KR20100128520A - 공동주택의 중앙집중식 지열 냉난방 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공동주택의 중앙집중식 지열 냉난방 시스템에 관한 것으로서, 본 발명의 공동주택 중앙집중식 지열 냉난방 시스템에 따르면, 지열을 이용하는 히트펌프를 중앙 기계실에 설치하고 있기 때문에, 공동주택의 각 세대에 별도의 히트펌프를 설치할 필요가 없다. 따라서, 각 세대에 천정에 팬코일을 설치해서 냉방가능하고, 기존 바닥 배관인 온돌을 이용하여 난방하는, 냉난방시 상시 온도를 유지할 수 있고, 또한 냉난방 파이프 또는 팬코일은 냉방 뿐만 아니라 바닥온돌과 동시에 난방 사용이 가능하므로, 설치비와 운전비가 저렴하다.

공동주택, 중앙집중, 세대, 지열, 지중열교환기, 히트펌프, 순환펌프

Description

공동주택의 중앙집중식 지열 냉난방 시스템{A geothermal cooling and heating system in a centralized apartment complex}

본 발명은 공동주택의 중앙집중식 지열 냉난방 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 중앙 기계실내에 설치된 히트펌프를 통해서 공동주택의 세대에 냉방과 난방을 상시 제공할 수 있도록 한 공동주택의 중앙집중식 지열 냉난방 시스템에 관한 것이다.

아파트, 주상복합단지 등 기존의 공동주택 주거단지에는 단지 내에 열병합발전소 등을 건설하여 지역 난방 시스템을 가동하고 있다. 그리고 냉방을 위해서 개별 세대나 공간에 에어콘을 별도로 설치하고 있다.

지역 난방 시스템에서는 냉방을 위한 냉수나 열원을 제공하지 않기 때문에, 개별적으로 에어콘을 설치해야 하고 이에 따른 실외기를 설치해야 한다. 이 경우에는 에어콘과 실외기를 설치할 공간이 필요하고, 이들 장비를 구입하기 위한 비용이 많이 들고 뿐만 아니라 이사시에 이들을 함께 옮겨야 하는 불편이 있다. 또한, 실 외기를 통상적으로 창문쪽에 설치하므로, 창문을 개방할 때 더운 열기가 내부로 다시 들어올 수 있다.

또한, 개별 난방에서는 개별 보일러와 에어콘을 필요로 한다. 이 경우에는 지역 난방 시스템에 비해서 보일러를 더 설치해야 하므로, 공간 활용면에서나 비용면에서 만족하지 못할 것이다.

이에, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 부지나 건물의 지하에 지중열교환기를 설치하고, 지중열교환기로부터 나온 열원을 공동 주택의 각 세대에 공급하는 히트펌프를 중앙 기계실에 설치하여, 세대에 냉방과 난방을 상시 제공할 수 있는 공동주택의 중앙집중식 지열 냉난방 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 상술한 바와 같이, 공동주택의 냉난방 열원을 중앙 기계실에서 각 세대에 공급하여, 각 세대에는 별도의 에어콘 및 실외기가 필요없는 공동주택의 중앙집중식 지열 냉난방 시스템을 제공하는 그 목적이 있다.

상술한 목적은, 공동주택의 중앙집중식 지열 냉난방 시스템으로서,

부지나 건물의 지하에 지중열교환기와,

상기 지중열교환기로부터 나온 열원을 공동 주택의 각 세대에 공급하는 히트펌프가 설치된 중앙 기계실과,

상기 히터 펌프로부터 나온 열원을 각 세대에 공급하기 위한 냉온수 공급헤더와,

난방 및 냉방 모드를 전환하는 냉방용 전환밸브와 난방용 전환밸브와,

상기 히트 펌프에서 열교환된 열원을 중앙 기계실으로부터 전달되는 각 세대 의 바닥에 설치된 냉난방 파이프 또는 상기 각 세대의 천정에 설치된 팬코일과,

상기 냉난방 파이프 또는 팬코일과 열교환되어 냉온수를 각 세대로부터 환수하는 냉온수 환수헤더를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 공동주택의 중앙집중식 지열 냉난방 시스템에 의해 달성된다.

