KR101933057B1 - 온실복합단지 냉난방 시스템 및 방법 - Google Patents

온실복합단지 냉난방 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 특히 냉온균형사이클을 이용하여 온실복합단지에 냉각과 난방 및 온수를 동시에 제공하는 시스템에 관한 것으로서, 저온이 유지되는 저온시설에 설치되어 냉매가 증발로 저온시설을 냉각시키는 증발기(13)와, 증발기(13)로부터 이송되는 냉매를 압축시키는 압축기(12)와, 압축기(12)로 압축된 냉매를 응축시키는 응축기(11)와, 응축기(11)로부터 이송되는 냉매가 저장 및 보충되는 수액기(15) 및, 수액기(15)로부터 이송되는 냉매를 팽창시키는 팽창변(14)으로 구성되는 냉온균형사이클부(10)와; 상기 응축기(11)에서 배출되는 열을 전달받아 온수를 가열시킨 후 순환시킴으로써 재배 하우스 및 근린 생활 시설에 난방을 공급하는 온수 순환부(20); 및 상기 응축기(11)에서 배출되는 열 중 상기 온수를 가열시키고 남는 열을 외부 환경으로 방출시킴으로써 상기 냉온균형사이클부(10)에 출입하는 열량의 균형을 유지시키는 열 균형유지부(80);로 구성됨으로써, 열의 수급 조절이 가능하게 되어 하나의 사이클로 항상 냉각이 필요한 냉각 수요처인 냉장 또는 냉동고와 항상 가열이 필요한 건조로, 찜질방, 급탕보일러 등의 고온 수요처에 냉각과 가열을 동시에 충족시킬 수 있는 온실복합단지 냉난방 시스템을 제공하고자 한다.

Description

온실복합단지 냉난방 시스템 및 방법{Heating and cooling system and method for greenhouse multiple complex}
본 발명은 냉난방 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 냉온균형사이클을 이용하여 온실복합단지에 냉각과 난방 및 온수를 동시에 제공하는 시스템에 관한 것이다.
현대사회는 대량생산과 대량소비로 유지되므로 생산, 유통, 운반, 소비에 이르기까지 에너지도 대량으로 소모된다. 특히 가장 많이 이용되는 에너지는 화석연료로 생산되는 에너지인데, 화석연료는 매장량에 한계가 있고 머지않아 고갈 될 수 밖에 없으며, 또한 화석에너지의 대량 사용으로 인하여 환경오염과 지구온난화로 인한 기상이변 및 생태계의 파괴는 현재에도 인류의 생존을 위협하는 수준이다.
따라서 한정된 자원의 고갈로 닥쳐올 재앙을 미연에 방지할 수 있고 또한 극도로 심각한 환경파괴를 초래하는 화석연료의 사용을 배재시키기 위해서도 첫째, 대체 에너지의 개발이 요청되며, 둘째, 에너지 사용 효율을 극대화 시키는 기술이 요청된다. 현재 상용화된 대체에너지가 화석연료에 비해서는 아직 생산량이 저조하므로 화석에너지의 사용을 줄이려면 에너지 사용 효율을 현재 수준보다 훨씬 극대화 시켜야 하기 때문이다.
이러한 문제의식을 해결하기 위한 폐열 활용 기술을 구체적으로 살펴보면 도 1에 도시된 종래기술인 등록특허공보 제10-0686189호(등록일자: 2007. 02. 15)에 공개된 '온수의 폐열 회수 장치'를 들 수 있다.
상기 종래기술은 사용된 온수가 인입되는 폐수 인입 관(102)이 연결되는 폐수 수집 조(100)와, 폐수 수집 조(100)와 별체로 구비되어 폐수공급관(202)에 의해 접속되며 열교환기(210)가 설치된 폐수 열 교환 조(200)와, 폐수 열교환조(200)에 연결되는 폐수배출관(204)을 포함하는 온수의 폐열회수장치로서, 열교환기(210)를 통해 얻은 열의 회수가 가능하게 되는 효과가 있다.
다만 상기 종래기술에서는 폐수의 열이 단지 온수 생산에만 사용될 뿐이고 복합적인 사용이 되지 않아 폐열이 최대한 효율적으로 회수되지 못하는 문제가 있고, 하나의 사이클로 온열 뿐만 아니라 냉열도 회수하여 생산 가능한 수단이 구비되며, 다른 산업시설에 폐열이 사용될 수 있도록 연계시키는 수단이 없어 폐열 회수가 적극적으로 이루어지지 못하는 한계가 있다.
따라서 폐열 이용 시스템 중에서도 온열뿐만 아니라 냉열도 하나의 사이클로 이용 가능하면서, 이를 실현시켜 줄 열 수급을 통한 열 균형이 가능하게 되는 수단이 구비됨으로써 최고의 열효율을 달성할 수 있는 냉난방 시스템이 요청된다.
