KR20000063299A - heating exchange system using the geothermal - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 지열을 이용한 냉난방 열교환 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 자연을 파괴하지 않고 공해를 발생시키지 않으며 냉난방에 필요한 량의 에너지를 최대한 자연상태에서 활용할 수 있고 또한 저렴한 비용 간편한 설비와 최소한의 공간 사용으로 최대한의 환경보호를 할 수 있도록 한 지열을 이용한 냉난방 열교환 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an air-conditioning heat exchange system using geothermal heat, and more particularly, does not destroy nature, does not generate pollution, and can utilize the amount of energy required for air-conditioning in the natural state as much as possible, and also has a low cost and simple facilities and minimum The present invention relates to an air-conditioning and heat exchanger system using geothermal heat to provide maximum environmental protection.
최근 들어 인구의 증가에 따른 급속한 산업화로 주거공간이 급진적으로 늘어나고 있다. 이러한 주거공간의 냉난방으로 인한 에너지 사용은 점진적으로 늘어나 국가 전체적으로 볼 때 전력예비율의 감소 등 에너지 낭비로 인해 심각한 경제적 손실이 따르고 에너지를 얻기 위해 화석연료의 연소과정 등에서 발생하는 공해는 생태계 파괴 등 심각한 사회문제로 대두되고 있는 실정이다.Recently, due to the rapid industrialization with the increase of the population, the residential space is increasing rapidly. The use of energy due to the heating and cooling of these residential spaces is gradually increasing, and in the whole country, serious economic losses are caused by energy waste, such as reduction of power reserve ratio, and pollution generated from the combustion process of fossil fuel to obtain energy is a serious society such as destruction of ecosystem. The situation is emerging as a problem.
따라서, 최근에는 공해를 발생시키지 않고 산업현장 또는 주거공간에서 사용할 수 있는 에너지 개발에 많은 연구비용을 투자하고 있다.Therefore, in recent years, many research costs have been invested in the development of energy that can be used in industrial sites or residential spaces without generating pollution.
상기와 같이 공해를 발생시키지 않으며 환경을 저해하지 않고 얻을 수 있는 에너지는 태양열과 지하에 존재하는 지하 열을 에너지화 하는 것이다.As mentioned above, energy that can be obtained without causing pollution and without damaging the environment is to energize solar heat and underground heat existing underground.
일반적으로 지하 열은 태양열의 약 47%가 지표를 통하여 지하에 저장이 된 것을 말하며 이는 우리가 사용하는 에너지량의 500%에 해당하는 량이다.In general, underground heat means that about 47% of solar heat is stored underground through the surface, which is 500% of the energy we use.
이와 같은 지하 열은 공해가 없고 계속적인 자연 충전이 가능하며 더운 여름동안 저축된 에너지를 겨울동안 약 400%정도 사용할 수 있으며, 조사한 바에 따르면 현재 사용중인 에너지의 대부분은 발전전력에 의존하고 있는데 상기와 같은 지하 열과 대비하였을 경우 약 48%의 에너지 효과를 낼 수 있으며 가스나 오일인 경우 36%에서 43%전후의 열을 낼 수 있으나 지하 열을 사용할 때는 약 75%전후의 열을 낼 수 있다.Such underground heat is free of pollution, can be continuously charged naturally, and can use about 400% of the energy saved during the hot summer during the winter, and according to the survey, most of the energy currently in use depends on the generated power. Compared with the same underground heat, it can produce about 48% energy efficiency, and gas or oil can produce around 36% to 43% heat, but when using underground heat, it can produce around 75% heat.
따라서, 상기와 같은 지하 열을 이용한 냉난방장치가 다수 제안된바 있으나 이들은 지하 열을 이용하여 기존의 냉난방시스템에 적용시킨 비교적 단순하고 편이성이 결여된 구성을 취하고 있다.Therefore, although many air-conditioning devices using the above-described underground heat have been proposed, they have a relatively simple and lacking convenience applied to existing air-conditioning systems using the underground heat.
따라서, 이와 같은 장치로는 지열 그대로를 지상 즉, 주거공간으로 흡출 하기가 매우 어려울 뿐 아니라 그 유입 및 방출시스템의 취약성으로 인해 그 효과가 미흡하여 실용화되지 못한 실정이다.Therefore, such a device is not only very difficult to suck out the geothermal heat to the ground, that is, the residential space, but due to the weakness of the inflow and discharge system, the effect is insufficient and practical use.
한편, 지하 열을 이용한 종래의 냉난방 시스템 중 특허등록 제202429호 "지열을 이용한 온도유지탱크 및 그 냉난방 시스템"에서는 지하에 깊숙이 매설한 온도유지탱크에 의해 온도를 일정하게 유지하게 하되, 이를 통해 실외의 공기를 실내로 유입 순환시킴으로서 여름철에는 시원한 냉방의 효과를 갖게 하고 겨울철에는 더운 난방의 효과를 얻을 수 있도록 하고 있다.On the other hand, among the conventional air-conditioning system using underground heat Patent No. 202429 "Temperature holding tank using geothermal heat and its air-conditioning system" to maintain a constant temperature by the temperature holding tank deeply buried underground, through which By circulating the air into the room, it has a cooling effect in the summer and a heating effect in the winter.
