KR102295325B1 - Residential complex energy system using solar energy and geothermal energy - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양에너지 및 지열에너지를 이용한 주거용 복합 에너지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양열과 지열을 이용하여 급탕, 난방, 냉방에너지를 공급할 수 있도록 하는 것으로서, 전력공급이 가능함과 동시에 사용자의 실시예에 따라 열원 선택이 가능하고 다양한 운전모드를 통해 급탕, 난방, 냉방이 선택 또는 동시 운전이 가능토록 한 태양에너지 및 지열에너지를 이용한 주거용 복합 에너지 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a residential complex energy system using solar energy and geothermal energy, and more particularly, to provide hot water supply, heating, and cooling energy using solar heat and geothermal energy. According to an example, it relates to a residential complex energy system using solar energy and geothermal energy that allows selection of a heat source and enables selection or simultaneous operation of hot water supply, heating, and cooling through various operation modes.

Description

태양에너지 및 지열에너지를 이용한 주거용 복합 에너지 시스템{Residential complex energy system using solar energy and geothermal energy}Residential complex energy system using solar energy and geothermal energy

본 발명은 열(난방, 냉방, 급탕)에너지 생산 및 전력에너지를 동시에 생산할 수 있는 태양에너지 및 지열에너지를 이용한 주거용 복합 에너지 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a residential complex energy system using solar energy and geothermal energy that can produce heat (heating, cooling, hot water) energy and power energy at the same time.

기후 변화의 가속화에 따라 화석연료의 절감이라는 테마는 지속적인 관심에 있다. 이러한 추세에 맞추어 주거용 주택에서의 에너지 절약 기술도 많은 발전을 이루고 있다. 특히 신재생에너지를 활용하는 측면에서의 에너지 절약을 위한 개념으로 “Zero Energy House”“Zero Energy House”“Energy House”“Plus House”등 다양한 개념의 주거 건물이 탄생하고 있으며, 그 이론적인 배경은 신재생에너지를 활용하여 건물의 부하에 적용함으로써 화석 에너지 사용을 제로화 또는 최소화 할 수 있다는 개념이다.With the acceleration of climate change, the theme of saving fossil fuels is of continuing interest. In line with this trend, energy saving technology in residential houses is also being developed a lot. In particular, as a concept for energy saving in terms of using new and renewable energy, various concepts of residential buildings such as “Zero Energy House”, “Zero Energy House”, “Energy House” and “Plus House” are being born, and the theoretical background is It is a concept that the use of fossil energy can be zeroed or minimized by using renewable energy and applying it to the load of the building.

이러한 주택을 위해서 주거의 단열성, 기밀성, 에너지 효율성을 위해 건축재료 및 설비들이 지속적으로 발전하고 있는 추세이다. 정부에서도 친환경 주택의 보급을 확대하기 위해 법률을 개정하고 지원제도를 정비하여 이러한 주택의 보급확대를 위해 지속적으로 노력하고 있다. For these houses, building materials and facilities are continuously developing for insulation, airtightness, and energy efficiency. The government is also making continuous efforts to expand the supply of eco-friendly housing by amending the law and reorganizing the support system to expand the supply of eco-friendly housing.

이러한 노력에 따라 주거 건물의 단열성능은 많이 높아지고 있어 주택의 난방부하는 낮아지고 있으며, 냉방 및 전력 부하는 상대적으로 높아지고 있는 추세이다. 최근의 주거 건물의 건물부하는 과거에 비하여 50% 수준까지 낮아진 점은 이채롭다 하겠다. As a result of these efforts, the insulation performance of residential buildings has been greatly improved, and the heating load of the house is lowering, and the cooling and power load of the house are relatively increasing. It is remarkable that the building load of recent residential buildings has been reduced by 50% compared to the past.

본 시스템은 이러한 주거 건물의 에너지 특성을 이해하고 한국기후에 적합하며, 열(난방, 냉방, 급탕)에너지 생산 및 전력에너지를 동시에 생산할 수 있는 시스템에 대한 개발이 절실히 대두되고 있는 실정이다.This system understands the energy characteristics of these residential buildings and is suitable for the Korean climate, and development of a system that can produce heat (heating, air conditioning, hot water supply) energy and power energy at the same time is urgently emerging.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 태양에너지를 활용하여 열과 전력을 획득하며, 부족한 에너지는 지열을 통해서 획득하되, 히트펌프부를 통해 주거에서 필요로하는 급탕, 냉방, 낭방에너지를 적시에 적합한 방법으로 공급할 수 있는 전체 시스템 및 이 시스템에서 필요로 하는 전력의 일부는 PVT 모듈에서 공급할 수 있도록 계통연계를 하는 에너지 절약에 효율적인 시스템인, 태양에너지 및 지열에너지를 이용한 주거용 복합 에너지 시스템을 제공하는데 있다.The present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to obtain heat and power by using solar energy, and the insufficient energy is obtained through geothermal heat, but hot water supply required in a residence through a heat pump unit Solar energy and geothermal energy, which is an efficient system for energy saving that is grid-connected so that the entire system that can supply cooling, cooling, and heating energy in a timely and appropriate way, and a part of the power required by this system can be supplied by the PVT module To provide a residential complex energy system using

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.Other objects and advantages of the present invention will be set forth below and will be learned by way of example of the present invention. Further, the objects and advantages of the present invention may be realized by means and combinations indicated in the claims.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로서,The present invention is a means for solving the above problems,

태양에너지를 통해 전력와 열에너지를 생산하며, 생산된 전력은 전력사용처에 사용하는 PVT 모듈(10); 상기 PVT 모듈(10)에서 생산된 태양의 열에너지가 축열되는 축열탱크(20); 상기 축열탱크(20)와 병렬연결되며, 지열을 통해 열에너지를 생산하는 지중 열교환기(30); 상기 축열탱크(20) 및 지중 열교환기(30)와 연결설치되며, 압축기(41), 응축기, 팽창밸브(45), 증발기 순으로 냉매가 순환유동되되, 냉매순환방향에 따라 응축기 또는 증발기로 전환사용되는 제 1, 2, 3열교환기(42, 43, 44)가 구비되고, 급탕/냉방/난방의 운전모드 전환시 냉매의 이동제어를 위한 4방밸브(46)가 설치되어 있는 히트펌프부(40); 상기 PVT 모듈(10)과 연결됨과 동시에, 상기 제 1열교환기(42)를 통해 히트펌프부(40)와 연결되어, 태양열 에너지 또는 히트펌프부(40)의 가동을 통해 축열이 되어, 급탕이 공급가능토록 하는 급탕탱크(50);PVT module (10) that produces power and thermal energy through solar energy, and uses the generated power for power use; a thermal storage tank 20 in which the solar thermal energy produced by the PVT module 10 is stored; an underground heat exchanger 30 connected in parallel with the heat storage tank 20 and producing thermal energy through geothermal heat; It is installed in connection with the heat storage tank 20 and the underground heat exchanger 30, and the refrigerant is circulated and flowed in the order of the compressor 41, the condenser, the expansion valve 45, and the evaporator. The heat pump unit in which the first, second, and third heat exchangers 42, 43 and 44 used are provided, and a four-way valve 46 for controlling the movement of the refrigerant when the operation mode of hot water supply/cooling/heating is switched is installed. (40); At the same time as being connected to the PVT module 10, it is connected to the heat pump unit 40 through the first heat exchanger 42, so that solar energy or heat is stored through the operation of the heat pump unit 40, so that hot water is supplied. Hot water supply tank 50 to enable supply;

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 태양열과 지열을 이용하여, 급탕, 냉방, 난방에너지를 독립 또는 연계하여, 손쉽고 용이하게 제공할 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention has an effect of easily and easily providing hot water supply, cooling, and heating energy independently or in connection with solar heat and geothermal heat.

