KR102047974B1 - High efficiency geothermal heating and cooling system capable of generating hot water - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 온수 생산이 가능한 고효율 지열냉난방시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 물대공기 방식의 냉난방시스템의 폐열을 재차 활용하여 급탕용 온수를 효율적으로 생산하기 위한 고효율 지열냉난방시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a high-efficiency geothermal heating and cooling system capable of producing hot water, and more particularly, to a high-efficiency geothermal heating and cooling system for efficiently producing hot water for hot water supply by utilizing waste heat of a water-to-air air-conditioning system again.
일반적으로, 종래의 지열히트펌프는 실내의 냉난방을 위한 물대공기 방식의 냉난방시스템과 급탕을 위한 물대물 방식의 급탕시스템이 별개로 구성되어 독립적으로 운전되고 있다.In general, the conventional geothermal heat pump is operated independently of the water heating system of the air-to-air system for heating and cooling the water and the hot water system of the water object system for hot water.
도 1에서는 실내의 냉난방을 위한 물대공기 방식의 냉난방시스템이, 도 2에서는 물대물 방식의 급탕시스템이 각각 나타나 있다. 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.In FIG. 1, an air-conditioning and heating system of a water-to-air system for cooling and cooling indoors is shown. FIG. This will be described in detail as follows.
도 1을 참조하면, 물대공기 방식의 냉난방시스템은 제1 히트펌프(1)와 제2 히트펌프(2)를 포함하며, 제1 히트펌프(1)와 제2 히트펌프(2)는 각각 제1 열교환기(3)와 제2 열교환기(4), 압축기(5), 팽창밸브(6)를 구비한다. 여기에서 제1 히트펌프(1)의 제1 열교환기(3)와 제2 히트펌프(2)의 제1 열교환기(3)는 실내로 순환하는 열전달매체와 열교환하며, 제1 히트펌프(1)의 제2 열교환기(4)와 제2 히트펌프(2)의 제2 열교환기(4)는 지중에 매설된 지중열교환기(4)로 순환하는 열전달매체와 열교환한다.Referring to FIG. 1, a water-to-air air-conditioning system includes a
여기에서 냉난방시스템이 냉방모드로 운전될 경우, 제1 및 제2 히트펌프의 냉매는 제2 열교환기(2)에서 팽창밸브(4), 제1 열교환기(1), 압축기(3) 및 제2 열교환기(2)의 경로로 순환하며, 냉매의 열을 제2 열교환기(2)에서 방출하고, 제1 열교환기(1)에서 흡열한다. 따라서, 실내로 순환하는 열전달매체는 제1 열교환기(1)에서 열을 방출하게 되어 실내를 냉방한다. 반면에 제2 열교환기(2)에서 방열된 열은 지중열교환기(5)로 순환하는 열전달매체에 전달되고, 가열된 열전달매체는 지중에서 열을 방출한다.Here, when the cooling and heating system is operated in the cooling mode, the refrigerant of the first and second heat pumps is expanded in the expansion valve (4), the first heat exchanger (1), the compressor (3) and the second heat exchanger (2). 2 circulates in the path of the
반대로, 냉난방시스템이 난방모드로 운전될 경우, 제1 및 제2 히트펌프의 냉매는 제2 열교환기(2)에서 압축기(3), 제1 열교환기(1), 팽창밸브(4) 및 제2 열교환기(2)의 경로로 순환하며, 냉매의 열을 제1 열교환기(1)에서 방출하고, 제2 열교환기(2)에서 흡열한다. 따라서, 실내로 순환하는 열전달매체는 제1 열교환기(1)에서 흡열하여 실내를 난방한다. 반면에 냉매는 제2 열교환기(2)에서 흡열하게 되는데, 지중열교환기(5)로 순환하는 열전달매체는 지중에서 열을 흡열하고 제2 열교환기(2)에서 냉매로 열을 전달한다.On the contrary, when the heating and cooling system is operated in the heating mode, the refrigerant of the first and second heat pumps is transferred from the
이와 같은 종래의 물대공기 방식의 냉난방시스템은 아래에서 설명하는 물대물 방식의 급탕시스템과 별개의 것으로 운전된다.Such a conventional water-to-air air-conditioning system is operated separately from the water-based hot water supply system described below.
도 2를 참조하면, 물대물 방식의 급탕시스템은 히트펌프를 포함한다. 그리고 급탕용 열교환기(6)의 열전달매체가 히트펌프의 제1 열교환기(7)에서 흡열하고, 급탕탱크(9)의 물이 급탕용 열교환기(6)에서 흡열하며, 히트펌프의 제2 열교환기(8)와 지중에 매설된 지중열교환기(5)를 순환하는 열전달매체는 지중열교환기(5)에서 흡열한다.2, the water object type hot water supply system includes a heat pump. The heat transfer medium of the hot
상세하게는, 물대물 방식의 급탕시스템이 작동하면 지중열교환기(5)의 열전달매체가 지중에서 가열되고, 가열된 열전달매체는 히트펌프의 제2 열교환기(8)에서 냉매로 열을 전달하며, 히트펌프의 제1 열교환기(7)에서 냉매는 열을 급탕용 열교환기(6)의 열전달매체로 열을 전달한다. 그러면 급탕탱크(9)의 물이 급탕용 열교환기(6)를 순환하면서 냉매의 열을 흡열한 후 급탕탱크(9)로 유입되어 급탕수의 온도를 상승시킨다.Specifically, when the water object type hot water supply system is operated, the heat transfer medium of the
그러나, 상기 종래기술에서, 물대공기 방식의 냉난방시스템은 부하측이 냉매 순환방식으로 냉방 또는 난방에 사용되는 것으므로 온수를 생산할 수 없었다. 따라서, 온수를 생산하기 위해서는 상기와 같은 물대물 방식의 급탕시스템을 별도의 시스템으로 두어야 했다.However, in the prior art, the water-to-air air-conditioning system cannot produce hot water because the load side is used for cooling or heating in a refrigerant circulation method. Therefore, in order to produce hot water, the above water object type hot water supply system had to be a separate system.
또한, 종래의 물대공기 방식의 냉난방시스템은 하절기의 냉방운전시에는 부하측으로부터 흡수한 열을 열원측에 단순 방열하는 방식이므로, 이러한 물대공기 방식의 냉난방시스템에서 방열되는 폐열을 활용하여 온수를 생산할 수 있는 효과적인 수단이 구비되어 있지 않았다.In addition, the conventional water-air air-conditioning system is a simple heat dissipation of heat absorbed from the load side to the heat source side during the cooling operation of the summer, it is possible to produce hot water by utilizing the waste heat radiated in the water-air air-conditioning system. There was no effective means in place.
이에 따라, 종래의 물대공기 방식의 히트펌프 냉난방시스템에서는 온수를 생산할 수 없어서, 바닥 난방이 필요한 경우에는 별도의 물대물 방식의 급탕시스템을 설치하여야 하는 불편함이 있었다.Accordingly, since the hot water cannot be produced in the conventional water pump air-heating / heating system, when floor heating is required, there is an inconvenience of installing a separate water-object type hot water supply system.
본 발명의 목적은 물대공기 방식의 히트펌프의 폐열을 재차 활용하여 급탕용 온수를 효율적으로 생산하기 위한 고효율 지열냉난방시스템을 제공함에 있다.An object of the present invention is to provide a high-efficiency geothermal heating and cooling system for efficiently producing hot water for hot water supply by utilizing the waste heat of the water-to-air heat pump again.
이런 목적은, 본 발명에서의 물대공기 방식의 히트펌프가 실내의 냉난방을 수행할 뿐만 아니라, 급탕용 온수까지 생산할 수 있도록 구성됨을 전제한다.This object is assumed that the water-to-air heat pump according to the present invention is configured to not only perform indoor heating and cooling, but also to produce hot water for hot water supply.