상기와 같은 종래의 냉난방 시스템은 그 목적달성을 위하여 원통 또는 사각통 등의 형상으로 된 통체의 일측에 공기유입관을 형성하고 타측에는 배출관을 형성하되, 내측에 다수의 격벽을 형성하여 유입관측에서 배출관측을 향해 통기공을 상하로 교번 형성한 온도유지탱크를 형성한 구성을 취하고 있다.Conventional air-conditioning system as described above forms an air inlet pipe on one side of the cylinder in the shape of a cylinder or square cylinder to achieve the purpose and the discharge pipe on the other side, forming a plurality of partitions on the inside in the inlet pipe side The temperature holding tank which formed the ventilation hole up and down alternately toward discharge direction is formed.
그리고, 상기 온도유지탱크를 지표면으로부터 5m 이상 깊이에 매설하여 유입관의 단부를 지표위로 노출시키고 배출관의 단부는 환풍기가 장치된 사용 실내공간으로 노출시키되 유입관의 단부 보다 높게 설치하고 있다.Then, the temperature holding tank is embedded at a depth of 5m or more from the ground surface to expose the end of the inlet pipe over the ground and the end of the discharge pipe is exposed to the indoor space used in the ventilator, but is installed higher than the end of the inlet pipe.
또한, 배출관의 단부를 상하로 분기시켜 단부로 복수화 하되 일측을 캡에 밀폐시켜 필요에 따라 하나만을 선택할 수 있도록 하고 있으며, 배출관에 순환관을 연결시켜 이를 지표면의 저면으로 매설하여 지표면을 통과시킨 후 단부를 다시 노출되도록 한 것이다.In addition, the end of the discharge pipe branched up and down, and pluralized into the end, but one side is sealed in the cap so that only one can be selected as needed, and by connecting the circulation pipe to the discharge pipe and buried it to the bottom of the ground surface to pass through The end is exposed again.
따라서, 일정한 깊이로 묻어둔 온도유지탱크 내부의 공기는 지하 열을 항시 일정하게 유지시키고 온도유지탱크 내부에서 일정한 온도를 유지하고 있는 공기는 흡입팬에 의해 사용 실내공간으로 유입 및 유출될 수 있도록 한 것이다.Therefore, the air inside the temperature holding tank buried at a constant depth keeps the underground heat constant at all times, and the air keeping the constant temperature inside the temperature holding tank can be introduced and discharged into the indoor space by the suction fan. will be.
그런데, 종래의 지열을 이용한 냉난방 시스템은 온도유지탱크 내부에서 일정한 온도를 유지하고 있는 공기를 흡입팬에 의해 단순히 실내로 흡출 및 방출시키는 것을 흡입팬에 의한 단순한 구성에 의해서 행하기 때문에 그 효과가 저조한 단점이 있으며 지하 열 그대로를 효과적으로 유출할 수 없다는 단점을 가지고 있다.However, the conventional geothermal heating and cooling system has a low effect since the suction fan discharges and releases the air having a constant temperature inside the temperature holding tank to the room by a suction fan. There is a disadvantage, and it has a disadvantage that it can not be effectively discharged underground heat.
특히, 그 구성이 취약하여 주거공간 또는 산업현장에서 사용할 수 없을 뿐 아니라 더욱이 지하 열을 이용한 온수는 사용할 수 없는 단점을 가지고 있다.In particular, the configuration is weak, not only can not be used in residential or industrial sites, but also has the disadvantage that hot water using underground heat can not be used.
따라서, 본 발명의 목적은, 일정한 온도의 지하 열을 지상으로 효과적으로 끌어올려 냉난방을 할 수 있는 지열을 이용한 냉난방 열교환 시스템을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an air-conditioning and heat exchange system using geothermal heat that can effectively raise and heat underground heat at a constant temperature to the ground.
본 고안의 다른 목적은, 지하 열을 사용하는 냉난방 열교환 시스템을 설치함으로서 에너지 비용을 저감시킬 수 있으며 종래의 냉난방 시스템에 필요한 부대시설 전기히터, 냉각타워, 보일러실, 보일러, 냉각기 등이 필요 없어 시설경비 및 보수유지비를 절약할 수 있는 지열을 이용한 냉난방 열교환 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to install an air-conditioning heat exchange system using underground heat to reduce energy costs, and does not require additional electric heaters, cooling towers, boiler rooms, boilers, coolers, etc. required for conventional air conditioning systems. It is to provide a heating and cooling heat exchange system using geothermal heat to reduce the cost and maintenance costs.
