KR20110021501A - Complex heating and cooling system using new renewable energy as heat source - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 신재생 에너지를 열원으로 이용한 복합 냉난방 시스템 및 이중열원 공급 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a complex air-conditioning system and a dual heat source supply system using renewable energy as a heat source.
최근 정부 및 지자체의 신재생 에너지 사용 의무화 정책으로 인하여, 건축물에서 신재생 에너지 설비를 설치하는 사례가 점차 증가하고 있으며, 이와 더불어 청정 에너지 사용의 중요성이 증대되고 있다. 특히 공동주택 등의 주거용 건축물에 설치되는 지열 히트펌프 시스템은, 연간 일정한 온도를 유지하는 지중과 기온 간의 온도차를 이용하여 실내의 냉방 및 난방, 급탕이 가능한 시스템으로서 건축물의 일반적인 냉난방 시스템에 비해 열효율이 우수한 시스템이다.Recently, due to the government and local government's mandatory policy on the use of renewable energy, the installation of renewable energy facilities in buildings is gradually increasing, and the importance of the use of clean energy is increasing. In particular, the geothermal heat pump system installed in residential buildings, such as multi-unit houses, is a system that enables cooling, heating, and hot water supply indoors by using the temperature difference between the ground and the air temperature, which maintains a constant temperature every year. It is an excellent system.
그러나, 공동주택 등의 주거용 건축물에서 신재생 에너지 시스템으로서 설치되는 지열 히트펌프 시스템은 냉방 및 난방 운전 개시 후 시간이 경과함에 따라 지중의 열축적과 이에 따른 열회복력의 저하로 인하여 시스템의 성능이 저하되고, 이로 인하여 실내의 냉방 및 난방, 일정한 급탕온도 유지에 문제가 발생하는 등, 열원의 안정적 공급 및 시스템의 신뢰성 확보가 요구되고 있다.However, the geothermal heat pump system, which is installed as a renewable energy system in residential buildings such as multi-family houses, degrades the performance of the system due to the thermal accumulation of the ground and the deterioration of the heat recovery power as time passes after the start of cooling and heating operation. Accordingly, there is a need for stable supply of a heat source and securing reliability of the system, such as problems in cooling and heating indoors and maintaining a constant hot water supply temperature.
한편, 공동주택 등 주거용 건축물의 난방 시스템으로서 설치되는 바닥 온돌난방 시스템은, 보일러에 의해 가열된 온수를 실내의 바닥에 매립된 온수코일로 공급하여 바닥의 중량 구조체를 가열하며, 바닥면으로부터 방출되는 복사열을 이용하여 실내 온도를 난방 설정온도까지 상승시켜 난방하는 시스템이다.On the other hand, the floor heating system installed as a heating system of residential buildings, such as apartment houses, by supplying hot water heated by the boiler to the hot water coil embedded in the floor of the room to heat the weight structure of the floor, which is discharged from the floor surface Radiant heat is used to raise the room temperature to the heating set temperature and heat it.
종래의 바닥 온돌난방 시스템은 일반적으로 중량의 구조체를 가열하므로 실내온도를 난방 설정온도까지 상승시키는 데에 장시간이 소요되며, 이로 인하여 난방 개시 후 일정시간 동안 추운 상태로 지내야 하는 열적인 불쾌감이 있었다.Conventional floor heating system is generally heating a heavy structure, so it takes a long time to increase the room temperature to the heating set temperature, there was a thermal discomfort to stay cold for a certain time after the start of heating.
최근 맞벌이 부부의 증가 등 생활방식이 변화함에 따라 난방 개시 후 신속한 열응답 속도를 나타내는 난방 방식에 대한 요구가 증대되고 있으며, 나아가 여름철에 냉방을 하기 위해 전기를 열원으로 하는 별도의 냉방기기를 설치해야 하며, 이에 따라 전력 사용으로 인한 누진제에 의해 과다한 전력 사용 요금을 거주자가 부담해야 하거나 사용 시간이 제한되는 등 많은 문제점이 야기되는 실정이다.Recently, as the lifestyle changes such as the increase in the number of working couples, there is an increasing demand for a heating method that shows a rapid heat response rate after the start of heating. Furthermore, in order to cool in summer, a separate air conditioner using electricity as a heat source must be installed. As a result, there are many problems caused by the occupants having to bear excessive power usage fees or limited use time due to the progressive agent due to the use of power.
바닥 온돌난방 시스템은 난방을 정지한 후에도 구조체에 축열된 열로 인하여 일정 시간 동안은 난방이 지속되며, 복사 난방에 따른 열적 쾌적감 및 온돌문화에 익숙한 거주자 생활습관 등으로 인해, 전술한 문제에도 불구하고 지속적으로 사용되고 있다. 따라서, 주거용 건축물의 난방 및 냉방을 위하여 온돌난방과 냉방기기라는 별도의 열원기기 및 장치들을 여전히 사용해야 한다는 한계가 있다.The floor ondol heating system is heated for a certain time due to the heat accumulated in the structure even after the heating is stopped.In spite of the above-mentioned problems due to the thermal comfort of radiant heating and the habit of living habits of residents familiar with the ondol culture. It is used continuously. Therefore, there is a limitation that separate heat source devices and devices such as ondol heating and air conditioners are still used for heating and cooling of residential buildings.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공 중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.The background art described above is technical information possessed by the inventors for the derivation of the present invention or acquired in the derivation process of the present invention, and is not necessarily a publicly known technique disclosed to the general public before the application of the present invention.
