KR20110109204A - The eco-friendly 100% outdoor air conditioning system based on decoupled system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전외기 공조시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 급기측에는 외기가 통과하는 건채널(dry channel)과 물이 분사되는 습채널(wet channel)로 이루어지며 여름철 고온다습한 외부공기의 1차적인 냉각과 제습이 이루어지는 간접식증발냉각기(Indirect Evaporative Cooler, IEC)와 실내의 잠열부하를 담당하는 소정의 수준까지 추가적인 제습이 이루어지는 냉각코일(Cooling Coil)과 그리고 직접식증발냉각기(Direct Evaporative Cooler, DEC)가 설치되어지며, 배기측에는 가열코일(Heating Coil) 및 현열교환기(Sensible Heat Exchanger)가 설치되어지는 디커플드 시스템(decoupled system)의 개념에 기반한 차세대 친환경 전외기 공조시스템을 제공함으로써, 실내 공기질 및 온열환경을 쾌적하고 건강하게 유지하면서 우리나라와 같이 고온다습한 여름철 기후에도 적용 가능할 뿐만 아니라, 국가적 차원에서 대폭적인 탄소배출 저감이 필요한 시점에서 시스템 운전에 필요한 최소한의 에너지를 바탕으로 물과 공기만을 이용하여 최상의 실내 온열환경 및 공기환경을 제공할 수 있는 친환경적인 공조시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an all-out air conditioning system, and more specifically, the air supply side is composed of a dry channel through which outside air passes and a wet channel through which water is injected, and the primary air of high temperature and humidity outside air in summer. Indirect Evaporative Cooler (IEC) for cooling and dehumidification, Cooling Coil for additional dehumidification to a certain level that is responsible for latent heat load in the room, and Direct Evaporative Cooler (Direct Evaporative Cooler). DEC) is installed, and on the exhaust side, by providing a next-generation eco-friendly external air conditioning system based on the concept of a decoupled system in which a heating coil and a sensible heat exchanger are installed. It is not only applicable to hot and humid summer climate like Korea while maintaining air quality and heat environment pleasant and healthy. D. It relates to an eco-friendly air conditioning system that can provide the best indoor thermal environment and air environment using only water and air based on the minimum energy required to operate the system at the point where a significant carbon emission reduction is needed at the national level.
Description
본 발명은 전외기 공조시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 급기측에는 외기가 통과하는 건채널(dry channel)과 물이 분사되는 습채널(wet channel)로 이루어지며 여름철 고온다습한 외부공기의 1차적인 냉각과 제습이 이루어지는 간접식증발냉각기(Indirect Evaporative Cooler, IEC)와 실내의 잠열부하를 담당하는 소정의 수준까지 추가적인 제습이 이루어지는 냉각코일(Cooling Coil)과 그리고 직접식증발냉각기(Direct Evaporative Cooler, DEC)가 설치되어지며, 배기측에는 가열코일(Heating Coil) 및 현열교환기(Sensible Heat Exchanger)가 설치되어지는 디커플드 시스템(decoupled system)의 개념에 기반한 차세대 친환경 전외기 공조시스템을 제공함으로써, 실내 공기질 및 온열환경을 쾌적하고 건강하게 유지하면서 우리나라와 같이 고온다습한 여름철 기후에도 용이하게 적용가능할 뿐만 아니라, 국가적으로는 대폭적인 탄소배출 저감이 필요한 시점에서 공조시스템 운전에 필요한 최소한의 에너지를 바탕으로 물과 공기만을 이용하여 최상의 실내 온열환경 및 공기환경을 제공할 수 있도록 하는 친환경적인 공조시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to an all-out air conditioning system, and more specifically, the air supply side is composed of a dry channel through which outside air passes and a wet channel through which water is injected, and the primary air of high temperature and humidity outside air in summer. Indirect Evaporative Cooler (IEC) for cooling and dehumidification, Cooling Coil for additional dehumidification to a certain level that is responsible for latent heat load in the room, and Direct Evaporative Cooler (Direct Evaporative Cooler). DEC) is installed, and on the exhaust side, by providing a next-generation eco-friendly external air conditioning system based on the concept of a decoupled system in which a heating coil and a sensible heat exchanger are installed. It can be easily applied to the hot and humid summer climate like Korea while maintaining the air quality and heat environment pleasant and healthy. In addition, in a country where a significant reduction of carbon emissions is needed, we have developed an eco-friendly air conditioning system that can provide the best indoor heat and air environment using only water and air based on the minimum energy required to operate the air conditioning system. It is about.
2007년 12월 유엔 기후변화협약 13차 당사국 총회에서 채택된 소위 “발리 로드맵”에 따라 온실가스배출 세계 9위인 우리나라도 2009년 내에 국가단위 온실가스 감축량을 설정하고 2013년부터 실제 감축에 들어가야 할 상황에 놓이면서, 거의 모든 산업분야에 걸쳐 에너지 절약 및 탄소배출 저감기술 개발과 실용화를 위해전력을 기울이고 있다. 특히 우리나라 전체 에너지 소비의 30%이상을 차지하고 있는 건물분야에 있어서도 환기 및 냉난방에 소비되는 에너지를 대폭 줄임으로써 건물분야 온실가스 배출량을 획기적으로 저감시킬 수 있는 고효율, 고성능 시스템 개발을 위해 노력하고 있는 실정이다.
According to the so-called “Bali Roadmap” adopted by the 13th UN Conference of the Climate Change Convention in December 2007, Korea, the world's 9th largest in greenhouse gas emissions, should establish national-level GHG reductions in 2009 and begin to cut down in 2013. In the midst of the situation, efforts are being made to develop and put into practice energy-saving and carbon emission reduction technologies across nearly all industries. In particular, the building sector, which accounts for more than 30% of Korea's total energy consumption, is making efforts to develop high-efficiency and high-performance systems that can drastically reduce greenhouse gas emissions in the building sector by drastically reducing the energy consumed for ventilation and heating and cooling. to be.