본 고안의 또 다른 목적은, 자연을 파괴하지 않고 공해를 발생시키지 않으며 냉난방에 필요한 량의 에너지를 최대한 자연상태에서 활용할 수 있는 지열을 이용한 냉난방 열교환 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an air-conditioning and heat exchanger system using geothermal heat that does not destroy nature and does not generate pollution and can utilize the amount of energy required for heating and cooling in the natural state as much as possible.
도 1은 본 발명에 따른 지열교환기의 기본회로 상세 평면도,1 is a detailed plan view of the basic circuit of the geothermal heat exchanger according to the present invention;
도 2는 본 발명에 따른 기본 시추공의 세부 단면도,2 is a detailed cross-sectional view of the basic borehole according to the present invention,
도 3은 본 발명에 따른 기계실 본관 배관도,3 is a machine room main piping according to the present invention,
도 4는 본 발명에 따른 지열교환기의 지하결속 수직상태를 나타낸 예시도이며,Figure 4 is an exemplary view showing the underground binding vertical state of the geothermal heat exchanger according to the present invention,
도 5는 본 발명에 따른 지열교환기의 지하결속 수평상태를 나타낸 예시도이고,5 is an exemplary view showing the underground binding horizontal state of the geothermal heat exchanger according to the present invention,
도 6은 도 4 및 도 5에서 코일형으로 변형된 상태를 나타낸 예시도이다.6 is an exemplary view showing a state deformed into a coil in FIGS. 4 and 5.
도 7은 본 발명에 따른 냉난방설계 형식도,7 is a heating and cooling design according to the present invention,
도 8은 도 7에 따른 냉난방 순환기도이다.8 is a heating and cooling circuit according to FIG.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1 : 지열교환기 2 : 시추공 깊이1: geothermal heat exchanger 2: borehole depth
3 : 그라우팅부재 4 : 시추공3: grouting member 4: borehole
5 : 강철관 6 : 공급부 지지본관5: steel tube 6: supply part main building
7 : 반환부 지지본관 8 : 반환부7: Return Department Support Main Building 8: Return Department
9 : 공급부 10 : 전환밸브9: supply unit 10: switching valve
11 : 공기순환회로 11a : 공기냉매코일11: air circulation circuit 11a: air refrigerant coil
12 : 냉매순환회로 13 : 실내열교환기12: refrigerant circulation circuit 13: indoor heat exchanger
14 : 압축기 15 : 팽창기14 compressor 15 expander
16 : 펌프 17 : 실내온수탱크16: pump 17: indoor hot water tank
18 : 냉매열교환기 F : 송풍기18: refrigerant heat exchanger F: blower
P : 파이프 A : 수직형파이프P: Pipe A: Vertical Pipe
B : 수평형파이프 C : 코일형파이프B: Horizontal Pipe C: Coil Pipe
D : 덕트시스템D: Duct System
상기 목적은, 본 발명에 따라 지열을 이용한 냉난방 열교환 시스템에 관한 것으로서, 대지 내에 포함된 지열과 지하수 또는 개방된 수역에 존재하는 일정한 온도의 지열을 순환시키는 지열교환기와; 상기 지열교환기에 의해 지상으로 끌어올려진 지열을 순환시키는 냉방사이클 및 난방사이클과; 상기 난방사이클과 연설되어 실내의 온수를 가열하는 실내용 온수사이클을 포함하는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 냉난방 열교환 시스템에 의하여 달성된다.The present invention relates to an air-conditioning heat exchange system using geothermal heat according to the present invention, comprising: a geothermal heat exchanger configured to circulate geothermal heat contained in a ground and groundwater or a constant temperature existing in an open water body; A cooling cycle and a heating cycle for circulating the geothermal heat drawn up by the geothermal heat exchanger; It is achieved by a heating and cooling heat exchange system using geothermal heat, characterized in that it comprises an indoor hot water cycle that is heated to the heating cycle and the indoor hot water.
여기서, 상기 지열교환기는 지표면으로부터 소정 깊이로 천공한 시추공과; 상기 시추공 내부에 삽입되어 유체 또는 지열을 공급 및 반환할 수 있도록 적어도 1조 이상이 삽입된 파이프와; 상기 시추공을 밀폐하는 그라우팅부재와; 상기 파이프 내부에 충진된 유체를 파이프회로망으로 순환시키는 펌프를 포함하는 것이 바람직하다.Here, the geothermal heat exchanger borehole drilled to a predetermined depth from the ground surface; A pipe inserted into the borehole and having at least one set inserted therein to supply and return fluid or geothermal heat; A grouting member for sealing the borehole; It is preferable to include a pump for circulating the fluid filled in the pipe to the pipe network.
