KR20090022061A

KR20090022061A - 하이브리드 공조시스템 및 그 공조시스템을 이용한공조방법

Info

Publication number: KR20090022061A
Application number: KR1020070087101A
Authority: KR
Inventors: 송두삼
Original assignee: 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2007-08-29
Filing date: 2007-08-29
Publication date: 2009-03-04
Also published as: KR100893835B1

Abstract

본 발명은 외기를 적극 활용하여 최적의 실내 분위기를 제공할 수 있는 하이브리드 공조시스템 및 그 공조방법을 제공한다. 그 하이브리드 공조시스템은 외기 흡입부(12), 흡입부(14) 및 공기 공급부(16)를 구비하는 본체(10); 본체(10)의 내측을 제1격실(22)과 제2격실(24)로 구획하고 외기를 내기로 열교환시켜 변환시키기 위한 현열교환판(20); 본체(10)의 내측에 설치되며 외기 및/또는 내기를 송급하기 위한 송풍기(30); 외기 및/또는 내기의 온도 및 습도를 조절하여 실내로 공급하기 위해, 내기 및/또는 외기의 냉각 및 제습하는 반면 외기를 가열하여 온기로 변환시키기 위한 냉/온수코일(42)을 구비하는 공조장치(40); 외기의 온도를 측정하기 위한 제1온도센서(52), 실내의 온도를 측정하기 위한 제2온도센서(54) 및 건축물의 바닥의 온도를 측정하기 위한 제3온도센서(56)를 구비하는 측정장치(50); 및 측정장치(50)의 각각의 센서에 의해 측정되는 각각의 측정값을 기초로 각각의 흡입부(12, 14)의 개폐를 제어하고, 상기 송풍기(30) 및 상기 공조장치(50)를 제어하여 실내에 공급되는 공기의 온도 및 습도를 제어하기 위한 콘트롤러(60)로 구성된다.

하이브리드, 외기, 공조시스템, 측정장치, 공조장치

Description

하이브리드 공조시스템 및 그 공조시스템을 이용한 공조방법{Hybrid Air-Conditioning System and Method for Air-Conditioning Using the System}

본 발명은 하이브리드 공조시스템(hybrid air-conditioning system)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 계절 또는 실내의 공조상태에 따라 외기를 적극 활용하여 최적의 실내 분위기를 제공할 수 있는 하이브리드 공조시스템에 관한 것이며, 또한 그 하이브리드 공조시스템을 이용한 공조 방법에 관한 것이다.

현재 생활수준이 향상되고 주변 분위기의 악화로 인해 대부분의 주택, 특히 공동주택, 빌딩 등과 같은 건축물에는 에어콘이라는 냉방장치, 히터라는 난방장치 등이 설치되어 있어 쾌적하고 조화된 공기를 실내에 제공하고 있다. 특히, 주상복합건물 또는 빌딩과 같이 밀폐식 창문이 설치된 건축물에는 공동으로 냉방 및 난방은 물론 환기를 실행할 수 있는 공조시스템이 필수적으로 설치되고 있다. 이와 같은 대부분의 공조 시스템들은 주로 실내의 공기만을 순환시키는 방식으로 공기를 냉각 또는 가열하여 원하는 온도의 공기로 변환시켜 실내 또는 거주자에 제공하고 있다.

한편, 최근에는 건축물의 바닥슬래브와 이중 바닥층 사이의 바닥공조공간과 이중바닥층 위의 실내공간을 이용하는 혼합식 공조시스템이 연구 및 개발되고 있다. 그와 같은 공조시스템의 하나의 공지예가 특허 등록 제10-0701430호에 개시되어 있다.

특허 제10-0701430호는 바닥 슬래브 위로 이격하여 이중 바닥층을 형성하여 바닥 슬래브와 이중 바닥층 사이의 바닥공조공간과 이중 바닥층 위의 실내공간을 구획하는 건축물에서 공조기를 이용함으로 바닥공조공간으로부터 공조공기를 유입하여 실내공간으로 취출시키는 바닥공조시스템으로서, 실내부하 변동폭이 작은 내주부에 배치되며, 바닥 공조공간의 공조공기를 실내공간으로 취출 시키도록 바닥공조공간에 설치되는 가압식 급기구와, 실내부하 변동폭이 큰 외주부에 배치되며, 실내공간의 실내공기를 바닥공조공간으로 흡입하면서 바닥공조공간의 공조공기와 함께 실내공간으로 취출 시키도록 바닥공조공간에 설치되는 등압식 터미널유닛을 포함하고; 등압식 터미널유닛은 외주부 선단 이중 바닥층에 장착된 흡입구와, 그 흡입구 및 바닥공조공간과 연통하며 내부에 구비된 송풍기에 의해 흡입구로부터 흡입된 실내공간의 실내공기와 바닥공조공간의 공조공기가 유입되는 본체와, 외주부 말단 이중 바닥층에 장착되어 본체 송풍기를 통과한 공기를 실내공간으로 취출시키는 취출구를 포함하고 있다.