본 발명은, 생활하수열, 지중(地中)열 등의 신재생 에너지를 이용하여 공급되는 열원을 환기장치 및 온돌난방에 분배함으로써 대류 및 복사를 병용한 냉난방을 구현할 수 있고, 재실자의 열적 쾌적감을 향상시키며 에너지를 절약할 수 있는, 신재생 에너지를 열원으로 이용한 복합 냉난방 시스템 및 이중열원 공급 시스템을 제공하는 것이다.The present invention, by distributing the heat source supplied by using renewable energy, such as domestic sewage heat, underground heat, to the ventilation system and ondol heating, it is possible to implement air conditioning and heating combined with convection and radiation, the thermal comfort of the occupants It is to provide a combined air-conditioning system and a dual heat source supply system using renewable energy as a heat source that can improve the feeling and save energy.
본 발명의 일 측면에 따르면, 신재생 에너지를 활용하여 예열 또는 예냉된 유체를 공급하는 열교환부와, 열교환부로부터 공급되는 유체를 분배하는 유량조절부와, 유량조절부에 의해 유체를 배분받아 대류 열전달에 의해 건물의 실내를 냉난방을 하는 환기장치부와, 유량조절부에 의해 유체를 배분받아 복사 열전달에 의해 실내를 냉난방을 하는 복사냉난방부와, 유량조절부에 연결되며, 환기장치부로 분배되는 유체의 양과 복사냉난방부로 분배되는 유체의 양 간의 비율을 조절하는 제어부를 포함하는 복합 냉난방 시스템이 제공된다.According to an aspect of the present invention, by utilizing the renewable energy, the heat exchange unit for supplying the preheated or pre-cooled fluid, the flow control unit for distributing the fluid supplied from the heat exchange unit, and the fluid is distributed by the flow control unit convection Ventilation unit for cooling and heating the interior of the building by heat transfer, radiant cooling and heating unit for cooling and heating the room by radiant heat transfer, and fluid is distributed by the flow control unit, and connected to the flow control unit, which is distributed to the ventilation unit. A complex air conditioning system is provided that includes a control for controlling the ratio between the amount of fluid and the amount of fluid dispensed into the radiant heating unit.
열교환부는, 생활하수로부터 회수되는 열을 제1 열원으로 하여 유체를 예열 또는 예냉시키는 생활하수 열교환기와, 지중열을 제2 열원으로 하여 유체를 예열 또는 예냉시키는 지중 열교환기와, 생활하수 열교환기 및 지중 열교환기 중 어느 하나를 선택하여, 제1 열원 및 제2 열원 중 어느 하나가 유체와 열교환이 이루어지도록 하는 전환밸브와, 전환밸브에 의해 선택된 열교환기를 열원으로 하여 온수 또는 냉수를 공급하는 히트펌프와, 히트펌프로부터 공급되는 온수 또는 냉수를 저장하여 유량조절부로 공급하는 축열조를 포함할 수 있다.The heat exchange part includes a domestic sewage heat exchanger for preheating or precooling a fluid using heat recovered from domestic sewage as a first heat source, an underground heat exchanger for preheating or precooling a fluid using underground heat as a second heat source, a domestic sewage heat exchanger, and underground A switching valve for selecting any one of the heat exchangers and allowing one of the first heat source and the second heat source to exchange heat with the fluid, a heat pump for supplying hot or cold water using the heat exchanger selected by the switching valve as a heat source; It may include a heat storage tank for storing the hot water or cold water supplied from the heat pump to supply to the flow control unit.
또한, 열교환부는, 축열조에 저장된 온수를 가열하기 위한 보조 열원장치로서 보일러를 더 포함할 수 있으며, 히트펌프 또는 보일러 중 어느 하나 이상에 폐열을 공급하는 열병합 발전기를 더 포함할 수 있다.In addition, the heat exchange unit may further include a boiler as an auxiliary heat source device for heating hot water stored in the heat storage tank, and may further include a cogeneration generator for supplying waste heat to any one or more of a heat pump or a boiler.
환기장치부는, 실내로부터 실외로 배출되는 배기(排氣)로부터 열을 회수하여 실외로부터 실내로 도입되는 급기(給氣)에 전달하는 전열교환기와, 전열교환기와 연결되며, 배기의 통로 역할을 하는 배기덕트와, 전열교환기와 연결되며, 급기의 통로 역할을 하는 급기덕트와, 급기덕트에 결합되며, 그 내부로 유체가 흘러가는 냉온수 코일을 포함하되, 급기는 냉온수 코일에 근접하여 지나가면서 유체와의 열교환을 통해 가열 또는 냉각될 수 있다. 복사냉난방부는, 실내의 바닥에 매설되는 온돌난방용 온수코일을 포함할 수 있다.The ventilator unit is connected to the total heat exchanger and the total heat exchanger that recovers heat from the exhaust discharged from the indoors to the outdoor air and is introduced to the indoor air, and serves as an exhaust passage. An exhaust duct, an air supply duct connected to the heat exchanger and acting as a passage for the air supply, and a cold and hot water coil coupled to the air supply duct, and the fluid flowing therein, wherein the air supply flows in close proximity to the cold and hot water coil. It can be heated or cooled through heat exchange. The radiant heating unit may include a hot water coil for heating the floor embedded in the floor of the room.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 건물의 냉난방 시스템에 공급되는 열원을 제공하는 시스템으로서, 생활하수로부터 회수되는 열을 제1 열원으로 하여 유체를 예열 또는 예냉시키는 생활하수 열교환기와, 지중열을 제2 열원으로 하여 유체를 예열 또는 예냉시키는 지중 열교환기와, 생활하수 열교환기 및 지중 열교환기 중 어느 하나를 선택하여, 제1 열원 및 제2 열원 중 어느 하나가 유체와 열교환이 이루어지도록 하는 전환밸브와, 전환밸브에 의해 선택된 열교환기를 열원으로 하여 온수 또는 냉수를 공급하는 히트펌프와, 히트펌프로부터 공급되는 온수 또는 냉수를 저장하여 냉난방 시스템으로 공급하는 축열조를 포함하는 이중열원 공급 시스템이 제공된다.On the other hand, according to another aspect of the present invention, a system for providing a heat source supplied to the heating and cooling system of the building, the living sewage heat exchanger for preheating or pre-cooling the fluid using the heat recovered from the living sewage, geothermal heat A switching valve that selects any one of the underground heat exchanger for preheating or precooling the fluid as the second heat source, the domestic sewage heat exchanger, and the underground heat exchanger so that any one of the first heat source and the second heat source exchanges with the fluid. And a heat pump for supplying hot water or cold water using the heat exchanger selected by the switching valve as a heat source, and a heat storage tank for storing the hot water or cold water supplied from the heat pump and supplying the cooling water to a cooling and heating system.
