KR102114174B1 - Heat pump based automatic control geothermal system and the control method thereof - Google Patents
Heat pump based automatic control geothermal system and the control method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- KR102114174B1 KR102114174B1 KR1020180048254A KR20180048254A KR102114174B1 KR 102114174 B1 KR102114174 B1 KR 102114174B1 KR 1020180048254 A KR1020180048254 A KR 1020180048254A KR 20180048254 A KR20180048254 A KR 20180048254A KR 102114174 B1 KR102114174 B1 KR 102114174B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- geothermal
- load
- unit
- module
- heat pump
- Prior art date
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
- 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
- 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
- F24F11/70—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
- F24T10/00—Geothermal collectors
- F24T10/10—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with 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
- F25B27/00—Machines, plants or systems, using particular sources of energy
-
- 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
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F2140/00—Control inputs relating to system states
- F24F2140/50—Load
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
- F24T10/00—Geothermal collectors
- F24T2010/50—Component parts, details or accessories
- F24T2010/56—Control arrangements
-
- 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
- F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
- F25B2700/21—Temperatures
- F25B2700/2106—Temperatures of fresh outdoor air
-
- 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
-
- 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
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/10—Geothermal energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fuzzy Systems (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Air Conditioning Control Device (AREA)
Abstract
이 발명은 히트펌프 기반의 자동제어 지열시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 지열순환수 및 부하순환수와 열교환하는 냉매를 냉매측 배관(101)을 따라 순환시키기 위한 히트펌프부(100)와, 지열측 열교환기(202)(102)에서 열교환된 지열순환수가 지열측 배관(201)을 따라 지중 열교환기(HE)를 거쳐 순환되도록 하는 지열펌프부(200)와, 부하측 열교환기(302)(103)에서 열교환된 부하순환수가 부하측 배관(301)을 따라 순환되도록 하는 부하순환펌프부(300)를 포함하는 지열시스템에 있어서, 상기 히트펌프부(100)는 자동 제어에 필요한 각종 데이터를 저장하는 저장부(121)와, 상기 냉매, 상기 지열순환수 및 상기 부하순환수의 온도 및 유량을 이용해서 예상 부하와 상기 지중 열교환기(HE)의 잔여용량을 산출하여 서브히트펌프(130), 상기 지열펌프부(200) 또는 상기 부하순환펌프부(300)의 동작을 제어하기 위한 연산을 수행하는 모듈부(122)를 포함하는 메인히트펌프(120); 및 상기 메인히트펌프(120)의 제어에 의하여 동작되는 적어도 하나의 상기 서브히트펌프(130);를 포함하여 상기 메인히트펌프(120)에 의하여 자동 제어가 가능한 것을 특징으로 하는 히트펌프 자동제어 지열시스템에 관한 것이다. 이에 따라, 와이어링 작업에 의한 설치, 유지, 보수, 수리의 부담을 해소할 수 있고, 지열시스템의 에너지효율이 상승할 수 있다.The present invention relates to a heat pump-based automatic control geothermal system and a control method thereof, a heat pump unit 100 for circulating a refrigerant that exchanges heat with geothermal circulating water and load circulating water along the refrigerant side piping 101, Geothermal pump unit 200 and load-side heat exchanger 302 to allow the geothermal circulation water exchanged in the geothermal side heat exchanger 202 and 102 to circulate through the underground heat exchanger HE along the geothermal side pipe 201 ( In the geothermal system including a load circulation pump unit 300 to allow the load circulation water heat-exchanged in 103 to circulate along the load-side pipe 301, the heat pump unit 100 stores various data necessary for automatic control. Using the storage unit 121, the refrigerant, the geothermal circulation water and the temperature and flow rate of the load circulation water to calculate the expected load and the residual capacity of the underground heat exchanger (HE) subheat pump (130), the A main heat pump 120 including a geothermal pump unit 200 or a module unit 122 performing an operation for controlling the operation of the load circulation pump unit 300; And at least one sub-heat pump 130 operated by the control of the main heat pump 120. Automatic heat control by the main heat pump 120, characterized in that it can be automatically controlled by the main heat pump 120 It's about the system. Accordingly, the burden of installation, maintenance, repair, and repair due to wiring work can be eliminated, and energy efficiency of the geothermal system can be increased.
Description
이 발명은 지열을 열원으로 이용하는 지열시스템과 그 제어방법에 관한 것으로, 자세하게는 히트펌프부의 메인히트펌프가 서브히트펌프는 물론 지열펌프와 부하순환펌프의 동작을 제어하여 별도의 자동제어반이나 이와 연결하기 위한 와이어링 작업이 없이도 자동 제어가 가능한 지열시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a geothermal system using geothermal heat as a heat source and a control method thereof. Specifically, the main heat pump of the heat pump unit controls the operation of the sub-heat pump as well as the geothermal pump and load circulation pump, and is connected to a separate automatic control panel or the like. The present invention relates to a geothermal system capable of automatic control and a control method without wiring.
지열을 열원으로 이용하는 냉난방 시스템인 지열시스템은 냉난방을 요하는 건물의 AHU, FCU 등의 부하, 히트펌프, 지열펌프, 부하펌프 및 지중에 매설되는 지중열교환부 등으로 구성된다. 지중열을 전달받은 지중열순환수가 히트펌프에서 냉매와 열교환되고, 부하와 연결된 배관으로 이송되는 부하순환수는 냉매와 열교환되어 부하에 대해 냉방 및 난방을 실행한다.The geothermal system, which is a cooling and heating system that uses geothermal heat as a heat source, is composed of loads such as AHU and FCU in buildings requiring heating and cooling, heat pumps, geothermal pumps, load pumps, and underground heat exchange units embedded in the ground. The underground heat circulating water that receives the underground heat exchanges heat with the refrigerant in the heat pump, and the load circulating water transferred to the pipe connected to the load exchanges heat with the refrigerant to cool and heat the load.
한편, 종래의 지열시스템은 한 개 이상의 히트펌프, 자동제어반, 전원공급반 및 각종 센서로 구성되었다. 자동제어반은 전원공급반, 각종 센서 및 히트펌프와 유선으로 연결되었다. 구체적으로 히트펌프는 전원공급반과 유선으로 연결되어 구동을 위한 전원을 공급받았으며, 자동제어반과 유선으로 연결되어 자동제어반의 제어에 따라 구동되었다. 히트펌프는 자동제어반 및 전원공급반과 각각 유선으로 연결되면서 와이어링 작업에 많은 불편함이 있었고, 와이어링에 따른 유지, 보수, 관리, 정리 등의 추가적인 어려움이 있었다. Meanwhile, the conventional geothermal system is composed of one or more heat pumps, an automatic control panel, a power supply panel, and various sensors. The automatic control panel was wired to the power supply panel, various sensors and heat pumps. Specifically, the heat pump was connected to the power supply panel in a wired manner to receive power for driving, and was connected to the automatic control panel in a wired manner to operate under the control of the automatic control panel. As the heat pump was connected to the automatic control panel and the power supply panel by wire, respectively, there was a lot of inconvenience in the wiring work, and there were additional difficulties such as maintenance, maintenance, management, and organization according to the wiring.
또한, 종래의 지열시스템은 지중열교환기의 잔여용량 및 부하측의 부하용량을 예측함이 없이 히트펌프의 순차기동에 의한 단순 기동 및 정지에만 의존하여 운전이 제어됨에 따라 낭비하는 에너지가 발생하여 에너지 효율이 낮아지는 추가적인 한계가 있었다.In addition, the conventional geothermal system relies on simple start-up and stop by the sequential start of the heat pump without predicting the residual capacity of the underground heat exchanger and the load capacity on the load side. There was an additional limit to this lowering.