이 같은 구성에 따라, 바닥슬래브 위로 이격하여 이중바닥층을 형성하여 바닥슬래브와 이중바닥층 사이의 바다공조공간과 이중바닥층 위의 실내공간으로 구획하는 건축물에서 공조기를 이용함으로 바닥공조공간으로부터 공조공기를 유입하여 실내공간으로 취출시키고, 바닥공조공간에 등압식과 가압식의 공조장치를 혼합하여 설치함으로 창가에 설치되는 별도의 외주부 부하처리장치나 별도의 외주부 덕트를 설치하지 않고도 실내부하 패턴에 효율적으로 대응할 수 있어 공조에너지의 절약 및 실내환경의 개선을 가능하게 한다.

그러나 이와 같은 종래의 공조시스템 및 혼합식 공조시스템은 다소의 문제점이 초래되는 것으로 나타났다. 먼저, 계절 따라 다양하게 변하는 외부의 신선공기를 적절하게 활용하지 못하여 결과적으로 실내의 산소량이 부족하게 되는 문제점이 있다.

또한 외부의 신선공기를 적절하게 이용할 수 없음으로 인해 궁극적으로 전력 또는 에너지를 낭비하는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상술된 문제점들을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 본 발명의 주목적은 외부의 신선공기를 적절하게 이용하여 실내의 분위기를 최적으로 유지할 수 있는 하이브리드 공조시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 외부의 신선공기를 실내의 공조에 이용하여 에너지를 절약할 수 있는 하이브리드 공조시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 가열된 신선공기를 외기에 접한 창면을 통해 실내에 공급함으로써 겨울철 외측창에서 초래될 수 있는 결로발생, 및 차가운 복사면으로 인해 발생하는 열쾌적성 저하를 방지 및 해결할 수 있는 하이브리드 공조시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 하나의 주목적은 외부의 신선공기 및 바닥의 복사냉기 또는 열을 이용하여 실내의 분위기를 최상으로 유지할 수 있는 하이브리드 공조시스템을 이용한 공조방법을 제공하는데 있다.

이 같은 목적들은, 실내 바닥의 난방 및 냉방을 위한 배관장치와, 채광을 위한 창문과, 외부의 공기흡입을 위한 흡입구와, 실내공기의 순환 및 배출을 위한 배기구가 설치된 건축물에 설치되어 외기를 이용하는 하이브리드 공조시스템에 있어서, 일측 하부에서 건축물의 외기 흡입구와 연통하는 외기 흡입부를 구비하고, 타측 하부에서 건축물 배관장치에 의해 발생되는 온기 또는 냉기를 내부로 유입시킬 수 있도록 실내 바닥 또는 배관을 향해 개방되는 내기 흡입부를 구비하며, 실내측 상부에는 외기, 내기 및/또는 공조공기를 건축물의 실내로 공급하기 위한 공급부를 구비하는 본체; 그 본체의 내측에 설치되며, 가열 또는 냉각된 내기의 열 또는 냉기를 외부로부터 도입되는 외기에 전달하는 현열교환판; 본체의 내측 상부에 설치되며, 외기 및/또는 내기의 온도 및 습도를 조절하여 실내로 공급하기 위해, 내기 및/또는 외기의 냉각 및 제습을 위한 냉각코일과, 외기를 가열하여 온기로 변환시키기 위한 온수코일을 구비하는 공조장치; 외기의 온도를 측정하기 위해 건축물의 외부의 적정위치에 설치되는 제1온도센서와, 실내의 온도를 측정하기 위한 제2온도센서와, 건축물의 바닥의 온도를 측정하기 위한 제3온도센서와, 건축물의 바닥면 부근의 습도를 측정하기 위한 습도센서를 구비하는 측정장치; 및 그 측정장치의 각각의 센서에 의해 측정되는 각각의 측정값을 기초로 송풍기 및 공조장치를 제어하여 실내에 공급되는 공기의 온도 및 습도를 제어하기 위한 콘트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 공조시스템에 의해 달성될 수 있다.