축열조에 저장된 온수를 가열하기 위한 보조 열원장치로서 보일러를 더 포함할 수 있으며, 히트펌프 또는 보일러 중 어느 하나 이상에 폐열을 공급하는 열병합 발전기를 더 포함할 수 있다.The auxiliary heat source device for heating the hot water stored in the heat storage tank may further include a boiler, and may further include a cogeneration generator for supplying waste heat to any one or more of the heat pump or the boiler.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 잇점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.Other aspects, features, and advantages other than those described above will become apparent from the following drawings, claims, and detailed description of the invention.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 생활하수열, 지중열 등의 재생 에너지 또는 신재생 에너지를 활용하여 유체를 예열 또는 예냉시킴으로써 냉난방 시스템에 열원을 공급하는 데에 소요되는 에너지를 절감할 수 있고, 공급되는 열원을 유량분배기나 유량조절밸브를 사용하여 환기장치 및 바닥 온돌난방에 각각 분배함으로써 대류에 의한 냉난방과 바닥 복사에 의한 냉난방을 동시에 할 수 있으며, 이에 따라 바닥 온돌난방 시스템의 긴 열응답 시간의 단점을 환기장치에 의한 대류 냉난방으로 보완함으로써 재실자의 열적 쾌적감을 향상시킬 수 있고, 재생 에너지 활용을 위해 열효율이 우수한 지열원 히트펌프 등을 채택함으로써 건물 전체적인 에너지 절약 또한 가능하다.According to a preferred embodiment of the present invention, by preheating or precooling a fluid by using renewable energy or renewable energy such as domestic sewage heat, ground heat, and the like, it is possible to reduce energy required to supply a heat source to a cooling and heating system. By distributing the heat source to the ventilator and the floor heating system using a flow distributor or a flow control valve, the heating and cooling by convection and the floor radiation can be performed simultaneously. Therefore, the long heat response time of the floor heating system The shortcomings of the system can be improved by convection air-conditioning by ventilation system to improve the thermal comfort of the occupants, and the energy saving of the entire building can also be achieved by adopting a geothermal heat source heat pump with excellent thermal efficiency for utilizing renewable energy.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. Terms including ordinal numbers such as first and second may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.As used herein, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described on the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. In the following description of the present invention with reference to the accompanying drawings, the same components are denoted by the same reference numerals regardless of the reference numerals, and redundant explanations thereof will be omitted. In the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known technology may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합 냉난방 시스템을 나타낸 계통도이다. 도 1을 참조하면, 지중 열교환기(14), 히트펌프(15), 축열조(31), 보일러(32), 제어부(122), 유량조절밸브(16), 환기장치부(54), 냉온수 코일(38), 복사냉난방부(40), 온수코일(42)이 도시되어 있다.1 is a system diagram showing a complex air conditioning system according to a first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the
본 실시예는 생활하수열, 지중열 등 신재생 에너지를 열원의 일부로 사용함으로써 에너지를 절약하고, 바닥 온돌난방 시스템의 긴 열응답 시간의 단점을 대류 냉난방으로 보완한 냉난방 시스템을 특징으로 한다.The present embodiment is characterized by saving energy by using new and renewable energy such as domestic sewage heat and underground heat as part of the heat source, and air conditioning system that complements the shortcomings of the long heat response time of the floor ondol heating system with convection air conditioning.
