KR20100128782A - 지열원측에서 설치되는 1차, 2차 펌프시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 지열을 열원으로 이용하는 지열 히트펌프시스템에서 냉난방 운전시에 열매체를 공급하는 열매체 공급관 및 열매체 회수관에 각각 순환펌프를 설치하여 열매체순환관을 흐르는 열매체의 유량을 조절하는 지열원측에서 설치되는 1차, 2차 펌프시스템에 관한 것이다.

본 발명에 따른 지열원측에서 설치되는 1차, 2차 펌프시스템은, 지중열교환기에서 열교환된 열매체를 각 가구로 순환시키기 위해 지열원측에 설치되는 순환펌프시스템으로써, 열매체공급부와 환수부를 갖는 지중열교환기; 상기 지중열교환기 및 히트펌프유닛과 연결되는 제2 순환펌프 및 제1 순환펌프를 포함하며, 상기 제2 순환펌프는 냉방 순환펌프와 난방 순환펌프로 이루어지고, 상기 제1 순환펌프는 인버터인 것을 구성적 특징으로 한다.

히트펌프유닛, 난방 순환펌프, 냉방 순환펌프, 인버터, 지중열교환기

Description

지열원측에서 설치되는 1차, 2차 펌프시스템{FIRST AND SECOND PUMP SYSTEM PLACED GEOTHERMAL SIDE}

본 발명은, 지열을 열원으로 이용하는 지열 히트펌프시스템에서 지열원측에서 설치되는 1차, 2차 펌프시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 냉난방 운전시에 열매체를 공급하는 열매체 공급관 및 열매체 회수관에 각각 순환펌프를 설치하여 열매체순환관을 흐르는 열매체의 유량을 조절하는 지열원측에서 설치되는 1차, 2차 펌프시스템에 관한 것이다.

일반적으로 다수의 가구가 동시에 거주하는 공동주택에서는 보일러 등의 열원을 이용한 개별난방 시스템을 많이 적용하고 있는 실정인 바, 개별난방 시스템에서는 상수만이 각 가구에 공급되므로 각 가구마다 별도의 보일러를 설치하여 상수를 가열함으로써 얻어진 온수를 실내 바닥에 설치된 바닥배관을 통과시켜 실내를 난방하고, 상기 온수를 욕실이나 주방에 공급하여 난방수로 사용한다. 냉방시에는 별도의 냉방장치를 설치하여 실내 냉방을 한다.

상기 난방시에 바닥배관을 통해 온수를 각 방으로 공급하여 실내를 난방할 때는 보일러 내부에는 난방용 온수를 각 실내로 순환시키기 위해 순환 펌프를 설치하여 사용하고 있는데, 순환 펌프는 모터에 의해 임펠러를 회전시키면 원심력에 의하여 온수가 토출되어 실내의 바닥배관내로 유입되고, 유입된 온수가 실내바닥을 가열시키면 바닥에서 발생하는 복사열에의해 난방이 이루어진다. 상기 개별난방 시스템을 적용시에는 난방용 보일러를 설치해야 하는 별도 공간이 필요하고, 개별 보일러를 유지, 관리해야 하는 어려움이 있으며, 대단위 공동주택 단지에서는 효율성이 떨어지는 측면이 있다.

개별난방 시스템의 단점을 극복하고자, 공동주택에서 지역난방시스템을 많이 적용하는데, 지역난방 시스템은, 각 가구에 냉난방이나 급탕용 열원(熱源)을 설치하지 않고 한 곳에 집중된 열원 플랜트에서 증기·온수·냉수 등의 열매체를 배관으로 공급하는 시스템을 말하는데, 개별적으로 사용자가 난방설비를 갖추는 개별난방 시스템과는 차이가 있다.

근래에는 친환경적인 지열을 이용한 지열시스템이 선호되고 있는데 상기 지열시스템은, 일반적으로 지중 10 m 이하의 연중온도가 보통 약 15℃ 정도를 유지하는 지열을 이용하여 히트펌프와 함께 냉난방 사이클을 구성하여 냉방, 난방 및 급탕에 활용하는 시스템으로, 지중에 존재하는 열을 고밀도 폴리에틸렌파이프(HDPE) 로 구성된 지중열교환기를 통해 열매체(물 또는 부동액)가 회로 내를 순환하면서 동절기에는 지중에서 얻은 열을 상기 시스템에 의해 각 가구 내부로 전달하고, 하절기에는 각 가구 내부의 열을 흡수하여 회로를 순환하면서 지중으로 흡수열을 방출시키는 것이다.

