KR102551376B1 - 변유량 제어 기능을 갖는 지열시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 생산측 공급과 순환 배관 내 유체 온도편차 감지 및 부하측 사용량에 따른 순환펌프 조절이 가능한 수요반응형 운전효율 개선형 지열시스템 및 그의 변유량 제어방법을 제공하는 것으로, 물 순환방식의 생산측과 공기 순환방식의 부하측으로 이루어지는 변유량 제어 기능을 갖는 '물-공기 방식'의 지열시스템으로서, 생산측은, 지중에 매설된 파이프 내부를 순환하는 유체에 의해 땅속의 열에너지를 이용하여 열교환을 하는 지중열교환기; 지중열교환기의 파이프 내부의 작동 유체를 순환시키는 지중수 순환펌프; 지중 열을 흡수하여 실내기로 전달하거나 실내 열을 흡수하여 지하로 방출함으로써 실내온도를 조절하기 위한 열교환 장치인 히트펌프; 및 지중열교환기와 지중수 순환펌프와 히트펌프를 제어하는 지열제어반; 을 포함하여 구성되고, 부하측은, 실내기를 포함하여 이루어지며. 지열제어반의 메인 제어부는, 부하측의 부하 사용 용량을 추정하고 이에 응하여 인버터를 통하여 조정된 전력을 전원선을 통해 지열수 순환펌프로 공급함으로써, 순환펌프를 제어하되, 부하의 사용 용량은, 실내기 및 지열수 입출구의 온도 및 히트펌프의 운전전류에 의하여 판단되어지는 것을 특징으로 한다.

Description

변유량 제어 기능을 갖는 지열시스템 및 그 제어 방법{GEOTHERMAL HEATING AND COOLING SYSTEM HAVING VARIABLE WATER VOLUME CONTROL FUNCTION, AND THE CONTROLING METHOD THEREOF}

본 발명은 변유량 제어 기능을 갖는 지열시스템 그 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실내 부하 측의 사용량(냉난방 가동율)에 대응하여 생산측의 지열수 유량을 제어함으로써 순환펌프 소비동력을 절감하는 기능을 갖는 지열시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로, '지열 냉난방시스템'이란, 지중 5~200m 부분의 일정한 온도(평균 15℃)를 활용하여 냉난방시스템의 에너지원으로 사용하는 시스템을 말하는바, 본 명세서에서는 간단히 '지열시스템'이라고 약칭하기로 한다.

일반적인 지열시스템은, 지중열교환기(HDPE PIPE)를 지중에 설치하고 파이프 내부에 순환 유체를 이용하여 열교환이 이루어지며, 획득하거나 방출한 열에너지가 지열히트펌프를 통해 실내에 공급되도록 한다.

지열시스템이 난방 운전일 경우에는, 도 1a에서 보는 바와 같이, 유체가 지중열을 얻어(흡수하여), 실내에 열을 전달하며, 냉방 운전일 경우에는, 도 1b에서 보는 바와 같이, 실내의 열을 지중에 방열하게 된다.

지열시스템에서는 지열히트펌프가 필수적으로 사용되는바, 지열히트펌프는 지중의 열을 실내로 흡수하거나 실내 열을 지중으로 방출하여 실내 적정온도를 유지하게 하는 핵심장치이다.

지열히트펌프의 내부 구조를 간략히 살펴보면, 도 1c에서 보는 바와 같이, 1)압축기, 2)응축기, 3)팽창밸브, 및 4)증발기로 구성되어 있으며, 히트펌프 운전의 기본 원리는 기화와 액화 현상이다.

먼저, 압축기는 압력과 온도를 올려주는 장치로서, 증발기에서 온 저온 (혹은 저압) 의 증기 냉매를 압축 → 고온 (혹은 고압) 의 증기 냉매로 만드는 장치이다.

다음, 응축기는 냉매에서 외부로 열을 방출하는 장치로서, 압축기에서 압축된 고온·고압 증기 냉매가 냉각되면서 열을 방출하여 냉매를 액체 상태로 응축(액화)하는바, 냉매가 고온·고압의 기체에서 액체로 변할 때 냉매가 가진 열을 외부로 방출하게 되며, 이때 발생하는 열을 난방에 활용하게 된다.

다음, 팽창밸브는 냉매가 팽창되면서 순간적으로 압력과 온도를 낮추는 역할을 하는바, 고온·고압 액체 상태 냉매를 팽창시켜 저온·저압 기체와 액체가 혼합된 상태의 냉매로 만든다.

다음, 증발기는 냉매가 외부로부터 열을 흡수하는 장치인바, 액체 상태의 냉매가 기체로 변화(기화)하므로 주위의 열을 흡수하여 온도를 낮추게 되며, 이때 열을 흡수하는 과정을 냉방에 활용하게 된다.

마지막으로, 사방밸브는 장비 하나로 냉방과 난방이 작동할 수 있도록 냉매 흐름 방향을 조절하는 밸브이다.

종래의 일반적인 지열시스템은, 제어 구성이 단순하고 신뢰성이 입증된 정유량 운전이 많이 이용되고 있으며, 연구는 주로 시스템 최적화보다 냉난방운전 성능에 관한 연구가 많고 변유량 관련 연구는 많지 않은 상황이다.

정유량 운전은, 시스템 제어가 쉽다는 장점이 있으나 에너지 소비 및 운전 효율 측면에서는 바람직하지 않으며, 반면, 변유량 제어는, 에너지 소비 및 운전 효율 측면에서는 더 유리하나, 현재 대다수 변유량 제어는 배관의 차압을 이용한 제어방식이 주를 이루고 있어, 부하 대응 및 에너지 절감 측면에서 그다지 효율적이지 못하다.

한편, 지열 냉난방 시스템에 관한 제2 종래기술로서, 대한민국 등록특허공보 제10-1993627호(명칭 : 히트펌프의 최적화를 위한 지열 냉난방 시스템 및 그 제어방법)가 개시되어 있는바, 상기 제2 종래기술에 관한 지열 냉난방 시스템은, 도 2a에서 보는 바와 같이, 지하에 구비되어 계절에 상관없이 12 ~ 18℃ 열을 갖는 지열원(200)과; 상기 지열원(200)부터 지열수를 공급 및 순환시켜 히트펌프(300)로 열교환되도록 공급헤더를 갖는 지열공급관(111) 및 환수헤더를 갖는 지열환수관(121)으로 순환 연결되는 지열순환부(100)와; 상기 지열순환부(100)의 지열공급관(111) 및 지열환수관(121)에 각각 구비되어 유량, 온도, 수위를 측정 및 제어하는 지열제어유닛(700)과; 상기 지열순환부(100)를 통해 공급되는 지열수를 열교환하여 실내부하 측에 열을 방출하는 열교환기를 포함하는 히트펌프(300)와; 상기 히트펌프(300)의 순환매체를 순환시키도록 관로 연결되는 매체공급관(610) 및 매체환수관(620)을 갖는 매체순환부(600)와; 상기 지열순환부(100)와 매체순환부(600) 사이에 연결 구비되어 지열순환부(100)의 지열수와 매체순환부(600)의 순환매체를 상호 열교환 시키는 지열열교환기(130)와; 상기 매체순환부(600)의 매체공급관(610) 및 매체환수관(620)에 각각 구비되어 유량, 온도, 수위를 측정 및 제어하는 매체제어유닛(800)과; 상기 지열제어유닛(700)과 매체제어유닛(800)을 통해 상기 지열원(200), 히트펌프(300), 실내부하 측의 각 측정값에 따라 온도차(△T)에 대응하여 지열제어유닛(700)과 매체제어유닛(800)을 제어하는 제어부(900)와; 상기 지열순환부(100)의 환수헤더(120)와 상기 매체순환부(600)을 연결하여 실내부하 측의 가변부하에 대응하여 환수열을 공급받아 순환매체와 열교환을 수행하는 매체열교환기(410)를 포함하는 바이패스(400)와; 상기 바이패스(400)에 연결되어 상기 히트펌프(300)의 초기 가동 시 가변부하에 따라 냉난방 설정온도에 맞도록 환수열을 예열하여 온도를 조절하는 온도제어기(500)를 포함하여 구성되어 있다.

아울러, 상기 제2 종래기술에 관한 지열 냉난방 시스템의 제어 방법은, 도 2b에서 보는 바와 같이, 상기 지열 냉난방 시스템의 제어방법에 있어서, a) 상기 제어부를 통해 측정된 실내부하 측 온도와 지열원(200)의 온도를 비교하여 히트펌프(300)의 최적 온도의 유지를 위해 양수해야 할 지열원(200)을 선정하는 설정단계(S10)와; b) 상기 제어부의 제어에 따라 상기 지열제어유닛(700) 및 매체제어유닛(800)을 통해 유량, 온도, 수위를 측정하여 해당 열량에 대응하여 히트펌프(300)를 구동시키는 구동단계(S20)와; c) 상기 제어부의 제어를 통해 히트펌프(300)의 열교환된 온도차와 순환매체에 따라 실내부하와 지열원(200)의 측정값을 비교여 지열제어유닛(700) 및 매체제어유닛(800)의 펌프 및 밸브를 작동시켜 순환매체의 공급량을 조절하는 조절단계(S30)와; d) 지열열교환기(130)에 의해 실내부하 측으로 열을 방출한 순환매체와 지열수의 열교환을 통해 지열순환부(100)의 지열환수관(121)을 따라 방출열이 환수되는 환수단계(S40); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제2 종래기술은, 실내부하 및 공급지열수의 온도에 따라 지열원으로부터 공급지열수를 선택적으로 사용하고, 히트펌프의 온도차와 공급지열수의 량을 조절한다는 장점이 있기는 하나, 히트펌프의 온도별 COP 데이터를 기반으로 지열 설비 내의 지열수의 온도를 제어함으로 히트펌프의 성능 최적화하기 위한 기술로서, 여전히 순환펌프의 경우에는 부하량과 무관하게 미리 정해진 최대치로 운전하게 됨으로써, 부하량이 적을 때에는 불필요한 에너지를 소비하게 된다.