그리고, 상기 파이프는 공급과 반환이 이루어질 수 있도록 그 단부가 단락된 각각의 개방형파이프를 포함하며, 상기 파이프는 공급과 반환이 이루어질 수 있도록 그 단부가 상호 폐루프로 형성된 파이프인 것이 효과적이다.In addition, the pipe includes each open pipe whose end is shorted so that supply and return can be made, and the pipe is effectively a pipe whose ends are formed with mutually closed loops so that supply and return can be made.
또한, 상기 냉방사이클 및 난방사이클은 상기 파이프에 연결된 폐루프를 형성하도록 순차적으로 연결된 압축기와; 상기 압축기에서 실내공기와 열 교환하는 지열을 실내열교환기에 설치되어 팽창시키는 팽창장치와; 상기 압축기로부터의 지열을 상기 실내열교환기의 일 측을 향하도록 하여 냉매사이클 혹은 난방사이클로 선택적으로 순환시키는 전환밸브를 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the cooling cycle and the heating cycle is a compressor sequentially connected to form a closed loop connected to the pipe; An expansion device installed in the indoor heat exchanger to expand geothermal heat exchanged with the indoor air in the compressor; It is preferable to include a switching valve for selectively circulating the geothermal heat from the compressor to one side of the indoor heat exchanger to the refrigerant cycle or the heating cycle.
한편, 상기 실내용 온수 사이클은 상기 압축기와 상기 전환밸브사이에 설치된 순환펌프와 실내온수탱크를 포함하는 것이 효과적이다.On the other hand, the indoor hot water cycle is effective to include a circulation pump and the indoor hot water tank installed between the compressor and the switching valve.
그리고, 상기 파이프는 대지 내에 포함된 지열과 지하수 또는 개방된 수역에 설치되는 개방회로와 폐회로에 관계없이 지하 또는 수역에 수직 및 수평으로 설치되는 것과, 상기 수직 및 수평형이 변형된 소정형상의 코일형 파이프를 더 포함하는 것이 바람직하다.The pipes are installed vertically and horizontally in underground or water bodies irrespective of open circuits and closed circuits installed in geothermal and ground water or open bodies of water, and the vertical and horizontal coils have a predetermined shape. It is preferable to further include a type pipe.
여기서, 상기 폐회로를 이루는 파이프는 내부에 물 또는 물과 혼합된 부동액을 충진하고 있는 것이 효과적이다.Here, it is effective that the pipe forming the closed loop is filled with water or an antifreeze mixed with water.
또, 상기 지열교환기는 건물 안으로 상태가 조절된 공기를 공급하는 공기순환회로와; 압축기에 의해 강제로 열에너지를 회로 안의 곳곳으로 이동시키는 회로와; 실내용 온수 예열을 위해 상기 옥내 온수탱크로부터 상기 펌프의 실내열교환기까지 순환수를 순환시키는 실내온수회로를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the geothermal heat exchanger and the air circulation circuit for supplying a controlled air condition into the building; A circuit for forcing the thermal energy to be moved to various places in the circuit by the compressor; It is preferable to further include an indoor hot water circuit for circulating the circulating water from the indoor hot water tank to the indoor heat exchanger of the pump for preheating indoor hot water.
그리고, 상기 시추공은 각각 독립적인 시추공으로 구성되며 중심에서 약 3m에서 9m의 범위로 선정 시추되는 것이 효과적이며, 상기 개방회로 파이프는 상기 유체 및 기체를 공급 및 반환시킬 수 있는 길이가 긴 U형으로 형성한 것과, 상기 파이프는 폴리에틸렌으로 형성된 것이 본 발명의 목적달성을 위해 바람직하다.In addition, the borehole is composed of independent boreholes, each of which is effectively selected from the range of about 3m to 9m in the center, the open circuit pipe is a U-shaped long length that can supply and return the fluid and gas It is preferable that the formed and the pipe is formed of polyethylene for the purpose of the present invention.
먼저, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기에 본 발명에 따른 지열을 이용한 냉난방 열교환 시스템은 열원과 열폐기원으로 대지, 지하수, 그리고 지표수를 이용한 다양한 종류의 냉난방 체계를 가리키는 총괄적 용어를 지칭하는 것이다.First, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The air-conditioning / heat-exchanging system using geothermal heat according to the present invention refers to a general term referring to various types of cooling and heating systems using land, groundwater, and surface water as heat sources and heat waste sources. will be.
이와 같이 지열을 이용한 냉난방 열교환 시스템은 모든 형태의 건축물에 온수와 냉난방을 공급하기 위해 대지내의 비교적 일정한 온도의 지하 열을 이용하기 위한 전기적 기계적 시스템이다.As such, the geothermal heating and cooling heat exchange system is an electromechanical system for utilizing underground heat of a relatively constant temperature in the ground to supply hot water and air conditioning to all types of buildings.
