.
사용자가 온도 입력부(420)를 통해 희망온도를 입력하면, 이 입력 신호는 통신부(450)를 통해 히트 펌프의 통신모듈(220)로 전송되고, 히트 펌프의 제어모듈(230)은 지중 열교환관(110)을 통해 유입된 순환 유체의 온도와 사용자가 입력한 희망온도를 비교하여, 그 차에 해당하는 만큼의 온도가 상승(또는 하강)하도록 가열부(210)를 구동한다. 이때, 지중 열교환관(110)을 통해 유입되는 순환 유체는 일정한 온도값을 가질 수 있다. 이는 지열 교환부(100) 설치시 해당 지중의 온도를 측정한 값일 수 있고, 측정된 온도값이 히트 펌프(200)의 제어모듈(230)에 미리 설정될 수 있다. 또는, 히트 펌프의 유입측에 별도의 온도센서(미도시)를 설치하여 지중 열교환관(110)을 통해 유입되는 순환 유체의 온도값을 감지하고, 이를 히트 펌프(200)의 제어모듈(230)에 전송한 다음, 사용자가 입력한 희망온도와 비교할 수 있다.
예를 들어, 사용자가 희망온도로 25℃를 입력하였고, 히트 펌프(200)에 미리 설정된 순환 유체의 온도 또는 히트 펌프의 유입측의 온도센서(미도시)에 의해 감지된 온도가 20℃인 경우, 부족한 5℃만큼 상승시키도록 가열부(210)가 가동될 수 있다. 가열부(210)는 전기모터를 포함할 수 있다.
가열부(210) 가동에 소비된 전력량은 콘트롤러(400)의 통신부(450)로 전송되고, 콘트롤러(400)의 표시부(440)는 소비 전력량 또는 사용 열량으로 환산하여 표시한다.
한편, 온도센서(311, 321)의 불량 여부는 다음의 과정으로 판단되어 알림부(430)를 통해 표시될 수 있다. 적산 열량계(300)와 통신하는 관리 서버(500)는 각 세대별 값을 분석한 결과, 특정 세대의 사용 열량이 다른 세대와 비교해서 비정상적으로 높거나 낮은 경우, 또는 다른 세대는 모두 난방중인데 특정 세대가 냉방중인 경우, 온도센서(311, 321)에 이상이 있을 가능성이 있음을 해당 세대의 콘트롤러(400)로 전송할 수 있다. 이를 수신한 콘트롤러(400)는 알림부(430)를 통해 온도센서의 불량 여부를 알려준다. 이렇게 관리서버(500)에서 전송되는 온도센서 불량 신호는 실제로 온도센서(311, 321)가 불량임을 확정적으로 알려주는 것이 아니라, 불량 가능성이 높다는 것을 알려주는 것이며, 사용자는 이를 확인하여 온도센서(311, 321)의 이상 유무를 직접 체크할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 지열을 이용한 냉난방 시스템에 사용되는 관리서버가 도시된 블록도이다.
관리서버(500)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 적산 열량계(300)로부터 전송된 적산열량값을 포함하는 정보를 저장하는 열량 데이터베이스(510)와, 적산 열량계(300) 및 콘트롤러(400)와 유무선통신하기 위한 통신모듈(520)과, 열량 데이터베이스(510)에 정보를 입출력하고 통신모듈(520)의 동작을 제어하는 제어모듈(530)과, 온도센서의 이상 유무를 판단하고 이를 알리는 경고 신호를 발생시키는 경고모듈(540)을 포함할 수 있다.
열량 데이터베이스(510)에는 각 세대의 적산 열량계(300)로부터 전송된 환수측 온도, 공급측 온도, 유량, 순시열량값, 및 적산열량값이 실시간으로 저장되며, 환수측 온도, 공급측 온도, 유량, 순시열량값, 및 적산열량값은 각 세대에 설치된 적산 열량계(300)의 ID, 적산열량값이 산출된 시간 등 정보와 매칭되어 저장된다.
통신모듈(520)은 적산 열량계(300)와 유무선통신방식으로 정보를 송수신하기 위해 동작하며, 통신방식에 따라 PLC, RS-485, PSTN 중 하나의 유선통신방식 또는 블루투스, Zigbee, Wi-Fi, UWB를 포함하는 WPAN 방식과, WPAN/WLAN 방식 중 하나의 무선 통신방식을 사용할 수 있다.
제어모듈(530)은, 적산 열량계(300)로부터 제공된 정보를 열량 데이터베이스(510)에 저장하고, 적산 열량계(300)에서 정보의 송수신에 사용하는 통신방식에 따라 유선통신 방식 또는 무선통신 방식으로 구동시킬 수 있다.
경고모듈(540)은 각 세대별 적산 열량계(300)에서 계측된 사용 열량을 비교 분석하여, 특정 세대의 사용 열량이 다른 세대와 비교해서 비정상적으로 높거나 낮은 경우, 또는 다른 세대는 모두 난방중인데 특정 세대가 냉방중인 경우, 온도센서(311, 321)에 이상이 있을 가능성이 있음을 해당 세대의 콘트롤러(400)로 전송할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100 : 지열 교환부 200 : 히트 펌프
300 : 적산 열량계 400 : 콘트롤러
500 : 관리서버