이와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 온수 생산이 가능한 고효율 지열냉난방시스템은 지중열교환로부터 전달되는 열기를 이용하여 제1 수요처에 대해 냉난방 공급운전을 수행할 수 있는 지열 히트펌프; 지열 히트펌프의 냉난방 공급운전으로 인해 발생되어 지열 히트펌프에서 지중열교환기 쪽으로 전달되는 폐열의 일부를 열원으로 하여, 지열 히트펌프와 별개로 제2 수요처에 대해 급탕 공급운전을 수행할 수 있는 제1 온수생성기; 및 지열 히트펌프에서 발생되어 제1 수요처 측으로 전달되는 열기의 일부를 열원으로 하여, 지열 히트펌프와 별개로 제2 수요처에 대해 급탕 공급운전을 수행할 수 있는 제2 온수생성기를 포함할 수 있다.High efficiency geothermal heating and cooling system capable of producing hot water according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is a geothermal heat pump that can perform the heating and cooling supply operation for the first demand by using the heat transferred from the ground heat exchange ; A first heat supply and supply operation for a second demand source can be performed separately from the geothermal heat pump by using a part of the waste heat generated by the cooling and heating supply operation of the geothermal heat pump to the ground heat exchanger as a heat source. Hot water generator; And a second hot water generator capable of performing a hot water supply and supply operation to a second demand destination separately from the geothermal heat pump using a portion of heat generated in the geothermal heat pump and delivered to the first demand destination.
본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 온수 생산이 가능한 고효율 지열냉난방시스템에서, 제1 온수생성기와 제2 온수생성는 동시에 작동하여 제2 수요처에 대한 급탕 공급운전을 수행할 수 있다.In the high-efficiency geothermal heating and cooling system capable of producing hot water according to an embodiment of the present invention, the first hot water generator and the second hot water generator may operate at the same time to perform a hot water supply operation to the second demand destination.
본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 온수 생산이 가능한 고효율 지열냉난방시스템에서, 폐열의 일부는 지열 히트펌프와 지중열교환기 사이의 배관에 배치되는 열원 삼방밸브에서 분기되어 제1 온수생성기로 전달될 수 있다.In a highly efficient geothermal heating and cooling system capable of producing hot water according to another exemplary embodiment of the present invention, a part of the waste heat may be branched from a three-way valve of heat source disposed in a pipe between the geothermal heat pump and the underground heat exchanger and transferred to the first hot water generator. have.
본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 온수 생산이 가능한 고효율 지열냉난방시스템에서, 제2 수요처로부터 배출되는 폐온수의 일부는 제2 온수생성기와 제2 수요처 사이의 배관에 배치되는 온수 삼방밸브에서 분기되어 제2 온수생성기로 전달될 수 있다.In the highly efficient geothermal heating and cooling system capable of producing hot water according to one preferred embodiment of the present invention, a part of the waste hot water discharged from the second demand source is branched from the hot water three-way valve disposed in the pipe between the second hot water generator and the second demand destination. It may be delivered to the second hot water generator.
본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 온수 생산이 가능한 고효율 지열냉난방시스템은 지중열교환기와 지열 히트펌프 상호간에 전달되는 열기의 일부를 열원으로 하여, 지열 히트펌프와 별개로 제3 수요처에 대해 냉난방 공급운전을 수행할 수 있는 보조 히트펌프; 및 보조 히트펌프에서 발생되어 제3 수요처 측으로 전달되는 열기의 일부를 열원으로 하여, 제2 수요처에 대해 급탕 공급운전을 수행할 수 있는 보조 온수생성기를 더 포함할 수 있다.The high-efficiency geothermal heating and cooling system capable of producing hot water according to one embodiment of the present invention uses a part of heat transferred between the geothermal heat exchanger and the geothermal heat pump as a heat source, and supplies heating and cooling to a third demand source separately from the geothermal heat pump. Auxiliary heat pump capable of performing; And an auxiliary hot water generator capable of performing a hot water supply supply operation to the second demand destination by using a part of the heat generated from the auxiliary heat pump and delivered to the third demand destination as a heat source.
본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 온수 생산이 가능한 고효율 지열냉난방시스템에서, 제2 수요처로부터 배출되는 폐온수의 일부는 보조 온수생성기와 제2 수요처 사이의 배관에 배치되는 온수 삼방밸브에서 분기되어 보조 온수생성기로 전달될 수 있다.In the highly efficient geothermal heating and cooling system capable of producing hot water according to one preferred embodiment of the present invention, a part of the waste hot water discharged from the second demand source is branched from the hot water three-way valve disposed in the pipe between the auxiliary hot water generator and the second demand source. It can be delivered to the hot water generator.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 온수 생산이 가능한 고효율 지열냉난방방법은 지열 히트펌프에서 지중열교환기로부터 전달되는 열기를 이용하여 제1 수요처에 대해 냉난방 공급운전을 수행하는 단계; 지열 히트펌프의 냉난방 공급운전으로 인해 발생되어 지열 히트펌프에서 지중열교환기 쪽으로 전달되는 폐열의 일부를 열원으로 하여, 제1 온수생성기에서 지열 히트펌프와 별개로 제2 수요처에 대해 급탕 공급운전을 수행하는 단계; 및 지열 히트펌프에서 발생되어 제1 수요처 측으로 전달되는 열기의 일부를 열원으로 하여, 제2 온수생성기에서 지열 히트펌프와 별개로 제2 수요처에 대해 급탕 공급운전을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a high-efficiency geothermal heating and cooling method capable of producing hot water, including: performing a cooling and heating supply operation to a first demand destination by using heat delivered from an underground heat exchanger in a geothermal heat pump; Part of the waste heat generated from the geothermal heat pump's cooling / heating operation and transferred from the geothermal heat pump to the ground heat exchanger is used as a heat source, and the hot water generator performs a hot water supply operation for the second demand source separately from the geothermal heat pump. Doing; And performing a hot water supply operation for the second demand destination separately from the geothermal heat pump in the second hot water generator using a portion of heat generated in the geothermal heat pump and transmitted to the first demand destination.
본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 온수 생산이 가능한 고효율 지열냉난방방법은 보조 히트펌프에서 발생되어 제3 수요처 측으로 전달되는 열기의 일부를 열원으로 하여, 보조 온수생성기에서 제2 수요처에 대해 급탕 공급운전을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, a high-efficiency geothermal heating and cooling method capable of producing hot water uses a part of heat generated by an auxiliary heat pump and delivered to a third demanding party as a heat source, and supplies hot water to the second demanding customer in the auxiliary hot water generator. It may further comprise the step of performing.
본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 온수 생산이 가능한 고효율 지열냉난방방법은 시스템제어기가 제2 수요처로 공급하는 온수를 보관하는 온수탱크의 온도가 사전에 정해진 온도를 유지하도록 지열 히트펌프 및/또는 제2 온수생성기의 작동상태를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.The high-efficiency geothermal heating and cooling method capable of producing hot water according to one preferred embodiment of the present invention includes a geothermal heat pump and / or a first product such that a temperature of a hot water tank storing hot water supplied by a system controller to a second demand source is maintained at a predetermined temperature. It may further comprise the step of controlling the operating state of the hot water generator.
본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 온수 생산이 가능한 고효율 지열냉난방방법은 시스템제어기가 제1 수요처에 대해 냉난방 공급운전이 작동되지 않더라도 필요에 따라 제2 온수생성기만을 작동시키도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.The high-efficiency geothermal heating and cooling method capable of producing hot water according to an exemplary embodiment of the present invention further includes controlling the system controller to operate only the second hot water generator as needed even if the heating / cooling supply operation is not operated for the first demand destination. can do.
본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 온수 생산이 가능한 고효율 지열냉난방방법은 제1 온수생성기에서 급탕 공급운전을 수행하는 단계에서, 제1 온수생성기에서 폐열의 일부의 열량을 완전히 흡수하지 못하는 경우에는, 열원 삼방밸브는 지중열교환기 쪽으로 전달되는 폐열의 양을 증가시키도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.In the high-efficiency geothermal heating and cooling method capable of producing hot water according to an embodiment of the present invention, when the hot water supply operation is performed in the first hot water generator, when the calorific value of part of the waste heat in the first hot water generator is not completely absorbed, The heat source three-way valve may further comprise controlling to increase the amount of waste heat delivered to the underground heat exchanger.
위와 같은 과제해결수단에 따르면, 본 발명은 난방운전시에는 난방에 이용되는 열기를 통하여, 또한 냉방운전시에는 지중열교환기 측으로 방열되는 열을 회수하게 되는 방식으로 에너지 효율을 크게 향상시킬 수 있다.According to the problem solving means as described above, the present invention can greatly improve the energy efficiency through the heat used for heating during the heating operation, and also to recover the heat radiated to the underground heat exchanger during the cooling operation.
