KR102343585B1 - 양방향 계간 축열 시스템 - Google Patents

양방향 계간 축열 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR102343585B1
KR102343585B1 KR1020200031156A KR20200031156A KR102343585B1 KR 102343585 B1 KR102343585 B1 KR 102343585B1 KR 1020200031156 A KR1020200031156 A KR 1020200031156A KR 20200031156 A KR20200031156 A KR 20200031156A KR 102343585 B1 KR102343585 B1 KR 102343585B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heat
network
pump
storage tank
load
Prior art date
Application number
KR1020200031156A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20210115412A (ko
Inventor
김민휘
이동원
허재혁
김득원
Original Assignee
한국에너지기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국에너지기술연구원 filed Critical 한국에너지기술연구원
Priority to KR1020200031156A priority Critical patent/KR102343585B1/ko
Publication of KR20210115412A publication Critical patent/KR20210115412A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102343585B1 publication Critical patent/KR102343585B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D11/00—Central heating systems using heat accumulated in storage masses
    • F24D11/02—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps
    • F24D11/0207—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps district heating system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1009—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating
    • F24D19/1039—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating the system uses a heat pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D10/00—District heating systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D11/00—Central heating systems using heat accumulated in storage masses
    • F24D11/02—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps
    • F24D11/0214—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps water heating system
    • F24D11/0221—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps water heating system combined with solar energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1009—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating
    • F24D19/1045—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating the system uses a heat pump and solar energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/12—Heat pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/13—Heat from a district heating network
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/14—Solar energy
    • 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
    • Y02B10/20—Solar thermal
    • 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
    • Y02B10/70—Hybrid systems, e.g. uninterruptible or back-up power supplies integrating renewable energies
    • 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
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/17—District heating

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Air Conditioning Control Device (AREA)

Abstract

본 발명은 열생산 및 열소비가 가능한 적어도 하나의 수용가와 열순환을 위한 열네트워크 펌프를 포함하는 열네트워크; 집열기에 의해 수집된 열을 공급받는 계간축열조; 상기 열네트워크로부터 환수되는 열을 공급받는 심야축열조; 상기 심야축열조로 공급되는 열의 온도를 상승시키는 히트펌프; 및 상기 수용가에 의해 생산 또는 소비되는 열과 상기 집열기를 통해 생성되는 열에 기반하여 상기 히트펌프 및 상기 열네트워크 펌프를 제어함으로써 계간 축열 시스템과 상기 열네트워크간의 열흐름을 제어하는 제어장치를 포함하는 양방향 계간 축열 시스템을 제공한다.