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 이 발명은 히트펌프 스스로 제어가 가능하도록 하여 자동제어반의 별도 설치나 이와 연결하기 위한 와이어링 작업에 대한 부담을 완화시킨 지열시스템 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a geothermal system and a control method for reducing the burden of a separate installation of an automatic control panel or a wiring operation to connect to the heat pump by controlling itself. have.
또한, 지중열 및 부하를 예측하여 에너지를 적게 사용하면서 높은 성능을 낼 수 있도록 제어함으로써 지열시스템의 에너지 효율을 증가시키는데 그 목적이 있다.In addition, it aims to increase the energy efficiency of the geothermal system by predicting geothermal heat and load and controlling it to produce high performance while using less energy.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 이 발명인 히트펌프 기반의 자동제어 지열시스템 및 그 제어방법은 지열순환수 및 부하순환수와 열교환하는 냉매를 냉매측 배관(101)을 따라 순환시키기 위한 히트펌프부(100)와, 지열측 열교환기(202)(102)에서 열교환된 지열순환수가 지열측 배관(201)을 따라 지중 열교환기(HE)를 거쳐 순환되도록 하는 지열펌프부(200)와, 부하측 열교환기(302)(103)에서 열교환된 부하순환수가 부하측 배관(301)을 따라 순환되도록 하는 부하순환펌프부(300)를 포함하는 지열시스템에 있어서, 상기 히트펌프부(100)는 자동 제어에 필요한 각종 데이터를 저장하는 저장부(121)와, 상기 냉매, 상기 지열순환수 및 상기 부하순환수의 온도 및 유량을 이용해서 예상 부하와 상기 지중 열교환기(HE)의 잔여용량을 산출하여 서브히트펌프(130), 상기 지열펌프부(200) 또는 상기 부하순환펌프부(300)의 동작을 제어하기 위한 연산을 수행하는 모듈부(122)를 포함하는 메인히트펌프(120); 및 상기 메인히트펌프(120)의 제어에 의하여 동작되는 적어도 하나의 상기 서브히트펌프(130);를 포함하여 상기 메인히트펌프(120)에 의하여 자동 제어가 가능한 것을 특징으로 하는 히트펌프 자동제어 지열시스템에 의해 달성된다.In order to achieve the above object, the present invention, the heat pump-based automatic control geothermal system and its control method is a heat pump unit for circulating the refrigerant to exchange heat with the geothermal circulation water and load circulation water along the refrigerant pipe (101) Geothermal heat exchanger heat exchanged in the
또한, 상기 메인히트펌프(120)는 센서부(400)와 통신하되, 상기 센서부(400)는 유량을 측정하는 유량계(410) 및 온도를 측정하는 온도계(420)를 포함하되, 상기 온도계(420)는 외기의 온도를 측정하는 외기 센서(421), 상기 지열측 배관(201)에 설치되어 상기 냉매와의 열교환 전,후의 상기 지열순환수의 온도를 측정하는 온도센서부(420-1)(420-2), 상기 냉매측 배관(101)에 설치되어 상기 지열순환수와의 열교환 전,후의 상기 냉매의 온도를 측정하는 온도센서부(420-3)(420-4), 상기 냉매측 배관(101)에 설치되어 상기 부하순환수와의 열교환 전,후의 상기 냉매의 온도를 측정하는 온도센서부(420-4)(420-5) 및 상기 부하측 배관(301)에 설치되어 상기 냉매와의 열교환 전,후의 상기 부하순환수의 온도를 측정하는 온도센서부(420-6)(420-7);와, 상기 지열측 배관(210)에 설치되어 상기 지열순환수의 유량을 측정하는 지열순환수 유량센서(410-1), 상기 냉매측 배관(110)에 설치되어 상기 냉매의 유량을 측정하는 냉매 유량센서(410-5) 및 상기 부하측 배관(310)에 설치되어 상기 부하순환수의 유량을 측정하는 부하순환수 유량센서(410-7)를 포함하며, 상기 저장부(121)에는 상기 센서부(400)에 의해 측정되는 유량 또는 온도 값이 저장될 수 있다.In addition, the
또한, 상기 모듈부(122)는 부하측정모듈(122-1)과 지열측정모듈(122-2)을 포함하되, 상기 부하측정모듈(122-1)은 상기 부하순환수의 예측되는 온도 범위를 산출하고, 상기 지열측정모듈(122-2)은 상기 지열순환수의 예측되는 온도 범위를 산출할 수 있다.In addition, the
또한, 상기 부하측정모듈(122-1)은 부하예측모듈(122-11) 및 부하온도 산출모듈(122-12)을 포함하되, 상기 부하예측모듈(122-11)은 건물의 조건 값 또는 저장부(121)에 저장되어 있는 값을 이용하여 예상 부하를 산출하고, 상기 부하온도 산출모듈(122-12)은 상기 부하예측모듈(122-11)에 의해 산출된 예상 부하를 이용하여 상기 부하순환수의 예측되는 온도 범위를 산출할 수 있다.In addition, the load measurement module (122-1) includes a load prediction module (122-11) and a load temperature calculation module (122-12), the load prediction module (122-11) is a condition value or storage of the building The estimated load is calculated using the value stored in the
또한, 상기 지열측정모듈(122-2)은 지열예측모듈(122-21) 및 지열온도 산출모듈(122-22)을 포함하되, 상기 지열예측모듈(122-21)은 상기 지중 열교환기(HE)의 조건을 이용하거나 저장부(121)에 저장되어 있는 값을 이용하여 상기 지중 열교환기(HE)의 예측되는 잔여 용량을 산출하고, 상기 지열온도 산출모듈(122-22)은 상기 지열측정모듈(122-2)에 의해 산출된 예상 잔여 용량을 이용하여 상기 지열순환수의 예측되는 온도 범위를 산출할 수 있다.In addition, the geothermal measurement module 122-2 includes a geothermal prediction module 122-21 and a geothermal temperature calculation module 122-22, wherein the geothermal prediction module 122-21 is the underground heat exchanger (HE ) Or the value stored in the
또한, 상기 모듈부(122)는 효율측정모듈(122-3)을 포함하되, 상기 효율측정모듈(122-3)은 상기 부하측정모듈(122-1) 및 상기 지열측정모듈(122-2)에 의해 산출된 상기 지열순환수 및 상기 부하순환수의 온도 범위를 이용하여 산출된 각 온도 범위에 따른 효율을 산출할 수 있다.In addition, the
또한, 상기 모듈부(122)는 제어모듈(122-4)을 포함하되, 상기 제어모듈(122-4)은 상기 효율측정모듈(122-3)에 의해 산출된 효율을 이용하여 이상적인 조건으로 상기 히트펌프부(100)의 냉매의 온도 또는 유량과 상기 지열펌프부(200) 및 상기 부하순환펌프부(300)의 유량이 조절되도록 제어할 수 있다.In addition, the
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 히트펌프 기반의 자동제어 지열 시스템은, 히트펌프부(100)는 메인히트펌프(120)와 서브히트펌프(130)로 구성되되, 상기 메인히트펌프(120)는 저장부(121), 모듈부(122), 펌프부(123), 통신부(124)로 구성되며, 상기 모듈부(122)는 부하측정모듈(122-1), 지열측정모듈(122-2), 효율측정모듈(122-3) 및 제어모듈(122-4)로 구성되고, 상기 메인히트펌프(120)와 통신하는 센서부(400)는 외기, 지열순환수 및 부하순환수의 온도를 측정하고(S100),In order to achieve the above object, the heat pump-based automatic control geothermal system, the
상기 모듈부(122)가 상기 센서부(400)를 통해 감지한 외기, 지열순환수 및 부하순환수의 온도를 이용하여 예상 부하 및 지중 열교환기(HE)의 잔여용량을 예측하고(S200), 상기 모듈부(122)가 상기 예측된 예상 부하 및 지중 열교환기(HE)의 잔여용량을 이용하여 상기 지열순환수 및 상기 부하순환수의 예상되는 온도 범위를 산출하고(S300), 상기 모듈부(122)가 상기 산출된 온도 범위를 이용하여 부하 설정 온도에 따른 효율을 산출하고(S400), 상기 모듈부(122)가 상기 산출된 효율에 따라 지열펌프부(200), 부하순환펌프부(300) 및 히트펌프부(100)를 가동(S500)하도록 제어하는 방법에 의해 달성될 수 있다.The
이 발명에 의하면, 히트펌프부의 메인히트펌프가 스스로 제어함으로써, 자동제어반의 별도 설치나 이와 연결하기 위한 와이어링 작업에 의한 설치, 유지, 보수, 수리의 부담을 해소할 수 있다.According to the present invention, the main heat pump of the heat pump unit can control itself, thereby easing the burden of installation, maintenance, repair, and repair due to the separate installation of the automatic control panel or the wiring operation to connect to it.