본 발명에 따른 폐회로 시스템에서는 지표면 아래에 매장되어 있는 파이프를 통하여 물 또는 부동액이 순환하게 된다. 따라서, 동절기 동안은 순환액이 대지로부터 얻은 열을 본 발명에 따른 지열을 이용한 냉난방 열교환 시스템을 통하여 건물 안으로 전달한다.In a closed loop system according to the present invention, water or antifreeze circulates through a pipe buried below the ground surface. Therefore, during the winter season, the circulating fluid transfers the heat from the ground into the building through the geothermal heating and cooling heat exchange system according to the present invention.
그리고, 하절기에는 이 장치가 반대로 작동하여 건물 내의 열을 흡수하고 대지로 흡수 열을 내보내서 실내를 시원하게 만드는데 이러한 과정에서 실내용 온수가 만들어져 공급되는 것이다.And in the summer, the device works in reverse, absorbing heat in the building and letting the heat out to the ground, making the room cool. In this process, indoor hot water is produced and supplied.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 지열교환기의 기본회로 상세 평면도에 관한 것으로서 여기에서의 부호 1은 지열교환기이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the present invention. 1 is a detailed plan view of the basic circuit of the geothermal heat exchanger according to the present invention, wherein 1 is a geothermal heat exchanger.
도 2는 본 발명에 따른 기본 시추공의 세부 단면도에 관한 것이다. 이 도면에서 볼 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 시추공(4)은 선정된 소정의 지면 위에 소정 깊이(2)로 천공되며 시추공(4)의 지름은 약 10~30㎝까지 다양하게 천공될 수 있다.2 is a detailed cross-sectional view of the basic borehole in accordance with the present invention. As can be seen in this figure, the borehole 4 according to the present invention is drilled at a predetermined depth 2 on the selected predetermined ground, and the diameter of the borehole 4 may be variously drilled up to about 10 to 30 cm. .
이러한 시추공(4)은 각각 독립적인 시추공(4)으로 구성되며 지면의 중심에서 약 3m에서 9m(도면에서는 X㎝로 표현하고 있음)의 범위로 다수 선정하여 도 1에서와 같은 파이프회로망(다수의 시추공에 삽입된 다수의 파이프가 삽입된 그것들의 군 지칭함)을 형성한다.Each of these boreholes 4 consists of independent boreholes 4, each of which is selected in the range of about 3m to 9m (expressed as Xcm in the drawing) at the center of the ground and as shown in FIG. A plurality of pipes inserted into the borehole refer to their group inserted).
천공된 다수의 시추공(4)에는 파이프회로망을 이룰 수 있도록 각각의 파이프(P)를 삽입하는데 여기서 파이프(P)는 지열(지하 열 또는 지하수, 우물물, 개방된 호수 강등의 수역에 포함된 열을 모두 포함함)을 공급 및 반환할 수 있도록 길이가 길며 하부영역이 U형으로 형성된 것을 사용한다.Each of the perforated boreholes 4 inserts a respective pipe P to form a pipe network, where the pipe P receives the heat contained in the body of geothermal heat (underground heat or groundwater, well water, open lake, etc.). It is long enough to supply and return, and the lower area is U-shaped.
여기서, U형 파이프(U형 파이프는 공급 및 반환이 하나의 파이프에서 이루질 수 있으므로 이는 1조로 본다)는 폐회로형 파이프를 의미하며 개방회로형 파이프는 그 단부가 단락되어 공급과 반환역할을 담당하는 각각의 파이프(공급시키는 파이프와 반환시키는 각각의 파이프를 묶어 1조로 본다)를 말한다. 이와 같은 파이프들은 파열율이 낮은 고밀도 폴리에틸렌으로 형성한 것을 사용한다.Here, U-shaped pipes (U-shaped pipes are regarded as one set as supply and return can be made in one pipe) mean closed-loop pipes, and open-circuit pipes are short-circuited at their ends to serve as supply and return. Each pipe (a group of pipes to be fed and a pipe to be returned) is referred to as a set. These pipes are made of high density polyethylene with low bursting rate.
파이프가 삽입된 시추공(4)의 나머지 공간은 그라우팅부재(3)를 충진시켜 기밀을 유지하고 그 상층부는 강철관(5)을 설치하여 지면의 파손을 방지한다.The remaining space of the borehole 4 into which the pipe is inserted fills the grouting member 3 to maintain airtightness, and an upper layer thereof is provided with a steel tube 5 to prevent breakage of the ground.
그리고, 폐회로형 파이프의 내부에는 물과 물 또는 부동액이 포함된 유체를 충진하여 지열의 전달을 효율적으로 행할 수 있는 지열교환기(1)를 구성하며 이 지열교환기는 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이 지상의 기계실에서 배관되며 9는 지열을 공급하는 공급부이고 8은 사용된 폐열을 반환하는 반환부 이다. 그리고, 6은 바닥에서 나온 공급부 지지본관이며 7은 바닥에서 나온 반환부 지지본관을 표시한 것이다.In addition, the inside of the closed-loop pipe constitutes a geothermal heat exchanger (1) capable of efficiently transferring geothermal heat by filling a fluid containing water, water or antifreeze, and the geothermal heat exchanger as shown in FIG. In the machine room, 9 is the supply to supply the geothermal heat and 8 is the return to return the waste heat used. And 6 is the supply main support from the bottom and 7 is the return support main from the bottom.