Description

양방향 계간 축열 시스템{BIDIRECTIONAL STRATIFIED THERMAL STORAGE SYSTEM}
본 발명은 양방향 계간 축열 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 계간축열 시스템을 통해 획득되는 열생산량과 부하에 의해 소모되는 열 소비량을 예측하여 열네트워크의 열 흐름을 제어하는 양방향 계간 축열 시스템에 관한 것이다.
열에너지 네트워크란 열원 및 수용가가 열매체를 수송하는 배관으로 연계되어 열에너지를 공급하는 시스템으로서, 기존의 지역난방 방식이 열에너지 네트워크 시스템의 일종이다.
종래의 열에너지 네트워크 시스템은 사업자가 수요자에게 일방적으로 열에너지를 공급하는 형태인 국한된 범위의 열 공급 방식이었다. 최근에는 이러한 단방향적 열에너지 네트워크 방식에서 더 나아가 사업자가 수요자에게 열에너지를 공급할 뿐만 아니라, 수요자측에서 잉여열이 발생하는 경우, 수요자로부터의 열에너지를 활용하는 열거래 기반의 열에너지 네트워크 시스템이 대두되고 있다.
한편 종래의 열 에너지 시스템은 열부하(수요)와 열생산량(공급)을 고려하지 않은 시스템이므로 효율적인 열 흐름을 제어하기 어렵다는 문제점이 존재하였다.
본 발명은 열부하(수요)와 열생산량(공급)을 예측하여 계간축열 시스템과 열네트워크 시스템 간의 효율적인 관리를 가능하게하는 양방향 계간 축열 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명은 열생산 및 열소비가 가능한 적어도 하나의 수용가와 열순환을 위한 열네트워크 펌프를 포함하는 열네트워크; 집열기에 의해 수집된 열을 공급받는 계간축열조; 상기 열네트워크로부터 환수되는 열을 공급받는 심야축열조; 상기 심야축열조로 공급되는 열의 온도를 상승시키는 히트펌프; 및 상기 수용가에 의해 생산 또는 소비되는 열과 상기 집열기를 통해 생성되는 열에 기반하여 상기 히트펌프 및 상기 열네트워크 펌프를 제어함으로써 계간 축열 시스템과 상기 열네트워크간의 열흐름을 제어하는 제어장치를 포함하는 양방향 계간 축열 시스템을 제공한다.
일 실시예에 따르면, 상기 제어장치는 제어 이전 미리 설정된 기간 동안의 상기 수용가에 의해 생산 또는 소비되는 열을 분석하여 제어 이후 미리 설정된 기간 동안 상기 집열기를 통해 생성되는 생성열의 양 및 열네트워크의 열부하를 예측하고 비교하여, 히트펌프의 온 오프를 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 비교 결과에 따라 예측된 생성열의 양 보다 예측된 열부하가 더 많은 경우, 상기 생성열을 상기 열네트워크에 직접 공급하고, 심야축열조에 의해 축열된 열을 열네트워크에 공급하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 상기 제어장치는 상기 예측된 열부하가 상기 심야축열조에 축열된 열보다 더 많은 경우, 히트펌프를 온시켜 상기 심야축열조를 축열시키는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 상기 제어장치는 상기 예측된 열부하와 히트펌프 용량에 기초하여 운전 요구시간을 계산하여, 심야 시간 중에서 상기 운전 요구시간만큼 상기 히트펌프를 온시키는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 상기 제어장치는 최대 부하 예상 시간과 겹치지 않도록 상기 히트펌프의 운전 시간을 설정하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 상기 제어장치는 미리 수집된 실시간 전력 요금에 기초하여 상기 히트펌프의 운전 시간을 설정하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 상기 제어장치는 24시간에 대한 제1 열부하 및 한 시간 단위 마다 제2 열부하를 예측하고, 상기 제1 열부하와 상기 제2 열부하가 모두 미리 설정된 기준 이하로 낮아진다고 예측되는 경우, 상기 열네트워크 펌프의 전원을 오프하거나 최저 유량으로 제어하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 상기 미리 설정된 기간은 24시간인 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 상기 제어장치는 기상 데이터를 참조하여 미리 설정된 기간 동안 상기 집열기를 통해 생성되는 열의 양을 예측하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 개시하고 있는 일 실시예에 따르면, 열부하(수요)와 열생산량(공급)을 예측하여 계간축열 시스템과 열네트워크 시스템 간의 효율적으로 운영할 수 있다.