또한, 물대공기 방식의 히트펌프에서의 폐열을 재이용하여 온수를 생산할 수 있도록 하여 온수생산에 있어 에너지효율이 상대적으로 떨어지는 전기보일러나 화석연료보일러 등을 별도의 장치로 추가하지 않아도 된다.In addition, it is possible to reuse the waste heat in the water-to-air heat pump to produce hot water, so it is not necessary to add an electric boiler or fossil fuel boiler, etc., which has relatively low energy efficiency in producing hot water.
도 1은 종래의 지열 히트펌프를 이용한 냉난방시스템을 나타낸 개념도이다.
도 2는 종래의 지열 히트펌프를 이용한 급탕시스템을 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 온수 생산이 가능한 가능한 고효율 지열냉난방시스템을 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지열냉난방시스템에서 난방운전시에 온수를 생산하기 위한 냉매의 흐름을 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지열냉난방시스템에서 냉방운전시에 온수를 생산하기 위한 냉매의 흐름을 나타낸 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 지열냉난방시스템에서 냉난방운전을 수행하지 않는 상태에서 온수를 생산하기 위한 냉매의 흐름을 나타낸 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 지열냉난방방법을 개략적으로 나타낸 다이어그램이다.1 is a conceptual diagram showing a cooling and heating system using a conventional geothermal heat pump.
2 is a conceptual diagram showing a hot water supply system using a conventional geothermal heat pump.
3 is a conceptual diagram schematically showing a highly efficient geothermal heating and cooling system capable of producing hot water according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a conceptual diagram showing the flow of the refrigerant for producing hot water during the heating operation in the geothermal heating system according to an embodiment of the present invention.
5 is a conceptual diagram showing the flow of the refrigerant for producing hot water during the cooling operation in the geothermal heating and cooling system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating a flow of a refrigerant for producing hot water in a geothermal air conditioning system according to an embodiment of the present invention without performing an air conditioning operation.
7 is a diagram schematically showing a geothermal heating and cooling method according to an embodiment of the present invention.
전술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 실시예를 통하여 보다 분명해질 것이다.The foregoing objects, features, and advantages will become more apparent from the following examples taken in conjunction with the accompanying drawings.
특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 출원의 명세서에서 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.Specific structural to functional descriptions are merely illustrated for the purpose of describing embodiments in accordance with the inventive concept, and embodiments in accordance with the inventive concept may be embodied in various forms and are described in the specification of the present application. It should not be construed as limited to these.
본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 출원의 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Embodiments according to the concept of the present invention can be variously modified and have a variety of forms specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the specification of the present application. However, this is not intended to limit the embodiments in accordance with the concept of the present invention to a particular disclosed form, it should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
본 출원의 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. As used herein, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof that is described, and that one or more other features or numbers, It is to be understood that it does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of steps, actions, components, parts or combinations thereof.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the drawings denote like elements.
도 3에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 온수 생산이 가능한 고효율 지열냉난방시스템의 기본적인 구성이 나타나 있다. 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Figure 3 shows the basic configuration of a high-efficiency geothermal heating and cooling system capable of producing hot water according to an embodiment of the present invention. This will be described in detail as follows.
도 3을 참조하면, 본 발명의 온수 생산이 가능한 고효율 지열냉난방시스템은, 지중열교환기(30)와, 지열 히트펌프(10)와, 제1 온수생성기(20)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the highly efficient geothermal heating and cooling system capable of producing hot water of the present invention may include an
지중열교환기(30)는 지중에 매설되어, 지중과 열교환될 수 있는 장치로, 당해 기술분야에서 일반적으로 널리 사용되는 것이므로 그 상세한 설명은 생략한다.The underground heat exchanger (30) is a device that is buried in the ground, and can be heat-exchanged with the ground, and since it is generally widely used in the art, a detailed description thereof will be omitted.
지열 히트펌프(10)는 지중열교환기(30)에서 전달되는 열기를 이용하여 제1 수요처(100)에 대해 낭난방 공급 운전을 수행할 수 있는 것으로, 지중열교환기(30)와 열교환되는 열원측 열교환기(11)와, 냉난방, 급탕 등이 요구되는 수요처와 열교환되는 수요처측 열교환기(15)와, 지열 히트펌프(10) 내부를 순환하는 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(12)와, 지열 히트펌프(10) 내부를 순환하는 냉매를 압축시키는 압축기(13)와, 냉난방 전환을 위해 지열 히트펌프(10) 내부를 순환하는 냉매의 유동 방향을 전환시키는 사방변(14)를 포함하는 냉동 사이클로 구성되어, 제1 수요처(100)에 대한 냉난방운전을 수행할 수 있다.The
제1 온수생성기(20)는 지열 히트펌프(10)의 냉난방 공급운전으로 인해 발생되어 지열 히트펌프(10)에서 지중열교환기(30) 쪽으로 전달되는 폐열의 일부를 열원으로 하여, 지열 히트펌프(10)와 별개로 제2 수요처(200)에 대해 급탕 공급운전을 수행할 수 있다. 제1 온수생성기(20)는 제2 수요처(200)에 대하여 급탕 공급운전을 수행하는 것이 바람직하나, 일반적인 냉난방 공급운전을 수행하여도 좋다.The first