다른 한편, 지열 냉난방 시스템에 관한 제3 종래기술로서, 대한민국 등록특허공보 제10-2177205호(명칭 : 안정성과 효율성이 확보된 지열 시스템 및 그 제어방법)가 개시되어 있는바, 상기 제3 종래기술은, 도 3a 및 도 3b에서 보는 바와 같이, 제어부(60)를 이용하여 각종 부하(L)와 지열 히트펌프(HP)를 포함하는 지열 시스템의 부하 순환수(LW)를 제어하는 방법(LM)에 관하여 도시한 블록도로, 유량정보 확인단계(S000), 탱크 온도정보 확인단계(S100), 부하측 온도정보 확인단계(S300), 부하량 산정단계(S400) 및 인버터 펌프 제어단계(S600)을 포함한다.

상기 제3 종래기술에서, 상기 유량정보 확인단계(S000)는 상기 제어부(60)가 지열 히트펌프(HP)의 가동 유량을 확인하는 단계로서, 도 3a에 도시된 바와 같이 상기 지열 히트펌프(HP) 측의 배관에는 유량계(85)가 설치되어 상기 유량계(85)가 측정한 유량정보를 제어부(60)가 전달 받을 수 있다.

상기 탱크 온도정보 확인단계(S100)는 상기 제어부(60)가 지열 히트펌프(HP)와 부하(L) 사이에 구비된 차압 안정화 탱크(40)에서 상기 지열 히트펌프(HP)로 토출되는 부하 순환수(LW1)와 상기 지열 히트펌프(HP)에서 차압 안정화 탱크(40)로 유입되는 부하 순환수(LW1)의 온도를 확인하는 단계로서, 상기 차압 안정화 탱크(40)의 히트펌프측 유입부(44a)와 히트펌프측 토출부(43b)에는 각각 온도계(86a)(86b)가 설치되어 상기 온도계(86a)(86b)가 측정한 온도정보를 제어부(60)가 전달 받을 수 있다.

또한, 상기 부하측 온도정보 확인단계(S300)는 상기 제어부(60)가 차압 안정화 탱크(40)에서 상기 부하(L)측으로 토출되는 부하 순환수(LW2)와 상기 부하(L)측에서 차압 안정화 탱크(40)로 유입되는 부하 순환수(LW2)의 온도를 확인하는 단계로서, 상기 차압 안정화 탱크(40)의 부하측 유입부(43a)와 부하측 토출부(44b)에는 각각 온도계(87a)(87b)가 설치되어 상기 온도계(87a)(87b)가 측정한 온도정보를 제어부(60)가 전달 받을 수 있다.

한편, 상기 부하량 산정단계(S400)는 상기 제어부(60)가 차압 안정화 탱크(40)의 온도정보 및 유량정보와 부하(L)측의 온도정보를 이용하여 부하(L)측에 요구되는 부하량을 산정하는 단계이다. 즉, 현재 지열 히트펌프(HP)에 순환 중인 부하 순환수(LW1)의 온도정보 및 유량정보와 부하(L)측의 온도정보를 바탕으로 요구되는 부하량이 산정될 수 있다.

이후 진행되는 인버터 펌프 제어단계(S600)는 상기 제어부(60)가 산정된 부하량에 따라 부하(L)측에 순환하는 부하 순환수(LW2)의 유량이 조절되도록 상기 차압 안정화 탱크(40)와 부하(L) 사이에 구비된 인버터 펌프(50)를 제어하는 단계이다.

상기 부하량 산정단계(S400)에 의하여 필요한 부하량이 산정되면 부하(L)측의 온도정보를 기반으로 부하(L)측에 요구되는 부하 순환수(LW2)의 유량이 산정될 수 있으므로, 상기 제어부(60)는 상기 유량정보 확인단계(S000), 탱크 온도정보 확인단계(S100) 및 부하측 온도정보 확인단계(S300)를 바탕으로 실시간으로 변화되는 부하량을 산정함으로써 인버터 펌프(50)에 의하여 가동되는 유량을 지속으로 제어할 수 있다.

상기 제3 종래기술은, 부하(L)측 열교환 효율을 증대시킬 수 있으며, 인버터 펌프(50)에 의하여 적정량의 유량만이 공급되므로 불필요한 전력 소모가 발생되는 것을 예방할 수 있기는 하나, 순환수(LW1)의 온도정보 및 유량정보와 부하(L)측의 온도정보를 바탕으로 부하량이 산정되므로, 정확한 부하량 산정이 되지 않는다는 문제점이 있으며, 더욱이 어떠한 방식으로 부하량을 산정하는지에 대한 구체적인 개시가 없다.

참고로, 지열 시스템은, 지중열교환기 설치 방식에 따라 수직밀폐형 및 개방형으로 구분되는바, 수직밀폐형은 지중열교환기의 밀폐된 파이프내에 유체가 순환하여 지중 열을 흡수 또는 방출하는 방식이며, 개방형은 지하수를 심정펌프를 이용하여 직접 지상으로 가져와 지하수의 열을 이용하는 방식으로, 상기 제3 종래기술의 개방형은 수직밀폐형에는 바로 적용이 어렵다. 아울러, 지열 시스템은, 에너지공급 방식에 따라 물 대 물, 물 대 공기 방식으로 구분되는바, 상기 제3 종래기술은 물-물 방식의 지열시스템으로 부하측 순환 유체가 물이므로 부하측 온도를 측정하여 부하량 산정 및 순환펌프를 제어하는 것이 용이하지만, 물-공기 지열시스템에는 적용이 안되는 기술이다. 더욱이, 상기 제3 종래기술은 이물질 제거를 위한 싸이클론 탱크, 탱크 추가에 따른 인버터 펌프 추가 등 기존 개방형 지열시스템 대비 다수의 장비 추가가 필요하다는 한계도 존재한다.

특허문헌 1 : 대한민국 등록특허공보 제10-1993627호(명칭 : 히트펌프의 최적화를 위한 지열 냉난방 시스템 및 그 제어방법) 특허문헌 2 : 대한민국 등록특허공보 제10-2177205호(명칭 : 안정성과 효율성이 확보된 지열 시스템 및 그 제어방법)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 생산측 공급과 순환 배관 내 유체 온도편차 감지 및 부하측 사용량에 따른 순환펌프 조절이 가능한 수요반응형 운전효율 개선형 지열시스템 및 그의 변유량 제어방법을 제공하는 것이다.

지열시스템은 순환펌프가 필수적으로 필요하며, 순환펌프 에너지 소비량 비중 또한 높기에 여기에서의 에너지 절감이 매우 중요한 부분인바, 일례로 세계 최대 물 공급 회사인 Thames Water사에 따르면 펌프의 수명주기(10년) 간 펌프를 운영하는데 드는 총 비용은 펌프의 구매비용 5%, 전력소비비용 85%, 유지보수 비용 10%로 분석됨에 따라, 지열시스템 운영 기간 동안 펌프의 소비동력 최적화가 훨씬 적은 에너지와 비용으로 최적의 실내환경을 조성할 수 있다.

일반적으로 순환펌프의 경우 부하측 사용량과 상관없이 일정한 유량을 제공하는 정속펌프를 이용하는바, 지열시스템의 에너지 소비비용 증가의 주된 원인 중 하나는 부하를 고려하지 못하는 정속펌프 사용 때문이며, 이는 부하측 사용량이 적은 경우에도 펌프가 최고 속도로 작동하여 불필요한 전력 소비에 따른 비용부담을 유발하기 때문이다. 따라서, 본 기술은 배관 온도차 및 부하측 사용량에 따라 순환펌프 가동율을 제어함으로써 순환펌프의 불필요한 운전을 방지하고, 지열수 순환펌프 소비동력 절감하기 위함이다.

이상의 목적 및 다른 추가적인 목적들이, 첨부되는 청구항들에 의해 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서, 당업자들에게 명백히 인식될 수 있을 것이다.

먼저, 본 발명의 지열 히트펌프 전류값에 따른 정격능력 계측 및 순환펌프 회전수 제어는, 계기용 변류기를 통해 히트펌프의 운전전류를 계측하며, 운전전류 측정값 및 히트펌프 정격능력을 기준으로 부하 측 사용량 계측하고, 정격 능력치를 활용한 부하 측 사용량 환산 데이터 쉬트(Data Sheet)를 프로그램화하여 제어기에 적용하여, 지열히트펌프 운전전류에 따라 순환펌프 출력전압을 제어함으로써 소비동력 절감하게 된다.

