KR102053572B1 - 폐열 회수 장치 기반의 하이브리드 지열 냉난방 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폐열 회수 장치 기반의 하이브리드 지열 냉난방 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은, 제어장치(600)가 냉방모드인 냉방모드로 히트 펌프(100) 온(on), 제 1 순환펌프(CP1) 및 제 2 순환펌프(CP2) 온(on), 그리고 조절밸브(CV)에 대한 normal open 상태에 대한 제어를 수행하는 제 1 단계; 및 제어장치(600)가 냉방모드에 대한 운전종류로 냉방운전인 경우 냉방운전을 개시하며, 축열운전인 경우 축열운전을 개시하되, 조절밸브(CV)에 대한 cross open 상태에 대한 제어를 수행하는 제 2 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 지중 열교환기의 용량을 폐열 회수 장치를 통하여 보완할 수 있어 시스템 운전 효율을 향상시킬 수 있고, 기계실 내부 열원을 회수하여 사용할 수 있어 에너지를 효율적으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 부하측에 축열 탱크를 설치함에 따라 부하 응답성이 빠르며 피크부하 일부를 경부하 시간대로 이전하는 효과가 있다.

Description

폐열 회수 장치 기반의 하이브리드 지열 냉난방 시스템 및 방법{Hybrid geothermal heating and cooling system based on waste heat recovery apparatus, and method thereof}
본 발명은 폐열 회수 장치 기반의 하이브리드 지열 냉난방 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 운전 효율과 에너지 효율을 동시에 향상시키도록 하기 위한 폐열 회수 장치 기반의 하이브리드 지열 냉난방 시스템 및 방법에 관한 것이다.
기존 지열 냉난방 시스템은 기본적으로 히트펌프, 지중 열교환기, 실내기 등에 해당하는 실내 부하(load)로 구성되는데, 지열 냉난방 시스템의 운전효율을 향상을 위해 축열 탱크와 냉각탑을 설치함으로써, 축열 탱크를 최대 부하 시에 시스템의 안정적인 운전과 부하 대응성능을 높이기 위해 사용하도록 하며, 사용 부하가 적은 시간대에 열에너지(냉열 또는 온열)를 생산하여 저장하였다가 필요시 사용하며, 냉각탑으로 지중 열교환기를 보조해 주는 역할로 공기열을 사용하도록 한다면, 지열 냉난방 시스템의 열효율을 향상시킬 수 있을 것이다.
한편, 대한민국 특허출원 특허출원번호 제10-2015-0055645호 "지중열로 직접 냉방하는 지열히트펌프 냉난방 급탕 시스템"은 지중에 설치되어 열원을 취득하여 공급하는 지열 열교환기; 상기 지열 열교환기의 열원을 이용하여 온수를 생산하는 지열 히트펌프; 급탕수를 저장하는 급탕 저장탱크; 냉난방을 직접 수행하는 부하시설로서 냉방 부하기기 및 난방 부하기기; 상기 지열 열교환기를 지난 열원 또는 냉수를 시스템에서 순환시키기 위한 동력을 제공하는 열원/냉수 순환펌프; 상기 급탕 저장탱크로부터의 온수를 상기 지열 히트펌프로 펌핑하는 온수 축열펌프; 상기 난방 부하기기에서 제공되는 상온수를 상기 급탕 저장탱크로 펌핑하는 난방 순환펌프; 냉방, 난방 또는 급탕을 절환하기 위한 냉방/난방 및 급탕 절환밸브; 및 상기 구성들을 컨트롤하는 시스템 컨트롤러를 포함하며, 상기 시스템 컨트롤러는 난방 또는 급탕 시 상기 지열 히트펌프의 열원으로 사용하던 지열을 냉방운전 시 상기 지열 히트펌프의 가동 없이 지중에 축적된 냉열을 부하기기로 유로를 변경하여 공급하도록 함으로써 냉방운전 에너지를 저감하도록 컨트롤하는 것을 특징으로 한다.
또한, 대한민국 특허출원 특허출원번호 제10-2009-0047311호 "변유량 배관을 갖춘 지열냉난방 시스템"은 지중 열교환기로 유입되는 작동유체가 변유량 기능을 갖는 지열순환펌프에 의해서 그 유량이 조정됨으로써 낮은 부하에서는 느린 유속(층류)으로, 높은 부하에서는 빠른 유속(난류)으로 그 유량을 가변시켜 송수할 수 있게 되므로 지중 열교환기의 운전비를 절감시킬 수 있게 된다.
또한, 대한민국 특허출원 특허출원번호 제10-2005-0008325호 "쓰레기 매립장을 활용한 지열냉난방시스템"은 냉매를 이용해 고온의 열원을 저온으로 전달하거나 저온의 열원을 고온으로 전달하는 다수개의 히트펌프;와 지중열을 흡수 또는 지중으로 열을 방출하기 위한 쓰레기 매립장에 설치된 지열교환기와 상기 히트펌프와; 상기 지열교환기를 연결하는 파이프내의 냉매를 원활하게 유통시키는 순환펌프와 상기 히트펌프와 파이프로 연결되어 있는 냉난방부를 포함하여, 쓰레기 매립장에 지열교환기를 설치함으로서, 초기 설치투자비를 획기적으로 감소시켜 경제적이고 높은 지열을 이용함으로 히트펌프의 효율이 높다.
또한, 대한민국 특허출원 특허출원번호 제10-2007-0088107호 "사후관리가 용이한 자동 탈부착식 지열냉난방용 지하수순환장치"는 지하수를 순환시키기 위한 피딩관 및 피드백관을 각각의 출수커넥터 및 입수커넥터에 삽입하는 간단한 방법으로 설치할 수 있음은 물론 관정청소와 같은 시설물의 유지, 보수시 상기 피딩관 및 피드백관을 인양하거나 재설치하는 작업을 보다 간편하고 용이하게 실시할 수 있도록 하는 사후관리가 용이한 자동 탈, 부착식 지열냉난방용 지하수 순환장치에 관한 것이다
그러나 상기 특허들은 지열을 이용한 냉난방 시스템에 적용하기 위해 운전 효율과 에너지 효율을 동시에 향상시키지 못하는 한계점이 있다.