또한, 본 발명은 사용자의 실시예에 따라, 다양한 운전모드 구현이 가능한 효과가 있다. In addition, the present invention has the effect that it is possible to implement various driving modes according to the embodiment of the user.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 히트펌프 열원공급 운전모드를 나타낸 일실시예의 도면.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 태양열을 이용한 축열 운전모드를 나타낸 일실시예의 도면.
도 5 내지 도 9는 본 발명에 따른 히트펌프 운전모드를 나타낸 일실시예의 도면.1 and 2 are views of an embodiment showing a heat pump heat source supply operation mode according to the present invention.
3 and 4 are diagrams of an embodiment showing a thermal storage operation mode using solar heat according to the present invention.
5 to 9 are views of an embodiment showing a heat pump operation mode according to the present invention.

본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, "제 1(first)", "제 2(second)"와 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용되고 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.Before describing various embodiments of the present invention in detail, it is to be understood that the application is not limited to the details of the construction and arrangement of components described in the following detailed description or shown in the drawings. The invention is capable of being embodied and practiced in other embodiments and of being carried out in various ways. Also, device or element orientation (eg "front", "back", "up", "down", "top", "bottom") The expressions and predicates used herein with respect to terms such as ", "left", "right", "lateral", etc. are used merely to simplify the description of the invention, and the associated apparatus Or it will be appreciated that it does not simply indicate or imply that an element must have a particular orientation. Also, terms such as “first” and “second” are used in this application and the appended claims for the purpose of description and are not intended to indicate or imply relative importance or spirit.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래의 특징을 갖는다.In order to achieve the above object, the present invention has the following features.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, the terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to conventional or dictionary meanings, and the inventor should properly understand the concept of the term in order to best describe his invention. Based on the principle that it can be defined, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the configuration shown in the embodiments and drawings described in the present specification is only the most preferred embodiment of the present invention and does not represent all of the technical spirit of the present invention, so at the time of the present application, various It should be understood that there may be equivalents and variations.

본 발명에 따른 일실시예를 살펴보면 하기와 같다.Looking at an embodiment according to the present invention is as follows.

태양에너지를 통해 전력와 열에너지를 생산하며, 생산된 전력은 전력사용처에 사용하는 PVT 모듈(10); 상기 PVT 모듈(10)에서 생산된 태양의 열에너지가 축열되는 축열탱크(20); 상기 축열탱크(20)와 병렬연결되며, 지열을 통해 열에너지를 생산하는 지중 열교환기(30); 상기 축열탱크(20) 및 지중 열교환기(30)와 연결설치되며, 압축기(41), 응축기, 팽창밸브(45), 증발기 순으로 냉매가 순환유동되되, 냉매순환방향에 따라 응축기 또는 증발기로 전환사용되는 제 1, 2, 3열교환기(42, 43, 44)가 구비되고, 급탕/냉방/난방의 운전모드 전환시 냉매의 이동제어를 위한 4방밸브(46)가 설치되어 있는 히트펌프부(40); 상기 PVT 모듈(10)과 연결됨과 동시에, 상기 제 1열교환기(42)를 통해 히트펌프부(40)와 연결되어, 태양열 에너지 또는 히트펌프부(40)의 가동을 통해 축열이 되어, 급탕이 공급가능토록 하는 급탕탱크(50);PVT module (10) that produces power and thermal energy through solar energy, and uses the generated power for power use; a thermal storage tank 20 in which the solar thermal energy produced by the PVT module 10 is stored; an underground heat exchanger 30 connected in parallel with the heat storage tank 20 and producing thermal energy through geothermal heat; It is installed in connection with the heat storage tank 20 and the underground heat exchanger 30, and the refrigerant is circulated and flowed in the order of the compressor 41, the condenser, the expansion valve 45, and the evaporator. The heat pump unit in which the first, second, and third heat exchangers 42, 43 and 44 used are provided, and a four-way valve 46 for controlling the movement of the refrigerant when the operation mode of hot water supply/cooling/heating is switched is installed. (40); At the same time as being connected to the PVT module 10, it is connected to the heat pump unit 40 through the first heat exchanger 42, so that solar energy or heat is stored through the operation of the heat pump unit 40, so that hot water is supplied. Hot water supply tank 50 to enable supply;

상기 제 2열교환기(43)를 통해 히트펌프부(40)와 연결되어, 부하측에 냉/난방을 위한 난방수 또는 냉방수를 제공하는 버퍼탱크(60); 를 포함하여 이루어져, 열원을 선택하는 히트펌프 열원 공급운전모드, 태양열을 이용한 운전모드, 히트파이프를 통한 운전모드가 독립제어 또는 연계제어되며 운전가능토록 하는 것을 특징으로 한다.a buffer tank 60 connected to the heat pump unit 40 through the second heat exchanger 43 to provide heating water or cooling water for cooling/heating to the load side; It is characterized in that the heat pump heat source supply operation mode that selects the heat source, the operation mode using solar heat, and the operation mode through the heat pipe are independently controlled or linked controlled and can be operated.