등록특허공보 제10-0686189호(등록일자: 2007. 02. 15)
이에 본 발명은 종래기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로써, 온열뿐만 아니라 냉열도 하나의 사이클로 이용 가능하면서, 이를 실현시켜 줄 열 수급을 통한 열 균형이 가능하게 되는 수단이 구비됨으로써 최고의 열효율을 달성할 수 있는 냉난방 시스템을 제공하고자 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 온실복합단지 냉난방 시스템은 저온이 유지되는 저온시설에 설치되어 냉매가 증발로 저온시설을 냉각시키는 증발기(13)와, 증발기(13)로부터 이송되는 냉매를 압축시키는 압축기(12)와, 압축기(12)로 압축된 냉매를 응축시키는 응축기(11)와, 응축기(11)로부터 이송되는 냉매가 저장 및 보충되는 수액기(15) 및, 수액기(15)로부터 이송되는 냉매를 팽창시키는 팽창변(14)으로 구성되는 냉온균형사이클부(10)와;
상기 응축기(11)에서 배출되는 열을 전달받아 온수를 가열시킨 후 순환시킴으로써 재배 하우스 및 근린 생활 시설에 난방을 공급하는 온수 순환부(20); 및
상기 응축기(11)에서 배출되는 열 중 상기 온수를 가열시키고 남는 열을 외부 환경으로 방출시킴으로써 상기 냉온균형사이클부(10)에 출입하는 열량의 균형을 유지시키는 열 균형유지부(80)로 이루어진다.
여기서 상기 증발기(13)는 서로 분리 설치되는 제1증발기(13a)와 제2증발기(13b)가 병렬로 배치되어 이루어지고, 상기 팽창변(14)은 제1증발기(13a)로 공급되는 냉매를 팽창시키는 제1팽창변(14a)과, 제2증발기(13b)로 공급되는 냉매를 팽창시키는 제2팽창변(14b)으로 이루어지며, 상기 제2증발기(13b)로 열을 전달하면서 냉각되는 냉수가 저장되는 냉수조(31)를 이용하여, 상기 재배 하우스 및 근린 생활 시설을 냉방시키는 냉수 순환부(30)를 더 포함한다.
그리고 바람직하게는 상기 제2증발기(13b)는 냉수조(31)에 내장된다.
이 경우 상기 열 균형유지부(80)는 바람직하게는 냉각탑(81)을 사용하여 외부환경으로 열을 방출시킨다.
이때 상기 냉각탑(81)은 바람직하게는 응축기(11)로부터 온수 순환부(20)로 이송되는 열의 일부를 전달받아서 외부 환경으로 열을 방출시킨다.
한편, 바람직하게는 상기 온수 순환부(20)로 추가 열을 공급하는 히트펌프(70)가 구비되고, 담수조(51)와 담수조(51)에 내장되는 고온수조(52) 및 저온수조(53)로 이루어지면서 온수 순환부(20)와 이격되게 설치되는 삼중 항온조(50)로부터 상기 히트펌프(70)가 열을 공급받는다.
이 경우 상기 히트펌프(70)는 바람직하게는 고온수조(52)와 저온수조(53)로부터 모두 열을 흡수한다.
그리고 바람직하게는 상기 삼중 항온조(50)의 외부에는 태양열 집열판(61)과, 태양열 집열판(61)으로 가열된 온수가 저장되는 집열 온수조(62)로 이루어지는 태양열 집열부(60)가 구비되고, 상기 고온수조(52)는 집열 온수조(62)와 연결되어 온수를 공급받는다.
여기서 상기 태양열 집열부(60)에는 바람직하게는 집열 온수조(62)로부터 상기 온수 순환부(20)로 직접 온수를 공급하는 온수 전달관(64)이 더 구비된다.
그리고 상기 삼중항온조(50)에는 저온수조(53)와 냉수조(31)를 연결시키는 저온수 전달관(55) 및 저온수를 저온수조(53)로부터 냉수조(31)로 이송시키는 저온수 이송펌프(56)가 더 구비된다.
한편, 본 발명에 따른 온실복합단지 냉난방 방법은 상기 증발기(13)로 냉각이 필요한 냉각 수요처(1)를 냉각하는 단계와; 상기 증발기(13)와 압축기(12)를 차례로 거친 냉매를 응축기(11)로 이송하여, 응축기(11)에서 배출되는 열을 상기 온수 순환부(20)에 공급하여 온수를 생산함으로써 온수의 열에너지로 재배 하우스 및 근린생활시설에 난방을 공급하는 단계 및, 온수 순환부(20)가 가열됨으로써 응축기(11)의 열을 전달받지 못하는 경우 응축기(11)로부터 배출되는 열을 열 균형유지부(80)가 전달받아 외부 환경으로 열을 배출시키는 단계로 이루어진다.
여기서 상기 냉각하는 단계에서는 상기 증발기(13)를 제1증발기(13a)와 제2증발기(13b)가 병렬로 연결되게 구성하여 제1증발기로(13a)는 상기 냉각 수요처(1)를 직접 냉각시키고, 제2증발기(13b)는 상기 냉수조(31) 내부에 배치하여 냉수조(31)의 물을 냉각시켜, 냉각된 냉수조(31) 내부의 물을 이용하여 상기 재배 하우스 및 근린생활시설에 냉열을 제공한다.