한편, 제1 온수생성기(20)는 지열 히트펌프(10)에서 지중열교환기(30)로 냉매가 유동되는 배관 상에 병렬적으로 연결되어 설치될 수 있다. 상세하게는, 제1 온수생성기(20)와 지열 히트펌프(10) 사이에 상대적으로 따뜻한 냉매가 순환하는 배관에 제1 온수생성기(20)로부터 연장되는 한쪽 배관이 연결되고, 제1 온수생성기(20)와 지열 히트펌프(10) 사이에 상대적으로 차가운 냉매가 순환하는 배관에 제1 온수생성기(20)로부터 연장되는 한쪽 배관이 연결될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니고 직렬적으로 연결되어 설치되는 구성도 가능하다.On the other hand, the first
이때, 지열 히트펌프(10)에서 냉난방운전을 하며 형성된 폐열을 함유한 냉매가 제1 온수생성기(20)를 경유한 다음 지중열교환기(30)로 향하게 된다.At this time, the refrigerant containing waste heat formed during the heating and cooling operation in the
제1 온수생성기(20)는 지열 히트펌프(10) 측으로부터 연장되는 배관과 제2 수요처(200) 측으로부터 연장되는 배관이 서로 인접하는 방식으로 구성되어 열교환될 수 있다. 다만, 제1 온수생성기(20)는 열교환기, 압축기, 팽창밸브 등을 구비하는 별도의 히트펌프로 구성될 수도 있다.The first
여기에서, 예를 들어 가정 등의 공간에서, 제1 수요처(100)는 히터 또는 에어컨 등의 공기조화기가 사용되어 실내공기의 냉난방이 이루어지는 거실 등의 공간일 수 있으며, 제2 수요처(200)는 급탕이 수행되는 욕조 등의 공간일 수 있다.Here, for example, in a space such as a home, the
한편, 지열 히트펌프(10)의 냉난방 공급운전으로 인해 발생되는 폐열의 일부는 지열 히트펌프(10)와 지중열교환기(30) 사이의 배관에 배치되는 열원 삼방밸브(41)에서 분기되어 제1 온수생성기(20)로 전달될 수 있다.On the other hand, a part of the waste heat generated by the cooling and heating supply operation of the
상세하게는, 열원 삼방밸브(41)는 제1 온수생성기(20)로의 냉매 유동을 제어하는 냉매 유동 개폐 밸브로, 예를 들어, 열원 삼방밸브(41)의 일측이 열리면, 지열 히트펌프(10)에서 나온 냉매는 제1 온수생성기(20)를 경유하지 않고 곧바로 지중열교환기(30)로 향하게 되고, 열원 삼방밸브(41)의 다른 일측이 열리면, 지열 히트펌프(10)에서 나온 냉매 중 일부는 제1 온수생성기(20)를 경유한 다음 지중열교환기(30)로 향하게 된다.Specifically, the heat source three-
또한, 본 발명의 온수 생산이 가능한 고효율 지열냉난방시스템은, 제1 온수생성기(20)와는 별도로 제2 온수생성기(50)를 더 포함할 수 있다. 제1 온수생성기(20)는 지중열교환기(30)와 지열 히트펌프(10) 사이의 분기점에서 분기되어 마련될 수 있는 반면, 제2 온수생성기(50)는 각각의 수요처(100, 300)와 지열 히트펌프(10) 사이의 분기점에서 분기되어 마련될 수 있다.In addition, the highly efficient geothermal heating and cooling system capable of producing hot water of the present invention may further include a second
제2 온수생성기(50)는 지열 히트펌프(10)에서 발생되어 제1 수요처(100) 측으로 전달되는 열기의 일부를 열원으로 하여, 지열 히트펌프(10)와 별개로 제2 수요처(200)에 대해 급탕 공급운전을 수행할 수 있도록 하는 장치이다.The second
즉, 예를 들어, 제1 온수생성기(20)가 지열 히트펌프(10)와 지중열교환기(30) 사이에서 전달되는 열기를 재이용하여 급탕 공급운전을 수행하는 것이라면, 제2 온수생성기(50)는 지열 히트펌프(10)와 각각의 수요처(100, 300) 사이에서 전달되는 열기를 재이용하여 급탕 공급운전을 수행하는 것이다.That is, for example, if the first
제1 수요처의 냉난방운전 및 미운전시의 제1 및 제2 온수생성기(20, 50)의 급탕 공급운전의 구체적인 작동방식에 관하여는 후술하도록 한다.The specific operation of the hot water supply operation of the first and second
한편, 제1 온수생성기(20)와 제2 온수생성기(50)는 동시에 작동하여 제2 수요처(200)에 대한 급탕 공급운전을 수행할 수도 있으며, 제1 온수생성기(20)와 제2 온수생성기(50) 중 어느 하나만 작동하여도 좋다. 또한, 제1 및 제2 온수생성기(20, 50)에서 온수 생산이 충분히 이루어진 다음에 남은 폐열을 지열측에 방열하도록 조절하는 제어장치가 더 구비될 수도 있다.On the other hand, the first
특히, 일반적인 건물의 하절기 냉방부하는 동절기 난방부하에 비해 약 1.5배 정도 높으므로, 냉방부하에 맞추어 지열냉난방시스템을 설치하면 난방부하 시에는 작동상의 여유가 있게 된다. 따라서, 본 발명에 바람직한 실시예에 따른 온수 생산이 가능한 고효율 지열냉난방시스템에 따라 냉난방시스템의 폐열을 재차 활용하여 급탕용 온수를 효율적으로 생산하게 되면, 온수 생산을 위하여 지열냉난방 시스템의 전체적인 설비용량을 추가로 늘릴 필요가 없게 된다.In particular, since the summer cooling load of a typical building is about 1.5 times higher than the winter heating load, if the geothermal air conditioning system is installed in accordance with the cooling load, there is room for operation during heating load. Therefore, according to the high-efficiency geothermal heating and cooling system capable of producing hot water according to an embodiment of the present invention, when the hot water for hot water supply is efficiently produced by utilizing the waste heat of the cooling and heating system again, the overall equipment capacity of the geothermal heating and cooling system is produced for hot water production. There is no need to increase additionally.
즉, 본 발명에 따르면, 예를 들어 난방운전시에는 여유가 있는 난방능력 범위에서 온수를 생산할 수 있고, 예를 들어, 특히 냉방운전시에는 온수 생산을 통하여 냉방부하 감소 효과를 발휘할 수 있으므로 냉방효율도 동시에 향상시킬 수 있다. 상세하게는, 냉방운전시 부하측에 흡수된 열을 지중열교환기 측에 방열하는 대신 온수 생산에 사용함으로써, 냉방운전과 온수 생산을 함께 수행할 수 있어 에너지 효율이 약 2배에 이르도록 향상될 수 있다.That is, according to the present invention, for example, during the heating operation can produce hot water in the range of the heating capacity with a margin, for example, in particular during the cooling operation can exert the cooling load reduction effect through the production of hot water cooling efficiency It can also be improved at the same time. Specifically, by using the heat absorbed by the load side in the heat exchanger instead of heat dissipating to the underground heat exchanger during the cooling operation, the cooling operation and the production of hot water can be performed together to improve energy efficiency by about twice. have.
또한, 본 발명에 바람직한 실시예에 따른 온수 생산이 가능한 고효율 지열냉난방시스템에 따르면, 예를 들어 난방운전시에는 난방에 이용되는 열기를 통하여, 또한 냉방운전시에는 지중열교환기 측으로 방열되는 열을 회수하게 되는 방식으로 에너지 효율을 크게 향상시킬 수 있다.In addition, according to the high-efficiency geothermal heating and cooling system capable of producing hot water according to the present invention, for example, through the heat used for heating during the heating operation, and recovering heat radiated to the ground heat exchanger side during the cooling operation In this way, energy efficiency can be greatly improved.
나아가, 기존의 물대공기 방식의 지열히트펌프의 경우에는 부하측이 냉매 순환방식이어서 온수를 생산할 수 없는 문제점을 갖고 있으므로, 본 발명에서는 이 점을 개선하여 물대공기 방식의 히트펌프에서의 폐열을 재이용하여 온수를 생산할 수 있도록 하여 온수생산에 있어 에너지효율이 상대적으로 떨어지는 전기보일러나 화석연료보일러 등을 별도의 장치로 추가하지 않아도 된다는 장점이 있다.Furthermore, in the case of the conventional water-to-air type geothermal heat pump, since the load side is a refrigerant circulation method, there is a problem that hot water cannot be produced. In the present invention, this point is improved to reuse waste heat in the water-to-air type heat pump. It is possible to produce hot water, so it is not necessary to add an electric boiler or fossil fuel boiler, which has relatively low energy efficiency, in the hot water production as a separate device.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 온수 생산이 가능한 고효율 지열냉난방시스템에서의 열원 삼방밸브(41)에 의한 제1 온수생성기(20)로 투입되는 열기의 조절, 및 온수 삼방밸브(42)에 의한 제2 온수생성기(50)로 투입되는 열기의 조절에 대하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the control of the heat input to the first