우리나라의 대표적인 지방자치단체인 서울시의 경우 연간 이산화탄소( 
In case of Seoul, the representative local government of Korea, annual CO2 (
미국 에너지성(U.S. DOE)의 건물에너지 관련된 연구개발 동향(http://www.eere.energy.gov/) 및 국내의 관련 연구들을 분석해 보면 건물분야 에너지저감을 위한 연구 및 기술개발 투자는 크게 다음의 3가지 영역을 중심으로 이루어지고 있다. According to the US DOE's research on building energy-related research and development (http://www.eere.energy.gov/) and related studies in Korea, investments in research and technology development for energy reduction in the building sector are as follows. It consists of three areas.
- 신재생에너지 적용기술 개발: 태양광, 태양열, 지열, 풍력, 바이오메스, 연료전지 등의 건물 적용기술-Development of renewable energy application technology: Application technology of buildings such as solar, solar, geothermal, wind, biomass, fuel cell
- Passive 요소기술 개발: 자연채광, 고성능 외피, 창호, 단열재 및 내외장재 기술-Passive element technology development: natural light, high performance skin, windows, insulation and interior and exterior materials
- 고효율 HVAC 시스템 기술 개발: 제습냉방시스템, 지열원 또는 수열원 히트펌프, 다양한 폐열회수, 최적 시스템제어 및 유지관리 기술
-Development of high efficiency HVAC system technology: dehumidification cooling system, geothermal or water heat pump, various waste heat recovery, optimum system control and maintenance technology
상기 3가지 영역의 기술들은 궁극적으로 상호 결합되어 건물에서 사용되는 에너지를 스스로 자급하는 에너지자립형 건물(Net-zero energy building)을 실현하거나, 또는 건물이 방출하는 이산화탄소의 양 만큼을 다양한 에너지 절약기술 적용을 통해 절감하는 탄소중립 건물(Carbon-neutral building)을 구현하는데 필요한 핵심기술들이다. 특히 고효율 HVAC(Heating Ventilation and Air-conditioning) 시스템 기술분야는 건물의 환기 및 냉난방에 들어가는 에너지 소비를 최소화하면서도 최상의 쾌적하고 건강한 실내 환경을 확보할 수 있는 차세대 HVAC 시스템 개발에 초점이 맞춰져있다. 이것은 매우 높은 초기투자가 요구되는 신재생에너지 기술을 건물에 적용할 때 현실적인 수준의 경제성을 확보하기 위해서는 저에너지 고효율 HVAC 시스템 개발이 무엇보다 필수적이기 때문이다.
The technologies in the three areas are ultimately combined to realize a net-zero energy building that self-sustains the energy used in the building, or applies various energy saving technologies to the amount of carbon dioxide emitted by the building. These are the key technologies needed to implement carbon-neutral buildings, which are saved through: In particular, the field of high efficiency HVAC (Heating Ventilation and Air-conditioning) system technology is focused on the development of next generation HVAC system that can secure the best comfortable and healthy indoor environment while minimizing the energy consumption for building ventilation and heating and cooling. This is because the development of low-energy, high-efficiency HVAC system is essential to ensure realistic economic feasibility when applying renewable energy technology that requires very high initial investment in buildings.
현재 우리나라에서는 친환경 고효율 HVAC 시스템과 관련하여 다음과 같은 연구들이 진행되고 있다. Currently, the following studies are being conducted in relation to eco-friendly high efficiency HVAC system.
- 저에너지친환경공동주택연구단: 제습냉방시스템, 지열원 바닥복사냉난방시스템의 공동주택 적용기술-Low-energy eco-friendly housing research center: technology for applying apartments to the dehumidification air conditioning system and the ground radiant heating and cooling system
- 한국에너지기술연구원(KIER) 태양열지열연구센터: 지열 및 지하수, 버려지는 하수, 또는 하천수 열원 고효율 히트펌프 시스템 개발-Korea Institute of Energy Research (KIER) Solar Geothermal Research Center: Development of a high efficiency heat pump system for geothermal and groundwater, discarded sewage, or river water heat sources
- 한국과학기술연구원(KIST) 열유동제어연구센터: 재생형증발식냉방기, 고효율 제습냉방시스템 개발
-Korea Institute of Science and Technology (KIST) Heat Flow Control Research Center: Development of Regenerative Evaporative Cooler, High Efficiency Dehumidification Cooling System
상기와 같은 종래의 우리나라 연구들 중에서 제습냉방시스템은 제습로터 또는 전열교환기를 이용하여 여름철 급기 포함된 잠열을 일정 수준까지 미리 제거함으로써 냉방시스템의 필요 용량을 줄임과 동시에 효율적인 운전을 통해 에너지 소비를 절감시키는 기술로써 현재 사무용 건물 및 초고층 주상복합 공동주택들을 중심으로 실용화 단계에 접어들어 있다. 또한 지열이나 하천수 등을 열원으로 사용하는 히트펌프 시스템도 지속적인 연구개발을 통해 친환경적이면서 고효율의 냉난방시스템으로 상용화되어 2000년대에 접어들어 우리나라에서도 빠르게 확대되어가고 있다.
Dehumidification cooling system in the conventional studies as described above by removing the latent heat included in the summer air supply to a certain level by using a dehumidification rotor or a heat exchanger in advance to reduce the required capacity of the cooling system and at the same time reduce energy consumption through efficient operation. As a technology to make it, it is currently entering the commercialization stage centering on office buildings and high-rise residential complexes. In addition, the heat pump system using geothermal heat or river water as a heat source has been commercialized as an eco-friendly and high-efficiency air-conditioning system through continuous research and development, and is rapidly expanding in Korea in the 2000s.
한편, 최근 들어 북미 및 유럽의 여러 선진국들이 물의 증발잠열만을 이용하여 냉방을 공급하는 무공해 냉방시스템에 관한 연구들을 적극적으로 수행함에 따라, 우리나라에서도 최근 증발냉각을 이용하여 환경보존과 에너지 절약을 동시에 추구하는 친환경적인 냉방시스템에 대한 관심이 고조되고 있다. 이에 따라 지난 2004년 KIST에서는 소형 재생형증발식냉방기 기술을 개발하였으며, “물 에어콘”이라는 별칭으로 소개되면서 기존의 에어컨을 대체할 가능성 있는 자연친화적 냉방기술로써 많은 관심을 받았다. 또한 최근에는 증발잠열을 이용한 현열교환 개별 환기시스템의 초고층 공동주택 적용에 대한 연구(정수연 등. 2008)도 수행되고 있다.