한편, 도 4는 본 발명에 따른 지열교환기의 지하결속 수직상태를 나타낸 예시도이며, 도 5는 본 발명에 따른 지열교환기의 지하결속 수평상태를 나타낸 예시도이고, 도 6은 도 4 및 도 5에서 코일형으로 변형된 상태를 나타낸 예시도에 관한 것이다.On the other hand, Figure 4 is an exemplary view showing a vertical underground binding state of the geothermal heat exchanger according to the present invention, Figure 5 is an exemplary view showing a horizontal binding horizontal state of the geothermal heat exchanger according to the present invention, Figure 6 and Figures 4 and 5 It is related to an exemplary view showing a state in which the coil deformed.
이들 도면에서 볼 수 있는 바와 같이 수직형 파이프(A), 수평형 파이프(B) 및 이들이 변형된 형상을 갖는 코일형 파이프(C)도 대지 내 또는 지하수, 우물 및 강, 호수와 같은 개방된 수역에서도 상기에서 설명한 폐회로 및 개방회로의 형태로서 다양한 요소들에 맞게 설계 설치될 수 있다.As can be seen in these figures, vertical pipes (A), horizontal pipes (B) and coiled pipes (C) with their deformed shapes are also found in open waters such as groundwater, wells and rivers and lakes. Also in the form of a closed circuit and an open circuit described above can be designed and installed to suit a variety of elements.
지상에 위치한 파이프(P)에는 펌프(16)가 설치되며 펌프(16)는 액체 냉각용 코일(18)과 매장된 파이프회로망으로 물 또는 물과 부동혼합액을 포함한 유체를 순환시킨다.A pump 16 is installed in the pipe P located above the ground, and the pump 16 circulates a fluid including water or a floating mixture with water through a coil network for cooling liquid and a buried pipe network.
냉난방용 공기는 전통적인 핀-튜브(FINNED-TUBE)의 공기냉매코일(11)과 덕트시스템(D)을 통하여 순환한다. 그리고, 물-물 열교환기는 강제공기순환시스템을 순환수회로시스템으로 교체함으로서 운용될 수 있다.The air for heating and cooling is circulated through the air refrigerant coil 11 and the duct system D of the conventional fin-tube. And, the water-water heat exchanger can be operated by replacing the forced air circulation system with the circulation water circuit system.
지하에 연결된 지열교환기(1)는 냉매가 순환되는 히트펌프코일의 일종으로 지하에 매장된 파이프회로망을 사용한다. 지열교환기(1)는 모든 펌프(16)가 운전되는 동안 3개의 회로와 실내온수회로(13)(이하에서는 실내열교환기로도 표기됨)로 이루어진다.Geothermal heat exchanger (1) connected to the basement is a type of heat pump coil through which the refrigerant is circulated using a pipe network buried underground. The geothermal heat exchanger 1 consists of three circuits and an indoor hot water circuit 13 (hereinafter also referred to as an indoor heat exchanger) while all the pumps 16 are in operation.
즉, 공기순환회로(11)의 내부공기는 건물 안으로 상태가 조절된 공기를 공급하기 위해 사용되며 냉매순환회로(12)는 회로 안의 곳곳으로 열에너지를 전달하는 밀폐가압회로인데 냉각유체는 증기회로 구간에 있는 압축기(14)에 의해 강제로 회로를 통해서 이동시킨다.That is, the internal air of the air circulation circuit 11 is used to supply air whose condition is adjusted into the building, and the refrigerant circulation circuit 12 is a sealed pressurization circuit that transfers heat energy to various places in the circuit, and the cooling fluid is a steam circuit section. It is forced through the circuit by the compressor (14).
그리고, 지하회로 즉 지열교환기(1)는 지표면 아래서 순환되는 부동액이나 물과 같은 유체의 밀폐가압회로로서 이것은 겨울에 대지로부터 지열을 흡수하고 여름에는 열을 방출하며, 유체는 펌프(16)에 의해 순환된다.The underground circuit, that is, the geothermal heat exchanger (1), is a closed pressurization circuit of a fluid such as an antifreeze or water circulated below the ground surface, which absorbs geothermal heat from the earth in winter and releases heat in summer, and the fluid is pumped by a pump (16). Circulated.