열원 및 온수 삼방밸브(41, 42)는 제1 및 제2 온수생성기(20, 50)로 유동하는 냉매량을 정밀하게 제어될 수 있도록 구성될 수 있다.The heat source and the hot water three-
상술한 바와 같이, 지열 히트펌프(10)에서 지중열교환기(30) 쪽으로 전달되는 폐열의 일부는 지열 히트펌프(10)와 지중열교환기(30) 사이의 배관에 배치되는 열원 삼방밸브(41)에서 분기되어 제1 온수생성기(20)로 전달될 수 있다.As described above, part of the waste heat transferred from the
이때, 상기 제1 온수생성기(20)에서 상기 폐열의 일부의 열량을 완전히 흡수하지 못하는 경우에는, 열원 삼방밸브(41)는 지중열교환기(30) 쪽으로 전달되는 폐열의 양을 증가시키도록 제어될 수 있다. 한편, 제1 온수생성기(20)에서 폐열의 일부의 열량을 완전히 흡수하지 못하는 경우란, 제1 온수생성기(20)에서 수용할 수 있는 폐열의 열량의 한계를 넘어서서 폐열이 공급되는 경우를 의미한다.At this time, when the first
이와 같이, 열원 삼방밸브(41)의 궤도 조정을 통하여 지중열교환기(30)와 제1 온수생성기(20)의 이용률을 조정하여 냉방부하를 만족시키면서 온수 생성도 효과적으로 수행할 수 있게 된다.In this way, by adjusting the orbit of the three-
또한, 열원 삼방밸브(41)는 지중열교환기(30) 쪽으로 전달되는 폐열은 별도의 폐열 저장장치에 공급되어 폐열을 임시 저장하도록 구성해도 좋다. 또한, 이러한 폐열의 적어도 일부는 지중열교환기(30) 측으로 전달되지 않고 지열 히트펌프(10)와 제1 수요처(100) 사이의 상대적으로 뜨거운 냉매가 흐르는 배관에 연결하여 예를 들어, 제1 수요처(100)의 실내 냉난방운전시의 가동효율을 높이도록 구성해도 좋다.In addition, the heat source three-
한편, 제2 수요처(200)로부터 배출되는 폐온수의 일부는 제2 온수생성기(50)와 제2 수요처(200) 사이의 배관에 배치되는 온수 삼방밸브(42)에서 분기되어 제2 온수생성기(50)로 전달되도록 구성될 수 있다.On the other hand, a portion of the waste hot water discharged from the
제2 온수생성기(50)에서는 제2 수요처(200)로부터 폐온수가 제2 온수생성기(50)로 전달되는 배관에서 분기되는 배관과, 제1 수요처(100)로부터 냉난방운전시의 상대적으로 고온상태인 배관에서 분기과는 배관이 서로 인접하며 열교환하도록 구성될 수 있다. 제2 온수생성기(50)는 제2 수요처(200)에 대하여 급탕 공급운전을 수행하는 것이 바람직하나, 냉난방 공급운전을 수행하여도 좋다.In the second
한편, 제2 온수생성기(50)는 지열 히트펌프(10)에서 제1 수요처(100)로 냉매가 유동되는 배관 상에 병렬적으로 연결되어 설치될 수 있다. 상세하게는, 지열 히트펌프(10)와 제1 수요처(100) 사이에 상대적으로 따뜻한 냉매가 순환하는 배관에 제2 온수생성기(50)로부터 연장되는 한쪽 배관이 연결되고, 지열 히트펌프(10)와 제1 수요처(100) 사이에 상대적으로 차가운 냉매가 순환하는 배관에 제2 온수생성기(50)로부터 연장되는 다른 한쪽 배관이 연결될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니고 직렬적으로 연결되어 설치되는 구성도 가능하다. 또한, 제2 온수생성기(50)는 열교환기, 압축기, 팽창밸브 등을 구비한 별도의 히트펌프로 구성될 수도 있다.On the other hand, the second
즉, 본 발명의 일 실시예에서는 제2 수요처(200)에서 온수로 쓰여지고 다시 제1 온수생성기(20) 측으로 순환되는 폐온수의 일부를 제2 온수생성기(50)로 보냄으로써, 냉난방운전시 히트펌프(10)와 제1 수요처(100) 사이에 순환되는 상대적으로 뜨거운 배관의 열기와 제2 온수생성기(50)에서 열교환되도록 함으로써 온수생산의 효율을 극대화시킬 수 있게 된다. 예를 들어, 특히 제1 수요처들(100)에서의 난방운전시에는 빠르게 온수를 생산할 수 있는 고온의 순환 냉매로부터 열기를 제공받을 수 있다.That is, in one embodiment of the present invention by sending a portion of the waste hot water written in the
정리하면, 본 발명의 일 실시예에서는, 지열 히트펌프(10)와 지중열교환기(30) 사이에서의 배출되는 폐열의 일부를 열원 삼방밸브(41)를 통하여 제1 온수생성기(20) 측으로 보냄으로써 일차적으로 온수생산에 필요한 열기를 공급할 수 있으며, 또한, 제2 수요처(200)에서 사용되고 배출되는 온수의 폐열의 일부를 제2 온수생성기(50) 측으로 보냄으로써 지열 히트펌프(10)와 제1 수요처(100) 사이를 순환하는 고온의 냉매로부터 이차적으로 온수생산에 필요한 열기를 공급할 수 있다. In summary, in one embodiment of the present invention, a part of the waste heat discharged between the
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 지열냉난방시스템은 제2 수요처(200)로 공급하는 온수를 보관하는 온수탱크(60)의 온도가 사전에 정해진 온도를 유지하도록 지열 히트펌프(10) 및/또는 제2 온수생성기(50)의 작동상태를 제어하는 시스템제어기(70)를 더 포함할 수 있다.In addition, the geothermal heating and cooling system according to an embodiment of the present invention, the
시스템제어기(70)는 온도센서 등을 통해 온수탱크(60)의 온도가 일정온도를 넘는지 여부를 판단한 다음, 온수탱크(60)의 온도가 일정온도를 넘으면 지열 히트펌프(10) 및/또는 제2 온수생성기(50)의 작동상태를 제어하여 열교환량을 조절함으로써 온수탱크(60)로 투입되는 온수의 열기를 낮출 수 있다.The
나아가, 시스템제어기(70)는 제1 수요처(100)에 대해 냉난방 공급운전이 작동되지 않더라도 필요에 따라 제2 온수생성기(50)를 작동시키도록 제어될 수 있다. 이에 따라, 제1 수요처(100)에 대한 냉난방 공급운전과는 별도로 제2 온수생성기(50)를 통해 온수가 생성되도록 구성할 수 있다.Furthermore, the
이에 제한되지 않고, 시스템제어기(70)는 제1 온수생성기(20) 및 열원 및 온수 삼방밸브(41, 42)의 작동도 제어하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 시스템제어기(70)는 제1 온수생성기(20)를 통한 열교환량 및 열원 및 온수 삼방밸브(41, 42)를 통한 냉매 및 온수의 유동량을 적절하게 조절할 수도 있다.Without being limited thereto, the
이에 따라, 시스템제어기(70)는 냉난방용 실내기 제어기의 운전 정보와 온수탱크의 온도 상태를 수신하여 운전모드를 결정하고 냉난방 및 온수 생산을 가장 효과적으로 할 수 있도록 지열냉난방시스템을 제어할 수 있다. 즉, 냉방운전시와 난방운전시, 및 냉난방이 필요 없는 경우 각각의 상태에 따라 관련되는 장치를 제어하고, 온수탱크의 온도가 항상 적정하게 유지되도록 냉난방운전을 제어하도록 알고리즘이 구성될 수 있는 것이다.Accordingly, the
이어서, 본 발명의 실시예에 따른 온수 생산이 가능한 고효율 지열냉난방시스템의 운전모드에 대하여 설명한다.Next, the operation mode of the highly efficient geothermal heating and cooling system capable of producing hot water according to an embodiment of the present invention will be described.
먼저, 도 4를 참조하여, 상기와 같은 온수 생산이 가능한 고효율 지열냉난방시스템에서의 난방운전시에 대하여 예를 들어 설명한다.First, with reference to FIG. 4, the heating operation in the high-efficiency geothermal heating and cooling system capable of producing hot water as described above will be described by way of example.
지열 히트펌프(10)가 난방운전 모드로 운전되면, 지중열교환기(30)에서 흡수된 열기는 냉매를 통해서 지열 히트펌프(10)에서 승온되어 제1 수요처(100)로 열기을 공급하게 된다. 이때, 상술한 바와 같이 제1 수요처(100) 측으로 향하는 배관과 병렬로 제2 온수생성기(50)를 설치하여 온수를 생산할 수 있다.When the
상세하게는, 지열 히트펌프(10)의 냉매는 열원측 열교환기(11)에서 압축기(13), 수요처측 열교환기(15), 팽창밸브(12) 및 열원측 열교환기(11)의 경로로 순환하며, 냉매의 열을 수요처측 열교환기(15)에서 방출하고, 열원측 열교환기(11)에서 흡열한다. 따라서, 실내로 순환하는 냉매는 수요처측 열교환기(15)에서 흡열하여 실내를 난방한다. 반면에 냉매는 열원측 열교환기(11)에서 흡열하게 되는데, 지중열교환기(30)로 순환하는 냉매는 지중에서 열을 흡열하고 열원측 열교환기(11)에서 냉매로 열을 전달한다.Specifically, the refrigerant of the
이때, 도 4를 참조하여, 지열냉난방시스템에서의 난방운전시에서의 온수생산에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.At this time, with reference to Figure 4, it will be described in detail for the hot water production during the heating operation in the geothermal heating and cooling system.