대한민국 특허출원 특허출원번호 제10-2015-0055645호 "지중열로 직접 냉방하는 지열히트펌프 냉난방 급탕 시스템" 대한민국 특허출원 특허출원번호 제10-2009-0047311호 "변유량 배관을 갖춘 지열냉난방 시스템" 대한민국 특허출원 특허출원번호 제10-2005-0008325호 "쓰레기 매립장을 활용한 지열냉난방시스템" 대한민국 특허출원 특허출원번호 제10-2007-0088107호 "사후관리가 용이한 자동 탈부착식 지열냉난방용 지하수순환장치"
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 지중 열교환기의 용량을 폐열 회수 장치를 통하여 보완할 수 있어 시스템 운전 효율을 향상시킬 수 있도록 하기 위한 폐열 회수 장치 기반의 하이브리드 지열 냉난방 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 기계실 또는 전기실 내부 열원을 회수하여 사용할 수 있어 에너지를 효율적으로 사용할 수 있도록 하기 위한 폐열 회수 장치 기반의 하이브리드 지열 냉난방 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 부하측에 축열 탱크를 설치함에 따라 부하 응답성이 빠르며 피크부하 일부를 경부하 시간대로 이전하는 효과를 제공하도록 하기 위한 폐열 회수 장치 기반의 하이브리드 지열 냉난방 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 폐열 회수 장치 기반의 하이브리드 지열 냉난방 방법은, 제어장치(600)가 냉방모드인 냉방모드로 히트 펌프(100) 온(on), 제 1 순환펌프(CP1) 및 제 2 순환펌프(CP2) 온(on), 그리고 조절밸브(CV)에 대한 normal open 상태에 대한 제어를 수행하는 제 1 단계; 및 제어장치(600)가 냉방모드에 대한 운전종류로 냉방운전인 경우 냉방운전을 개시하며, 축열운전인 경우 축열운전을 개시하되, 조절밸브(CV)에 대한 cross open 상태에 대한 제어를 수행하는 제 2 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제 2 단계 이후, 제어장치(600)가 냉방운전을 개시한 경우, "T3 - T4의 절대값 ≥ 설계값"인지 여부를 분석하되, 히트 펌프(100)에서 공급된 열원으로 액체가 지중 열교환기(300) 또는 댐퍼(500)를 거쳐 열교환을 수행하는 경우, T3가 히트 펌프(100)에서 제 1 순환펌프(CP1)(11)를 거쳐 지중 열교환기(300) 및 댐퍼(500)로 향하는 관로 지점의 온도를 의미하며, T4가 히트 펌프(100)에서 제공된 열원이 지중 열교환기(300) 또는 댐퍼(500)에서 열교환을 거쳐서 회귀하는 관로 지점의 온도를 의미하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 3 단계 이후, 제어장치(600)가, T3에서 T4를 뺀 값이 미리 설정된 설계값 보다 작은 경우, 히트 펌프(100)로부터 지중 열교환기(300)를 통해 열교환의 효율이 미리 설정된 임계치보다 낮아지는 경우이므로, 댐퍼(500)를 이용한 추가적인 열교환이 수행되도록 제어하는 제 4 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 단계 이전에, 제어장치(600)가 입출력부(700)를 통해 냉방모드 또는 난방모드 중 하나에 해당하는 운전모드에 대한 모드 선택신호를 수신하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 단계는, 제어장치(600)의 히트 펌프(100) 가동 및 제 1 순환펌프(CP1)(11) 가동에 따라 열원을 제 1 순환펌프(CP1)(11)를 거쳐 지중 교환기(300)로 제공하여 열교환을 통해 냉각된 열원으로 액체를 제공받으며, 냉각된 액체를 축열 탱크(200)로 일부 제공하도록 히트 펌프(100)를 제어하고 축열 탱크(200)와 실내 부하(120) 사이에 형성된 제 2 순환펌프(CP2)(12) 가동에 따라 축열 탱크(200)에 제공되고 남은 냉각된 액체가 실내 부하(400)로 제공된 뒤, 히트 펌프(100)로 다시 순환하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서 조절밸브(CV)는 3상에 해당하는 제 2 회전펌프(CP2)(12), 실내 부하(400), 실내 부하(400)에서 히트 펌프(100)로 순환하는 관로를 향하는 방향으로 형성되어 상호간을 연결할 수 있는 기능을 수행하며, normal open 상태에서는 제 2 회전펌프(CP2)(12)와 실내 부하(400) 상호 간에 대한 관로는 개방하고, 실내 부하(400)에서 히트 펌프(100)로 순환하는 관로를 향하는 방향으로는 관로를 닫히도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 폐열 회수 장치 기반의 하이브리드 지열 냉난방 시스템 및 방법은, 지중 열교환기의 용량을 폐열 회수 장치를 통하여 보완할 수 있어 시스템 운전 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐열 회수 장치 기반의 하이브리드 지열 냉난방 시스템 및 방법은, 기계실 내부 열원을 회수하여 사용할 수 있어 에너지를 효율적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.
뿐만 아니라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐열 회수 장치 기반의 하이브리드 지열 냉난방 시스템 및 방법은, 부하측에 축열 탱크를 설치함에 따라 부하 응답성이 빠르며 피크부하 일부를 경부하 시간대로 이전하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 폐열 회수 장치 기반의 하이브리드 지열 냉난방 시스템(1)을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 폐열 회수 장치 기반의 하이브리드 지열 냉난방 시스템(1)의 주요 구성요소를 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 폐열 회수 장치 기반의 하이브리드 지열 냉난방 시스템(1) 중 조절밸브(CV)의 상태 정보를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 지열 냉난방 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 폐열 회수 장치 기반의 하이브리드 지열 냉난방 시스템(1)을 나타내는 도면이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 폐열 회수 장치 기반의 하이브리드 지열 냉난방 시스템(1)의 주요 구성요소를 나타내는 블록도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 폐열 회수 장치 기반의 하이브리드 지열 냉난방 시스템(1) 중 조절밸브(CV)의 상태 정보를 나타내는 도면이다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하면, 폐열 회수 장치 기반의 하이브리드 지열 냉난방 시스템(1)은 히트 펌프(heat pump)(100), 축열 탱크(thermal energy storage tank)(200), 지중 열교환기(ground heat exchanger)(300), 실내 부하(load)(400) 및 댐퍼(damper)(500), 제어장치(600) 및 입출력부(700)를 포함할 수 있다.
기존 지열 냉난방 시스템은 기본적으로 히트 펌프, 지중 열교환기, 실내 부하(load)로 구성되는데, 본 발명에서는 기존 지열 냉난방 시스템의 지중 열교환기 성능을 보완하기 위해 기계실 내부의 공기열 또는 외부 공기열을 보조 열원으로 사용하기 위한 장치를 추가한다.
이 경우, 본 발명에서 축열 탱크(200)의 역할은 최대 부하 시에 시스템의 안정적인 운전과 부하 대응성능을 높이기 위해 사용되며 부하가 적은 시간대에 열에너지(냉열 또는 온열)를 생산하여 저장하였다가 필요시 사용한다.
또한, 기계실 또는 전기실 내부 공기열 및 외부 공기열을 보조 열원으로 사용하기 위해 폐열 회수 장치(2)를 활용한다.
즉, 대부분 기계실은 겨울철에 내부 설비(히트 펌프, 순환펌프, 보일러, 배전설비 등)에서 발생하는 열손실로 인해 외부보다 온도가 높은 특징이 있다, 또한 여름철의 경우 대부분 기계실은 지하공간에 위치 하므로 보일러 등을 작동하지 않으며 기계실 내부 온도는 외기 보다 낮은 경향이 있다.
한편, 히트 펌프(100)는 실내 부하(400)에서 냉방이 필요하면 냉열을 생산하며, 난방이 필요하면 온열을 생산한다.
한편, 본 발명에서는 히트 펌프(100)가 지열 열교환기(300)를 통한 열원을 폐기 또는 획득하는 방식의 냉열 및 온열 시스템을 각각 설명하도록 한다.
축열 탱크(200)는 히트 펌프(100)와 실내 부하(400) 사이에 위치함으로써, 히트 펌프(100)에서 제공된 열원을 저장하기 위해 형성된다.