그리고 동절기에는 상기 재배 하우스 및 근린생활시설에 상기 온수 순환부(20)를 가동하여 난방과 온수를 공급하고, 하절기에는 재배 하우스 및 근린생활시설에 온수 순환부(20)를 가동하여 온수를 공급하며 제2증발기(13b)를 가동하여 냉열을 공급한다.
이때 상기 히트펌프(70)로 열이 추출되어 냉각된 저온수조(53) 내부의 냉수를 상기 냉수조(31)로 이송하여 냉수조(31) 내부의 냉수를 보충하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 온실복합단지 냉난방 시스템 및 온실복합단지의 냉난방 방법에는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 열 균형유지부가 구비되어 열 배출 조절이 자유롭게 됨으로써 열의 수급 조절이 가능하게 되어, 하나의 사이클로 항상 냉각이 필요한 냉각 수요처인 냉장 또는 냉동고와 동절기 고온 수요처에 냉열과 온열을 동시에 제공할 수 있다.
둘째, 증발기를 병렬로 배치되는 제1증발기와 제2증발기로 구성함으로써 열의 수급 조절이 보다 더 자유롭게 되어 하나의 사이클로 냉각과 가열 작용이 모두 유효한 수요처에 사용될 수 있을 뿐만 아니라 냉방이 필요한 곳에 제2증발기로 온도가 저하된 냉수를 공급함으로써 추가적인 냉방 수요를 만족시켜줄 수 있다.
셋째, 고온수조와 저온수조가 담수조에 내장되어 온도가 장시간 유지될 수 있는 삼중항온조를 마련하여 상기 수요처들에 부족한 열원 또는 히트 싱크를 추가적으로 제공할 수 있다.
넷째, 태양열 집열기를 상기 삼중항온조에 접목시킴으로써 별도의 전력 공급 또는 화석연료의 소비 없이도 고온수조의 열을 유지시킬 수 있으며, 태양열 집열기로 생산되는 온수를 온수순환부로 공급하여 난방용 온수가 계속 공급될 수 있다.
다섯째, 히트펌프가 고온수조와 저온수조로부터 모두 열을 추출할 수 있게 구성됨으로써 저온수조는 열을 효율적으로 공급한 후 냉각됨으로써 저온이 유지되어 냉수조로 냉수를 공급시켜 냉방 수요처에 지속적으로 냉방이 유지될 수 있다.
여섯째, 상기와 같이 구성됨으로써 복합영농을 하는 농업단지와 근린시설을 모두 일정한 온도로 유지시킬 수 있으며, 이 과정에서 소요되는 화석연료 또는 전력을 최소화시킬 수 있으며, 동시에 일반 가정과 찜질방 등의 상업시설에도 냉난방이 모두 제공될 수 있다.
도 1은 종래기술을 나타내는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 냉난방 시스템으로 온열 및 냉열을 공급받는 온실복합단지의 조감도,
도 3은 본 발명의 실시예를 나타내는 구성도,
도 4는 도 3에서 증발기가 세분된 것을 나타내는 구성도,
도 5는 도 4에 삼중항온조 및 태양열 집열부가 추가된 구성도,
도 6은 도 5를 구체화 시킨 구성도,
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
먼저 도 2에 도시된 본 발명의 기본 실시예를 설명하고, 도 3에 도시된 증발기(13)가 두 개로 나누어지는 실시예 및 냉수조(31)가 첨가된 실시예를 살펴본 후 도 4 및 도 5에 도시된 삼중항온조(50)와 태양열 집열부(60) 및 히트펌프(70)가 추가된 실시예를 순서대로 살펴보기로 한다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 냉온균형사이클을 이용한 온실복합단지 열 제어 시스템은 냉온균형사이클부(10)와, 온수 순환부(20)와, 냉수 순환부(30)와, 삼중 항온조(50)와, 히트펌프(70) 및, 열 균형유지부(80)로 이루어진다.
냉온균형사이클부(10)는 압축기(12)와, 응축기(11)와, 수액기(15)와, 팽창변(14)과, 증발기(13)가 연결되어 냉매가 차례로 통과되면서 압축과 응축과 팽창과 증발을 일으키게 구성된다.
응축기(11)는 도 6에 도시된 바와 같이 열교환기의 형태로 구성될 수 있다. 응축기(11)는 아래에서 설명될 온수 순환부(20)에서 함께 설명하기로 한다.
응축기(11)를 빠져나온 냉매는 수액기(15)로 들어온다. 수액기(15)는 순환되는 냉매가 누설되거나 기타 이유로 소실되는 경우를 대비하여 여분의 냉매가 저장되며 냉매 유량이 줄어들 경우 수액기(15) 내부의 냉매가 보충될 수 있다. 수액기(15) 내부에 저장되는 냉매는 액체 상태이며 수액기(15)를 지나는 냉매도 액체 상태이므로 수액기(15) 내부에는 많은 양의 보충 냉매가 저장될 수 있다. 이 경우 냉매의 보충이 어느 정도로 필요한지가 자동으로 산출될 수 있도록 수액기(15)로 냉매가 들어오기 전 지점에 냉매 유량계(미도시)가 설치될 수 있다.