특히, 순환펌프 최대 유량 제한 출력을 행하게 되는바, 순환펌프는 설계 여유치를 고려하여 적용된 펌프의 성능 곡선을 검토하여, 실제 시스템에 필요한 유량만큼만 운영될 수 있도록 펌프 최대 유량 제한 출력을 적용하게 된다.

즉, 제어기에 순환펌프 출력 전압 최대치를 조절할 수 있도록 프로그램을 구성하여 불필요한 순환펌프 소비동력 발생을 방지하며, 지열시스템(물-공기)이 냉방과 난방에 따라 정격능력치가 다름에 따라 현재 히트펌프가 가동하는 목적이 냉방인지 난방인지에 대한 구분이 필요한 바, 이를 위해 생산측 입구와 출구측 온도를 검출하여 온도차에 따른 냉난방 가동여부 구분이 가능한 프로그램을 제어기에 적용한다.

마지막으로, 본 발명의 지열시스템(물-공기)은, 부하측 사용량 계측값을 한국에너지공단의 표준 프로토콜(REMS)에 맞춰 전송이 가능하도록 프로그램 구현하였다.

한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제1 측면에 따르는 변유량 제어 기능을 갖는 지열시스템은, 물 순환방식의 생산측과 공기 순환방식의 부하측으로 이루어지는 변유량 제어 기능을 갖는 '물-공기 방식'의 지열시스템으로서, 상기 생산측은, 지중에 매설된 파이프 내부를 순환하는 유체에 의해 땅속의 열에너지를 이용하여 열교환을 하는 지중열교환기(130); 상기 지중열교환기(130)의 파이프 내부의 작동 유체를 순환시키는 지중수 순환펌프(120); 지중 열을 흡수하여 실내기로 전달하거나 실내 열을 흡수하여 지중으로 방출함으로써 실내온도를 조절하기 위한 열교환 장치인 히트펌프(110); 및 상기 지중열교환기(130)와 지중수 순환펌프(120)와 히트펌프(110)를 제어하는 지열제어반(100); 을 포함하여 구성되고, 상기 부하측은, 실내기(171)를 포함하여 이루어지며. 상기 지열제어반(100)의 메인 제어부(103)는, 상기 부하측의 부하 사용 용량을 추정하고 이에 응하여 인버터(181, 181')를 통하여 조정된 전력을 전원선(153, 153')을 통해 지열수 순환펌프(120, 120')로 공급함으로써, 순환펌프를 제어하되, 상기 부하의 사용 용량은, 실내기 및 지열수 입출구의 온도 및 히트펌프의 운전전류에 의하여 판단되어지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 히트펌프 운전전류 계측은 상기 히트펌프(110)에 입력되는 히트펌프 전원선(157)에서의 운전전류 검침기(AC Current T/D)(183)에 의하여 이루어지고, 상기 지열수 입출구에서의 온도(PT-100 PIPE TEMP)는 지열수 입출구 온도 검출 신호선(154) 및 온도검출기(161)에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 지중수 순환펌프(120)는 메인 순환펌프(120) 외에 비상시 예비용 지중수 순환펌프(120')가 추가되며, 상기 예비용 지중수 순환펌프(120')는 상기 메인 지중수 순환펌프(120)와 병렬로 접속되어지는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 최초 설치시 시운전 가동 프로세스를 진행함으로써, 해당 지열시스템에 적합한 "최대유량제한출력"을 행하게 되되, 순환펌프 최대 출력 주파수부터 일정 비율로 줄여가면서 히트펌프 최대 운전전류에 따른 온도차가 허용치에 도달되는 지점을 찾으며, 최소 운전 전류에 따른 순환펌프 최저 주파수 지점 또한, 동일한 방식으로 검출하고, 이와 같이 찾은 최대 및 최소 운전지점에서의 해당 주파수값을 시스템에 적용하도록 하여, 상기 최대 및 최소 운전점을 최초 가동시 찾고 상기 최대 및 최소 운전점의 주파수 범위를 벗어나지 않도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

다른 한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제2 측면에 따르는 변유량 제어 기능을 갖는 지열시스템의 제어 방법은, 히트펌프 가동이 시작되면(S11), 순환펌프 주파수 제어값을 송출하되, 기 설정된 최대주파수로부터 시작하여 일정 비율로 감소시켜 가며 제어값을 송출하게 되는 단계(S12); 상기 S12 단계 이후, 인버터(181)는 미리 정해진 운전 데이터 쉬트를 참조하여 상기 주파수값을 전압값으로 변환하게 되고(S13), 이를 순환펌프(120) 모터의 전압값으로 출력함으로써 순환펌프 모터의 회전수를 제어하게 되는 단계(S14); 상기 S14 단계 이후, 제어반은 지열수 배관 입출구 온도 차이값의 절대값 (│입구온도-출구온도│)이 기 정해진 허용치보다 작은지? 여부를 체크하게 되는 단계(S15); 및 상기 S15 단계에서의 판단 결과, 'No'이면 상기 S12 단계로 리턴하여 상기 S12~S15 단계를 반복 수행하고, 상기 S15 단계에서의 판단 결과, 'Yes'이면 지열수 순환펌프 최대유량제한출력의 한계치를 저장하고 순환펌프를 그 범위 내로 가동하게 되는 단계(S16); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또다른 한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제1 측면에 따르는 변유량 제어 기능을 갖는 지열시스템의 제어 방법은, (g) 상기 지열시스템이 안정화된 이후, 지열수배관 입출구 온도를 계측하는 단계(S31); (h) 상기 (g) 단계 이후, 상기 지열수배관의 입구온도와 출구온도에 따라서, 입구온도 > 출구온도' 이면 난방모드로, '입구온도 < 출구온도' 이면 냉방모드로, 난방과 냉방을 구별하여 운전하게 되는 단계(S32); (j) 상기 (h) 단계 이후, 히트펌프 운전전류값을 계측하게 되는 단계(S33); (k) 상기 (j) 단계에서 계측된 히트펌프 운전전류값에 기하여, 미리 정해진 부하측 사용량에 따른 순환펌프 제어용 데이터 쉬트에 기하여 순환펌프 출력제어값을 계산하는 단계(S34); (m) 상기 (k) 단계에서 계산된 순환펌프 출력제어값을 순환펌프 주파수값으로 인버터(181)로 송출하게 되는 단계(S35); (n) 상기 인버터는 상기 (m) 단계에서 수신한 주파수값을 전압값으로 변환하는 단계(S36); 및 (p) 상기 (n) 단계에서의 전압값으로 순환펌프 회전수를 제어하게 됨으로써 변유량 제어를 행하게 되는 단계(S37); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 (g) 단계 이전에, (a) 지열시스템이 가동되면, 부하측 실내 공조기(171)에서 부하측 실내온도(IT)를 계측하는 단계(S21); (b) 설정온도(ST)가 상기 (a) 단계에서 계측된 실내온도와 동일한지? 여부를 판단하게 되는 단계(S22); (c) 상기 (b) 단계에서의 판단 결과, 양자가 동일하면(ST=IT) 일정 시간 대기 후(S23), 상기 (a) 단계부터 다시 시행하게 되는 단계; (d) 상기 (b) 단계에서의 판단 결과, 양자가 동일하지 않으면(ST≠IT), 상기 지열수 순환펌프를 가동하되 시운전 가동 시 세팅된 최대유량제한출력으로 순환펌프(120)를 가동하게 되는 단계(S24); (e) 상기 (d) 단계 이후, 히트펌프 가동을 시작하게 되는 단계(S25); 및 (f) 상기 (e) 단계 이후, 냉매 온도 및 압력 변화 안정화를 위한 대기 시간 동안의 초기 가동을 하게 되는 단계(S26); 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, (q) 상기 (p) 단계 이후, 제어반은 설정온도와 실내온도를 비교하는 단계(S38); (r) 상기 (q) 단계에서의 판단 결과, '설정온도=실내온도'가 아니면, 상기 (h) 단계부터 반복수행하여 피드백 제어하게 되는 단계; 및 (s) 상기 (q) 단계에서의 판단 결과, '설정온도=실내온도'이면, 히트펌프 가동을 정지하고(S39), 이후 순환펌프 가동도 정지함으로써 전체 지열시스템을 정지하게 되는 단계(S40); 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 지열시스템의 변유량 제어방법에 따르면, 지열히트펌프는 부하측 사용량에 따라 운전율이 변동됨에도 불구하고, 기존 지열시스템(물-공기)의 경우에는, 지열히트펌프 운전율과 상관없이 지열수 순환펌프가 정속으로 운행됨에 따라 불필요한 소비동력 발생했으나, 본 발명의 변유량 제어 기능을 갖는 지열시스템 및 그 제어 방법에 따르면, 지열히트펌프 운전율이 부하측 사용량에 따라 변동되므로, 불필요한 소비동력 발생이 방지될 수 있다.

즉, 본 발명의 경우, 부하측 사용량 이상의 유량을 제공해주는 것이 에너지 낭비임에 착안하여, 부하측 사용량에 대응한 유량을 제공해 주기 위해 지열히트펌프 생산측 입출구 온도차(차온)와 운전 전류값에 기초하여 지열수 순환펌프 출력전압을 조정(주파수 제어)함으로써 부하에 대응한 펌프 가동이 가능케 하여 순환펌프 소비동력을 절감하게 되며, 아울러, 통상 지열시스템 설계 시 적용되는 펌프는 실제 필요한 출력보다 여유율을 가지고 설계되어, 펌프가 정속운전을 할 경우 펌프 여유율 수치만큼 전력을 낭비하게 되나 (통상 약 20% 수준의 전력 낭비), 본 발명의 경우, 제어기 내에 시스템 필요 유량만큼만 펌프 출력을 낼 수 있도록 최대유량 제한 출력을 줌으로써 불필요한 동력 소모 방지하게 된다.

추가적으로, 현재 지열시스템(물-공기) 방식의 경우, 제조사가 정보를 제공하지 않아 실제 지열시스템에 가장 중요한 부하측 사용량에 대한 정보 확인이 어려움이 있고, 지열시스템 활용 측면에 있어 에너지원 생산량보다 부하측 사용량의 중요도가 더 높음에도 불구하고 현재 계측되지 않고 있는바, 본 발명이 경우, 지열히트펌프 운전전류 검측을 기반으로 한 정격능력 분석 및 생산 측 입출구 온도차에 의한 냉난방 가동 제어 기술을 제어기에 적용하여 부하측 사용량 계측 및 REMS 연동이 가능하도록 하게 되었다.

한편, 본 발명의 추가적인 특징 및 장점들은 이하의 설명을 통해 더욱 명확히 될 것이다.

도 1a는 일반적인 지열시스템 중 지열 냉방 원리를 설명하는 도면.
도 1b는 일반적인 지열시스템 중 지열 난방 원리를 설명하는 도면.
도 1c는 일반적인 지열시스템에서 지열히트펌프의 내부 구성도.
도 2a는 제2 종래기술의 히트펌프의 최적화를 위한 지열 냉난방 시스템이 적용되는 도면.
도 2b는 제2 종래기술의 히트펌프의 최적화를 위한 지열 냉난방 시스템의 제어방법을 나타내는 순서도.
도 3a는 제3 종래기술의 지열 시스템을 도시한 도면.
도 3b는 제3 종래기술의 지열 시스템의 부하 순환수의 제어방법을 도시한 흐름도.
도 4는 본 발명이 적용되는 지열시스템의 개략 구성도.
도 5는 본 발명이 적용되는 지열시스템 중 지층수 순환 흐름을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명이 적용되는 지열시스템 중 지층수 입출구 배관 온도를 확인하기 위한 도면.
도 7은 본 발명이 적용되는 지열시스템의 운전 및 제어점을 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명이 적용되는 지열시스템의 구성 요소들을 보여주는 도면.
도 9는 본 발명이 적용되는 지열시스템의 제어 흐름을 설명하기 위한 도면.
도 10은 본 발명이 적용되는 지열시스템의 전체 계통도를 설명하는 도면.
도 11은 본 발명이 적용되는 지열시스템의 제어반의 회로도.
도 12는 본 발명이 적용되는 지열시스템의 제어반의 내부 사진.
도 13은 본 발명의 변유량 제어 기능을 갖는 지열시스템의 제어 방법 중 시운전 가동 프로세스에 대한 흐름도.
도 14 및 도 15는 본 발명의 변유량 제어 기능을 갖는 지열시스템의 제어 방법 중 변유량 제어 프로세스에 대한 흐름도.
도 16은 본 발명의 변유량 제어 기능을 갖는 지열시스템의 제어 방법 중 변유량 제어 모니터링 프로세스에 대한 흐름도.
도 17은 본 발명의 변유량 제어 기능을 갖는 지열시스템의 부하에 따른 순환펌프 출력제어값에 대한 난방 보드 데이터 쉬트.
도 18은 본 발명의 변유량 제어 기능을 갖는 지열시스템의 부하에 따른 순환펌프 출력제어값에 대한 냉방 보드 데이터 쉬트.
도 19는 본 발명의 변유량 제어 기능을 갖는 지열시스템에서 순환펌프 최대 유량 제한 출력에 따른 효과를 설명하는 그래프.

본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

하지만, 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정하여 해석되어서는 안 되며, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진자에게 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 도면들 중 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하며, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 명세서에서, 후술하는 실시예 및 실시 형태들은 예시로서 제한적이지 않은 것으로 고려되어야 하며, 본 발명은 여기에 주어진 상세로 제한되는 것이 아니라 첨부된 청구항의 범위 및 동등물 내에서 치환 및 균등한 다른 실시예로 변경될 수 있다

도 4는 본 발명이 적용되는 지열시스템의 개략 구성도이고, 도 5는 본 발명이 적용되는 지열시스템 중 지층수 순환 흐름을 나타내는 도면이며, 도 6은 본 발명이 적용되는 지열시스템 중 지층수 입출구 배관 온도를 확인하기 위한 도면이다.

도 7은 본 발명이 적용되는 지열시스템의 운전 및 제어점을 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 본 발명이 적용되는 지열시스템의 구성 요소들을 보여주는 도면이며, 도 9는 본 발명이 적용되는 지열시스템의 제어 흐름을 설명하기 위한 도면이다.

도 10은 본 발명이 적용되는 지열시스템의 전체 계통도를 설명하는 도면이고, 도 11은 본 발명이 적용되는 지열시스템의 제어반의 회로도이며, 도 12는 본 발명이 적용되는 지열시스템의 제어반의 내부 사진이다.

도 13은 본 발명의 변유량 제어 기능을 갖는 지열시스템의 제어 방법 중 시운전 가동 프로세스에 대한 흐름도이고, 도 14 및 도 15는 본 발명의 변유량 제어 기능을 갖는 지열시스템의 제어 방법 중 변유량 제어 프로세스에 대한 흐름도이며, 도 16은 본 발명의 변유량 제어 기능을 갖는 지열시스템의 제어 방법 중 변유량 제어 모니터링 프로세스에 대한 흐름도이다.

도 17은 본 발명의 변유량 제어 기능을 갖는 지열시스템의 부하에 따른 순환펌프 출력제어값에 대한 난방 보드 데이터 쉬트이고, 도 18은 본 발명의 변유량 제어 기능을 갖는 지열시스템의 부하에 따른 순환펌프 출력제어값에 대한 냉방 보드 데이터 쉬트이며, 도 19는 본 발명의 변유량 제어 기능을 갖는 지열시스템에서 순환펌프 최대 유량 제한 출력에 따른 효과를 설명하는 그래프이다.

본 발명의 변유량 제어 기능을 갖는 지열시스템은, 소위 "물-공기" 방식의 지열시스템으로서, 지열시스템은 생산측과 부하측으로 나눌 수 있는데, 이때 생산측(또는 열원측)은 지중열교환기 부분을 의미하며, 부하측은 실제 냉난방을 진행하는 건물 내부를 뜻한다.

즉, 생산측(또는 열원측)은 지열시스템이 지중의 열을 이용하는 방식이며, 해당 열이 지중열교환기를 통해 교환되기 때문이며, 부하측은 교환한 열에너지를 실제 활용하는 장소를 의미하며, 이는 냉난방이 요구되는 장소, 즉 건물 내부 실내기 설치 장소를 뜻한다.

본 발명의 변유량 제어 기능을 갖는 지열시스템에서, 열교환은 2군데서 진행되는바, 먼저 지중열교환기에서 파이프 내 유체와 지중열 간의 열교환이 일어나며, 다음 히트펌프에서 유체와 냉매 간에 열교환이 발생한다.

더 상세히는, 도 4 및 도 7에서 보는 바와 같이, 생산측은 지중열교환기(130), 지중수 순환펌프(120), 히트펌프(110) 및 제어반(100)으로 구성되고, 부하측은 실내기(171)와 리모트 컨트롤러(R)로 구성된다.

먼저, 지중열교환기(130)는, 땅속에 일례로 150m 이상 깊이로 보어홀을 천공하고 보어홀 안에 HDPE PIPE를 삽입하여 구성하며, 파이프 내부에 유체를 넣어 순환펌프를 통해 순환시킴으로써 땅속의 열에너지를 이용하여 열교환을 하는 부분이다.

지중수 순환펌프(120)는, 지중열교환기(130)의 작동 유체를 순환시키기 위한 펌프이다.

히트펌프(110)는, 지중 열을 흡수하거나 실내 열을 지중으로 방출하여 실내온도를 일정하게 유지하는 열교환 장치이다.

제어반(100)은, 지열시스템 운전흐름 및 이상을 판단하고 시스템의 실제 동작을 제어하는 기능을 한다.

도 8에서는, 이상의 지열시스템의 구성 요소들의 실제 사진을 보여주고 있는바, 도 8의 (a), (b), (c), (d) 및 (e)는 각각, 제어반(100), 히트펌프(110), 순환펌프(130), 실내기(171) 및 리모트 컨트롤러(R)를 보여주고 있다.

도 5는 본 발명이 적용되는 지열시스템 중 지층수 순환 흐름을 나타내고 있는바, 도 5에서의 화살표들은 지중수 순환 흐름을 나타내며, 지중열교환기는 건물 외부 땅속에 위치하므로, 연결 배관을 통하여 도 5에서의 히트펌프에 연결되어 진다.

도 6은 본 발명이 적용되는 지열시스템 중 지층수 입출구 배관 온도를 확인하기 위한 것으로, 입출구의 기준은 히트펌프에 들어오고 나가는 기준인바, 즉 히트펌프가 기준이 된다.

도 6에서는, 일례로 난방 운전 상황에서, 지열수 입구 온도가 20℃이고 지열수 출구 온도는 17℃임을 보여주고 있다. 참고로, 냉방 운전일 경우에는, 지열수 입구 온도가 17℃, 출구 온도가 20℃의 형태로 바뀌게 된다. 물론, 상기 해당 온도차는 예시일 뿐이며, 입출구 온도는 일례로 ΔT = 5℃ 이내에서 유동적이다.

도 7은 본 발명이 적용되는 지열시스템의 운전 및 제어점을 설명하기 위한 도면인바, 전체 지열시스템은 히트펌프 독립운전 부분과 제어프로그램 제어부분으로 구분되어진다.

즉, 앞서 말씀드린 바와 같이 히트펌프는 부하량(실내-설정온도차)에 따라 독립적으로 가변 운행되며, 제어프로그램의 제어를 받지 않는다.

결국, 제어프로그램은 히트펌프 운전전류값에 기초하여 순환펌프 출력값을 제어하기 된다.

아울러, 순환펌프 출력값을 제어하기 위한 전체 지열시스템 상 계측 지점은, 크게 4부분으로 구분 가능한바, i) 지중수 입출구 온도차 및 ii) 배관 내 유량을 계측하여, 해당 계측값은 냉난방 모드 확인(온도차)과 모니터링 자료(열량= 유량 x 온도차)로 활용된다. 또한, iii) 히트펌프 운전전류값을 계측하여, 전류값에 기초한 순환펌프 출력값을 제공하고, 마지막으로 iv) 실내온도는 히트펌프 리모트 컨트롤러에 있는 온도센서에서 자체적으로 계측하게 된다.

한편, 도 9는 본 발명이 적용되는 지열시스템의 제어 흐름을 설명하기 위한 도면인바, 도 9를 참조하여 발명의 변유량 제어 기능을 갖는 지열시스템의 제어 흐름에 대하여 간략히 설명한다.

먼저, ① 본 발명의 변유량 제어 기능을 갖는 지열시스템의 가동은 실내에 있는 리모트 컨트롤러(R)에서 시작하게 되는바, 설명의 간략화를 위해 난방을 기준으로 설명하면, 실내 설정온도를 높일 경우 리모트 컨트롤러에서 실내기(171)로 동작 신호를 보내게 된다.

② 이에, 상기 실내기(171)는 히트펌프(110)로 시스템 가동신호를 보내며, ③ 신호를 받은 히트펌프(110)는 제어반(100)으로 순환펌프(120) 가동신호를 보내고, ④ 순환펌프(120)가 가동한 후, ⑤ 히트펌프(110)의 압축기가 초기가동을 시작하게 된다.

⑥ 계속해서, 히트펌프(110)의 초기가동(900초) 후 냉매가 안정화되면, 실내기(171)에서 열을 제공하면서 난방이 시작되며, 이때부터 제어프로그램이 히트펌프 운전전류값에 따라 순환펌프 출력을 제어하게 된다.

참고로, 지열시스템 메인전원인 히트펌프와 순환펌프 동력은 제어반(100)을 통해 제공되며, 리모트 컨트롤러와 실내기 동력은 별도 전원으로 제공된다.

즉, 히트펌프에서 순환펌프 가동신호를 제어반에 보내면, 제어반은 순환펌프가 가동하기 위한 동력(전력)을 제공함으로써, 순환펌프를 가동하게 되며, 히트펌프에도 동력(전력)을 제공하게 된다. 다시 말해서, 히트펌프는 부하량에 따라 가변운행되며, 제어프로그램이 제어하지 않고 히트펌프 자체적으로 설정온도차에 따라 운전율을 가변하여 독립적으로 운전되며, 제어반(제어프로그램 포함)은 순환펌프 출력신호와 지열시스템이 가동하기 위한 전력만 공급하며 히트펌프의 On/Off 제어만 진행할 뿐이다.

결국, 제어반(100)의 제어프로그램은, 히트펌프가 독립적으로 운전되어 외부에서 제어가 불가능함에 따라 히트펌프 쪽으로 전력만 제공하고 히트펌프를 제어하지 않기 때문에, 본 발명에서는 변유량 제어를 위해 운전전류를 계측하여 순환펌프를 제어하는 기술을 개발하게 된 것이다.

(변유량 제어 기능을 갖는 지열시스템의 실시예)

이제, 도 10 내지 도 12를 참조하여, 본 발명의 제1 측면에 따르는 변유량 제어 기능을 갖는 지열시스템에 대하여 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 일 측면에 따르는 변유량 제어 기능을 갖는 지열시스템은, 도 10의 계통도에서 보는 바와 같이, 기계실 장치인 생산측과 사무실에 설치되는 부하측으로 이루어지며, 상기 생산측은, 지중에 매설된 HDPE 파이프 내부를 순환하는 유체에 의해 땅속의 열에너지를 이용하여 열교환을 하는 지중열교환기(130), 상기 지중열교환기(130)의 파이프 내부의 작동 유체를 순환시키는 지중수 순환펌프(120), 지중 열을 흡수하여 실내기로 전달하거나 실내 열을 흡수하여 지중으로 방출함으로써 실내온도를 조절하기 위한 열교환 장치인 히트펌프(110) 및 이들을 제어하는 지열제어반(100)으로 구성되고, 상기 부하측은, 실내기(171)와 리모트 컨트롤러(R)로 구성된다. 바람직하게는, 상기 지중수 순환펌프(120)는 메인 순환펌프(120) 외에 비상시 예비용 지중수 순환펌프(120')가 추가되도록 한다.

보다 상세히는, 상기 생산측의 작동유체(물) 배관은, "지중열교환기(130) - 지중수 입구배관(141) - 지중수 순환펌프(120) - 히트펌프(110) - 지중수 출구배관(142) - 지중열교환기(130)" 순으로 연결되며, 상기 지중수 순환펌프(120)에 의해 순환되어 진다. 물론, 바람직하게는, 상기 예비용 지중수 순환펌프(120')가 상기 메인 지중수 순환펌프(120)와 병렬로 접속되어 진다.

또한, 상기 부하측의 공조기(공기) 배관은, "히트펌프(110) - 부하측(냉매) 배관(143) - 부하측 실내공조기(171)" 순으로 연결되어, 히트펌프에서 데워진 (혹은 차가워진) 공기가 공급되어 진다.

상기 지열제어반(100)은, 여러 센싱 신호선 및 전원선과 제어선이 입력/출력되는바, (151)은 일례로 3상 380V의 외부로부터의 지열제어반 전원선 (전력)이고, (152)은 히트펌프 등의 제어를 위한 실내온도 계측 신호선이고, (153)은 인버터에 의해 가변제어됨으로써 순환펌프의 모터 동작을 가변 제어하는 전원선（가변제어) 이고, (154)는 지열수 입출구에서의 온도검출기(161)에 의해 검출된 지열수 입출구 온도 검출 신호선이고, (155)는 히트펌프의 동작전류를 검출하는 전류검출기(도 11의 183)에 의해 검출된 전류검출 신호선이고, (156)은 히트펌프(110)에서 제어반(100)으로의 순환펌프의 가동제어를 위한 순환펌프 신호선이고, (157)은 제어반(100)에서 히트펌프(11)로 출력되는 히트펌프 전원선이며, (158)은 일례로 단상 220V의 실내기(171)의 전원선이다.

계속해서, 도 11의 제어반 회로도 및 도 12의 제어반의 내부 사진을 주로 참조하여, 상기 제어반(100)에 대하여 더욱 상세히 설명한다.

상기 지열제어반(100)은, 지열시스템 운전흐름 및 이상을 판단하고 시스템의 실제 동작을 제어하는 기능을 하는바, 생산측 전체 시스템에 대한 전원을 공급하기 위한 파워서플라이(SMPS)(101)와 모터나 인버터 등과 같이 부하가 일정하지 않은 동적 부하에서 고주파 노이즈를 상쇄하는 역할을 하는 노이즈필터(102)(NF: Noise Filter), 본 발명에서의 메인 제어부인 PLC(Programmable Logic Controller)(103)을 포함하여 이루어진다. 미설명 부호 (104) 는 시스템 전체의 소비전류 계측기(Digital Multi Meter)이다.

상기 PLC(103)는 전체 동작을 제어하는 메인 제어부인바, SMPS(101) 및 노이즈필터(102)를 통해 공급받은 전원을, 인버터(181, 181')를 통하여 조정된 전력을 전원선(153, 153')을 통해 지열수 순환펌프(120, 120')로 공급함으로써, 결국 순환펌프를 제어하게 된다.

아울러, 리모트 컨트롤러(R)로부터의 실내기 가동신호를 통하여 실내기(171)가 가동되면, 실내기로부터 히트펌프(110)로의 시스템 가동신호에 의하여 히트펌프가 가동준비되며, 다시 히트펌프로부터 PLC(103)로 순환펌프 가동신호가 전달된 후 상기 PLC(103)는 이에 응해 순환펌프로 인버터를 통해 조절된 전원을 공급함으로써 순환펌프(120)가 가동하게 되고, 초기가동 후 냉매가 안정되면 히트펌프(110)가 가동하게 된다. 이때 상기 순환펌프의 가동은 결국 부하의 사용 용량에 응하여 변유량 제어된다.