Claims (7)

  1. 지중에 설치된 지열 교환부;
    상기 지열 교환부와 열교환되면서 수용가에 순환 유체를 공급하며, 상기 순환 유체를 가열할 수 있는 가열부가 구비된 히트 펌프;
    상기 수용가의 공급측 배관에 설치되는 공급측 온도센서와, 상기 수용가의 환수측 배관에 설치되는 환수측 온도센서와, 상기 수용가로 공급되는 순환 유체의 유량을 측정하는 유량 측정부와, 상기 공급측 온도센서, 상기 환수측 온도센서, 상기 유량 측정부로부터 정보를 제공받아 연산하는 연산부와, 외부의 관리서버와의 유무선통신을 지원하는 통신부가 구비된 적산 열량계;
    사용자로부터 희망온도를 입력받고, 상기 희망온도와 상기 지열 교환부로부터 상기 히트 펌프로 공급되는 순환 유체의 온도차만큼 상기 가열부를 구동하도록 하는 제어신호를 생성하는 콘트롤러;
    상기 적산 열량계로부터 전송된 정보를 이용하여 상기 콘트롤러로 상기 공급측 온도센서와 상기 환수측 온도센서의 이상 유무를 알려주는 관리서버를 포함하며,
    상기 콘트롤러는, 냉난방 운전모드를 선택하는 운전모드 선택부와, 희망온도를 입력하는 온도 입력부와, 상기 공급측 온도센서 및 상기 환수측 온도센서의 역설치 여부와 불량 여부를 알려주는 알림부와, 사용 열량을 표시하는 열량 표시부와, 상기 히트 펌프 및 관리서버와 통신을 수행하는 통신부를 포함하고,
    상기 운전모드 선택부는 냉방모드, 난방모드, 자동모드를 포함하며,
    상기 냉방모드가 선택되면, 상기 적산 열량계는 환수측 온도에서 공급측 온도를 차감하여 사용 열량을 계산하고,
    상기 난방모드가 선택되면, 상기 적산 열량계는 공급측 온도에서 환수측 온도를 차감하여 사용 열량을 계산하고,
    상기 자동모드가 선택되면, 상기 적산 열량계는 공급측 온도가 환수측 온도보다 높을 경우 난방모드로 자동 운용하고, 환수측 온도가 공급측 온도보다 높을 경우 냉방모드로 자동 운용하며,
    상기 난방모드 운용 중에 공급측 온도가 환수측 온도보다 낮은 경우 또는 상기 냉방모드 운용 중에 환수측 온도가 공급측 온도보다 낮은 경우에, 상기 적산 열량계는 상기 공급측 온도센서 및 상기 환수측 온도센서가 반대로 설치되었음을 알리는 역설치 오류 신호를 생성하고, 상기 자동모드 운용 중에는 역설치 오류 신호를 생성하지 않는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 냉난방 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 히트 펌프는,
    상기 콘트롤러로부터 전송되는 제어신호를 수신할 수 있는 통신모듈과,
    수신된 제어신호를 기초로 상기 가열부의 구동을 제어하는 제어모듈
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 냉난방 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 관리서버는,
    상기 적산 열량계로부터 전송된 적산열량값을 포함하는 정보를 저장하는 열량 데이터베이스와,
    상기 적산 열량계 및 상기 콘트롤러와 유무선통신하기 위한 통신모듈과,
    상기 열량 데이터베이스에 정보를 입출력하고 상기 통신모듈의 동작을 제어하는 제어모듈과,
    상기 공급측 온도센서 및 상기 환수측 온도센서의 이상 유무를 판단하여 경고 신호를 발생시키는 경고모듈
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 냉난방 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 경고모듈은,
    각 세대별 적산 열량계에서 계측된 사용 열량을 비교 분석하여, 특정 세대의 사용 열량이 다른 세대와 비교해서 비정상적으로 높거나 낮은 경우, 또는 다른 세대는 모두 난방중인데 특정 세대가 냉방중인 경우, 상기 공급측 온도센서 및 상기 환수측 온도센서에 이상이 있을 가능성이 있음을 해당 세대의 콘트롤러로 전송하는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 냉난방 시스템.
KR1020160184012A 2016-12-30 2016-12-30 지열을 이용한 냉난방 시스템 KR101884097B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160184012A KR101884097B1 (ko) 2016-12-30 2016-12-30 지열을 이용한 냉난방 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160184012A KR101884097B1 (ko) 2016-12-30 2016-12-30 지열을 이용한 냉난방 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180079576A KR20180079576A (ko) 2018-07-11
KR101884097B1 true KR101884097B1 (ko) 2018-08-02

