KR20060068036A - 생활에너지 냉.난방 시스템 - Google Patents

생활에너지 냉.난방 시스템 Download PDF

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Abstract

본 시스템 은 우리생활에 꼭 필요한 물을 기존의 시설을 이용하여 겨울철에는 단계적으로 수온을 높이고, 여름철은 냉방기기를 수냉식으로 함으로서 일상생활에서 가장 많이 소비되는 냉.난방용 에너지를 최대로 줄이고, 사용하는 에너지는 최소화하는 발명으로서, 중수저류조(오수처리수)에 수돗물를 통과시켜 중수의 수온을 공급받고 1차 수온이 상승된 수돗물을 열병합발전기의 냉각수의 열을 공급받아 2차 상승된 수돗물이 온수탱크에 저장된다.
또 태양열온수도 온수탱크에 저장되어지며 평상시에는 저장탱크의 온수로 난방과 온수를 사용하며, 혹한기나 필요시 개별난방의 보일러에서 온수탱크의 물을 3차로 가온하여 우리생활의 에너지자급과 절감을 특징으로 한다.
수돗물(상수도), 중수1저류조(화장실 보충수);오수1처리수(화장실+주방), 중수2저류조(세탁 및 기타용수);오수2처리수(목욕+세탁+세면+기타), 수온, 흡열판, 바이오가스, LNG , 열병합발전기, 난방열교환기, 온수저장탱크, 태양열판, 보일러, 냉방열교환기, 에어콘(수냉식)