지중열교환기(30)에서 지열 히트펌프(10)를 거쳐 냉매는 승온된다. 승온된 냉매의 일부는 밸브 등에 의해 지열 히트펌프(10)와 제1 수요처(100) 사이에서 분기되어 제2 온수생성기(50)로 향한다. 이러한 승온된 냉매와, 제2 수요처(200) 측의 온수탱크(60)에서 나와 온수 삼방밸브(42) 등에 의해 온수탱크(60)와 제1 온수생성기(20) 사이에서 분기되어 제2 온수생성기(50)로 향하는 폐온수가 열교환하여 폐온수의 온도를 상승시키는 급탕 운전을 수행한다.In the underground heat exchanger (30), the refrigerant is heated up via the geothermal heat pump (10). A part of the heated refrigerant is branched between the
이와 같이 급탕된 온수는 다시 온수탱크(60)로 돌아가 제2 수요처로 온수를 공급하게 된다. 또한, 폐온수에 열기를 전달하고 남은 냉매는 다시 지열 히트펌프(10)를 거쳐 지중열교환기(30) 측으로 남은 열기를 배출한다. 즉, 이 경우 순환하는 냉매는 제1 수요처(100)에서의 실내 난방운전을 수행할 뿐만 아니라, 제2 온수생성기(50)를 통하여 제2 수요처에서의 급탕운전을 동시에 수행할 수 있다. 이와 같이, 상기 냉매는 지중열교환기(30)부터의 열기를 제1 수요처(100) 및 제2 수요처(200)에 동시에 사용하므로, 최대한의 열기를 사용할 수 있어 지열냉난방시스템의 전체 효율을 현저하게 상승시킬 수 있다.The hot water supplied as described above returns to the
이때, 지열냉난방시스템에서의 난방운전시에도 지열 히트펌프(10)로부터 지중열교환기(30) 쪽으로 전달되는 냉매의 일부는 지열 히트펌프(10)와 지중열교환기(30) 사이의 배관에 배치되는 열원 삼방밸브(41)에서 분기되어 폐열이 제1 온수생성기(20)로 전달됨으로써, 제1 온수생성기(20)와 제2 온수생성기(50)가 동시에 작동하여 제2 수요처(200)에 대한 급탕 공급운전을 수행해도 좋다.At this time, a part of the refrigerant transferred from the
한편, 제2 온수생성기(50)는 온수탱크(60)의 온도에 따라 가동여부가 결정된다. 즉, 예를 들어, 시스템제어기(70)는 온수탱크(60) 내의 온도가 사전에 결정된 기준온도 이하로 내려가면 제2 온수생성기(50)가 가동하도록 제어할 수 있다.On the other hand, whether or not the second
이때, 제2 온수생성기(50)는 지열 히트펌프(10)에서 고온고압의 냉매 가스를 응축시키면서 발생하는 열기로 온수를 생성하게 된다. 온수탱크(60)의 온도가 일정 온도 이상 도달하게 되면 제2 온수생성기(50)는 정지하게 된다. 시스템제어기(70)는 온수탱크(60)의 온도가 일정 온도를 유지하도록 지열 히트펌프(10)와 제2 온수생성기(50)를 제어할 수 있다. 난방운전을 하지 않더라도 필요한 경우 제2 온수생성기(50)를 작동시키도록 시스템제어기(70)가 이를 제어할 수도 있으며, 이 경우에는 냉난방운전과 별도로 온수만 생산할 수 있게 된다.At this time, the second
이하에서는, 도 5를 참조하여, 상기와 같은 온수 생산이 가능한 고효율 지열냉난방시스템에서의 냉방운전시에 대하여 예를 들어 설명한다.Hereinafter, with reference to FIG. 5, the cooling operation in the high-efficiency geothermal heating and cooling system capable of producing hot water as described above will be described by way of example.
지열 히트펌프(10)가 냉방운전 모드로 운전되면, 제1 수요처(100)에서 흡수된 열기는 냉매를 통해서 지열 히트펌프(10)에서 냉각되어 지중열교환기(30)로 열기을 방출하게 된다. 이때, 상술한 바와 같이 지중열교환기(30)로부터 지열 히트펌프(10) 측으로 향하는 배관과 병렬로 제1 온수생성기(20)를 설치하여 온수를 생산할 수 있다.When the
상세하게는, 지열 히트펌프(10)의 냉매는 열원측 열교환기(11)에서 팽창밸브(12), 수요처측 열교환기(15), 압축기(13) 및 열원측 열교환기(11)의 경로로 순환하며, 냉매의 열을 열원측 열교환기(11)에서 방출하고, 수요처측 열교환기(15)에서 흡열한다. 따라서, 실내로 순환하는 냉매는 수요처측 열교환기(15)에서 열을 방출하게 되어 실내를 냉방한다. 반면에 열원측 열교환기(11)에서 방열된 열은 지중열교환기(30)로 순환하는 냉매에 전달되고, 가열된 냉매는 지중에서 열을 방출한다.Specifically, the refrigerant of the
이때, 도 5를 참조하여, 지열냉난방시스템에서의 냉방운전시에서의 온수생산에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.At this time, with reference to Figure 5, it will be described in detail with respect to the hot water production during the cooling operation in the geothermal heating and cooling system.
제1 수요처(100)에서의 냉매는 지열 히트펌프(10)를 거쳐 감온된다. 감온된 냉매의 일부는 밸브 등에 의해 지열 히트펌프(10)와 지중열교환기(30) 사이에서 분기되어 제1 온수생성기(20)로 향한다. 이러한 감온된 냉매와, 제2 수요처(200) 측의 온수탱크(60)에서 나오는 폐온수가 열교환하여 폐온수의 온도를 상승시키는 급탕 운전을 수행한다.The refrigerant at the
이와 같이 급탕된 온수는 다시 온수탱크(60)로 돌아가 제2 수요처(200)로 온수를 공급하게 된다. 또한, 폐온수에 열기를 전달하고 남은 냉매는 다시 지중 열교환기(30) 측으로 남은 열기를 배출한다. 즉, 이 경우 제1 수요처(100)에서의 냉방운전 후 순환하는 냉매는 제1 수요처(100)에서의 실내 냉방운전을 수행할 뿐만 아니라, 제1 온수생성기(20)를 통하여 제2 수요처(200)에서의 급탕운전을 동시에 수행할 수 있다. 이와 같이 상기 냉매는 제1 수요처(100)로부터의 폐열을 제2 수요처(200)에서 재이용하므로, 최대한의 열기를 사용할 수 있어 지열냉난방시스템의 전체 효율을 현저하게 상승시킬 수 있다.The hot water supplied as described above returns to the
즉, 지열 히트펌프(10)가 제1 수요처(100)로부터 흡수한 열기를 지열 히트펌프(10)의 응축기를 거쳐 지중열교환기(30)에 방열하는 대신, 제1 온수생성기(20)로 고온의 지열 순환냉매를 보내 제2 수요처(200)에서 순환되는 물을 가열하여 온수를 만들어 온수탱크(60)에 저장할 수 있다.That is, instead of dissipating the heat absorbed by the
이때, 지열냉난방시스템에서의 냉방운전시에도 지열 히트펌프(10)를 거쳐 승온된 냉매의 일부는 지열 히트펌프(10)와 제1 수요처(100) 사이에서 분기되어 열기가 제2 온수생성기(50)로 전달됨으로써, 제1 온수생성기(20)와 제2 온수생성기(50)가 동시에 작동하여 제2 수요처(200)에 대한 급탕 공급운전을 수행해도 좋다.At this time, a part of the refrigerant heated up through the
한편, 이 과정에서 온수탱크(60)의 온도가 사전에 정해진 기준온도 이상으로 상승하게 되면 발생하는 폐열은 지중열교환기(30) 측으로 보내져 방열될 수도 있다. 또한, 제1 온수생성기(20)의 열교환 능력이 지열 히트펌프(10)로부터의 방열 열량을 완전히 흡수하지 못할 경우에는 열원 삼방밸브(41)를 통하여 지중열교환기(30)에 지열수의 적정량을 보내 냉방 능력을 충족시키도록 할 수 있다.On the other hand, in this process, when the temperature of the
즉, 열원 삼방밸브(41)의 궤도 조정을 통하여 지중열교환기(30)와 제1 온수생성기(20)의 이용율을 조정하여 냉방부하를 만족시키면서 온수 생산도 함께 이루어지도록 할 수 있다.That is, by adjusting the orbit of the three-
이와 같이, 온수 생산과 냉방운전을 동시에 이루어지도록 하면 지열냉난방시스템의 전체 효율이 대략 2배에 이르도록 증가하게 된다. 한편, 냉방운전 부하량이 적어 냉방운전시 온수를 충분히 생산하지 못할 경우에는 냉방이 중지될 때 온수 단독 생성 운전모드로 온수를 생산하도록 제어될 수도 있다.As such, when the hot water production and the cooling operation are performed at the same time, the overall efficiency of the geothermal heating and cooling system is increased to approximately twice. On the other hand, if the cooling operation load is small enough to not produce hot water during the cooling operation when the cooling is stopped may be controlled to produce hot water in the hot water alone generation operation mode.
나아가, 도 6을 참조하여, 상기와 같은 온수 생산이 가능한 고효율 지열냉난방시스템에서의 냉방 및 난방운전이 이루어지지 않는 경우에 대하여 예를 들어 설명한다.Furthermore, with reference to FIG. 6, the case where the cooling and heating operation | movement is not performed in the high efficiency geothermal air-conditioning system which can produce hot water as mentioned above is demonstrated with an example.