또 다른 실시예에서는 히트 펌프와 냉온수 공급헤더와 냉온수 환수헤더 사이에 열교환기를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 공동주택의 중앙집중식 지열 냉난방 시스템에 의해 달성된다. 이렇게 하여 히터펌프의 순환유체와 개별 세대로 순환하는 냉온수의 섞임을 방지할 수 있다.

냉온수 공급헤더와 냉온수 환수헤더 사이를 연결하는 차압 밸브를 더 포함한다.

상기 히트 펌프는 공동 건물의 용량에 맞추어, 다수의 히트 펌프를 병렬 또는 직렬 또는 이들 두의 조합으로 배치한다.

본 발명의 공동주택 중앙집중식 지열 냉난방 시스템에 따르면, 지열을 이용하는 히트펌프를 중앙 기계실에 설치하고 있기 때문에, 공동주택의 각 세대에 별도의 히트펌프를 설치할 필요가 없다. 따라서, 각 세대에 천정에 팬코일을 설치해서 냉방가능하고, 기존 바닥 배관인 온돌을 이용하여 난방하는, 냉난방시 상시 온도를 유지할 수 있고, 또한 냉난방 파이프 또는 팬코일은 냉방 뿐만 아니라 바닥온돌과 동시에 난방 사용이 가능하므로, 설치비와 운전비가 저렴하다.

아울러, 이와 같은 히트펌프를 중앙 기계실에 설치함으로, 각 세대에는 별도의 난방장치나 냉방장치를 설치하는 번거로움이 해소되는 장점이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명한다.

첨부도면 도 1는 본 발명에 따른 공동주택의 중앙집중식 지열 냉난방 시스템을 도시한 도면이다.

본 발명의 공동주택의 중앙집중식 지열 냉난방 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 부지나 건물의 지하에 지중열교환기(100)가 설치되어 있고, 지중열교환기(100)로부터 나온 열원을 공동 주택의 각 세대에 공급하는 히트펌프(210)가 중앙 기계실(200)에 설치되어 있다. 냉온수 공급헤더(400)로부터 공동 주택의 각 세대로 난방용 전환밸브(500) 또는 냉방용 전환밸브(510)를 통해서 냉온수가 공급된다. 냉온수는 냉온수 환수헤더(410)를 통해서 히트펌프(200)를 통해서 다시 지중열교환기(100)로 환수된다.

또한, 본 발명의 다른 실시예로서 냉온수 공급헤더(400)와 지중열교환기(100)와 중앙 히트펌프(210) 사이에 냉온수 공급헤더(400)의 순환유체와 상기 히트 펌프의 순환유체와 각기 다른 라인으로 공급되어 열교환되는 열교환기(300)를 더 구성할 수도 있다.

상기 열교환기(300)는 히트펌프(210)를 순환하는 순환유체와 공동주택의 각 세대에 설치된 파이프를 순환하는 냉온수가 각기 다른 라인으로 공급되어 열교환됨 으로써 순환유체와 냉온수의 섞임을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 순환유체의 종류에 따라 냉온수의 열교환효율을 더 향상시킬 수 있다.

냉온수 공급헤더(400)와 냉온수 환수헤더(410) 사이를 연결하는 차압 밸브(600)를 더 포함한다.

또한, 냉온수 공급헤더(400)와 연결된 개별 세대의 팬코일을 천정 등에 설치함으로써 냉방성능을 더 향상시킬 수 있게 된다.