본 발명에서 개시하고 있는 일 실시예에 따르면, 기상데이터와 건물 데이터를 이용하여 열생산량을 정확히 예측할 수 있다.
본 발명에서 개시하고 있는 일 실시예에 따르면, 열부하보다 부족한 열생산량을 위한 히트펌프를 최대 부하 예상 시간 및/또는 실시간 전력 요금을 참조하여 효율적으로 운용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 계간 축열 시스템의 개략적인 회로 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 발명의 일 실시예에 따른 제어장치의 제1 운영 전략을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 발명의 일 실시예에 따른 제어장치의 제2 운영 전략을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 발명의 일 실시예에 따른 제어장치의 제3 운영 전략을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 발명의 일 실시예에 따른 제어장치의 제4 운영 전략을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 계간 축열 시스템의 개략적인 회로 구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 계간 축열 시스템은 계간 축열 시스템과 열네트워크 시스템 및 계간 축열 시스템(100)과 열네트워크 시스템(200)을 제어하는 제어장치(300)를 포함한다.
계간 축열 시스템(100)은 태양열 집열기(110), 계간축열조(120), 심야축열조(130) 및 히트펌프(140)를 포함할 수 있다.
계간 축열 시스템(100)은 각각의 구성요소가 배관으로 연결된다. 예를 들어, 태양열 집열기(110)와 계간축열조(120)는 제1 공급관과 제1 회수관으로 연결된다. 계간축열조(120)와 열네트워크 시스템(200)에 연결된 제2 공급관과 제2 회수관으로 연결된다.
태양열 집열기(110)와 계간축열조의 제1 공급관에서 분기되어 제2 공급관에 연결된 제3 공급관을 통해 태양열 집열기(110)와 열네트워크 시스템(200)이 연결된다.
계간축열조(120)와 히트펌프(140)는 제4 공급관과 제4 회수관으로 연결된다.
심야축열조(130)와 히트펌프(140)는 제5 공급관과 제5 회수관으로 연결된다.
심야축열조(130)와 열네트워크 시스템(200)은 제2 공급관에서 분기된 제6 공급관과, 제2 회수관에서 분기된 제6 회수관으로 연결된다.
태양열 집열기(100)는 태양열용 열교환기를 포함할 수 있다 태양열 집열기(10)는 태양열로 냉매를 가열시켜 태양열용 열교환기에 의해 온수를 생산한다.
계간축열조(120)는 태양열 집열기(100)의 태양열용 열교환기로 저온수를 공급하고, 태양열용 열교환기에 의해 열교환되어 배출되는 온수를 저장한다. 이때, 계간축열조(120)에는 열네트워크 시스템의 지역난방 회수배관(RL)이 연결되어 지역난방 회수수를 저장하여 태양열용 열교환기로 공급하여 열교환되도록 할 수도 있다.
심야축열조(130)는 지역난방 공급배관(SL)과 지역난방 회수배관(RL)과 연계되어 지역난방수가 저장된다.
계간축열조(120)와 심야축열조(130)는 배관으로부터 유입되는 입구측에 입력 유량계, 배관으로 출력되는 출구측에 출력 유량계, 축열수의 온도 측정 센서, 축열조 내 수위 측정 센서 등을 더 포함할 수 있다.
히트 펌프(140)는 고온의 온수 생산이 가능한 증기 히트 펌프로서, 계간축열조(120) 또는 심야축열조(130)로부터 공급되는 온수를 가열시켜 계간축열조(120) 또는 심야축열조(130)로 공급한다.
열네트워크 시스템(200)은 열생산 및 열소비가 가능한 적어도 하나의 수용가(210)와 열순환을 위한 열네트워크 펌프(220)를 포함한다. 또한, 열네트워크 시스템(200)은 각 수용가(210)에 열을 공급하기 위한 주요 열원 설비인 열 공급 설비 및 열 교환기를 포함할 수 있다. 열네트워크 시스템(200)의 각각의 구성요소는 배관으로 연결된다.
열네트워크 시스템(200)은 복수개의 수용가(210)들의 전력량을 획득하고, 전력을 다소 많이 사용한 수용가에 비교적 전력을 적게 사용한 수용가의 열을 공급할 수 있다.