수액기(15)를 빠져나오는 냉매는 팽창변(14)으로 들어간다. 팽창변(14)으로 들어간 냉매는 액체인 상태에서 팽창되어 증발기(13)로 들어간다. 증발기(13)는 냉각이 필요한 시설인 냉각 수요처(1)에 내장된다. 여기서 냉각이 필요한 시설은 냉장고나 냉동고와 같이 항상 저온이 유지되어야 하는 시설이다.
온수 순환부(20)는 응축기(11)로부터 열에너지를 전달 받아 온수를 가열시켜서 난방이 필요한 수요처로 온수를 이송하여 순환시킴으로써 난방 및 온수를 공급하는 작용을 한다. 이 경우 난방이 필요한 수요처는 가을부터 겨울을 거쳐 봄에 이르기까지 난방이 요구되는 거주지 시설일 수도 있고 또는 동절기에 따뜻한 실내 온도가 유지되어야 하는 재배 하우스일 수도 있다. 도 2 내지 도 5에서는 이러한 수요처가 제2수요처(2)와 제3수요처(3) 및 제4수요처(4)로 도시되어 있다. 여기서 제2 내지 제4수요처(2,3,4)는 사계절 동안 일정한 온도가 유지되는 것이 바람직한 시설이라고 볼 수 있다. 이 경우 겨울철의 차가운 외부 온도로 인하여 제2 내지 제4수요처(2,3,4)에는 난방이 필요하므로 온수 순환부(20)가 제2 내지 제4수요처(2,3,4)에 난방을 공급하는 작용을 한다.
여기서 온수 순환부(20)의 온수로 제2 내지 제4수요처(2,3,4)에 난방을 공급하는 방식은 온수로 난방이 제공될 수 있는 공조기 방식이 채택된다. 공조기의 개략적인 표현은 도 6에 도시된 바와 같다. 공조기는 외부 공기 흡입 팬과 내부로 공기를 송풍시키는 송풍 팬이 설치되고 두 개의 팬 사이로 온수가 흐르는 코일이 배치되는 형태로 구성될 수 있다. 다만 공조기 자체는 공지 기술이므로 더 이상 자세한 설명은 생략하기로 한다.
열 균형유지부(80)는 응축기(11)에서 열을 배출시켜야 증발기(13)로 냉열을 공급할 수 있음에도 불구하고 응축기(11)로부터 열을 공급받는 온수의 양으로는 응축기(11) 내부의 냉매로부터 충분한 양의 열을 배출시킬 수 없는 경우, 예를 들어 냉매가 여전히 기체 상태임에도 온수는 충분한 열을 공급받은 경우에 냉매가 가지고 있는 잠열을 빼앗아 배출시킴으로써 냉매를 응축시켜서, 냉매가 증발기(13)에서 원활하게 냉열을 공급할 수 있게 한다.
열 균형유지부(80)는 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이 냉각탑 형태로 이루어질 수 있다. 그리고 응축기(11)는 도 6에 도시된 바와 같이 냉온균형사이클부(10)를 순환하는 냉매와 온수 순환부(20)를 순환하는 온수 간에 열 교환이 일어나는 열 교환기 형태로 제작될 수 있다. 이때, 열 균형유지부(80)는 온수 순환부(20)를 이루는 온수조(21)와 응축기(11)사이로 온수가 흐르는 배관에 분기되는 형태로 설치되어, 온수의 열을 주위로 배출시킨다.
구체적으로 열 균형유지부(80)는 도 6에 도시된 바와 같이 온수조(21)에서 응축기(11)로 온수가 흐르는 배관에서 추출한 온수를 냉각탑 본체(81)로 유입시키는 냉각탑 유입관(83)과, 냉각탑 본체(81)와, 냉각탑 본체(81)에서 열을 배출시킨 온수를 온수조(21)로부터 응축기(11)를 향하여 온수가 흐르는 배관에 온수를 다시 배출시키는 냉각탑 배출관(82)으로 이루어진다.
이상과 같이 열 균형유지부(80)가 이루어짐으로써 온수조(21) 내부의 온수가 더 이상 응축기(11)의 냉매로부터 열을 받을 수 없도록 가열되면 응축기(11) 내부와 온수조(21) 사이를 순환하던 온수는 응축기(11)와 냉각탑 본체(81) 사이를 순환하면서 열을 냉각탑 본체(81)에서 외부로 방출시킨다. 이로써 냉온균형사이클부(10)는 냉열과 온열의 균형이 이루어져서 냉방과 난방 작용이 모두 하나의 사이클로 이루어질 수 있게 된다.