상기 설명한 시스템들은 열원에서 열매체를 각 가구로 순환시키기 위해 열매체순환관에 순환펌프를 설치하며, 상기 순환펌프가 가동하여 열매체를 각 가구로 공급하고 환수하게 된다. 상기 순환펌프는 제어장치의 작동으로 개폐(ON/OFF) 기능만 가능한 정유량 펌프를 사용하는 것이 일반적이다. 각 가구로 유입되는 열매체의 유량은 계절에 따라 변동될 수 있으므로, 상기 정유량 펌프로 유량을 제어하기 위해서는 가동되는 펌프의 개폐를 제어하는 댓수 제어를 해야 한다. 상기 펌프의 댓수를 제어하는 단순 제어로는 시스템의 운용 효율성이 떨어지는 문제가 있고, 특히 지중열을 이용하는 지열 히트펌프시스템에서는 지중열교환기의 필요 열매체유량과 히트펌프의 필요 열매체유량이 상이한 경우 지중열교환기의 성능이 저하되어 지열 히트펌프시스템의 운전 효율이 저하되는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 지열 히트펌프시스템에 있어서, 냉난방 운전시에 열매체를 공급하는 열매체 공급관 및 열매체 회수관에 각각 순환펌프를 설치하여 열매체순환관을 흐르는 열매체의 유량을 조절하여 지중열교환기의 성능을 향상시키고, 펌프의 가동 동력비 및 에너지를 절감하고, 지열 히트펌프시스템의 고효율 운전을 가능하게 하는 지열원측에서 설치되는 1차, 2차 펌프시스템을 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 문제해결을 위하여 본 발명에 따른 지열원측에서 설치되는 1차, 2차 펌프시스템은, 지중열교환기에서 열교환된 열매체를 각 가구로 순환시키기 위해 지열원측에 설치되는 순환펌프시스템으로써, 열매체공급부와 환수부를 갖는 지중열교환기(60); 상기 지중열교환기(60) 및 히트펌프유닛(10)과 연결되는 제2 순환펌프(11,12) 및 제1 순환펌프(13)를 포함하며, 상기 제2 순환펌프는 냉방 순환펌프(11)와 난방 순환펌프(12)로 이루어지고, 상기 제1 순환펌프(13)는 인버터인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 히트펌프유닛(10)은 2개의 히트펌프로 구성되며, 상기 히트펌프는 서로 직렬로 연결되어 하나의 히트펌프유닛(10)을 구성하고, 상기 히트펌프유닛(10)은 서로 병렬로 연결되어 구성된다. 상기 제1 순환펌프는 지중열교환 기의 열매체환수부측에 설치된다.

이상에서 설명한 것과 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 지열원측에서 설치되는 1차, 2차 펌프시스템은, 지중열교환기에서 열교환된 열매체를 각 가구로 순환시키기 위해 열매체 공급관 및 열매체 회수관에 설치하는 순환펌프를 개폐(ON/OFF) 기능만 가능한 정유량 펌프와 자동 유량제어가 가능한 인버터펌프를 병용하여 설치함으로써, 공동 주택의 각 가구로 유입되는 열매체의 유량을 계절에 따라 적절하게 변동시킬 수 있어서 상기 지열 히트펌프시스템의 운용 효율을 향상시키고, 지중열교환기의 필요 열매체유량과 히트펌프의 필요 열매체유량을 조절할 수 있어서 지중열교환기의 성능을 향상시키고, 펌프의 가동 동력비 및 에너지를 절감되어 지열 히트펌프시스템의 고효율 운전을 가능하게 한다.

본 발명은, 지열 히트펌프시스템에 있어서, 지중열교환기에서 지열과 열교환된 열매체를 이용하여 실내를 냉난방할 때, 상기 열매체를 공급하는 열매체 공급관 및 열매체 회수관에 각각 제1 및 제2 순환펌프를 설치하여 열매체순환관을 흐르는 열매체의 유량을 조절하는 지열원측에서 설치되는 1차, 2차 펌프시스템에 관한 것이다.

도 1은 일반적으로 사용하고 있는 난방시스템의 흐름도이다. 공동주택단지내 의 기계실(1)에 설치된 열교환기(2)에서 가열된 열매체(난방수)는 순환관(6)을 통해 각 가구(7)로 순환되는데, 상기 순환관(6)에는 순환펌프(3,4)가 설치되어 있어 열매체가 각 가구로 원할하게 순환되도록 펌핑작용을 하고, 열매체의 유량을 제어하는 역활도 하는데, 상기 순환펌프(3,4)는 단지 개폐기능만 지닌 정류량 펌프이므로 각 가구로 유입되는 열매체의 유량을 계절에 따라 적절하게 변동시킬 없기 때문에 유량을 제어하기 위해서는 가동되는 펌프의 개폐를 제어하는 댓수 제어를해야 함으로써, 시스템의 운용 효율성이 떨어지고, 지중열을 이용하는 지열 히트펌프시스템에서는 지중열교환기의 필요 열매체유량과 히트펌프의 필요 열매체유량이 상이한 경우 지중열교환기의 성능이 저하되는 문제가 있다.