또한, 메인히트펌프가 예상 부하와 지중 열교환기의 잔여용량을 산출하여 자동제어함에 따라 지열시스템의 에너지효율이 상승할 수 있다.In addition, the energy efficiency of the geothermal system may increase as the main heat pump automatically controls the estimated load and the residual capacity of the underground heat exchanger.
또한, 센서부를 통해 외기의 온도, 부하순환수 및 지열순환수의 온도 및 유량을 이용하여 예상 부하 및 지중 열교환기의 잔여용량을 산출함에 따라, 실시간으로 부하와 지중 열교환기의 상태 정보를 활용할 수 있어 보다 정확한 예측이 가능한 이점이 있다.In addition, as the remaining capacity of the expected load and the underground heat exchanger is calculated using the temperature of the outside air, the temperature of the load circulation water and the temperature and flow rate of the geothermal circulation water, the state information of the load and the underground heat exchanger can be utilized in real time. Therefore, there is an advantage that more accurate prediction is possible.
또한, 부하측정모듈 및 지열측정모듈을 이용하여 부하순환수 및 지열순환수의 예상 부하와 지중 열 교환기의 잔여용량 을 예측하여 구동을 위한 예상 온도 범위를 산출함에 따라 이상적인 성능효율을 달성하기 위한 현실적인 구동 조건을 효율적으로 도출할 수 있다.In addition, by using the load measurement module and the geothermal measurement module, the predicted load of the load circulating water and the geothermal circulation water and the residual capacity of the underground heat exchanger are predicted to calculate the predicted temperature range for operation, thereby achieving realistic performance efficiency. Driving conditions can be efficiently derived.
나아가, 부하순환수 및 지열순환수의 온도뿐만 아니라 건물의 조건을 더 고려함에 따라 예상 부하의 오차범위를 줄일 수 있다.Furthermore, as the temperature of the load circulation water and the geothermal circulation water are considered as well as the conditions of the building, the error range of the expected load can be reduced.
그리고 부하순환수 및 지열순환수의 온도뿐만 아니라 지중 열교환기의 조건을 더 고려함에 따라 지중 열교환기의 예상 잔여용량의 오차범위를 줄일 수 있다.In addition, it is possible to reduce the error range of the estimated residual capacity of the underground heat exchanger by further considering the conditions of the underground heat exchanger as well as the temperature of the load circulation water and the geothermal circulation water.
뿐만 아니라 효율측정모듈이 사용자가 설정한 온도에 따른 효율을 산출함으로써 이상적인 구동을 위한 선택 조건들을 제안할 수 있다.In addition, the efficiency measurement module can propose selection conditions for ideal driving by calculating the efficiency according to the temperature set by the user.
실시형태에 따라서는 사용자가 효율에 따른 예상 소비전력을 고려하여 지열시스템을 조작함으로써 에너지 효율을 높 수도 있다.Depending on the embodiment, the user may increase the energy efficiency by operating the geothermal system in consideration of the expected power consumption according to the efficiency.
또한, 제어모듈이 산출된 효율을 이용하여 사용자가 선택한 이상적인 조건으로 서브히트펌프, 지열펌프부또는 부하순환펌프부를 제어함에 따라, 자동으로 에너지 효율을 높일 수 있다.In addition, as the control module controls the sub-heat pump, the geothermal pump unit, or the load circulation pump unit under ideal conditions selected by the user using the calculated efficiency, energy efficiency can be automatically increased.
도 1은 이 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프 기반의 지열시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 이 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프부와 기타 구성을 도시한 것이다.
도 3은 이 발명의 일 실시예에 따른 메인히트펌프의 구성도이다.
도 4는 이 발명의 일 실시예에 따른 모듈부의 구성도이다.
도 5는 이 발명의 일 실시예에 따른 모듈부의 동작 흐름도이다.
도 6은 이 발명의 일 실시예에 따른 냉난방성능 실험결과 표를 도시한다.
도 7a는 이 발명의 일 실시예에 따른 냉방성능 실험결과 그래프이다.
도 7b는 이 발명의 일 실시예에 따른 난방성능 실험결과 그래프이다.1 schematically shows a heat pump-based geothermal system according to an embodiment of the present invention.
2 shows a heat pump unit and other configurations according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram of a main heat pump according to an embodiment of the present invention.
4 is a configuration diagram of a module unit according to an embodiment of the present invention.
5 is an operation flowchart of a module unit according to an embodiment of the present invention.
6 shows a table of test results of heating and cooling performance according to an embodiment of the present invention.
7A is a graph of an experiment result of cooling performance according to an embodiment of the present invention.
Figure 7b is a graph of the heating performance test results according to an embodiment of the present invention.
이하 설명하는 실시예들은 이 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 이 발명이 한정되지는 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 이 발명의 실시예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.The embodiments described below are provided so that those skilled in the art can easily understand the technical idea of the present invention, and the present invention is not limited thereto. In addition, matters expressed in the accompanying drawings may be different from those actually implemented in schematic drawings to easily describe embodiments of the present invention.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다.When an element is referred to as being connected to or connected to another element, it should be understood that other elements may exist in the middle, although they may be directly connected or connected to the other element.
그리고 여기서의 “연결”이란 일 부재와 타 부재의 직접적인 연결, 간접적인 연결을 포함하며, 접착, 부착, 체결, 접합, 결합 등 모든 물리적인 연결을 의미할 수 있다.And the term “connection” includes direct and indirect connection between one member and another member, and may refer to all physical connections such as adhesion, attachment, fastening, bonding, and bonding.
또한, '제1, 제2'등과 같은 표현은 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다.In addition, expressions such as'first, second', etc. are expressions used only for distinguishing a plurality of components, and do not limit the order or other features between components.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. “포함한다” 또는 “가진다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. The terms “comprises” or “haves” are intended to mean the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts or combinations thereof described in the specification, one or more other features or numbers, It can be interpreted that steps, operations, components, parts or combinations thereof can be added.
도 1은 이 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프 기반의 지열시스템을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 이 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프부와 기타 구성을 도시한 도면이며, 도 3은 이 발명의 일 실시예에 따른 메인히트펌프의 구성도이고, 도 4는 이 발명의 일 실시예에 따른 모듈부의 구성도이며, 도 5는 이 발명의 일 실시예에 따른 모듈부의 동작 흐름도이고, 도 6은 이 발명의 일 실시예에 따른 냉난방성능 실험결과 표이고, 도 7a는 이 발명의 일 실시예에 따른 냉방성능 실험결과 그래프이며, 도 7b는 이 발명의 일 실시예에 따른 난방성능 실험결과 그래프이다.1 is a view schematically showing a heat pump-based geothermal system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view showing a heat pump unit and other configurations according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 Is a configuration diagram of a main heat pump according to an embodiment of the present invention, FIG. 4 is a configuration diagram of a module unit according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is an operation flowchart of a module unit according to an embodiment of the present invention , FIG. 6 is a table of test results of cooling and heating performance according to an embodiment of the present invention, FIG. 7A is a graph of test results of cooling performance according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7B is heating performance according to an embodiment of the present invention It is a graph of the experimental results.
