KR20090124666A - 지열원을 이용한 냉난방시스템 - Google Patents

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Abstract

공간과 바닥을 동시에 또는 각각 냉난방 할 수 있으면서 시스템의 크기를 줄일 수 있는 지열원을 이용한 냉난방시스템에 관한 것이다.
그러한 지열원을 이용한 냉난방시스템은, 지중에 매설되어 지열을 회수하도록 그 내부에 열전달 유체가 담긴 파이프로 구성된 지중열교환기와, 상기 지중열교환기와 연결되어 지중열교환기에서 회수한 지중열을 이용하여 열교환을 행하는 복수의 히트펌프와, 상기 히트펌프에서 열교환 된 열 매체를 실내기 및 바닥코일로 각각 공급하여 공간 및 바닥을 냉난방 하는 냉난방설비를 포함하고,
상기 히트펌프들 중에서 일부의 히트펌프는 제1배관을 통하여 공간을 냉난방 하는 냉난방설비와 연결되고, 일부의 히트펌프는 냉온수 저장탱크와 연결되고 이 냉온수 저장탱크는 제2배관을 통하여 바닥면을 냉난방 하는 냉난방설비와 연결되는 지중열을 이용한 냉난방시스템을 제공한다.
지열원, 냉난방시스템, 공간, 바닥, 냉매배관, 수배관

