KR20140118687A

KR20140118687A - 바닥 복사 냉난방 및 공조 시스템

Info

Publication number: KR20140118687A
Application number: KR1020130160592A
Authority: KR
Inventors: 이은모; 장성주; 장성택; 최민서
Original assignee: 충청남도
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2014-10-08
Also published as: KR101477995B1

Abstract

본 발명은 바닥 복사 냉난방 및 공조 시스템에 관한 것으로서, 유체가 순환할 수 있는 유체 순환로 및 기체가 순환할 수 있는 기체 순환로를 가지며, 기체와 유체 사이에서 열교환이 이뤄지고, 시설의 바닥면이나 벽면 중 적어도 어느 하나에 매립되어 설치되며 기체와 유체에 의하여 축열된 복사열을 시설의 내부 공간으로 방사시키는 열교환부, 유체 순환로와 연결되며, 유체 순환로에 온수 또는 냉수를 선택적으로 공급하는 열원부, 및 기체 순환로와 연결되며, 열교환부에서 유체와 열교환된 기체를 시설의 내부 공간으로 유입시키는 공조부를 포함하며, 따라서, 화석 연료 또는 전기 에너지를 대체하여 태양열 및 지하수 등의 자연 에너지를 이용하여 냉난방을 수행함으로써, 환경오염을 방지할 수 있고, 태양열, 지하수 등의 자연 에너지를 이용하여 바닥 복사 냉난방 시스템과 공조 냉난방 시스템을 동시에 구현할 수 있어 냉난방의 효율을 증가시킬 수 있다.

Description

바닥 복사 냉난방 및 공조 시스템{Radiant floor heating and cooling, and ventilation system}

본 발명에 다단 적층형 재배장치가 설치되는 온실 기타 시설에 적용할 수 있는 바닥 복사 냉난방 및 공조 시스템에 관한 것이다.

국내의 기존 식물 공장은 여름철 고온기와 겨울철 저온기 동안의 열환경 유지를 전기 냉방설비와 등유 난방설비에 의존하고 있다.

그런데, 전기 냉방설비는 여름철에는 재배 시설의 구조상 효율이 낮아 거의 사용되지 못하는 단점을 가지며, 이로 인해 여름철에는 온실을 개방하여 자연 환기를 시키고 있는 실정이다. 또한, 여름철에 자연 환기를 시키는 경우에는 고온에 의하여 봄, 가을에 비해 작물의 품질이 떨어지고, 작물의 수량성과 생육이 불안정해지고 지므로, 이를 극복하기 위하여 여름철에는 고온에 강한 품종만을 제한적으로 재배할 수 있다는 단점을 가진다.

한편, 등유 기타 화석연료를 난방설비는 화석연료의 연소과정에서 발생하는 각종 탄소배출물질로 인하여 환경을 오염시키며, 화석연료는 매장량에 한계가 있다는 단점을 가진다. 따라서, 근래에는 화석연료를 대체할 수 있는 대체 에너지 개발이 활발하게 진행되고 있다. 이러한 대체 에너지 중에서도 풍력, 태양열, 지열 등과 같은 자연 에너지에 관한 연구가 오래전부터 진행되고 있으며, 자연 에너지를 냉난방 장치가 개발되고 있다. 그런데, 자연 에너지는 환경오염과 기후 변화에 거의 영향을 미치지 않으면서 무한한 에너지를 얻을 수 있는 장점이 있는 반면, 에너지 밀도가 대단히 낮다는 단점을 가진다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 식물공장에서 기타 시설에서 대하여 전기 또는 화석연료를 대신에 자연에너지를 이용하여 냉반방을 수행할 수 있도록 구조를 개선한 바닥 복사 냉난방 및 공조 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