이하에서는 도 1 내지 도 4를 참조하여 히트펌프 기반의 자동제어 지열시스템을 설명한다.Hereinafter, an automatic control geothermal system based on a heat pump will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
히트펌프 기반의 자동제어 지열시스템은 냉매순환부(A), 지열순환부(B) 및 부하부(C)로 구성된다.The heat pump-based automatic control geothermal system is composed of a refrigerant circulation unit (A), a geothermal circulation unit (B), and a load unit (C).
지열순환부(B)는 지열펌프부(200), 지열측 배관(201), 지중 열교환기(HE) 및 지열측 열교환기(202)로 구성된다. 지열펌프부(200), 지중 열교환기(HE) 및 지열측 열교환기(202)는 지열측 배관(201)으로 연결되어 있고, 지열측 배관(201) 내부에는 지열순환수가 마련되어 있다. 지열순환수는 지열펌프부(200)에 의해 지열측 배관(201)을 따라 순환하며, 지중 열교환기(HE)에서 지중열과, 지열측 열교환기(202)(102)에서 냉매와 열교환된다. 부하부(C)에서 난방을 하는 경우, 지열순환수는 지중 열교환기(HE)에서 열을 흡수하고 지열측 열교환기(202)(102)에서 열을 방출한다. 반대로 부하부(C)에서 냉방을 하는 경우, 지열순환수는 지중 열교환기(HE)에서 열을 방출하고 지열측 열교환기(202)(102)에서 열을 흡수한다.The geothermal circulation unit (B) is composed of a
냉매순환부(A)는 히트펌프부(100), 냉매측 배관(101), 지열측 열교환기(102) 및 부하측 열교환기(103)로 구성된다. 히트펌프부(100), 지열측 열교환기(102) 및 부하측 열교환기(103)는 냉매측 배관(101)으로 연결되어 있고, 냉매측 배관(101) 내부에는 냉매가 마련되어 있다. 냉매는 히트펌프부(100)에 의해 냉매측 배관(101)을 따라 순환되면서, 지열측 열교환기(102)(202)에서 지열순환수와 열교환되고, 부하측 열교환기(103)(302)에서 부하순환수와 열교환된다. The refrigerant circulation part (A) is composed of a heat pump part (100), a refrigerant side pipe (101), a geothermal side heat exchanger (102), and a load side heat exchanger (103). The
부하부(C)는 부하순환펌프부(300), 부하측 배관(301), 부하측 열교환기(302) 및 부하(L)로 구성된다. 부하순환펌프부(300), 부하측 열교환기(302) 및 부하(L)은 부하측 배관(301)으로 연결되어 있으며, 부하측 배관(301) 내부에는 부하순환수가 마련되어 있다. 부하순환수는 부하순환펌프부(300)에 의해 부하측 배관(301)을 따라 순환되면서, 부하측 열교환기(302)(103)에서 냉매와 열교환되고, 부하(L)에서 열교환된다. 도 1에 표현된 센서부(400)에 대하여는 도 2에서 함께 설명하도록 한다.The load part C is composed of a load
도 2는 이 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프부(100), 지열펌프부(200), 부하순환펌프부(300) 및 센서부(400)의 구성도이다.2 is a configuration diagram of a
히트펌프부(100)는 메인히트펌프(120)와 서브히트펌프(130)로 구성된다. 메인히트펌프(120)는 서브히트펌프(130), 지열펌프부(200), 부하순환펌프(300) 및 센서부(400)와 통신이 가능하다. 서브히트펌프(130)는 메인히트펌프(120)의 제어에 따라 운전된다. 이에 따라, 와이어링의 설치, 유지, 보수 및 수리에 대한 부담이 완화되고, 히트펌프의 설치와 배관공사 완료 후에 즉시 시운전이 가능한 이점이 있다.The
메인히트펌프(120)와 통신하는 센서부(400)는 유량계(410), 온도계(420) 및 압력계(430)로 구성된다. The
유량계(410)는 냉매측 배관(101), 지열측 배관(201) 및 부하측 배관(301)에 설치되어 냉매, 지열순환수 및 부하순환수의 유량을 측정한다. 측정된 유량은 온도계(420)에 의해 측정되는 온도와 함께 지중 열교환기(HE)의 잔여용량 및 예상되는 부하량을 산출하는데 사용될 수 있다.The
온도계(420)는 부하(L)의 내,외부, 냉매측 배관(101), 지열측 배관(201) 및 부하측 배관(301)에 설치되어 부하(L), 냉매, 지열순환수 및 부하순환수의 온도를 측정한다. 측정된 온도는 지중 열교환기(HE)의 잔여용량 및 예상되는 부하량을 산출하는데 사용될 수 있다.
압력계(430)는 냉매측 배관(101), 지열측 배관(201) 및 부하측 배관(301)에 설치되어 냉매, 지열순환수 및 부하순환수의 압력을 측정한다. 측정된 압력은 배관의 이상 유무를 판단하는데 사용될 수 있다.The
일 실시예로, 상기 압력계(430)는 배관에 이상이 감지되는 경우, 상기 메인히트펌프(120)에 이상 정보를 전송하여, 후술할 입출력부(125)를 바탕으로 사용자가 실시간으로 확인할 수 있도록 구현될 수 있다.In one embodiment, when the
입출력부(125)는 유,무선 통신을 통해 사용자의 입력을 수신하고, 메인히트펌프(120)의 운전 상황을 표시할 수 있다. 입출력부(125)는 통신부(124)를 통해 무선으로 사용자의 입력을 수신하고, 메인히트펌프(120)의 운전 상황을 표시할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 스마트폰(미도시)등을 이용하여 통신부(124)와 통신하여 메인히트펌프(120)의 운전 상황을 확인하거나, 부하순환수 의 설정 온도 또는 히트펌프부(100)의 운전 시간과 같은 운전 조건을 설정할 수 있다.The input/
또한, 상기 압력계(430)로부터 이상 정보가 전송되면, 상기 메인히트펌프(120)의 모듈부(122)가 상기 배관에 해당되는 서브히트펌프(130), 지열펌프부(200) 또는 부하순환펌프부(300)의 동작을 즉각적으로 자동 중단시킬 수 있다.In addition, when abnormal information is transmitted from the
유량계(410-1 내지 410-7), 온도계(420-1 내지 420-7 및 421) 및 압력계(430-1 내지 430-7)는 도 1에서와 같이 열교환의 전,후 배관에 설치되어 냉매, 지열순환수 및 부하순환수의 유량 온도 및 압력을 측정할 수 있다.Flowmeters 410-1 to 410-7, thermometers 420-1 to 420-7 and 421, and pressure gauges 430-1 to 430-7 are installed in the piping before and after heat exchange, as shown in FIG. , It can measure the flow temperature and pressure of the geothermal circulation water and load circulation water.