또한, 상기 PVT 모듈(10)과 연결된 축열탱크(20)와 급탕탱크(50)의 연결라인에 설치되어, PVT 모듈(10)의 열에너지 축열위치를 선택가능토록 하는, 태양열 축열제어용의 제 1삼방밸브(V1); 상기 히트펌프부(40)와 연결된 축열탱크(20)와 지중 열교환기(30)의 연결라인에 설치되어, 축열탱크(20)의 태양열과 지중 열교환기(30)의 지열 중 하나의 열원이 선택될 수 있도록 하는, 열원 선택용의 제 2삼방밸브(V2); 상기 급탕탱크(50)와 연결된 PVT 모듈(10)과 히트펌프부(40)의 연결라인에 설치되어, 급탕의 열원으로 PVT 모듈(10)과 히트펌프부(40)의 열원 중 하나를 선택할 수 있도록 하는, 급탕 열원 선택용의 제 3삼방밸브(V3); 가 구비되는 것을 특징으로 한다.In addition, it is installed in the connection line of the thermal storage tank 20 and the hot water supply tank 50 connected to the PVT module 10, so that the thermal energy storage position of the PVT module 10 can be selected. valve (V1); It is installed in the connection line between the heat storage tank 20 and the underground heat exchanger 30 connected to the heat pump unit 40, and one of the solar heat of the heat storage tank 20 and the geothermal heat of the underground heat exchanger 30 is selected A second three-way valve (V2) for selecting a heat source to be enabled; It is installed in the connection line of the PVT module 10 and the heat pump unit 40 connected to the hot water supply tank 50, and one of the heat sources of the PVT module 10 and the heat pump unit 40 can be selected as a heat source for hot water supply. a third three-way valve (V3) for selecting a hot water supply heat source; characterized in that it is provided.

또한, 상기 히트펌프 열원공급 운전모드는 상기 히트펌프부(40)가 제 3열교환기(44)를 통해 축열탱크(20) 및 지중 열교환기(30)와 연결되도록 하되, 상기 축열탱크(20) 및 지중 열교환기(30)와의 연결라인에 제 2삼방밸브(V2)를 설치하여, 열원으로 태양열과 지열 중 하나가 선택되어 운전되도록 하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the heat pump heat source supply operation mode, the heat pump unit 40 is connected to the heat storage tank 20 and the underground heat exchanger 30 through the third heat exchanger 44, but the heat storage tank 20 And by installing the second three-way valve (V2) in the connection line with the underground heat exchanger (30), it is characterized in that one of solar heat and geothermal heat is selected and operated as a heat source.

또한, 상기 태양열을 이용한 운전모드는 상기 PVT 모듈(10)을 통한 태양에너지가 상기 급탕탱크(50)로 공급되어 급탕수가 제공될 수 있도록 하거나, 또는 상기 축열탱크(20)로 공급되어, 히트펌프부(40)를 통해 급탕수와 난방수와 동시에 또는 하나만 선택적으로 제공되도록 운전되도록 하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the operation mode using the solar heat, solar energy through the PVT module 10 is supplied to the hot water supply tank 50 so that hot water can be provided, or is supplied to the heat storage tank 20, and the heat pump It is characterized in that the operation is performed so that hot water and heating water are provided at the same time or only one is selectively provided through the unit 40 .

또한, 상기 히트펌프부(40)를 통한 운전모드는 상기 제 1, 2열교환기(42, 43)가 응축기로 사용되며, 제 3열교환기(44)가 축열탱크(20) 또는 지중 열교환기(30)와 연결되는 증발기로 사용되어, 급탕탱크(50)를 통한 급탕수 및 버퍼탱크(60)를 통한 난방수 공급이 동시에 이루어지는 급탕/난방 동시운전모드; 상기 제 1열교환기(42)는 응축기로 사용되고, 제 2열교환기(43)는 사용정지되며, 제 3열교환기(44)가 축열탱크(20) 또는 지중 열교환기(30)와 연결되는 증발기로 사용되어, 급탕탱크(50)를 통한 급탕수 공급이 이루어지는 급탕 운전모드; 상기 제 1열교환기(42)는 사용정지되며, 제 2열교환기(43)가 응축기로 사용되고, 제 3열교환기(44)가 축열탱크(20) 또는 지중 열교환기(30)와 연결되는 증발기로 사용되어, 버퍼탱크(60)를 통한 난방수 공급이 이루어지는 난방 운전모드; 상기 제 1, 3열교환기(42, 44)가 응축기로 사용되며, 버퍼탱크(60)와 연결된 제 2열교환기(43)가 증발기로 사용되어, 급탕탱크(50)를 통한 급탕수 및 버퍼탱크(60)를 통한 냉방수 공급이 동시에 이루어지는 급탕/냉방 동시운전모드; 상기 제 1열교환기(42)는 사용정지되며, 제 2열교환기(43)가 응축기로 사용되며, 버퍼탱크(60)와 연결된 제 3열교환기(44)가 증발기로 사용되어, 버퍼탱크(60)를 통한 냉방수 공급이 이루어지는 냉방 운전모드; 로 이루어져, 상기 운전모드 중 어느 하나가 선택운전되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the operation mode through the heat pump unit 40, the first and second heat exchangers 42 and 43 are used as condensers, and the third heat exchanger 44 uses the heat storage tank 20 or the underground heat exchanger ( 30) and used as an evaporator, hot water supply/heating simultaneous operation mode in which hot water supply through the hot water supply tank 50 and heating water through the buffer tank 60 are simultaneously supplied; The first heat exchanger 42 is used as a condenser, the second heat exchanger 43 is stopped, and the third heat exchanger 44 is an evaporator connected to the heat storage tank 20 or the underground heat exchanger 30 . a hot water supply operation mode in which hot water is supplied through the hot water supply tank 50; The first heat exchanger 42 is stopped in use, the second heat exchanger 43 is used as a condenser, and the third heat exchanger 44 is an evaporator connected to the heat storage tank 20 or the underground heat exchanger 30 . a heating operation mode in which heating water is supplied through the buffer tank 60; The first and third heat exchangers 42 and 44 are used as condensers, and the second heat exchanger 43 connected to the buffer tank 60 is used as an evaporator. Hot water supply/cooling simultaneous operation mode in which cooling water is supplied through (60) at the same time; The first heat exchanger 42 is stopped in use, the second heat exchanger 43 is used as a condenser, and the third heat exchanger 44 connected to the buffer tank 60 is used as an evaporator, so that the buffer tank 60 ) in a cooling operation mode in which cooling water is supplied; It is characterized in that any one of the operation modes is selectively operated.

또한, 상기 PVT 모듈(10)을 통한 태양열 에너지는 난방과 급탕 운전시에 사용하되, 냉방운전시에는 지중 열교환기(30)를 통한 지열원 에너지가 사용하는 것을 특징으로 한다.In addition, the solar heat energy through the PVT module 10 is used during heating and hot water supply operation, but it is characterized in that the geothermal energy through the underground heat exchanger 30 is used during cooling operation.

이하, 도 1 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양에너지 및 지열에너지를 이용한 주거용 복합 에너지 시스템을 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, a residential complex energy system using solar energy and geothermal energy according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 9 .