Description

생활에너지 냉.난방 시스템{ Daily Life Energy Cooling And Heating System }
도1은 종래의 일반적인 수돗물 공급을 나타낸 순서도
도2는 본 발명에 따른 난방과정을 나타낸 순서도
도3는 본 발명에 따른 냉방과정을 나타낸 순서도
도4는 본 발명에 따른 물의 용도 및 처리공정도
도5는 흡열판 설치도
도6은 생활에너지 냉,난방시스템 흐름도(참고도)
도7은 생활하수와 유기성폐기물의 자원화 시스템 전체흐름도(참고도)
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
00: 옥괴물탱크(상수도,중수1,중수2) 10: 중수저류조
10a: 중수1저류조 10b: 중수2저류조 10M: 수도관
10Ma: 수도지관 10Mb: 수도소형관 10Mc: 흡열판
11: 오수처리시설 11a: 오수1처리시설 11b: 오수2처리시설
20: 열병합발전기 21:오니처리시설 30: 난방열교환기
31: 냉방열교환기 40: 온수탱크 41: 태양열판(온수)
50: 보일러 60: 에어콘(수냉식)
본 시스템 발명은 크게 난방시설과 냉방시설 2가지로 구분된다.
1. 난방시설 공정
수돗물이 초기에 유입되는 온도는 상수도처리 시설 중 취수원의 수온이 지표수가 모아진 하천수로서 겨울철에는 하천의 표면이 결빙되어 있는 경우가 많으나 취수는 중,하부에서 이루어지므로 정수처리과정을 거치면 5℃의 수온을 갖는다.
겨울철의 낮은 수온의 수돗물을 생활오수를 처리한 중수저류조의 수온 20℃의 열을 흡수하여(1차 수온상승) 상수도물탱크를 통하여 열병합발전기로 이송된다.
이때 지하수도 사용할 수 있겠으나 오수를 처리한 중수는 주방, 목욕, 세면, 세탁 등에서 온수를 사용한 오수가 처리되어 계속 순환하여 안정된 20℃의 수온을 이용할 수 있는데 반해 지하수는 15℃로 순환시킬 수 없으며 수돗물의 낮은 온도로 인하여 수온이 저하될 수 있다.
오수는 오수1과 오수2로 구분되며 오수1은 화장실과 주방에서 사용한 오수1처리수로서, 중수1저류소에 저장되어 화장실용수로 사용되는데 수온이 오수2 보다는 낮다.
오수2는 목욕, 세탁, 세면, 기타에서 사용한 오수2처리수로서, 중수2저류조에 저장되어 세탁 및 기타 용수로 사용되는데 수온이 오수1보다 높고, 수질이 좋으며, 혐오감이 없어 수온을 중수2저류조에서 얻는 것으로 한다.
생활공간에 수돗물을 공급하는 수도관(Main)은 중수저류조에 지관으로 나뉘며, 지관은 소형관으로 분산시키고 수도소형관에는 흡열판이 부착되어 중수의 열전달을 충분히 흡수할 수 있도록 열전달 면적과 통과시간을 갖게 설치한다.
열병합발전기의 연료는 생활오수 및 유기성폐기물의 오니처리시설 혐기소화과정에서 발생하는 바이오가스나 외부의 LNG를 이용하여 전기를 생산하고, 중수저류조를 통과한 1차 가온된 수돗물은 95℃온도의 발전기 냉각수와 열교환하여 2차 가온되고, 열교환에 의한 2차 가온된 35℃의 온수는 생활공간의 온수탱크에 보내지며, 온도손실을 고려하여 이중보온관을 사용한다.
일상생활과 난방용으로 필요한 온수는 중수저류조와 열병합발전기에서 2차 가온된 온수와 태양열 온수로 대부분 사용할 수 있으며, 추운겨울과 필요에 따라 보일러에서 개별적으로 3차 가온하여 온수와 난방을 하는 시스템이다.
2. 냉방시설 공정
냉방시설에는 냉방기기의 냉각방식을 공랭식에서 수냉식으로 바꿈으로서 에너지절약 할 수 있으며, 특히 전력수요가 가장 많은 여름철에 에어콘을 실외기가 없는 수냉식 사용으로 전력소비의 30%를 절감시키는 효과로 전력의 피크타임을 완화시킬 수 있다.
냉각수로 음용수를 사용하기에는 부적절하므로 본 시스템에서는 오수처리수의 중수를 순환하여 사용하면 된다.
또 여름철에는 온수가 필요 없으므로 폐기물 혐기소화시 발생하는 바이오가스나 LNG를 연료로 열병합발전에서 발생되는 열을 냉방열교환하여 여름철에 냉방을 많이 필요로 하는 상가 및 공공시설에 공급하여 최대로 활용한다.
본 시스템은 생활공간에서의 난방시설을 기본수온· 20℃로 일정하게 유지시키고 온수를 필요에 따라 가온하는 시스템으로 1차(중수저류조의 수온 및 태양열온수), 2차(열병합발전기 냉각수의 열), 3차(보일러) 점진적으로 가온하여 온수와 난방으로 사용하고, 냉방시설은 여름철에 열병합전기의 폐열을 이용하여 냉방시설에 공급하며, 에어콘을 수냉식으로 사용하여, 냉.난방시설에서 자연적으로 얻을 수 있는 에너지를 극대화하고, 사용에너지는 외부로부터 최소로 차입하는 시스템이다.
난방시스템 1차의 가온은 중수저류조의 수온을, 2차는 열병합발전기의 냉각수의 수온을 얻는 즉, 별다른 에너지소비 없이 온수와 난방을 할 수 있으며, 겨울철과 필요에 따라 한시적으로 보일러에서 외부의 연료로 3차 가온하여 사용한다.
여름철에는 온수사용이 극히 적으므로 열병합발전기의 냉각수의 열을 냉방열교환기를 거쳐 냉방을 많이 필요로 하는 공공시설에 공급하고 냉방기기의 에어콘 냉각방식을 수냉식으로 함으로서 에너지소비를 최소화 한다.
본 발명은 온수 및 난방의 온수를 유입수돗물과 사용수돗물의 수온의 차이를 줄이고 고도의 기술과 에너지소비 없이 단계적으로 수온을 높여 사용하며, 냉방기기의 사용에너지 절약을 극대화하는 시스템이다.