도 3은 이 발명의 일 실시예에 따른 메인히트펌프의 구성도이다. 메인히트펌프(120)는 저장부(121), 모듈부(122), 펌프부(123) 및 통신부(124), 입출력부(125)로 구성된다. 저장부(121)에는 센서부(400)를 통해 감지된 값, 지열시스템의 소비전력, 지열순환수, 냉매 및 부하순환수의 온도, 압력 및 유량과 건물의 단열성, 배치 등과 같은 건물의 조건과 지중에 설치된 배관의 종류, 열전도율, 개수 등과 같은 지중 열교환기(HE)의 조건에 대한 각종 정보가 저장된다.3 is a block diagram of a main heat pump according to an embodiment of the present invention. The
모듈부(122)는 저장부(121)에 저장된 각종 정보를 이용하여 부하와 지열을 예측하고 지열시스템의 적정한 운전조건을 산출하여 그 조건을 지열시스템을 운전하도록 제어한다. 모듈부(122)는 저장부(121), 펌프부(123) 및 통신부(124)와 데이터를 송수신하여 지열시스템을 제어한다. 모듈부(122)는 도 4에서 자세히 설명하도록 한다.The
펌프부(123)는 냉매를 순환시켜서 열교환시킨다.The
통신부(124)는 메인히트펌프(120)와 연결되는 구성들이 메인히트펌프(120)와 통신할 수 있도록 한다. 앞서 설명한 메인히트펌프(120)와 통신하는 서브히트펌프(130), 지열펌프부(200), 부하순환펌프부(300) 및 센서부(400)는 유선뿐만이 아니라 무선을 통해 통신할 수 있다. 무선통신은 라디오 통신 또는 Wi-fi등과 같은 규격을 이용할 수 있다. 메인히트펌프(120)가 다른 구성들과 무선으로 통신함에 따라, 메인히트펌프(120)가 설치된 기계실 내에서 와이어링 작업량이 대폭 감소된다. 이에 따라, 와이어링의 설치, 유지, 보수 및 수리에 대한 작업량 및 비용이 대폭 감소된다. 또한, 센서부(400)와 메인히트펌프(120)가 무선으로 직접 연결됨에 따라, 메인히트펌프(120)의 입출력부(125)를 통해 지열시스템 전체를 모니터링 할 수 있고, 제어할 수 있다. 또한, 메인히트펌프(120)가 무선통신이 가능함에 따라, 모니터링되는 상황을 인터넷등과 같은 무선통신을 통해 기계실 외부에서도 운전상황을 파악할 수 있다. 예를 들어, 메인히트펌프(120)와 스마트폰(미도시)이 인터넷을 이용하여 연결된 상황에서, 사용자는 스마트폰을 통해 기계실의 외부에서 지열시스템을 모니터링 할 수 있다. 추가적으로, 메인히트펌프(120)에 의해 모니터링 된 상황(ex: 운전여부, 고장여부, 에너지사용량)은 주기적으로 스마트폰에 메시징 될 수 있다. 이에 따라, 사용자는 기계실을 방문하지 않아도 지열시스템의 운전 상황을 간편하게 파악할 수 있다.The
도 4는 이 발명의 일 실시예에 따른 모듈부의 세부 구성도이다. 모듈부(122)는 부하측정모듈(122-1), 지열측정모듈(122-2), 효율측정모듈(122-3) 및 제어모듈(122-4)로 구성된다.4 is a detailed configuration diagram of a module unit according to an embodiment of the present invention. The
부하측정모듈(122-1)은 최종적으로 예상되는 부하순환수의 온도 범위를 산출하는데, 부하측정모듈(122-1)은 부하예측모듈(122-11)과 부하온도 산출모듈(122-12)로 구성된다. 부하예측모듈(122-11)은 사용자가 설정해놓은 온도를 유지하기 위해 필요한 열량을 예측하며, 부하온도 산출모듈(122-12)은 필요한 열량에 따라 요구되는 부하순환수의 온도 범위를 예측한다.The load measurement module 122-1 finally calculates the temperature range of the expected load circulation water, and the load measurement module 122-1 includes the load prediction module 122-11 and the load temperature calculation module 122-12. It consists of. The load prediction module 122-11 predicts the amount of heat required to maintain the temperature set by the user, and the load temperature calculation module 122-12 predicts the temperature range of the load circulation water required according to the required amount of heat.
지열측정모듈(122-2)은 최종적으로 예상되는 지열순환수의 온도 범위를 산출하는데, 지열측정모듈(122-2)은 지열예측모듈(122-21)과 지열온도 산출모듈(122-22)로 구성된다. 지열예측모듈(122-21)은 지중열의 온도를 통해 열교환 가능한 열량을 예측하고, 지열온도 산출모듈(122-22)은 지중열과의 열교환을 통해 도달 가능한 지열순환수의 온도 범위를 예측한다.The geothermal measurement module 122-2 finally calculates the temperature range of the expected geothermal circulation water. The geothermal measurement module 122-2 includes the geothermal prediction module 122-21 and the geothermal temperature calculation module 122-22. It consists of. The geothermal prediction module 122-21 predicts the amount of heat exchangeable through the temperature of the geothermal heat, and the geothermal temperature calculation module 122-22 predicts the temperature range of the geothermal circulating water reachable through heat exchange with the geothermal heat.
다른 실시예로 상기 부하측정모듈(122-1)과 지열측정모듈(122-2)은은 전년도 데이터, 건물의 조건 또는 지중 열교환기(HE)의 조건과 같이 저장부(121)에 저장되어있는 데이터를 이용하여 부하순환수 및 지열순환수의 온도를 예측할 수도 있다. In another embodiment, the load measurement module 122-1 and the geothermal measurement module 122-2 are data stored in the
모듈부(122)는 건물의 조건 및 지중 열교환기(HE)의 조건을 이용하여 시뮬레이션을 수행하여 예상 부하 및 지중 열교환기의 예상 잔여용량의 오차범위를 줄일 수 있다.The
효율측정모듈(122-3)은 부하측정모듈(122-1) 및 지열측정모듈(122-2)로부터 예측된 온도 범위와 히트펌프부(120)의 예상 소비전력을 이용하여 각 상황에 따른 효율을 예측한다. 부하순환수 및 지열순환수의 온도와 히트펌프부의 소비전력 및 이에 따른 효율은 도 6a, 6b 및 7에서 설명하도록 한다.The efficiency measurement module 122-3 uses the temperature range predicted from the load measurement module 122-1 and the geothermal measurement module 122-2 and the estimated power consumption of the
상기 효율측정모듈(123-3)은 부하측정모듈(122-1) 및 지열측정모듈(122-2)로부터 예측된 온도 범위를 바탕으로 '설정온도 조절' 또는 '효율 우선적용' 을 사용자의 이상적인 선택 조건으로 제안할 수 있다. 제어모듈(122-4)은 펌프부(123), 서브히트펌프(130), 지열펌프부(200) 및 부하순환펌프부(300)를 제어하여 상기 구성들이 특정 조건에서 동작하도록 제어한다. 제어모듈(122-4)은 효율측정모듈(122-3)로부터 수신한 데이터를 이용하여 최고의 효율 또는 최저 소비전력 또는 사용자가 설정한 온도등과 같이 특정 조건에서 상기 구성들이 동작하도록 제어할 수 있다. 제어모듈(122-4)은 부하측정모듈(122-1), 지열측정모듈(122-2) 및 효율측정모듈(122-3)을 실시간으로 동작시켜서, 현재 지열시스템이 최적화된 상태로 운전될 수 있도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 히트펌프 기반의 자동제어 지열시스템은 높은 에너지 효율을 유지하며 운전될 수 있다.The efficiency measurement module 123-3 is the user's ideal for'adjusting the set temperature' or'applying efficiency' based on the temperature range predicted from the load measurement module 122-1 and the geothermal measurement module 122-2. Can be proposed as a selection condition. The control module 122-4 controls the
예컨데 사용자가 상기 효율측정모듈(123-3)이 제안한 '설정온도 조절'을 선택하는 경우, 상기 제어모듈(122-4)은 조절된 설정 온도에 따라 펌프부(123), 서브히트펌프(130), 지열펌프부(200) 및 부하순환펌프부(300)가 작동하도록 제어할 수 있으며, 사용자가 상기 효율측정모듈(123-3)이 제안한 '효율 우선적용' 을 선택하는 경우, 상기 제어모듈(122-4)은 최초 선택된 설정 온도를 기반으로 이상적인 조건으로 구동하도록 제어할 수 있다.For example, when the user selects the'set temperature adjustment' suggested by the efficiency measurement module 123-3, the control module 122-4 controls the
도 5는 이 발명의 일 실시예에 따른 모듈부의 동작 흐름도이다. 모듈부(122)는 센서부(400)를 통해 외기, 지열순환수, 부하순환수의 온도를 측정한다(동작 S100). 부하예측모듈(122-11) 및 지열예측모듈(122-21)는 측정된 온도와 부하의 설정온도를 이용하여 예상되는 부하량 및 지중 열교환기(HE)의 잔여용량을 예측한다(동작 S200). 부하온도 산출모듈(122-12) 및 지열온도 산출모듈(122-22)은 부하예측모듈(122-11) 및 지열예측모듈(122-21)에 의해 예측된 부하량 및 잔여용량을 이용하여 부하순환수 및 지열순환수의 온도 범위를 예측한다(동작 S300). 효율측정모듈(122-3)은 부하온도 산출모듈(122-12) 및 지열온도 산출모듈(122-22)에 의해 예측된 부하순환수 및 지열 순환수의 온도 범위를 이용하여 사용자가 설정한 각 온도에 따른 효율을 예측한다(동작 S400). 제어모듈(122-4)은 설정된 온도에 맞게 지열펌프부(200), 부하순환펌프부(300) 및 히트펌프부(100)를 운전하도록 제어한다(동작 S500). 모듈부(122)는 운전 도중 지열순환수 및 부하순환수가 예측된 온도 범위 이내에서 운전 중인지 확인한다(동작 S600). 지열순환수 및 부하순환수가 예측된 온도 범위 이내에서 운전 중이 아닌 경우(동작 S600의 'No'), 모듈부(122)는 다시 외기, 지열순환수 및 부하순환수의 온도를 측정한다(동작 S100). 그 후, 모듈부(122)는 앞서 설명한 흐름에 따라 동작을 반복한다. 지열순환수 및 부하순환수가 예측된 온도 범위 이내에서 운전 중인 경우(동작 S600의 'Yes') 모듈부(122)는 운전을 지속한다.5 is an operation flowchart of a module unit according to an embodiment of the present invention. The
도 6은 이 발명의 일 실시예에 따른 지열시스템의 운전 실험결과표이다. 도 6은 지열시스템의 난방 및 냉방 운전시 부하순환수 및 지열순환수의 온도에 따라 소비되는 난방열과 냉방열, 소비전력 및 성능계수(COP)를 나타낸다. 이와 같은 데이터는 저장부(121)에 저장되어 모듈부(122)가 최적의 효율을 갖는 조건을 산출하는데 사용될 수 있다.6 is a result table of the operation test of the geothermal system according to an embodiment of the present invention. 6 shows heating and cooling heat consumed according to the temperature of the load circulation water and the geothermal circulation water during the heating and cooling operation of the geothermal system, power consumption and performance coefficient (COP). Such data can be stored in the
도 7a는 이 발명의 일 실시예에 따른 지열시스템의 냉방 운전 실험결과 그래프이다.7A is a graph showing a result of an experiment of cooling operation of a geothermal system according to an embodiment of the present invention.
좌측 상단의 그래프를 참조하면 부하순환수의 유량은 0.57l/s이고, 열교환 전 온도는 10도이며 열교환 후 온도는 부하순환수의 온도가 상승함에 따라, 6.5도에서 7도 부근으로 상승한다. 부하순환수의 온도가 상승함에 따라 냉방용량은 줄어들고, 부하순환수의 열 방출량도 줄어든다.Referring to the graph on the upper left, the flow rate of the load circulation water is 0.57 l/s, the temperature before heat exchange is 10 degrees, and the temperature after heat exchange rises from 6.5 degrees to 7 degrees as the temperature of the load circulation water rises. As the temperature of the load circulating water increases, the cooling capacity decreases, and the heat discharge amount of the load circulating water decreases.
우측 상단의 그래프를 참조하면 부하순환수의 온도가 상승함에 따라 히트펌프부(100)에서 소비하는 소비전력은 상승하고, 냉방 성능계수(COP)는 하락한다.Referring to the graph on the upper right, as the temperature of the load circulation water rises, power consumption consumed by the
하단의 그래프는 유량에 따라 소비전력과 냉방 성능계수(COP)에 관한 관계를 나타낸다.The graph at the bottom shows the relationship between power consumption and cooling performance coefficient (COP) according to the flow rate.
도 7b는 이 발명의 일 실시예에 따른 지열시스템의 난방 운전 실험결과 그래프이다.7B is a graph showing the results of a heating operation test of a geothermal system according to an embodiment of the present invention.
좌측 상단의 그래프를 참조하면 부하순환수의 유량은 0.57l/s이고, 열교환 전 온도는 45도이며 열교환 후 온도는 부하순환수의 온도가 상승함에 따라, 48도에서 49.5도 부근으로 상승한다. 부하순환수의 온도가 상승함에 따라 난방용량은 증가하고, 부하순환수의 열 흡수량도 증가한다.Referring to the graph on the upper left, the flow rate of the load circulating water is 0.57 l/s, the temperature before heat exchange is 45 degrees, and the temperature after heat exchange increases from 48 degrees to 49.5 degrees as the temperature of the load circulation water increases. As the temperature of the load circulating water increases, the heating capacity increases, and the heat absorption of the load circulating water also increases.
우측 상단의 그래프를 참조하면 부하순환수의 온도가 상승함에 따라 히트펌프부(100)에서 소비하는 소비전력은 미미하게 상승하고, 난방 성능계수(COP)도 상승한다.Referring to the graph on the upper right, as the temperature of the load circulation water increases, power consumption consumed by the
하단의 그래프는 유량에 따라 소비전력과 난방 성능계수(COP)에 관한 관계를 나타낸다.The graph at the bottom shows the relationship between power consumption and heating performance coefficient (COP) according to the flow rate.
100 : 히트펌프부
120 : 메인히트펌프 130 : 서브히트펌프
121 : 저장부
122 : 모듈부
123 : 펌프부
124 : 통신부
200 : 지열펌프부 300 : 부하순환펌프부100: heat pump unit
120: main heat pump 130: sub-heat pump
121: storage
122: module unit
123: pump unit
124: Communication Department
200: geothermal pump unit 300: load circulation pump unit
Claims (8)
상기 히트펌프부(100)는 자동 제어에 필요한 각종 데이터를 저장하는 저장부(121)와, 상기 냉매, 상기 지열순환수 및 상기 부하순환수의 온도 및 유량을 이용해서 예상 부하와 상기 지중 열교환기(HE)의 잔여용량을 산출하여 서브히트펌프(130), 상기 지열펌프부(200) 또는 상기 부하순환펌프부(300)의 동작을 제어하기 위한 연산을 수행하는 모듈부(122)를 포함하되, 상기 모듈부(122)는 부하측정모듈(122-1)과 지열측정모듈(122-2)을 포함하되, 상기 부하측정모듈(122-1)은 상기 부하순환수의 예측되는 온도 범위를 산출하고, 상기 지열측정모듈(122-2)은 상기 지열순환수의 예측되는 온도 범위를 산출하는 메인히트펌프(120); 및
상기 메인히트펌프(120)의 제어에 의하여 동작되는 적어도 하나의 상기 서브히트펌프(130);를 포함하여 상기 메인히트펌프(120)에 의하여 자동 제어가 가능하며,
상기 메인히트펌프(120)는 센서부(400)와 통신하되, 상기 센서부(400)는 유량을 측정하는 유량계(410) 및 온도를 측정하는 온도계(420)를 포함하되, 상기 온도계(420)는 외기의 온도를 측정하는 외기 센서(421), 상기 지열측 배관(201)에 설치되어 상기 냉매와의 열교환 전,후의 상기 지열순환수의 온도를 측정하는 온도센서부(420-1)(420-2), 상기 냉매측 배관(101)에 설치되어 상기 지열순환수와의 열교환 전,후의 상기 냉매의 온도를 측정하는 온도센서부(420-3)(420-4), 상기 냉매측 배관(101)에 설치되어 상기 부하순환수와의 열교환 전,후의 상기 냉매의 온도를 측정하는 온도센서부(420-4)(420-5) 및 상기 부하측 배관(301)에 설치되어 상기 냉매와의 열교환 전,후의 상기 부하순환수의 온도를 측정하는 온도센서부(420-6)(420-7);와,
상기 지열측 배관(201)에 설치되어 상기 지열순환수의 유량을 측정하는 지열순환수 유량센서(410-1), 상기 냉매측 배관(101)에 설치되어 상기 냉매의 유량을 측정하는 냉매 유량센서(410-5) 및 상기 부하측 배관(301)에 설치되어 상기 부하순환수의 유량을 측정하는 부하순환수 유량센서(410-7)를 포함하며,
상기 저장부(121)에는 상기 센서부(400)에 의해 측정되는 유량 또는 온도 값이 저장되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 자동제어 지열시스템.