그리고, 이때 부하의 사용 용량은, 실내기 및 지열수 입출구의 온도 및 히트펌프의 운전전류에 의하여 판단되어진다. 히트펌프 운전전류 계측은 운전전류 검침기(AC Current T/D)(183)에 의하여 이루어지고, 지열수 입출구에서의 온도(PT-100 PIPE TEMP)는 온도검출기(161)에 의하여 이루어지며, 온도검출 신호선(154)에 의해 PLC(103)로 입력되어 진다.

본 발명의 지열시스템은 가동 시, 순환펌프(120)가 먼저 가동하고 히트펌프(110)가 가동하므로, 히트펌프가 실내 룸 컨트롤러에서 가동 신호를 받을 시 히트펌프에서 PLC(103)의 제어프로그램으로 시스템 가동 신호를 보내게 되는바, 본 발명에서는 순환펌프를 히트펌프 운전율에 따라 가변하여 가동함으로써, 순환펌프 최대 출력으로 정속운전되는 종래기술에 비하여 에너지 절감을 꾀할 수 있다.

(변유량 제어 기능을 갖는 지열시스템의 제어 방법의 실시예)

이제, 도 13 내지 도 16의 플로우챠트들을 참조하여, 본 발명의 제2 측면에 관한 변유량 제어 기능을 갖는 지열시스템의 제어 방법을 상술한다.

시운전 가동 프로세스

먼저, 본 발명에서의 변유량 제어방법은, 최초 설치시 시운전 가동 프로세스를 진행함으로써, 해당 지열시스템에 적합한 "최대유량제한출력"을 행하게 되는바, 이를 도 13을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

"최대유량제한"은 필요한 유량만큼만 운영될 수 있도록 펌프 최대 유량 제한 출력을 적용함을 의미한다. 이때 중요한 부분은 어느 지점이 최대 유량임을 찾아내는 과정이다.

즉, 특정 건물에 지열시스템 설치 후, 최초 가동 시 제어프로그램은, 최대유량제한과 운전전류에 따른 순환펌프 주파수, 출력 전압값을 찾기 위한 시험 가동을 한다.

이는, 순환펌프 최대 출력 주파수부터 일정 비율로 (일례로 2%씩, 더욱 바람직하게는 1%씩) 줄여가면서 히트펌프 최대 운전전류에 따른 온도차가 허용치 (일례로 입출구 온도차 ΔT 5℃) 에 도달되는 지점을 찾으며, 최소 운전 전류에 따른 순환펌프 최저 주파수 지점 또한 동일한 방식으로 검출한다.

이때 찾은 일례로 ΔT 5℃ 도달이 되는 지점(시스템 운영에 문제가 되는 지점)이 최대, 최소 운전지점이 되며 해당 주파수값을 시스템에 적용하도록 되어 있으며, 이는 부하측 사용량에 따른 펌프출력 표처럼 출력값을 산출함을 의미한다.

다만, 이러한 기동은 최초 가동시에만 적용되며, 이후 가동부터는 설정된 데이터에 따라 스텝제어 하게 되어 있다. 즉, 최대 운전점을 최초 가동시 찾고 그 주파수 이상 출력되지 않게 프로그램이 제어한다는 의미이다.

참고로, 지열시스템은 지중열교환기를 통해 열을 가져와 활용하는 방식인데 이때 열량은 유량과 온도차로 결정된다. 즉, (열량 = 유량 x 온도차) 이다.

따라서, 히트펌프가 필요한 유량을 확보하지 못할 경우, 히트펌프는 열량을 확보하지 못하며, 저유량 에러 표기 및 가동정지가 된다. 통상 히트펌프 제조사가 제시하는 히트펌프 가동을 위한 온도차 최대치는 바람직하게는 ΔT 7℃이나, 보다 바람직하게는, 시스템 안전성을 위해 ΔT 5℃를 기준으로 시스템을 구성한다.

순환펌프 최대유량(GP Maxflow)값을 검출하는 과정은 지열시스템 최초 가동 시 (시운전 시) 프로그램을 가동하여 Max값을 찾으며, 그 이후에는 도출한 Max값으로 순환펌프 출력값을 제한하는 방식이다.

다시 말해서, 상기 ΔT 5℃ 지점은 생산측, 즉 지중수 입출구 온도차를 의미하는바, 지열시스템 설계 시 안정적 운영을 위해 히트펌프 제조사가 입출구 온도차를 ΔT = 7℃ 이하로 권장하고 있으며, 보다 안전성을 확보하기 위해서는 ΔT = 5℃ 이하로 설정하는 것이 더욱 바람직하다.

도 13에서 보듯이, 히트펌프 가동이 시작되면(S11), 순환펌프 주파수 제어값을 송출하는바, 기 설정된 최대주파수로부터 시작하여 일정 비율로 (일례로 1%씩) 감소시켜 가며 제어값을 송출하게 된다(S12). 이후, 인버터(181)는 도 17 또는 도 18이 데이터 쉬트를 참조하여 상기 주파수값을 전압값으로 변환하게 되고(S13), 이를 순환펌프(120) 모터의 전압값으로 출력함으로써 순환펌프 모터의 회전수를 제어하게 된다(S14).

이후, 제어반은 지열수 배관(즉, 히트펌프) 입출구 온도 차이값의 절대값(즉, │입구온도-출구온도│)이 상기 허용치(일례로 5℃) 보다 작은지? 여부를 체크하게 되고(S15), 상기 S15 단계에서의 판단 결과, 'No'이면 상기 S12 단계로 리턴하여 상기 S12~S15 단계를 반복 수행하고, 상기 S15 단계에서의 판단 결과, 'Yes'이면 지열수 순환펌프 최대유량제한출력의 한계치를 저장하고 순환펌프를 그 범위 내로 가동하게 된다(S16).

즉, 생산측 입출구 온도차가 5℃ 이하인 경우, 해당 과정을 반복하여, 5℃ 이상이 되는 지점이 최대유량출력제한 지점인 것으로 설정하게 된다.

변유량 제어 프로세스

다음, 본 발명에서의 변유량 제어방법 중, 본격적인 변유량 제어 프로세스에 대하여, 도 14 및 도 15를 참조하여 보다 상세히 설명한다.

도 14에서 보듯이, 본 발명의 지열시스템이 가동되면, 먼저 부하측 실내 공조기(171)에서 부하측 실내온도(IT)를 계측한 후(S21), 설정온도(ST)가 계측된 실내온도와 동일한지? 여부를 판단하게 되는바(S22), 양자가 동일하면(ST=IT) 일정 시간(일례로 60초) 대기 후(S23), 상기 S21 단계부터 다시 시행하게 되며, 반대로 양자가 동일하지 않으면(ST≠IT), 상기 지열수 순환펌프를 가동하되 상기 도 13의 시운전 가동 시 세팅된 최대유량제한출력으로 순환펌프(120)를 가동하게 된다(S24).

참고로, 상기 S22 단계에서 판단 결과, 'ST=IT' 인 상황은 사용자 설정 온도에 도달했다는 의미이며, 이 경우에는 히트펌프가 최저전류값으로 저속운전하게 되며, 제어반 또한 급격한 신호변환 없이 안정적인 동작신호를 보내게 되어 있다.

즉, 본 발명의 제어프로그램이 제어하는 부분은 부하에 따른 순환펌프 출력율인바, 지열시스템의 순환펌프가 설정온도 도달 전에는 크게 가동하나 설정온도 도달 시에는 저속 운전되는 메카니즘으로 작동한다.

결국, 'ST=IT' 인 상황에서는, 히트펌프가 저속운전 중인 관계로 변동이 없는바, 스텝제어라는 측면에서는 별다른 제어동작을 하지 않는다고 볼 수 있으며, 다만 지열시스템 전체 제어라는 측면에서는 순환펌프 가동 신호를 계속 주고 있다 설명할 수 있다.

상기 S24 단계 이후, 히트펌프도 가동을 시작하게 되고(S25) (항상, 순환펌프 가동 후에 히트펌프를 가동함), 이후 냉매 온도 및 압력 변화 안정화를 위한 대기 시간(일례로 900초) 동안의 초기 가동을 하게 된다(S26).

즉, 히트펌프 제조사에서는 히트펌프가 초기 가동할 경우 제품 안전을 위해 일정 시간(900초) 동안 지속 가동하도록 권장하고 있으며, 이에 따라 본 발명의 제어프로세스 역시, 순환펌프가 정속으로 운행(설정 최고유량)되도록 상기 일정 시간 동안 가동 신호를 지속적으로 준다.

부연하자면, 상기 '최대유량제한출력' 개념은 지열시스템 설계 시 반영된 순환펌프 설계 여유치에 해당하는 펌프 동력을 실제 시스템에 필요한 유량만큼 운영될 수 있도록 펌프 최대유량제한 출력을 적용하는 것이며, '히트펌프 안정화' 개념은, 히트펌프를 최초 가동을 하게 되면 압축기가 작동하면서 냉매의 온도와 압력의 변화되는걸 안정화하고 일정하게 유지시키는데 필요한 시간 (일례로 900초) 동안 지속 동작을 하도록 한다는 것이다.

이제, 상기 안정화 시간 동안 지속 동작 단계(S26) 이후, 도 15에서 보듯이, 지열수배관 입출구 온도를 계측하여(S31), 입구온도와 출구온도에 따라서 난방과 냉방을 구별하여 운전하게 된다(S32). 즉, '입구온도 > 출구온도' 이면 난방모드로, '입구온도 < 출구온도' 이면 냉방모드로 제어동작을 행하게 된다.

이후, 히트펌프 운전전류값을 계측하게 되는바(S33), 이는 지열히트펌프(110)에 투입되는 전력선(도 11의 157)에서 전류검출기(CT)(183)를 사용해 운전전류를 검출하여 지열수 순환펌프(120)의 회전수 제어 및 부하량에 따른 열량값 계측에 사용하기 위함이다.

즉, 제어반은 상기 S33 단계에서 계측된 히트펌프 운전전류값에 기하여, 도 17 또는 도 18의 데이터 쉬트에 기하여 순환펌프 출력제어값을 계산하는바(S34), 이를 순환펌프 주파수값으로 상기 인버터(181)로 송출하게 되며(S35), 이에 응하여 상기 인버터는 주파수값을 전압값으로 변환하여(S36), 순환펌프 회전수를 제어하게 됨으로써(S37), 변유량 제어를 행하게 된다.

부연하여 설명하면, 히트펌프 운전전류에 따른 순환펌프 제어값 데이터시트(부하측 사용량 환산표)에서 주파수와 전압이 있는데, 이는 본 지열시스템이 인버터를 활용한 제어방식 중 하나인 가변전압 가변주파수 제어(Variable Voltage Variable Frequency, VVVF) 방식을 이용하기 때문이다.

즉, 히트펌프 운전전류값을 검출하여, 운전전류값에 따른 순환펌프 주파수 산출 후, 해당 주파수값을 인버터에 보내면 인버터에서 출력전압값을 조절하여 순환펌프에 출력신호를 주는 프로세스이며, 결론적으로 시스템상 주파수와 전압을 모두 제어하나 보내는 신호는 주파수 값만 보내며, 전압값은 인버터에서 자체적으로 산출하고, 인버터의 기능이 주파수값을 바탕으로 전압값을 조정하는 기능을 한다.

더 부가하면, VVVF 제어관련 이론에서, 모터의 회전속도는 [수학식1]에서와 같이, 주파수에 비례하는바, 상기 식에 따라 주파수와 회전속도는 비례하게 된다.

다만, 모터는 코일로 이루어진 기기이므로, 주파수가 변화 시 전류도 변화하게 되는바, 코일에 흐르는 전류는 [수학식2]에서와 같이, 주파수에 반비례하게 된다.

즉, 상기 [수학식2]에 따라 모터속도를 줄이기 위해 주파수를 낮추면 코일에 흐르는 전류값이 증가하며, 모터 속도 또한 증가하지만 모터 과열 현상이 발생하게 되고, 반대로 주파수를 높이면 코일에 흐르는 전류가 줄어들어 모터속도 또한 감소하게 된다. 따라서, 이를 해결하기 위해 VVVF 방식을 통해 주파수를 낮추면 전압도 같이 낮아지도록 하여 모터 과열을 방지하고, 주파수를 높이면 전압을 같이 높여 모터속도가 떨어지는 것을 보상하도록 하는 것이다.

아울러, 난방과 냉방모드는, 정격능력치가 다르므로 서로 상이한 2개의 데이터시트가 적용되며, 도 17은 난방모드시 데이터 쉬트이고, 도 18은 냉방모드시 데이터 쉬트의 일례이다.

예시적으로, 순환펌프 회전수 제어는, 히트펌프의 가동률에 따라 순환펌프 제어용 인버터의 주파수 값을 미리 설정된 값에 따라 변화 및 유지되도록 제어하는 방법으로 설계자의 의도에 따라 최대 30 단계의 설정 값을 정의할 수 있도록 구성되어 있다.

이제, 상기 S37 단계 이후, 제어반은 설정온도와 실내온도를 비교하여(S38), '설정온도=실내온도'가 아니면, 상기 S32 단계부터 반복수행하여 피드백 제어하게 되며, '설정온도=실내온도'이면, 비로소 히트펌프 가동을 정지하고(S39), 계속해서 순환펌프 가동을 정지함으로써(S40), 전체 지열시스템을 정지하게 된다.

참고로, 지열시스템의 유량을 제어하는 기술 및 부하산출 관련 기술로서, 부하측 사용량 산출에 있어 '물-물 방식' 산출은 관련 기술이 개시되어 있으나 '물-공기 방식'의 부하측 사용량 산출 관련 기술은 신규한 방식이며, 그 이유는 '물-물 방식'의 경우에는 생산측은 물론 부하측에도 물이 순환함에 따라 부하 사용량 계측이 용이하나, '물-공기 방식'은 생산측은 물이나 부하측은 공기(냉매)가 순환하여 계측을 용이하게 할 수 없기 때문이다. 본 발명에서는, '물-공기 방식'에서도 부하량 산출, 부하량에 대응한 지열시스템 운영을 위해 생산측 데이터를 바탕으로 한 부하량 산출 방식을 창안하였으며, 이를 구현하기 위해 히트펌프 운전전류 기반 제어프로그램을 구성하였다. 즉, '물-공기 방식'에서 부하측 사용량에 따른 순환펌프 조절이 가능한 수요반응형 운전효율 개선 제어시스템을 구현하기 위해, 부하측 사용량에 대응하는 방식으로서, 히트펌프 운전전류에 따라 순환펌프 출력을 제어하는 방식을 적용한 것이다.

그리고, 이를 구현하기 위한 해당 방식 구현을 위해 필요한 기술은 크게 3가지로, 1) 히트펌프의 운전전류값을 계측하는 기술, 2) 순환펌프 최대, 최소 출력값을 프로그램을 통해 산출하는 기술, 3) 운전전류에 따라 순환펌프 출력을 제어하는 기술인바, 1)번 기술을 위해 제어반에 전류감지기를 달아 히트펌프 전류값을 계측하였으며, 2)번 기술을 위해 최대, 최소 출력값 산출 프로그램을 구성하였으며, 3)번 기술은 2)번 기술을 통해 도출된 데이터를 바탕으로 순환펌프 구동을 제어하는 프로그램을 제어기에 적용한 것이다.

도 19는, 본 발명의 변유량 제어 기능을 갖는 지열시스템에서 순환펌프 최대 유량 제한 출력에 따른 효과를 설명하는 그래프인바. 도 19의 그래프에서 최저와 최고점은 시스템에서 필요한 최대 유량을 나타내고, 성능곡선에서 확인 가능하다시피 지열시스템 운영에는 펌프 최대출력이 불필요한바, 따라서, 펌프 최대 유량 제한 출력을 통해 펌프 소비동력 절감 확보 가능하다.

본 발명의 적용기술 자체는 간단하지만, 본 발명을 적용한 결과, 순환펌프 기준 정유량 운전 대비 30% 이상의 에너지 절감율 확보가 가능하였는바, 이는 수~십수 %의 에너지 효율을 달성하는 것도 쉽지 않은 지열시스템에서는, 가히 획기적인 효과라 할 것이다.

변유량 제어 모니터링 프로세스

이제 마지막으로, 본 발명에서의 변유량 제어방법 중, 본격적인 변유량 제어 모니터링 프로세스에 대하여, 도 16을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

도 16은 본 발명의 변유량 제어 기능을 갖는 지열시스템의 제어 방법 중 변유량 제어 모니터링 프로세스에 대한 흐름도이다.

한국에너지공단에서는 2019년부터 정부지원사업으로 설치되는 신재생에너지 설비에 REMS(Renewable Energy Monitoring Service)를 통한 모니터링을 의무화하고 있다.

REMS는 일반 설치자가 신재생에너지원 가동상태 확인과 고장 발생 시 소비자와 시공업체에 알림 메시지 등을 통해 신속한 조치 유도 등 다양한 기능을 보유하고 있다.

하지만, 물-공기 방식의 지열 시스템의 경우 앞서 말씀드린 바와 같이, 부하 측 사용량에 대한 계측이 되지 않아 생산량만 계측하고 있어 절반의 모니터링만 실시되고 있는 중이다.

따라서, 지열히트펌프 운전전류 검측을 기반으로 한 정격능력 분석 및 생산 측 입출구 온도차에 의한 냉난방 가동여부 기술을 제어기에 적용하여 부하측 사용량 계측 및 REMS 연동이 가능하도록 한 제어기술을 개시한다.

도 16에서 보듯이, 본 발명에 관한 지열시스템이 가동되면, 모니터링 가동을 시작하고(S51), 지열수배관 입출구온도 계측하여(S52), 입구온도와 출구온도에 따라서 난방과 냉방을 구별하여 모니터링을 하게 된다(S53). 즉, '입구온도 > 출구온도' 이면 난방모드로, '입구온도 < 출구온도' 이면 냉방모드로 모니터링 동작을 행하게 된다.

이후, 히트펌프 운전전류값을 계측하게 되는바(S54), 이는 지열히트펌프(110)에 투입되는 전력선(도 11의 157)에서 전류검출기(CT)(183)를 사용해 운전전류를 검출하여 지열수 순환펌프(120)의 부하량 계산(S55) 및 소비전력 계측(S56)에 사용하기 위함이다.

즉, 제어반은 상기 S54 단계에서 계측된 히트펌프 운전전류값에 기하여, 계산된 지열수 순환펌프(120)의 부하량 및 계측된 소비전력을 REMS 연결선(159)을 통하여 상기 REMS(신재생에너지통합모니터링시스템)(미 도시됨)로 송출하게 되며(S57), 이후 시스템 가동중지 여부를 체크하여(S58), 가동 중지가 아니면 일정 시간(일례로 60초) 동안 대기 후(S59), 상기 S52 단계로 리턴하여 계속해서 주기적으로 체크하게 되며, 상기 S58 단계에서 체크 결과 시스템 가동 중지인 것으로 판단되면, 모니터링 가동을 중지하게 된다.