Description

지열원을 이용한 냉난방시스템{COOLING AND HEATING SYSTEM USING GEOTHERMAL}
본 발명은 지열원을 이용한 냉난방시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공간과 바닥을 동시에 또는 각각 냉난방 할 수 있으면서 시스템의 크기를 줄일 수 있는 지열원을 이용한 냉난방시스템에 관한 것이다.
일반적으로 고유가 시대로 다양한 에너지 정책이 제안되고 있으며, 화석 연료의 유해성과 매장량의 한계로 인하여 근래에는 이를 대신할 수 있는 대체에너지 개발이 활발하게 진행되고 있다.
대표적으로 풍력, 태양열, 지열 등과 같은 자연에너지에 관한 연구가 진행되고 있는데, 이들 자연에너지는 환경오염과 기후변화에 거의 영향을 미치지 않으면서 무한한 에너지를 얻을 수 있는 장점이 있다.
이러한 자연에너지 기술 중의 하나로 각광받고 있는 것이 지중열을 열원으로 이용하여 냉난방을 행하는 시스템이 알려져 있는데, 이것은 지중의 열을 회수하거나 지중으로 열을 배출할 수 있도록 열교환기를 설치하여 냉난방을 행하는 기술이다. 지중의 온도는 계절의 변화에도 거의 일정하게 유지되므로 지열교환시스템은 여름에는 냉방장치로 겨울에는 난방장치로 사용할 수 있다.
지열교환시스템의 통상적인 구성은, 도 1에 도시된 바와 같이 지중에 매설되어 지열을 회수하도록 그 내부에 열전달 유체가 담긴 파이프로 이루어진 지중열교환기(10)와, 상기 지중열교환기(10)와 연결되어 지중열교환기(10)에서 회수한 지중열을 이용하여 열교환을 행하는 히트펌프(20)와, 상기 히트펌프(20)에서 열교환 된 냉온수를 저장하는 냉온수 저장탱크(30)를 포함한다.
그리고 상기 냉온수 저장탱크(30)에 저장된 냉온수를 이용하여 각각의 냉난방 장소를 냉난방 할 수 있도록 냉온수 저장탱크(30)에는 냉온수 저장탱크(30)의 냉온수가 냉난방 장소를 각각 순환하여 냉난방을 행한 후 냉온수 저장탱크(30)로 리턴되는 제1배관(61) 및 제2배관(62)이 각각 연결된다.
상기 제1배관(61)은 각각의 공간을 냉난방 할 수 있도록 복수의 실내기(40)가 연결되고, 제2배관(62)은 바닥면을 냉난방 하도록 바닥코일(50)과 연결되어 공간 및 바닥을 냉난방 하도록 구성된다.
상기 지중열교환기(10)는 지중에 보어홀을 천공하여 소정의 깊이로 매설하는 방법으로 설치된다. 이러한 지중열교환기(10)는 하나의 시스템에서 하나 또는 여러 개가 설치될 수 있다.
상기 히트펌프(20)도 지중열교환기(10)의 설치 개수에 따라서 하나 또는 여러 개로 구성될 수 있다.
그리고 상기 제1배관(61) 및 제2배관(62)은 냉온수 저장탱크(30)의 물이 순환될 수 있는 수배관으로 이루어지며, 이들 각각의 배관(61,62)에는 냉온수 저장탱 크(30)의 물을 냉난방장소로 순환시키기 위한 순환펌프(P1,P2)가 각각 설치된다.
이와 같은 지중열을 이용한 냉난방시스템은 지열에너지를 지중열교환기(10)를 통하여 그 내부에 담긴 열전달 유체가 빼앗아 저장하고, 이를 히트펌프(20)를 통하여 열교환 된 냉온수가 냉온수 저장탱크(30)에 저장된다.
그리고 이 냉온수 저장탱크(30)에 저장된 냉수 또는 온수는 순환펌프(P1,P2)의 작동에 의하여 제1,2배관(61,62)을 따라서 강제 순환되면서 필요한 장소의 공간 및 바닥을 냉난방을 행하게 된다.
그러나 이러한 종래의 지중열을 이용한 냉난방시스템은 제1배관(61) 및 제2배관(62)가 냉온수 저장탱크(30)에 모두 연결된 상태이므로 냉온수 저장탱크(30)의 용량이 커지는 단점이 있다. 따라서 냉온수 저장탱크(30)가 설치될 수 있는 충분한 공간이 필요하다.
또한 종래의 지중열을 이용한 냉난방시스템은 제1배관(61) 및 제2배관(62)이 냉온수 저장탱크(30)에 모두 연결되므로 냉온수 저장탱크(30)에 저장된 물이 냉수이면 냉방만을 행할 수 있고 온수이면 난방만을 행할 수밖에 없다.
그리고 제1배관(61) 및 제2배관(62)은 물이 흐르는 수배관으로 이루어지므로 겨울철에 시스템의 가동을 중지시킬 경우 제1,2배관(61,62)이 동파 될 가능성이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으 로서, 본 발명의 목적은 공간과 바닥을 동시에 또는 각각 냉난방 할 수 있고, 냉온수 저장탱크의 용량을 줄일 수 있어 시스템의 전체 크기를 줄일 수 있는 지열원을 이용한 냉난방시스템을 제공하는데 있다.
본 발명이 제안하는 지열원을 이용한 냉난방시스템은,
지중에 매설되어 지열을 회수하도록 그 내부에 열전달 유체가 담긴 파이프로 구성된 지중열교환기와, 상기 지중열교환기와 연결되어 지중열교환기에서 회수한 지중열을 이용하여 열교환을 행하는 복수의 히트펌프와, 상기 히트펌프에서 열교환된 열 매체를 실내기 및 바닥코일로 각각 공급하여 공간 및 바닥을 냉난방 하는 냉난방설비를 포함하고,
상기 히트펌프들 중에서 일부의 히트펌프는 제1배관을 통하여 공간을 냉난방 하는 냉난방설비와 연결되고, 일부의 히트펌프는 냉온수 저장탱크와 연결되고 이 냉온수 저장탱크는 제2배관을 통하여 바닥면을 냉난방 하는 냉난방설비와 연결되는 지중열을 이용한 냉난방시스템을 제공한다.
상기 제1배관은 내부에 냉매가 흐르는 냉매배관으로 이루어진다.