Family

ID=62917480

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160184012A KR101884097B1 (ko) 2016-12-30 2016-12-30 지열을 이용한 냉난방 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101884097B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102129433B1 (ko) * 2020-02-13 2020-07-02 안근묵 골프장용 지열냉난방 시스템

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100759341B1 (ko) * 2006-08-21 2007-09-17 위니아만도 주식회사 냉각기의 냉매관 제어방법

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100128780A (ko) * 2009-05-29 2010-12-08 코오롱건설주식회사 지열 냉/난방 온도 조절 시스템
KR101147829B1 (ko) * 2010-01-20 2012-05-18 한국건설기술연구원 계량정보를 이용한 복합제어장치 및 복합제어방법
KR20160049067A (ko) * 2014-10-22 2016-05-09 주식회사 세종이엔텍 하이브리드 지열 시스템

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100759341B1 (ko) * 2006-08-21 2007-09-17 위니아만도 주식회사 냉각기의 냉매관 제어방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102129433B1 (ko) * 2020-02-13 2020-07-02 안근묵 골프장용 지열냉난방 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180079576A (ko) 2018-07-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20190316796A1 (en) Heat Pump and Air Conditioning Grading Systems and Methods
US10295199B2 (en) Water heater controller or system
US10156378B2 (en) HVAC system remote monitoring and diagnosis of refrigerant line obstruction
KR100751834B1 (ko) 히트펌프식 냉난방 장치의 통합제어 시스템
EP2356387B1 (en) Hybrid heating system
US10352783B2 (en) Building envelope and interior grading systems and methods
CN106575103A (zh) 基于控制线电流的加热、通风、空气调节系统模式检测
KR101853325B1 (ko) 사물 인터넷을 이용한 자동제어 밸브 시스템
CN102734905B (zh) 空气调节系统及空气调节方法
KR20100128780A (ko) 지열 냉/난방 온도 조절 시스템
JP2023538321A (ja) 冷媒充填システム及び方法
US20150323211A1 (en) Hvac system grading systems and methods
Johnson Measured performance of a low temperature air source heat pump
KR101884097B1 (ko) 지열을 이용한 냉난방 시스템
KR101545104B1 (ko) 축열기능을 겸비한 냉난방 히트펌프 시스템
KR101045116B1 (ko) 지열 냉난방 공동 주택의 에너지 통합 모니터링 시스템
KR20100083686A (ko) 냉장고 제어 장치 및 그의 제어 방법
KR102052444B1 (ko) 지열냉난방 관리를 위한 정보통신 시스템
KR20130065949A (ko) 수도 및 도시가스 유속압력을 이용한 수도관 보온시스템
JP2011169515A (ja) 太陽熱利用熱源装置
WO2015171788A1 (en) Hvac system and envelope grading systems and methods
KR101093777B1 (ko) 저탄소 저비용 온실 에너지 관리 시스템
KR20100083687A (ko) 에어컨 제어 장치 및 그의 제어 방법
KR101821153B1 (ko) 보일러 난방 열량 제어 방법 및 그 장치
KR101610843B1 (ko) 냉난방 시스템 및 그 제어방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant