KR102424071B1 - 환기 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 환기 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 환기 시스템은 수증기 분압의 차이를 이용해, 실외에서 공급되는 외기와 실내에서 배출되는 실내 배기 사이에 수분을 교환시켜, 외기의 습도를 조절하는 조습모듈(10), 조습모듈(10)을 통과한 외기와, 조습모듈(10)로 유입되기 전의 실내 배기 사이에 열을 교환시켜, 외기의 온도를 조절하는 현열 교환기(20), 외기를 조습모듈(10)로 안내하는 제1 외기 통로(31), 조습모듈(10)을 통과한 외기를 현열 교환기(20)로 안내하는 제2 외기 통로(33), 및 현열 교환기(20)를 통과한 외기를 실내로 안내하는 제3 외기 통로(35)를 포함하는 외기 통로부(30), 및 실내 배기를 현열 교환기(20)로 안내하는 제1 실내 배기 통로(41), 현열 교환기(20)를 통과한 실내 배기를 조습모듈(10)로 안내하는 제2 실내 배기 통로(43), 및 조습모듈(10)을 통과한 실내 배기를 실외로 안내하는 제3 실내 배기 통로(45)를 포함하는 실내 배기 통로부(40)를 포함한다.

Description

환기 시스템 및 그 제어방법{VENTILATION SYSTEM AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 환기 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
최근 들어, 에너지 절약 및 방음 등을 위한 주거 건물의 고단열 및 고기밀화가 건설 산업 트렌드로 자리 잡으면서 실내공기 환경을 실질적으로 개선하는 환기장치에 대한 관심이 증대되고 있다. 환기장치는 실내 공기를 실외로 배출시키고 실외 공기를 실내로 공급하여 괘적한 실내 환경을 조성하는 장치이다. 다만, 여름철과 겨울철과 같이 실내와 실외의 온도차이가 크게 발생하는 경우에는 환기가 냉난방 효율을 하락시키는 원인이 된다. 이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로서 하기 선행기술문헌의 특허문헌에 개시된 바와 같이 전열교환기를 이용한 환기장치가 개발되었다. 전열교환기는 열교환소자를 설치하여 실내 공기와 실외 공기가 서로 유사한 온도로 유지되도록 상호 열 교환함으로써 냉난방효율이 하락하는 것을 방지한다.
그러나 종래 전열교환기 방식의 환기장치는 전열교환기가 습기 및 열을 함께 교환하기 때문에, 실내 공기에 수분이 다량 함유되거나, 실내 공기와 실외 공기 사이의 온도차이가 큰 경우, 함유한 수분 차이 또는 온도차이로 인해 결로 내지 결빙이 발생하여 기기가 손상되는 문제가 있다.
이에 종래 환기장치의 문제점을 해결하기 위한 방안이 절실히 요구되는 상태이다.
KR 10-0628058 B1
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 측면은 실내 배기와의 수증기 분압 차이를 이용해 물질(수분)을 교환하는 멤브레인 기반 조습모듈을 적용하여 외기의 습도를 조절하고, 현열 교환기에서 외기의 온도를 조절하여 실내로 급기하는 환기 시스템을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면은 실내외의 온도차이가 큰 경우에 조습모듈로 유입되는 외기를 가열함으로써 가습된 외기의 결로 내지 결빙을 방지할 수 있는 환기 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
나아가, 본 발명의 또 다른 측면은 실외 및 실외 환경조건에 따라 3가지 모드로 환기 시스템을 운전하는 환기 시스템 제어방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 환기 시스템은 수증기 분압의 차이를 이용해, 실외에서 공급되는 외기와 실내에서 배출되는 실내 배기 사이에 수분을 교환시켜, 상기 외기의 습도를 조절하는 조습모듈; 상기 조습모듈을 통과한 상기 외기와, 상기 조습모듈로 유입되기 전의 상기 실내 배기 사이에 열을 교환시켜, 상기 외기의 온도를 조절하는 현열 교환기; 상기 외기를 상기 조습모듈로 안내하는 제1 외기 통로, 상기 조습모듈을 통과한 상기 외기를 상기 현열 교환기로 안내하는 제2 외기 통로, 및 상기 현열 교환기를 통과한 상기 외기를 상기 실내로 안내하는 제3 외기 통로를 포함하는 외기 통로부; 및 상기 실내 배기를 상기 현열 교환기로 안내하는 제1 실내 배기 통로, 상기 현열 교환기를 통과한 상기 실내 배기를 상기 조습모듈로 안내하는 제2 실내 배기 통로, 및 상기 조습모듈을 통과한 상기 실내 배기를 상기 실외로 안내하는 제3 실내 배기 통로를 포함하는 실내 배기 통로부;를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 환기 시스템에 있어서, 상기 조습모듈은, 각각의 일단으로 상기 외기가 유입되어 타단으로 배출되고, 서로 나란하게 배열되는 다수의 중공사막(hollow fiber membrane); 다수의 상기 중공사막의 일단과 일대일로 소통하는 다수의 제1 관통홀을 구비한 제1 다공판; 다수의 상기 중공사막의 타단과 일대일로 소통하는 다수의 제2 관통홀을 구비하는 제2 다공판; 및 상기 제1 다공판과 상기 제2 다공판을 서로 마주보게 고정하고, 내부에 다수의 상기 중공사막이 배치되며, 상기 중공사막의 길이방향과 교차하는 방향을 따라 상기 중공사막을 사이에 두고 상기 실내 배기를 유입시키는 실내 배기 유입구, 및 실내 배기를 유출시키는 실내 배기 유출구가 형성된 하우징;을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 환기 시스템에 있어서, 상기 조습모듈 및 상기 현열 교환기를 우회하여, 상기 제1 외기 통로와 상기 제3 외기 통로를 연결하는 외기 우회 통로; 및 상기 외기 우회 통로를 개폐하는 댐퍼;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 환기 시스템에 있어서, 상기 제3 외기 통로 내에 배치되고, 상기 실내로 공급하는 상기 외기의 유량을 조절하는 외기 공급 팬(fan);을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 환기 시스템에 있어서, 상기 제3 실내 배기 통로 내에 배치되고, 상기 실외로 배출되는 상기 실내 배기의 유량을 조절하는 실내 배기 배출 팬(fan);을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 환기 시스템에 있어서, 상기 제1 외기 통로 내에 배치되고, 상기 실외로부터 유입되는 상기 외기를 가열하는 히터부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 환기 시스템에 있어서, 상기 제1 외기 통로 내에 배치되고, 상기 실외로부터 유입되는 상기 외기를 여과하는 필터부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 환기 시스템에 있어서, 상기 실내의 이산화탄소 농도를 측정하는 이산화탄소 센서; 및 측정된 상기 이산화탄소 농도를 기반으로, 상기 실내로 공급되는 상기 외기의 유량, 및 상기 실외로 배출되는 상기 실내 배기의 유량을 제어하는 유량 제어부;를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 환기 시스템 제어방법은, 전술한 환기 시스템을 제어하는 환기 시스템 제어방법에 있어서, (a) 상기 실외에서 공급되는 상기 외기, 및 상기 실내에서 배출되는 상기 실내 배기 각각의 온도 및 상대습도를 측정하는 단계; (b) 측정된 상기 온도 및 상대습도를 기반으로, 상기 외기 및 상기 실내 배기 각각의 절대습도, 및 엔탈피를 산출하는 단계; 및 (c) 산출된 상기 절대습도, 및 상기 엔탈피를 기반으로, 상기 환기 시스템을 다수의 모드로 운전하되, 산출된 상기 외기의 절대습도가 상기 실내 배기의 절대습도 이하일 때에, 제1 모드로 운전하는 단계;를 포함하고, 상기 제1 모드는, 상기 조습모듈로 유입된 상기 외기와 상기 실내 배기 사이의 상기 수분 교환을 통해 상기 외기를 가습하는 단계; 가습된 상기 외기를 상기 현열 교환기로 유동시키고, 상기 실내 배기와의 열 교환을 통해 상기 외기를 가열하는 단계; 및 가습 및 가열된 상기 외기를 상기 실내로 공급하는 단계;를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 환기 시스템 제어방법에 있어서, 상기 제1 모드의 상기 외기를 가습하는 단계에서, 상기 외기는 가열된 후에 상기 조습모듈로 유입될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 환기 시스템 제어방법에 있어서, 상기 (c) 단계에서, 산출된 상기 외기의 절대습도가 상기 실내 배기의 절대습도를 초과하고, 산출된 상기 외기의 엔탈피가 상기 실내 배기의 엔탈피 이하일 때에, 제2 모드로 운전하고, 상기 제2 모드는, 상기 외기에 대한 상기 수분 교환 및 상기 열 교환을 생략하고, 상기 외기를 상기 실외에서 상기 실내로 공급하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 환기 시스템 제어방법에 있어서, 상기 제2 모드에서 상기 외기 중 적어도 일부는, 상기 조습모듈 및 상기 현열 교환기를 우회하여 상기 실내로 공급될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 환기 시스템 제어방법에 있어서, 상기 (c) 단계에서, 산출된 상기 외기의 절대습도가 상기 실내 배기의 절대습도를 초과하고, 산출된 상기 외기의 엔탈피가 상기 실내 배기의 엔탈피를 초과할 때에, 제3 모드로 운전하고, 상기 제3 모드는, 상기 조습모듈로 유입된 상기 외기와 상기 실내 배기 사이의 상기 수분 교환을 통해 상기 외기를 제습하는 단계; 제습된 상기 외기를 상기 현열 교환기로 유동시키고, 상기 실내 배기와의 열 교환을 통해 상기 외기를 냉각하는 단계; 및 제습 및 냉각된 상기 외기를 상기 실내로 공급하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 환기 시스템 제어방법에 있어서, 상기 (a) 단계에서, 상기 실내의 이산화탄소의 농도를 측정하고, 상기 (c) 단계에서, 측정된 상기 이산화탄소의 농도가 1,000 ppm 이상일 때에, 상기 실내로 공급되는 상기 외기의 유량, 및 상기 실외로 배출되는 상기 실내 배기의 유량 중 적어도 어느 하나 이상을 조절할 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 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.
본 발명에 따르면, 건물에 필요한 환기를 수행하며, 실외 공기의 현열 및 잠열부하를 분리하여 처리하므로 실내외 공기 조건에 따라 계절별 운전모드를 통해 외기 부하를 효율적으로 처리할 수 있다.
또한, 조습모듈의 1차측에 외기를, 2차측에 실내 배기를 공급하여 수증기 분압차를 이용해 수분을 교환함으로써, 운송동력만을 이용하여 제습/냉방 및 가습/난방을 제어하므로 건물 냉난방 부하 감소를 통한 에너지 절감 효과를 기대할 수 있다.
나아가, 종래 전열교환 방식의 환기장치에서 대두되었던 결로 내지 결빙으로 인한 환기장치 내부 부식 문제를 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 환기 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 조습모듈의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 환기 시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 환기 시스템의 구성도이다.
도 5 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 환기 시스템 제어방법의 순서도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 환기 시스템 제어방법의 순서도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 환기 시스템의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 환기 시스템은 수증기 분압의 차이를 이용해, 실외에서 공급되는 외기와 실내에서 배출되는 실내 배기 사이에 수분을 교환시켜, 외기의 습도를 조절하는 조습모듈(10), 조습모듈(10)을 통과한 외기와, 조습모듈(10)로 유입되기 전의 실내 배기 사이에 열을 교환시켜, 외기의 온도를 조절하는 현열 교환기(20), 외기를 조습모듈(10)로 안내하는 제1 외기 통로(31), 조습모듈(10)을 통과한 외기를 현열 교환기(20)로 안내하는 제2 외기 통로(33), 및 현열 교환기(20)를 통과한 외기를 실내로 안내하는 제3 외기 통로(35)를 포함하는 외기 통로부(30), 및 실내 배기를 현열 교환기(20)로 안내하는 제1 실내 배기 통로(41), 현열 교환기(20)를 통과한 실내 배기를 조습모듈(10)로 안내하는 제2 실내 배기 통로(43), 및 조습모듈(10)을 통과한 실내 배기를 실외로 안내하는 제3 실내 배기 통로(45)를 포함하는 실내 배기 통로부(40)를 포함한다.
본 발명은 주건 건물의 실내 공기를 쾌적하게 유지하기 위해 오염된 실내 공기를 실외로 배출하고 실외 공기를 실내로 공급하는 환기 시스템에 관한 것이다. 실내외 공기를 교환하는 종래 환기장치는 실내외 온도차이가 큰 경우에 냉난방 효율이 떨어지고, 냉난방 효율 하락을 개선하기 위해 전열교환기를 채용하는 환기장치도 결로 내지 결빙으로 인한 내부 부식이 문제되는바, 이러한 종래 환기장치의 문제점을 해결하기 위한 방안으로서 본 발명에 따른 환기 시스템이 안출되었다.
구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 환기 시스템은, 조습모듈(10), 현열 교환기(20), 외기 통로부(30), 및 실내 배기 통로부(40)를 포함한다.
조습모듈(10)은 실외에서 공급되는 외기가 1차측으로 유입되고, 실내에서 배출되는 실내 배기가 2차측으로 유입되며, 유입된 외기와 실내 배기 사이의 수증기 분압 차이를 이용해, 외기와 실내 배기 사이에 수분을 교환시키는 장치로 구현된다. 따라서, 외기의 온도가 실내 배기의 온도보다 높은 경우, 외기의 수증기 분압이 상대적으로 높기 때문에, 외기 중의 수분, 즉 수증기가 실내 배기로 이동하여, 외기가 제습된다. 반면, 외기의 온도가 실내 배기의 온도보다 낮아 외기의 수증기 분압이 상대적으로 낮은 경우에는, 실내 배기의 수증기가 외기로 이동하므로, 외기가 가습된다. 결국, 조습모듈(10)은 외기와 실내 배기 중의 수증기 분압 차이를 이용해, 외기 또는 실내 배기 중의 잠열부하를 처리함으로써, 외기를 제습 또는 가습한다. 이렇게 기능하기 위한 조습모듈(10)의 구체적 구성에 대해서는 후술한다. 조습모듈(10)을 통과하여 제습 또는 가습된 외기는 현열 교환기(20)로 유동한다.
현열 교환기(20)는 외기의 온도를 조절하기 위해 마련된 장치이다. 실내로 공급되는 외기와 실외로 배출되는 실내 배기 사이에 온도차이가 크면 냉난방 효율이 하락하는바, 현열 교환기(20)에서 외기의 온도를 실내 배기와 비슷한 수준으로 조절한다. 이러한 현열 교환기(20)는 외기와 실내 배기와의 열 교환을 통해 외기의 온도를 조절한다. 이때, 현열 교환기(20)로 유입되는 외기는 조습모듈(10)을 통과하여 제습 또는 가습된 외기이며, 실내 배기는 상기 조습모듈(10)로 유입되기 전의 실내 배기이다. 즉, 외기는 조습모듈(10) 및 현열 교환기(20)를 순차적으로 거치고, 실내 배기는 현열 교환기(20) 및 조습모듈(10)을 순차적으로 거친다. 결국, 본 발명의 경우에 외기와 실내 배기 사이의 수분 교환과 열 교환이 장소적으로 구분되어 이루어지므로, 양자의 잠열 및 현열부하를 분리하여 처리한다. 이에 따라, 외기의 온도가 실내 배기보다 높은 경우에는, 조습모듈(10)에서 제습된 외기가 현열 교환기(20)를 통과하면서 냉각된다. 반면, 외기의 온도가 실내 배기보다 낮은 경우에는, 조습모듈(10)에서 가습된 외기가 현열 교환기(20)를 통과하면서 가열된다. 이렇게 제습/냉각 및 가습/가열된 외기는 실내로 유입된다.
외기 통로부(30)는 실외의 외기가 조습모듈(10) 및 현열 교환기(20)를 통과하여 실내로 유동할 수 있는 통로를 제공한다. 이러한 외기 통로부(30)는, 서로 소통하도록 연결되는 제1 외기 통로(31), 제2 외기 통로(33), 및 제3 외기 통로(35)로 이루어지는데, 제1 외기 통로(31)와 제2 외기 통로(33) 사이에 조습모듈(10)이, 제2 외기 통로(33)와 제3 외기 통로(35) 사이에는 현열 교환기(20)가 배치된다. 따라서, 외기는 제1 외기 통로(31)에 의해 조습모듈(10)로 1차 안내되고, 조습모듈(10)을 통과한 후에 제2 외기 통로(33)에 의해 현열 교환기(20)로 2차 안내되며, 현열 교환기(20)를 통과해서는 제3 외기 통로(35)에 의해 실내로 3차 안내된다.
실내 배기 통로부(40)는 실내 배기가 현열 교환기(20) 및 조습모듈(10)을 통과하여 실외로 유동할 수 있는 통로를 제공한다. 이러한 실내 배기 통로부(40)는, 제1 실내 배기 통로(41), 제2 실내 배기 통로(43), 및 제3 실내 배기 통로(45)가 서로 소통하도록 연결되어 형성될 수 있는데, 제1 실내 배기 통로(41)와 제2 실내 배기 통로(43) 사이에 현열 교환기(20)가, 제2 실내 배기 통로(43)와 제3 실내 배기 통로(45) 사이에 조습모듈(10)이 배치된다. 따라서, 실내 배기는 제1 실내 배기 통로(41)에 의해 현열 교환기(20)로 1차 안내되고, 현열 교환기(20)를 통과한 후에 제2 실내 배기 통로(43)에 의해 조습모듈(10)로 2차 안내되며, 조습모듈(10)을 통과해서는 제3 실내 배기 통로(45)에 의해 실외로 3차 안내된다.
도 2는 도 1에 도시된 조습모듈(10)의 사시도이다. 이하에서는 도 2를 참고로, 상기 조습모듈(10)에 대해 설명한다.
조습모듈(10)은 다수의 중공사막(11), 제1 다공판(13), 제2 다공판(15), 및 하우징(17)을 포함할 수 있다.
중공사막(11)은 외주면에 다수의 미세기공을 가지는 다공성 멤브레인이 중공관 형태로 형성된 부재이다. 중공사막(11)은 양단이 개방되어 내부 중공과 연통되는데, 개방된 일단으로 외기가 유입되어 내부를 통과한 다음에, 또 다른 개방된 타단으로 유출된다. 이러한 중공사막(11)은 다수 개가 서로 나란하게, 즉 각각의 중공사막(11)의 일단들이 동일한 어느 일방향을 향하고, 그 타단들이 동일한 반대쪽 타방향을 향하도록 배열된다. 여기서, 외기가 다수의 중공사막(11)을 통과할 때에, 실내 배기는 중공사막(11)의 외측으로 유동하는데, 이때 외기와 실내 배기 사이의 수증기 분압 차이에 의해, 수분(수증기)이 중공사막(11)의 미세기공을 통과하여 이동하게 된다. 이러한 다수의 중공사막(11)은 제1 다공판(13) 및 제2 다공판(15)에 의해 양단이 고정된다.
제1 다공판(13) 및 제2 다공판(15)은 판(plate) 형태의 부재로서, 각각의 판면끼리 서로 마주보게 배치된다. 여기서, 제1 다공판(13)은 그 판면을 관통하는 다수의 제1 관통홀(13a)을 구비하고, 제2 다공판(15)도 그 판면을 관통하는 다수의 제2 관통홀(15a)을 구비한다. 이러한 다수의 제1 관통홀(13a)은 다수의 중공사막(11)의 일단과 일대일로 소통되도록 연결되고, 다수의 제2 관통홀(15a)은 다수의 중공사막(11)의 타단과 일대일로 소통되도록 연결된다. 결국, 어느 하나의 중공사막(11)의 일단은 제1 관통홀(13a)과, 그 타단은 제2 관통홀(15a)에 연결된다.
하우징(17)은 내부에 다수의 중공사막(11)을 수용하고, 서로 마주보도록 제1 다공판(13) 및 제2 다공판(15)을 고정한다. 또한, 하우징(17)은 중공사막(11)의 외측에 실내 배기가 접촉할 수 있도록, 실내 배기 유입구(17a) 및 실내 배기 유출구(17b)를 구비한다. 여기서, 실내 배기는 중공사막(11)의 길이방향과 교차하는 방향으로 유동한다. 따라서, 실내 배기를 내부로 유입시키는 실내 배기 유입구(17a), 및 유입된 실내 배기를 외부로 유출시키는 실내 배기 유출구(17b)는, 중공사막(11)의 길이방향과 교차하는 방향을 따라, 중공사막(11)을 사이에 두고, 서로 마주보게 형성된다.
이러한 조습모듈(10)에 따르면, 외기가 통과하는 다수의 중공사막(11)이 나란하게 배열되고, 중공사막(11)의 길이방향과 교차하는 방향으로 실내 배기가 유동하기 때문에, 실내 배기와 접촉하는 중공사막(11)의 면적이 증가하여 잠열 교환성능을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 환기 시스템은 히터부(90)를 더 포함할 수 있다. 히터부(90)는 제1 외기 통로(31) 내에 배치되고, 조습모듈(10)을 향해 유동하는 외기를 가열한다. 외기의 온도가 매우 낮은 겨울철에 환기 시스템을 운전하는 경우, 실내 배기와의 온도차이가 크게 발생하므로, 히터부(90)를 통해 조습모듈(10) 및 현열 교환기(20)를 통과하는 외기를 가열함으로써 가습된 외기의 결로 내지 결빙 발생을 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 환기 시스템의 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 환기 시스템은 외기 우회 통로(50), 및 댐퍼(60)를 더 포함할 수 있다.
외기 우회 통로(50)는 제2 외기 통로(33)를 거치지 않고, 제1 외기 통로(31)와 제3 외기 통로(35)를 연결하는 통로이다. 따라서, 제1 외기 통로(31)를 따라 유동하는 외기는 조습모듈(10) 및 현열 교환기(20)를 우회하여 바로 제3 외기 통로(35)로 이동하고 실내로 공급될 수 있다.
댐퍼(60)는 외기 우회 통로(50)를 개폐하는 장치로서, 제1 외기 통로(31)에서 제3 외기 통로(35)로 이동하는 외기의 유동을 차단하거나 그 유동량을 조절한다. 댐퍼(60)는 제1 외기 통로(31)와 외기 우회 통로(50)의 연결 영역, 및 외기 우회 통로(50)와 제3 외기 통로(35)의 연결 영역에 각각 마련될 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 1개 또는 그 이상 설치되어도 무방하다.
여기서, 실외에서 제1 외기 통로(31)로 유입되는 외기는, 전부가 외기 우회 통로(50)를 통해 유동할 수 있으나, 선택적으로 그 중 일부는 외기 우회 통로(50)를 거치고 다른 일부는 조습모듈(10) 및 현열 교환기(20)를 통과한 다음에 제3 외기 통로(35)에서 합쳐질 수도 있다.
일례로, 외기의 습도 내지 온도를 조절하지 않고 환기를 하는 경우에는 제1 외기 통로(31)로 유입된 외기 전부를 외기 우회 통로(50)를 통해 실내로 공급할 수 있다. 이때, 실내 배기는 실내 배기 통로부(40)를 통해 실외로 배출된다. 한편, 외기의 습도 내지 온도를 조절하는 경우에도, 제1 외기 통로(31)로 유입된 외기를 나누어 그 중 일부는 외기 우회 통로(50)를 거치고, 다른 일부에 대해서만 습도 내지 온도를 조절한 다음에, 이들을 합쳐서 습도 내지 온도를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 환기 시스템은 필터부(100)를 더 포함할 수 있다. 필터부(100)는 제1 외기 통로(31) 내에 배치되어, 실외로부터 유입되는 외기를 여과한다. 따라서, 여과된 외기가 조습모듈(10) 및 현열 교환기(20)를 거치고, 상기 히터부(90), 외기 우회 통로(50)를 통과하여 실내로 공급될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 환기 시스템은 외기 공급 팬(fan, 70)을 더 포함할 수 있다. 외기 공급 팬(70)은 제3 외기 통로(35) 내에 배치되어, 실내로 공급되는 외기의 유량을 조절한다. 실내의 환경 조건에 따라 필요 환기량이 달라질 수 있으므로, 외기 공급 팬(70)의 풍량을 조절하여 환기량을 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 환기 시스템은 실내 배기 배출 팬(fan, 80)을 더 포함할 수 있다. 실내 배기 배출 팬(80)은 제3 실내 배기 통로(45) 내에 배치되어, 실외로 배출되는 실내 배기의 유량을 조절한다. 이러한 실내 배기 배출 팬(80)은 상기 외기 공급 팬(70)과 연동하여 작동함으로써 환기량을 제어한다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 환기 시스템의 구성도이다.
도 4를 참고로, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 환기 시스템은 이산화탄소 센서(110), 및 유량 제어부(120)를 더 포함할 수 있다.
이산화탄소 센서(110)는 이산화탄소(CO2)의 농도를 계측하는 센서로서, 실내의 이산화탄소 농도를 측정한다. 건물의 재실인원 수에 따른 필요 환기량을 공급하기 위해서, 실내에 이산화탄소 센서(110)를 설치함으로써, 측정된 실내의 이산화탄소 농도를 통해 시간별 필요 환기 수요량을 산정할 수 있다.
유량 제어부(120)는 측정된 상기 이산화탄소의 농도를 기반으로, 실내로 공급되는 외기의 유량, 및 실외로 배출되는 실내 배기의 유량을 제어할 수 있다. 일례로, 유량 제어부(120)는 상기 외기 공급 팬(70), 및/또는 실내 배기 배출 팬(80)의 풍량을 조절함으로써 외기의 공급 유량 및 실내 배기의 배출 유량을 제어할 수 있다. 또한, 댐퍼(60)의 개폐를 제어할 수도 있다.
종합적으로, 본 발명에 따른 환기 시스템에 따르면, 건물에 필요한 환기를 수행하며, 실외 공기의 현열 및 잠열부하를 분리하여 처리하므로 실내외 공기 조건에 따라 계절별 운전모드를 통해 외기 부하를 효율적으로 처리할 수 있다. 또한, 조습모듈(10)의 1차측에 외기를, 2차측에 실내 배기를 공급하여 수증기 분압차를 이용해 수분을 교환함으로써, 운송동력만을 이용하여 제습/냉방 및 가습/난방을 제어하므로 건물 냉난방 부하 감소를 통한 에너지 절감 효과를 기대할 수 있다. 나아가, 종래 전열교환 방식의 환기장치에서 대두되었던 결로 내지 결빙으로 인한 환기장치 내부 부식 문제를 해결할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 환기 시스템의 제어방법에 대해 설명한다. 환기 시스템에 대해서는 상술하였는바, 중복되는 사항에 대해서는 설명을 생략하거나 간단하게만 기술한다.
도 5 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 환기 시스템 제어방법의 순서도이다.
도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 환기 시스템 제어방법은, 전술한 환기 시스템의 제어방법에 있어서, 실외에서 공급되는 외기, 및 실내에서 배출되는 실내 배기 각각의 온도 및 상대습도를 측정하는 단계(S100), 측정된 온도 및 상대습도를 기반으로, 외기 및 실내 배기 각각의 절대습도, 및 엔탈피를 산출하는 단계(S200), 및 산출된 절대습도, 및 엔탈피를 기반으로, 환기 시스템을 다수의 모드로 운전하되, 산출된 외기의 절대습도가 실내 배기의 절대습도 이하일 때에, 제1 모드로 운전하는 단계(S300)를 포함하고, 제1 모드는, 조습모듈로 유입된 외기와 실내 배기 사이의 수분 교환을 통해 외기를 가습하는 단계, 가습된 외기를 현열 교환기로 유동시키고, 실내 배기와의 열 교환을 통해 외기를 가열하는 단계, 및 가습 및 가열된 외기를 실내로 공급하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 환기 시스템 제어방법은, 전술한 환기 시스템의 운전을 다양한 모드로 제어하는 방법에 관한 것으로, 외기 및 실내 배기의 온도 및 상대습도 측정 단계(S100), 절대습도 및 엔탈피 산출 단계(S200), 및 운전모드 선택 단계(S300)를 포함한다.
외기 및 실내 배기의 온도 및 상대습도 측정 단계(S100)에서는 온도계 및 습도계를 통해 실외와 실내의 온도 및 상대습도를 측정함으로써, 외기 및 실내 배기의 온도 및 상대습도 정보를 취득한다.
절대습도 및 엔탈피 산출 단계(S200)에서는 측정된 외기 및 실내 배기의 온도 및 상대습도를 기반으로, 외기 및 실내 배기 각각의 절대습도 및 엔탈피를 산출한다.
운전모드 선택 단계(S300)에서는 산출된 외기 및 실내 배기의 절대습도 및 엔탈피를 기반으로, 환기 시스템의 다양한 모드 중 어느 하나의 모드를 선택하여 운전한다.
먼저, 산출된 외기의 절대습도와 실내 배기의 절대습도를 비교하여, 외기의 절대습도가 실내 배기의 절대습도 이하일 때에는 제1 모드(MODE 1)로 운전한다. 일례로, 겨울철에 제1 모드로 운전할 수 있다. 제1 모드에서는 조습모듈(MD) 및 현열 교환기(SHX)를 작동(ON)한다. 따라서, 조습모듈(MD)에서 외기와 실내 배기 사이의 수분 교환을 통해 외기를 가습한다. 다음, 가습된 외기를 현열 교환기(SHX)로 유동시킨다. 이때, 실내 배기는 현열 교환기(SHX)를 거친 후에 조습모듈(MD)로 유입되므로, 현열 교환기(SHX)에서 가습된 외기와 실내 배기 사이에 열 교환이 일어나 외기가 가열된다. 이렇게 실내 배기와 유사한 습도 및 온도로 가습 및 가열된 외기가 실내로 공급되어 실내를 환기한다.
또한, 상기 제1 모드로 운전하는 경우에, 외기와 실내 배기 사이에 온도차이가 크게 되면, 가습된 외기의 결로 및 결빙 발생이 문제될 수 있는바, 히터부(HC)를 작동(ON)시켜 외기를 가열한 후에, 그 외기를 조습모듈(MD)로 유입시킬 수 있다.
제1 모드에서는 전술한 외기 우회 통로를 통해 외기가 유동하지 못하도록 댐퍼(damper)를 폐쇄함으로써, 실외에서 공급되는 외기 전부를 가습 및 가열하여 실내로 공급할 수 있다.
한편, 산출된 외기의 절대습도가 실내 배기의 절대습도를 초과하고, 산출된 외기의 엔탈피가 실내 배기의 엔탈피 이하일 때에는 제2 모드(MODE 2)로 환기 시스템을 운전할 수 있다. 일례로, 여름철과 겨울철 사이의 중간기에 제2 모드로 운전될 수 있다.
제2 모드로 운전되는 실내외 환경은 실내외 온도 및 습도차이가 크기 않으므로, 제2 모드에서는 조습모듈(MD) 및 현열 교환기(SHX)를 작동하지 않고(OFF), 즉 외기와 실내 배기 사이에 수분 교환 및 열 교환을 생략한 채로 외기를 실외에서 직접 실내로 공급할 수 있다. 이를 위해, 외기 우회 통로를 따라 외기가 유동하도록, 댐퍼(damper)를 개방함으로써, 조습모듈(MD) 및 현열 교환기(SHX)를 우회하여 외기를 실내로 공급할 수 있다. 또한, 제2 모드에서 외기의 습도 및 온도 조절일 필요한 경우에는, 외기 중 일부는 조습모듈(MD) 및 현열 교환기(SHX)를 우회하고, 다른 일부는 조습모듈(MD) 및 현열 교환기(SHX)를 거치도록 운전할 수 있다.
한편, 산출된 외기의 절대습도가 실내 배기의 절대 습도를 초과하고, 외기의 엔탈피가 실내 배기의 엔탈피를 초과하는 경우에는, 제3 모드(MODE 3)로 환기 시스템을 운전할 수 있다. 일례로, 여름철에 제3 모드로 운전할 수 있다. 제3 모드에서는 조습모듈(MD) 및 현열 교환기(SHX)를 작동(ON)한다. 따라서, 조습모듈(MD)에서 외기와 실내 배기 사이의 수분 교환을 통해 외기를 제습한다. 다음, 제습된 외기를 현열 교환기(SHX)로 유동시킨다. 이때, 실내 배기는 현열 교환기(SHX)를 거친 후에 조습모듈(MD)로 유입되므로, 현열 교환기(SHX)에서 제습된 외기와 실내 배기 사이에 열 교환이 일어나 외기가 냉각된다. 이렇게 실내 배기와 유사한 습도 및 온도로 제습 및 냉각된 외기가 실내로 공급되어 실내를 환기한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 환기 시스템 제어방법의 순서도이다.
도 7을 참고로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 환기 시스템 제어방법은, 실내의 이산화탄소 농도를 측정하고, 이산화탄소의 농도가 1,000 ppm 이상일 때에, 실내로 공급되는 외기의 유량, 및 실외로 배출되는 실내 배기의 유량 중 적어도 어느 하나 이상을 조절할 수 있다. 여기서, 실내 이산화탄소의 농도 측정은 외기 및 실내 배기의 온도 및 상대습도 측정 단계에서 함께 수행될 수 있다. 다만, 이산화탄소의 측정이 반드시 외기 및 실내 배기의 온도 및 상대습도 측정 단계에서 이루어져야 하는 것은 아니다. 이산화탄소의 측정은 건물 재실인원수에 따른 필요 환기량을 산정하기 위한 것으로, 측정된 이산화탄소의 농도가 1,000 ppm 이상일 때에는 추가적으로 실내로 공급되는 외기의 유량 및/또는 실외로 배출되는 실내 배기의 유량을 조절할 수 있다. 이때, 외기의 유량 및 실내 배기의 유량은 전술한 외기 공급 팬 및 실내 배기 배출 팬의 송풍량 제어를 통해 조절될 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속한 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10: 조습모듈 11: 중공사막
13: 제1 다공판 13a: 제1 관통홀
15: 제2 다공판 15a: 제2 관통홀
17: 하우징 17a: 실내 배기 유입구
17b: 실내 배기 유출구 20: 현열 교환기
30: 외기 통로부 31: 제1 외기 통로
33: 제2 외기 통로 35: 제3 외기 통로
40: 실내 배기 통로부 41: 제1 실내 배기 통로
43: 제2 실내 배기 통로 45: 제3 실내 배기 통로
50: 외기 우회 통로 60: 댐퍼
70: 외기 공급 팬 80: 실내 배기 배출 팬
90: 히터부 100: 필터부
110: 이산화탄소 센서 120: 유량 제어부

Claims (14)

  1. 수증기 분압의 차이를 이용해, 실외에서 공급되는 외기와 실내에서 배출되는 실내 배기 사이에 수분을 교환시켜, 상기 외기의 습도를 조절하는 조습모듈;
    상기 조습모듈을 통과한 상기 외기와, 상기 조습모듈로 유입되기 전의 상기 실내 배기 사이에 열을 교환시켜, 상기 외기의 온도를 조절하는 현열 교환기;
    상기 외기를 상기 조습모듈로 안내하는 제1 외기 통로, 상기 조습모듈을 통과한 상기 외기를 상기 현열 교환기로 안내하는 제2 외기 통로, 및 상기 현열 교환기를 통과한 상기 외기를 상기 실내로 안내하는 제3 외기 통로를 포함하는 외기 통로부; 및
    상기 실내 배기를 상기 현열 교환기로 안내하는 제1 실내 배기 통로, 상기 현열 교환기를 통과한 상기 실내 배기를 상기 조습모듈로 안내하는 제2 실내 배기 통로, 및 상기 조습모듈을 통과한 상기 실내 배기를 상기 실외로 안내하는 제3 실내 배기 통로를 포함하는 실내 배기 통로부;를 포함하고,
    상기 조습모듈은,
    각각의 일단으로 상기 외기가 내부로 유입되어 타단으로 배출되고, 내부의 상기 외기와 외측으로 유동하는 상기 실내 배기 사이에 상기 수분이 교환되도록 외면을 통해 상기 수분이 통과되며, 서로 나란하게 배열되는 다수의 중공사막(hollow fiber membrane);
    다수의 상기 중공사막의 일단과 일대일로 소통하는 다수의 제1 관통홀을 구비한 제1 다공판;
    다수의 상기 중공사막의 타단과 일대일로 소통하는 다수의 제2 관통홀을 구비하는 제2 다공판; 및