또한 이 같은 목적들은, 하이브리드 공조시스템을 이용하는 공조방법에 있어서, 측정장치의 각각의 센서로부터 측정된 실내온도, 외기온도, 바닥온도 및 노점온도를 콘트롤러가 수신하고, 실내온도, 외기온도, 바닥온도와 노점온도의 허용 온도차, 최소 및 최대 설정온도를 설정하는 단계; 측정장치의 제1온도센서에 의해 검출된 측정 실내온도와 설정 실내온도를 비교하는 단계; 측정 실내온도와 설정 실내온도를 비교한 결과 측정 실내온도가 설정 실내온도보다 크면 바닥온도와 노점온도의 온도차를 측정하고, 그 온도차가 허용 온도차보다 크면 측정 외기온도가 최대 설정온도보다 큰가를 판단하며, 비교단계에서 측정 실내온도가 설정 실내온도보다 작으면 측정 외기온도가 최소 설정온도와 최대 설정온도범위 내에 존재하는가를 판단하는 단계; 측정단계에서 바닥온도와 노점온도의 차가 허용 온도차보다 작고 상기 판단단계에서 외기온도가 설정 외기온도보다 크면 바닥의 배관장치에 냉각수를 공급하여 냉각을 실행하고 환기시스템을 작동시켜 냉각 및 제습을 실행하고, 판단단계에서 측정 외기온도가 최대 설정온도보다 작고 판단단계에서 측정 외기온도가 설정온도범위내에 존재하면 냉각을 위해 바닥 배관장치를 작동시켜 냉각을 실행하고 배기시스템의 작동을 중지시키며, 판단단계에서 측정 외기온도가 설정 외기온도 범위내에 존재하지 않으면 바닥배관장치의 작동을 중지시키고 배기구에 연결된 환기장치의 작동을 중지시키는 단계; 공조시스템을 임의로 중지시키거나 자동으로 중지되었음을 판단하는 단계; 판단단계에서 정지로 판단되면 작동 데이터 또는 그 결과를 저장하거나 파일링 하고, 정지되지 않았다면 초기의 설정단계로 복귀되어 단계들을 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 공조시스템을 이용한 공조방법에 의해 달성될 수 있다.

본 발명에 따른 하이브리드 공조시스템 및 그 공조시스템을 이용한 공조방법에 의하면, 계절에 관계없이 외기를 최대로 또한 효과적으로 이용하여 실내 환경을 최적으로 유지할 수 있고, 공동주택의 발코니 확장에 따른 결로의 발생이 방지되므로 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

또한 필요한 외부의 공기를 실내의 공조에 이용하여 운전동력 또는 에너지를 절약할 수 있어 경제성이 향상되는 장점이 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 공조시스템을 보여주는 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 공조시스템이 건축물에 설치되어 작동되는 상태를 각각 보여주는 구성도로서 중간기의 제어모드를 보여주는 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 공조시스템이 건축물에 설치되어 작동되는 상태를 보여주는 구성도로서 냉방기의 제어모드를 보여주는 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 공조시스템이 건축물에 설치되어 작동되는 상태를 보여주는 구성도로서 난방기의 제어모드를 보여주는 구성도이며, 도 5는 본 발명에 따른 하이브리드 공조시스템을 이용한 실내 공조방법을 보여주는 순서도이다.

먼저 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 하이브리드 공조시스템의 상세한 설명에 앞서, 발명의 명확한 설명 및 이해의 용이함을 위해 하이브리드 공조시스템이 예컨대, 아파트와 같은 집합건물의 경우 하나의 가구 또는 세대를 이루는 단위 건축물(1)에 개별적으로 설치되는 것을 그 구현예로 하여 상세하게 설명한다. 그 단위 건축물(1)의 바닥에는 난방 및 냉방을 위한 배관장치(2)가 설치되어 있고, 채광을 위한 창문(3)이 설치되어 있으며, 그 창문(3) 하부의 건축물의 적정 위치에는 외부의 공기가 흡입될 수 있는 흡입구(4)가 형성되어 있으며, 대체로 그 흡입구(4)의 위치와 대각선으로 대칭되는 상부부분에 배출구(5)가 설치되는 일반적 인 건축물로 규정한다. 물론, 배관장치(2)에는 배관의 효율을 높이거나 강제적인 배기 또는 환기를 위해 환기장치(미도시)에 연계되어 설치될 수 있으며, 또한 배관장치(2)에는 그 배관장치(2)의 배관에 온수 또는 냉수를 공급하여 복사난방 또는 복사냉방을 행할 수 있도록 냉수 또는 온수를 선택적으로 공급할 수 있는 급수장치(미도시)가 연결될 수 있음은 자명하다 할 것이다.

본 발명에 따른 하이브리드 공조시스템은 기본적으로 건축물(1)의 실내의 적정 위치에 설치되는 본체(10)를 구비한다. 그 본체(10)는 공기의 흡입 및 공기의 순환의 적정성을 위해 실내의 하부, 예컨대 외기를 용이하게 취급하여 이를 순환시킬 수 있도록 창문(3)의 하부창틀 하부에 설치되는 것이 바람직하다.

