KR20110006785A

KR20110006785A - 용량가변형 히트펌프를 이용하는 하이브리드 냉난방 시스템

Info

Publication number: KR20110006785A
Application number: KR1020090064330A
Authority: KR
Inventors: 이범근
Original assignee: 이범근
Priority date: 2009-07-15
Filing date: 2009-07-15
Publication date: 2011-01-21

Abstract

본 발명은 봄,여름,가을,겨울의 계절별 및 시간별 대상물의 냉난방 부하변동에 착안하여 상시운전구간과 간혈운전구간으로 구분하여 상시 가동구간은 전체부하의 40％～60％이하로 설정하고 간혈운전구간은 40％～60％이상으로 설정한다. 또한, 상시운전구간의 용량만큼 기타열원히트펌프를 설정하여 상시운전구간(40％～60％이하)에서의 운전을 책임지며 실내측 부하가 상시운전구간(40％～60％이하)의 범위를 벗어난 간혈운전구간(40％～60％이상)에 대해서는 용량가변형 공냉식히프펌프를 FULL 부하까지 선정하여 부하 상승시에는 변화하는 부하에 냉매량을 조절하여 가동한다.

상시운전구간에서 운전하는 기타열원히트펌프는 지열 및 폐열 기타열원을 사용함으로 지열천공에 대한 비용상승의 최소화와 버려지는 폐열 및 기타열원을 이용함으로 에너지 절약에 그 목적이 있다.

가변형 공냉식히트펌프,인버터히트펌프

Description

용량가변형 히트펌프를 이용하는 하이브리드 냉난방 시스템{HYBRID AIR-CONDITIONING SYSTEM USING VARIABLE CAPACITY HEAT PUMP}

본 발명은 지열 및 폐열 기타열원을 이용하는 기타열원히트펌프와 공냉식가변형히트펌프를 융합한 하이브리드 시스템 냉난방이다. 더욱 상세하게는 실내부하의 가변성에 착안하여 건물 및 대상물의 상시 가동율을 체크하고 상시 운전시에는 기타열원을 이용한 기타열원히트펌프로 냉난방하고 급격한 부하상승이나 FULL부하 운전에만 공냉식 가변형히트펌프가 동시 가동하는 가변형 하이브리드 복합 냉난방 시스템이다

일반적으로 지열을 이용한 냉난방 시스템은 지중열 루프를 통과하는 유체가 히트펌프압축기와 연결된 열교환기를 통과하며 열교환을 이루고 히트펌프압축기는 열교환된 열에너지를 사용처로 공급한다. 이 과정에서 지중루프는 히트펌프압축기의 용량만큼 넓은 지중면적과 루프면적이 필요하게 된다. 따라서 많은 비용과 넓은 땅을 필요로 하는 단점이 있다.

본 발명은 실내 냉난방 부하가 계절에 따라 변화하고 또 초기가동시 실내의 FULL부하 운전과 적정온도 도달이후 40％～60％로 상시운전하는 것에 착안하여 초기의 피크부하 운전과 상시운전 범위로 구분하여 상시운전범위에는 지열, 폐열 및 기타열원을 이용한 기타열원히트펌프를 가동하며, 초기가동 및 FULL 부하운전에서는 보조 장치인 공냉식가변형히트펌프을 추가 가동하여 전체부하를 맞추는 방법으로, 전체 부하를 지열히트펌프로 적용시 지중열 천공으로 인한 높은 초기 투자비를 줄이고 또한 천공부지 면적의 축소와 에너지 비용의 절감에 그 목적이 있으며, 또한 일정량 버려지는 폐열 및 기타열원을 재사용하여 국가 에너지 정책에 부흥하는데 있다.

본 발명은 건축물이나 냉난방 대상의 냉난방 부하를 확인하고 건물 및 냉난방 대상물의 상시 가동율을 예측하여 지열 및 폐열, 기타열원히트펌프를 적용 상시가동율을 벗어나는 범위의 냉난방시에는 공냉식가변형히프펌프를 가동하여 부족한 열량을 보충한다.

본 발명은 냉난방을 요구하는 건물 및 대상물의 냉난방 FULL부하율 중 상시 가동율 범위 40％～60％를 설정하여 지열 천공공간을 최소한으로 줄여 지열 천공 및 지중루프의 초기투자비용을 획기적으로 줄일 수 있으며 더불어 폐열 및 기타열원을 사용한 에너지 절감효과 역시 기존의 냉난방시스템의 장점을 최대한 활용하여 신재생에너지 사용에 기여할 수 있다.