본 발명에 따른 태양에너지 및 지열에너지를 이용한 주거용 복합 에너지 시스템은, PVT 모듈(10), 지중 열교환기(30),제 1, 2, 3열교환기(42, 43, 44)를 통해, 급탕 및 냉,난방 에너지를 공급할 수 있는 시스템으로, 그 구성으로는 PVT 모듈(10), 축열탱크(20), 지중 열교환기(30), 히트펌프부(40), 급탕탱크(50), 버퍼탱크(60)를 포함하여 이루어진다.A residential complex energy system using solar energy and geothermal energy according to the present invention, through the PVT module 10, the underground heat exchanger 30, the first, second, and third heat exchangers 42, 43, 44, hot water supply and As a system that can supply cooling and heating energy, the configuration includes a PVT module (10), a heat storage tank (20), an underground heat exchanger (30), a heat pump unit (40), a hot water supply tank (50), and a buffer tank ( 60) is included.

상기 PVT 모듈(10)은 태양에너지를 통해 전력와 열에너지를 생산하며, 생산된 전력은 전력사용처에 사용할 수 있도록 하는 것이다.The PVT module 10 produces electric power and thermal energy through solar energy, and the produced electric power can be used in a place where electric power is used.

이러한 상기 PVT 모듈(10)은 태양열 및 태양광 에너지를 복합적으로 생산하는 것으로, 널리 공지된 기술이며, 본 발명에 적용된 PVT 모듈(10)은 액체식 PVT 모듈(10)이다.The PVT module 10 is to produce solar heat and solar energy in combination, and is a well-known technology, and the PVT module 10 applied to the present invention is a liquid PVT module 10 .

상기 PVT 모듈(10)에서 생산된 전력은 계통 연계되며, 본 발명 장치 및 시스템(또는 별도의 사용처)에서 필요로 하는 전력으로 사용되고, 남는 전력은 계통 연계 상계되는 것이다. 더불어, 생산된 열에너지는 후술될 축열탱크(20) 및 급탕탱크(50)에 연결되어 필요한 열에너지를 공급하는 것이다.The power produced by the PVT module 10 is grid-connected, used as power required by the device and system (or a separate place of use) of the present invention, and the remaining power is offset by grid-connection. In addition, the produced thermal energy is connected to the thermal storage tank 20 and the hot water supply tank 50 to be described later to supply the necessary thermal energy.

상기 축열탱크(20)는 PVT 모듈(10)에서 생산된 태양의 열에너지가 축열되는 탱크이다.The thermal storage tank 20 is a tank in which solar thermal energy produced by the PVT module 10 is stored.

즉, 상기 PVT 모듈(10)에서 생산된 태양의 열에너지를 축열하는 저장탱크로써, 본 발명의 시스템 규모에 따라 적절한 용량을 설계할 수 있음은 당연할 것이다.That is, as a storage tank for accumulating solar thermal energy produced by the PVT module 10, it will be natural that an appropriate capacity can be designed according to the system scale of the present invention.

또한, 내부에 저장된 열에너지는 후술될 지중 열교환기(30)(지열 열교환기)와 병열연결되어, 히트펌프부(40)(히트펌프 시스템)에서 필요로하는 에너지를 공급할 수 있도록 하는 것이다. 이러한 축열탱크(20) 내부는 열교환 코일이 내장된 형태이다. (통상 이를 “탱크내장형 열교환기”라 칭함.) In addition, the thermal energy stored therein is connected in parallel with the underground heat exchanger 30 (a geothermal heat exchanger) to be described later, so that the energy required by the heat pump unit 40 (heat pump system) can be supplied. The heat storage tank 20 has a built-in heat exchange coil. (Usually, this is called “tank built-in heat exchanger”.)

상기 지중 열교환기(30)는 전술된 축열탱크(20)와 병렬연결되며, 지열을 통해 열에너지를 생산하는 곳이며, 이러한 지열의 열에너지를 생산하는 지중 열교환기(30)의 구조나 작동방법은 널리 공지된 기술이므로, 상세한 설명은 생략한다.The underground heat exchanger 30 is connected in parallel with the above-described heat storage tank 20 and is a place to produce thermal energy through geothermal heat, and the structure and operation method of the underground heat exchanger 30 for producing such geothermal thermal energy is widely Since it is a known technique, a detailed description thereof will be omitted.

상기 히트펌프부(40)는 전술된 축열탱크(20) 및 지중 열교환기(30)와 연결설치되며, 압축기(41), 응축기, 팽창밸브(45), 증발기 순으로 냉매가 순환유동되되, 냉매순환방향에 따라 상기 응축기 또는 증발기로 전환사용되는 제 1, 2, 3열교환기(42, 43, 44)가 구비되고, 급탕/냉방/난방의 운전모드 전환시 냉매의 이동제어를 위한 4방밸브(46)가 설치되어 있는 장치이다.The heat pump unit 40 is installed in connection with the above-described heat storage tank 20 and the underground heat exchanger 30, and the refrigerant circulates in the order of the compressor 41, the condenser, the expansion valve 45, and the evaporator. The first, second, and third heat exchangers 42, 43, and 44 that are switched to the condenser or the evaporator are provided according to the circulation direction, and a four-way valve for controlling the movement of the refrigerant when the operation mode of hot water supply/cooling/heating is switched. (46) is the installed device.

다시말해, 냉,난방 및 급탕을 동시에 공급하기 위해, 제 1, 2, 3열교환기(42, 43, 44)가 구성되어 있고, 히트펌프를 구성하는 통상의 압축기(41), 팽창밸브(45) 및 냉매 운전모드 절환을 위한 4방밸브(46)로 구성되어 있는 것이다.In other words, in order to supply cooling, heating and hot water at the same time, the first, second, and third heat exchangers 42 , 43 , 44 are configured, and a conventional compressor 41 and an expansion valve 45 constituting the heat pump are provided. ) and a four-way valve 46 for switching the refrigerant operation mode.

이러한 히트펌프부(40)(히트펌프 시스템)은 히트펌프 운전모드 5가지 운전모드, 열원 공급모드 2가지 운전모드, 태양열 축열운전모드 2가지 모드로 구성되며 각 모드 들이 독립제어 혹은 연계제어 운전이 가능하다. 이는 하기에서 자세히 설명하도록 한다.The heat pump unit 40 (heat pump system) consists of five heat pump operation modes, two heat source supply modes, and two solar thermal storage operation modes, and each mode has independent control or linked control operation. possible. This will be described in detail below.

각 운전모드에 따라 최적 순환제어를 위해 3방향 제어 밸브, 즉 삼방밸브가 다수 설치되어 있는데, 태양열 축열제어용의 제 1삼방밸브(V1), 열원(지열, 태양열) 선택용의 제 2삼방밸브(V2), 급탕 열원 선택용의 제 3삼방밸브(V3)로 이루어진다.A number of three-way control valves, that is, three-way valves, are installed for optimal circulation control according to each operation mode. The first three-way valve (V1) for solar thermal storage control and the second three-way valve ( V2), and a third three-way valve (V3) for selecting the hot water supply heat source.

상기 제 1삼방밸브(V1)는 PVT 모듈(10)과 연결된 축열탱크(20)와 급탕탱크(50)의 연결라인에 설치되어, PVT 모듈(10)의 열에너지 축열위치를 선택가능토록 하는, 태양열 축열제어용이며, 상기 제 2삼방밸브(V2)는 히트펌프부(40)와 연결된 축열탱크(20)와 지중 열교환기(30)의 연결라인에 설치되어, 축열탱크(20)의 태양열과 지중 열교환기(30)의 지열 중 하나의 열원이 선택될 수 있도록 하는, 열원 선택용이며, 상기 제 3삼방밸브(V3)는 급탕탱크(50)와 연결된 PVT 모듈(10)과 히트펌프부(40)의 연결라인에 설치되어, 급탕의 열원으로 PVT 모듈(10)과 히트펌프부(40)의 열원 중 하나를 선택할 수 있도록 하는, 급탕 열원 선택용이다.The first three-way valve (V1) is installed in the connection line of the thermal storage tank 20 and the hot water supply tank 50 connected to the PVT module 10, so that the thermal energy storage position of the PVT module 10 can be selected. It is for heat storage control, and the second three-way valve (V2) is installed in the connection line between the heat storage tank 20 and the underground heat exchanger 30 connected to the heat pump unit 40, and heat exchange with the solar heat of the heat storage tank 20 and underground. It is for selecting a heat source so that one heat source among the geothermal heat of the unit 30 can be selected, and the third three-way valve V3 is a PVT module 10 connected to the hot water tank 50 and a heat pump unit 40. It is installed in the connection line of the hot water supply, so that one of the heat sources of the PVT module 10 and the heat pump unit 40 can be selected as a heat source for hot water supply, for selection of a hot water supply heat source.

급탕 열원 선택용 제 3삼방밸브(V3)의 경우, PVT 모듈(10)(태양열 집열기)가 동작중일 경우에는, 항상 태양열 회로측으로 작동(개로) 하며, 이 경우에 히트펌프부(40)의 급탕용 펌프는 가동을 중지한다.In the case of the third three-way valve (V3) for hot water supply heat source selection, when the PVT module 10 (solar heat collector) is in operation, it always operates (opens) toward the solar circuit side, and in this case, the hot water supply of the heat pump unit 40 The pump stops working.

상기 히트펌프부(40)의 동작은 급탕전용, 난방전용, 냉방전용, 냉방 및 급탕, 난방 및 급탕에 각각 대응할 수 있도록 시스템이 구성되는 것이며, 이 경우 시스템의 가동은 열원 온도 및 운전 조건에 따라 선택적으로 결정되는 것이다.The operation of the heat pump unit 40 is such that the system is configured to correspond to hot water supply only, heating only, cooling only, cooling and hot water supply, heating and hot water supply, respectively. In this case, the operation of the system depends on the heat source temperature and operating conditions. is determined selectively.

1) 태양열이 충분하고 난방 및 급탕 운전시 : 태양열원 활용 1) When there is sufficient solar heat and heating and hot water supply operation: Utilize solar heat source

2) 태양열이 충분하더라도 냉방 운전시 : 지열원 활용 2) In case of cooling operation even if solar heat is sufficient: Utilize geothermal sources

3) 냉방 운전시 : 지열원 활용 3) During cooling operation: use of geothermal sources

상기 급탕탱크(50)는 전술된 PVT 모듈(10)과 연결됨과 동시에, 상기 제 1열교환기(42)를 통해 히트펌프부(40)와 연결되어, 태양열 에너지 또는 히트펌프부(40)의 가동을 통해 축열이 되어, 급탕이 공급가능토록 하는 탱크이다.The hot water supply tank 50 is connected to the above-described PVT module 10 and at the same time connected to the heat pump unit 40 through the first heat exchanger 42 to operate solar energy or the heat pump unit 40 . It is a tank that stores heat through the

즉, 급탕을 위한 축열조로 태양열 에너지 및 히트펌프부(40)의 가동에 의해 축열되는 것이고, 태양열 에너지가 충분할 경우에는 태양열 만으로 급탕을 공급하며, 부족한 열에너지는 히트펌프부(40) 가동을 통해 공급된다.That is, as a heat storage tank for hot water supply, solar heat energy and heat are stored by the operation of the heat pump unit 40, and when solar heat energy is sufficient, hot water is supplied only by solar heat, and insufficient heat energy is supplied through the operation of the heat pump unit 40 do.

상기 버퍼탱크(60)는 전술된 제 2열교환기(43)를 통해 히트펌프부(40)와 연결되어, 부하측에 냉/난방을 위한 난방수 또는 냉방수를 제공하는 탱크이다.The buffer tank 60 is connected to the heat pump unit 40 through the second heat exchanger 43 described above, and provides heating water or cooling water for cooling/heating to the load side.

냉방 및 난방 공급시 히트펌프부(40) 부하대응 및 부하의 요구 능력의 갭을 줄일 목적으로 히트펌프부(40)와 부하단(사용처)에 설치된다.It is installed in the heat pump unit 40 and the load end (use place) for the purpose of reducing the gap between the load response and the required capability of the heat pump unit 40 when supplying cooling and heating.

이러한 버퍼 탱크는 여름철에는 냉방수를 저장하며, 겨울철에는 난방수를 저장하는 용도로 사용되며, 200 ~ 500리터 정도로 설계된다.These buffer tanks store cooling water in summer and are used to store heating water in winter, and are designed to be about 200 to 500 liters.

본 발명에서 상기와 같은 구성을 가지는 태양에너지 및 지열에너지를 이용한 주거용 복합 에너지 시스템은, 열원을 선택하는 히트펌프 열원 공급운전모드(2가지), 태양열을 이용한 운전모드(2가지), 히트파이프를 통한 운전모드(5가지)가 독립제어 또는 연계제어되며 운전가능토록 하는 것이다.In the present invention, the residential complex energy system using solar energy and geothermal energy having the above configuration in the present invention is a heat pump heat source supply operation mode (2 types) that selects a heat source, an operation mode using solar heat (2 types), a heat pipe The operation modes (5 types) are controlled independently or linked to each other, and operation is possible.

1. 히트펌프 열원공급 운전모드의 경우, 1. In the case of heat pump heat source supply operation mode,

상기 히트펌프부(40)가 제 3열교환기(44)를 통해 축열탱크(20) 및 지중 열교환기(30)와 연결되도록 하되, 상기 축열탱크(20) 및 지중 열교환기(30)와의 연결라인에 제 2삼방밸브(V2)를 설치하여, 열원으로 태양열이 선택되어 운전되는 경우와, 지열이 선택되어 운전되는 경우 중 어느 하나가 선택되어 운전될 수 있도록 하는 것이다.The heat pump unit 40 is connected to the heat storage tank 20 and the underground heat exchanger 30 through the third heat exchanger 44, but the connection line between the heat storage tank 20 and the underground heat exchanger 30 By installing a second three-way valve (V2) in the pole, any one of a case in which solar heat is selected and operated as a heat source and a case in which geothermal heat is selected and operated can be selected and operated.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 급탕과 난방이 동시에 이루어지는 경우에서, 도 1은 지중 열교환기(30)가 구동되지 않는 상태에서, PVT 모듈(10)과 연결되어 축열된 축열탱크(20)로부터 태양 열에너지를 통해 히트펌프부(40)를 작동시키는 일실시예이며,1 and 2, in the case where hot water supply and heating are performed at the same time, FIG. 1 is a heat storage tank 20 connected to the PVT module 10 in a state in which the underground heat exchanger 30 is not driven. ) is an embodiment of operating the heat pump unit 40 through solar thermal energy from,

도 2는 축열탱크(20)에 축열된 태양 열에너지가 사용되지 않는 상태에서, 지중 열교환기(30)를 통해 지열을 이용하여 히트펌프부(40)를 작동시키는 일실시예이다.2 is an embodiment of operating the heat pump unit 40 using geothermal heat through the underground heat exchanger 30 in a state in which the solar thermal energy stored in the thermal storage tank 20 is not used.

이렇듯, 태양열인 축열탱크(20)와 지열인 지중 열교환기(30)의 선택제어는, 전술된 상기 축열탱크(20) 및 지중 열교환기(30)와의 연결라인에 설치된 제 2삼방밸브(V2)의 제어를 통해 이루어질 수 있는 것이다.As such, the selective control of the solar thermal storage tank 20 and the geothermal underground heat exchanger 30 is a second three-way valve (V2) installed in the connection line between the thermal storage tank 20 and the underground heat exchanger 30 described above. This can be done through the control of

2. 태양열을 이용한 운전모드의 경우, 2. In the case of operation mode using solar power,

상기 PVT 모듈(10)을 통한 태양에너지가, 상기 급탕탱크(50)로 공급되어 급탕수가 제공될 수 있도록 하는 경우, 또는 상기 축열탱크(20)로 공급되어, 히트펌프부(40)를 통해 급탕수와 난방수와 동시에 또는 하나만 선택적으로 제공되도록 운전되도록 하는 경우 중 어느 하나가 선택되어 운전될 수 있도록 한 것이다.When solar energy through the PVT module 10 is supplied to the hot water supply tank 50 to provide hot water, or is supplied to the heat storage tank 20, hot water is supplied through the heat pump unit 40 Either one of water and heating water is selected to be operated at the same time or only one is selectively provided.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, PVT 모듈(10)을 통해 태양열을 이용하는 것이되, 도 3은 급탕탱크(50)에 태양열을 축열하는 급탕에 사용하는 일실시예이며,As shown in FIGS. 3 and 4 , solar heat is used through the PVT module 10 , and FIG. 3 is an embodiment used for hot water supply that stores solar heat in the hot water supply tank 50 ,

도 4는 축열탱크(20)에 태양열을 축열함으로써, 히트펌프부(40)를 이용하여 열원(난방, 급탕)에 사용될 수 있도록 하는 일실시예이다.4 is an embodiment in which solar heat is stored in the thermal storage tank 20 so that it can be used for a heat source (heating, hot water supply) using the heat pump unit 40 .

이렇듯, 태양열을 급탕탱크(50)와 축열탱크(20) 어느쪽에 사용할 것인지의 선택제어는, PVT 모듈(10)과 연결된 급탕탱크(50)와 축열탱크(20)의 연결라인에 설치된 제 3삼방밸브(V3)의 제어를 통해 이루어질 수 있는 것이다.As such, the selective control of which side of the hot water supply tank 50 and the thermal storage tank 20 the solar heat is to be used is the third three-way installed in the connection line between the hot water supply tank 50 and the thermal storage tank 20 connected to the PVT module 10 . This can be done through the control of the valve (V3).

3. 히트펌프부(40)를 통한 운전모드의 경우, 급탕/난방 동시운전모드, 급탕 운전모드, 난방 운전모드, 급탕/냉방 동시운전모드, 냉방 운전모드의 총 5가지 운전모드가 가능하다.3. In the case of the operation mode through the heat pump unit 40, a total of five operation modes are possible: hot water supply/heating simultaneous operation mode, hot water supply operation mode, heating operation mode, hot water supply/cooling simultaneous operation mode, and cooling operation mode.

① 급탕/난방 동시운전모드: 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제 1, 2열교환기(42, 43)가 응축기로 사용되며, 제 3열교환기(44)가 축열탱크(20) 또는 지중 열교환기(30)와 연결되는 증발기로 사용되어, 급탕탱크(50)를 통한 급탕수 및 버퍼탱크(60)를 통한 난방수 공급이 동시에 이루어지는 것이다.① Hot water supply/heating simultaneous operation mode: As shown in FIG. 5 , the first and second heat exchangers 42 and 43 are used as condensers, and the third heat exchanger 44 is used as a heat storage tank 20 or underground heat exchange. It is used as an evaporator connected to the unit 30 , and the hot water supply through the hot water supply tank 50 and the heating water through the buffer tank 60 are simultaneously supplied.

② 급탕 운전모드: 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제 1열교환기(42)는 응축기로 사용되고, 제 2열교환기(43)는 사용정지되며, 제 3열교환기(44)가 축열탱크(20) 또는 지중 열교환기(30)와 연결되는 증발기로 사용되어, 급탕탱크(50)를 통한 급탕수 공급이 이루어지는 것이다.② Hot water supply operation mode: As shown in FIG. 6 , the first heat exchanger 42 is used as a condenser, the second heat exchanger 43 is stopped, and the third heat exchanger 44 is connected to the heat storage tank 20 ) or is used as an evaporator connected to the underground heat exchanger 30 to supply hot water through the hot water supply tank 50 .

③ 난방 운전모드: 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제 1열교환기(42)는 사용정지되며, 제 2열교환기(43)가 응축기로 사용되고, 제 3열교환기(44)가 축열탱크(20) 또는 지중 열교환기(30)와 연결되는 증발기로 사용되어, 버퍼탱크(60)를 통한 난방수 공급이 이루어지는 것이다.③ Heating operation mode: As shown in FIG. 7 , the first heat exchanger 42 is stopped in use, the second heat exchanger 43 is used as a condenser, and the third heat exchanger 44 is used as a heat storage tank 20 ) or as an evaporator connected to the underground heat exchanger 30 , heating water is supplied through the buffer tank 60 .

④ 급탕/냉방 동시운전모드: 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제 1, 3열교환기(42, 44)가 응축기로 사용되며, 버퍼탱크(60)와 연결된 제 2열교환기(43)가 증발기로 사용되어, 급탕탱크(50)를 통한 급탕수 및 버퍼탱크(60)를 통한 냉방수 공급이 동시에 이루어지는 것이다.④ Hot water supply/cooling simultaneous operation mode: As shown in FIG. 8 , the first and third heat exchangers 42 and 44 are used as condensers, and the second heat exchanger 43 connected to the buffer tank 60 is an evaporator. As a result, hot water supply through the hot water supply tank 50 and cooling water through the buffer tank 60 are supplied at the same time.