지열 열교환기(300)는 지중에 매립된 다수 개의 파이프로 구성될 수 있으며, 파이프로부터 연장된 지열관을 따라 냉각 또는 가열을 수행하며, 냉각 또는 가열에 따른 열효율이 미리 설정된 임계치 이하로 떨어지는 경우, 폐열 회수 장치(2)로부터 보조적으로 냉각 또는 가열 작용을 제공받을 수 있다.
폐열 회수 장치(2)는 댐퍼(500), 장치 내 열교환기(500a), 제 1 팬(F1)(31)을 포함할 수 있다. 장치 내 열교환기(500a)은 핀 튜브 등과 같이 액체와 기체의 열교환을 위한 유닛으로 형성될 수 있다. 댐퍼(500)는 외부 유입을 위한 유입로와, 내부 공기 배출을 위한 유입로로 형성됨으로써, 제어장치(600)의 제어에 따라 각각의 유입로가 기계식 또는 전자식으로 열리고 닫힐 수 있는 구조를 갖는다.
제어장치(600)는 히트 펌프(100)로부터 지중 열교환기(300) 간의 히트 펌프(100)에 의한 열교환 효율을 분석하며, 열교환 효율이 미리 설정된 임계치 이상인 경우 운전 종류로 정상운전 또는 축열운전을 수행할 수 있다.
보다 구체적으로 제어장치(600)는 냉방모듈(610) 및 난방모듈(620)을 포함할 수 있다.
제어장치(600)는 입출력부(700)를 통해 냉방모드 또는 난방모드 중 하나에 해당하는 운전모드에 대한 모드 선택신호를 수신한 뒤, 수신된 모드 선택신호가 냉방모드인지 여부를 판단할 수 있다.
제어장치(600)는 판단결과 냉방모드인 경우 냉방모듈(610)에 대한 작동 명령을 전달한다.
이에 따라, 냉방모듈(610)은 냉방모드 수행을 개시함으로써, 히트 펌프(100) 온(on), 제 1 순환펌프(CP1) 및 제 2 순환펌프(CP2) 온(on), 그리고 조절밸브(CV)에 대한 normal open 상태에 대한 제어를 수행한다.
이에 따라, 냉방모듈(610)은 히트 펌프(100) 가동 및 제 1 순환펌프(CP1)(11) 가동에 따라 열원을 제 1 순환펌프(CP1)(11)를 거쳐 지중 교환기(300)로 제공하여 열교환을 통해 냉각된 열원으로 액체를 제공받을 수 있도록 제어하며, 냉각된 액체를 축열 탱크(200)로 일부 제공하도록 히트 펌프(100)를 제어하고 축열 탱크(200)와 실내 부하(120) 사이에 형성된 제 2 순환펌프(CP2)(12) 가동에 따라 축열 탱크(200)에 제공되고 남은 냉각된 액체가 실내 부하(400)로 제공된 뒤, 히트 펌프(100)로 다시 순환하는 열원 회전 제어를 제공할 수 있다.
여기서, 조절밸브(CV)는 3상의 밸브로, 도 3과 같이 도면상에 검정색 삼각형인 경우 관로를 막으며, 흰색 삼각형인 경우 관로를 개방함으로써, 3상에 해당하는 제 2 회전펌프(CP2)(12), 실내 부하(400), 실내 부하(400)에서 히트 펌프(100)로 순환하는 관로를 향하는 방향으로 형성되어 상호간을 연결할 수 있는 기능을 수행하며, 단계(S14)의 normal open 상태에서는 제 2 회전펌프(CP2)(12)와 실내 부하(400) 상호 간에 대한 관로는 개방하고, 실내 부하(400)에서 히트 펌프(100)로 순환하는 관로를 향하는 방향으로는 관로를 닫히도록 함으로써, 축열과 함께 냉방이 수행되도록 할 수 있다.
냉방모듈(610)은 입출력부(700)를 통해 냉방모드 중 축열운전 또는 냉방운전 중 하나에 해당하는 운전종류에 대한 종류 선택신호를 수신한 뒤, 수신된 종류 선택신호에 대해서 축열운전인지 여부를 분석한다.
냉방모듈(610)은 분석결과 축열운전이 아닌 경우, 냉방운전을 개시하고, 반대로 분석결과 축열운전인 경우 축열운전을 개시함으로써, 조절밸브(CV)에 대한 cross open 상태에 대한 제어를 수행한다.
즉, 조절밸브(CV)에 대해서 제어장치(600)는 도 3과 같이 제 2 회전펌프(CP2)(12)로 향하는 방향과 실내 부하(400)에서 히트 펌프(100)로 순환하는 관로를 향하는 방향에 대해서는 상호간을 개방하여 연결하며, 실내 부하(400)로 향하는 방향에 대해서는 막음으로써, 히트 펌프(100) 가동 및 제 1 순환펌프(CP1)(11) 가동 상태에서 액체를 제 1 순환펌프(CP1)(11)를 거쳐 지중 교환기(300)로 제공하여 열교환을 통해 냉각된 액체를 제공받음과 동시에, 냉각된 액체를 축열 탱크(200)로 전부 제공하도록 히트 펌프(100)를 제어하고 축열 탱크(200)와 실내 부하(120) 사이에 형성된 제 2 순환펌프(CP2)(12) 가동에 따라 축열 탱크(200)에 제공되고 남은 냉각된 액체가 통해 실내 부하(400)로 향하지 않고 실내 부하(400)에서 히트 펌프(100)로 순환하는 관로를 통해 다시 히트 펌프(100)로 회수되도록 할 수 있다.
축열운전에 따라 조절밸브(CV)에 대한 cross open 상태에 대한 제어를 수행 이후, 그리고 분석결과 축열운전이 아니어서 냉방운전을 개시한 경우, 냉방모듈(610)은 "T3 - T4의 절대값 ≥ 설계값"인지 여부를 분석한다. T3는 히트 펌프(100)에서 제 1 순환펌프(CP1)(11)를 거쳐 지중 열교환기(300) 및/또는 댐퍼(500)로 향하는 관로 지점의 온도를 의미하며, 히트 펌프(100)에서 공급된 열원으로 액체가 지중 열교환기(300) 및/또는 댐퍼(500)를 거쳐 열교환을 수행할 수 있다. 그리고, T4는 히트 펌프(100)에서 제공된 열원이 지중 열교환기(300) 및/또는 댐퍼(500)에서 열교환을 거쳐서 회귀하는 관로 지점의 온도를 의미한다.
즉, 냉방모듈(610)은 "T3 - T4의 절대값 ≥ 미리 설정된 제 설계값"인지 여부를 분석하는 이유는 T3에서 T4를 뺀 값이 미리 설정된 설계값 보다 작은 경우, 히트 펌프(100)로부터 지중 열교환기(300)를 통해 열교환의 효율이 미리 설정된 임계치보다 낮아지는 경우이므로, 댐퍼(500)를 이용한 추가적인 열교환이 수행되는 것이 바람직하다.