종래의 수돗물공급은 취수(하천수)→정수처리→배수→급수(수용가)의 형태로 이루어지며 수돗물 원수는 대부분 지표수가 모아진 하천수를 취수, 정수하여 수용가에 공급되며, 하천수의 표면은 겨울에 결빙되고 수도계량기가 동파하는 경우가 빈번히 발생하고 있는데, 과거에는 수온을 상승시키려는데 노력, 연구 등 아무런 관심이 없이 방치되었으며, 동파방지를 위해 수도관의 매설깊이(동결심도)와 보온을 중요시 했다.
이러한 상온에 가까운 저온의 수돗물을 난방과 온수로 사용하기 위해서는 막대한 에너지가 필요하다.
1. 수온에 의한 에너지절감 공정(1차 수온상승)
주거영역의 단지내 유입수돗물을 중수저류조의 소형관의 흡열판으로 수온을 전달받아 수돗물을 1차 수온상승 후 생활공간의 물탱크에 저장.
2. 열병합발전기에 의한 에너지절감 공정(2차 수온상승)
열병합발전기에서 열과 전기가 생산되는데 이 발전기의 고온의 냉각수와 물탱크에서 1차 수온을 상승시킨 수돗물을 난방열교환하여 2차 수온상승 후 온수탱크로 저장.
3. 태양열에 의한 에너지절감 공정(1차 수온상승)
생활공간내의 햇볕이 잘 들어오는 창문이나 베란다에 태양열판을 설치하여 온수를 온수탱크에 저장.
4. 보일러에 의한 에너지절감 공정(3차 가온)
1~3항에서와 같이 혹한기를 제외한 계절에서는 2차 가온으로 온수 및 난방을 사용할 수 있으며, 한겨울이나 필요시 2차 가온된 온수를 개별보일러에서 한시적으로 3차 가온하여 사용한다.
5. 냉방기기(수냉식)에 의한 에너지절감 공정
에어콘 등의 냉방기기의 냉각방식을 공랭식에서 수냉식으로 한다.
6. 1~5항의 연계된 공정을 단독, 복합공정으로도 운영하는 즉, 수온, 열병합발전, 보일러, 태양열 온수 등의 공정을 단독 또는 2중, 3중으로 복합방식으로 설치 및 운영할 수 있다.
상기목적을 달성하기 위한 본 발명의 생활에너지 난방시스템은 밀집주거영역에서 온수와 함께 사용한 생활오수중 오수1(주방+화장실)를 처리한 중수1저류조(10a)와 오수2(목욕+세탁+세면+기타)를 처리한 중수2저류조(10b); 외부에서 공급되는 수돗물을 중수2저류조(10b) 수조내부에서 수온을 얻는 흡열판(10Mc); 중수2저류조(10b)에서 수온을 공급받은 수돗물과 중수1,2를 저장하는 옥외 물탱크(00); 1차 가온된 수돗물을 열병합발전기(20)의 열을 공급받는 난방열교환기(30); 난방열교환기에서 2차 가온된 온수를 저장하는 실내 온수탱크(40); 태양열판(41)에서 태양열을 흡수하여 가온된 태양열온수를 저장하는 온수탱크(40); 온수탱크(40)의 1,2차 가온된 온수를 난방과 온수로 사용하고, 필요에 따라 개별 보일러(50)에서 3차 가온하는 것을 특징으로 한다.
중수1저류조(10a)는 오수1처리수(화장실+주방)로서 수세식변기에 사용하는 화장실보충수; 중수2저류조(10b)는 오수2처리수(목욕+세탁+세면+기타)로서 세탁 및 기타용수로 사용하며 냉방기기(60)의 냉각방식을 수냉식으로 공급하여 순환시키는 것을 특징으로 한다.
여름철에는 열병합발전기(20)의 폐열을 이용하여 냉매작용에 의한 열냉방기를 이용하여 냉방이 많이 필요로 하는 관리실, 상가 등 공공시설에 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 시스템발명의 효과는 대폭적인 에너지절감과 전력수요 완화, 태양열에너지 활용, 겨울철의 수도시설 동파예방, 냉방시설의 냉각수 중수사용 등 직.간접인 효과가 크다.
1. 에너지절감 효과
예) 규 모: 공동주택단지 1,000세대, 인구 3,500명(3.5명/세대)
물 사용량: 1,000ton/일(아파트 260ℓ/인)
오수발생량: 100% (화장실 25%, 주방 15%, 목욕 30%, 세탁 20%, 세면 5%,기타 5%)
중 수(50%): 500ton/일(중수1:화장실용수 25%, 중수2: 세탁용수 20%, 기타 5%)
수돗물(50%): 500ton/일(주방 15%, 목욕 30%, 세면 5%)
수온(수돗물 + 중수): 1,000ton/일 X (20- 5℃) X 1,000 = 15,000,000㎉/일
열병합발전기의 온수: 500ton/일 X (35-20℃) X 1,000 = 15,000,000㎉/일
---------------------------------------------------------------------
에너지 절감효과 계 30,000,000㎉/일
도시가스로 환산했을때 2,800㎥ X 30일 / 50㎥/월.세대 = 1,680세대 사용할수 있는 열량으로 특히, 겨울철의 난방에너지를 대폭 절감 할 수 있다.
2. 기타효과
청정에너지인 태양열온수는 8.5%, 냉방기기의 냉각을 수냉식으로 함으로서 전력소비를 30%이상 줄일 수 있어 한여름에 전력수요의 피크타임을 완화시킬 수 있으며, 중수사용으로 수도요금을 줄일 수 있는 효과가 있다.
전력 250㎾/월.세대 X 38.5%= 96㎾ X 1,000세대= 96,000㎾/월 으로 결과적으로 금액으로 환산하면 57,000원/월,세대, 57백만원/월.단지을 생활에 필요한 냉난방에너지를 자급 또는 절감에 따른 관리비 절약효과를 얻는다.