⑤ 냉방 운전모드: 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 제 1열교환기(42)는 사용정지되며, 제 2열교환기(43)가 응축기로 사용되며, 버퍼탱크(60)와 연결된 제 3열교환기(44)가 증발기로 사용되어, 버퍼탱크(60)를 통한 냉방수 공급이 이루어지는 것으로,⑤ Cooling operation mode: As shown in FIG. 9 , the first heat exchanger 42 is stopped, the second heat exchanger 43 is used as a condenser, and a third heat exchanger connected to the buffer tank 60 . 44 is used as an evaporator, so that cooling water supply through the buffer tank 60 is made,

상기 실시예에 따라, 상기 5가지 운전모드 중 어느 하나가 선택운전이 가능한 것이다.According to the above embodiment, any one of the five driving modes is selectable.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described with reference to limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto, and the technical spirit of the present invention and the following by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and changes are possible within the scope of equivalents of the claims to be described.

10: PVT 모듈 20: 축열탱크
30: 지중 열교환기 40: 히트펌프부
41: 압축기 42: 제 1열교환기
43: 제 2열교환기 44: 제 3열교환기
45: 팽창밸브 46: 4방밸브
50: 급탕탱크 60: 버퍼탱크
V1: 제 1삼방밸브 V2: 제 2삼방밸브
V3: 제 3삼방밸브10: PVT module 20: heat storage tank
30: underground heat exchanger 40: heat pump unit
41: compressor 42: first heat exchanger
43: second heat exchanger 44: third heat exchanger
45: expansion valve 46: 4-way valve
50: hot water tank 60: buffer tank
V1: First three-way valve V2: Second three-way valve
V3: 3rd three way valve

Claims (6)