제어장치(300)는 계간 축열 시스템(100)과 열네트워크 시스템(200) 사이에 설치된다.
제어장치(300)는 열부하의 생산량 및 부하량을 예측하고 예측된 열 생산량 및 열 부하량에 기반하여 계간 축열 시스템(100)과 열네트워크 시스템(200)의 열의 흐름을 제어한다.
제어장치(300)는 기상 데이터와 건물 데이터에 기반해서 열 생산량, 부하 등을 예측할 수 있다.
제어장치(300)는 열네트워크 시스템에서 사용되는 시간대별 사용 전력량 또는 사용요금을 분석하여 열 부하량을 예측할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 제어장치(300)는 데이터 수집부(310), 열부하 예측부(320), 운영전략부(330) 및 구동제어부(340)를 포함할 수 있다.
데이터 수집부(310)는 기상 데이터, 건물 데이터, 전력 부하 등을 포함하는 데이터를 수집한다.
데이터 수집부(310)는 상기 기상 데이터, 건물 데이터, 전력 부하를 관리자로부터 직접 입력받을 수 있고, 또는 실내 온도계, 습도계와 같은 센싱 장치로부터 측정값을 제공받을 수 있고, 또는 외부 장치 또는 서버로부터 상기 데이터를 주기적으로 보고 받을 수도 있다.
또한, 데이터 수집부(310)는 계간축열조(120) 및 심야축열조(130)에 마련된 유량계 또는 센서들의 값을 수집할 수 있다.
열부하 예측부(320)는 데이터 수집부(310)로부터 수집된 기상 데이터, 건물 데이터, 전력 부하 등을 포함하는 데이터를 기반으로 인공지능 빅 데이터 예측 기법 등을 이용하여 전력 요금 및 기타 에너지 요금(가스 등)을 예측한다.
열부하 예측부(320)는 축열조에 포함된 유량계 및 센서들로부터 획득된 데이터에 기초하여, 계간축열조의 축열된 열량을 계산할 수 있다.
열부하 예측부(320)는 전날의 데이터를 바탕으로 전력 요금 및 기타 에너지 요금을 예측할 수 있다. 예를 들어, 열부하 예측부(320)는 태양광 패널의 전력 생산량, 태양열 집열기의 열 생산량 및 건물의 열부하는 해당 일의 기상 데이터, 당일 혹은 전날에 예측된 부하를 기준으로 다음날 1일 동안의 총 태양광 패널의 전력 생산량, 태양열 집열기의 열 생산량 및 건물의 열부하를 예측할 수 있다.
운영전략부(330)는 열부하 예측부(320)에 의해 예측된 데이터에 전력 생산량, 열 생산량, 열부하에 기초하여 미리 설정된 정책에 따라 계간축열조, 심야축열조, 히트펌프, 열네트워크 펌프 간의 열흐름에 대한 운영 전략을 세운다.
운영전략부(330)는 제어 이전 미리 설정된 기간 동안의 상기 수용가에 의해 생산 또는 소비되는 열을 분석하여 제어 이후 미리 설정된 기간 동안 상기 집열기를 통해 생성되는 생성열의 양과, 열네트워크의 열부하를 예측하고 비교하여, 히트펌프의 온 오프를 결정한다.
운영전략부(330)는 비교 결과에 따라 예측된 생성열의 양 보다 예측된 열부하가 더 많은 경우, 상기 생성열을 상기 열네트워크에 직접 공급하고, 심야축열조에 의해 축열된 열을 열네트워크에 공급하도록 운영 전략을 세운다.
운영전략부(330)는 히트 펌프의 온(on)이 결정되면, 히트펌프의 세부 운영전략을 세운다.
예측된 열부하가 심야축열조 용량보다 작거나 같으면 예측된 열부하에 맞게 운전 시간 동안만 히트펌프를 운전한다.
먼저, 다음날 예측된 열부하에 기초하여, 수학식 1에 따라 심야 축열조에 출열될 히트펌프의 운전요구시간을 계산한다.
[수학식 1]
Figure 112020026620114-pat00001
운영전략부(330)는 히트 펌프의 운전요구시간이 결정되면 한전의 전력에 대한 경부하시간 또는 실시간 전력 요금을 참조하여 운전 시간을 결정한다.
운영전략부(330)는 운영 전략을 위해 시간대별 부하, AMI(Advanced Metering Infrastructure), 게시별 요금제도 등의 실시간 전력 요금 등을 참조한다.
예를 들어 운영전략부(330)가 한전 경부하시간을 참조하여 운전 시간을 결정하는 경우, 최대부하시간을 제외한 중간부하시간에 히트펌프를 운전하도록 운전 시간을 계획한다.
다른 예에서, 운영전략부(330)가 실시간 전력 요금을 참조하여 운전 시간을 결정하는 경우, 실시간 전력 요금을 기반으로 일정 금액 이하에서 히트 펌프를 운전한다.
또는 예측된 실시간 전력요금을 기준으로 예측된 열부하에 맞게 가장 낮은 요금을 보일 시간부터 선택적으로 히트펌프를 운전한다. 이러한 경우 24시간의 전력요금 예측 데이터가 요구된다.
구동제어부(340)는 운영전략부(330)의 운영 전략에 따라 계간축열조, 심야축열조, 히트펌프 및 열네트워크 펌프의 구동을 제어한다.
예들 들면, 구동제어부(340)는 계간축열조, 심야축열조, 히트펌프 들을 연결하는 배관의 연결지점에 설치되어 개폐되는 전자 밸브와 배관 사이에 배치된 펌프의 구동을 제어한다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어장치의 운영 전략을 설명하기 위한 도면이다. 열매체는 온수와 냉수 일 수 있다. 도 3 내지 도 6에서 온수가 흐르는 배관은 굵은 선으로 냉수가 흐르는 배관은 얇은 선으로 표시하고, 그 외 배관은 점선으로 표시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라, 계간축열조(110)의 축열된 열량보다 예측된 열부하가 크고, 집열기(110)에서 생산된 열이 예측된 열부하 보다 큰 경우의 운영 전략에 대응하는 흐름도이다.
제어장치(300)는 태양 집열기(110)로부터 열네트워크(200)로의 공급관의 밸브 및 열네트워크(200)로부터 계간축열조(120)로 연결된 회수관의 밸브와 계간축열조(120)와 태양열 집열기(110)로 연결된 회수관의 밸브는 열고, 그 외의 밸브는 닫는다.
도 3에 도시한 바와 같이, 태양열 집열기를 통해 생산된 생산열은 계간축열조(120)를 통하지 않고 열네트워크(200)에 직접 공급된다. 히트 펌프는 오프(off)되어 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 계간축열조(110)의 축열된 열량보다 예측된 열부하가 크고, 집열기(110)에서 생산된 열이 예측된 열부하 보다 작은 경우의 운영 전략에 대응하는 흐름도이다.
제어장치(300)는 집열기(110)로부터 열네트워크(200)로의 공급관의 밸브 및 열네트워크(200)로부터 계간축열조(120)로 연결된 회수관의 밸브와 계간축열조(120)와 태양열 집열기(110)로 연결된 회수관의 밸브를 연다. 또한, 집열기(110)에 의해 공급되는 열로도 부족한 열을 공급하기 위하여 히트펌프(140)를 온하고 히트펌프(140)와 심야축열조(130)로 연결된 공급관의 밸브 및 심야축열조(130)와 열네트워크(200)간 연결된 공급관의 밸브를 열도록 제어한다. 이에 대응되는 회수관 밸브도 열도록 제어하고, 그 외의 밸브는 닫는다.
도 4에 도시한 바와 같이, 태양열 집열기를 통해 생산된 생산열은 계간축열조(120)를 통하지 않고 열네트워크(200)에 직접 공급된다. 히트펌프(140)는 온(on) 되어 있고, 히트펌프(140)에 의해 공급되는 열을 심야축열조(130)를 통해 열네트워크(200)에 공급된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라, 계간축열조(110)의 축열된 열량보다 예측된 열부하가 크고, 집열기(110)에서 생산된 열이 예측된 열부하 보다 작은 경우의 운영 전략에 대응하는 흐름도이다.
보다 구체적으로, 다음날 예측된 열부하를 바탕으로 심야축열조에 축열될 히트펌프의 운전 요구시간을 한전 경부하 시간시 운영하는 전략이다.
제어장치(300)는 한전 경부하 시간(예컨대 새벽)에 예측된 열부하가 심야축열조 용량보다 작거나 같은 경우 예측된 열부하에 맞게 운전 시간 동안만 히트펌프를 온한다.
제어장치(300)는 심야축열조(130)와 열네트워크(200)간 연결된 공급관의 밸브를 열고, 심야축열조(130)와 열네트워크(200)간 연결된 회수관의 밸브를 열도록 제어한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라, 열네트워크의 부하가 미리 설정된 기준 보다 낮을 경우 열네트워크의 운영 전략에 대응하는 흐름도이다.
제어장치(300)는 24시간에 대한 제1 열부하 및 한 시간 단위 마다 제2 열부하를 예측하고, 시간 단위마다 제1 열부하와 제2 열부하가 모두 미리 설정된 기준 이하로 낮아진다고 예측되는 경우, 상기 열네트워크 펌프의 전원을 오프하거나 최저 유량으로 제어한다.
이경우 계간축열시스템(100)의 배관 밸브는 모두 닫도록 할 수 있다.
도 3 내지 도 6에서 도시하고 있는 실시예는 본 발명의 일 실시예에 불과하므로 본 발명의 권리범위가 도 3 내지 도 6에서 도시하고 있는 실시예에 국한 되어서는 안 될 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 계간 축열 시스템
110 : 태양열 집열기
120 : 계간축열조
130 : 심야축열조
140 : 히트펌프
200 : 열네트워크 시스템
300 : 제어장치

Claims (10)

  1. 양방향 계간 축열 시스템에 있어서,
    열생산 및 열소비가 가능한 적어도 하나의 수용가와 열순환을 위한 열네트워크 펌프를 포함하는 열네트워크;
    집열기에 의해 수집된 열을 공급받는 계간축열조;
    상기 열네트워크로부터 환수되는 열을 공급받거나 상기 열네트워크로 열을 공급하는 심야축열조;
    상기 심야축열조로 공급되는 열의 온도를 상승시키는 히트펌프;
    상기 수용가에 의해 생산 또는 소비되는 열과 상기 집열기를 통해 생성되는 열에 기반하여 상기 히트펌프 및 상기 열네트워크 펌프를 제어함으로써 계간 축열 시스템과 상기 열네트워크 간의 열흐름을 제어하는 제어장치를 포함하고,
    상기 제어장치는 제어 이전 미리 설정된 기간 동안의 상기 수용가에 의해 생산 또는 소비되는 열을 분석하여 제어 이후 미리 설정된 기간 동안 상기 집열기를 통해 생성되는 생성열의 양 및 열네트워크의 열부하를 예측하고 비교하여, 히트펌프의 온 오프를 제어하는 것을 특징으로 하는 양방향 계간 축열 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    비교 결과에 따라 예측된 생성열의 양 보다 예측된 열부하가 더 많은 경우, 상기 생성열을 상기 열네트워크에 직접 공급하고, 심야축열조에 의해 축열된 열을 열네트워크에 공급하는 것을 특징으로 하는 양방향 계간 축열 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어장치는 상기 예측된 열부하가 상기 심야축열조에 축열된 열보다 더 많은 경우, 히트펌프를 온시켜 상기 심야축열조를 축열시키는 것을 특징으로 하는 양방향 계간 축열 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어장치는 상기 예측된 열부하와 히트펌프 용량에 기초하여 운전 요구시간을 계산하여, 심야 시간 중에서 상기 운전 요구시간만큼 상기 히트펌프를 온시키는 것을 특징으로 하는 양방향 계간 축열 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어장치는 최대 부하 예상 시간과 겹치지 않도록 상기 히트펌프의 운전 시간을 설정하는 것을 특징으로 하는 양방향 계간 축열 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제어장치는 미리 수집된 실시간 전력 요금에 기초하여 상기 히트펌프의 운전 시간을 설정하는 것을 특징으로 하는 양방향 계간 축열 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는 24시간에 대한 제1 열부하 및 한 시간 단위 마다 제2 열부하를 예측하고, 상기 제1 열부하와 상기 제2 열부하가 모두 미리 설정된 기준 이하로 낮아진다고 예측되는 경우, 상기 열네트워크 펌프의 전원을 오프하거나 최저 유량으로 제어하는 것을 특징으로 하는 양방향 계간 축열 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 미리 설정된 기간은 24시간인 것을 특징으로 하는 양방향 계간 축열 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는 기상 데이터를 참조하여 미리 설정된 기간 동안 상기 집열기를 통해 생성되는 열의 양을 예측하는 것을 특징으로 하는 양방향 계간 축열 시스템.
KR1020200031156A 2020-03-13 2020-03-13 양방향 계간 축열 시스템 KR102343585B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200031156A KR102343585B1 (ko) 2020-03-13 2020-03-13 양방향 계간 축열 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200031156A KR102343585B1 (ko) 2020-03-13 2020-03-13 양방향 계간 축열 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210115412A KR20210115412A (ko) 2021-09-27
KR102343585B1 true KR102343585B1 (ko) 2021-12-29