상기와 같이 도 3의 기본 실시예가 구성됨으로써 하나의 사이클을 가동시키는 것만으로 제2 내지 제4수요처(2,3,4)의 냉각 수요가 만족 되는 동시에, 온수가 생산되어 추가적인 난방이 가능하게 되며, 특히, 하나의 사이클로 냉각과 가열을 실시할 경우 발생될 수 있는 열에너지 수급의 불균형이 열 균형유지부(80)가 구비됨으로써 해결 가능하게 된다.
이로써 본 발명의 기본 실시예는 응축기(11)에서 배출되는 열량이 온수 순환부(20)와 열 균형 유지부(80)의 둘 중 어느 하나에 선택적으로 이전될 수 있어서, 추가적인 난방 제공이 가능해질 뿐만 아니라 하나의 사이클로 냉각과 가열 수요를 열 수급의 균형을 맞추면서 수행가능하게 되는 시너지 효과가 발휘되는 냉난방 시스템인 것이다.
다음으로 도 4의 실시예는 도 3의 실시예가 가을부터 겨울 및 봄 까지 추가적인 난방이 제공되는 것에 더하여, 하절기에는 추가적인 냉방 수요도 만족시켜 줄 수 있는 구성을 추가적으로 가지는 열 제어 시스템이다.
도 4의 실시 예에서는 증발기(13)가 제1 및 제2증발기(13a,13b)로 분리되고 제1 및 제2증발기(13a,13b)는 서로 병렬로 연결되는 구조를 가짐으로써 제1증발기(13a)는 냉각 수요처(1)를 냉각시키는 작용을 수행하고, 제2증발기(13b)는 제2 내지 제4수요처(2,3,4)에 냉방을 제공하는 작용을 한다.
증발기가 제1 및 제2 증발기(13a,13b)로 분리되는 것에 대응되게 팽창변(14)은 도 5에 도시된 바와 같이 제1팽창변(14a)과 제2팽창변(14b)으로 분리되고, 이 경우 제1팽창변(14a)을 통과한 냉매는 제1증발기(13a)로 들어가고, 제2팽창변(14b)을 통과한 냉매는 제2증발기(13b)로 들어간다.
제2증발기(13b)는 구체적으로 증발 작용으로 냉수를 생산하여 생산된 냉수를 제2 내지 제4수요처(2,3,4)에 공급함으로써 제2 내지 제4수요처(2,3,4)에 냉방을 제공한다. 이를 위하여 냉수 순환부(30)가 도 3에 도시된 바와 같이 구성된다.
냉수 순환부(30)는 도 6에 도시된 바와 같이 제2증발기(13b)로 인하여 냉각되는 냉수가 저장되는 냉수조(31)와, 냉수조(31)의 냉수를 제2 내지 제4수요처(2,3,4)에 공급하는 냉수 순환 펌프(32)와, 냉수 순환 펌프(32)로 이송되는 냉수가 제2 내지 제4수요처(2,3,4)까지 흐르게 연장되는 냉수 공급관(33)과, 제2 내지 제4수요처(2,3,4)에 냉방을 제공한 후 배출되는 냉수를 다시 냉수조(31)로 복귀시키는 냉수 회수관(34)으로 구성될 수 있다.
그리고 냉수 순환부(30)는 하절기에 가동되는 것이 예정된다. 하절기에는 온수 순환부(20)는 온수 공급 목적 외에는 가동이 정지되므로 온수 순환부(20)의 온수로 열풍을 일으키는 공조부(40)는 냉수순환부(30)의 냉수로 냉풍을 제공하기 위한 용도로도 이용된다. 여기서 도 6에 도시된 바와 같이 제3수요처(3)에 설치되는 제3공조기(43)와 제4수요처(4)에 설치되는 제4공조기(44) 및 제2수요처(2)에 설치되는 제2공조기(42)는 하절기엔 냉방을 제공하며, 가을부터 봄 까지는 난방을 제공하는 작용을 하게 된다.
이 경우 제2증발기(13b)는 냉수조(31) 내부에 배치되어 냉수조(31) 내부의 물을 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
도 5는 도 4의 실시예에서 추가로 히트펌프(70)와, 삼중항온조(50)와, 태양열 집열부(60)가 설치된 실시예이다. 도 6은 도 5와 동일한 실시예이면서, 도 5의 개념도를 구체화 시킨 구성도이다.
삼중항온조(50)는 도 5에 도시된 바와 같이 담수조(51)와, 담수조(51) 내부에 배치되는 고온수조(52) 및 저온수조(53)로 이루어진다.
담수조(51)는 빗물이 우수 수집통(R)으로 수집되어 이송된 물 또는 지하수(F)가 저장된 통이다. 우수 또는 지하수는 대체로 일정한 온도가 유지되므로 담수조(51) 내부는 계절의 변화에 크게 영향을 받지 않고 상온 상태가 유지된다. 이 경우 담수조(51) 내부의 온도가 급격하게 변하지 않도록 담수조(51) 내부의 담수는 생활용수로 공급될 수 있게 구성함으로써 담수조(51) 내부는 계속 새로운 지하수 또는 우수로 보충되어 항상 일정한 온도가 유지될 수 있다.