In recent years, as many developed countries in North America and Europe have actively conducted research on pollution-free cooling systems that supply cooling using only the latent heat of evaporation of water, Korea has recently pursued environmental conservation and energy saving by using evaporative cooling. There is a growing interest in environmentally friendly cooling systems. Accordingly, in 2004, KIST developed a small regenerative evaporative air conditioner technology, which was introduced under the nickname of “water air conditioner”, and received much attention as a natural-friendly cooling technology that could replace the existing air conditioner. Recently, studies on the application of high-rise multi-unit housing to the sensible heat exchange individual ventilation system using latent heat of evaporation have also been carried out (Jeong Soo-yeon et al. 2008).
한편 물의 증발잠열을 이용한 냉방시스템은 여름철 외기의 온도는 높으나 습도는 상대적으로 낮은 유럽지역, 또는 건조한 기후지역에서만 사용가능한 시스템으로 여겨져 왔다. 그러나 급기측 공기와 증발냉각을 위해 분사되는 물이 직접적으로 접촉하지 않는 간접증발냉각방식(indirect evaporative cooling)을 사용할 경우 우리나라와 같이 여름철 고온다습한 기후지역에서도 경제성 있는 냉방효과를 얻을 수 있다는 사실이 알려지면서 (Maheshwari et al. 2001; Gasparella et al. 2003; 정용호 2008) 증발냉각을 이용한 냉방시스템이 새롭게 주목 받고 있다. 또한, 제습로터 등을 추가로 결합시켜 사용할 경우 (Zhang et al. 2005; 장영수 et al. 2004) 더욱 우수한 냉방효과와 함께 에너지소비 절감을 통한 탄소배출 감소, 그리고 기존 냉매들과는 달리 환경파괴의 우려가 없는 물을 사용한다는 뛰어난 친환경적인 특성으로 인해 증발잠열을 이용한 냉방시스템에 대한 연구개발은 앞으로 더욱 힘을 얻게 될 전망이다.
On the other hand, the cooling system using the latent heat of evaporation of water has been considered as a system that can be used only in Europe or in a dry climate where the temperature of the outside air is high in summer but the humidity is relatively low. However, the fact that indirect evaporative cooling, which does not directly contact the injected air and the water injected for evaporative cooling, can provide economical cooling effect even in summer hot and humid climate regions like Korea. As it is known (Maheshwari et al. 2001; Gasparella et al. 2003; Jung Yong-ho 2008), a cooling system using evaporative cooling has received new attention. In addition, when combined with a dehumidifying rotor (Zhang et al. 2005; Jang, Young-soo et al. 2004), there is a concern of better cooling effect, reduction of carbon emission through reduction of energy consumption, and environmental damage unlike conventional refrigerants. R & D on cooling systems using latent heat of evaporation is expected to gain more strength in the future due to the outstanding eco-friendly nature of using no water.
그러나, 상기와 같이 지금까지의 연구들을 통해 개발된 증발냉각시스템은 여름철 급기온도가 23~26℃ 범위 내에서 결정되는 경우가 대부분이어서 급기량이 매우 크지 않다면 일반적인 건물에서는 충분한 냉방효과를 기대하기 어렵다는 심각한 문제점이 있다. 이러한 제약으로 인해 현재까지는 실내의 쾌적한 공기질을 유지하기 위해 필요한 최소 환기량만을 실내온도에 가까운 중립온도(neutral temperature)로 공급하는 외조기 또는 실내의 현열부하 발생량이 크지 않은 경우에 사용 가능한 소형 냉방기로만 개발되고 있는 실정이다. 상기와 같은 단점을 극복하기 위하여 제습로터를 조합하여 증발냉각효과를 증가시키는 제습증발냉방시스템에 대한 연구도 진행되고 있으나, 시스템 성능의 현실화 및 실용화를 위해서는 보다 폭넓은 실증연구가 필요하다는 문제점이 있다. However, the evaporative cooling system developed through the previous studies as described above is mostly determined in the summer air supply temperature within the range of 23 ~ 26 ℃, so if the air supply is not very large, it is difficult to expect sufficient cooling effect in general buildings. There is a serious problem. Due to these limitations, until now, only air conditioners that supply only the minimum ventilation required to maintain a comfortable air quality at a neutral temperature close to the room temperature or small air conditioners that can be used when the generation of sensible heat load in the room is not large. It's happening. In order to overcome the drawbacks described above, research on the dehumidification evaporative cooling system to increase the evaporative cooling effect by combining the dehumidification rotor, but there is a problem that a broader empirical study is required for the realization and practical use of the system performance. .
한편, 실내 공기질 향상을 위해 100% 외기만으로 실내환경을 조절하는 전외기공조시스템(100% outdoor air system)에 대한 연구가 선진국들을 중심으로 활발히 진행되고 있는데, 이는 기존 공조시스템에서 에너지절약을 위해 오염된 실내 공기의 70% 이상을 실내로 재순환 시키면서 발생한 sick building syndrome이나 실간 교차오염(cross contamination)과 같은 공기질 관련 문제들이 매우 심각해졌기 때문이다. 즉, 오염된 실내 공기는 모두 외부로 배기시키고 신선한 외기만으로 공조를 함으로써 쾌적하고 건강한 실내 공기질을 확보하는 기술이라는 점에서 전외기공조시스템에 대한 기대가 더욱 커져가고 있는 것이다.
Meanwhile, research on the 100% outdoor air system that controls the indoor environment with only 100% outdoor air to improve indoor air quality is being conducted actively in developed countries, which is contaminated to save energy in the existing air conditioning system. This is because air quality problems such as sick building syndrome and cross contamination caused by recycling more than 70% of the indoor air to the room have become very serious. In other words, the anti-air conditioning system is increasing in that it is a technology that ensures a pleasant and healthy indoor air quality by exhausting polluted indoor air to the outside and air conditioning with fresh outside air alone.