또, 실내온수회로 즉 실내열교환기(13)는 실내용 온수의 예열을 위해 실내온수탱크(17)로부터 펌프(16)의 실내열교환기(13) 까지 순환수가 순환되는 밀폐가압회로라 물은 펌프(16)에 의해 이 회로 안에서 순환된다. 그리고, 펌프(16)가 작동하는 동안 열에너지는 하나의 회로로부터 다른 회로 즉, 난방 냉방, 공기정화, 제습, 항균 그리고 옥내 온수예열을 위한 회로로 전달된다.In addition, the indoor hot water circuit, that is, the indoor heat exchanger 13 is a closed pressurized circuit in which circulating water is circulated from the indoor hot water tank 17 to the indoor heat exchanger 13 of the pump 16 for preheating indoor hot water. Circulated in this circuit by (16). Then, while the pump 16 is operating, thermal energy is transferred from one circuit to another, ie, heating cooling, air purification, dehumidification, antibacterial and indoor hot water preheating.
도 7은 본 발명에 따른 난방설계 형식도에 관한 것이며, 도 8은 본 발명에 따른 난방순환기도에 관한 것이다. 이 도면에서 볼 수 있는 바와 같이 난방사이클은 난방장치가 순환되는 동안 열의 유입과 열 방출을 한다.Figure 7 relates to a heating design diagram according to the invention, Figure 8 relates to a heating circulation diagram according to the invention. As can be seen in this figure, the heating cycle provides heat in and heat out while the heating device is circulated.
즉, 열 유입은 대지로부터의 열에너지와 압축기(14) 에너지 및 순환펌프(16) 및 송풍기(F) 에너지를 유입한다. 그리고, 열 방출은 공간난방과 실내온수로의 방출이다.That is, the heat inflow introduces heat energy from the ground, energy of the compressor 14 and energy of the circulation pump 16 and the blower F. And, the heat release is the space heating and the discharge into the indoor hot water.
따라서, 순환기내의 냉매증기는 우선 압축기(14)에 의해서 압축되고 온도와 압력이 증가된다. 이 증가된 압력 때문에 증기가 냉매시스템으로 강제 이송된다.Thus, the refrigerant vapor in the circulator is first compressed by the compressor 14 and the temperature and pressure are increased. Because of this increased pressure, steam is forced into the refrigerant system.
뜨거운 증기는 계속해서 냉매 실내온수회로인 실내열교환기(13)로 이송되고 이 때 찬 공기는 더운 냉매증기로부터 열을 흡수하므로 건물 안의 온도가 오르게 된다. 열이 냉매공기 실내열교환기(13)에서 냉매로부터 공기로 이동됨에 따라 증기는 액체로 응축된다. 그러므로 난방사이클이 진행되는 동안 공기냉매코일(11a)은 시스템콘덴서로서의 기능을 수행한다.The hot steam is continuously transferred to the indoor heat exchanger (13), which is a refrigerant indoor hot water circuit. At this time, the cold air absorbs heat from the hot refrigerant vapor, thereby raising the temperature in the building. As heat is transferred from the refrigerant to the air in the refrigerant air indoor heat exchanger (13), the vapor condenses into a liquid. Therefore, the air refrigerant coil 11a functions as a system capacitor during the heating cycle.
콘덴서 즉 공기냉매코일(11a)로부터 회수되는 따뜻한 액체는 압축기(14)를 통해서 지나가게 된다. 이것은 그 압력을 되돌리고 해당하는 만큼의 온도로 되돌리게 해준다. 저압저온 유동액은 냉각용 냉각용코일(18)로 들어가서 여기에서 지열교환기(1)로부터 나온 열에너지가 냉매를 기화시키고 계속해서 순환공정이 이루어진다.The warm liquid recovered from the condenser, that is, the air refrigerant coil 11a, passes through the compressor 14. This causes the pressure to be returned and back to the appropriate temperature. The low pressure low temperature fluid flows into the cooling coil 18 for cooling, where the heat energy from the geothermal heat exchanger 1 vaporizes the refrigerant, and then the circulation process is continued.
난방사이클이 작동되는 동안 펌프(16)는 물 또는 부동액을 지하에 설치된 지열교환기(1)로 보내준다. 물은 지하회로 즉 지열교환기(1)를 순환할 때 높은 지열에 의해 데워진다. 열은 물-쏘스히트펌프 즉 지열교환기(1)에서 물로부터 냉각용코일인 냉매열교환기(18)로 이동된다. 이 공정에서 물 냉매 열 교환기(18)는 액체인 냉매를 기체로 변환시키는 증발기 역할을 한다.While the heating cycle is running, pump 16 sends water or antifreeze to geothermal heat exchanger 1 installed underground. Water is heated by high geothermal heat when it circulates underground circuits, ie, the geothermal heat exchanger (1). Heat is transferred from the water to the refrigerant heat exchanger 18, which is a cooling coil, in the water-source heat pump, ie, the geothermal heat exchanger 1. In this process, the water refrigerant heat exchanger 18 serves as an evaporator for converting the liquid refrigerant into a gas.