그리고 그 본체(10)의 일측에는 외기를 실내로 유입시킬 수 있도록 건축물(1)의 외기 흡입구(4)와 연통하며 그 본체(10)의 내부와 연통하는 흡입부(12)를 구비한다. 본체(10)의 외기 흡입부(12)는 외기의 흡입 또는 유입을 선택적으로 또는 자동으로 제어할 수 있도록 조절댐퍼(122)가 설치된다. 그 조절댐퍼(122)는 후술되는 콘트롤러에 의해 자동으로 개폐되도록 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 본체(10)의 하부의 타측, 즉 실내측에는 건축물(1) 바닥에 설치된 배관장치(2)에 의해 발생되는 온기 및/또는 냉기를 본체(10)의 내부로 유입시킬 수 있도록 실내 바닥 또는 배관을 향해 개방되는 내기 흡입부(14)가 구비된다. 그 본체(10)의 내기 흡입부(14)는 공조되거나 조절된 내기의 흡입 또는 유입을 선택적으로 또는 자동으로 제어할 수 있도록 조절댐퍼(142)가 설치된다. 그 조절댐퍼(142)는 물론 후술되는 콘트롤러에 의해 자동으로 조절되도록 구성되는 것이 바람직하 다.

또한, 본체(10)의 실내측 상부에는 공기를 건축물(1)의 실내로 공급하기 위한 공급부(16)가 설치된다. 그 공급부(16)는 본체(10)의 내부와 건축물(1)의 실내와 연통하도록 형성되어, 본체(10)내로 유입되는 외기 또는 공조된 공기를 건축물(1)의 실내로 공급하거나 배출시키는 역할을 한다. 선택적으로, 공급부(16)에는 공기흐름을 유도하기 위한 베인(162)이 설치될 수 있으며, 이에 따라 베인(162)의 각도를 조절함으로써 실내로 공급되는 공기를 정면 또는 상향으로 유도 및 안내할 수 있다.

상기 본체(10)의 내측의 대체로 중앙부에는 외부로부터 공급되는 외기를 내기를 이용하여 온도를 조절하기 위한 현열교환판(20)이 수직하게 설치된다. 실제적으로, 상기 본체(10)의 내무는 현열교환판(20)에 의해 2개의 격실, 즉 외기 흡입부(12)로부터 유입되는 외기가 통과하는 제1격실(22)과, 내기 흡입부(14)로부터 유입되는 내기가 통과하는 제2격실(24)로 구획된다.

그 현열교환판(20)은 본체(10)의 외기 흡입부(12)를 통해 제1격실(22)을 통과하는 외기를 내기 흡입부(14)를 통해 유입되어 제2격실(24)을 통과하는 내기로 열교환시켜 가열 또는 냉각시켜 실내로 공급할 수 있도록 열교환이 우수한 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 특히, 그 현열교환판(20)이 설치됨으로 인해 내기 흡입부(14)를 통해 유입되는 실내 공기의 열기 또는 냉기를 외기 흡입부(12)를 통해 유입되는 외기에 전달함으로써 외기의 가열 또는 냉각을 위해 후술되는 공조장치의 용량을 줄 일 수 있는 장점이 있다.

상기 본체(10)의 내측, 보다 바람직하게는 외기 및/또는 내기를 실내로 공급하기 위한 송풍기(30)가 설치된다. 그 송풍기(30)는 외기 흡입부(12), 특히 내기 흡입부(14)를 통해 제2격실(24)내로 유입되는 공기를 보다 강하게 또는 충분히 본체(10)의 내부를 거쳐 다시 실내측으로 공급될 수 있도록, 본체(10)의 내측, 즉 제2격실(14)측에 설치되는 것이 바람직하다.

그 송풍기(30)는 팬 형식으로 형성되며, 후술되는 콘트롤러에 의해 자동적으로 제어 및 작동된다.

또한, 본체(10)의 내측 상부에는 외기 및/또는 내기를 최적의 상태로 조절하여 실내로 공급하기 위한 공조장치(40)가 설치된다. 그 공조장치(40)는 외기 및/또는 내기를 냉각, 제습 또는 가열 처리하여 실내에서 원하거나 계획된 최적의 상태로 공급할 수 있도록 구성된다. 물론, 그 공조장치(40)는 실내로의 원활한 냉기의 공급을 위해 본체(10)의 공급부(16)에 근접하게 설치되는 것이 바람직하다.

그 공조장치(30)는 주로 하절기에 상기 본체(10)의 외기 흡입부(12)로부터 유입되어 제1격실(22)을 통과하는 외기 및/또는 내기 흡입구(14)로부터 유입되어 제2격실(24)을 통과하는 내기를 냉각시키거나 그 공기들의 제습을 실행할 수 있는 반면 동절기에 흡입부(12)로부터 도입되어 제1격실(22)을 통과하는 외기를 가열하여 온기로 변환시키기 위한 냉/온수코일(42)의 역할을 구비하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는, 냉수 또는 온수를 선텍적으로 공급하여 냉/온 기능을 임의로 실시할 수 있도록 냉/온수코일(42)로 제시하였으나, 냉수코일과 온수코일을 별도로 구비하여 설치할 수 있음을 본 기술분양의 당업자라면 충분히 이해할 수 있을 것이 다. 물론, 그 공조장치(40)는 후술되는 콘트롤러에 의해 자동으로 제어되거나 작동될 수 있고, 가동 시에만 공기를 냉각 및/또는 가열할 수 있으며 비 작동 시에는 공기를 통과시키는 바이패스 기능을 행하게 되는 것이다. 물론 공조장치(40)의 열원은 바닥난방 및 바닥냉방을 위해 설치된 배관과 별도의 배관을 통해 공급되며, 따라서 바닥난방 또는 바닥냉방과 별도로 작동 또는 제어될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 하이브리드 공조시스템은, 후술되는 콘트롤러에 의해 상기 구성요소들을 제어하기 위해서는 실내의 여러 위치에서의 상태를 측정하기 위한 측정장치(50)를 포함한다.

