KR102596495B1 - 냉난방 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 냉난방에 있어서 에너지를 절감하면서도 대류/복사 냉방의 비율을 변경할 수 있는 냉난방 시스템에 관한 것으로, 외부에서 유입되는 공기를 냉각시키는 냉각부(100), 상기 냉각부(100)에서 유입되는 공기를 가열시켜 냉난방 대상공간으로 배출하는 리-히터부(200), 상기 리-히터부(200)와 연결되어, 냉난방 순환수를 상기 리-히터부(200)로 순환시켜, 상기 리-히터부(200)측으로 유입되는 공기와 열교환하여, 온도가 낮아진 냉난방 순환수를 순환시키는 냉난방부(300), 외부 환경에 따라 상기 냉각부(100), 상기 리-히터부(200), 상기 냉난방부(300)를 선택적으로 동작시키는 제어부를 포함한다.

Description

냉난방 시스템{Heating and cooling system}
본 발명은 냉난방 시스템에 관한 발명으로, 보다 구체적으로는 냉난방 방식에 있어서, 대류/복사 냉난방 부하의 비율을 변경할 수 있어, 에너지를 절감하면서도 냉난방 효율을 유지 또는 향상시킬 수 있는 냉난방 시스템에 관한 것이다.
선행문헌 001 내지 선행문헌 004는 본 발명과 기술적 관련성이 존재하는 발명 또는 논문이며, 선행문헌 001은 냉난방 에너지 절감을 위한 건물의 패시브 이중외피 동적구획화 시스템에 관한 것이고, 선행문헌 002는 자가발전수단을 이용한 고효율 냉난방 시스템에 관한 것이며, 선행문헌 003은 공조 제어 시스템에 관한 것이고, 선행문헌 004는 공조시스템 최적화를 통한 건물에너지 절감사례 연구에 관한 연구이다.
선행문헌 001 내지 선행문헌 004는 점에서 본 발명과 유사하나, 냉난방에 있어서 대류방식과 복사방식의 비율을 조절하여 보다 효율적인 냉난방을 할 수 있도록 한다는 기술적과제를 인식하고 있지 않다는 점에서 본 발명과 차이점이 존재한다.
선행문헌 001 : KR 10-2436179 B1 (공고일 2022.08.24) 선행문헌 002 : KR 10-2436313 B1 (공고일 2022.08.24) 선행문헌 003 : JP 7126307 B2 (발행일 2022.08.26) 선행문헌 004 : 공조시스템 최적화를 통한 건물에너지 절감사례 연구, 허정호, 권한솔, 한수곤, 임병찬, 대한설비공학회 설비공학논문집 제18권 제5호 426-433 page
본 발명은 냉난방 시스템에 대한 발명으로, 냉방에 있어서 에너지를 절감하면서도 대류/복사 냉방의 비율을 변경할 수 있는 냉난방 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 냉난방 시스템에 관한 것으로, 외부에서 유입되는 공기를 냉각시키는 냉각부(100), 상기 냉각부(100)에서 유입되는 공기를 가열시켜 냉난방 대상공간으로 배출하는 리-히터부(200), 상기 리-히터부(200)와 연결되어, 냉난방 순환수를 상기 리-히터부(200)로 순환시켜, 상기 리-히터부(200)측으로 유입되는 공기와 열교환하여, 온도가 낮아진 냉난방 순환수를 순환시키는 냉난방부(300), 외부 환경에 따라 상기 냉각부(100), 상기 리-히터부(200), 상기 냉난방부(300)를 선택적으로 동작시키는 제어부를 포함한다.
본 발명은 냉난방 시스템에 관한 것으로, 상기 냉각부(100)는, 외부에서 유입되는 공기를 1차적으로 냉각시키는 1차 냉각부(110), 상기 1차 냉각부(110)에서 냉각된 공기를 2차적으로 냉각시키는 2차 냉각부(120)를 포함한다.
본 발명은 냉난방 시스템에 관한 것으로, 상기 리-히터부(200)에서 상기 냉난방부(300)로 이동하는 순환수를 제어에 따라 선택적으로 냉각 또는 가열하는 제2열교환기(400)를 포함한다.
본 발명은 냉난방 시스템에 관한 것으로, 상기 제2열교환기(400)는 전기 및 가스 중 어느 하나를 이용해 상기 순환수를 냉각 또는 가열하고, 상기 제어부는, 상기 냉난방 시스템이 적용된 사용처의 전기사용량 정보를 수신하고, 정보를 수신한 시점에서 단위 사용량당 전기요금 정보와, 가스요금 정보에 따라, 전기요금이 저렴할 경우 전기를 이용해 상기 제2열교환기를 동작시키고, 가스요금이 저렴할 경우 가스를 이용해 상기 제2열교환기를 동작시킨다.