태양에너지를 통해 전력와 열에너지를 생산하며, 생산된 전력은 전력사용처에 사용하는 PVT 모듈(10);
상기 PVT 모듈(10)에서 생산된 태양의 열에너지가 축열되는 축열탱크(20);
상기 축열탱크(20)와 병렬연결되며, 지열을 통해 열에너지를 생산하는 지중 열교환기(30);
상기 축열탱크(20) 및 지중 열교환기(30)와 연결설치되며, 압축기(41), 응축기, 팽창밸브(45), 증발기 순으로 냉매가 순환유동되되, 냉매순환방향에 따라 응축기 또는 증발기로 전환사용되는 제 1, 2, 3열교환기(42, 43, 44)가 구비되고, 급탕/냉방/난방의 운전모드 전환시 냉매의 이동제어를 위한 4방밸브(46)가 설치되어 있는 히트펌프부(40);
상기 PVT 모듈(10)과 연결됨과 동시에, 상기 제 1열교환기(42)를 통해 히트펌프부(40)와 연결되어, 태양열 에너지 또는 히트펌프부(40)의 가동을 통해 축열이 되어, 급탕이 공급가능토록 하는 급탕탱크(50);
상기 제 2열교환기(43)를 통해 히트펌프부(40)와 연결되어, 부하측에 냉/난방을 위한 난방수 또는 냉방수를 제공하는 버퍼탱크(60);를 포함하여 이루어져,
열원을 선택하는 히트펌프 열원 공급운전모드, 태양열을 이용한 운전모드, 히트파이프를 통한 운전모드가 독립제어 또는 연계제어되며 운전가능토록 하고,
상기 PVT 모듈(10)과 연결된 축열탱크(20)와 급탕탱크(50)의 연결라인에 설치되어, PVT 모듈(10)의 열에너지 축열위치를 선택가능토록 하는, 태양열 축열제어용의 제 1삼방밸브(V1);
상기 히트펌프부(40)와 연결된 축열탱크(20)와 지중 열교환기(30)의 연결라인에 설치되어, 축열탱크(20)의 태양열과 지중 열교환기(30)의 지열 중 하나의 열원이 선택될 수 있도록 하는, 열원 선택용의 제 2삼방밸브(V2);
상기 급탕탱크(50)와 연결된 PVT 모듈(10)과 히트펌프부(40)의 연결라인에 설치되어, 급탕의 열원으로 PVT 모듈(10)과 히트펌프부(40)의 열원 중 하나를 선택할 수 있도록 하는, 급탕 열원 선택용의 제 3삼방밸브(V3);가 구비되는 것을 특징으로 하는 태양에너지 및 지열에너지를 이용한 주거용 복합 에너지 시스템.
PVT module 10 that produces electric power and thermal energy through solar energy, and the produced electric power is used for power use;
a thermal storage tank 20 in which the solar thermal energy produced by the PVT module 10 is stored;
an underground heat exchanger 30 connected in parallel with the heat storage tank 20 and producing thermal energy through geothermal heat;
It is installed in connection with the heat storage tank 20 and the underground heat exchanger 30, and the refrigerant is circulated and flowed in the order of the compressor 41, the condenser, the expansion valve 45, and the evaporator. The heat pump unit in which the first, second, and third heat exchangers 42, 43 and 44 used are provided, and a four-way valve 46 for controlling the movement of the refrigerant when the operation mode of hot water supply/cooling/heating is switched is installed. (40);
At the same time as being connected to the PVT module 10, it is connected to the heat pump unit 40 through the first heat exchanger 42, so that solar energy or heat is stored through the operation of the heat pump unit 40, so that hot water is supplied. Hot water supply tank 50 to enable supply;
The buffer tank 60 is connected to the heat pump unit 40 through the second heat exchanger 43 and provides heating water or cooling water for cooling/heating to the load side.
The heat pump heat source supply operation mode that selects the heat source, the operation mode using solar heat, and the operation mode through the heat pipe are independently controlled or linked to enable operation,
The first three-way valve ( V1);
It is installed in the connection line between the heat storage tank 20 and the underground heat exchanger 30 connected to the heat pump unit 40, and one of the solar heat of the heat storage tank 20 and the geothermal heat of the underground heat exchanger 30 is selected A second three-way valve (V2) for selecting a heat source to be enabled;
It is installed in the connection line between the PVT module 10 and the heat pump unit 40 connected to the hot water supply tank 50, and one of the heat sources of the PVT module 10 and the heat pump unit 40 can be selected as a heat source for hot water supply. A residential complex energy system using solar energy and geothermal energy, characterized in that it is provided;
 제 1항에 있어서,
상기 히트펌프 열원공급 운전모드는
상기 히트펌프부(40)가 제 3열교환기(44)를 통해 축열탱크(20) 및 지중 열교환기(30)와 연결되도록 하되,
상기 축열탱크(20) 및 지중 열교환기(30)와의 연결라인에 제 2삼방밸브(V2)를 설치하여,
열원으로 태양열과 지열 중 하나가 선택되어 운전되도록 하는 것을 특징으로 하는 태양에너지 및 지열에너지를 이용한 주거용 복합 에너지 시스템.
The method of claim 1,
The heat pump heat source supply operation mode is
The heat pump unit 40 is connected to the heat storage tank 20 and the underground heat exchanger 30 through the third heat exchanger 44,
A second three-way valve (V2) is installed in the connection line between the heat storage tank (20) and the underground heat exchanger (30),
A residential complex energy system using solar energy and geothermal energy, characterized in that one of solar heat and geothermal heat is selected and operated as a heat source.
 제 2항에 있어서,
상기 태양열을 이용한 운전모드는
상기 PVT 모듈(10)을 통한 태양에너지가
상기 급탕탱크(50)로 공급되어 급탕수가 제공될 수 있도록 하거나, 또는
상기 축열탱크(20)로 공급되어, 히트펌프부(40)를 통해 급탕수와 난방수와 동시에 또는 하나만 선택적으로 제공되도록 운전되도록 하는 것을 특징으로 하는 태양에너지 및 지열에너지를 이용한 주거용 복합 에너지 시스템.
3. The method of claim 2,
The driving mode using the solar heat is
Solar energy through the PVT module 10
It is supplied to the hot water supply tank 50 so that hot water can be provided, or
A residential complex energy system using solar energy and geothermal energy, characterized in that it is supplied to the heat storage tank 20 and operated to be selectively provided with hot water and heating water at the same time or only one through the heat pump unit 40.
 제 3항에 있어서,
상기 히트펌프부(40)를 통한 운전모드는
상기 제 1, 2열교환기(42, 43)가 응축기로 사용되며, 제 3열교환기(44)가 축열탱크(20) 또는 지중 열교환기(30)와 연결되는 증발기로 사용되어, 급탕탱크(50)를 통한 급탕수 및 버퍼탱크(60)를 통한 난방수 공급이 동시에 이루어지는 급탕/난방 동시운전모드;
상기 제 1열교환기(42)는 응축기로 사용되고, 제 2열교환기(43)는 사용정지되며, 제 3열교환기(44)가 축열탱크(20) 또는 지중 열교환기(30)와 연결되는 증발기로 사용되어, 급탕탱크(50)를 통한 급탕수 공급이 이루어지는 급탕 운전모드;
상기 제 1열교환기(42)는 사용정지되며, 제 2열교환기(43)가 응축기로 사용되고, 제 3열교환기(44)가 축열탱크(20) 또는 지중 열교환기(30)와 연결되는 증발기로 사용되어, 버퍼탱크(60)를 통한 난방수 공급이 이루어지는 난방 운전모드;
상기 제 1, 3열교환기(42, 44)가 응축기로 사용되며, 버퍼탱크(60)와 연결된 제 2열교환기(43)가 증발기로 사용되어, 급탕탱크(50)를 통한 급탕수 및 버퍼탱크(60)를 통한 냉방수 공급이 동시에 이루어지는 급탕/냉방 동시운전모드;
상기 제 1열교환기(42)는 사용정지되며, 제 2열교환기(43)가 응축기로 사용되며, 버퍼탱크(60)와 연결된 제 3열교환기(44)가 증발기로 사용되어, 버퍼탱크(60)를 통한 냉방수 공급이 이루어지는 냉방 운전모드;
로 이루어져, 상기 운전모드 중 어느 하나가 선택운전되는 것을 특징으로 하는 태양에너지 및 지열에너지를 이용한 주거용 복합 에너지 시스템.
4. The method of claim 3,
The operation mode through the heat pump unit 40 is
The first and second heat exchangers 42 and 43 are used as condensers, and the third heat exchanger 44 is used as an evaporator connected to the heat storage tank 20 or the underground heat exchanger 30, so that the hot water supply tank 50 ) hot water supply/heating simultaneous operation mode in which hot water supply and heating water are supplied through the buffer tank 60 at the same time;
The first heat exchanger 42 is used as a condenser, the second heat exchanger 43 is stopped, and the third heat exchanger 44 is an evaporator connected to the heat storage tank 20 or the underground heat exchanger 30 . a hot water supply operation mode in which hot water is supplied through the hot water supply tank 50;
The first heat exchanger 42 is stopped in use, the second heat exchanger 43 is used as a condenser, and the third heat exchanger 44 is an evaporator connected to the heat storage tank 20 or the underground heat exchanger 30 . a heating operation mode in which heating water is supplied through the buffer tank 60;
The first and third heat exchangers 42 and 44 are used as condensers, and the second heat exchanger 43 connected to the buffer tank 60 is used as an evaporator. Hot water supply/cooling simultaneous operation mode in which cooling water is supplied through (60) at the same time;
The first heat exchanger 42 is stopped in use, the second heat exchanger 43 is used as a condenser, and the third heat exchanger 44 connected to the buffer tank 60 is used as an evaporator, so that the buffer tank 60 ) in a cooling operation mode in which cooling water is supplied;
A residential complex energy system using solar energy and geothermal energy, characterized in that any one of the operation modes is selectively operated.
 제 4항에 있어서,
상기 PVT 모듈(10)을 통한 태양열 에너지는 난방과 급탕 운전시에 사용하되,
냉방운전시에는 지중 열교환기(30)를 통한 지열원 에너지가 사용하는 것을 특징으로 하는 태양에너지 및 지열에너지를 이용한 주거용 복합 에너지 시스템.
5. The method of claim 4,
Solar energy through the PVT module 10 is used for heating and hot water supply operation,
A residential complex energy system using solar energy and geothermal energy, characterized in that the geothermal source energy through the underground heat exchanger (30) is used during the cooling operation.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113819508B (en) * 2021-09-18 2022-06-07 西安交通大学 Coupling power system with geothermal recovery function and operation method thereof
CN114811700B (en) * 2022-04-01 2023-11-21 湖南科技大学 Cross-season solar phase-change heat storage system and control method thereof
CN116857703A (en) * 2023-07-05 2023-10-10 中国电建集团重庆工程有限公司 Energy configuration equipment for industrial park

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100619444B1 (en) 2005-04-07 2006-09-06 (주)이앤이 시스템 Chilled water storage type hybrid heating and cooling system using a solar heat system
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KR101215102B1 (en) * 2011-01-21 2012-12-24 공항시설관리 주식회사 Hybrid heating and cooling system with hot water supply
KR101339068B1 (en) * 2012-01-20 2013-12-09 한국에너지기술연구원 Solar thermal and geothermal heat pump hybrid system with underground solar heat storage device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100619444B1 (en) 2005-04-07 2006-09-06 (주)이앤이 시스템 Chilled water storage type hybrid heating and cooling system using a solar heat system
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