본 발명의 지중열을 이용한 냉난방시스템은, 실내의 공간과 바닥을 선택적으로 각각 또는 동시에 냉방과 난방을 할 수 있으므로 거주자의 냉난방 기호에 따라서 그에 알맞은 냉난방을 할 수 있다.
또한 종래에 비하여 냉온수 저장탱크의 용량을 줄일 수 있어 설치공간을 줄 일 수 있고, 냉매배관의 관로 직경을 종래의 수배관에 비하여 작은 것으로 할 수 있어 배관의 크기를 축소할 수 있으므로 설치비를 그만큼 줄일 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 의한 지열원을 이용한 냉난방시스템의 구성도로서, 본 발명에 의한 지열원을 이용한 냉난방시스템은, 지중에 매설되어 지열을 회수하도록 그 내부에 열전달 유체가 담긴 파이프로 이루어진 지중열교환기(10)와, 상기 지중열교환기(10)와 연결되어 지중열교환기(10)에서 회수한 지중열을 이용하여 열교환을 행하는 복수의 히트펌프(20)를 포함한다.
상기 지중열교환기(10)는 지중에 보어홀을 각각 천공하여 소정의 깊이로 각각 매설하는 방법으로 설치된다. 이러한 지중열교환기(10)는 하나의 시스템에서 하나 또는 여러 개가 설치될 수 있다.
상기 히트펌프(20)도 지중열교환기(10)의 설치 개수에 따라서 하나 또는 여러 개로 구성될 수 있다.
이와 같은 지중열교환기는 냉난방시스템과 연결되어 필요한 장소를 냉난방 하게 되는데, 본 발명에서는 히트펌프(20)들 중에서 일부의 히트펌프(20)는 제1배관(L1)을 통하여 냉난방설비와 연결되고, 일부의 히트펌프(20)는 냉온수 저장탱크(30)와 연결되고 이 냉온수 저장탱크(30)는 제2배관(L2)으로 냉난방설비와 연결된다.
상기 제1배관(L1)은 내부에 냉매가 채워져 순환하는 냉매배관으로 이루어지며, 상기 제2배관(L2)은 냉온수가 흐르는 수배관으로 이루어진다. 상기 제1배관(L1)은 냉매가 순환하는 냉매배관이므로 종래의 수배관에 비하여 작은 크기의 배관으로 하여도 열전달 능력을 떨어지지 않는다.
상기 냉난방설비는 예를 들면 공간을 냉난방하는 실내기(40)로 이루어지거나, 바닥을 냉난방하는 바닥코일(50)로 이루어질 수 있다.
본 실시예 에서는 하나의 예로서 냉매가 순환하는 제1배관(L1))은 실내기(40)와 연결되고, 물이 순환하는 제2배관(L2)은 바닥코일(50)과 연결된다.
따라서 본 발명의 냉난방시스템은 공간과 바닥을 각각 또는 동시에 냉난방 할 수 있어 2원화 된 시스템으로 구성된다.
그리고 상기 제1배관(L1)의 냉매는 이 제1배관(L1) 연결된 히트펌프의 구동에 의하여 냉매를 실내기(40) 쪽으로 순환시키고, 제2배관(L2)에는 냉온수 저장탱크(30)의 물을 바닥코일(50)로 순환시키기 위한 순환펌프(P)가 각각 설치된다.
상기와 같은 본 발명의 지중열을 이용한 냉난방장치는 지열에너지를 각각의 지중열교환기(10) 내부에 담긴 열전달 유체가 빼앗아 저장하고, 지중열교환기(10) 내부에 담긴 열전달 유체를 히트펌프 측으로 순환시켜 이를 각각의 히트펌프(20)에서 축열하여 저장하거나 또는 히트펌프(20)에서 열교환 하여 냉수 또는 온수를 냉온수 저장탱크(30)에 저장한다.
이 상태에서 도시되지 않은 제어부를 조작하여 필요한 냉난방을 하게 되는데, 제1배관(L1)과 연결된 히트펌프(20)를 구동시키면 히트펌프(20)를 통하여 열교 환 된 냉매는 제1배관(L1)을 따라서 순환하면서 실내기(40)를 통하여 냉각된 공기 또는 가열된 공기를 토출하면서 공간을 냉난방 하게된다.
그리고 제어부를 조작하여 순환펌프(P)를 구동시키면, 냉온수 저장탱크(30)에 저장된 냉수 또는 온수가 제2배관(L2)을 따라서 바닥코일(50)로 공급되어 바닥을 냉난방 하게 된다.
이와 같은 냉난방 시 제어부의 제어로 제1배관(L1)과 연결된 히트펌프(20)만을 구동시켜 공간만 냉난방 하거나, 제1배관(L2)과 연결된 펌프(P)만을 구동시켜 바닥만 냉난방 하거나, 또는 이들 모두를 구동시켜 공간과 바닥을 동시에 냉난방 할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 지열원을 이용한 냉난방시스템의 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 지열원을 이용한 냉난방시스템의 구성도.

Claims (2)

  1. 지중에 매설되어 지열을 회수하도록 그 내부에 열전달 유체가 담긴 파이프로 구성된 지중열교환기와, 상기 지중열교환기와 연결되어 지중열교환기에서 회수한 지중열을 이용하여 열교환을 행하는 복수의 히트펌프와, 상기 히트펌프에서 열교환된 열 매체를 실내기 및 바닥코일로 각각 공급하여 공간 및 바닥을 냉난방 하는 냉난방설비를 포함하고,
    상기 히트펌프들 중에서 일부의 히트펌프는 제1배관을 통하여 공간을 냉난방하는 냉난방설비와 연결되고, 일부의 히트펌프는 냉온수 저장탱크와 연결되고 이 냉온수 저장탱크는 제2배관을 통하여 바닥면을 냉난방 하는 냉난방설비와 연결되는 지중열을 이용한 냉난방시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1배관은 내부에 냉매가 흐르는 냉매배관으로 이루어진 지중열을 이용한 냉난방시스템.
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