본 실시예에 따른 냉난방 시스템은 크게 열교환부, 환기장치부(54), 복사냉난방부(40)로 이루어진다. 열교환부는 열원을 생성, 제공함에 있어서 생활하수열이나 지중열 등을 활용함으로써 건물의 냉난방에 소요되는 에너지를 절약하는 역할을 하고, 환기장치부(54)는 대류 열전달에 의해 실내를 냉난방하며, 복사냉난방부(40)는 복사 열전달에 의해 실내를 냉난방을 하는 구성요소이다.Air conditioning system according to the present embodiment is largely composed of a heat exchange unit, a
열교환부로부터 공급되는 온수 또는 냉수는 유량조절부에 의해 환기장치부(54) 및/또는 복사냉난방부(40)로 분배되며, 유량조절부에는 제어부(122)가 연결 되어 각 냉난방부(환기장치부(54), 복사냉난방부(40))로 분배되는 온수 또는 냉수의 비율이 조절된다.The hot or cold water supplied from the heat exchanger is distributed to the
열교환부는 생활하수열이나 지중열 등을 활용하여 물을 예열 또는 예냉시켜 온수 또는 냉수를 공급하는 부분으로서, 예를 들어 도 1에 도시된 것처럼, 지중의 온도를 이용하기 위한 지중 열교환기(14)와, 냉매 배관을 갖는 히트펌프(15), 및 히트펌프(15)에 의해 생성된 열을 저장하는 축열조(31)로 구성될 수 있다. 한편, 지중열만으로 충분한 온도의 온수가 생성되지 않을 경우를 대비하여 축열조(31)에는 예열된 온수를 더 가열하기 위한 보일러(32)가 연결될 수 있다.The heat exchange part is a part for supplying hot or cold water by preheating or precooling water by utilizing domestic sewage heat or underground heat, and for example, as illustrated in FIG. 1, an
환기장치부(54) 및 복사냉난방부(40)는 유량조절부에 의해 유체를 배분받아 실내를 냉난방하는 구성요소로서, 환기장치부(54)는 대류 열전달에 의해, 복사냉난방부(40)는 복사 열전달에 의해 실내를 냉난방하게 된다.
이처럼, 바닥 온돌난방과 같은 복사냉난방부(40)에 환기장치부(54)를 부가하여 실내를 냉난방함으로써, 종래 온돌난방의 단점인 중량의 구조체를 가열하는데 소요되는 시간 동안의 열적 불쾌감과, 온돌냉방의 단점인 결로현상 및 재실자의 불쾌감 등의 문제점이 해결될 수 있다.Thus, by adding a
환기장치부(54)로 공급되는 유체의 양과 복사냉난방부(40)로 공급되는 유체의 양의 비율은 유량조절부에 연결된 제어부(122)에 의해 조절될 수 있는데, 예를 들어 바닥 구조체의 초기 예열 시간 동안은 환기장치부(54)로 보다 많은 온수를 분배하여 실내를 난방하고, 바닥 구조체가 충분히 예열된 후에는 복사냉난방부(40)로 보다 많은 온수를 분배하여 쾌적한 난방이 이루어지도록 할 수 있다.The ratio of the amount of fluid supplied to the
즉, 난방운전 개시 후, 유량조절부에 의해 복사냉난방부(40)와 환기장치부(54)로 각각 공급되는 온수의 유량을 조절하여 복사난방과 대류난방을 동시에 함으로써, 실내 난방 시스템의 열응답 시간을 단축시킬 수 있으며, 종래 바닥 온돌난방 방식의 경우 난방운전 개시 후 일정 시간 동안 재실자가 느끼는 추위감을 해결할 수 있다.That is, after the heating operation starts, the heat response of the indoor heating system is controlled by simultaneously controlling radiant heating and convective heating by adjusting the flow rate of the hot water supplied to the
한편, 냉방운전시에는 유량조절부에서 복사냉난방부(40)로 공급되는 유량을 차단하고, 모든 냉수가 환기장치부(54)의 냉각코일로 공급되도록 함으로써, 종래 바닥 온돌냉방 방식에서 결로가 발생하고 재실자가 불쾌감을 느끼는 문제를 해결하고, 실내 공간을 효과적으로 냉방할 수 있다.On the other hand, during the cooling operation, by blocking the flow rate supplied from the flow rate control unit to the
본 실시예에 따른 유량조절부는 유량분배기나 유량조절밸브, 또는 도 1에 도시된 것처럼 정유량밸브와 게이트밸브 등의 형태로 구현될 수 있으며, 제어부(122)는 각 유량조절밸브(16)에 연결된 컨트롤러나 유량조절밸브(16)의 원격 제어를 위한 건물 제어 시스템의 일부분으로서 구현될 수 있다.The flow control unit according to the present embodiment may be implemented in the form of a flow distributor or a flow control valve, or a constant flow valve and a gate valve as shown in Figure 1, the
또한, 본 실시예에 따른 유량조절부는 반드시 환기장치부(54)나 복사난방부(40)의 앞에 설치되어야만 하는 것은 아니며, 환기장치부(54)와 복사난방부(40)에 각각 공급되는 유체(온수 또는 냉수)의 비율을 조절할 수 있는 범위 내에서 유체가 흐르는 배관상의 임의의 지점에 설치될 수도 있음은 물론이다.In addition, the flow rate adjusting unit according to the present embodiment is not necessarily installed in front of the
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합 냉난방 시스템을 나타낸 개념도이다. 도 2를 참조하면, 열교환부(10), 지중 열교환기(14), 히트펌프(15), 축열 조(31), 보일러(32), 유량조절부(20), 제어부(122), 유량조절밸브(16), 환기장치부(54), 전열교환기(18), 배기덕트(34), 급기덕트(36), 냉온수 코일(38), 복사냉난방부(40), 온수코일(42)이 도시되어 있다.2 is a conceptual diagram illustrating a complex air conditioning system according to a first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the