실내열교환기(13)가 장착된 실내온수회로에는 압축기(14)에서 나온 뜨거운 가스가 실내용 온수를 예열하는 2차 냉매 실내열교환기(13)를 통과한다. 가열된 실내용 온수는 펌프(16)에 의해 이동된다. 이 때 소요되는 열에너지는 특수과열상태의 증기 열에너지의 미세 부분에 정도에 지나지 않는다.In the indoor hot water circuit equipped with the indoor heat exchanger (13), the hot gas from the compressor (14) passes through the secondary refrigerant indoor heat exchanger (13) that preheats the indoor hot water. The heated indoor hot water is moved by the pump 16. At this time, the thermal energy required is only a minute portion of steam thermal energy in a special superheated state.
한편, 냉방사이클에서의 열의 유입은 열 유입, 건물내의 열 흡수와 압축기(14) 에너지 및 펌프(16)와 송풍기(F) 에너지로부터 유입되며, 열 방출은 실내용 온수 그리고 폐 열은 땅으로 방출되는 것이다.On the other hand, the inflow of heat in the cooling cycle comes from heat intake, heat absorption in buildings and energy from compressor 14 and pumps 16 and blowers (F), and heat releases to indoor hot water and waste heat to the ground. Will be.
공기순환회로(11)의 냉방기가 가동되는 동안에 만일 장치가 온수가열기 즉 실내온수회로인 실내열교환기(13)를 옵션으로 채택하고 있다면 압축기(14)에서 나오는 더운 가스는 실내열교환기(13)로 가서 실내용 온수를 예열하고 가서 과잉의 열은 땅으로 방출한다.While the air conditioner of the air circulation circuit 11 is in operation, if the device adopts an optional hot water heater, that is, an indoor heat exchanger 13 which is an indoor hot water circuit, the hot gas from the compressor 14 is transferred to the indoor heat exchanger 13. To warm up the indoor hot water and to release excess heat to the ground.
공간냉방은 더운 실내공기를 차가운 공기냉매코일(11a)에 통과시켜 행하여진다. 콘덴서 즉 냉매열교환기(18)내의 고온고압액체는 팽창기(15)를 강제로 통과해서 저온저압의 액체로 되며 이 액체의 기체로의 증발이 냉매의 메커니즘이다.Space cooling is performed by passing hot indoor air through the cold air refrigerant coil 11a. The high temperature and high pressure liquid in the condenser, that is, the refrigerant heat exchanger 18, is forced through the expander 15 to become a low temperature and low pressure liquid, and the vaporization of the liquid into the gas is the mechanism of the refrigerant.
그리고, 실내용 온수사이클은 압축기(14)와 전환밸브(10) 사이에 설치되며 이는 난방뿐만 아니라 냉방사이클에서도 온수를 가열할 수 있다.In addition, the indoor hot water cycle is installed between the compressor 14 and the switching valve 10, which can heat hot water in a cooling cycle as well as heating.
이상에서 설명한 바와 같이 동절기 동안은 순환액이 대지로부터 얻은 열을 본 발명에 따른 지열을 이용한 냉난방 열교환 시스템을 통하여 건물 안으로 전달한다.As described above, during the winter season, the circulating fluid transfers heat obtained from the ground into the building through the air-conditioning heat exchange system using geothermal heat according to the present invention.
그리고, 하절기에는 이 장치를 반대로 작동시키면 건물 내의 열을 흡수하고 대지로 흡수 열을 내보내서 실내를 시원하게 만드는데 이러한 과정에서 실내용 온수가 만들어져 공급되는 것이다.In summer, when the device is operated in reverse, it absorbs the heat in the building and sends the heat of absorption to the ground to make the room cool. In this process, indoor hot water is made and supplied.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 일정한 온도의 지하 열을 지상으로 효과적으로 끌어올려 냉난방 열교환 시스템을 설치함으로서 에너지 비용을 저감시킬 수 있으며, 종래의 냉난방 시스템에 필요한 부대시설 등이 필요 없어 시설경비를 절약할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, by effectively raising the underground heat of a constant temperature to the ground by installing a cooling and heating heat exchange system, it is possible to reduce the energy cost, and does not require additional facilities required for the conventional heating and cooling system, the facility cost There is a saving effect.
특히, 본 발명에 따른 지열을 이용한 냉난방 열교환 시스템은 자연을 파괴하지 않고 공해를 발생시키지 않으며 냉난방에 필요한 량의 에너지를 최대한 자연상태에서 활용할 수 있어서 환경보호의 실익이 있는 지열을 이용한 냉난방 열교환 시스템이 제공된다.In particular, the air-conditioning heat exchange system using geothermal heat according to the present invention does not destroy nature, does not generate pollution, and can utilize the amount of energy required for heating and cooling in the natural state as much as possible in the air-conditioning heat exchange system using geothermal heat with the benefit of environmental protection Is provided.
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