본 발명은 냉난방 시스템에 관한 것으로, 상기 냉난방부(300)는, 냉난방 대상공간에 설치되어 상기 냉난방 순환수가 흐르는 파이프(310), 제어에 따라 상기 순환수를 가열시켜, 상기 냉난방 대상공간을 난방하는 보일러(320)를 포함한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 다양한 실시예에 의한 냉난방 시스템에 의하면, 실내의 냉난방시 리-히터부를 이용해 대류 방식과 복사 방식의 비율을 조절할 수 있고, 특히 복사 방식의 냉난방 비율을 높일 수 있어, 보다 효율적인 냉난방이 가능한 효과가 있다.
또한 본 발명의 다양한 실시예에 의한 냉난방 시스템에 의하면, 제어부가 사용처의 전기사용량에 따라 제2열교환기를 가동하는 방식을 전기 및 가스 중 어느 하나로 선택하여, 냉난방에 있어서 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 냉난방 시스템의 개략도.
도 2는 본 발명에 의한 냉난방 시스템의 파이프의 서로 다른 실시예의 개략도.
도 3은 본 발명에 의한 냉난방 시스템이 적용된 주택의 개략도.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.
(실시예 1-1) 본 발명은 냉난방 시스템에 관한 것으로, 외부에서 유입되는 공기를 냉각시키는 냉각부(100), 상기 냉각부(100)에서 유입되는 공기를 가열시켜 냉난방 대상공간으로 배출하는 리-히터부(200), 상기 리-히터부(200)와 연결되어, 냉난방 순환수를 상기 리-히터부(200)로 순환시켜, 상기 리-히터부(200)측으로 유입되는 공기와 열교환하여, 온도가 낮아진 냉난방 순환수를 순환시키는 냉난방부(300), 외부 환경에 따라 상기 냉각부(100), 상기 리-히터부(200), 상기 냉난방부(300)를 선택적으로 동작시키는 제어부를 포함한다.
(실시예 1-2) 본 발명은 냉난방 시스템에 관한 것으로, 실시예 1-1에 있어서, 일단은 상기 냉난방부(300)에 연결되고, 타단은 상기 리-히터부(200)에 연결되어, 상기 냉난방부(300)에서 공급되는 순환수가 상기 리-히터부(200)측으로 이동하는 유로를 형성하는 제1순환배관(10), 일단은 상기 리-히터부(200)에 연결되고, 타단은 상기 냉난방부(300)에 연결되어 상기 리-히터부(200)에서 열교환된 순환수가 상기 냉난방부(300)측으로 이동하는 유로를 형성하는 제2순환배관(20)을 포함한다.
(실시예 1-3) 본 발명은 냉난방 시스템에 관한 것으로, 실시예 1-1에 있어서, 상기 제어부는, 냉방모드시, 상기 냉각부(100), 상기 리-히터부(200), 상기 냉난방부(300)를 동작시켜, 상기 냉각부(100)로 인한 대류방식과, 상기 냉난방부(300)로 인한 복사방식으로 냉난방 대상공간을 냉방한다.
(실시예 1-4) 본 발명은 냉난방 시스템에 관한 것으로, 실시예 1-1에 있어서, 상기 제어부는, 난방모드시, 상기 냉각부(100)와 상기 리-히터부(200)는 동작시키지 않고, 상기 냉난방부(300)만을 동작시킨다.
(실시예 1-5) 본 발명은 냉난방 시스템에 관한 것으로, 실시예 1-2에 있어서, 상기 제1순환배관(10) 및 상기 제2순환배관(20) 중 적어도 어느 하나에 설치되어, 설치된 배관을 개폐하는 개폐밸브(30)를 포함한다.
(실시예 1-6) 본 발명은 냉난방 시스템에 관한 것으로, 실시예 1-1에 있어서, 외기의 온도가 사용자가 설정한 실내 온도보다 낮을 경우, 상기 제어부는 상기 냉난방부(300)를 난방으로 동작시키되, 실내의 온도가 사용자가 설정한 실내 온도에 도달하기 전, 냉난방부(300)의 동작을 중지시킨다.
냉각부(100)는 주로 냉방이 필요한 시기, 예를 들어 여름철에 냉방모드로 동작하여, 외부에서 유입되는 공기를 냉각시켜, 냉난방 대상공간, 예를 들어 실내로 공급할 수 있으며, 난방이 필요한 시기, 예를 들어 겨울철에는 동작하지 않을 수 있다. 예를 들어 실외온도가 섭씨 35도라고 했을 때, 냉각부(100)를 거치면 약 섭씨 15도를 낮춰, 섭씨 20도의 공기를 배출할 수 있다. 단, 냉난방 대상공간(이하 실내)의 온도가 냉각된 공기인 20도와 차이가 많이 나고, 실내에 습도가 높을 경우, 20도의 공기가 배출되는 덕트의 표면에 결로가 발생하여, 습도 조절이 어려워지고 덕트가 손상되는 등의 문제가 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해서는, 덕트의 표면에 별도의 단열시공을 해야하는데, 본 발명은 단열 시공을 하지 않고, 리-히터부(200)에서 섭씨 20도로 냉각된 공기를 재가열하여, 섭씨 1~2도만큼 높여, 실내로 공급한다.