본 실시예는 신재생 에너지를 이용한 복사 및 대류 병용 냉난방 시스템으로서, 신재생 에너지를 활용하기 위한 열교환부(10)는, 예를 들어 도 2에 도시된 것처럼 지중 열교환기(14), 히트펌프(15), 축열조(31) 등을 포함할 수 있다.The present embodiment is a radiant and convection air-conditioning system using renewable energy, the
지중 열교환기(14)는 지중에 매설되는 부분으로서 지중열과 유체 간의 열교환을 통해 유체를 예열 또는 예냉시키며, 히트펌프(15)는 지중 열교환기(14)에서 예열, 예냉된 유체를 이용하여 온수 또는 냉수를 공급하며, 축열조(31)는 히트펌프(15)로부터 공급된 온수 또는 냉수를 저장하는 역할을 한다.The
축열조(31)에는 지중열만으로 온수가 충분히 가열되지 않을 경우 예열된 온수를 더 가열하기 위한 보일러(32)가 연결될 수 있다. 이처럼, 축열조(31)에 저장된 온수 또는 냉수는 유량조절부(20)에 의해 각 냉난방부로 분배된다.The
예를 들어, 난방운전의 경우 지중에 설치된 지중 열교환기(14)는 지중의 열을 흡수하는 증발기로 이용되고, 축열조(31)는 고온, 고압의 열을 방출하기 위한 응축기로 이용되어 축열조(31) 내부의 물을 가온할 수 있다. 가온 된 온수의 온도가 난방용으로 사용하기 위한 온도보다 낮을 경우에는 보일러(32)를 이용하여 한 번 더 가온한 후 유량조절부(20)에 의해 실내에 설치된 환기장치부(54) 및/또는 복사냉난방부(40)로 배분된다.For example, in the case of heating operation, the
냉방운전의 경우, 히트펌프(15)에 포함된 냉난방 전환밸브(4방 밸브)의 작 동에 의해 난방운전의 경우와 역방향으로 냉매가 흐르게 되며, 이에 따라 지중 열교환기(14)와 축열조(31) 또한 그 기능이 전환된다. 즉, 지중 열교환기(14)는 열을 방출하는 응축기, 축열조(31)는 열을 흡수하는 증발기의 역할을 하게 된다. 저온, 저압의 냉매와의 열교환을 통해 생성, 저장된 축열조(31)의 냉수는 유량조절부(20)에 의해 실내에 설치된 환기장치부(54)의 냉각코일에 공급되어 실내를 냉방하는 데에 사용된다.In the case of the cooling operation, the refrigerant flows in the opposite direction to the heating operation by the operation of the cooling / heating switching valve (four-way valve) included in the
이처럼, 열교환부(10)에 의해 생활하수열이나 지중열 등을 활용하여 온수 또는 냉수를 생성, 저장함으로써 건물의 냉난방에 소요되는 에너지를 절약할 수 있다.As such, by using the
한편, 본 실시예에 따른 환기장치부(54)는 실내로 공급되는 급기와 실내로부터 외부로 배출되는 배기 간에 열교환이 이루어지도록 하여 건물의 에너지를 절약하는 이른바 '배열회수 환기장치'의 형태로 구현될 수 있다.On the other hand, the
환기장치는 건물의 냉난방 및 실내 환기를 위해 건물 시공과정에서부터 설치되는 설비의 하나로서, 최근에는 거주자의 실내 환경에 대한 요구 수준이 향상됨에 따라 대부분의 공동주택에 환기장치가 설치되고 있는 추세이다.Ventilation equipment is one of the facilities installed from the building construction process for air conditioning and indoor ventilation of the building, the recent trend is that the ventilation system is installed in most apartment houses as the demand level of the residents' indoor environment is improved.
따라서, 본 실시예에서와 같이 환기장치를 사용할 경우, 대류 열전달에 의한 냉난방을 위해 별도의 설비를 추가하지 않아도 되고, 배열회수 환기장치는 도입 외기의 온도를 미리 일정 정도 예열시킬 수 있어, 에너지 절약 및 열이용 효율을 높일 수 있다는 상승효과를 얻을 수 있다.Therefore, when using a ventilator as in the present embodiment, it is not necessary to add a separate facility for cooling and heating by convection heat transfer, the heat recovery ventilator can preheat the temperature of the introduced outside air to a certain degree in advance, saving energy And a synergistic effect of increasing heat utilization efficiency.
본 실시예에 따른 환기장치는 전열교환기(18)를 포함하며, 급기덕트(36)와 배기덕트(34)가 각각 전열교환기(18)에 연결되도록 함으로써, 배기로부터 잔열을 회수하여 급기에 전달되도록 할 수 있다. 도 2를 참조하여 설명하면, 외기(OA)는 전열교환기를 통과하면서 실내에서 배출되는 공기(RA)로부터 잔열을 회수하여 예열 또는 예냉된 급기(SA)로 실내에 공급되고, 실내에서 배출되는 공기(RA)는 외기(OA)에 잔열을 전달하고 실외로 배기(EA)된다.The ventilation apparatus according to the present embodiment includes a total heat exchanger (18), and the air supply duct (36) and the exhaust duct (34) are connected to the heat exchanger (18), respectively, so that the residual heat from the exhaust is transferred to the air supply. can do. Referring to FIG. 2, the outside air OA recovers residual heat from the air RA discharged from the room while passing through the heat exchanger, and is supplied to the room as preheated or precooled air supply SA, and discharged from the room. RA transmits residual heat to the outside air OA and is exhausted to the outside.