이상에서는 본 발명의 일 실시예에 따라 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 변경 및 변형한 것도 본 발명에 속함은 당연하다.

100 : 지열제어반
101 : 파워서플라이(SMPS)
102 : 노이즈 필터(NF)
103 : PLC(Programmable Logic Controller)
104 : 전체 소비전류 계측기(Digital Multi Meter)
110 : 히트펌프
120 : 지열수순환펌프 (메인)
120' : 지열수순환펌프（예비）
130 : 지중열교환기
141 : 지중수 입구배관
142 : 지중수 출구배관
143 : 부하측(냉매) 배관
151 : 지열제어반 전원선 (전력)
152 : 히트펌프 신호선
153 : 순환펌프 전원선（가변제어）
154 : 지열수 입출구 온도 검출 신호선
155 : 전류검출 신호선
156 : 순환펌프 신호선
157 : 히트펌프 전원선
158 : 실내기 전원선
161 : 온도검출기
171 : 부하측 실내공조기
181 : 인버터 (메인)
181' : 인버터 (예비)
183 : 운전전류 검침기(AC Current T/D)
® : 리모트 컨트롤러

Claims (8)

1. 물 순환방식의 생산측과 공기 순환방식의 부하측으로 이루어지는 변유량 제어 기능을 갖는 '물-공기 방식'의 지열시스템으로서,
   상기 생산측은,
   지중에 매설된 파이프 내부를 순환하는 유체에 의해 땅속의 열에너지를 이용하여 열교환을 하는 지중열교환기(130);
   상기 지중열교환기(130)의 파이프 내부의 작동 유체를 순환시키는 지중수 순환펌프(120);
   지중 열을 흡수하여 실내기로 전달하거나 실내 열을 흡수하여 지하로 방출함으로써 실내온도를 조절하기 위한 열교환 장치인 히트펌프(110); 및
   상기 지중열교환기(130)와 지중수 순환펌프(120)와 히트펌프(110)를 제어하는 지열제어반(100); 을 포함하여 구성되고,
   상기 부하측은, 실내기(171)를 포함하여 이루어지며,
   상기 지열제어반(100)의 메인 제어부(103)는, 상기 부하측의 부하 사용 용량에 따른 순환펌프 출력제어값으로 인버터(181, 181')를 통하여 조정된 전력을 전원선(153, 153')을 통해 지열수 순환펌프(120, 120')로 공급함으로써, 순환펌프를 제어하되,
   상기 부하 사용 용량에 따른 순환펌프 출력제어값은, 실내기 및 지열수 입출구의 온도 및 히트펌프 운전전류값에 기하여, 미리 정해진 순환펌프 제어용 데이터 쉬트에 기하여 판단되어지는 것을 특징으로 하는 변유량 제어 기능을 갖는 지열시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 히트펌프 운전전류값의 계측은 상기 히트펌프(110)에 입력되는 히트펌프 전원선(157)에서의 운전전류 검침기(AC Current T/D)(183)에 의하여 이루어지고,
   상기 지열수 입출구에서의 온도(PT-100 PIPE TEMP)는 지열수 입출구 온도 검출 신호선(154) 및 온도검출기(161)에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 변유량 제어 기능을 갖는 지열시스템.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 지중수 순환펌프(120)는 메인 순환펌프(120) 외에 비상시 예비용 지중수 순환펌프(120')가 추가되며,
   상기 예비용 지중수 순환펌프(120')는 상기 메인 지중수 순환펌프(120)와 병렬로 접속되어지는 것을 특징으로 하는 변유량 제어 기능을 갖는 지열시스템.
4. 제 1 항에 있어서,
   최초 설치시 시운전 가동 프로세스를 진행함으로써, 해당 지열시스템에 적합한 "최대유량제한출력"을 행하게 되되, 순환펌프 최대 출력 주파수부터 일정 비율로 줄여가면서 히트펌프 최대 운전전류에 따른 온도차가 허용치에 도달되는 지점을 찾으며, 최소 운전 전류에 따른 순환펌프 최저 주파수 지점 또한 동일한 방식으로 검출하고, 이와 같이 찾은 최대 및 최소 운전지점에서의 해당 주파수값을 시스템에 적용하도록 하여, 상기 최대 및 최소 운전점을 최초 가동시 찾고 상기 최대 및 최소 운전점의 주파수 범위를 벗어나지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는 변유량 제어 기능을 갖는 지열시스템.
5. 제 4 항의 변유량 제어 기능을 갖는 지열시스템의 제어 방법으로서,
   히트펌프 가동이 시작되면(S11), 순환펌프 주파수 제어값을 송출하되, 기 설정된 최대주파수로부터 시작하여 일정 비율로 감소시켜 가며 제어값을 송출하게 되는 단계(S12);
   상기 S12 단계 이후, 인버터(181)는 미리 정해진 운전 데이터 쉬트를 참조하여 상기 주파수값을 전압값으로 변환하게 되고(S13), 이를 순환펌프(120) 모터의 전압값으로 출력함으로써 순환펌프 모터의 회전수를 제어하게 되는 단계(S14);
   상기 S14 단계 이후, 제어반은 지열수 배관 입출구 온도 차이값의 절대값 (│입구온도-출구온도│)이 기 정해진 허용치보다 작은지? 여부를 체크하게 되는 단계(S15); 및
   상기 S15 단계에서의 판단 결과, 'No'이면 상기 S12 단계로 리턴하여 상기 S12~S15 단계를 반복 수행하고, 상기 S15 단계에서의 판단 결과, 'Yes'이면 지열수 순환펌프 최대유량제한출력의 한계치를 저장하고 순환펌프를 그 범위 내로 가동하게 되는 단계(S16);
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 변유량 제어 기능을 갖는 지열시스템의 제어 방법.
6. 제 1 항의 변유량 제어 기능을 갖는 지열시스템의 제어 방법으로서,
   (g) 상기 지열시스템이 안정화된 이후, 지열수배관 입출구 온도를 계측하는 단계(S31);
   (h) 상기 (g) 단계 이후, 상기 지열수배관의 입구온도와 출구온도에 따라서, 입구온도 > 출구온도' 이면 난방모드로, '입구온도 < 출구온도' 이면 냉방모드로, 난방과 냉방을 구별하여 운전하게 되는 단계(S32);
   (j) 상기 (h) 단계 이후, 히트펌프 운전전류값을 계측하게 되는 단계(S33);
   (k) 상기 (j) 단계에서 계측된 히트펌프 운전전류값에 기하여, 미리 정해진 부하측 사용량에 따른 순환펌프 제어용 데이터 쉬트에 기하여 순환펌프 출력제어값을 계산하는 단계(S34);
   (m) 상기 (k) 단계에서 계산된 순환펌프 출력제어값을 순환펌프 주파수값으로 인버터(181)로 송출하게 되는 단계(S35);
   (n) 상기 인버터는 상기 (m) 단계에서 수신한 주파수값을 전압값으로 변환하는 단계(S36); 및
   (p) 상기 (n) 단계에서의 전압값으로 순환펌프 회전수를 제어하게 됨으로써 변유량 제어를 행하게 되는 단계(S37);
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 변유량 제어 기능을 갖는 지열시스템의 제어 방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 (g) 단계 이전에,
   (a) 지열시스템이 가동되면, 부하측 실내 공조기(171)에서 부하측 실내온도(IT)를 계측하는 단계(S21);
   (b) 설정온도(ST)가 상기 (a) 단계에서 계측된 실내온도와 동일한지? 여부를 판단하게 되는 단계(S22);
   (c) 상기 (b) 단계에서의 판단 결과, 양자가 동일하면(ST=IT) 일정 시간 대기 후(S23), 상기 (a) 단계부터 다시 시행하게 되는 단계;
   (d) 상기 (b) 단계에서의 판단 결과, 양자가 동일하지 않으면(ST≠IT), 상기 지열수 순환펌프를 가동하되 시운전 가동 시 세팅된 최대유량제한출력으로 순환펌프(120)를 가동하게 되는 단계(S24);
   (e) 상기 (d) 단계 이후, 히트펌프 가동을 시작하게 되는 단계(S25); 및
   (f) 상기 (e) 단계 이후, 냉매 온도 및 압력 변화 안정화를 위한 대기 시간 동안의 초기 가동을 하게 되는 단계(S26);
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변유량 제어 기능을 갖는 지열시스템의 제어 방법.
8. 제 6 항에 있어서,
   (q) 상기 (p) 단계 이후, 제어반은 설정온도와 실내온도를 비교하는 단계(S38);
   (r) 상기 (q) 단계에서의 판단 결과, '설정온도=실내온도'가 아니면, 상기 (h) 단계부터 반복수행하여 피드백 제어하게 되는 단계; 및
   (s) 상기 (q) 단계에서의 판단 결과, '설정온도=실내온도'이면, 히트펌프 가동을 정지하고(S39), 이후 순환펌프 가동도 정지함으로써 전체 지열시스템을 정지하게 되는 단계(S40);
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변유량 제어 기능을 갖는 지열시스템의 제어 방법.

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