냉방모듈(610)은 분석결과 "T3 - T4의 절대값 ≥ 설계값"인 경우, 제 1 팬(F1)을 오프(off) 상태로 제어한다. 즉, 냉방모듈(610)은 T3에서 T4를 뺀 값이 미리 설정된 설계값 보다 작지 않으므로, 장치 내 열교환기(500a)를 통해 댐퍼(500)의 열림/닫힘을 통한 외기 유입을 통해 방출을 통해 열교환을 제어하는 제 1 팬(F1)에 대한 추가적인 제어를 수행하지 않는다.
반대로, 냉방모듈(610) 분석결과 "T3 - T4의 절대값 ≥ 설계값"이 아닌 경우, 제 1 팬(F1)을 온(on) 상태로 제어한다. 즉, T3에서 T4를 뺀 값이 미리 설정된 설계값 보다 작지 않은 경우, 히트 펌프(100)로부터 지중 열교환기(300)를 통해 열교환의 효율이 미리 설정된 임계치보다 낮지 않으므로, 폐열 회수 장치(2) 내의 장치 내 열교환기(500a)를 통한 추가적인 열교환이 수행되는 것이 바람직하다.
이에 따라, 냉방모듈(610)는 "기계실 실내온도(T1) > 외부 온도(T2)"인지 여부를 분석하며, 분석결과 기계실 실내온도(T1) > 외부온도(T2)인 경우, 제어장치(600)는 댐퍼(500)를 외기 유입에 대한 개방으로 제어함으로써, 폐열 회수 장치(2) 내로 추가 열원으로 찬공기가 유입되어 제 1 팬(F1)(31)을 통해 장치 내 열교환기(500a) 상에서 열원으로 냉각된 액체와의 열교환이 한번 더 수행되도록 할 수 있다.
또한, 분석결과 기계실 실내온도(T1) > 외부온도(T2)이 아닌 경우, 냉방모듈(610)은 댐퍼(500)를 내부 공기에 대한 유입으로 제어하고, 제 2 팬(F2)을 온(on) 상태로 제어함으로써, 폐열 회수 장치(2) 내로 외부온도 보다 덥지 않은 실내의 공기가 유입되어 제 1 팬(F1)(31)을 통해 이미 외기 유입에 의해 온도가 낮아진 장치 내 열교환기(500a) 상에서 열원으로 냉수와의 열교환이 한번 더 수행되도록 하되, 추가적인 외기 유입을 위한 댐퍼(500)를 외기 유입에 대한 개방으로 제어를 수행하지 않으며, 내부 공기 방출로 인해 외부로부터 신선한 외기를 유입하도록 제 2 팬(F2)을 온(on) 상태로 제어하는 것이다.
다음으로, 제어장치(600)는 입출력부(700)를 통해 냉방모드 또는 난방모드 중 하나에 해당하는 운전모드에 대한 모드 선택신호를 수신한 뒤, 수신된 모드 선택신호가 난방모드인 경우 난방모듈(620)에 대한 작동 명령을 전달한다.
난방 모듈(620)은 히트 펌프(100)를 온(on) 상태로, 제 1 순환펌프(CP1) 및 제 2 순환펌프(CP2)를 온(on) 상태로, 조절밸브(CV)를 normal open 상태로 제어한다. 이에 따라, 난방 모듈(620)의 히트 펌프(100) 가동 및 제 1 순환펌프(CP1)(11) 가동에 따라 열원인 액체를 제 1 순환펌프(CP1)(11)를 거쳐 지중 교환기(300)로 제공하여 열교환을 통해 가열된 액체를 제공받을 수 있으며, 가열된 액체를 축열 탱크(200)로 일부 제공하도록 히트 펌프(100)를 제어하고 축열 탱크(200)와 실내 부하(120) 사이에 형성된 제 2 순환펌프(CP2)(12) 가동에 따라 축열 탱크(200)에 제공되고 남은 가열된 액체가 실내 부하(400)로 제공된 뒤, 히트 펌프(100)로 다시 순환하는 열원 회전 제어를 제공할 수 있다.
여기서, 조절밸브(CV)의 normal open 상태에서는 제 2 회전펌프(CP2)(12)와 실내 부하(400) 상호 간에 대한 관로는 개방하고, 실내 부하(400)에서 히트 펌프(100)로 순환하는 관로를 향하는 방향으로는 관로를 닫히도록 함으로써, 축열과 함께 냉방이 수행되도록 할 수 있다.
이후, 난방 모듈(620)은 입출력부(700)를 통해 난방모드 중 축열운전 또는 난방운전 중 하나에 해당하는 운전종류에 대한 종류 선택신호를 수신한 뒤, 수신된 종류 선택신호에 대해서 축열운전인지 여부를 분석한다.
분석결과 축열운전이 아닌 경우, 난방 모듈(620)은 바로 난방운전을 개시하며, 반대로 분석결과 축열운전인 경우 축열운전을 개시함으로써 조절밸브(CV)에 대한 cross open 상태에 대한 제어를 수행한다.
즉, 조절밸브(CV)에 대해서 난방모듈(620)은 도 3과 같이 제 2 회전펌프(CP2)(12)로 향하는 방향과 실내 부하(400)에서 히트 펌프(100)로 순환하는 관로를 향하는 방향에 대해서는 상호간을 개방하여 연결하며, 실내 부하(400)로 향하는 방향에 대해서는 막도록 제어함으로써, 히트 펌프(100) 가동 및 제 1 순환펌프(CP1)(11) 가동 상태에서 열원을 제 1 순환펌프(CP1)(11)를 거쳐 지중 교환기(300)로 제공하여 열교환을 통해 가열된 액체를 제공받음과 동시에, 가열된 액체를 축열 탱크(200)로 전부 제공하도록 히트 펌프(100)를 제어하고 축열 탱크(200)와 실내 부하(120) 사이에 형성된 제 2 순환펌프(CP2)(12) 가동에 따라 축열 탱크(200)에 제공되고 남은 냉각된 열원이 통해 실내 부하(400)로 향하지 않고 실내 부하(400)에서 히트 펌프(100)로 순환하는 관로를 통해 다시 히트 펌프(100)로 회수되도록 할 수 있다.
분석결과 축열운전이 아니어서 바로 난방운전을 개시하거나 축열운전이어서 축열운전을 개시하여 조절밸브(CV)에 대한 cross open 상태에 대한 제어를 수행한 뒤, 난방장치(620)는 "T3 - T4의 절대값 ≥ 설계값"인지 여부를 분석한다. 즉, 난방장치(620)는 "T3 - T4의 절대값 ≥ 미리 설정된 제 설계값"인지 여부를 분석하는 이유는 T3에서 T4를 뺀 값이 미리 설정된 설계값 보다 작은 경우, 히트 펌프(100)로부터 지중 열교환기(300)를 통해 열교환의 효율이 미리 설정된 임계치보다 낮아지는 경우이므로, 폐열 회수 장치(2)를 이용한 추가적인 열교환이 수행되는 것이 바람직하다.
분석결과 "T3 - T4의 절대값 ≥ 설계값"인 경우, 난방장치(620)는 제 1 팬(F1)을 오프(off) 상태로 제어한다. 즉, 제어장치(600)는 T3에서 T4를 뺀 값이 미리 설정된 설계값 보다 작지 않으므로, 장치 내 열교환기(500a)를 통해 댐퍼(500)의 열림/닫힘을 통한 외기 유입을 통해 방출을 통해 열교환을 제어하는 제 1 팬(F1)에 대한 추가적인 제어를 수행하지 않는다.