상기 지중열교환기(100)는, 공동주택부지의 지하에 매설되는 방법에 따라 수직형과 수평형, 지하수형으로 대별되고, 공동주택의 주변 여건이나 환경에 따라 적절한 형태의 지중열교환기를 선택하여 설치하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 지중열교환기(100)의 파이프 역시도 공동주택의 규모나 세대수를 고려하여 적당한 직경의 파이프를 선택하여 설치하는 것이 바람직하다.

그리고, 히트펌프는, 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기를 포함하여 냉매를 순환시키는 사이클을 갖는 장치로서, 냉매전환식 또는 수전환방식으로 구성될 수 있다.

이러한 히트펌프는, 냉방 및 난방이 선택적으로 이루어짐이 가능한 공기조화기로서, 냉방모드나 난방모드를 선택함에 따라 순환유체의 흐름 또는 물(냉수 또는 온수)의 흐름이 변경되면서 선택된 모드에 따라 냉방 또는 난방이 이루어지게 되고, 상기 히트펌프는 하나 또는 그 이상의 개수가 지열 히트펌프군으로서 설치될 수 있다.

이상과 같이 구성된 본 발명에 따른 공동주택의 중앙집중식 지열 냉난방 시스템의 작동을 설명한다.

[난방 작동]

본 실시예에서, 부지나 건물의 지하에 지중열교환기(100)의 지열과 열교환되어 따뜻해진 순환유체가 중앙 기계실(200)에 설치된 히트펌프(210)에 의해서 더욱 따뜻하게 되어, 약 55℃의 순환유체가 열교환기(300)에서 공동주택의 각 세대에 설치된 기존바닥 배관인 온돌에 이용하는 냉난방 파이프 또는 천정에 설치된 팬코일을 순환하는 냉온수와 열교환된다.

이와 같이 지중열교환기(100)와 열교환기(300)를 순환하는 순환유체는, 지중 열교환기(100) -> 중앙 기계실의 히트펌프(210) -> 열교환기(300)로 유동하고, 열교환기(300)에서 열교환된 고온수는 냉온수 공급헤더(400) -> 난방용 전환밸브(500) -> 각 세대에 설치된 냉난방 파이프 또는 팬코일 순으로 유동하게 된다.

한편, 각 세대에 설치된 냉난방 파이프 또는 팬코일에 의해서 열교환되어 차가워진 순환수는 냉온수 환수헤더(410) -> 열교환기(300)-> 중앙 기계실의 히트펌프(210)-> 지중열교환기(100)로 환수된다.

[냉방 작동]

본 실시예에서와 같이, 부지나 건물의 지하에 지중열교환기(100)의 지열과 열교환되어 서늘해진 순환유체가 중앙 기계실(200)에 설치된 히트펌프(210)에 의해서 더욱 냉각되어 약 4℃의 순환유체가 열교환기(300)에서 공동주택의 각 세대에 설치된 냉난방 파이프 또는 팬코일을 순환하는 냉온수와 열교환된다.

이와 같이 지중열교환기(100)와 열교환기(300)를 순환하는 순환유체는, 지중 열교환기(100) -> 중앙 기계실(200)의 히트펌프(210) -> 열교환기(300)로 유동하고, 열교환기(300)에서 열교환된 냉각수는 냉온수 공급헤더(400) -> 냉방용 전환밸브(510) -> 각 세대에 설치된 냉난방 파이프 또는 팬코일 순으로 유동하게 된다.

한편, 각 세대에 설치된 냉난방 파이프 또는 팬코일에 의해서 열교환되어 더워진 순환수는 냉온수 환수헤더(410) -> 열교환기(300)-> 중앙 기계실의 히트펌프(210)-> 지중열교환기(100)로 환수된다.

도 2에 도시한 바와 같이, 운전비를 저렴하게 하기 위해서, 난방시에는 기존 바닥 배관인 온돌을 이용하여 난방하는 냉난방 파이프에 온수를 공급함과 동시에 천정에 설치된 팬코일에도 온수를 공급할 수 있다.