리-히터부(200)에서는 냉난방부(300)로부터 순환수를 공급받아, 공기와 순환수를 서로 열교환한다. 순환수는 공기에 비해 상대적으로 높은 온도를 가져, 공기는 가열되고 순환수는 냉각되는데, 물과 공기의 비열차이에 의해, 순환수는 상대적으로 낮은 온도가 낮아진다. 공기에 의해 냉각된 순환수는 실내로 공급되어 실내를 냉각한다. 즉, 실내는 대류(리-히터부에서 공급되는 공기)와 복사(냉난방부의 순환수) 방식으로 냉각이 되는데, 본 발명은 상기한 바와 같은 방식을 통해, 복사 냉방의 비율을 대류 냉방에 비해, 90대 10가량으로 높일 수 있어, 제습과 냉방에 보다 효율적이다.
제1순환배관(10), 제2순환배관(20), 냉난방부(300) 중 적어도 하나에는 냉각수를 순환시키는 펌프가 설치될 수 있다.
리-히터부(200)에서 공기의 재가열이 필요하지 않을 경우, 냉난방부(300)와 리-히터부(200)는 서로 연결될 필요가 없으며, 리-히터부(200)가 동작되지 않았을 경우 리-히터부(200)와 냉난방부(300)는 서로 순환수가 흐르지 않는 것이, 냉난방부(300)의 냉난방 효율측면과 순환수의 순환에 필요한 동력을 사용하지 않는 측면에서 보다 효율적이다. 이를 위해 제1순환배관(10) 및 제2순환배관(20)에는 개폐밸브(30)가 설치될 수 있다.
상기한 냉각부(100), 리-히터부(200) 및 냉난방부(300)는 제어부에 의해 제어될 수 있으며, 여기에 추가적으로 개폐밸브(30) 또한 제어부에 의해 제어될 수 있다. 제어부는 전자소자를 포함하는 전자장치로 구현될 수 있으며, 제어신호 및 동작신호의 송수신을 하기 위해, 냉각부(100), 리-히터부(200) 및 냉난방부(300)와 유/무선으로 연결될 수 있다.
공기의 흐름 방향을 기준으로, 냉각부(100)의 전/후단, 리-히터부(200)의 전/후단, 냉난방부(300)의 각종 위치에는 온도센서가 설치되어, 설치된 부분에서 유체(공기와 순환수)의 온도를 각각 센싱하여 제어부측으로 송신할 수 있다. 제어부는 각 센서에서 센싱된 온도정보를 기초로 냉각부(100), 리-히터부(200) 및 냉난방부(300)를 제어할 수 있으며, 이때 제어기법은 입력값과 출력값의 차이를 이용한 일종의 피드백 제어인 폐루프 제어(Closed loop control) 방식이 적용될 수 있다.
여름철 장마와 같은 상황에서는, 사용자의 실내의 온도가 사용자 설정값보다 낮아질 경우가 발생할 수 있다. 예를 들어, 장마철 같은 경우 실외의 온도가 섭씨22~23도 가량 되고, 실내의 사용자 설정 온도는 섭씨 25도일 수 있다. 이 때 제어부는 냉난방부(300)를 난방으로 동작시키되, 오버히팅을 방지하기 위해, 냉난방부(300)의 온도가 사용자 설정값에 도달하기 전, 냉난방부(300)의 동작을 중지시킨다. 보다 구체적으로, 제어부는 실내온도가 사용자 설정온도보다 섭씨 1도 또는 2도 가량 낮으면, 냉난방부(300)의 동작을 중지시켜, 오버히팅을 방지할 수 있다.
(실시예 2-1) 본 발명은 냉난방 시스템에 관한 것으로, 실시예 1-1에 있어서, 상기 냉각부(100)는, 외부에서 유입되는 공기를 1차적으로 냉각시키는 1차 냉각부(110), 상기 1차 냉각부(110)에서 냉각된 공기를 2차적으로 냉각시키는 2차 냉각부(120)를 포함한다.
(실시예 2-2) 본 발명은 냉난방 시스템에 관한 것으로, 실시예 2-1에 있어서, 상기 1차 냉각부(110)는, 데시칸트 제습기를 포함한다.
(실시예 2-3) 본 발명은 냉난방 시스템에 관한 것으로, 실시예 2-1 또는 실시예 2-2에 있어서, 상기 2차 냉각부(120)는 제1열교환기(121)를 포함한다.
(실시예 2-4) 본 발명은 냉난방 시스템에 관한 것으로, 실시예 2-3에 있어서, 상기 제어부는, 외기의 온도에 따라 상기 1차 냉각부(110) 및 상기 2차 냉각부(120) 중 어느 하나만을 동작시킨다.
데시칸트 제습기는 데시칸트 로터(Desiccant rotor)를 이용한 제습기로, 종래부터 냉동 창고, 전지 공장 등 습도를 낮게 유지하기 위한 공조장치로 사용되어 왔다. 데시칸트 로터는 원판형으로 형성되고, 그 두께 방향으로 공기가 관통할 수 있는 구조로 되어 있다. 데시칸트 로터의 표면에는, 다공성의 무기 화합물을 주성분으로 하는 고체 흡착물이 설치되어 있다. 이 다공성의 무기 화합물로서는, 세공 직경이 0.1 ㎚∼~20 ㎚ 정도로 수분을 흡착하는 것, 예컨대 실리카겔이나 제올라이트, 고분자 흡착제 등의 고체 흡착제가 사용된다. 또한, 데시칸트 로터는 모터에 의해 구동되어, 중심축 둘레로 회전하고, 처리측 공기로부터의 흡습과 재생측 공기에 대한 방습을 연속적으로 행한다.
데시칸트 제습기를 포함하는 1차 냉각부(110)는 외기의 온도를 약 섭씨 7~8도 가량 낮춘 후, 배출한다.
여름철 외기의 온도가 섭씨 35도일 경우, 1차 냉각부(110)에서 외기의 온도를 섭씨 7~8도 가량 낮추더라도, 1차 냉각부(110)에서 배출되는 공기의 온도는 섭씨 27~28도 가량으로, 상대적으로 높은 온도일 수 있다. 2차 냉각부(120)는 제1열교환기(121)를 이용해, 1차 냉각부(110)에서 냉각된 공기를 2차적으로 냉각시켜, 공기의 온도를 약 섭씨 20도 가량으로 낮춰 배출할 수 있다. 제1열교환기(121)는 다양한 방식을 통해 1차 냉각부(110)에서 냉각된 공기를 2차적으로 냉각시킬 수 있다. 예를 들어, 제1열교환기(121)는 히트펌프일 수 있는데, 제1열교환기(121)가 히트펌프일 경우, 해당 히트펌프는 열원을 지열, 공기열, 수열(폐열) 등을 사용할 수 있다.
제1열교환기(121)가 히트펌프이고, 해당 히트펌프의 열원이 공기열일 경우, 열을 흡수하는 열 교환기이므로 외기와의 유한한 온도 차가 필요하며, 히트펌프에 포함되는 증발기의 온도는 외기의 온도보다 낮아야 한다.
제1열교환기(121)가 히트펌프이고, 해당 히트펌프의 열원이 수열일 경우, 히트펌프의 에너지원을 물 형태로 흡수한다. 수열원 히트펌프는 순환배관에 펌프가 설치되며, 지중열 교환기를 이용하게 된다.
단, 외기의 온도가 상대적으로 낮을 경우, 1차 냉각부(110)와 2차 냉각부(120) 중, 어느 하나만을 동작시키더라도 사용자가 설정한 실내 온도 또는 기설정된 온도에 근접한 냉각된 공기를 실내로 공급할 수 있다. 제어부에는 1차 냉각부(110)와 2차 냉각부(120) 각각의 최대 냉각 가능 온도 정보가 저장되며, 외기의 온도와 기설정된 온도의 차가 1차 냉각부(110) 또는 2차 냉각부(120) 각각의 최대 냉각 가능 온도이내일 경우, 1차 냉각부(110) 및 2차 냉각부(120) 중, 어느 하나만을 동작시켜, 장치를 보다 효율적으로 사용하도록 할 수 있다.
(실시예 3-1) 본 발명은 냉난방 시스템에 관한 것으로, 실시예 1-1에 있어서, 상기 리-히터부(200)에서 상기 냉난방부(300)로 이동하는 순환수를 제어에 따라 선택적으로 냉각 또는 가열하는 제2열교환기(400)를 포함한다.
(실시예 3-2) 본 발명은 냉난방 시스템에 관한 것으로, 실시예 3-1에 있어서, 외기의 온도가 사용자가 설정한 실내 온도보다 낮을 경우, 상기 제어부는 상기 제2열교환기(400)를 난방으로 동작시키되, 실내의 온도가 사용자가 설정한 실내 온도에 도달하기 전, 제2열교환기(400)의 동작을 중지시킨다.
앞서 설명했듯, 리-히터부(200)에서는 냉난방부(300)에서 공급된 순환수와 공기가 열교환된다. 이 과정에서 순환수는 일정 정도 냉각되어 실내로 공급되어, 복사 방식으로 실내를 냉각시키게 되는데, 순환수와 공기는 비열의 차이 때문에, 공기는 상대적으로 높은 온도(예를 들어 섭씨 1~2도)가 가열되지만, 순환수는 상대적으로 낮은 온도(예를 들어 섭씨 0.5도)가 냉각되어, 이러한 순환수가 실내로 공급되더라도, 실내의 냉방/제습에는 영향을 미치지 못할 수 있다. 이를 방지하기 위해, 리-히터부(200)와 냉난방부(300)를 연결하되, 리-히터부(200)에서 열교환된 순환수가 냉난방부(300)측으로 향하는 유로를 형성하는 제2순환배관(20)에는, 제2열교환기(400)가 연결되어, 제2순환배관(20)을 흐르는 순환수를 일정 정도로 냉각시키는 제2열교환기(400)를 포함할 수 있으며, 제어부는 제2열교환기(400)를 통해 순환수를 일정 정도까지 냉각시켜 실내에 흐르도록 하여 원하는 냉방 환경을 구현할 수 있다. 제2열교환기(400)는 앞서 설명한 제1열교환기(121)와 마찬가지로 지열, 수열, 공기열을 열원으로 동작할 수 있다.
앞서 제어부는, 외기의 온도가 실내의 사용자 설정 온도보다 낮을 경우, 냉난방부(300)를 난방으로 동작시켜, 실내의 온도를 높이되, 실내 온도가 사용자 설정 온도보다 일정 정도(예를 들어 섭씨 1~2도) 낮을 때 냉난방부(300)의 동작을 중단한다고 설명하였다. 본 실시예에서 제어부는 냉난방부(300)를 난방으로 동작시키는 것이 아니라, 제2열교환기(400)를 난방으로 동작시키되, 냉난방부(300)와 동일하게 실내의 온도가 사용자 설정 온도보다 일정 정도 낮을 때, 제2열교환기(400)의 동작을 중단할 수 있다.
(실시예 4-1) 본 발명은 냉난방 시스템에 관한 것으로, 실시예 3-1에 있어서, 상기 제2열교환기(400)는 전기 및 가스 중 어느 하나를 이용해 상기 순환수를 냉각 또는 가열하고, 상기 제어부는, 상기 냉난방 시스템이 적용된 사용처의 전기사용량 정보를 수신하고, 정보를 수신한 시점에서 단위 사용량당 전기요금 정보와, 가스요금 정보에 따라, 전기요금이 저렴할 경우 전기를 이용해 상기 제2열교환기를 동작시키고, 가스요금이 저렴할 경우 가스를 이용해 상기 제2열교환기를 동작시킨다.
우리나라는 누진세 제도 때문에, 사용처(예를 들어 가정)의 전기 사용량에 따라 단위 사용량당 전기요금이 계단식으로 증가한다. 또한, 우리나라는 지역별로 단위 사용량당 가스요금이 서로 다르다. 따라서 특정 지역의 특정 시점에서는 전기를 사용하여 냉난방을 하는 것이 가격적으로 보다 유리하고, 다른 시점에서는 가스를 사용하여 냉난방을 하는 것이 가겨적으로 보다 유리할 수 있다. 즉, 제어부는 제2열교환기(400)를 동작시키는데 있어서, 사용처의 전기 계량기와 연결되어 현재까지 전기 사용량 정보를 수신하고, 수신된 정보를 바탕으로 해당 시점의 전기 단위 사용량당 전기요금을 산출하여, 제2열교환기(400)를 동작시키는 요인(전기 또는 가스)를 변경할 수 있다.
(실시예 5-1) 본 발명은 냉난방 시스템에 관한 것으로, 실시예 1-1에 있어서, 상기 냉난방부(300)는, 냉난방 대상공간에 설치되어 상기 냉난방 순환수가 흐르는 파이프(310), 제어에 따라 상기 순환수를 가열시켜, 상기 냉난방 대상공간을 난방하는 보일러(320)를 포함하는 냉난방 시스템.
(실시예 5-2) 본 발명은 냉난방 시스템에 관한 것으로, 실시예 5-1에 있어서, 상기 파이프(310)는, 절곡된 형상이 반복 형성된다.
(실시예 5-3) 본 발명은 냉난방 시스템에 관한 것으로, 실시예 5-1에 있어서, 상기 파이프(310)는, 메인 파이프(311), 상기 메인 파이프에서 분기되어 형성되는 분기 파이프(312), 상기 메인 파이프(311) 및 상기 분기 파이프(312) 상에 형성되어, 상기 분기 파이프(312)측으로 흐르는 순환수를 제어하는 분기 밸브를 포함한다.
(실시예 5-4) 본 발명은 냉난방 시스템에 관한 것으로, 실시예 5-1에 있어서, 상기 파이프(310)는 XL-파이프, PB 파이프, RE-PT 파이프 중 적어도 어느 하나이다.
(실시예 5-5) 본 발명은 냉난방 시스템에 관한 것으로, 실시예 5-1에 있어서, 상기 파이프(310)는, 냉난방 대상공간의 바닥, 천장, 창문, 벽면, 가구 중 적어도 어느 하나에 설치된다.
일반적으로 파이프(310)는 절곡된 형상이 반복 형성되도록 형성되어, 해당 파이프(310)가 냉난방을 하고자하는 공간의 전체 면적을 커버하도록 형성된다. 이러한 절곡된 형상이 반복 형성되어, 하나의 파이프(310)로 형성되는 경우는, 냉난방을 하고자하는 공간의 면적이 상대적으로 좁을 경우 유리한데, 이는 파이프(310)가 절곡된 형상이 반복 형성되기 때문에, 순환수의 공급단 쪽은 상대적으로 온도와 배출단 쪽의 온도 차가 커져, 배출단 쪽에 가까운 부분의 냉난방 효율이 저하될 수 있어, 상대적으로 파이프(310)의 전체적인 길이를 짧게 할 수 있도록, 냉난방 대상공간의 면적이 좁아야 하기 때문이다.
본 발명은 이러한 문제점, 즉 넓은 공간에서의 냉난방 효율 저하문제를 해결하기 위해, 파이프(310)가 하나의 메인 파이프(311)와, 메인 파이프(311)에서 분기되는 분기 파이프(312)로 형성될 수 있다. 분기 파이프(312)는 일측으로 연장되되, 일단과 타단이 각각 메인 파이프(311)에 연결되는 순환로를 형성할 수 있다. 메인 파이프(311)와 분기 파이프(312)의 순환 유로의 방향을 제어하기 위해, 메인 파이프(311)에서, 분기 파이프(312)의 일단과 타단 사이에는 제1분기 밸브(40)가 설치되고, 분기 파이프(312)상에 또 다른 제2분기 밸브(50)가 설치될 수 있다. 분기 파이프(312)측으로 순환수를 보낼 때에는, 제2분기 밸브(50)를 열며, 분기 파이프(312)측으로 순환수를 보내지 않을 때에는, 제2분기 밸브(50)를 닫는다. 이때, 제1분기 밸브(40)는 열거나 닫힐 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 제2분기 밸브(50)가 열릴 때, 제1분기 밸브(40)가 닫히면, 메인 파이프(311)와 분기 파이프(312)는 하나의 유로를 형성한다. 이러한 방식은 분기 파이프(312)가 위치한 부분의 냉난방 효율을 증가시키고, 필요한 부분만을 냉난방 할 수 있는 효과가 있지만, 앞서 설명했던 파이프(310)의 배출단 측의 온도가 낮아질 수 있는 문제점이 여전히 있다. 제2분기 밸브(50)가 열릴 때, 제1분기 밸브(40)가 열릴 경우, 순환수는 메인 파이프(311) 및 분기 파이프(312) 양측으로 흐르게 되며, 이러한 경우 메인 파이프(311)의 공급단과 배출단의 온도차가 상대적으로 낮아지나, 분기 파이프(312)가 위치한 면적의 냉난방 효율을 상대적으로 저하될 수 있다.
이러한 제1분기 밸브(40)와 제2분기 밸브(50)의 제어는 제어부에서 수행될 수 있으며, 제어부는 제1분기 밸브(40)와 제2분기 밸브(50) 각각에 제어신호를 송신하기 위해 유선 또는 무선으로 연결될 수 있고, 제어부, 제1분기 밸브(40), 제2분기 밸브(50) 각각은 통신을 위한 통신모듈을 포함할 수 있다.
제1분기 밸브(40)와 제2분기 밸브(50)는 다양한 종류의 밸브로 형성될 수 있다. 본 발명에서 사용되는 밸브들을 기능적으로 분류하면, 볼밸브, 버터플라이밸브, 게이트밸브, 글로브밸브 등이 사용될 수 있다. 제1분기 밸브(40)와 제2분기 밸브(50)가 단순히 유로의 차단 목적으로 사용될 경우, 유로에 수직한 방향으로 형성되어 유로의 개폐에 주로 사용되고, 단순한 구조의 게이트 밸브가 바람직할 수 있으나, 필요에 따라 제1분기 밸브(40)와 제2분기 밸브(50)는 메인 파이프(311) 및 분기 파이프(312) 측으로 흐르는 순환수의 유량을 조절하는 역할을 할 수 있으므로, 게이트 밸브 외에도 다른 종류의 밸브들이 사용될 수 있다.
XL-파이프(엑셀 파이프)는 폴리에틸렌에 유기가황제를 혼합하여 열경화성의 점탄성 성질을 부여한 가교폴리에틸렌을 원료로 만들어진 파이프이다. XL-파이프는 산과 알칼리에 의한 부식의 염려가 없고, 크립 변형이 없어 반영구적인 사용이 가능하다. 또한 XL-파이프는 무게가 가볍고 연성의 성질로 시공이 편리하며, 롤생산으로 이음매 없이 시공할 수 있어 위생·수도배관 시공 시 연결 작업이 편리하고, 수밀성이 뛰어나다. 덧붙여, 관 내면에 스케일이 끼지 않아 온수순환이 양호하고 열효율이 일정하게 유지되며, 실내온도 및 습도 유지가 용이하여, 용수, 난방용, 음용수용, 농축산용, 공업용 등으로 사용된다.