냉난방 부하에 따른 용량제어가 가능한 공냉식가변형히트펌프(70) 적용을 원칙으로 하며 이와 상시가동하는 기타열원히트펌프(60)를 혼합한 하이브리드타입으로 실내 냉난방부하량(100％) 중 상시가동율 40％～60％는 기타열원을 이용한 기타열원히트펌프(60)로 대응하며 상시 가동율이 40％～60％를 넘을 시에는 공기열을 이용하는 용량가변형 공냉식히트펌프(70)가 추가 가동하여 부족한 용량을 보충한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

상기 기타열원을 통해 냉난방을 실현하는 기타열원히트펌프(60)

상기 기타열원히트펌프(60)의 보조열원 역할을 하는 용량가변형 공냉식히트펌프(70)

상기 기타열원히트펌프(60)와 용량가변형 공냉식히트펌프(70)를 선택적으로 또는 동시에 사용할 수 있도록 하는 제어수단(100)

도 1은 본 발명에 따른 기타열원히트펌프(60)와 용량가변형 공냉식히트펌프(70)를 이용한 냉난방시스템이 전체 구성도이고 본 발명에 의한 하이브리드 복합 냉방시스템은 상기 관로 (L22,L23)으로부터 공급되어진 기타열원의 유체가 기타열원히트펌프(60)의 제1열교환기(51)를 통과하며 냉매를 응축하고 응축된 냉매가 제2열교환기(52)를 통과하며 실내측 유체와 열교환 한다. 열을 빼앗긴 실내측 유체는 관로(L21)를 통해 실내측으로 공급되기를 반복하다가 실내 냉방부하의 증가로 유체의 온도가 기타열원히트펌프(60)의 냉방용량을 넘어 온도가 상승하면 관로 (L21)의 온도센서(S2)로부터 상시가동 범위인40％～60％를 벗어난 것으로 판단, 공냉식히트펌프(70)로 가동된 냉매가 제3열교환기를(54)을 통해 관로(L21)의 유체와 열교환을 하며 부족한 열량을 흡열한다.

또한 난방을 위한 전환은 모드 변환에 따라서 증발기와 응축기 또는 응축기와 증발기의 역할을 수행하는 제 1열교환수단((51) 및 제2 열교환수단(52)과, 이들 제1,제2 열교환수단(51,52)의 순환관로 사이에 각각 연결되는 압축기(55)로 구성에서, 냉난방 모드는 압축기(55)에서 고온 고압으로 압축된 냉매의 흐름방향을 변환하는 것으로 실현될 수 있다. 이와 같은 모드변환수단은 일반적으로 잘 알려진 로터리 밸브가 설치됨으로서 실현 가능하다 상기 난방 가동을 위한 방법은 기타열원히트펌프(60)로부터 전달되어진 고온의 냉매가 제2열교환기(52)를 통과한 유체의 온도를 올리며, 난방적정온도인 40～55℃이하로 떨어질 경우, 보조적으로 가동하는 가변형공냉식히트펌프(70)가 가동하여 고온고압의 냉매를 열교환기(80)으로 보내 적정온도 이하로 떨어진 유체와 열교환을 한다. 이 과정에서 유체가 난방 및 급탕 적정온도인 40～55℃까지 상승할 수 있도록 가변형공냉식히트펌프(70)가 냉매량을 조절하며 가동함으로 소비전력 손실을 최소화 한다. 상기 제어수단은 기타열원히트펌프(60),용량가변형 공냉식히트펌프(70)와 전기적으로 연결되어 냉난방시스템을 전체적으로 제어할 수 있는 제어부(100)으로 이루어진 구조로 관로(L21,L30)의 온도를 감지하는 센서(S1,S2)로부터 전달되는 신호를 제어부(100)에서 측정하여 난방시 관로(L30)을 통과하는 온도가 적정온도 이하로 떨어질 경우 일차로 기타열원히트펌프가 가동하여 제2열교환기(52)를 통과하는 유체의 온도를 올린다. 이 과정에 서 제2열교환기(52)를 통과한 관로(L21)유체의 온도가 설계온도 이하일 경우 상시 가동범위를 넘은 것으로 판단, 용량가변형 공냉식히트펌프(70)가 가동하며 고온고압의 냉매가 제3열교환기(54)를 통과하는 유체의 온도를 설계온도까지 올린다. 상기 센서(S1,S2)은 온도 감지센서나 열감지형 센서 등이 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 기타열원히트펌프(60)와 보조열원인 공냉식히트펌프(70) 및 컨트롤에 관한 전체 구성도

도 2은 종래 히트펌프와 지열을 이용한 냉난방시스템 구성도

Claims

기타열원을 이용하여 순환매체의 액화와 기화를 반복시켜 주변기기를 통해 냉난방하는 기타열원히트펌프(60)와 공기열원을 이용하는 용량가변형공냉식히트펌프(70)로 구성되는 냉난방 시스템에 있어서

기타열원을 공급받는 1차열교환기(51)와 압축기를 통해 그 순환냉매가 2차열교환(54)기로 전달되어 실내부하에 따라 액화와 기화를 반복하는 기타열원히트펌프수단(60)
상기 제 1 항에 있어서 기타열원히트펌프(60)의 제 2차 열교환수단(52)을 통과하는 유체온도가 설계온도 이하로 떨어지거나 올라갈 때 가동하는 용량가변형공냉식히트펌프 수단(70)
상기 제 1 항에 있어서 기타열원히트펌프(60) 수단의 2차열교환기(52)를 통과하는 유체의 온도가 설계온도 이하나 이상일 경우 가동하는 용량가변형공냉식히트펌프(70) 수단으로부터 연결된 2차열교환수단 (80);
상기 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항에 있어서 기타열원히트펌프(60) 수단과 공냉식히트펌프(70) 수단의 복합열원을 이용한 냉난방 및 급탕 시스템;