나아가, 본 발명은 자연 에너지의 에너지 밀도를 높일 수 있도록 구조를 개선한 바닥 복사 냉난방 및 공조 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 바닥 복사 냉난방 및 공조 시스템은, 유체가 순환할 수 있는 유체 순환로 및 기체가 순환할 수 있는 기체 순환로를 가지며, 기체와 유체 사이에서 열교환이 이뤄지고, 시설의 바닥면이나 벽면 중 적어도 어느 하나에 매립되어 설치되며 기체와 유체에 의하여 축열된 복사열을 시설의 내부 공간으로 방사시키는 열교환부, 유체 순환로와 연결되며, 유체 순환로에 온수 또는 냉수를 선택적으로 공급하는 열원부, 및 기체 순환로와 연결되며, 열교환부에서 유체와 열교환된 기체를 시설의 내부 공간으로 유입시키는 공조부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 열원부는, 시설의 외부와 내부 중 적어도 어느 일측에 설치되며, 태양열을 집열할 수 있는 태양열 집열판, 및 태양열 집열판에서 집열된 태양열을 전달받아 온수를 생성할 수 있는 온수 공급관을 구비하는 태양 열원, 시설의 지하 공간의 지하수를 집수할 수 있는 지하수 공급관을 가지는 지하수 냉원, 및 온수 공급관 또는 지하수 공급관과 선택적으로 연결되어 온수 또는 지하수를 유체 순환로에 선택적으로 공급할 수 있는 연결부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 태양 열원은, 온수 공급관의 온수를 재가열할 수 있는 보조 보일러, 및 온수 공급관의 온수를 보조 보일러로 바이패스시킨 후 재가열된 온수를 다시 온수 공급관으로 유입시킬 수 있는 바이패스 관로를 더 가지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 태양 열원은, 온수 공급관의 온수의 온도를 측정할 수 있는 온수 온도 센서를 더 가지며, 바이패스 관로는 온수 공급관의 온수의 온도가 미리 정해진 온도보다 낮은 경우에 온수 공급관의 온수를 보조 보일러로 바이패스시키는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 지하수 냉원은, 지하수를 펌핑하여 지하수 공급관으로 유입시킬 수 있는 지하수 펌프를 더 가지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 연결부는, 온수 또는 지하수를 외부로 배출할 수 있는 배출 밸브를 구비하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 열교환부는, 내부에 마련되는 격벽에 의하여 내부 공간이 기체 순환로와 유체 순환로로 각각 구획되는 이중관으로 이뤄지며, 기체와 유체는 격벽을 통하여 열교환되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 이중관은,금속 및 합성 수지 중 적어도 어느 하나의 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 공조부는, 기체 순환로와 연결되어 기체 순환로부터 유체와 열교환된 기체를 전달받으며, 시설의 바닥면과 벽면 중 적어도 어느 하나에 매립되어 설치되는 기체 회수관, 및 기체 회수관이 관통되어 형성되며, 기체 회수관을 유동하는 기체를 외부를 향해 분사시킬 수 있는 분사홀을 가지며, 시설은 바닥면과 벽면 중 적어도 어느 하나에 마련되며, 분사홀과 시설의 내부 공간을 연통시켜 분사홀에서 분사된 기체를 시설의 내부 공간으로 유입시킬 수 있는 유입홀을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 공조부는, 시설의 내기를 기체 순환부로 공급할 수 있는 기체 공급관을 더 가지며, 시설은 내부 공간과 기체 공급관을 연통시켜 시설의 내기를 기체 공급관으로 배출할 수 있는 배출홀을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 배출홀은 시설의 천장에 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 공조부는, 시설의 내부 공간에 설치되어, 시설의 내기를 기체 공급관으로 안내할 수 있는 배출팬을 더 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바닥 복사 냉난방 및 공조 시스템은 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 화석 연료 또는 전기 에너지를 대체하여 태양열 및 지하수 등의 자연 에너지를 이용하여 냉난방을 수행함으로써, 환경오염을 방지할 수 있다.

둘째, 태양열, 지하수 등의 자연 에너지를 이용하여 바닥 복사 냉난방 시스템과 공조 냉난방 시스템을 동시에 구현할 수 있어 냉난방의 효율을 증가시킬 수 있다.

셋째,시설의 내부 및 외부의 온도에 따라 선택적으로 난방 또는 냉방을 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바닥 복사 냉난방 및 공조 시스템을 개략적으로 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바닥 복사 냉난방 및 공조 시스템의 열교환부를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바닥 복사 냉난방 및 공조 시스템의 기체와 유체의 순환경로를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양 열원을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지하수 냉원을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바닥 복사 냉난방 시스템의 연결부를 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바닥 복사 냉난방 시스템의 공조부를 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바닥 복사 냉난방 시스템이 적용된 시설의 내부 공간의 공기 이동 경로를 설명하기 위한 도면.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바닥 복사 냉난방 및 공조 시스템(1)은 특정의 시설에 적용되어 바닥 복사 냉난방과 공조를 동시에 수행하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바닥 복사 냉난방 및 공조 시스템(1)이 적용될 수 있는 시설은 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 일반 주거 및 사무용의 건축물, 및 대상 작물을 다단으로 적층하여 밀식 재배할 수 있는 다단 적층형 재배장치가 설치되는 온실(2) 등에 적용될 수 있다. 본 명세서에는 설명의 편의를 위하여 본 발명의 바닥 복사 냉난방 및 공조 시스템(1)이 다단 적층형 재배장치가 설치된 온실(2)에 적용되는 것을 기준으로 본 발명은 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바닥 복사 냉난방 및 공조 시스템을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바닥 복사 냉난방 및 공조 시스템의 열교환부를 설명하기 위한 도면이다.