그 측정장치(50)는 기본적으로 외기의 온도를 측정하기 위해 건축물(1)의 외부의 적정위치에 설치되는 제1온도센서(52)와, 실내의 온도를 측정하기 위한 제2온도센서(54)와, 건축물의 바닥의 온도를 측정하기 위한 제3온도센서(56)를 포함한다. 또한, 도시되지는 않았지만, 측정장치(50)는 공조장치(40)로 공급되는 냉각수 또는 온수의 온도를 측정하기 위한 온도센서, 실내로 도입되는 공기의 습도를 측정하기 위한 습도센서, 실내의 노점온도 등을 검출하기 위한 온도, 습도센서 및 다른 센서들을 포함할 수 있음을 본 기술분야의 당업자라면 충분히 이해할 수 있을 것이다. 물론 이와 같은 각각의 센서들은 후술되는 콘트롤러에 연결되어 측정값을 그 콘트롤러로 송신하게 되는 것이다.

또한, 상기 각각의 구성요소들은 자동으로 제어되거나 통제되도록 콘트롤러(60)에 연결된다. 그 콘트롤러(60)는 각각의 세대, 구역 또는 건축물의 전체세대를 개별적으로 또는 전체적으로 제어할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

그 콘트롤러(60)는 공조시스템 전체를 다음과 같은 제어모드로 작동될 수 있도록 제어한다. 즉, 비교적 외기 조건이 양호한 봄철 및 가을철과 같은 중간기(Intermediate Season)에는 특별한 열교환의 실행 없이 실내의 환경 또는 분위기에 적합하게 외기를 도입하고, 그 외기만을 이용하여 실내의 오염물질이나 발생하는 열을 제거하거나 조절하여, 실내공기 및 실내 환경을 항상 쾌적하게 최적으로 유지할 수 있도록 작동된다.

또한 외기가 고온 다습하여 외기의 도입이 적절하지 않은 하절기인 냉방기(Cooling Season)에는, 환기를 목적으로 제한된 일정한 양의 외기만을 본체를 통해 도입하여 이용한다. 유입되는 외기는 공조장치의 냉각작동을 통해 제습 및 냉각된 상태로 실내로 공급되고, 주로 실내의 고온 다습한 공기를 바닥에 설치된 본체의 흡입구로 유도하여 공조장치의 냉각작동을 통해 냉각되고 제습된 상태로 위와 같이 냉각된 신선외기와 함께 실내로 공급되어 냉각이 실행되며, 이와 같은 냉방기 중 야간과 같이 외기 조건이 양호한 경우에는 상술된 중간기의 제어모드와 유사하게 외기를 도입하여 실내를 냉각 및 환기시키도록 작동된다.

한편, 외기온도가 낮아 외기의 도입이 적절치 않은 동절기인 난방기(Heating Season)에는, 환기를 목적으로 최소한의 외기만을 도입하여 이용한다. 이와 같이 도입되는 외기는 공조장치의 가열작동에 의해 온기로 변하여 실내로 유입되며, 실제적인 난방은 건축물의 바닥에서의 복사난방에 의해 이루어지도록 작동된다.

물론, 상기 콘트롤러(60)는 사용자 또는 작업자에 의해 공조시스템이 최적으로 작동되어 최적의 실내분위기를 연출할 수 있도록 다양한 설정치 또는 최적치가 입력되거나 저장될 수 있는 바, 예컨대 실내의 설정온도, 외기설정온도, 등을 입력하거나 설정할 수 있다.

이하, 전술된 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 하이브리드 공조시스템의 제어방법을 도 5와 도 1 내지 4를 참조로 하여 상세히 설명한다.

먼저 콘트롤러(60)는 측정장치(50)의 각각의 센서들(52-56)로부터 검출된 실내온도(Tin), 외기온도(Tout), 바닥온도(Tsurf) 및 노점온도(Tdew)를 수신하고, 또한 실내온도(Tinset), 외기온도(Toutset), 바닥온도(Tsurf)와 노점온도(Tdew)의 허용 온도차(Δt), 최소 및 최대 설정온도(Tmin, Tmax)를 설정한다(S100).