Geothermal circulation water heat exchanged in the heat pump unit 100 and the geothermal heat exchanger 202, 102 to circulate the refrigerant exchanging heat with the geothermal circulation water and the load circulation water along the refrigerant side piping 101. Geothermal pump unit 200 to be circulated through the underground heat exchanger (HE) along the (201), and the load to be circulated in the load circulation heat exchanged in the load-side heat exchanger 302, 103 along the load-side pipe 301 In the geothermal system including a circulation pump unit 300,
The heat pump unit 100 is a storage unit 121 for storing various data necessary for automatic control, and the expected load and the underground heat exchanger using temperature and flow rates of the refrigerant, the geothermal circulation water and the load circulation water It includes a module unit 122 for calculating the residual capacity of (HE) to perform the operation for controlling the operation of the sub-heat pump 130, the geothermal pump unit 200 or the load circulation pump unit 300, , The module unit 122 includes a load measurement module 122-1 and a geothermal measurement module 122-2, wherein the load measurement module 122-1 calculates a predicted temperature range of the load circulation water And, the geothermal measurement module 122-2 includes a main heat pump 120 for calculating a predicted temperature range of the geothermal circulation water; And
Including at least one sub-heat pump 130 operated by the control of the main heat pump 120, it is possible to automatically control by the main heat pump 120, including,
The main heat pump 120 is in communication with the sensor unit 400, the sensor unit 400 includes a flow meter 410 for measuring the flow rate and a thermometer 420 for measuring the temperature, the thermometer 420 Is an outside air sensor 421 for measuring the temperature of the outside air, a temperature sensor unit 420-1 and 420 installed in the geothermal side pipe 201 to measure the temperature of the geothermal circulation water before and after heat exchange with the refrigerant. -2), the temperature sensor unit 420-3 and 420-4 installed in the refrigerant-side piping 101 to measure the temperature of the refrigerant before and after heat exchange with the geothermal circulation water, and the refrigerant-side piping ( 101) is installed in the temperature sensor unit (420-4) (420-5) for measuring the temperature of the refrigerant before and after heat exchange with the load circulating water and the heat exchange with the refrigerant installed in the load-side piping (301) Temperature sensor unit (420-6) (420-7) for measuring the temperature of the load circulation water before and after; and,
Geothermal circulation water flow sensor (410-1) installed in the geothermal side piping (201) to measure the flow rate of the geothermal circulation water, refrigerant flow sensor installed in the refrigerant side piping (101) to measure the flow rate of the refrigerant (410-5) and a load circulation water flow sensor (410-7) installed in the load-side piping (301) to measure the flow rate of the load circulation water,
The storage unit 121 is a heat pump automatic control geothermal system, characterized in that the flow rate or temperature value measured by the sensor unit 400 is stored.
상기 부하측정모듈(122-1)은 부하예측모듈(122-11) 및 부하온도 산출모듈(122-12)을 포함하되, 상기 부하예측모듈(122-11)은 건물의 조건 값 또는 저장부(121)에 저장되어 있는 값을 이용하여 예상 부하를 산출하고, 상기 부하온도 산출모듈(122-12)은 상기 부하예측모듈(122-11)에 의해 산출된 예상 부하를 이용하여 상기 부하순환수의 예측되는 온도 범위를 산출하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 자동제어 지열시스템.
According to claim 1,
The load measurement module 122-1 includes a load prediction module 122-11 and a load temperature calculation module 122-12, wherein the load prediction module 122-11 is a building condition value or storage unit ( 121) calculates the expected load using the value stored in the load temperature, and the load temperature calculation module 122-12 uses the expected load calculated by the load prediction module 122-11 Automatic heat pump control geothermal system, characterized in that for calculating the predicted temperature range.
상기 지열측정모듈(122-2)은 지열예측모듈(122-21) 및 지열온도 산출모듈(122-22)을 포함하되, 상기 지열예측모듈(122-21)은 상기 지중 열교환기(HE)의 조건을 이용하거나 저장부(121)에 저장되어 있는 값을 이용하여 상기 지중 열교환기(HE)의 예측되는 잔여 용량을 산출하고, 상기 지열온도 산출모듈(122-22)은 상기 지열측정모듈(122-2)에 의해 산출된 예상 잔여 용량을 이용하여 상기 지열순환수의 예측되는 온도 범위를 산출하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 자동제어 지열시스템.
According to claim 1,
The geothermal measurement module 122-2 includes a geothermal prediction module 122-21 and a geothermal temperature calculation module 122-22, wherein the geothermal prediction module 122-21 includes a geothermal heat exchanger HE. Calculate the predicted residual capacity of the underground heat exchanger (HE) using conditions or by using values stored in the storage unit 121, and the geothermal temperature calculation modules 122-22 are the geothermal measurement modules 122 -2) heat pump automatic control geothermal system, characterized by calculating the predicted temperature range of the geothermal circulating water using the estimated residual capacity calculated by.
상기 모듈부(122)는 효율측정모듈(122-3)을 포함하되, 상기 효율측정모듈(122-3)은 상기 부하측정모듈(122-1) 및 상기 지열측정모듈(122-2)에 의해 산출된 상기 지열순환수 및 상기 부하순환수의 온도 범위를 이용하여 산출된 각 온도 범위에 따른 효율을 산출하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 자동제어 지열시스템.
According to claim 1,
The module unit 122 includes an efficiency measurement module 122-3, wherein the efficiency measurement module 122-3 is provided by the load measurement module 122-1 and the geothermal measurement module 122-2. Heat pump automatic control geothermal system, characterized in that for calculating the efficiency according to each temperature range calculated using the temperature range of the calculated geothermal circulation water and the load circulation water.
상기 모듈부(122)는 제어모듈(122-4)을 포함하되, 상기 제어모듈(122-4)은 상기 효율측정모듈(122-3)에 의해 산출된 효율을 이용하여 이상적인 조건으로 상기 히트펌프부(100)의 냉매의 온도 또는 유량과 상기 지열펌프부(200) 및 상기 부하순환펌프부(300)의 유량이 조절되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 자동제어 지열시스템.