본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위해 지중열교환기에서 열교환된 열매체를 각 가구로 순환시키기 위해 열매체 공급관 및 열매체 회수관에 설치하는 순환펌프를 개폐(ON/OFF) 기능만 가능한 정유량 펌프와 자동 유량제어가 가능한 인버터펌프를 병용하여 설치함으로써, 공동 주택의 각 가구로 유입되는 열매체의 유량을 계절에 따라 적절하게 변동시킬 수 있어서 상기 지열 히트펌프시스템의 운용 효율을 향상시킬 수 있는 지열원측에서 설치되는 1차, 2차 펌프시스템이다.

도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 지열원측에서 설치되는 1차, 2차 펌프시스템에 대하여 설명한다.

본 발명에 따른 지열원측에서 설치되는 1차, 2차 펌프시스템은, 지중열교환기에서 열교환된 열매체를 각 가구로 순환시키기 위해 지열원측에 설치되는 순환펌프시스템으로써, 열매체공급부와 환수부를 갖는 지중열교환기(60); 상기 지중열교환기(60) 및 히트펌프유닛(10)과 연결되는 제2 순환펌프(11,12) 및 제1 순환펌프(13)를 포함하며, 상기 제2 순환펌프는 냉방 순환펌프(11)와 난방 순환펌프(12)로 이루어지고, 상기 제1 순환펌프(13)는 인버터인 것을 특징으로 한다.

상기 히트펌프유닛(10)은 2개의 히트펌프로 구성되는데, 상기 히트펌프는 서로 직렬로 연결되어 하나의 히트펌프유닛(10)을 구성하고, 상기 히트펌프유닛(10)은 서로 병렬로 연결되어 구성된다. 상기 제1 순환펌프(13)는 지중열교환기의 열매체환수부측에 설치되며, 상기 제2 순환펌프(11,12)는 열매체의 유량에 따라 개폐가능한 정유량 펌프이다.

상기 제2 순환펌프(11,12)는 열매체 유량을 제어하기 용이하도록 히트펌프유닛(10)에 2개씩 연결되어 작은 부하 용량(냉난방 용량)이 필요시에는, 가동되지 않는 히트펌프유닛(10)과 대응하여 연결된 제 2순환펌프(12)을 폐쇄함으로써 펌프를 가동시키기 위한 동력비를 절감할 수 있다. 즉 동절기 및 하절기에는 히트펌프유닛(10) 전체를 가동하여 각 가구에 필요한 냉난방용량을 공급하고, 초봄이나 초겨울에는 히트펌프유닛(10)중에 일부를 가동하여 필요한 냉난방용량을 공급함으로써, 상기 가동되지 않는 히트펌프유닛(10)과 대응하여 연결된 제2 순환펌프(11,12)의 가동을 중단할 수 있다.

또한, 히트펌프유닛(10)의 응축기(20) 및 증발기(30)에서 열교환된 열매체가 회수관(43)을 통해 지중열교환기(60)의 환수부로 유입되는데, 상기 환수부측에 열매체의 유량을 자동 제어하는 인버터식 제1 순환펌프(13)를 더 설치하여 환수되는 유량을 제어한다. 상기 제1 순환펌프의 유량제어는 초겨울이나 초봄에 적용하는 것으로 냉난방용량을 100% 사용하지 않고 70∼80% 를 사용하는 지열히트펌프시스템의 부분 가동시에 필요하다.

상기 제1 순환펌프(13)에서 인버터 방식으로 부하측 열교환기(50)가 필요로하는 유량으로 자동 제어된 열매체는 지중열교환기(60)를 거친후 제2 순환펌프(11,12)에서 제어되는데, 이때는 제2 순환펌프(11,12)의 가동 댓수를 조정하는 방식으로 히트펌프에서 필요한 열매체유량을 공급한다. 상기 필요 유량은 외기의 온도에 따라 달라질 수 있는데, 동절기나 하절기에는 냉난방용량이 커야하므로 열매체유량이 증가하여 전체 히트펌프유닛(10)을 가동해야되고, 초겨울이나 초봄에는 냉난방용량이 상대적으로 작아도 되므로 적절한 열매체유량으로도 냉난방이 가능하기에 전체 히트펌프유닛(10)을 가동할 필요없이 일부 히트펌프유닛만으로도 냉난방이 가능하다. 이때 히트펌프유닛(10)을 통과하는 열매체의 유량을 제1 순환펌프(13) 및 제2 순환펌프(11,12)로 제어한다.