이후, 제1센서(52)에 의해 측정된 실내온도(Tin)가 설정 실내온도(Tinset)를 비교한다(S102).

측정 실내온도(Tin)와 설정 실내온도(Tinset)를 비교한 결과 측정 실내온도(Tin)가 설정 실내온도(Tinset)보다 크면 바닥온도(Tsurf)와 노점온도(Tdew)의 차이를 측정하고(S104-1), 그 차이가 허용 온도차(Δt)보다 크면 결로발생에 대해 안전한 것으로 판단하여 다시 측정 외기온도(Tout)가 최대 설정온도(Tmax)보다 큰가를 판단하여(S104-2), 상기 비교단계(S102)에서 측정 실내온도(Tin)가 실내설정온도(Tinset)보다 작으면 측정 외기온도(Tout)가 외기도입가능 설정온도의 최소값(Tmin)과 최대 값(Tmax)범위 내에 존재하는가를 판단한다(S104-3)(S104). 여기서, 실제적으로, 측정 실내온도(Tin)와 설정 실내온도(Tinset)를 비교한 결과 측정 실내온도(Tin)가 설정 실내온도(Tinset)보다 크면 바닥복사냉방이 실행되는(S102-1)반면, 상기 비교단계(S102)에서 측정 실내온도(Tin)가 실내설정온도(Tinset)보 다 작으면 바닥복사냉방을 중지하는(S102-2)것이 요구된다.

상기 측정단계(S104-1)에서 바닥온도(Tsurf)와 노점온도(Tdew)의 차가 허용 온도차(Δt) 보다 작고 상기 판단단계(S104-2)에서 측정 외기온도(Tout)가 설정 외기온도(Toutset)보다 크면 환기시스템에 냉수가 공급되며 냉각 및 제습을 실행하고(S106-1); 상기 판단단계(S104-2)에서 측정 외기온도(Tout)가 최대 설정온도(Tmax)보다 작다고 판단되고 상기 판단단계(S104-3)에서 측정 외기온도(Tout)가 설정범위(Tmin~Tmax) 내에 존재한다고 판단되면 최대환기를 위해 환기시스템의 작동을 실행시키고 냉각을 중지하며(S106-2); 상기 판단단계(S104-3)에서 측정 외기온도(Tout)가 설정 외기온도(Toutset) 범위내에 존재하지 않는다고 판단되면 환기시스템에 냉수공급을 중단하고 환기시스템은 최소환기모드로 작동한다(S106-3)(S106).

위와 같은 실행단계(S106)중 실행단계(S106-1)에서는 냉각 및 제습이 행해지고, 실행단계(S106-2)에서는 환기가 최대로 행해지며, 실행단계(S106-3)에서는 환기가 최소로 행해진다.

이후, 하이브리드 공조시스템을 임의로 중지시키거나 자동으로 중지되었음을 판단한다(S108).

물론, 그 중지 판단단계(S108)에서의 판단결과 정지로 판단되면 작동 데이터 또는 그 결과를 저장하거나 파일링 하고(S110), 정지되지 않았다면 초기의 설정단계(S100)로 복귀되어 상기 과정들을 반복한다.

상기 실시예에서는 하절기를 예로 들어 설명하였으나, 동절기에도 동일한 방 법으로 적용할 수 있음을 당업자들은 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 즉, 동절기에는 각각의 설정온도를 동절기에 적합하도록 설정한 후, 예컨대 바닥 배관장치에 공급되는 열교환수를 온수로 대체하여 공급 및 제어하는 방식으로 하여 최적의 제어공기를 실내로 공급하거나, 실내를 환기시킬 수 있는 것이다.

결과적으로, 본 발명에 따른 하이브리드 공조시스템은 가능한 한 외기를 최대로 활용하여 실내 환경을 제어함으로써, 외기 조건이 양호한 경우에는 외기를 도입하여 실내의 공기를 환기시키거나 통풍시키는 방식으로 실내발열과 오염물질을 제거할 수 있는 것이다. 반면, 외기 상태가 불량한 경우 또는 실내에 적용하는데 과부하가 요구되는 경우에도 외기를 최소로 또는 적절히 도입하여 예컨대, 하절기의 경우에는 바닥을 냉방상태로 유지하여 노점온도 이상으로 유지한 상태에서 냉각장치를 이용하여 냉각 및 제습된 상태로 실내로 공급하여 실내를 환기 및 공조시킬 수 있는 것이다. 또한, 중간기에도 실내부하가 발생하거나 증가하는 경우 공조장치를 냉각모드로 작동시켜 실내부하를 제거할 수 있으며, 이는 결국 실내부하에 반응이 느린 바닥복사냉방의 단점을 해결하게 되는 것이다.