The method of claim 6,
The module unit 122 includes a control module 122-4, wherein the control module 122-4 uses the efficiency calculated by the efficiency measurement module 122-3 to ideally heat the pump. Heat pump automatic control geothermal system, characterized in that the temperature or flow rate of the refrigerant of the unit 100 and the flow rate of the geothermal pump unit 200 and the load circulation pump unit 300 are controlled.
히트펌프부(100)는 메인히트펌프(120)와 서브히트펌프(130)로 구성되되, 상기 메인히트펌프(120)는 저장부(121), 모듈부(122), 펌프부(123), 통신부(124)로 구성되며, 상기 모듈부(122)는 부하측정모듈(122-1), 지열측정모듈(122-2), 효율측정모듈(122-3) 및 제어모듈(122-4)로 구성되고, 상기 메인히트펌프(120)와 통신하는 센서부(400)는 외기, 지열순환수 및 부하순환수의 온도를 측정하고(S100),
상기 모듈부(122)가 상기 센서부(400)를 통해 감지한 외기, 지열순환수 및 부하순환수의 온도를 이용하여 예상 부하 및 지중 열교환기(HE)의 잔여용량을 예측하고(S200),
상기 모듈부(122)가 상기 예측된 예상 부하 및 지중 열교환기(HE)의 잔여용량을 이용하여 상기 지열순환수 및 상기 부하순환수의 예상되는 온도 범위를 산출하고(S300),
상기 모듈부(122)가 상기 산출된 온도 범위를 이용하여 부하 설정 온도에 따른 효율을 산출하고(S400),
상기 모듈부(122)가 상기 산출된 효율에 따라 지열펌프부(200), 부하순환펌프부(300) 및 히트펌프부(100)를 가동(S500)하도록 제어하는 방법.In the control method of a heat pump-based automatic control geothermal system,
Heat pump unit 100 is composed of a main heat pump 120 and a sub-heat pump 130, the main heat pump 120 is a storage unit 121, the module unit 122, the pump unit 123, It consists of a communication unit 124, the module unit 122 is a load measurement module (122-1), geothermal measurement module (122-2), efficiency measurement module (122-3) and control module (122-4) It is configured, the sensor unit 400 communicating with the main heat pump 120 measures the temperature of the outside air, geothermal circulation water and load circulation water (S100),
The module unit 122 predicts the expected load and the residual capacity of the underground heat exchanger (HE) using the temperature of the outside air, the geothermal circulation water, and the load circulation water sensed through the sensor unit (S200),
The module unit 122 calculates the predicted temperature range of the geothermal circulation water and the load circulation water using the predicted expected load and the residual capacity of the underground heat exchanger (HE) (S300),
The module unit 122 calculates the efficiency according to the load set temperature using the calculated temperature range (S400),
Method for controlling the module unit 122 to operate (S500) the geothermal pump unit 200, the load circulation pump unit 300 and the heat pump unit 100 according to the calculated efficiency.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020180048254A KR102114174B1 (en) | 2018-04-26 | 2018-04-26 | Heat pump based automatic control geothermal system and the control method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020180048254A KR102114174B1 (en) | 2018-04-26 | 2018-04-26 | Heat pump based automatic control geothermal system and the control method thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20190124378A KR20190124378A (en) | 2019-11-05 |
KR102114174B1 true KR102114174B1 (en) | 2020-06-17 |
Family
ID=68577093
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020180048254A KR102114174B1 (en) | 2018-04-26 | 2018-04-26 | Heat pump based automatic control geothermal system and the control method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102114174B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102189532B1 (en) | 2020-07-29 | 2020-12-14 | (주)이너지테크놀러지스 | Geothermal supply system capable of preventing leakage of geothermal heat fluid |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021135297A1 (en) * | 2020-01-02 | 2021-07-08 | 中国科学院物理研究所 | Geothermal-thermoelectrical cooperative air-conditioning system |
CN113446681B (en) * | 2021-06-07 | 2022-09-16 | 江苏大学 | Ground source heat pump composite system for buildings in cold regions and control method thereof |
CN113606636A (en) * | 2021-08-31 | 2021-11-05 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | Modular geothermal heating system and installation method |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101801775B1 (en) * | 2016-08-18 | 2017-11-29 | 주식회사 지지케이 | Geothermal ground heat exchanger system and method for controlling thereof |
KR101815690B1 (en) | 2016-11-28 | 2018-01-05 | 라성에너지(주) | Geothermal system using module type storage tank |
KR101830675B1 (en) | 2016-12-28 | 2018-02-21 | 주식회사 에너솔라 | Cooling and heating system using ground source |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101389410B1 (en) * | 2012-07-30 | 2014-05-27 | 주식회사 지지케이 | Real time automatic control system of open ground heat exchanger |
KR101658407B1 (en) * | 2014-07-07 | 2016-10-04 | 원철호 | Thermal energy storage tank and Heating and cooling and hot water supplying apparatus using geothermy |
KR101843088B1 (en) | 2016-12-05 | 2018-03-28 | 최재호 | Geothermal system based on active control according to the amount of heating load and the control method thereof |
-
2018
- 2018-04-26 KR KR1020180048254A patent/KR102114174B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101801775B1 (en) * | 2016-08-18 | 2017-11-29 | 주식회사 지지케이 | Geothermal ground heat exchanger system and method for controlling thereof |
KR101815690B1 (en) | 2016-11-28 | 2018-01-05 | 라성에너지(주) | Geothermal system using module type storage tank |
KR101830675B1 (en) | 2016-12-28 | 2018-02-21 | 주식회사 에너솔라 | Cooling and heating system using ground source |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102189532B1 (en) | 2020-07-29 | 2020-12-14 | (주)이너지테크놀러지스 | Geothermal supply system capable of preventing leakage of geothermal heat fluid |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20190124378A (en) | 2019-11-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102114174B1 (en) | Heat pump based automatic control geothermal system and the control method thereof | |
RU2573378C2 (en) | Device and method of valve opening control for hvac system | |
RU2660721C2 (en) | Device and method for controlling opening of valve in hvac system | |
KR101222331B1 (en) | Heat-pump hot water apparatus | |
KR20080085733A (en) | Remote performance monitoring apparatus and method | |
EP2868991B1 (en) | Heat recovery plant control device, heat recovery plant system comprising such a control device, and heat recovery plant control method | |
WO2017009955A1 (en) | Refrigeration system | |
JP2018534524A (en) | Heat pumping method and system | |
KR20120025915A (en) | Air conditioner and control method for the same | |
JP4988682B2 (en) | Control device for heat source unit for air conditioner and control method therefor | |
CA2820869A1 (en) | Heat pump | |
JP6235937B2 (en) | Heat source equipment control device and air conditioning system | |
JP2005156148A (en) | Air-conditioning controller and air-conditioning control method for air-conditioning system | |
JP6570766B2 (en) | Heating control system and heat pump hot water supply heating system | |
KR102132174B1 (en) | A central heating and cooling system according to the prediction of damage of a heat exchanger, and it's control method | |
KR101641947B1 (en) | Heating and cooling devices, and control method of heat storage operation thereof | |
EP4160102A1 (en) | Oil return control method for multi-split system | |
KR101843088B1 (en) | Geothermal system based on active control according to the amount of heating load and the control method thereof | |
JP4925885B2 (en) | Flow rate measurement method for piping system equipment | |
JP6576746B2 (en) | Geothermal heat source system, target value determination method, and operation method of geothermal heat source system | |
JP2001221482A (en) | Heating cooling system | |
KR20210094410A (en) | Air conditioner and method for controlling for the same | |
KR100720111B1 (en) | Heat pump type coolng and heating by subterranean heat with the inparallel outdoor unit | |
US9454160B2 (en) | Thermal recycling plant system, apparatus for controlling a thermal recycling plant and method of controlling a thermal recycling plant | |
JP7398864B2 (en) | air conditioning system |
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 |