또한, 도 2에 도시된 것처럼, 급기덕트(36) 내에 냉온수 코일(38)을 설치하고, 유량조절부(20)에 의해 분배, 공급되는 온수 또는 냉수가 냉온수 코일(38)을 통해 흘러가도록 함으로써, 급기를 가열 또는 냉각시킬 수 있다.In addition, as shown in FIG. 2, by installing the hot and
즉, 난방시에는 열교환부(10)로부터 공급되는 온수가 냉온수 코일(38)을 통해 흐르도록 하고 급기덕트(36)를 통해 공급되는 급기가 냉온수 코일(38)을 거쳐 지나가면서 가열되도록 함으로써 실내를 난방할 수 있으며, 냉방시에는 열교환부(10)로부터 공급되는 냉수가 냉온수 코일(38)을 통해 흐르도록 하고 급기덕트(36)를 통해 공급되는 급기가 냉온수 코일(38)을 거쳐 지나가면서 냉각되도록 함으로써 실내를 냉방할 수 있다.That is, during heating, the hot water supplied from the
이처럼, 본 실시예에 따른 환기장치부(54)는, 열교환부(10)로부터 공급되는 온수 또는 냉수가 흐를 수 있는 냉온수 코일(38)을 더 구비함으로써, 급기덕트(36)를 통과하는 급기의 온도를 상승 또는 하강시키는 냉난방 기능이 더 부가된 '냉난방 환기장치'의 형태로 구현될 수 있다.As such, the
한편, 본 실시예에 따른 복사냉난방부(40)는, 건물의 시공 과정에서부터 실내의 바닥에 매설되는 온돌난방용 온수코일(42) 및 공급헤더(51), 환수헤더(52), 순환펌프(71), 차압밸브(61)를 포함하는 바닥 온돌난방 시스템의 형태로 구현될 수 있다. 이 경우 공급헤더, 환수헤더, 순환펌프, 차압밸브 등의 구성요소는, 도 1에 도시된 것처럼, 온수 또는 냉수를 환기장치부(54)에 공급, 순환, 환수시키는 역할도 동시에 수행하도록 할 수 있다.On the other hand, the radiant heating and
이상으로, 신재생 에너지로서 지중열을 활용하는 복합 냉난방 시스템의 실시예에 관하여 설명하였으며, 지열원 외에도 지역 냉난방, 수열원, 하수열원, 흡수식 냉온수기 등 다양한 형태의 재생 에너지 또는 신재생 에너지를 활용하는 복합 냉난방 시스템도 구현될 수 있다. 예를 들어, 지중 열교환기(14), 지열원 히트펌프(15), 축열조(31)로 구성되는 열교환부(10)는 흡수식 냉동기로 대체될 수 있다.In the above, embodiments of the complex air-conditioning system utilizing ground heat as renewable energy have been described. In addition to geothermal sources, various types of renewable energy or renewable energy such as local air-conditioning, water heat source, sewage heat source, absorption chiller, etc. Complex air conditioning systems can also be implemented. For example, the
이하, 도 3을 참조하여, 냉난방 시스템의 열원으로서 생활하수과 지중열을 이중의 열원으로 활용하는 실시예에 대해 설명한다.Hereinafter, with reference to FIG. 3, the Example which utilizes living sewage and underground heat as a dual heat source as a heat source of an air conditioning system is demonstrated.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 생활하수열과 지중열의 이중열원 이용한 냉난방 시스템을 나타낸 계통도이다. 도 3을 참조하면, 생활하수 처리장치(11), 생활하수 처리수조(12), 생활하수 열교환기(13), 지중 열교환기(14), 증발기(21), 응축기(22), 전환밸브(23), 압축기(24), 팽창밸브(25), 축열조(31), 보일러(32), 열병합 발전기(41), 공급헤더(51), 환수헤더(52), 온돌난방장치(53), 환기장치부(54), 차압밸브(61), 게이트밸브(62), 정유량밸브(63), 전환밸브(64), 순환펌프(71)가 도시되어 있다.Figure 3 is a system diagram showing a cooling and heating system using a dual heat source of domestic sewage heat and ground heat according to a second embodiment of the present invention. 3, the domestic
본 실시예는 일반적으로 일상생활에서 버려지는 생활하수의 열을 열교환 기(13)와 전환밸브(23)(3방 밸브)에 의해 지중열과 동시에 또는 선택적으로 이용함으로써, 지열 히트펌프 시스템의 운전 개시 후 시간경과에 따라 발생하는 열회복 속도를 향상시켜 시스템의 성능을 개선하고, 열원의 안정적 공급 및 신뢰성을 확보하기 위한 것이다.The present embodiment generally starts the operation of the geothermal heat pump system by using the heat of domestic sewage, which is usually discarded in daily life, simultaneously or selectively with the ground heat by the
또한, 실내에 설치되는 냉난방 시스템에서는 난방운전 개시 후 유량분배기 또는 유량조절밸브를 이용하여 바닥 온돌난방 시스템과 배열회수 환기장치부(54)의 가열코일로 공급되는 온수 유량을 제어하여 복사난방과 대류난방을 동시에 가능하게 함으로써 열응답 시간을 향상시키며, 바닥 온돌난방 시스템에서 난방운전 개시 후 일정시간 동안 재실자가 느끼는 추위감을 해결하기 위한 것이다. 냉방운전시에는 유량분배기 또는 유량조절밸브를 이용하여 바닥 온돌난방 시스템으로 공급되는 유량을 차단하고, 배열회수 환기장치부(54)의 냉각코일로만 유량을 공급하여 실내 공간을 냉방할 수 있다.In addition, in the air-conditioning and heating system installed indoors, radiant heating and convection by controlling the flow rate of hot water supplied to the heating coil of the floor heating system and the
즉, 본 실시예는 생활에서 발생하는 생활하수열과 지중열을 이중의 열원으로 활용한 냉난방 시스템으로서, 생활하수 처리장치(11), 생활하수 및 지중 열교환기(13, 14), 생활하수 및 지중열을 선택적으로 이용할 수 있는 전환밸브(23)(3방 밸브), 생활하수 및 지중열과 기온 간의 온도차 에너지를 이용하여 냉열 및 온열을 생산할 수 있는 히트펌프를 이용하여, 종래 지중열을 이용한 히트펌프 시스템의 단점인 지중의 열축적에 따른 성능저하의 문제점을 해결한 것을 특징으로 한다.That is, the present embodiment is a cooling and heating system using living sewage heat and ground heat generated in daily life as a dual heat source, living