따라서 노점온도의 저하로 인한 바닥표면에서의 결로의 발생을 방지하고, 환기를 통해 실온의 제어하며, 실내의 부하 변동에 대한 실내 열 환경 제어의 반응성을 향상시킬 수 있고, 또한 하절기에도 외기를 이용한 환기를 행할 수 있게 되는 것이다.

이상에서, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 대해 설명하였으나, 본 기술 분야의 당업자라면 첨부된 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예 를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 공조시스템을 보여주는 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 공조시스템이 건축물에 설치되어 작동되는 상태를 보여주는 구성도로서, 중간기의 제어모드를 보여주는 구성도.

도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 공조시스템이 건축물에 설치되어 작동되는 상태를 보여주는 구성도로서, 냉방기의 제어모드를 보여주는 구성도.

도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 공조시스템이 건축물에 설치되어 작동되는 상태를 보여주는 구성도로서, 난방기의 제어모드를 보여주는 구성도.

도 5는 본 발명에 따른 하이브리드 공조시스템을 이용한 실내 공조방법의 하나의 실시예를 보여주는 순서도.

♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

10: 본체 12: 외기 흡입부

14: 내기 흡입부 16: 공급부

20: 현열교환판 30: 송풍기

40: 공조장치 50: 측정장치

60: 콘트롤러

Claims

실내 바닥의 난방 및 냉방을 위한 배관장치(2)와, 채광을 위한 창문(3)과, 외부의 공기흡입을 위한 흡입구(4)와, 실내공기의 순환 및 배출을 위한 배기구(5)가 설치된 단위 건축물(1)에 설치되어 외기를 이용하는 하이브리드 공조시스템에 있어서,

일측 하부에서 상기 건축물(1)의 외기 흡입구(4)와 연통하는 외기 흡입부(12)를 구비하고, 타측 하부에서 상기 건축물(1)의 배관장치(2)에 의해 발생되는 온기 또는 냉기를 내부로 유입시킬 수 있도록 실내 바닥 또는 배관을 향해 개방되는 내기 흡입부(14)를 구비하며, 실내측 상부에는 외기, 내기 및/또는 공조공기를 상기 건축물(1)의 실내로 공급하기 위한 공급부(16)를 구비하는 본체(10);

상기 본체(10)의 내측을 외기 흡입부(12)로부터 유입되는 외기가 통과하는 제1격실(22)과 상기 내기 흡입부(14)로부터 유입되는 내기가 통과하는 제2격실(24)로 구획하고, 상기 제1격실(22)의 외기를 상기 제2격실(24)의 내기로 열교환시켜 온기 또는 냉기로 변환시키기 위한 현열교환판(20);

상기 본체(10)의 내측에 설치되며, 외기 및/또는 내기를 상기 본체(10)의 상부로 송급하기 위한 송풍기(30);

상기 본체(10)의 내측 상부에 설치되며, 외기 및/또는 내기의 온도 및 습도를 조절하여 실내로 공급하기 위해, 내기 및/또는 외기의 냉각 및 제습을 위한 냉수가 공급되거나, 외기를 가열하여 온기로 변환시키기 위한 온수가 공급될 수 있는 냉/온수 코일(42)을 구비하는 공조장치(40);

외기의 온도를 측정하기 위해 건축물(1)의 외부의 적정위치에 설치되는 제1온도센서(52)와, 실내의 온도를 측정하기 위한 제2온도센서(54)와, 건축물의 바닥의 온도를 측정하기 위한 제3온도센서(56)를 구비하는 측정장치(50); 및

상기 측정장치(50)의 각각의 센서에 의해 측정되는 각각의 측정값을 기초로 상기 송풍기(30) 및 상기 공조장치(40)를 제어하여 실내에 공급되는 공기의 온도 및 습도를 제어하기 위한 콘트롤러(60)를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 공조시스템.
제1항에 있어서, 상기 본체(10)의 외기 흡입부(12) 및 상기 내기 흡입부(14)에는 흡입되는 외기 및 내기의 흡입량을 제어하기 위해 상기 콘트롤러(60)에 각각 연결되는 조절댐퍼(122;142)가 설치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 공조시스템.
제1항에 있어서, 상기 콘트롤러(60)는, 외기 조건이 양호한 봄철 및 가을철과 같은 중간기(Intermediate Season)에는 열교환의 실행 없이 외기를 실내로 도입하여 실내의 오염물질이나 발생하는 열을 제거하거나 외기가 순환되도록 실행되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 공조시스템.
제1항에 있어서, 상기 콘트롤러(60)는, 외기가 고온다습하여 외기의 도입이 적절하지 않은 하절기인 냉방기(Cooling Season)에는, 환기를 목적으로 제한된 일정한 양의 외기만을 도입하여 상기 공조장치(40)를 작동시켜 제습 및 냉각된 상태로 실내로 공급하고, 실내의 고온 다습한 공기를 바닥에 설치된 상기 본체(10)의 내기 흡입부(14)로 유도하여 상기 공조장치(40)의 냉각작동으로 냉각되고 제습된 상태로 상기 냉각된 외기와 함께 실내로 공급하도록 실행되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 공조시스템.
제1항에 있어서, 상기 콘트롤러(60)는, 외기온도가 낮아 외기의 도입이 적절치 않은 동절기인 난방기(Heating Season)에는 환기를 목적으로 최소한의 외기만을 도입하여 상기 공조장치(40)의 가열작동에 의해 온기로 변환시켜 실내로 유입하도록 실행되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 공조시스템.
제1항에 있어서, 상기 콘트롤러(60)는, 외기의 온도가 낮은 동절기인 난방기(Heating Season)에는 환기를 목적으로 최소한의 외기만을 도입하여 상기 공조장치(40)를 가열작동시켜 온기로 변환시켜 상기 공급부(16)를 통해 실내로 공급하도 록 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 공조시스템.
제6항에 있어서, 상기 공급부(16)에는 그 공급부(16)를 통해 공급되는 온기가 상기 건축물(1)의 창문(3)의 내측면으로 유도 및 안내하기 위한 베인(162)이 설치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 공조시스템.
제1항 내지 7항 중 어느 한 항에 따른 하이브리드 공조시스템을 이용하는 실내 공조방법에 있어서,