반대로 분석결과 "T3 - T4의 절대값 ≥ 설계값"이 아닌 경우, 제어장치(600)는 제 1 팬(F1)을 온(on) 상태로 제어한다.
즉, T3에서 T4를 뺀 값이 미리 설정된 설계값 보다 작지 않은 경우, 히트 펌프(100)로부터 지중 열교환기(300)를 통해 열교환의 효율이 미리 설정된 임계치보다 낮지 않으므로, 폐열 회수 장치(2)를 통한 추가적인 열교환이 수행되는 것이 바람직하다.
이에 따라, 난방모듈(620)은 "기계실 실내온도(T1) > 외부 온도(T2)"인지 여부를 분석하며, 분석결과 기계실 실내온도(T1) > 외부온도(T2)가 아닌 경우, 댐퍼(500)를 외기 유입에 대한 개방으로 제어함으로써, 폐열 회수 장치(2) 내로 열원으로 더운 공기가 유입되어 제 1 팬(F1)(31)을 통해 장치 내 열교환기(500a) 상에서 열원으로 냉수와의 열교환이 한번 더 수행되도록 할 수 있다.
한편, 분석결과 기계실 실내온도(T1) > 외부온도(T2)인 경우, 난방모듈(620)은 댐퍼(500)를 내부 공기에 대한 유입으로 제어하고, 제 2 팬(F2)을 온(on) 상태로 제어함으로써, 폐열 회수 장치(2) 내로 외부온도 보다 높은 실내의 공기가 유입되어 제 1 팬(F1)(31)을 통해 이미 외기 유입에 의해 온도가 높아진 장치 내 열교환기(500a) 상에서 열원으로 가열된 액체와의 열교환이 한번 더 수행되도록 하되, 추가적인 외기 유입을 위한 댐퍼(500)를 외기 유입에 대한 개방으로 제어를 수행하지 않으며, 내부 공기 방출로 인해 외부로부터 신선한 외기를 유입하도록 제 2 팬(F2)을 온(on) 상태로 제어하는 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 지열 냉난방 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 4를 참조하면, 제어장치(600)는 입출력부(700)를 통해 냉방모드 또는 난방모드 중 하나에 해당하는 운전모드에 대한 모드 선택신호를 수신한다(S11).
단계(S11) 이후, 제어장치(600)는 단계(S11)에서 수신된 모드 선택신호가 냉방모드인지 여부를 판단한다(S12).
단계(S12)의 판단결과 냉방모드인 경우, 제어장치(600)는 냉방모드 수행을 개시함으로써(S13), 히트 펌프(100) 온(on), 제 1 순환펌프(CP1) 및 제 2 순환펌프(CP2) 온(on), 그리고 조절밸브(CV)에 대한 normal open 상태에 대한 제어를 수행한다(S14).
이에 따라, 제어장치(600)의 히트 펌프(100) 가동 및 제 1 순환펌프(CP1)(11) 가동에 따라 열원을 제 1 순환펌프(CP1)(11)를 거쳐 지중 교환기(300)로 제공하여 열교환을 통해 냉각된 열원으로 액체를 제공받을 수 있으며, 냉각된 액체를 축열 탱크(200)로 일부 제공하도록 히트 펌프(100)를 제어하고 축열 탱크(200)와 실내 부하(120) 사이에 형성된 제 2 순환펌프(CP2)(12) 가동에 따라 축열 탱크(200)에 제공되고 남은 냉각된 액체가 실내 부하(400)로 제공된 뒤, 히트 펌프(100)로 다시 순환하는 열원 회전 구조를 제공할 수 있다.
여기서, 조절밸브(CV)는 3상의 밸브로, 도 3과 같이 도면상에 검정색 삼각형인 경우 관로를 막으며, 흰색 삼각형인 경우 관로를 개방함으로써, 3상에 해당하는 제 2 회전펌프(CP2)(12), 실내 부하(400), 실내 부하(400)에서 히트 펌프(100)로 순환하는 관로를 향하는 방향으로 형성되어 상호간을 연결할 수 있는 기능을 수행하며, 단계(S14)의 normal open 상태에서는 제 2 회전펌프(CP2)(12)와 실내 부하(400) 상호 간에 대한 관로는 개방하고, 실내 부하(400)에서 히트 펌프(100)로 순환하는 관로를 향하는 방향으로는 관로를 닫히도록 함으로써, 축열과 함께 냉방이 수행되도록 할 수 있다.
단계(S14) 이후, 제어장치(600)는 입출력부(700)를 통해 냉방모드 중 축열운전 또는 냉방운전 중 하나에 해당하는 운전종류에 대한 종류 선택신호를 수신한다(S15).
단계(S15) 이후, 제어장치(600)는 단계(S15)에서 수신된 종류 선택신호에 대해서 축열운전인지 여부를 판단한다(S15).
단계(S15)의 판단 결과 축열운전이 아닌 경우, 제어장치(600)는 냉방운전을 개시한 뒤(S16), 후술하는 단계(S19)로 바로 진행하며, 반대로 단계(S15)의 판단 결과 축열운전인 경우 축열운전을 개시함으로써(S17), 조절밸브(CV)에 대한 cross open 상태에 대한 제어를 수행한다(S18).
즉, 조절밸브(CV)에 대해서 제어장치(600)는 도 3과 같이 제 2 회전펌프(CP2)(12)로 향하는 방향과 실내 부하(400)에서 히트 펌프(100)로 순환하는 관로를 향하는 방향에 대해서는 상호간을 개방하여 연결하며, 실내 부하(400)로 향하는 방향에 대해서는 막음으로써, 히트 펌프(100) 가동 및 제 1 순환펌프(CP1)(11) 가동 상태에서 액체를 제 1 순환펌프(CP1)(11)를 거쳐 지중 교환기(300)로 제공하여 열교환을 통해 냉각된 액체를 제공받음과 동시에, 냉각된 액체를 축열 탱크(200)로 전부 제공하도록 히트 펌프(100)를 제어하고 축열 탱크(200)와 실내 부하(120) 사이에 형성된 제 2 순환펌프(CP2)(12) 가동에 따라 축열 탱크(200)에 제공되고 남은 냉각된 액체가 통해 실내 부하(400)로 향하지 않고 실내 부하(400)에서 히트 펌프(100)로 순환하는 관로를 통해 다시 히트 펌프(100)로 회수되도록 할 수 있다.
단계(S18) 이후, 그리고 단계(S15)의 판단 결과 축열운전이 아니어서 제어장치(600)가 냉방운전을 개시한 경우(S16), 제어장치(600)는 "T3 - T4의 절대값 ≥ 설계값"인지 여부를 분석한다(S19). T3는 히트 펌프(100)에서 제 1 순환펌프(CP1)(11)를 거쳐 지중 열교환기(300) 및/또는 댐퍼(500)로 향하는 관로 지점의 온도를 의미하며, 히트 펌프(100)에서 공급된 열원으로 액체가 지중 열교환기(300) 및/또는 댐퍼(500)를 거쳐 열교환을 수행할 수 있다. 그리고, T4는 히트 펌프(100)에서 제공된 열원이 지중 열교환기(300) 및/또는 댐퍼(500)에서 열교환을 거쳐서 회귀하는 관로 지점의 온도를 의미한다.