이렇게 담수조(51)가 항상 일정한 온도로 유지될 수 있게 되므로 담수조(51) 내부에 배치되는 고온수조(52)와 저온수조(53) 내부의 고온수 및 저온수의 온도도 주위 환경의 영향을 받지 않고 온도가 비교적 장시간 큰 변화 없이 유지될 수 있게 된다. 이렇게 됨으로써 후술하게 될 히트펌프(70)에 고온수조(52)와 저온수조(53)가 안정적인 열원이 될 수 있게 되며, 또한 후술하게 될 태양열 집열부(60)에서 생산된 온수가 장시간 동안 고온이 유지될 수 있다.
도 4 및 도 5에 도시된 히트펌프(70)는 앞서 서술된 온수 순환부(20)에 추가적인 열원을 제공하는 작용을 한다. 히트펌프(70)는 삼중항온조(50)의 고온수조(52)와 저온수조(53)에 각각 증발기(74,77)가 내장되어 고온수조(52) 및 저온수조(53) 내부의 열에너지를 온수 순환부(20)의 온수조(21)로 공급한다. 이를 위해서 히트펌프(70)의 응축기(71)는 온수조(21) 내부에 내장될 수 있다. 그리고 히트펌프(70)의 증발기(74,77)는 병렬로 연결되는 제3증발기(74)와 제4증발기(77)로 나누어지고, 제3증발기(74)는 고온수조(52)에 내장되며 제4증발기(77)는 저온수조(53)에 내장된다.
그리고 참고로 고온수조(52) 내부의 고온수는 태양열 집열부(60)에서 생산되는 온수가 공급된 것이다. 따라서 고온수조(52) 내부의 열에너지가 히트펌프(70)로 공급됨으로써 고온수조(52) 내부의 고온수 온도가 하강되더라도 태양열 집열부(60)에서 온수를 계속 공급받음으로써 고온수조(52) 내부의 고온수의 온도는 계속 고온으로 유지될 수 있다. 반면 저온수조(53) 내부의 저온수는 히트펌프(70)에 열에너지를 계속 제공함으로써 담수조(51) 내부의 담수 온도보다 더 하강되어 저온이 유지된다. 다만 온도가 너무 낮게 내려가게 될 경우 담수조(51) 내부의 담수 일부가 저온수조(53)로 유입되어 저온수조(53) 내부는 일정한 저온으로 유지될 수 있게 구성될 수 있다.
한편 도 6에 도시된 바와 같이 고온수조(52)와 저온수조(53)는 고온수조(52)가 상부에 배치되고 저온수조(53)가 하부에 배치되며 고온수조(52)와 저온수조(53) 사이의 물질 교환이 가능한 열 교환 칼럼(54)이 설치될 수 있다. 열 교환 칼럼(54)을 통하여 고온수조(52)와 저온수조(53)가 직접 연결되는 경우는 고온수조(52) 내부 수온이 주위 담수 온도 보다 더 낮게 형성되고 저온수조(53) 내부 수온이 주위 담수 온도보다 더 높게 형성되는 경우이다. 이러한 경우는 히트펌프(70)가 고온수조(52) 내부의 열에너지를 과도하게 추출한 경우에 발생될 수 있는데, 이러한 경우에 열 교환 칼럼(54) 내부로 물이 통과 가능하게 개방되면, 주위 담수와의 수온차가 이용되어 주위 담수보다 높은 수온의 물은 고온수조(52)로 상승하고, 주위 담수보다 낮은 온도의 물은 저온수조(53)로 하강하여 일정한 시간이 경과되면 고온수조(52) 내부의 수온은 주위 담수 온도보다 높게 되고 저온수조(53) 내부의 수온은 주위 담수 온도보다 낮게 된다. 이때 다시 열 교환 칼럼(54)을 차단시키게 된다.
그리고 태양열 집열부(60)는 도 6에 도시된 바와 같이 태양열 집열판(61)과 집열온수조(62)로 구성될 수 있는데, 태양열 집열판(61)을 통하여 가열된 온수가 집열온수조(62)에 저장된다. 이때 집열온수조(62) 내부 온수의 수요보다 집열온수조(62) 내부 온수 수량이 더 많을 경우 남는 온수는 야간 시간대에는 삼중항온조(50) 내부의 고온수조(52)에 보관될 수 있다. 비록 야간 시간동안 고온수조(52) 내부로 유입된 온수의 온도도 하강되긴 하지만 주위의 담수로 인하여 큰 폭으로 하강되지는 않으므로 주간 시간에 가열된 온수는 집열온수조(62) 내부에 잔류하는 것 보다는 고온수조(52)로 이송되어 저장됨이 더 바람직하다. 또한 동절기에 난방 수요가 많을 경우에는 야간 시간대에 집열온수조(62) 내부의 온수가 고온수조(52)로 저장되지 않고 바로 온수 전달관(64)을 따라 이송되어 온수 순환부(20)를 이루는 온수조(21)로 이송될 수도 있다.