이때에는, 지중열교환기(30)에서 지열 히트펌프(10)를 거쳐 냉매는 승온된다. 승온된 냉매의 전부는 밸브 등에 의해 지열 히트펌프(10)와 제1 수요처(100) 사이에서 분기되어 제2 온수생성기(50)로 향한다. 이러한 승온된 냉매와, 제2 수요처(200) 측의 온수탱크(60)에서 나와 온수 삼방밸브(42) 등에 의해 온수탱크(60)와 제1 온수생성기(20) 사이에서 분기되어 제2 온수생성기(50)로 향하는 폐온수가 열교환하여 폐온수의 온도를 상승시키는 급탕 운전을 실시한다.At this time, the refrigerant is heated up through the
이와 같이 급탕된 온수는 다시 온수탱크(60)로 돌아가 제2 수요처(200)로 온수를 공급하게 된다. 또한, 폐온수에 열기를 전달하고 남은 냉매는 다시 지열 히트펌프(10)를 거쳐 지중열교환기(30) 측으로 남은 열기를 배출한다. 즉, 이 경우 냉매는 실내 냉난방운전이 수행되지 않더라도 제2 수요처(200)에서의 급탕운전만을 수행할 수 있게 된다.The hot water supplied as described above returns to the
한편, 냉방운전 또는 난방운전을 하지 않는 상태에서, 온수탱크(60)의 온도가 사전에 결정된 기준온도 이하로 내려갈 경우에는, 지열 히트펌프(10)는 난방운전모드로 전환되고, 또한 제2 온수생성기(50)가 동작되어 온수를 생산하게 된다. 이 경우의 운전방식은 난방운전시의 운전 프로세스와 유사하며, 단지 제1 수요처(100) 측의 냉난방용 실내기가 동작하지 않도록 한다. 이때, 지열냉난방시스템에서는 지중열교환기(30)로부터의 열기를 지열 히트펌프(10)에서 흡수하여 온수를 만들게 되고, 시스템제어기(70)에서는 지열 히트펌프(10) 및 제2 온수생성기(50)를 이에 맞게 제어하게 된다.On the other hand, when the temperature of the
이에 따라, 본 발명의 온수 생산이 가능한 고효율 지열냉난방시스템은 난방운전시에는 별도의 보일러 등을 장착하지 않고 물대공기 방식의 난방기와 하나의 라인으로 하여 난방과 동시에 온수를 생산할 수 있으며, 냉방운전시에는 지중으로 버려지던 응축기의 폐열을 재활용하여 물대공기 방식의 냉방기와 하나의 라인으로 하여 냉방과 동시에 온수를 생산할 수 있게 된다. 또한, 실내 냉난방운전이 수행되지 않더라도 온수만을 생산할 수도 있게 된다.Accordingly, the high-efficiency geothermal heating and cooling system capable of producing hot water of the present invention can produce hot water at the same time as heating in one line with a heater of a water-to-air type without installing a separate boiler or the like during heating operation. By recycling the waste heat of the condenser that was thrown into the ground, it is possible to produce hot water at the same time as cooling with one line of air-to-air air conditioner. In addition, it is also possible to produce only hot water even if the indoor cooling and heating operation is not performed.
이를 통하여 난방운전시에는 공급되는 고온의 냉매를 이용하여 별도의 장치 없이 빠르게 온수를 생산할 수 있으며, 냉방운전시에는 지열측으로 방열되는 폐열을 회수하는 것으로 에너지 효율을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 보일러와 같은 별도의 온수 생산장치가 필요하지 않게 되어, 지열냉난방시스템를 소형화할 수 있다는 장점도 있다.Through this, during the heating operation, hot water can be rapidly produced without a separate device by using a high temperature refrigerant supplied, and during the cooling operation, energy efficiency can be greatly improved by recovering waste heat radiated to the geothermal side. In addition, there is no need for a separate hot water production apparatus such as a boiler, there is an advantage that can be miniaturized geothermal heating and cooling system.
나아가, 물대공기 방식의 냉난방기와 하나의 라인으로 온수를 생산하는 것이므로 지중의 열이 효율적으로 흡수될 수 있음은 물론, 급탕, 보조 난방 등이 메인 난방과는 완전히 독립적으로 이루어지도록 제어될 수도 있다.Furthermore, since hot water is produced in one line with the air-to-air air conditioner, the ground heat may be efficiently absorbed, and hot water supply and auxiliary heating may be controlled to be completely independent from the main heating.
한편, 본 발명의 일 실시예의 온수 생산이 가능한 고효율 지열냉난방시스템은 지중열교환기(30)와 지열 히트펌프(10) 상호간에 전달되는 열기의 일부를 열원으로 하여, 지열 히트펌프(10)와 별개로 제3 수요처(300)에 대해 냉난방 공급운전을 수행할 있는 보조 히트펌프(80)를 포함할 수도 있다.On the other hand, the high-efficiency geothermal heating and cooling system capable of producing hot water according to an embodiment of the present invention is separated from the
지중열교환기(30)와 지열 히트펌프(10) 사이의 배관은 삼방밸브 등을 통해 보조 히트펌프(80) 측으로 연장되는 배관으로 분기될 수 있으며, 이를 통해 지중열교환기(30)로부터의 열기를 보조 히트펌프(80) 측으로 전달할 수 있다. 보조 히트펌프(80)에서는 상기 열기를 열원으로 하여 제3 수요처(300)에 대하여 냉난방 공급운전을 수행하게 된다. 제3 수요처(300)에서는 저온 냉난방과 저온 급탕 중 어느 하나의 선택적인 운전이 가능하며, 보조 히트펌프(80)는 제1 수요처(100)에서의 냉난방기와는 별도로 운전될 수 있다.Piping between the
보조 히트펌프(80)의 구체적인 구성은 지열 히트펌프(10)에서의 구성이 그대로 적용될 수 있으며, 지열 히트펌프(10)와 병렬적으로 배치될 수 있다.Specific configuration of the
여기에서는, 보조 히트펌프(80)에서 발생되어 제3 수요처(300) 측으로 전달되는 열기의 일부를 열원으로 하여, 지열 히트펌프(10)와는 별개로 제2 수요처(200)에 대해 급탕 공급운전을 수행할 수 있는 보조 온수생성기(90)를 더 포함할 수 있다.Here, a part of the heat generated from the
이때, 제2 수요처(200)로부터 배출되는 폐온수의 일부는 보조 온수생성기(90)와 제2 수요처(200) 사이의 배관에 배치되는 온수 삼방밸브(42)에서 분기되어 보조 온수생성기(90)로 전달될 수 있다.At this time, a part of the waste hot water discharged from the
이러한 보조 히트펌프(80)와 보조 온수생성기(90)의 구체적인 구성에는 상술한 지열 히트펌프(10)와 제2 온수생성기(50)의 구성이 그대로 적용될 수 있으며, 차이점은 보조 히트펌프(80)는 지중열교환기(30)와 지열 히트펌프(10) 사이에 순환되는 열기 또는 폐열을 열원으로 하여 제3 수요처(300)의 냉난방을 수행한다는 점에 있다.The above-described configuration of the
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 온수 생산이 가능한 고효율 지열냉난방방법은, 지열 히트펌프(10)에서 지중열교환기(30)로부터 전달되는 열기를 이용하여 제1 수요처(100)에 대해 냉난방 공급운전을 수행하는 단계(S10); 지열 히트펌프(10)의 냉난방 공급운전으로 인해 발생되어 지열 히트펌프(10)에서 지중열교환기(30) 쪽으로 전달되는 폐열의 일부를 열원으로 하여, 제1 온수생성기(20)에서 지열 히트펌프(10)와 별개로 제2 수요처(200)에 대해 급탕 공급운전을 수행하는 단계(S20); 및 지열 히트펌프(10)에서 발생되어 제1 수요처(100) 측으로 전달되는 열기의 일부를 열원으로 하여, 제2 온수생성기(50)에서 지열 히트펌프(10)와 별개로 제2 수요처(200)에 대해 급탕 공급운전을 수행하는 단계(S30)를 포함할 수 있다.That is, in the high-efficiency geothermal heating and cooling method capable of producing hot water according to an embodiment of the present invention, the
또한, 여기에서는 보조 히트펌프(80)에서 발생되어 제3 수요처(300) 측으로 전달되는 열기의 일부를 열원으로 하여, 보조 온수생성기(90)에서 제2 수요처(200)에 대해 급탕 공급운전을 수행하는 단계(S40)를 더 포함할 수 있다.In addition, here, a part of the heat generated by the
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 온수 생산이 가능한 고효율 지열냉난방방법은, 시스템제어기(70)가 제2 수요처(200)로 공급하는 온수를 보관하는 온수탱크(60)의 온도가 사전에 정해진 온도를 유지하도록 지열 히트펌프(10) 및/또는 제2 온수생성기(50)의 작동상태를 제어하는 단계(S51)를 더 포함할 수 있다. 또한, 시스템제어기(70)가 제1 수요처(100)에 대해 냉난방 공급운전이 작동되지 않더라도 필요에 따라 제2 온수생성기(50)를 작동시키도록 제어하는 단계(S52)를 더 포함할 수도 있다.On the other hand, the high-efficiency geothermal heating and cooling method capable of producing hot water according to an embodiment of the present invention, the temperature of the
나아가, 제1 온수생성기(20)에서 급탕 공급운전을 수행하는 단계(S20)에서, 제1 온수생성기(20)에서 폐열의 일부의 열량을 완전히 흡수하지 못하는 경우에는, 열원 삼방밸브(41)는 지중열교환기(30) 쪽으로 전달되는 폐열의 양을 증가시키도록 제어하는 단계(S21)가 더 포함될 수 있다.Further, in the step S20 of performing a hot water supply operation in the first