PB 파이프는 폴리부틸렌 수지를 원료로 하여 만들어진 파이프로, 내식성이 강하며, 무독성으로 상수도용으로 널리 사용된다. 또한 PB 파이프는 탄성이 뛰어나 충격에 따른 손상이 적고, 타 플라스틱 파이프에 비하여 크립 변형 역시 적고, 강도의 저하가 거의 없으며, 전기전열성이 우수하여 금속파이프와 달리 전이 부식이 일어나지 않는다. 또한, PB 파이프는 열전도율이 높아 보온·보냉 효과가 크므로 급수·급탕 및 난방 배관으로 적합하다.
PR-RT 파이프는 기존 PE파이프의 장점인 위생성과 가공성에 일반 PE의 단점인 고온·고압의 물성 약점을 보완하여 가교없이 고온에서도 우수한 내압특성 및 장기수압 물성의 특성을 가지며 재활용 가능한 친환경 소재의 파이프로, 우수한 유연성 및 충격에 강한 특성으로 바닥 난방관에 적합하며, PB파이프의 연결부속과 호환성이 탁월하여 시공성이 높다. PR-RT 파이프는 건축용 바닥난방, 급수·급탕에 주로 이용되며, 50년 이상의 수명을 가집니다.
본 실시예에서 파이프(310)는 상기한 XL-파이프, PB 파이프, RE-PT 파이프 중 적어도 어느 하나이거나, XL-파이프, PB 파이프, RE-PT 파이프 중, 둘 이상을 혼합하여 구성될 수 있다.
파이프(310) 자체는 단순히 바닥면에만 매설되는 것이 아니라, 바닥을 포함해 천장, 벽면, 창문, 가구 등에도 설치되어, 해당 위치에서 냉난방을 수행할 수 있다. 특히 냉방의 경우, 천장에 파이프가 설치될 경우, 차가운 공기가 아래쪽으로 하강하면서 공기를 순환시켜, 더욱 실내를 쾌적하게 할 수 있다.
보일러(320)는 일반적으로 냉난방부(300)를 순환하는 순환수를 가열하는 역할을 한다.
(실시예 6-1) 본 발명은 냉난방 시스템에 관한 것으로, 실시예 1-1에 있어서, 사용자가 사용 가능하게 구성되어, 상기 냉난방 대상공간의 온도 및 습도 중 적어도 하나를 설정하면, 설정된 정보를 송신하는 단말기(500), 상기 단말기(500)로부터 수신한 정보, 상기 단말기(500)로부터 정보를 수신한 시각정보, 해당 시각정보의 날씨 정보를 데이터셋을 저장하고, 저장된 데이터셋을 이용해 상기 냉난방 대상공간의 최적 온도 및 습도를 학습하여, 상기 냉각부(100), 리-히터부(200), 냉난방부(300)를 제어하여 상기 냉난방 대상공간이 상기 최적 온도 및 습도가 되도록 하는 제어부를 포함한다.
(실시예 6-2) 본 발명은 냉난방 시스템에 관한 것으로, 실시예 6-1에 있어서, 제상기 단말기(500)는 사용자 정보를 상기 제어부로 함께 송신하고, 상기 제어부는 상기 사용자 정보를 포함하는 데이터셋을 이용해 학습하며, 학습이 완료된 후, 사용자가 상기 냉난방 대상공간에 들어오거나, 단말기(500)를 이용해 냉난방 시스템을 켜면, 사용자에 따라 최적 온도 및 습도를 달리 제어한다.
(실시예 6-3) 본 발명은 냉난방 시스템에 관한 것으로, 실시예 6-2에 있어서, 사용자가 냉난방 대상공간의 출입여부를 감지하는 출입감지 센서를 포함한다.
사용자가 지속적으로 냉난방 대상공간의 온도 및 습도 중 적어도 하나를 설정하면, 제어부는 사용자가 냉난방 대상공간의 온도 및 습도를 설정한 시각에 해당하는 날씨 정보를 외부로부터 수신하여 학습할 수 있다. 이때 학습 목표가 되는 것은, 사용자가 설정하는 냉난방 대상공간의 온도 및 습도이다. 즉, 본 발명은 일종의 지도학습 (Supervised Learning) 방식을 이용해 학습될 수 있다. 지도학습이란, 정답을 포함하는 다수개의 데이터셋을 확보하여 학습한 후, 데이터셋에 포함되는 항목 중, 일부를 추정하는 방식이다. 본 발명에서 사용되는 데이터셋에는, 사용자가 설정한 냉난방 대상공간의 온도/습도, 온도/습도가 설정된 시각의 날씨정보가 있을 수 있다.