또한, 생활하수열 및 지중열이라는 이중열원을 이용하는 열원 시스템에, 축열조(31), 보일러(32), 배열회수 환기장치부(54), 냉온수 코일, 유량분배기 또는 유량조절밸브를 연결하여 냉난방 시스템을 구축함으로써, 종래 바닥 온돌난방 시스템의 단점인 중량의 구조체를 가열하는데 소요되는 시간 동안 발생하는 열적 불쾌감과, 바닥 온돌냉방 시스템을 적용하는 경우 발생하는 결로현상, 및 재실자에게 불쾌감을 제공하는 문제점을 해결한 것을 특징으로 한다.In addition, the heat source system using a dual heat source, such as domestic sewage heat and underground heat, by connecting the
또한 소형 열병합 발전기(41)를 추가적으로 연결하여 사용함으로써, 발생되는 전기 및 폐열을 각각 히트펌프의 구동 열원, 실내 공급열원 및 보일러(32)의 공급열원으로서 이용할 수 있다.In addition, by additionally connecting and using the
이를 위해 본 실시예에 따른 냉난방 시스템은, 신재생 에너지를 활용하여 예열 또는 예냉된 유체를 공급하는 열교환부, 열교환부로부터 공급되는 유체를 환기장치부(54)와 바닥 온돌난방장치(53)로 각각 분배하기 위한 유량분배기 또는 유량조절밸브로 구성되며, 환기장치부(54)와 바닥 온돌난방장치(53)는 분배된 유체를 이용하여 실내를 냉난방하게 된다. 유량조절부에는 유체의 분배량을 조절하는 제어부가 연결될 수 있다.To this end, the cooling and heating system according to the present embodiment, the heat exchange unit for supplying the pre-heated or pre-cooled fluid by utilizing the renewable energy, the fluid supplied from the heat exchange unit to the
열교환부는, 생활하수열과 지중열이라는 이중의 열원을 활용하며, 이를 위해 도 3에 도시된 것처럼, 생활하수를 처리하기 위한 장치, 생활하수로 및 지중열로부터 회수되는 열원을 이용하여 유체를 예열 또는 예냉시키는 생활하수 열교환기(13) 및 지중 열교환기(14), 생활하수 열교환기(13)와 지중 열교환기(14)를 필요에 따라 선택적으로 이용하기 위한 전환밸브(23)(3방 밸브), 생활하수 또는 지중 온도와 기온 간의 온도차를 이용하여 온수 또는 냉수를 공급하는 히트펌프, 히트펌프에 의해 생성된 열을 저장하는 축열조(31)로 구성될 수 있다.The heat exchange unit utilizes dual heat sources, namely, domestic sewage heat and ground heat, and for this purpose, as shown in FIG. 3, a device for treating domestic sewage, a living sewer and a heat source recovered from the ground heat are used to preheat or Switch valve 23 (three way valve) for selectively using the pre-cooling domestic
축열조(31)에 저장된 열은 전술한 환기장치부(54) 및/또는 바닥 온돌난방장치(53)로 공급되어 실내를 냉난방하는 데에 사용된다. 나아가, 축열조(31)에 저장된 온수를 가열하기 위한 보조 열원장치로서 보일러(32)가 더 설치될 수 있으며, 선택적으로 히트펌프의 구동 열원 및 보조 열원장치(보일러(32))에 열을 공급하기 위해 소형 열병합 발전기(41)가 추가적으로 설치될 수도 있다. 이와 같은 본 실시예에 따른 열교환부는 건물의 냉난방 시스템에 공급되는 열원을 제공하기 위한 '이중열원 공급 시스템'으로 사용될 수 있다.The heat stored in the
난방운전의 경우, 생활하수 처리장치(11) 후에 설치되는 생활하수 열교환기(13)와 지중에 설치된 지중 열교환기(14)는 열을 흡수하는 증발기(21)로 이용되며, 축열조(31)는 고온 고압의 열을 방출하기 위한 응축기(22)로 이용되고, 축열조(31) 내부의 유체를 가온(加溫)할 수 있다. 가온된 온수의 온도가 난방 및 급탕용 온수 온도 이하인 경우에는, 보조 열원장치(보일러(32))를 이용하여 사용온도까지 가온한 후 유량분배기 또는 유량조절밸브를 이용하여 실내에 설치된 배열회수 환기장치부(54)의 가열코일 및 바닥 온돌난방장치(53)의 온수코일에 공급한다.In the heating operation, the domestic
냉방운전의 경우, 히트펌프에 포함된 냉난방 전환밸브(64), 즉 4방 밸브에 의해 난방운전의 역방향으로 냉매가 흐르게 되며, 생활하수 및 지중 열교환기(13, 14)와 축열조(31)의 기능 또한 전환된다. 생활하수 및 지중 열교환기(13, 14)는 열을 방출하는 응축기의 역할을, 축열조(31)는 열을 흡수하는 증발기의 역할을 하게 된다. 저온, 저압의 냉매와의 열교환을 통해 생성된 축열조(31)의 냉수는 유량분배기 또는 유량조절밸브에 의해 실내공간에 설치된 배열회수 환기장치부(54)의 냉각 코일에 공급된다.In the cooling operation, the refrigerant flows in the reverse direction of the heating operation by the cooling /
실내 공간을 냉난방하기 위한 환기장치부(54), 복사냉난방부(온돌난방장치(53))는 도 1 및 도 2의 경우와 마찬가지로 구성할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 생활하수열과 지중열을 활용하는 이중열원 공급 시스템 및 이를 이용한 냉난방 시스템은, 신재생 에너지 열원을 안정적으로 공급받을 수 있어 시스템의 신뢰성을 확보할 수 있으며, 냉난방 운전 개시 후 사용시간이 경과함에 따라 발생하는 성능저하의 문제를 개선할 수 있다.The dual heat source supply system utilizing the living sewage heat and the ground heat according to the present embodiment and the cooling and heating system using the same can be stably supplied with renewable energy heat sources, thereby ensuring the reliability of the system, and use time after the start of heating and cooling operation. As a result, the problem of deterioration caused by this can be improved.