Family

ID=77925373

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200031156A KR102343585B1 (ko) 2020-03-13 2020-03-13 양방향 계간 축열 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102343585B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230144328A (ko) 2022-04-07 2023-10-16 김석현 메타버스 관련 sns 플랫폼을 제공하기 위한 방법, 시스템 및 비일시성의 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116255664B (zh) * 2023-02-16 2023-08-15 河北工大科雅能源科技股份有限公司 一种基于多能互补系统的模块化热力站供热调控方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011075250A (ja) 2009-10-01 2011-04-14 Chofu Seisakusho Co Ltd 給湯機の運転方法及び給湯機
JP2014228189A (ja) 2013-05-22 2014-12-08 三菱電機株式会社 ハイブリッド給湯システム
KR101790294B1 (ko) * 2016-08-23 2017-10-26 한국지역난방공사 복수개의 축열조와 태양열 집열기를 구비한 히트 펌프 구동 지역난방 열공급 시스템
KR101903295B1 (ko) 2017-12-22 2018-10-01 김철환 내진 냉난방 시스템
KR102060667B1 (ko) 2018-09-12 2019-12-30 지에스건설 주식회사 열공급 시스템

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA201491807A1 (ru) * 2009-06-16 2015-05-29 Дек Дизайн Микэникл Кэнсалтентс Лтд. Система энергоснабжения

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011075250A (ja) 2009-10-01 2011-04-14 Chofu Seisakusho Co Ltd 給湯機の運転方法及び給湯機
JP2014228189A (ja) 2013-05-22 2014-12-08 三菱電機株式会社 ハイブリッド給湯システム
KR101790294B1 (ko) * 2016-08-23 2017-10-26 한국지역난방공사 복수개의 축열조와 태양열 집열기를 구비한 히트 펌프 구동 지역난방 열공급 시스템
KR101903295B1 (ko) 2017-12-22 2018-10-01 김철환 내진 냉난방 시스템
KR102060667B1 (ko) 2018-09-12 2019-12-30 지에스건설 주식회사 열공급 시스템

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230144328A (ko) 2022-04-07 2023-10-16 김석현 메타버스 관련 sns 플랫폼을 제공하기 위한 방법, 시스템 및 비일시성의 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210115412A (ko) 2021-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hirmiz et al. Performance of heat pump integrated phase change material thermal storage for electric load shifting in building demand side management
US10295199B2 (en) Water heater controller or system
US10746480B2 (en) Plural heat pump and thermal storage system for facilitating power shaping services on the electrical power grid at consumer premises
US8224495B2 (en) Control of power generation system having thermal energy and thermodynamic engine components
JP4889167B2 (ja) コジェネレーション装置の運転計画方法
CN110619110B (zh) 一种含热泵的综合能源系统协调运行优化方法
Lu et al. Operational optimization of district heating system based on an integrated model in TRNSYS
Cole et al. Use of model predictive control to enhance the flexibility of thermal energy storage cooling systems
KR102343585B1 (ko) 양방향 계간 축열 시스템
JP2013155988A (ja) 地域熱エネルギー供給網の制御装置
AU2011342551B2 (en) Cooling system
Wong et al. Capturing wind with thermal energy storage—Summerside’s smart grid approach
CN201706602U (zh) 集中集热及分户储热式太阳能热水的智能化总控制系统
CN113885367A (zh) 一种楼宇能效管理控制系统及方法
US11713887B2 (en) Heating device
CN114136021B (zh) 结合资源预测的太阳能-地源热泵系统控制方法及系统
CN217402896U (zh) 基于地源热系统的土壤补热组件和地源热系统
GB2534941A (en) Service supply systems
Rafii-Tabrizi Smart Electrical and Thermal Energy Supply for Nearly Zero Energy Buildings
RU2818691C1 (ru) Интеллектуальная система управления теплоснабжением
US20240044550A1 (en) Improvements in heating systems
Li et al. Efficiency Improvement of A Solar Water Heating System: An IoT Data-Driven Approach
US20240167728A1 (en) Hot water supply apparatus and control method for hot water supply apparatus
CN109114620B (zh) 一种全新的分户计费供暖架构及其运行模式
Bee Heat pump and photovoltaic systems in residential applications-Performance, potential, and control of the system

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right