즉, 제어장치(600)는 "T3 - T4의 절대값 ≥ 미리 설정된 제 설계값"인지 여부를 분석하는 이유는 T3에서 T4를 뺀 값이 미리 설정된 설계값 보다 작은 경우, 히트 펌프(100)로부터 지중 열교환기(300)를 통해 열교환의 효율이 미리 설정된 임계치보다 낮아지는 경우이므로, 댐퍼(500)를 이용한 추가적인 열교환이 수행되는 것이 바람직하다.
단계(S19)의 분석결과 "T3 - T4의 절대값 ≥ 설계값"인 경우, 제어장치(600)는 제 1 팬(F1)을 오프(off) 상태로 제어한다(S20).
즉, 제어장치(600)는 T3에서 T4를 뺀 값이 미리 설정된 설계값 보다 작지 않으므로, 장치 내 열교환기(500a)를 통해 댐퍼(500)의 열림/닫힘을 통한 외기 유입을 통해 방출을 통해 열교환을 제어하는 제 1 팬(F1)에 대한 추가적인 제어를 수행하지 않는다.
한편, 단계(S19)의 분석결과 "T3 - T4의 절대값 ≥ 설계값"이 아닌 경우, 제어장치(600)는 제 1 팬(F1)을 온(on) 상태로 제어한다(S21).
즉, T3에서 T4를 뺀 값이 미리 설정된 설계값 보다 작지 않은 경우, 히트 펌프(100)로부터 지중 열교환기(300)를 통해 열교환의 효율이 미리 설정된 임계치보다 낮지 않으므로, 폐열 회수 장치(2) 내의 장치 내 열교환기(500a)를 통한 추가적인 열교환이 수행되는 것이 바람직하다.
이에 따라, 단계(S21) 이후, 제어장치(600)는 "기계실 실내온도(T1) > 외부 온도(T2)"인지 여부를 분석한다(S22).
단계(S22)의 분석결과 기계실 실내온도(T1) > 외부온도(T2)인 경우, 제어장치(600)는 댐퍼(500)를 외기 유입에 대한 개방으로 제어함으로써, 폐열 회수 장치(2) 내로 추가 열원으로 찬공기가 유입되어 제 1 팬(F1)(31)을 통해 장치 내 열교환기(500a) 상에서 열원으로 냉각된 액체와의 열교환이 한번 더 수행되도록 할 수 있다.
한편, 단계(S22)의 분석결과 기계실 실내온도(T1) > 외부온도(T2)이 아닌 경우, 댐퍼(500)를 내부 공기에 대한 유입으로 제어하고(S25), 제 2 팬(F2)을 온(on) 상태로 제어함으로써(S26), 폐열 회수 장치(2) 내로 외부온도 보다 덥지 않은 실내의 공기가 유입되어 제 1 팬(F1)(31)을 통해 이미 외기 유입에 의해 온도가 낮아진 장치 내 열교환기(500a) 상에서 열원으로 냉수와의 열교환이 한번 더 수행되도록 하되, 추가적인 외기 유입을 위한 댐퍼(500)를 외기 유입에 대한 개방으로 제어를 수행하지 않으며, 내부 공기 방출로 인해 외부로부터 신선한 외기를 유입하도록 제 2 팬(F2)을 온(on) 상태로 제어하는 것이다.
한편, 단계(S12)로 회귀하여 제어장치(600)는 냉방모드인지 여부를 판단하여(S12), 냉방모드가 아닌 난방모드인 경우, 난방모드를 수행한다(S31).
단계(S31) 이후, 제어장치(600)는 히트 펌프(100)를 온(on) 상태로, 제 1 순환펌프(CP1) 및 제 2 순환펌프(CP2)를 온(on) 상태로, 조절밸브(CV)를 normal open 상태로 제어한다(S32). 이에 따라, 제어장치(600)의 히트 펌프(100) 가동 및 제 1 순환펌프(CP1)(11) 가동에 따라 열원인 액체를 제 1 순환펌프(CP1)(11)를 거쳐 지중 교환기(300)로 제공하여 열교환을 통해 가열된 액체를 제공받을 수 있으며, 가열된 액체를 축열 탱크(200)로 일부 제공하도록 히트 펌프(100)를 제어하고 축열 탱크(200)와 실내 부하(120) 사이에 형성된 제 2 순환펌프(CP2)(12) 가동에 따라 축열 탱크(200)에 제공되고 남은 가열된 액체가 실내 부하(400)로 제공된 뒤, 히트 펌프(100)로 다시 순환하는 열원 회전 구조를 제공할 수 있다.
여기서, 조절밸브(CV)는 단계(S32)의 normal open 상태에서는 제 2 회전펌프(CP2)(12)와 실내 부하(400) 상호 간에 대한 관로는 개방하고, 실내 부하(400)에서 히트 펌프(100)로 순환하는 관로를 향하는 방향으로는 관로를 닫히도록 함으로써, 축열과 함께 냉방이 수행되도록 할 수 있다.
단계(S32) 이후, 제어장치(600)는 입출력부(700)를 통해 난방모드 중 축열운전 또는 난방운전 중 하나에 해당하는 운전종류에 대한 종류 선택신호를 수신한 뒤, 수신된 종류 선택신호에 대해서 축열운전인지 여부를 판단한다(S33).
단계(S33)의 판단 결과 축열운전이 아닌 경우, 제어장치(600)는 난방운전을 개시한 뒤(S34), 후술하는 단계(S33)로 바로 진행하며, 반대로 단계(S33)의 판단 결과 축열운전인 경우 축열운전을 개시함으로써(S17), 조절밸브(CV)에 대한 cross open 상태에 대한 제어를 수행한다(S18).
즉, 조절밸브(CV)에 대해서 제어장치(600)는 도 3과 같이 제 2 회전펌프(CP2)(12)로 향하는 방향과 실내 부하(400)에서 히트 펌프(100)로 순환하는 관로를 향하는 방향에 대해서는 상호간을 개방하여 연결하며, 실내 부하(400)로 향하는 방향에 대해서는 막도록 제어함으로써, 히트 펌프(100) 가동 및 제 1 순환펌프(CP1)(11) 가동 상태에서 열원을 제 1 순환펌프(CP1)(11)를 거쳐 지중 교환기(300)로 제공하여 열교환을 통해 가열된 액체를 제공받음과 동시에, 가열된 액체를 축열 탱크(200)로 전부 제공하도록 히트 펌프(100)를 제어하고 축열 탱크(200)와 실내 부하(120) 사이에 형성된 제 2 순환펌프(CP2)(12) 가동에 따라 축열 탱크(200)에 제공되고 남은 냉각된 열원이 통해 실내 부하(400)로 향하지 않고 실내 부하(400)에서 히트 펌프(100)로 순환하는 관로를 통해 다시 히트 펌프(100)로 회수되도록 할 수 있다.