그러나, 현재까지 제안된 증발냉각시스템들은 전외기공조시스템 개발에 대한 세계적인 흐름에서 다소 벗어나 여전히 기존 공조 시스템에서와 마찬가지로 실내 공기의 재순환에 기반을 두고 있기 때문에 실내 공기환경이 크게 개선되기를 기대하기 어렵다는 근본적인 문제점을 가지고 있다.
However, since the proposed evaporative cooling systems are so far away from the global trend for the development of out-of-air air conditioning systems, they are still based on the recirculation of indoor air as in the existing air conditioning systems. I have a problem.
본 발명은 상기와 같은 종래의 기술이 가지는 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 급기측에는 외기가 통과하는 건채널(dry channel)과 물이 분사되는 습채널(wet channel)로 이루어지며 여름철 고온다습한 외부공기의 1차적인 냉각과 제습이 이루어지는 간접식증발냉각기(Indirect Evaporative Cooler, IEC), 실내의 잠열부하를 담당하는 소정의 수준까지 추가적인 제습이 이루어지는 냉각코일(Cooling Coil), 및 직접식증발냉각기(Direct Evaporative Cooler, DEC)가 설치되어지며, 배기측에는 가열코일(Heating Coil) 및 현열교환기(Sensible Heat Exchanger)가 설치되어지고, 상기 급기된 외부공기는 두 개로 분기된 급기덕트를 통해서 공조공간으로 보내지는데, 상기 두 개로 분기된 급기덕트 중 두 개로 분기된 급기덕트 중 한쪽 급기덕트는 상기 IEC와 냉각코일에 의해 처리된 저온건조한 급기가 지나지며, 다른쪽 급기덕트는 배기덕트와의 사이에 설치된 현열교환기(Sensible Heat Exchanger)를 통해서 실온에 가까운 중립온도로 재열되는 급기가 지나가는 것을 특징으로 하는 디커플드 시스템의 개념에 기반한 차세대 친환경 전외기 공조시스템을 제공함으로써, 실내 공기질 및 온열환경을 쾌적하고 건강하게 유지하면서 우리나라와 같이 고온다습한 여름철 기후에도 적용 가능할 뿐만 아니라, 국가적 차원에서 대폭적인 탄소배출 저감이 필요한 시점에서 시스템 운전에 필요한 최소한의 에너지를 바탕으로 물과 공기만을 이용하여 최상의 실내 온열환경 및 공기환경을 제공할 수 있는 것을 그 목적으로 한다.
The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, the air supply side consists of a dry channel (wet channel) through which the outside air passes and the water (wet channel) is sprayed in the summer hot and humid Indirect Evaporative Cooler (IEC) with primary cooling and dehumidification of external air, Cooling Coil with additional dehumidification to a predetermined level responsible for latent heat load in the room, and Direct Evaporative Cooler (Direct Evaporative Cooler, DEC) is installed, the heating coil (Heating Coil) and the Sensible Heat Exchanger (Sensible Heat Exchanger) is installed on the exhaust side, the external air supplied to the air conditioning space through the air supply duct divided into two branches. One of the two branched supply ducts is sent to the low temperature gun treated by the IEC and the cooling coil. One supply passes and the other supply duct is based on the concept of decoupled system, characterized by passing through the sensible heat exchanger installed between the exhaust duct and the reheated air at a neutral temperature close to room temperature. By providing the next-generation eco-friendly external air conditioning system, it is not only applicable to hot and humid summer climates like Korea while maintaining indoor air quality and thermal environment comfortably and healthyly, but also operating the system at the point where a significant carbon emission reduction is needed at the national level. It aims to provide the best indoor heat environment and air environment using only water and air on the basis of the minimum energy required for.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 디커플드 시스템의 개념에 기반한 차세대 친환경 전외기 공조시스템은 급기측에는 외기가 통과하는 건채널(dry channel)과 물이 분사되는 습채널(wet channel)로 이루어지며 여름철 고온다습한 외부공기의 1차적인 냉각과 제습이 이루어지는 간접식증발냉각기(Indirect Evaporative Cooler, IEC), 실내의 잠열부하를 담당하는 소정의 수준까지 추가적인 제습이 이루어지는 냉각코일(Cooling Coil), 및 직접식증발냉각기(Direct Evaporative Cooler, DEC)가 설치되어지며, 배기측에는 가열코일(Heating Coil) 및 현열교환기(Sensible Heat Exchanger)가 설치되어지고, 상기 급기된 외부공기는 두 개로 분기된 급기덕트를 통해서 공조공간으로 보내지는데, 상기 두 개로 분기된 급기덕트 중 두 개로 분기된 급기덕트 중 한쪽 급기덕트는 상기 IEC와 냉각코일에 의해 처리된 저온건조한 급기가 지나지며, 다른쪽 급기덕트는 배기덕트와의 사이에 설치된 현열교환기(Sensible Heat Exchanger)를 통해서 실온에 가까운 중립온도로 재열되는 급기가 지나가는 것을 특징으로 한다.
Next-generation eco-friendly all-out air conditioning system based on the concept of the decoupled system according to the present invention for achieving the object of the present invention described above is a wet channel (dry channel) through which the outside air passes through the water supply (wet) Indirect Evaporative Cooler (IEC), which performs primary cooling and dehumidification of external air, which is hot and humid in summer, and a cooling coil that performs additional dehumidification to a predetermined level that is responsible for the latent heat load in the room. Cooling Coil, and Direct Evaporative Cooler (DEC) are installed, and Heating Coil and Sensible Heat Exchanger are installed on the exhaust side. It is sent to the air-conditioning space through the branched air supply duct, one of the air supply duct branched into two of the two branched air supply duct is the I The low temperature dry air supply processed by EC and cooling coil passes, and the other air supply duct passes through the air reheated to a neutral temperature close to room temperature through the Sensible Heat Exchanger installed between the exhaust duct. do.