그리고 저온수조(53) 내부의 저온수는 하절기에 냉방 수요가 클 경우 저온수가 냉수 순환부(30)를 이루는 냉수조(31) 내부로 이송되어 제2 내지 제4수요처(2,3,4)의 냉방에 제공될 수 있다.
상기와 같이 구성됨으로써 도 6의 실시예에 따른 본 발명은 하나의 냉온균형사이클부(10)와 하나의 히트펌프(70)를 가동시킴으로써 항시 냉각과 가열이 필요한 시설에 냉각 작용과 가열 작용을 모두 충족시킬 수 있고, 추가적인 열원으로 온실 하우스와 근린생활시설 및 찜질방 등의 상업 시설에까지도 충분한 난방의 제공이 가능하며, 하절기에는 별도의 냉각 사이클이나 냉각 장치를 별도 전원으로 가동시키지 않고서도 냉방의 제공이 가능하여, 하절기에는 근린생활시설을 쾌적하게 유지시킬 수 있고 또한 항시 섭씨 10도 내지 20도 사이의 일정한 온도가 유지되어야 하는 저온 하우스의 경우에 하절기에도 온도를 유지시킬 수 있게 되어 최소한의 동력으로 각종 가열과 냉각을 모두 충족시킬 수 있는 복합적인 열 제어 시스템이다.
그리고 본 발명에 따른 온실복합단지 냉난방 방법은 상기 냉난방 시스템의 설명에서 모두 설명되었으므로 중복을 피하기 위해서 별도의 더 이상의 설명은 생략하기로 한다.
마지막으로 도 2에 도시된 도면은 본 발명에서 제2 내지 제4수요처(2,3,4) 및 냉각 수요처(1)를 예시적으로 나타낸 그림이다.
도 2에서 2층 온실과 2층 사무실 및 1층 카페하우스는 모두 일년 동안 일정한 온도로 유지되어야 작물 및 시설 이용자에게 쾌적한 분위기가 제공될 수 있으므로 동절기에는 난방이 필요하고 하절기에는 냉방이 필요하며, 봄과 가을에는 일교차가 크므로 하루 시간대에 따라 적절하게 냉방과 난방이 제공될 수 있다. 그리고 1층 다중 열원실은 냉동 또는 냉장창고와 같이 일년동안 항상 냉각이 필요한 시설이므로 앞서 설명된 증발기(13) 또는 제1증발기(13)가 설치되는 냉각 수요처(1)에 해당된다. 이 경우 냉온균형사이클부(10)와 온수 순환부(20)의 설치 위치가 예시적으로 도시되어 있다. 여기서 열 균형유지부(80)는 도로변에 노출되지 않고 소음 확산이 방지되도록 시설의 배후에 배치되는 것이 바람직하며, 따라서 도 2에서는 드러나지 않는다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
F: 지하수 R: 우수 수집통
1: 냉각 수요처 2: 제2수요처
3: 제3수요처 4: 제4수요처
5: 냉온수 공급관 5a: 공급 선택 밸브
5b: 공급관 드레인 6: 냉온수 회수관
6a: 회수 선택 밸브 6b: 회수관 드레인
10: 냉온균형사이클부 11: 응축기
12: 압축기 13: 증발기
13a: 제1증발기 13b: 제2증발기
14: 팽창변 14a: 제1팽창변
14b: 제2팽창변 15: 수액기
20: 온수 순환부 21: 온수조
22: 온수 순환 펌프 23: 온수 공급관
24: 온수 회수관 25: 온수 열교환 펌프
30: 냉수 순환부 31: 냉수조
32: 냉수 순환 펌프 33: 냉수 공급관
34: 냉수 회수관 40: 공조부
42: 제2공조기 43: 제3공조기
44: 제4공조기 50: 삼중항온조
51: 담수조 52: 고온수조
53: 저온수조 54: 열 교환 칼럼
55: 저온수 전달관 56: 저온수 이송펌프
60: 태양열 집열부 61: 태양열 집열판
62: 집열온수조 63: 온수 저장관
64: 온수 전달관 70: 히트펌프
71: 응축기 73: 제3팽창변
74: 제3증발기 75: 제2압축기
76: 제4팽창변 77: 제4증발기
80: 열 균형유지부 81: 냉각탑 본체
82: 냉각탑 배출관 83: 냉각탑 유입관

Claims (14)

  1. 서로 분리 설치되는 제1증발기(13a)와 제2증발기(13b)가 병렬로 배치되어 이루어져서 저온이 유지되는 저온시설에 설치되어 냉매가 증발로 저온시설을 냉각시키는 증발기(13)와, 증발기(13)로부터 이송되는 냉매를 압축시키는 압축기(12)와, 압축기(12)로 압축된 냉매를 응축시키는 응축기(11)와, 응축기(11)로부터 이송되는 냉매가 저장 및 보충되는 수액기(15) 및, 제1증발기(13a)로 공급되는 냉매를 팽창시키는 제1팽창변(14a)과, 제2증발기(13b)로 공급되는 냉매를 팽창시키는 제2팽창변(14b)으로 이루어져서 수액기(15)로부터 이송되는 냉매를 팽창시키는 팽창변(14)으로 구성되는 냉온균형사이클부(10)와;
    상기 응축기(11)에서 배출되는 열을 전달받아 온수를 가열시킨 후 순환시킴으로써 재배 하우스 및 근린 생활 시설에 난방을 공급하는 온수 순환부(20)와;