도 1 내지 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바닥 복사 냉난방 및 공조 시스템(1)은, 열교환부(10), 열원부(20), 공조부(30), 연결부(60) 등을 포함할 수 있다.

열교환부(10)는 온실(2)의 바닥면에 매립되어 설치되며, 기체가 순환될 수 있는 기체 순환로(14), 및 유체가 순환될 수 있는 유체 순환로(12) 등을 포함할 수 있다.

열교환부(10)의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니며, 도 2에 도시된 바와 같이, 내부가 마련되는 격벽(16)에 의하여 내부 공간이 기체 순환로(14)와 유체 순환로(12)로 각각 구획되는 이중관으로 이뤄질 수 있다. 열교환부(10)의 재질은 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 열전달율이 높은 금속이나 합성 수지 재질로 적어도 어느 하나로 이뤄질 수 있다.

따라서, 기체 순환로(14)와 순환하는 기체와 유체 순환로(12)를 순환하는 유체 사이에 열교환이 이뤄질 수 있다. 또한, 콘크리트와 상토 등으로 이뤄진 온실(2)의 바닥면에 유체 순환로(12)를 순환하는 기체와 유체 순환로(12)를 순환하는 기체로부터 전달되는 열이 축열됨으로써, 온실(2)의 바닥면에 축열된 복사열이 온실(2)의 내부 공간으로 방사되어 냉난방을 수행할 수 있다. 즉, 열교환부(10)는 온실(2)의 바닥면에 매립되어 기체 순환로(14)의 기체와 유체 순환로(12)의 유체에 의하여 축열된 복사열을 온실(2)의 내부 공간으로 방사시킴으로써, 온실(2)의 내부 공간에 대한 냉난방을 수행할 수 있다.

한편, 열교환부(10)는 온실(2)의 바닥면 외에 온실(2)의 벽면 기타 구조물에 설치될 수 있으며, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 열교환부(10)는 온실(2)의 바닥면에 매립되어 설치된 것을 기준으로 본 발명을 설명하기로 한다.

열원부(20)는 유체 순환로(12)와 연결되며, 유체 순환로(12)에 온수 또는 냉수를 선택적으로 공급할 수 있다. 열원부(20)는 유체 순환로(12)에 온수 또는 냉수를 선택적으로 공급하기 위하여, 태양 열원(40) 및 지하수 열원, 연결부(60) 등을 포함할 수 있는데, 이에 대한 구체적인 내용은 후술하기로 한다.

공조부(30)는 기체 순환로(14)와 연결되며, 열교환부(10)에서 유체 즉, 온수 또는 냉수와 열교환된 기체를 온실(2)의 내부 공간으로 유입시킬 수 있다. 공조부(30)는 온실(2)의 내부 공간에 대한 공조를 수행하기 위하여, 기체 회수관(31), 분사홀(32), 기체 공급판, 배출팬(34) 등을 포함할 수 있는데, 이에 대한 구체적인 내용은 후술하기로 한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바닥 복사 냉난방 및 공조 시스템의 기체와 유체의 순환경로를 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양 열원을 설명하기 위한 도면, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지하수 냉원을 설명하기 위한 도면이다.

또한, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바닥 복사 냉난방 및 공조 시스템의 연결부를 설명하기 위한 도면이며, 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바닥 복사 냉난방 및 공조 시스템의 공조부를 설명하기 위한 도면이며, 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바닥 복사 냉난방 및 공조 시스템이 적용된 시설의 내부 공간의 공기 이동 경로를 설명하기 위한 도면이다.

도 3 내지 6을 참조하면, 열원부(20)는 태양열을 이용하여 온수를 생성하는 태양 열원(40), 냉수를 취득하기 위하여 지하수를 집수하는 지하수 냉원(50), 온수 또는 지하수를 유체 순환로(12)에 선택적으로 공급하는 연결부(60) 등을 포함할 수 있다.