Claims (9)

  1. 공동주택 영역에서 외부의 상온에서 유입되는 수돗물을 공급하는 수도관을 오수2(목욕+세탁+세면+기타)를 처리한 중수2저류조(10b) 안에 흡열판(10Mc)을 설치하여 수돗물의 기본수온을 상승시키는 시스템.(1차가온)
  2. 중수저류조(10b)에서 1차 가온된 수돗물을 열병합발전기(20)의 냉각수와 난방열교환(30) 하여 주거영역에 공급하여 주거공간의 온수탱크(40)에 운반하여 저장하는 것을 특징으로 하는 시스템.(2차가온)
  3. 태양열판(41)을 햇볕이 잘 들어오는 창문이나 공동주택의 베란다에 설치하여 온수를 생산하고 주거공간의 온수탱크(40)에 운반하여 저장하는 것을 특징으로 하는 시스템.(1차가온)
  4. 중수2저류조(10b)와 열병합발전기(20)에서 2차가온 된 수돗물과 태양열온수기(41)에서 1차가온된 온수탱크(40)의 수돗물로 평상시 온수와 난방으로 사용하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 일반적으로 제4항과 같이 1,2차 가온된 수돗물을 평상시 사용하고, 혹한기나 필요시 주거내의 개별보일러(50)에서 3차 가온하여 수돗물을 온수와 난방을 하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제1항~제6항까지 서로 연계된 공정을 단독또는 복합공정으로 운영하는, 즉 수온(1차)→열병합발전(2차)→보일러(3차), 태양열온수(1차) 등의 가온 공정을 개별적으로 또는 2중,3중의 연계하는 공정을 특징으로 하는 시스템.
  7. 중수(처리수)를 이용하여 냉방기기인 에어콘(60)의 냉각방식을 수냉식으로 하고, 냉각수를 중수로 사용하여 순환시키는 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 여름철에 열병합발전기(20)의 폐열을 이용하여 냉방열교환기(31)를 거쳐 냉방을 많이 필요로 하는 상가나 공공시설에 공급하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 주거영역에서 사용하는 수돗물은 주방,목욕,세면에 사용하고 중수1(오수1처리수: 화장실+주방)은 화장실용수로, 중수2(오수2처리수: 목욕+세탁+세면+기타)는 세탁 및 기타 용수로 분류하여 사용자의 불쾌감 없이 중수를 재이용하는 것과 각기 용도에 따라 수도, 중수1.2, 오수1.2로 구분하여 배관설비하는 것을 특징으로하는 시스템.
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