단계(S18) 이후, 그리고 단계(S34)의 판단 결과 축열운전이 아니어서 제어장치(600)가 난방운전을 개시한 경우(S35), 제어장치(600)는 "T3 - T4의 절대값 ≥ 설계값"인지 여부를 분석한다(S35). 즉, 제어장치(600)는 "T3 - T4의 절대값 ≥ 미리 설정된 제 설계값"인지 여부를 분석하는 이유는 T3에서 T4를 뺀 값이 미리 설정된 설계값 보다 작은 경우, 히트 펌프(100)로부터 지중 열교환기(300)를 통해 열교환의 효율이 미리 설정된 임계치보다 낮아지는 경우이므로, 폐열 회수 장치(2)를 이용한 추가적인 열교환이 수행되는 것이 바람직하다.
단계(S35)의 분석결과 "T3 - T4의 절대값 ≥ 설계값"인 경우, 제어장치(600)는 제 1 팬(F1)을 오프(off) 상태로 제어한다(S36).
즉, 제어장치(600)는 T3에서 T4를 뺀 값이 미리 설정된 설계값 보다 작지 않으므로, 장치 내 열교환기(500a)를 통해 댐퍼(500)의 열림/닫힘을 통한 외기 유입을 통해 방출을 통해 열교환을 제어하는 제 1 팬(F1)에 대한 추가적인 제어를 수행하지 않는다.
한편, 단계(S35)의 분석결과 "T3 - T4의 절대값 ≥ 설계값"이 아닌 경우, 제어장치(600)는 제 1 팬(F1)을 온(on) 상태로 제어한다(S37).
즉, T3에서 T4를 뺀 값이 미리 설정된 설계값 보다 작지 않은 경우, 히트 펌프(100)로부터 지중 열교환기(300)를 통해 열교환의 효율이 미리 설정된 임계치보다 낮지 않으므로, 폐열 회수 장치(2)를 통한 추가적인 열교환이 수행되는 것이 바람직하다.
이에 따라, 단계(S37) 이후, 제어장치(600)는 "기계실 실내온도(T1) > 외부 온도(T2)"인지 여부를 분석한다(S38).
단계(S38)의 분석결과 기계실 실내온도(T1) > 외부온도(T2)가 아닌 경우, 제어장치(600)는 댐퍼(500)를 외기 유입에 대한 개방으로 제어함으로써, 폐열 회수 장치(2) 내로 열원으로 더운 공기가 유입되어 제 1 팬(F1)(31)을 통해 장치 내 열교환기(500a) 상에서 열원으로 냉수와의 열교환이 한번 더 수행되도록 할 수 있다.
한편, 단계(S38)의 분석결과 기계실 실내온도(T1) > 외부온도(T2)인 경우, 댐퍼(500)를 내부 공기에 대한 유입으로 제어하고(S25), 제 2 팬(F2)을 온(on) 상태로 제어함으로써(S26), 폐열 회수 장치(2) 내로 외부온도 보다 높은 실내의 공기가 유입되어 제 1 팬(F1)(31)을 통해 이미 외기 유입에 의해 온도가 높아진 장치 내 열교환기(500a) 상에서 열원으로 가열된 액체와의 열교환이 한번 더 수행되도록 하되, 추가적인 외기 유입을 위한 댐퍼(500)를 외기 유입에 대한 개방으로 제어를 수행하지 않으며, 내부 공기 방출로 인해 외부로부터 신선한 외기를 유입하도록 제 2 팬(F2)을 온(on) 상태로 제어하는 것이다.
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
1 : 폐열 회수 장치 기반의 하이브리드 지열 냉난방 시스템
100 : 히트 펌프(heat pump)
200 : 축열 탱크(thermal energy storage tank)
300 : 지중 열교환기(ground heat exchanger)
400 : 실내 부하(load)
500 : 댐퍼(damper)
11 : 제 1 순환펌프(CP1)
12 : 제 2 순환펌프(CP2)
21 : 조절밸브(CV)
31 : 제 1 팬(F1)
32 : 제 2 팬(F2)

Claims (6)

  1. 히트 펌프(heat pump)(100), 최대 부하 시에 시스템의 안정적인 운전과 부하 대응성능을 높이기 위해 사용되며 부하가 적은 시간대에 열에너지(냉열 또는 온열)를 생산하여 저장한 뒤 이후에 사용하도록 하는 축열 탱크(thermal energy storage tank)(200), 지중 열교환기(ground heat exchanger)(300), 실내 부하(load)(400) 및 댐퍼(damper)(500), 제어장치(600) 및 입출력부(700)를 포함하여, 지중 열교환기(300) 성능을 보완하기 위해 기계실 내부의 공기열 또는 외부 공기열을 보조 열원으로 사용하기 위한 장치인 폐열 회수 장치(2)가 추가되어 형성되는 폐열 회수 장치 기반의 하이브리드 지열 냉난방 시스템(1)에 있어서,
    히트 펌프(100)는,
    실내 부하(400)에서 냉방이 필요하면 냉열을 생산하며, 난방이 필요하면 온열을 생산하며, 지열 열교환기(300)를 통한 열원을 폐기시 폐열 회수 장치 기반의 하이브리드 지열 냉난방 시스템(1)을 냉열 시스템으로 동작하도록 하며, 지열 열교환기(300)를 통한 열원을 획득시 폐열 회수 장치 기반의 하이브리드 지열 냉난방 시스템(1)을 온열 시스템으로 동작하도록 하며,
    축열 탱크(200)는,
    히트 펌프(100)와 실내 부하(400) 사이에 위치함으로써, 히트 펌프(100)에서 제공된 열원을 저장하기 위해 형성되며,
    지열 열교환기(300)는,
    지중에 매립된 다수 개의 파이프로 구성되며, 파이프로부터 연장된 지열관을 따라 냉각 또는 가열을 수행하며, 냉각 또는 가열에 따른 열효율이 미리 설정된 임계치 이하로 떨어지는 경우, 폐열 회수 장치(2)로부터 보조적으로 냉각 또는 가열 작용을 제공받으며,
    폐열 회수 장치(2)는,
    댐퍼(500), 장치 내 열교환기(500a), 장치 내 열교환기(500a)의 하부에 형성된 제 1 팬(F1)(31)을 포함하여 이루어지며, 장치 내 열교환기(500a)은 핀 튜브로 액체와 기체의 열교환을 위한 유닛으로 형성되며, 댐퍼(500)는 외부 유입을 위한 유입로와, 내부 공기 배출을 위한 유입로로 형성됨으로써, 제어장치(600)의 제어에 따라 각각의 유입로가 기계식 또는 전자식으로 열리고 닫힐 수 있는 구조를 가지며,
    제어장치(600)는,
    히트 펌프(100)와 지중 열교환기(300) 간의 히트 펌프(100)에 의한 열교환 효율을 분석하며, 열교환 효율이 미리 설정된 임계치 이상인 경우 운전 종류로 정상운전 또는 축열운전을 수행하며, 냉방모듈(610) 및 난방모듈(620)을 포함하여 입출력부(700)를 통해 냉방모드 또는 난방모드 중 하나에 해당하는 운전모드에 대한 모드 선택신호를 수신한 뒤, 수신된 모드 선택신호가 냉방모드인지 여부를 판단하며, 판단결과 냉방모드인 경우 냉방모듈(610)에 대한 작동 명령을 전달하며,