또한 본 발명에 따른 디커플드 시스템의 개념에 기반한 차세대 친환경 전외기 공조시스템은 배기측으로부터 회수된 열만으로는 요구되는 중립온도를 얻기 어려울 때 배기측에 설치된 가열코일(Heating Coil)을 통해서 부족한 열의 추가적인 공급이 이루어지는 것을 특징으로 하며, 상기 두 개로 분기된 급기덕트를 통해서 공급되는 서로 다른 온도의 급기는 공조공간에 공급되기 이전에 터미널박스(Terminal Box)에서 실내의 부하조건이나 재실자의 선택에 필요에 따라 저온측 또는 중립측 공기가 선택적으로 급기되거나, 또는 소정의 필요온도로 혼합되어 급기되어지는 것을 특징으로 한다.
In addition, the next-generation eco-friendly external air conditioning system based on the concept of the decoupled system according to the present invention, when it is difficult to obtain the required neutral temperature only by heat recovered from the exhaust side, additional heat of insufficient heat through the heating coil installed on the exhaust side. It is characterized in that the supply is made, the air supply of different temperatures supplied through the two branched air supply duct is required for the load conditions of the room or the choice of the occupants in the terminal box (Terminal Box) before being supplied to the air conditioning space Accordingly, the low temperature side or the neutral side air is selectively supplied, or is mixed and supplied to a predetermined required temperature.
즉 본 발명은 앞서 살펴본 기존 공조시스템 및 증발냉각시스템에서 나타난 문제점들을 기술적으로 극복하고, 100% 외기만을 공급하여 실내 공기질 및 온열환경을 쾌적하고 건강하게 유지하면서 우리나라와 같이 고온다습한 여름철 기후에서도 적용 가능한 증발냉각 기반 고효율 전외기공조시스템을 제공하는 것으로서, 본 발명은 현재 미국 및 유럽의 여러 선진국들을 중심으로 친환경적이면서 높은 에너지소비 절감을 통해 탄소배출을 최소화 할 수 있는 새로운 공조시스템 개발을 위해 증발냉각효과를 이용하는 시스템에 관심이 높아지고 있는 세계적 추세로 볼 때 그 파급효과 매우 높을 것으로 판단된다.
That is, the present invention technically overcomes the problems shown in the existing air conditioning system and the evaporative cooling system, and supplies 100% outside air to maintain indoor air quality and thermal environment comfortably and healthly, even in hot and humid summer climates like Korea. The present invention provides a highly efficient off-air air conditioning system based on evaporative cooling, and the present invention focuses on evaporative cooling for the development of a new air conditioning system that can minimize carbon emissions through eco-friendly and high energy consumption reduction in various developed countries in the US and Europe. Considering the global trend of increasing interest in systems that use effects, the ripple effect is expected to be very high.
본 발명에 따른 디커플드 시스템의 개념에 기반한 차세대 친환경 전외기 공조시스템은 다음과 같이 종래의 HVAC 시스템과 차별화된 장점을 가지고 있다. Next-generation eco-friendly external air conditioning system based on the concept of decoupled system according to the present invention has the advantages that are differentiated from the conventional HVAC system as follows.
(1) 실내의 온도조절과 습도조절을 독립적으로 수행하는 decoupled system의 개념을 효과적으로 실현함으로써 어떠한 운전조건에서도 항상 쾌적한 실내환경을 제공할 수 있다.(1) By effectively realizing the concept of a decoupled system that independently controls the temperature and humidity of the room, it can always provide a comfortable indoor environment under any operating conditions.
(2) 기존 HVAC 시스템에서 나타나는 부분부하 운전 시 실내 습도조절의 어려움을 극복할 수 있다.(2) It can overcome the difficulty of controlling indoor humidity in the partial load operation seen in the existing HVAC system.
(3) 100% 외기만을 이용하여 공조를 함으로써 종래의 시스템에서 경험하는 환기량 부족과 오염된 실내공기의 재순환에서 발생되는 다양한 공기질 문제, 실간 또는 층간 교차오염 문제 등을 해소함으로써 재실자들의 건강과 업무능률 향상을 기대할 수 있다.(3) Air conditioning using only 100% outside air eliminates various air quality problems, inter- or inter-floor cross-contamination problems caused by the lack of ventilation and recirculation of contaminated indoor air. You can expect an improvement.
(4) 하나의 공조기를 사용하더라도 각 공조공간마다 가지고 있는 서로 다른 냉난방 및 환기수요에 따라 독립적으로 급기량과 급기온도를 조절 것이 가능하여 오늘날 하나의 건물 안에 다양한 기능, 또는 매우 다른 성격의 공간들이 함께 공존하는 대형 복합건물들이 늘어가는 추세에 아주 적합하다는 장점이 있다. (4) Even if one air conditioner is used, the air supply volume and air supply temperature can be adjusted independently according to the different air conditioning and ventilation demands of each air conditioning space. It has the advantage of being very suitable for the growing trend of large complex buildings that coexist together.
(5) 최근 사무용 건물을 중심으로 널리 적용되고 있는 바닥급기(underfloor air distribution, UFAD) 또는 치환환기(displacement ventilation, DV)시스템의 경우 기존의 냉방시스템에 비해 비교적 높은 온도의 급기를 충분히 제습하여 공급하여야만 하는데, 본 발명에 따른 디커플드 시스템의 개념에 기반한 차세대 친환경 전외기 공조시스템의 폭 넓은 급기온도 조절기능과 습도조절기능은 UFAD 및 DV 시스템의 운전 특성에 가장 적합한 급기조건을 제공할 수 있다.(5) Underfloor air distribution (UFAD) or displacement ventilation (DV) systems, which are widely applied in office buildings, are dehumidified and supplied at a relatively high temperature compared to conventional cooling systems. According to the concept of the decoupled system according to the present invention, the wide air supply temperature control function and the humidity control function of the next-generation eco-friendly external air conditioning system can provide the air supply conditions most suitable for the operating characteristics of the UFAD and DV systems. .