태양 열원(40)은 태양열을 이용하여 온수를 생성한 온수를 유체 순환로(12)에 공급하며, 태양열을 집열하는 태양열 집열판(41), 온수를 생성하는 온수 공급관(42), 온수를 재가열하는 보조 보일러(44), 보조 보일러(44)로 온수를 바이패스하는 바이패스 관(43), 온수 회수관(48) 등을 포함할 수 있다.

태양열 집열판(41)은 온실(2)의 외부와 내부 중 적어도 어느 일측에 설치되어 태양열을 집열할 수 있다. 예를 들어, 태양열 집열판(41)은 도 3에 도시된 바와 같이 온실(2)의 지붕 및 온실(2)의 내부에 설치된 식생 재배대의 상단에 설치될 수 있다. 본 발명의 태양열 집열판(41)은 일반적으로 태양열을 집열하기 위하여 사용되는 태양열 집열판(41)과 동일한 구성을 가지므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

온수 공급관(42)은 태양열 집열판(41)으로부터 집열된 태양열을 전달받아 온수를 생성할 수 있다. 예를 들어, 온수 공급관(42)은 도 4에 도시되 바와 같이 태양열 집열판(41)의 배면에 결합되어 집열된 태양열을 전달받을 수 있으며, 전달받은 태양열에 의하여 온수 공급관(42)의 내부를 유동하는 물이 가열되어 온수가 생성될 수 있다.

온수 공급관(42)의 온수 공급관(42)의 경로 상에는 도 3에 도시된 바와 같이 온도의 온도를 측정할 수 있는 온수 온도 센서(45), 온수 공급관(42)의 온수를 펌핑할 수 있는 온수 펌프(46) 등이 설치될수 있다. 온수 공급관(42)은 연결부(60)를 통해 유체 순환로(12)의 유입구와 연결되어 온수를 유체 순환로(12)에서 선택적으로 공급될 수 있다.

보조 보일러(44)는 온수 공급관(42)의 온수를 재가열할 수 있으며, 바이패스 관(43)은 온수 공급관(42)의 온수를 보조 보일러(44)로 바이패스시킨 후 재가열된 온수를 다시 온수 공급관(42)으로 유입시킬 수 있다.

온수 공급관(42)의 경로 상에는 도 3에 도시된 바와 같이 1개의 입구(47a)와 2개의 출구(47b, 47c)를 가지는 3방 밸브(47)가 설치될 수 있다. 3방 밸브(47)의 입구(47a)는 온수 공급관(42)과 연결되고 3방 밸브(47)의 1개의 출구(47b)는 온수 공급관(42)과 연결되고 나머지 1개의 출구(47c)는 바이패스 관(43)과 연결된다.

온수 공급관(42)의 온수의 온도가 미리 정해진 온도보다 낮을 때에는 3방 밸브(47)는 온수 공급관(42)과 연결된 출구(47b)를 폐쇄하고 바이패스 관(43)과 연결된 출구(47c)를 개방하여 바이패스 관(43)으로 온수를 바이패스시킬 수 있다. 파이패스 관으로 바이패스된 온수는 보조 보일러(44)에서 재가열된 후 온수 공급관(42)으로 유입될 수 있다.

온수 회수관(48)은 연결부(60)를 통해 유체 순환로(12)의 배출구와 연결되며, 유체 순환로(12)에서 배출된 온수는 온수 회수관(48)을 지나 온수 공급관(42)으로 다시 유입될 수 있다.

지하수 냉원(50)은 지하수를 집수하여 유체 순환로(12)에 공급하며, 지하 공간의 지하수를 집수하는 지하수 공급관(51), 지하수를 펌핑하는 지하수 펌프(52), 지하수 회수관(53) 등을 포함할 수 있다.

지하수 공급관(51)은 온실(2)의 지하 공간의 지하수를 집수할 수 있으며, 지하수 펌프(52)는 지하수를 펌핑하여 지수 공급관에 유입시킬 수 있다. 일반적으로 10 m 이하 지하 공간의 지하수는 지상의 온도 변화에 따른 영향을 거의 받지 않으므로, 실외의 온도가 높은 여름철에도 15℃ 내지 20℃ 사이의 낮은 온도를 유지할 수 있다. 따라서, 유체 순환로(12)에 공급하기 위한 냉수로서 지하수를 이용할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이 지하수 공급관(51)의 개방된 입구는 지하수가 저장되는 지하수 우물 또는 저수조에 삽입되며, 지하수 공급관(51)의 단부에는 지하수 펌프(52)가 설치되어 지하수 펌프(52)의 펌핑에 의하여 지하수 공급관(51)이 지하수를 집수할 수 있다. 지하수 공급관(51)은 연결부(60)와 연결되어, 연결부(60)를 통해 지하수를 유체 순환로(12)에 선택적으로 공급할 수 있다.