    상기 제1 다공판과 상기 제2 다공판을 서로 마주보게 고정하고, 내부에 다수의 상기 중공사막이 배치되며, 상기 중공사막의 길이방향과 교차하는 방향을 따라 상기 중공사막을 사이에 두고 상기 실내 배기를 유입시키는 실내 배기 유입구, 및 실내 배기를 유출시키는 실내 배기 유출구가 형성된 하우징;을 포함하며,
    상기 조습모듈 및 상기 현열 교환기를 우회하여, 상기 제1 외기 통로와 상기 제3 외기 통로를 연결하는 외기 우회 통로; 및
    상기 외기 우회 통로를 개폐하는 댐퍼;를 더 포함하는 환기 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3 외기 통로 내에 배치되고, 상기 실내로 공급하는 상기 외기의 유량을 조절하는 외기 공급 팬(fan);을 더 포함하는 환기 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3 실내 배기 통로 내에 배치되고, 상기 실외로 배출되는 상기 실내 배기의 유량을 조절하는 실내 배기 배출 팬(fan);을 더 포함하는 환기 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 외기 통로 내에 배치되고, 상기 실외로부터 유입되는 상기 외기를 가열하는 히터부;를 더 포함하는 환기 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 외기 통로 내에 배치되고, 상기 실외로부터 유입되는 상기 외기를 여과하는 필터부;를 더 포함하는 환기 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 실내의 이산화탄소 농도를 측정하는 이산화탄소 센서; 및
    측정된 상기 이산화탄소 농도를 기반으로, 상기 실내로 공급되는 상기 외기의 유량, 및 상기 실외로 배출되는 상기 실내 배기의 유량을 제어하는 유량 제어부;를 더 포함하는 환기 시스템.
  9. 청구항 1, 및 4 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 따른 환기 시스템을 제어하는 환기 시스템 제어방법에 있어서,
    (a) 상기 실외에서 공급되는 상기 외기, 및 상기 실내에서 배출되는 상기 실내 배기 각각의 온도 및 상대습도를 측정하는 단계;
    (b) 측정된 상기 온도 및 상대습도를 기반으로, 상기 외기 및 상기 실내 배기 각각의 절대습도, 및 엔탈피를 산출하는 단계; 및
    (c) 산출된 상기 절대습도, 및 상기 엔탈피를 기반으로, 상기 환기 시스템을 다수의 모드로 운전하되, 산출된 상기 외기의 절대습도가 상기 실내 배기의 절대습도 이하일 때에, 제1 모드로 운전하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1 모드는,
    상기 조습모듈로 유입된 상기 외기와 상기 실내 배기 사이의 상기 수분 교환을 통해 상기 외기를 가습하는 단계;
    가습된 상기 외기를 상기 현열 교환기로 유동시키고, 상기 실내 배기와의 열 교환을 통해 상기 외기를 가열하는 단계; 및
    가습 및 가열된 상기 외기를 상기 실내로 공급하는 단계;를 포함하는 환기 시스템 제어방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 모드의 상기 외기를 가습하는 단계에서, 상기 외기는 가열된 후에 상기 조습모듈로 유입되는 환기 시스템 제어방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 (c) 단계에서, 산출된 상기 외기의 절대습도가 상기 실내 배기의 절대습도를 초과하고, 산출된 상기 외기의 엔탈피가 상기 실내 배기의 엔탈피 이하일 때에, 제2 모드로 운전하고,
    상기 제2 모드는,
    상기 외기에 대한 상기 수분 교환 및 상기 열 교환을 생략하고, 상기 외기를 상기 실외에서 상기 실내로 공급하는 단계;를 포함하는 환기 시스템 제어방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제2 모드에서 상기 외기 중 적어도 일부는, 상기 조습모듈 및 상기 현열 교환기를 우회하여 상기 실내로 공급되는 환기 시스템 제어방법.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 (c) 단계에서, 산출된 상기 외기의 절대습도가 상기 실내 배기의 절대습도를 초과하고, 산출된 상기 외기의 엔탈피가 상기 실내 배기의 엔탈피를 초과할 때에, 제3 모드로 운전하고,
    상기 제3 모드는,
    상기 조습모듈로 유입된 상기 외기와 상기 실내 배기 사이의 상기 수분 교환을 통해 상기 외기를 제습하는 단계;
    제습된 상기 외기를 상기 현열 교환기로 유동시키고, 상기 실내 배기와의 열 교환을 통해 상기 외기를 냉각하는 단계; 및
    제습 및 냉각된 상기 외기를 상기 실내로 공급하는 단계;를 포함하는 환기 시스템 제어방법.
  14. 청구항 9에 있어서,
    상기 (a) 단계에서, 상기 실내의 이산화탄소의 농도를 측정하고,
    상기 (c) 단계에서, 측정된 상기 이산화탄소의 농도가 1,000 ppm 이상일 때에, 상기 실내로 공급되는 상기 외기의 유량, 및 상기 실외로 배출되는 상기 실내 배기의 유량 중 적어도 어느 하나 이상을 조절하는 환기 시스템 제어방법.
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