도 2는 지열히트펌프시스템의 난방운전시에 난방 운전시 지열원측에서 설치 되는 1차, 2차 펌프시스템을 도시한 구성도인데, 화살표는 열매체의 흐름을 표시한다. 부하측 열교환기(50)에서 열교환된 열매체가 제1 회수관(41) -> 난방순환펌프(12)-> 히트펌프유닛(10) -> 응축기(20) -> 제1 공급관(40) -> 열교환기(50)로 순환하고, 지중열교환기에서 지중열과 열교환된 열매체는 제2 공급관(42) -> 냉방순환펌프(11) -> 히트펌프유닛(10) -> 증발기(30) -> 제2 회수관(43) -> 제1 순환펌프(13) ->지중열교환기(60)으로 순환하면서 실내의 난방이 이루지는데, 상기 싸이클에서 제1 순환펌프(13), 냉방순환펌프(11) 및 난방순환펌프(12)는 실내를 난방하기위해 필요한 열매체의 유량을 조절하여 히트펌프유닛(10) 및 지중열교환기(60)로 필요한 유량을 공급한다.

도 3은 지열히트펌프시스템의 냉방운전시에 난방 운전시 지열원측에서 설치되는 1차, 2차 펌프시스템을 도시한 구성도인데, 화살표는 열매체의 흐름을 표시한다. 부하측 열교환기(50)에서 열교환된 열매체가 제1 회수관(52) -> 냉방방순환펌프(11)-> 히트펌프유닛(10) -> 증발기(30) -> 제1 공급관(51) -> 열교환기(50)로 순환하고, 지중열교환기(60)에서 지중열과 열교환된 열매체는 제2 공급관(53) -> 난방순환펌프(12) -> 히트펌프유닛(10) -> 응축기(20) -> 제2 회수관(54) -> 제1 순환펌프(13) ->지중열교환기(60)으로 순환하면서 실내의 냉방이 이루지는데, 상기 싸이클에서 제1 순환펌프(13), 냉방순환펌프(11) 및 난방순환펌프(12)는 실내를 냉방하기위해 필요한 열매체의 유량을 조절하여 히트펌프유닛(10) 및 지중열교환기(60)로 필요한 유량을 공급한다.

상기의 냉난방 싸이클에서 배관에 설치된 순환펌프(11,12,13)가 열매체 유량을 조절하므로 히트펌프유닛(10)에는 냉난방에 필요한 유량만이 공급되어 히트펌프의 불필요한 가동을 감소시킬 수 있어 동력비 절감 및 고효율 운전이 가능하다.

도면상에 표기된 삼방밸브(44,45,46,47)은 열매체의 유로를 안내하는 제어밸브이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며,본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 게시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 종래의 열매체 순환펌프를 포함한 난방흐름도를 도시한 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 난방 운전시 지열원측에서 설치되는 1차, 2차 펌프시스템을 도시한 구성도이다.

도 3은 본 발명에 따른 냉방 운전시 지열원측에서 설치되는 1차, 2차 펌프시스템을 도시한 구성도이다.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

10.히트펌프유닛 11.냉방 순환펌프

12.난방 순환펌프 13.제1 순환펌프

20.응축기 30.증발기

40,51.제1 공급관 41,52.제1 회수관

42,53.제2 공급관 43,54.제2 회수관

50.부하측 열교환기 60.지중열교환기

Claims (5)

1. 지중열교환기에서 열교환된 열매체를 각 가구로 순환시키기 위해 지열원측에 설치되는 순환펌프시스템에 있어서,

   열매체공급부와 환수부를 갖는 지중열교환기;

   상기 지중열교환기 및 히트펌프유닛과 연결되는 제2 순환펌프 및 제1 순환펌프;

   를 포함하며, 상기 제2 순환펌프는 냉방 순환펌프와 난방 순환펌프로 이루어지고, 상기 제1 순환펌프는 인버터인 것을 특징으로 하는 지열원측에서 설치되는 1차, 2차 펌프시스템
2. 제 1항에 있어서,

   상기 히트펌프유닛은 2개의 히트펌프로 구성되는 것을 특징으로 하는 지열원측에서 설치되는 1차, 2차 펌프시스템.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 제2 순환펌프는 히트펌프유닛에 2개씩 연결되는 것을 특징으로 하는 지열원측에서 설치되는 1차, 2차 펌프시스템.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 제1 순환펌프는 지중열교환기의 열매체환수부측에 설치되는 것을 특징으로 하는 지열원측에서 설치되는 1차, 2차 펌프시스템.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 제2 순환펌프는 열매체의 유량에 따라 개폐가능한 정유량 펌프인 것을 특징으로 하는 지열원측에서 설치되는 1차, 2차 펌프시스템.

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