이와 반대로, 냉방시에도 기존 바닥 배관인 온돌을 이용하여 난방하는 냉난방 파이프에 냉수를 공급함과 동시에 천정에 설치된 팬코일에도 냉수를 공급할 수 있다.

이 경우에, 난방시에는 온수가 냉방 전환밸브(510)와 난방 전환밸브(500) 모두를 통과해서 흐르고, 냉방시에는 냉수가 이들 모두를 통과해서 흐른다.

도 1은 본 발명에 따른 공동주택의 중앙집중식 지열 냉난방 시스템의 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 바닥과 천정을 동시에 냉난방할 수 있는 흐름도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 지중열교환기

200 : 중앙 기계실

300 : 열교환기

400 : 냉온수 공급헤더

410 : 냉온수 환수헤더

500 : 난방용 전환밸브

510 : 냉방용 전환밸브

Claims (6)

1. 공동주택의 중앙집중식 지열 냉난방 시스템으로서,

   부지나 건물의 지하에 지중열교환기와,

   상기 지중열교환기로부터 나온 열원을 공동 주택의 각 세대에 공급하는 히트펌프가 설치된 중앙 기계실과,

   상기 히터 펌프로부터 나온 열원을 각 세대에 공급하기 위한 냉온수 공급헤더와,

   난방 및 냉방 모드를 전환하는 냉방용 전환밸브와 난방용 전환밸브와,

   상기 히트 펌프에서 열교환된 열원을 중앙 기계실으로부터 전달되는 각 세대의 바닥에 설치된 냉난방 파이프 또는 상기 각 세대의 천정에 설치된 팬코일과,

   상기 냉난방 파이프 또는 팬코일과 열교환되어 냉온수를 각 세대로부터 환수하는 냉온수 환수헤더를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 공동주택의 중앙집중식 지열 냉난방 시스템.
2. 공동주택의 중앙집중식 지열 냉난방 시스템으로서,

   부지나 건물의 지하에 지중열교환기와,

   상기 지중열교환기로부터 나온 열원을 공동 주택의 각 세대에 공급하는 히트펌프가 설치된 중앙 기계실과,

   상기 히터 펌프로부터 나온 열원을 각 세대에 공급하기 위한 냉온수 공급헤더와,

   난방 및 냉방 모드를 전환하는 냉방용 전환밸브와 난방용 전환밸브와,

   상기 히트 펌프에서 열교환된 열원을 중앙 기계실으로부터 전달되는 각 세대의 바닥에 설치된 냉난방 파이프 또는 상기 각 세대의 천정에 설치된 팬코일과,

   상기 냉난방 파이프 또는 팬코일과 열교환되어 냉온수를 각 세대로부터 환수하는 냉온수 환수헤더와,

   상기 히트 펌프와 냉온수 공급헤더와 상기 냉온수 환수헤더 사이에 열교환기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 공동주택의 중앙집중식 지열 냉난방 시스템.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 냉온수 공급헤더와 상기 냉온수 환수헤더 사이를 연결하는 차압 밸브를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 공동주택의 중앙집중식 지열 냉난방 시스템.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 히트 펌프는 직렬, 병렬 또는 이들 두 개의 조합으로 배치되어 있는 다 수의 히트 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 공동주택의 중앙집중식 지열 냉난방 시스템.
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 순환유체는 물과 에탄올 또는 메탄올이 혼합된 부동액인 것을 특징으로 하는 공동주택의 중앙집중식 지열 냉난방 시스템.
6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   난방시에는 기존 바닥 배관인 온돌을 이용하여 냉난방하는 냉난방 파이프에 냉온수를 공급함과 동시에 천정에 설치된 팬코일에도 냉온수를 공급하여, 공동주택 세대를 바닥과 천정에서 동시에 냉난방할 수 있는 것을 특징으로 하는 공동주택의 중앙집중식 지열 냉난방 시스템.

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