지하수 회수관(53)은 연결부(60)를 통해 유체 순환로(12)의 배출구와 연결되며, 유체 순환로(12)에서 배출된 온수는 지하수 회수관(53)을 지나 지하수 우물 또는 저수조에 다시 유입될 수 있다.

연결부(60)는 온수 공급관(42) 또는 지하수 공급관(51)과 선택적으로 연결되어 온수 또는 지하수를 유체 순환로(12)에 선택적으로 공급할 수 있으며, 3방 밸브(61, 64), 유체 분배관(62), 유체 회수관(63) 등을 포함할 수 있다.

3방 밸브(61)는 온수 공급관(42) 또는 지하수 공급관(51)을 유체 순환로(12)와 선택적으로 연결시키며, 2개의 입구(61a, 61b)와 1개의 출구(61c)를 가질 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 3방밸브의 1개의 입구(61a)는 온수 공급관(42)과 연결되며, 나머지 1개의 입구(61b)는 지하수 공급관(51)과 연결되고, 1개의 출구(61c)는 유체 분배관(62)과 연결된다.

3방 밸브(61)는 온실(2)의 온도가 낮을 경우에는 지하수 공급관(51) 측 입구(61b)를 폐쇄하고, 온수 공급관(42) 측 입구(61a)를 개방하여 온수 공급관(42)과 유체 분배관(62)을 연통시킬 수 있다. 또한, 3방 밸브(61)는 온실(2)의 온도가 높을 경우에는 온수 공급관(42) 측 입구(61a)를 폐쇄하고, 지하 공급관 측 입구(61b)를 개방하여 지하수 공급관(51)과 유체 분배관(62)을 연통시킬 수 있다.

즉, 3방 밸브(61)는 온실(2)의 온도가 낮은 겨울철에는 온수 공급관(42)과 유체 분배관(62)을 연통시켜 온수를 유체 순환로(12)에 공급할 수 있고, 온실(2)의 온도가 높은 여름철에는 지하수 공급관(51)을 연통시켜 유체 순환로(12)에 지하수를 공급할 수 있는 것이다. 온실(2)의 온도를 측정하기 위하여 도 3에 도시된 바와 같이 온실(2)의 내부에는 온실(2) 온도를 측정할 수 있는 온실(2) 온도 센서가 설치될 수 있다.

유체 분배관(62)은 3방 밸브(61)와 유체 순환로(12) 사이에 마련되어, 3방 밸브(61)의 통과한 온수 또는 냉수를 유체 순환로(12)에 분배할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 온실(2)의 바닥면에는 내부에 유체 순환로(12) 및 기체 순환로(14)가 형성된 복수 개의 열교환부(10)가 나란하게 마련된다. 유체 분배관(62)은 각각의 열교환부(10)를 관통하여 유체 순환로(12)의 유입구와 연통된다. 따라서, 3방 밸브(61)를 통과한 온수 또는 냉수는 유체 분배관(62)에 의해 분배되어 각각의 열교환부(10)에 마련된 유체 순환로(12)로 유입된다.

한편, 유체 분배관(62)의 경로 상에는 도 3에 도시된 바와 같이 유체 분배관(62)의 온수 도는 지하수를 외부로 배출할 수 있는 배출 밸브가 마련될 수 있다.

유체 회수관(63)은 유체 순환로(12)를 통과한 온수 또는 냉수를 회수할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 유체 회수관(63)은 각각의 열교환부(10)에 마련된 유체 순환로(12)의 배출구와 연통된다. 따라서, 각각의 열교환부(10)에 마련된 유체 순환로(12)를 통과한 온수 또는 냉수는 유체 순환로(12)로 배출되어 회수된다.

3방 밸브(64)는 유체 회수관(63)을 온수 회수관(48) 또는 지하수 회수관(53)과 선택적으로 연결시키며, 1개의 입구(64a)와 2개의 출구(64b, 64c)를 가질 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 3방 밸브(64)의 1개의 입구(64a)는 유체 회수관(63)과 연결되고, 1개의 출구(64b)는 온수 회수관(48)과 연결되고, 나머지 1개의 출구(64c)는 지하수 회수관(53)과 연결된다.