(6) 본 발명에 따른 차세대 친환경 전외기 공조시스템은 물의 증발잠열에 의한 냉각효과와 폐열회수시스템을 기반으로 한 친환경적 HVAC 시스템으로써, 향후 지열, 태양열, 태양광, 풍력과 같은 신재생에너지를 통해 시스템 운전에 필요한 열원과 동력을 조달할 경우 실질적인 탄소배출 제로(zero carbon emission)를 달성할 수 있다는 장점이 있다. (6) The next-generation eco-friendly external air conditioning system according to the present invention is an eco-friendly HVAC system based on the cooling effect by the latent heat of evaporation of water and the waste heat recovery system, and through the renewable energy such as geothermal, solar, solar and wind power in the future. Providing the heat source and power needed to operate the system has the advantage of achieving practical zero carbon emission.
(7) 기존의 VAV 공조시스템과 본 발명에 따른 차세대 친환경 전외기 공조시스템을 소규모 건물에 가상으로 적용하여 연간 에너지소비량을 예측/비교해 본 결과, 본 발명에 따른 차세대 친환경 전외기 공조시스템을 사용할 경우 기존 시스템에 비해 연간 30% 이상의 운전 에너지를 절감할 수 있는 효과가 있다.
(7) As a result of predicting and comparing the annual energy consumption by applying virtually the existing VAV air conditioning system and the next-generation eco-friendly outdoor air conditioning system according to the present invention to a small building, the next-generation eco-friendly outdoor air conditioning system according to the present invention is used. Compared with the existing system, it is possible to save more than 30% of annual operating energy.
도 1은 본 발명에 따른 Decoupled system의 개념도
도 2는 본 발명의 선호적인 실시예에 따른 시스템 구성도1 is a conceptual diagram of a decoupled system according to the present invention
2 is a system configuration diagram according to a preferred embodiment of the present invention.
2013년부터 국제기후협약에 따라 국가적 차원에서 대폭적인 탄소배출 저감이 필요한 시점에서, 본 발명의 선호적인 실시예에 따른 시스템 운전에 필요한 최소한의 에너지를 바탕으로 물과 공기만을 이용하여 최상의 실내 온열환경 및 공기환경을 제공할 수 있는 친환경적인 공조시스템을 제공하는 것은 건물부문 탄소배출량 및 환경부하를 저감하는 기술을 확보하는 것으로서 국가적 차원에서도 매우 중요한 기술이라 할 것이다.
Since 2013, when a significant reduction of carbon emissions is needed at the national level in accordance with international climate agreements, the best indoor heat environment using only water and air based on the minimum energy required for operating the system according to the preferred embodiment of the present invention. Providing an eco-friendly air conditioning system that can provide the environment and the air environment is a very important technology at the national level as it secures technologies to reduce carbon emissions and environmental loads in the building sector.
도 1은 본 발명에 따른 Decoupled System의 개념도를 도시하고 있는데, 최근 쾌적하고 건강한 실내환경과 공기질을 유지하기 위하여 실내의 습도조절과 온도조절 기능을 서로분리시켜 담당하는 Decoupled System 개념에 기반을 둔 새로운 공조시스템을 개발하는 것은 1990년대 이후 선진국들을 중심으로 나타나고 있는 기술적 흐름이다. 또한, 실내에서 발생된 다양한 오염 물질을 포함하고 있는 실내 공기는 재순환 시키지 않고 모두 외부로 배기시키고 신선한 100% 외기만을 공급하여 실내 공기질 및 온열환경을 항상 쾌적하게 유지하면서도 기존 시스템에 비해 에너지 소비를 현저하게 낮춘 고효율 전외기공조시스템을 개발에 관심이 높아지는 것도 오늘날의 추세이다.
1 illustrates a conceptual diagram of a decoupled system according to the present invention. In order to maintain a comfortable and healthy indoor environment and air quality, a new concept based on the concept of a decoupled system that separates the humidity control and temperature control functions of the room from each other is provided. Developing air conditioning systems is a technological trend that has emerged in developed countries since the 1990s. In addition, the indoor air containing various pollutants generated indoors is exhausted to the outside without recirculation and only 100% fresh air is supplied to keep the indoor air quality and the thermal environment pleasant, while maintaining energy consumption significantly compared to existing systems. There is also a growing interest in developing highly efficient high-efficiency off-air air conditioning systems.
따라서 본 발명은 기존의 공조시스템을 통해 얻지 못한 실내 온도 및 습도의 분리조절 기능과 100% 외기만을 사용하여 실내 온열환경을 조절하는 두 가지 핵심기능을 모두 실현할 수 있는 증발냉각시스템 기반 전외기공조시스템을 제공함으로써, 우리나라 건물 HVAC 산업분야의 기술력 향상과 국가의 저탄소 녹색성장 기술개발 정책에 부합하는 새로운 성장동력 창출에 상당한 기여를 할 수 있다.
Therefore, the present invention is an evaporative cooling system based all-out air conditioning system that can realize both core temperature and humidity separation control function and 100% outside air control of the indoor thermal environment not obtained through the existing air conditioning system. By providing this technology, it can make a significant contribution to the improvement of technology in the building HVAC industry of Korea and the creation of new growth engines in line with the national low carbon green growth technology development policy.
이하에서는 본 발명의 선호적인 실시예와 첨부된 도면을 참고로 하여 더욱 상세하게 설명한다.
Hereinafter, with reference to the preferred embodiment of the present invention and the accompanying drawings will be described in more detail.
앞서 기술한 바와 같이 도 1은 본 발명에 따른 Decoupled system의 개념도를 나타내고 있다. 본 발명에 따른 Decoupled system은 기존 공조시스템에서 환기기능과 온열환경 조절기능을 분리한 것이며, 기존 공조시스템에서 현열조절기능과 잠열조절기능이 분리된 시스템을 말한다.
As described above, FIG. 1 shows a conceptual diagram of a decoupled system according to the present invention. Decoupled system according to the present invention is to separate the ventilation function and the thermal environment control function in the existing air conditioning system, refers to a system in which the sensible heat control function and the latent heat control function is separated from the existing air conditioning system.
도 2는 본 발명의 선호적인 실시예에 따른 시스템 구성도를 도시하고 있다. 즉 본 발명의 선호적인 실시예에 따른 디커플드 시스템의 개념에 기반한 차세대 친환경 전외기 공조시스템은 간접식증발냉각기(indirect evaporative cooler, IEC, 10), 냉각코일(cooling coil, 20) 및 직접식증발냉각기(direct evaporative cooler, DEC, 30), 그리고 열코일(heating coil, 40) 및 현열교환기(sensible heat exchanger, 50)를 주요 구성요소로 포함하고 있다.