    냉방모듈(610)은,
    냉방모드 수행을 개시함으로써, 히트 펌프(100) 온(on), 제 1 순환펌프(CP1) 및 제 2 순환펌프(CP2) 온(on), 그리고 조절밸브(CV)에 대한 normal open 상태에 대한 제어를 수행하되, 히트 펌프(100) 가동 및 제 1 순환펌프(CP1)(11) 가동에 따라 열원을 제 1 순환펌프(CP1)(11)를 거쳐 지중 교환기(300)로 제공하여 열교환을 통해 냉각된 열원으로 액체를 제공받을 수 있도록 제어하며, 냉각된 액체를 축열 탱크(200)로 일부 제공하도록 히트 펌프(100)를 제어하고 축열 탱크(200)와 실내 부하(120) 사이에 형성된 제 2 순환펌프(CP2)(12) 가동에 따라 축열 탱크(200)에 제공되고 남은 냉각된 액체가 실내 부하(400)로 제공된 뒤, 히트 펌프(100)로 다시 순환하는 열원 회전 제어를 제공하며, 제 2 회전펌프(CP2)(12)를 향하는 방향, 실내 부하(400) 향하는 방향, 실내 부하(400)에서 히트 펌프(100)로 순환하는 관로를 향하는 방향 각각으로 3상의 밸브로 형성되어 상호간을 연결할 수 있는 기능을 수행하는 조절밸브(CV)에 대한 제어에 있어서, normal open 상태에서는 제 2 회전펌프(CP2)(12)와 실내 부하(400) 상호 간에 대한 관로는 개방하고, 실내 부하(400)에서 히트 펌프(100)로 순환하는 관로를 향하는 방향으로는 관로를 닫히도록 함으로써, 축열과 함께 냉방이 수행되도록 하며,
    입출력부(700)를 통해 냉방모드 중 축열운전 또는 냉방운전 중 하나에 해당하는 운전종류에 대한 종류 선택신호를 수신한 뒤, 수신된 종류 선택신호에 대해서 축열운전인지 여부를 분석하며, 분석결과 축열운전이 아닌 경우, 냉방운전을 개시하고, 반대로 분석결과 축열운전인 경우 축열운전을 개시하되, 축열운전 개시시 조절밸브(CV)에 대한 cross open 상태에 대한 제어를 수행함으로써, 조절밸브(CV)에 대해서 제 2 회전펌프(CP2)(12)로 향하는 방향과 실내 부하(400)에서 히트 펌프(100)로 순환하는 관로를 향하는 방향에 대해서는 상호간을 개방하여 연결하며, 실내 부하(400)로 향하는 방향에 대해서는 막음으로써, 히트 펌프(100) 가동 및 제 1 순환펌프(CP1)(11) 가동 상태에서 액체를 제 1 순환펌프(CP1)(11)를 거쳐 지중 교환기(300)로 제공하여 열교환을 통해 냉각된 액체를 제공받음과 동시에, 냉각된 액체를 축열 탱크(200)로 전부 제공하도록 히트 펌프(100)를 제어하고 축열 탱크(200)와 실내 부하(120) 사이에 형성된 제 2 순환펌프(CP2)(12) 가동에 따라 축열 탱크(200)에 제공되고 남은 냉각된 액체가 통해 실내 부하(400)로 향하지 않고 실내 부하(400)에서 히트 펌프(100)로 순환하는 관로를 통해 다시 히트 펌프(100)로 회수되도록 하며,
    축열운전에 따라 조절밸브(CV)에 대한 cross open 상태에 대한 제어를 수행 이후, 그리고 분석결과 축열운전이 아니어서 냉방운전을 개시한 경우, "T3 - T4의 절대값 ≥ 설계값"인지 여부를 분석하며, T3가 히트 펌프(100)에서 제 1 순환펌프(CP1)(11)를 거쳐 댐퍼(500) 및 지중 열교환기(300) 중 적어도 하나 이상에서 열교환을 위해 향하는 관로 지점의 온도를 의미하며, T4가 히트 펌프(100)에서 제공된 열원이 댐퍼(500) 및 지중 열교환기(300) 중 적어도 하나 이상에서 열교환을 거쳐서 회귀하는 관로 지점의 온도를 의미하므로, T3에서 T4를 뺀 값이 미리 설정된 설계값 보다 작은 경우, 히트 펌프(100)로부터 지중 열교환기(300)를 통해 열교환의 효율이 미리 설정된 임계치보다 낮아지는 경우이므로, 댐퍼(500)를 이용한 추가적인 열교환이 수행되도록 하되, 분석결과 T3에서 T4를 뺀 값이 미리 설정된 설계값 보다 작지 않은 "T3 - T4의 절대값 ≥ 설계값"인 경우, 제 1 팬(F1)을 오프(off) 상태로 제어하여, T3에서 T4를 뺀 값이 미리 설정된 설계값 보다 작지 않으므로, 장치 내 열교환기(500a)를 통해 댐퍼(500)의 열림/닫힘을 통한 외기 유입을 통해 방출을 통해 열교환을 제어하는 제 1 팬(F1)에 대한 추가적인 제어를 수행하지 않으며, 분석결과 "T3 - T4의 절대값 ≥ 설계값"이 아닌 경우, 제 1 팬(F1)을 온(on) 상태로 제어하여, 히트 펌프(100)로부터 지중 열교환기(300)를 통해 열교환의 효율이 미리 설정된 임계치보다 낮지 않으므로, 폐열 회수 장치(2) 내의 장치 내 열교환기(500a)를 통한 추가적인 열교환이 수행되도록 하며,
    제 1 팬(F1)을 온(on) 상태로 제어한 상태에서 "기계실 실내온도(T1) > 외부 온도(T2)"인지 여부를 분석하며, 분석결과 기계실 실내온도(T1) > 외부온도(T2)인 경우, 댐퍼(500)를 외기 유입에 대한 개방으로 제어함으로써, 폐열 회수 장치(2) 내로 추가 열원으로 찬공기가 유입되어 제 1 팬(F1)(31)을 통해 장치 내 열교환기(500a) 상에서 열원으로 냉각된 액체와의 열교환이 한번 더 수행되도록 하며, 기계실 실내온도(T1) > 외부온도(T2)이 아닌 경우, 댐퍼(500)를 외기 유입에 대한 개방으로 제어하지 않도록 제어하고, 폐열 회수 장치(2)와 이격되어 기계실과 외부의 공기순환을 위해 형성된 제 2 팬(F2)(32)을 온(on) 상태로 제어함으로써, 폐열 회수 장치(2) 내로 외부온도 보다 덥지 않은 실내의 공기가 유입되어 제 1 팬(F1)(31)을 통해 이미 외기 유입에 의해 온도가 낮아진 장치 내 열교환기(500a) 상에서 열원으로 냉수와의 열교환이 한번 더 수행되도록 하되, 추가적인 외기 유입을 위한 댐퍼(500)를 외기 유입에 대한 개방으로 제어를 수행하지 않으며, 내부 공기 방출로 인해 외부로부터 신선한 외기를 유입하도록 제 2 팬(F2)을 온(on) 상태로 제어하는 것을 특징으로 하는 폐열 회수 장치 기반의 하이브리드 지열 냉난방 시스템.
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