또한 실내에 설치되는 냉난방 시스템은 유량분배기 또는 유량조절밸브에 의해 대류에 의한 난방과 복사에 의한 온돌난방을 동시에 할 수 있도록 해주며, 실내의 환기를 위해 사용되는 배열회수 환기장치부(54)에 냉각코일을 추가함으로써 실내 냉방도 가능하게 된다.In addition, the air-conditioning and heating system installed in the room allows heating at the same time by heating and radiation by convection by a flow distributor or a flow control valve, and at the heat
본 실시예에 따른 생활하수열 및 지중열이라는 이중열원을 활용하는 열원 공급 시스템 및 냉난방 시스템에 의하면, 생활에서 버려지는 생활하수를 에너지원으로 이용할 수 있고, 생활하수열을 지중열과 함께 사용함으로써 지열 히트펌프 시스템에서 문제점으로 발생했던 지중의 열회복력을 향상시킬 수 있어 시스템의 이용 효율을 향상시킬 수 있고, 열원의 안정성 및 신뢰성을 확보할 수 있다.According to the heat source supply system and the air-conditioning system using the dual heat source of living sewage heat and ground heat according to the present embodiment, the living sewage discarded in the living can be used as an energy source, and the ground water heat is used together with the ground heat. It is possible to improve the thermal recovery power of the ground caused by problems in the heat pump system can improve the utilization efficiency of the system, and to ensure the stability and reliability of the heat source.
또한 바닥 온돌난방 시스템의 열응답 시간을 단축시킴으로써 재실자의 열적 쾌적감을 향상시킬 수 있으며, 열효율이 우수한 히트펌프 시스템의 사용에 의해 건축물의 에너지 절약 및 온실가스 감축에도 기여할 수 있다.In addition, it is possible to improve the thermal comfort of the occupants by shortening the heat response time of the floor heating system, and contribute to energy saving and greenhouse gas reduction of buildings by using a heat pump system having excellent heat efficiency.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. It will be understood that the invention may be varied and varied without departing from the scope of the invention.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합 냉난방 시스템을 나타낸 계통도.1 is a schematic diagram showing a complex air conditioning system according to a first embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합 냉난방 시스템을 나타낸 개념도.2 is a conceptual diagram showing a complex air conditioning system according to a first embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 생활하수열과 지중열의 이중열원 이용한 냉난방 시스템을 나타낸 계통도.Figure 3 is a schematic diagram showing a cooling and heating system using a dual heat source of domestic sewage heat and ground heat according to a second embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10 : 열교환부 11 : 생활하수 처리장치10: heat exchanger 11: domestic sewage treatment device
12 : 생활하수 처리수조 13 : 생활하수 열교환기12: domestic sewage treatment tank 13: domestic sewage heat exchanger
14 : 지중 열교환기 15 : 히트펌프14: underground heat exchanger 15: heat pump
16 : 유량조절밸브 18 : 전열교환기16
20 : 유량조절부 21 : 증발기20: flow rate control unit 21: evaporator
22 : 응축기 23 : 전환밸브(4방 밸브)22
24 : 압축기 25 : 팽창밸브24
31 : 축열조 32 : 보일러31: heat storage tank 32: boiler
34 : 배기덕트 36 : 급기덕트34: exhaust duct 36: air supply duct
38 : 냉온수 코일 40 : 복사냉난방부38: cold and hot water coil 40: radiant cooling and heating unit
41 : 열병합 발전기 42 : 온수코일41: cogeneration generator 42: hot water coil
51 : 공급헤더 52 : 환수헤더51: supply header 52: return header
53 : 온돌난방장치 54 : 환기장치부53: Ondol heating device 54: Ventilation unit
61 : 차압밸브 62 : 게이트밸브61: differential pressure valve 62: gate valve
63 : 정유량밸브 64 : 전환밸브(3방 밸브)63: constant flow valve 64: switching valve (3-way valve)
71 : 순환펌프 122 : 제어부71: circulation pump 122: control unit
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2009
- 2009-08-26 KR KR1020090079334A patent/KR20110021501A/en not_active Application Discontinuation
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