2 shows a system configuration according to a preferred embodiment of the present invention. In other words, the next-generation eco-friendly external air conditioning system based on the concept of a decoupled system according to a preferred embodiment of the present invention is an indirect evaporative cooler (IEC, 10), a cooling coil (20) and a direct type. The main components include a direct evaporative cooler (DEC) 30, a
본 발명의 주요 구성요소에 대해서 보다 구체적으로 설명하면, 급기측에는 외기가 통과하는 건채널(dry channel)과 물이 분사되는 습채널(wet channel)로 이루어지며 여름철 고온다습한 외부공기의 1차적인 냉각과 제습이 이루어지는 간접식증발냉각기(Indirect Evaporative Cooler, IEC, 10), 실내의 잠열부하를 담당하는 소정의 수준까지 추가적인 제습이 이루어지는 냉각코일(Cooling Coil, 20), 그리고 직접식증발냉각기(Direct Evaporative Cooler, DEC, 30)가 설치되어지며, 배기측에는 가열코일(Heating Coil, 40) 및 현열교환기(Sensible Heat Exchanger, 50)가 설치되어진다.
Referring to the main components of the present invention in more detail, the air supply side is composed of a dry channel through which the outside air passes and a wet channel through which the water is injected, and the primary air of high temperature and humidity outside air in summer. Indirect Evaporative Cooler (IEC, 10) with cooling and dehumidification, Cooling Coil (20) with additional dehumidification to a predetermined level that is responsible for the latent heat load in the room, and Direct Evaporative Cooler (Direct) Evaporative Cooler, DEC, 30) is installed, and on the exhaust side, Heating Coil (Heating Coil 40) and Sensible Heat Exchanger (Sensible Heat Exchanger, 50) are installed.
한편 상기 급기된 외부공기는 두 개로 분기된 급기덕트를 통해서 공조공간으로 보내지는데, 상기 두 개로 분기된 급기덕트 중 두 개로 분기된 급기덕트 중 한쪽 급기덕트는 상기 IEC와 냉각코일에 의해 처리된 저온건조한 급기가 지나지며, 다른쪽 급기덕트는 배기덕트와의 사이에 설치된 현열교환기(Sensible Heat Exchanger, 40)를 통해서 실온에 가까운 중립온도로 재열되는 급기가 지나가게 된다.
Meanwhile, the supplied external air is sent to the air conditioning space through two branched air supply ducts, and one of the air supply ducts branched into two of the two branched air supply ducts is a low temperature processed by the IEC and the cooling coil. The dry air is passed, and the other air duct is passed through the sensible heat exchanger (40) installed between the exhaust duct and the air reheated to a neutral temperature close to room temperature.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 배기측으로부터 회수된 열만으로는 요구되는 중립온도를 얻기 어려울 때 배기측에 설치된 가열코일(Heating Coil)을 통해서 부족한 열의 추가적인 공급이 이루어질 수 있다. 또한 상기 두 개로 분기된 급기덕트를 통해서 공급되는 서로 다른 온도의 급기는 공조공간에 공급되기 이전에 터미널박스(Terminal Box, 60)에서 실내의 부하조건이나 재실자의 선택에 필요에 따라 저온측 또는 중립측 공기가 선택적으로 급기되거나, 또는 소정의 필요온도로 혼합되어 급기될 수도 있다.
According to another embodiment of the present invention, when it is difficult to obtain the required neutral temperature only by heat recovered from the exhaust side, additional supply of insufficient heat may be made through a heating coil installed on the exhaust side. In addition, the air supply at different temperatures supplied through the two branched air supply ducts may be supplied at a low temperature side or neutral position as needed for indoor load conditions or the choice of occupants in the terminal box (60) before being supplied to the air conditioning space. The side air may be selectively supplied, or may be mixed and supplied to a predetermined required temperature.
다음으로 본 발명에 따른 차세대 친환경 전외기 공조시스템은 100% 외기만으로 실내의 온열환경을 조절하는 전외기 변풍량(variable air volume, VAV)방식의 공조시스템으로써, 하계 운전방식을 바탕으로 본 발명에 따른 시스템의 운전특성을 간단히 설명하면 다음과 같다.
Next, the next-generation eco-friendly outdoor air conditioning system according to the present invention is an air-conditioning system of a variable air volume (VAV) method that controls a thermal environment in a room with only 100% outside air, based on the summer operation method. Brief description of the operating characteristics of the system according to the following.
다만 본 명세서에서는 본 발명을 설명하기 위한 선호적인 실시예로서 하계 운전방식을 대상으로 본 발명에 따른 시스템의 운전특성에 대한 설명이 진행될 것이지만, 본 발명에 따른 시스템은 사용자의 필요에 따라서 계절에 관계없이 사용될 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자들에게 자명한 사실이라 할 것이다.
However, in the present specification, as a preferred embodiment for explaining the present invention, the operation characteristics of the system according to the present invention will be described for the summer driving method, but the system according to the present invention is related to the season according to the needs of the user. It will be apparent to those skilled in the art to which the present invention can be used without.
본 발명에 따른 증발냉각기반 고효율 전외기 공조시스템을 이용한 공조방법은, (a) 먼저 여름철의 고온다습한 공기는 급기측에 설치된 간접식증발냉각기(Indirect Evaporative Cooler, IEC)를 통과하면서 1차적인 냉각과 제습이 이루어진다. (b) 다음으로 급기측에 설치된 냉각코일(Cooling Coil)에서 실내의 잠열부하를 담당하는 소정의 수준까지 추가적인 제습이 이루어지고, (c) 다음으로 두 개로 분기된 급기덕트를 통해서 공조공간으로 보내지는데, 두 개로 분기된 급기덕트 중 한쪽 급기덕트는 상기 IEC와 냉각코일에 의해 처리된 저온건조한 급기(예, cold deck)가 지나지며, 다른쪽 급기덕트는 배기덕트와의 사이에 설치된 현열교환기(Sensible Heat Exchanger)를 통해서 실온에 가까운 중립온도로 재열되는 급기(예, neutral deck)가 지나가는 단계를 포함한다.