측정장치(50)의 각각의 센서들로부터 측정된 실내온도(Tin), 외기온도(Tout), 바닥온도(Tsurf) 및 노점온도(Tdew)를 콘트롤러(60)가 수신하고, 실내온도(Tinset), 외기온도(Toutset), 바닥온도(Tsurf)와 노점온도(Tdew)의 허용 온도차(Δt), 최소 및 최대 설정온도(Tmin, Tmax)를 설정하는 단계(S100);

상기 측정장치(50)의 제1온도센서(41)에 의해 검출된 측정 실내온도(Tin)와 설정 실내온도(Tiset)를 비교하여 설정 실내온도(Tinset)가 측정 실내온도(Tin)보다 크면 바닥복사냉방을 작동(S102-1)하고, 상기 측정 실내온도(Tin)가 설정 실내온도(Tiset)보다 작으며 바닥복사냉방을 중지(S102-2)하는 단계(S102);

상기 측정 실내온도(Tin)와 설정 실내온도(Tinset)를 비교한 결과 측정 실내온도(Tin)가 설정 실내온도(Tinset)보다 크면 바닥온도(Tsurf)와 노점온도(Tdew)의 온도차를 측정하고(S104-1), 상기 온도차가 허용 온도차(Δt)보다 크면 측정 외기온도(Tout)가 최대 설정온도(Tmax)보다 큰가를 판단하며(S104-2), 상기 비교단계(S102)에서 측정 실내온도(Tin)가 설정 실내온도(Tinset)보다 작으면 측정 외기온도(Tout)가 최소 설정온도(Tmin)와 최대 설정온도(Tmax)범위 내에 존재하는가를 판단(S104-3)하는 단계(S104);

상기 측정단계(S104-1)에서 바닥온도(Tsurf)와 노점온도(Tdew)의 차가 상기 허용 온도차(Δt)보다 작고 상기 판단단계(S104-2)에서 외기온도(Tout)가 설정 외기온도(Toutset)보다 크면 바닥의 배관장치(2)에 냉각수를 공급하여 냉각을 실행하고 환기시스템을 작동시켜 냉각 및 제습을 실행하고(S106-1), 상기 판단단계(S104-2)에서 측정 외기온도(Tout)가 최대 설정온도(Tmax)보다 작고 상기 판단단계(S104-3)에서 측정 외기온도(Tout)가 설정온도범위(Tmin~Tmax) 내에 존재하면 냉각을 위해 바닥 배관장치(2)의 작동을 중지시키고 환기장치를 작동시켜 외기유입을 최대로 작동시키며(S106-2), 상기 판단단계(S104-3)에서 측정 외기온도(Tout)가 설정 외기온도(Toutset) 범위내에 존재하지 않으면 바닥배관장치(2)의 작동을 중지시키고 배기구(5)에 연결된 환기장치의 작동을 최소로 작동시키는(S106-3) 단계(S106);

공조시스템을 임의로 중지시키거나 자동으로 중지되었음을 판단하는 단계(S108);

상기 판단단계(S108)에서 정지로 판단되면 작동 데이터 또는 그 결과를 저장하거나 파일링 하고(S110), 정지되지 않았다면 초기의 설정단계(S100)로 복귀되어 상기 단계들을 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 공조시스 템을 이용한 공조방법.
제8항에 있어서, 상기 실행단계(S106)중 실행단계(S106-1)에서는 냉각 및 제습이 행해지고, 상기 실행단계(S106-2)에서는 환기가 최대로 행해지며, 실행단계(S106-3)에서는 환기가 최소로 행해지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 공조시스템을 이용한 공조방법.