사용자의 체질, 체형 및 건강과 같은 정보에 따라, 사용자가 설정하는 냉난방 대상공간의 온도 및 습도정보는 다를 수 있다. 단말기(500)는 사용자가 냉난방 대상공간의 온도 및 습도정보를 설정할 때, 사용자에 대한 정보를 함께 요구할 수 있으며, 사용자가 단말기(500)상에 사용자 정보를 입력하면, 해당 정보를 제어부로 송신하고, 제어부는 데이터셋에 사용자 정보를 포함시켜, 사용자 정보에 따라 다르게 학습할 수 있다. 제어부에서 학습이 완료되면, 차후 사용자가 단말기(500)에 사용자 정보를 입력하거나, 냉난방 대상공간에 입장할 경우, 제어부는 학습된 데이터를 이용하여 해당 사용자에 맞는 냉난방 대상공간의 온도 및 습도가 최적화되도록 냉각부(100), 리-히터부(200), 냉난방부(300)를 제어할 수 있다. 이를 위해 본 발명은 사용자가 냉난방 대상공간에 입장하는 것을 감지하기 위한 별도의 입출입 센서를 함께 포함할 수 있다. 이러한 입출입 센서는, 적외선 송수신 방식, 영상처리 방식, 냉난방 대상공간의 출입문의 열림/닫힘을 감지하는 방식, 열감지 방식 등이 사용될 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
10 : 제1순환배관
20 : 제2순환배관
30 : 개폐밸브
40 : 제1분기 밸브
50 : 제2분기 밸브
100 : 냉각부
110 : 1차 냉각부
120 : 2차 냉각부
121 : 제1열교환기
200 : 리-히터부
300 : 냉난방부
310 : 파이프
311 : 메인 파이프
312 : 분기 파이프
320 : 보일러
400 : 제2열교환기
500 : 단말기

Claims (5)

  1. 외부에서 유입되는 공기를 냉각시키는 냉각부(100);
    상기 냉각부(100)에서 유입되는 공기를 가열시켜 냉난방 대상공간으로 배출하는 리-히터부(200);
    상기 리-히터부(200)와 연결되어, 냉난방 순환수를 상기 리-히터부(200)로 순환시켜, 상기 리-히터부(200)측으로 유입되는 공기와 열교환하여, 온도가 낮아진 냉난방 순환수를 순환시키는 냉난방부(300);
    외부 환경에 따라 상기 냉각부(100), 상기 리-히터부(200), 상기 냉난방부(300)를 선택적으로 동작시키는 제어부;를 포함하고,
    일단은 상기 냉난방부(300)에 연결되고, 타단은 상기 리-히터부(200)에 연결되어, 상기 냉난방부(300)에서 공급되는 순환수가 상기 리-히터부(200)측으로 이동하는 유로를 형성하는 제1순환배관(10), 일단은 상기 리-히터부(200)에 연결되고, 타단은 상기 냉난방부(300)에 연결되어 상기 리-히터부(200)에서 열교환된 순환수가 상기 냉난방부(300)측으로 이동하는 유로를 형성하는 제2순환배관(20)을 포함하며,
    상기 냉각부(100)는,
    외부에서 유입되는 공기를 1차적으로 냉각시키는 1차 냉각부(110);
    상기 1차 냉각부(110)에서 냉각된 공기를 2차적으로 냉각시키는 2차 냉각부(120);를 포함하며,
    상기 1차 냉각부(110)는 데시칸트 제습기를 포함하고,
    상기 제어부는,
    냉방모드시에는, 상기 냉각부(100), 상기 리-히터부(200) 및 상기 냉난방부(300)를 동작시켜, 상기 냉각부(100)로 인한 대류방식과 상기 냉난방부(300)로 인한 복사방식으로 냉난방 대상공간을 냉방하며,
    난방모드시에는, 상기 냉각부(100)와 상기 리-히터부(200)는 동작시키지 않고, 상기 냉난방부(300)만을 동작시키는 것을 포함하는 냉난방 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 리-히터부(200)에서 상기 냉난방부(300)로 이동하는 순환수를 제어에 따라 선택적으로 냉각 또는 가열하는 제2열교환기(400);
    를 포함하는 냉난방 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2열교환기(400)는 전기 및 가스 중 어느 하나를 이용해 상기 순환수를 냉각 또는 가열하고,
    상기 제어부는, 상기 냉난방 시스템이 적용된 사용처의 전기사용량 정보를 수신하고, 정보를 수신한 시점에서 단위 사용량당 전기요금 정보와, 가스요금 정보에 따라, 전기요금이 저렴할 경우 전기를 이용해 상기 제2열교환기를 동작시키고, 가스요금이 저렴할 경우 가스를 이용해 상기 제2열교환기를 동작시키는 냉난방 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 냉난방부(300)는,
    냉난방 대상공간에 설치되어 상기 냉난방 순환수가 흐르는 파이프(310);
    제어에 따라 상기 순환수를 가열시켜, 상기 냉난방 대상공간을 난방하는 보일러(320);
    를 포함하는 냉난방 시스템.
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