According to the present invention, an air-conditioning method using an evaporative cooling-based high-efficiency external air conditioner system includes: (a) First, a high temperature and high humidity air in summer passes through an indirect evaporative cooler (IEC) installed at an air supply side. Cooling and dehumidification are achieved. (b) Next, additional dehumidification is carried out from the cooling coil installed on the air supply side to a predetermined level that is responsible for the latent heat load in the room. (c) Next, the air supply space is sent to the air conditioning space through the two branch air supply duct. One of the two branched air supply ducts passes through the low-temperature dry air supply (eg, cold deck) treated by the IEC and the cooling coil, and the other air supply duct is a sensible heat exchanger installed between the exhaust ducts. Sensing Heat Exchanger includes passing an air supply (eg, a neutral deck) that is reheated to a neutral temperature close to room temperature.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 (c)단계는 배기측으로부터 회수된 열만으로는 요구되는 중립온도를 얻기 어려울 때 배기측에 설치된 가열코일(Heating Coil)을 통해서 부족한 열이 추가적으로 공급될 수도 있다. 또한 상기 두 개로 분기된 급기덕트를 통해서 공급되는 서로 다른 온도의 급기는 공조공간에 공급되기 이전에 터미널박스(Terminal Box)에서 실내의 부하조건이나 재실자의 선택에 필요에 따라 저온측 또는 중립측 공기가 선택적으로 급기되거나, 또는 소정의 필요온도로 혼합되어 급기되어질 수도 있다. 나아가 외기가 온도는 높지만 비교적 건조한 시기에는 물의 증발잠열을 직접 이용하여 급기온도를 낮출 수 있는 직접식증발냉각기(Direct Evaporative Cooler, DEC)도 함께 운전함으로써 냉각코일 부하를 저감할 수 있다.
According to another embodiment of the present invention, in step (c), when it is difficult to obtain the required neutral temperature only by heat recovered from the exhaust side, insufficient heat may be additionally supplied through a heating coil installed on the exhaust side. . In addition, air of different temperature supplied through the two branched air supply ducts is supplied to the low-temperature side or the neutral-side air as needed for the load condition of the room or the choice of the occupants in the terminal box before being supplied to the air conditioning space. May be selectively supplied, or may be mixed and supplied to a predetermined required temperature. In addition, when the outdoor air temperature is high but relatively dry, the direct coil evaporative cooler (DEC) can be reduced by using the direct evaporative heat of water to lower the air supply temperature.
한편, 직접식증발냉각기(Indirect Evaporative Cooler, IEC)는 외기가 통과하는 건채널 (dry channel)과 물이 분사되는 습채널(wet channel)이 있는데, 상기 IEC의 냉각효과는 습채널을 통과하는 공기의 노점온도가 낮을수록 향상된다. 따라서, 습채널을 통과하는 공기는 외기와 배기의 노점온도를 비교하여 낮은 노점온도를 가진 측의 공기를 사용하도록 한다.
On the other hand, the direct evaporative cooler (IEC) has a dry channel through which external air passes and a wet channel through which water is injected. The cooling effect of the IEC is an air passing through the wet channel. The lower the dew point temperature, the better. Therefore, the air passing through the wet channel compares the dew point temperatures of the outside and the exhaust so as to use air having a lower dew point temperature.
상기에서 기술된 구성과 효과를 가진 본 발명은 다양한 방법으로 변형이 가능하며, 상기에서 기술된 내용은 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 또한 본 발명의 사상과 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형과 수정이 가능하며, 본 발명이 속한 분야의 당업자에게 자명한 변형은 다음의 특허청구범위 범위 내에 포함되어진다.
The present invention having the configurations and effects described above can be modified in various ways, and the above description is not intended to limit the scope of the present invention. In addition, various modifications and variations are possible without departing from the spirit and scope of the invention, and modifications apparent to those skilled in the art to which the invention pertains are included within the scope of the following claims.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 간접식증발냉각기(IEC) 20 : 냉각코일
30 : 직접식증발냉각기(DEC) 40 : 가열코일
50 : 현열교환기 60 : 터미널박스<Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10: Indirect Evaporative Cooler (IEC) 20: Cooling Coil
30: direct evaporative cooler (DEC) 40: heating coil
50: sensible heat exchanger 60: terminal box
Claims (3)
상기 급기된 외부공기는 두 개로 분기된 급기덕트를 통해서 공조공간으로 보내지는데, 상기 두 개로 분기된 급기덕트 중 두 개로 분기된 급기덕트 중 한쪽 급기덕트는 상기 IEC와 냉각코일에 의해 처리된 저온건조한 급기가 지나지며, 다른쪽 급기덕트는 배기덕트와의 사이에 설치된 현열교환기(Sensible Heat Exchanger)를 통해서 실온에 가까운 중립온도로 재열되는 급기가 지나가는 것을 특징으로 하는 디커플드 시스템의 개념에 기반한 차세대 친환경 전외기 공조시스템On the air supply side, it consists of a dry channel through which external air passes and a wet channel through which water is injected, and an indirect evaporative cooler that performs primary cooling and dehumidification of high temperature and humidity outside air in summer. IEC), Cooling Coil with additional dehumidification to the predetermined level that is responsible for the latent heat load in the room, and Direct Evaporative Cooler (DEC) are installed, and Heating Coil (Heating Coil) at the exhaust side And Sensible Heat Exchanger is installed,
The supplied external air is sent to the air conditioning space through two branched air supply ducts, and one of the air supply ducts branched into two of the two branched air supply ducts is cold-dried by the IEC and the cooling coil. The air supply passes through, and the other air supply duct is passed through a sensible heat exchanger installed between the exhaust ducts. Eco-friendly all-outdoor air conditioning system
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| KR20160037029A (en) | 2014-09-26 | 2016-04-05 | 한양대학교 산학협력단 | Eco-friendly 100% outdoor air conditioning system for ship and 100% outdoor air conditioning method thereof |
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| KR101653413B1 (en) | 2016-09-02 |
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