    상기 제2증발기(13b)가 내장되는 수조로서 내부에 제2증발기(13b)로 열을 전달하면서 냉각되는 냉수가 저장되는 냉수조(31)로 구성되어, 냉수를 상기 재배 하우스 및 근린 생활 시설로 공급하여 냉방시키는 냉수 순환부(30)와;
    담수조(51)와 담수조(51)에 내장되는 고온수조(52) 및 저온수조(53)로 이루어져서, 상기 온수 순환부(20)로 추가 열을 공급시키기 위해 마련되는 삼중 항온조(50)와;
    상기 고온수조(52)와 저온수조(53)로부터 모두 열을 흡수하여 얻어진 삼중 항온조(50)의 폐열을 온수 순환부(20)로 전달시키게 설치되는 히트펌프(70); 및,
    상기 응축기(11)에서 배출되는 열 중 상기 온수를 가열시키고 남는 열을 외부 환경으로 방출시키는 냉각탑(81)으로 구성되어, 상기 냉온균형사이클부(10)에 출입하는 열량의 균형을 유지시키는 열 균형유지부(80);로 이루어지되,
    상기 삼중항온조(50)에는 저온수조(53)와 냉수조(31)를 연결시키는 저온수 전달관(55) 및 저온수를 저온수조(53)로부터 냉수조(31)로 이송시키는 저온수 이송 펌프(56)가 설치되는 온실복합단지 냉난방 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 삼중 항온조(50)의 외부에는 태양열 집열판(61)과, 태양열 집열판(61)으로 가열된 온수가 저장되는 집열 온수조(62)로 이루어지는 태양열 집열부(60)가 구비되고, 상기 고온수조(52)는 집열 온수조(62)와 연결되어 온수를 공급받는 것을 특징으로 하는 온실복합단지 냉난방 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 태양열 집열부(60)에는 집열 온수조(62)로부터 상기 온수 순환부(20)로 직접 온수를 공급하는 온수 전달관(64)이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 온실복합단지 냉난방 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 삼중항온조(50)에는 저온수조(53)와 냉수조(31)를 연결시키는 저온수 전달관(55) 및 저온수를 저온수조(53)로부터 냉수조(31)로 이송시키는 저온수 이송펌프(56)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 온실복합단지 냉난방 시스템.
  11. 제1항으로 이루어지는 열 제어 시스템을 이용한 온실복합단지 냉각 및 난방 방법으로서,
    상기 증발기(13)로 냉각이 필요한 냉각 수요처(1)를 냉각하는 단계와;
    상기 증발기(13)와 압축기(12)를 차례로 거친 냉매를 응축기(11)로 이송하여, 응축기(11)에서 배출되는 열을 상기 온수 순환부(20)에 공급하여 온수를 생산함으로써 온수의 열에너지로 재배 하우스 및 근린생활시설에 난방을 공급하는 단계; 및
    온수 순환부(20)가 가열됨으로써 응축기(11)의 열을 전달받지 못하는 경우 응축기(11)로부터 배출되는 열을 열 균형유지부(80)가 전달받아 외부 환경으로 열을 배출시키는 단계;를 포함하는 온실복합단지 냉난방 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 냉각하는 단계에서는 상기 증발기(13)를 제1증발기(13a)와 제2증발기(13b)가 병렬로 연결되게 구성하여 제1증발기로(13a)는 상기 냉각 수요처(1)를 직접 냉각시키고, 제2증발기(13b)는 상기 냉수조(31) 내부에 배치하여 냉수조(31)의 물을 냉각시켜, 냉각된 냉수조(31) 내부의 물을 이용하여 상기 재배 하우스 및 근린생활시설에 냉열을 제공하는 것을 특징으로 하는 온실복합단지 냉난방 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    동절기에는 상기 재배 하우스 및 근린생활시설에 상기 온수 순환부(20)를 가동하여 난방과 온수를 공급하고, 하절기에는 재배 하우스 및 근린생활시설에 온수 순환부(20)를 가동하여 온수를 공급하며 제2증발기(13b)를 가동하여 냉열을 공급하는 것을 특징으로 하는 온실복합단지 냉난방 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 히트펌프(70)로 열이 추출되어 냉각된 저온수조(53) 내부의 냉수를 상기 냉수조(31)로 이송하여 냉수조(31) 내부의 냉수를 보충하는 것을 특징으로 하는 온실복합단지 냉난방 방법.
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