상술한 실시예들에 따른 본 발명의 일 실시예의 온수 생산이 가능한 고효율 지열냉난방시스템에서는, 제1 온수생성기(20), 제2 온수생성기(50) 및 보조 온수생성기(90)를 통하여 다각적으로 온수 생산에 필요한 열원을 공급할 수 있으며, 이때 지중열교환기(30)와 지열 히트펌프(10) 사이, 및 지열 히트펌프(10)와 제1 수요처(100) 사이에서 순환하는 열기를 동시에 이용하여 온수를 생산할 수 있어 고온의 온수를 신속하게 생산할 수 있을 뿐만 아니라 고효율 지열냉난방시스템의 전체적인 효율을 크게 향상시킬 수 있다.In the high-efficiency geothermal heating and cooling system capable of producing hot water according to one embodiment of the present invention according to the embodiments described above, the hot water is diversified through the first
또한, 별도의 온수 생산 장치를 필요로 하지 않고, 물대공기 방식의 실내냉난방시스템으로부터 온수를 생산할 수 있도록 일체화하여, 시스템의 소형화뿐만 아니라 지열을 효과적으로 수용할 수 있도록 한다.In addition, without the need for a separate hot water production apparatus, by integrating to produce hot water from the water-to-air indoor air-conditioning system, it is possible to effectively accommodate geothermal heat as well as miniaturization of the system.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 이러한 기재로부터 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환 및/또는 변경 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라 그에 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.As mentioned above, although preferred embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited thereto, and those skilled in the art to which the present invention pertains may have the technical idea of the present invention. Substitutions and / or modifications can be made without departing from the scope of the invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be defined by the claims below and equivalents thereof.
10: 지열 히트펌프 20: 제1 온수생성기
30: 지중열교환기 41: 열원 삼방밸브
42: 온수 삼방밸브 50: 제2 온수생성기
60: 온수탱크 70: 시스템제어기
80: 보조 히트펌프 90: 보조 온수생성기
100: 제1 수요처 200: 제2 수요처
300: 제3 수요처10: geothermal heat pump 20: first hot water generator
30: underground heat exchanger 41: heat source three-way valve
42: hot water three-way valve 50: second hot water generator
60: hot water tank 70: system controller
80: auxiliary heat pump 90: auxiliary hot water generator
100: first demand source 200: second demand source
300: third party
Claims (11)
상기 지열 히트펌프(10)의 냉난방 공급운전으로 인해 발생되어 상기 지열 히트펌프(10)에서 상기 지중열교환기(30) 쪽으로 전달되는 폐열의 일부를 열원으로 하여, 상기 지열 히트펌프(10)와 별개로 제2 수요처(200)에 대해 급탕 공급운전을 수행할 수 있는 제1 온수생성기(20); 및
상기 지열 히트펌프(10)에서 발생되어 상기 제1 수요처(100) 측으로 전달되는 열기의 일부를 열원으로 하여, 상기 지열 히트펌프(10)와 별개로 상기 제2 수요처(200)에 대해 급탕 공급운전을 수행할 수 있는 제2 온수생성기(50)를 포함하고,
상기 제1 온수생성기(20)와 상기 제2 온수생성기(50)는 동시에 작동하여 제2 수요처(200)에 대한 급탕 공급운전을 수행하고,
상기 제2 수요처(200)로부터 배출되는 폐온수의 일부는 상기 제2 온수생성기(50)와 상기 제2 수요처(200) 사이의 배관에 배치되는 온수 삼방밸브(42)에서 분기되어 상기 제2 온수생성기(50)로 전달되며, 상기 제2 온수생성기(50)로 전달된 폐온수의 일부가 냉난방 운전시 상기 지열 히트펌프(10)와 상기 제1 수요처(100) 사이에 순환되는 고온의 냉매와 상기 제2 온수생성기(50)에서 열교환하는
온수 생산이 가능한 고효율 지열냉난방시스템.
A geothermal heat pump 10 capable of performing a cooling / heating supply operation to the first demand destination 100 using the heat delivered from the underground heat exchanger 30;
Part of the waste heat generated by the cooling and heating supply operation of the geothermal heat pump 10 and transferred from the geothermal heat pump 10 toward the underground heat exchanger 30 as a heat source, separate from the geothermal heat pump 10 A first hot water generator 20 capable of performing a hot water supply supply operation to the second demand source 200; And
A hot water supply operation is performed separately from the geothermal heat pump 10 using a part of heat generated by the geothermal heat pump 10 and delivered to the first demand destination 100 as a heat source. It includes a second hot water generator 50 that can perform,
The first hot water generator 20 and the second hot water generator 50 are operated at the same time to perform a hot water supply supply operation to the second demand source 200,
A portion of the waste hot water discharged from the second demand source 200 is branched from the hot water three-way valve 42 disposed in the pipe between the second hot water generator 50 and the second demand source 200 and the second hot water. Part of the waste hot water delivered to the generator 50, the second hot water generator 50 is a high-temperature refrigerant circulated between the geothermal heat pump 10 and the first demand source 100 during the heating and cooling operation; Heat exchange in the second hot water generator 50
High efficiency geothermal heating and cooling system capable of producing hot water.
상기 지중열교환기(30)와 상기 지열 히트펌프(10) 상호간에 전달되는 열기의 일부를 열원으로 하여, 상기 지열 히트펌프(10)와 별개로 제3 수요처(300)에 대해 냉난방 공급운전을 수행할 수 있는 보조 히트펌프(80); 및
상기 보조 히트펌프(80)에서 발생되어 상기 제3 수요처(300) 측으로 전달되는 열기의 일부를 열원으로 하여, 제2 수요처(200)에 대해 급탕 공급운전을 수행할 수 있는 보조 온수생성기(90)를 더 포함하는
온수 생산이 가능한 고효율 지열냉난방시스템.
The method of claim 4, wherein
Part of the heat transferred between the geothermal heat exchanger 30 and the geothermal heat pump 10 as a heat source, and performs a heating and heating supply operation to the third demand source 300 separately from the geothermal heat pump 10. Auxiliary heat pump 80; And
An auxiliary hot water generator 90 capable of performing a hot water supply supply operation to the second demand destination 200 using a portion of heat generated by the auxiliary heat pump 80 and delivered to the third demand destination 300 as a heat source. Containing more
High efficiency geothermal heating and cooling system capable of producing hot water.
상기 제2 수요처(200)로부터 배출되는 폐온수의 일부는 상기 보조 온수생성기(90)와 상기 제2 수요처(200) 사이의 배관에 배치되는 온수 삼방밸브(42)에서 분기되어 상기 보조 온수생성기(90)로 전달되는
온수 생산이 가능한 고효율 지열냉난방시스템.
The method of claim 5,
A part of the waste hot water discharged from the second demand source 200 is branched from the hot water three-way valve 42 disposed in the pipe between the auxiliary hot water generator 90 and the second demand source 200 and the auxiliary hot water generator ( Delivered with
High efficiency geothermal heating and cooling system capable of producing hot water.
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