3방 밸브(64)는 유체 순환로(12)에 온수가 유입되었을 때에는 지하수 회수관(53) 측의 출구(64c)를 폐쇄하고, 온수 회수관(48) 측의 출구(64b)를 개방하여 유체 회수관(63)과 온수 회수관(48)을 연통시킬 수 있다. 또한, 3방 밸브(64)는 유체 순환로(12)에 지하수가 유입되었을 때에는 온수 회수관(48) 측의 출구(64b)를 폐쇄하고, 지하수 회수관(53) 측의 출구(64c)를 개방하여 유체 회수관(63)과 지하수 회수관(53)을 연통시킬 수 있다. 따라서, 유체 순환로(12)에 유입된 온수 또는 지하수는 3방 밸브(64)에 의하여 각각 온수 회수관(48) 또는 지하수 회수관(53)으로 안내되어 재사용될 수 있다.

도 3 및 7을 참조하면, 공조부(30)는 기체 순환로(14)에서 배출된 기체를 전달받는 기체 회수관(31), 기체 회수관(31)에 전달된 기체를 온실(2)의 내부 공간을 분사시키는 분사홀(32), 온실(2)의 내기를 기체 순환로(14)에 공급하는 기체 공급관(33) 및 온실(2)의 내기를 기체 공급관(33)으로 안내하는 배출팬(34) 등을 포함할 수 있다.

기체 회수관(31)은 기체 순환로(14)와 연결되어 기체 순환로(14)부터 유체와 열교환된 기체를 전달받으며, 온실(2)의 바닥면에 매립되어 설치될 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 각각의 열교환부(10)에 마련된 기체 순환로(14)의 배출구와 연통되는 기체 회수관(31)이 온실(2)의 바닥면에 매립되어 설치될 수 있다. 보다 구체적으로, 기체 회수관(31)은 각각의 열교환부(10)에 마련된 기체 순환로(14)의 배출구와 연통되어 기체 순환로(14)에서 배출된 기체를 회수하고, 다시 복수의 유로로 분기된 후 온실(2) 바닥면의 길이 방향을 따라 연장되면서 기체를 분배한다.

분사홀(32)은 기체 회수관(31)이 관통되어 형성되며, 기체 회수관(31)을 유동하는 기체를 외부를 향해 분사할 수 있다. 이에 대응하여, 온실(2)은 바닥면에 마련되며, 분사홀(32)과 온실(2)의 내부 공간을 연통시켜 분사홀(32)에서 분사된 기체를 온실(2)의 내부 공간으로 유입시킬 수 있는 유입홀을 포함할 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 기체 회수관(31)의 각각의 유로에는 길이 방향을 따라 복수의 분사홀(32)이 형성된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 온실(2)의 바닥면에는 각각의 분사홀(32)과 온실(2)의 내부 공간을 서로 연통시킬 수 있도록 각각의 분사홀(32)과 대응되는 위치에 복수의 유입홀이 형성된다. 따라서, 기체 회수관(31)의 기체는 기체 회수관(31)의 분사홀(32)과 온실(2)의 유입홀을 통과한 후 온실(2)의 실내 공간으로 유입되어 공조를 수행할 수 있다.

기체 공급관(33)은 온실(2)의 내부 공간의 내기를 기체 순환로(14)로 공급할 수 있다. 이에 대응하여, 온실(2)은 내부 공간과 기체 공급관(33)을 연통시켜 온실(2)의 내부 공간의 내기를 기체 공급관(33)으로 배출할 수 있는 배출홀을 더 포함할 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 온실(2)의 천장에는 온실(2) 내부 공간의 내기를 기체 순환로(14) 공급할 수 있는 기체 공급관(33)이 마련된다. 또한, 기체 공급관(33)에는 길이 방향을 따라 온실(2) 내부 공간의 내기를 기체 공급관(33)으로 안내할 수 있는 복수의 안내홀(35)이 형성된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 온실(2)의 천장에는 각각의 안내홀(35)과 온실(2)의 내부 공간을 연통시킬 수 있도록 복수의 배출홀이 형성될 수 있다. 또한, 기체 공급관(33)의 단부에는 기체 공급관(33)을 분기시켜 각각의 열교환부(10)와 연결시킬 수 있는 기체 분배관(36)이 설치될 수 있다.

따라서, 온실(2)의 내부 공간의 내기는 기체 공급관(33)을 지나 기체 순환로(14)로 공급될 수 있다. 즉, 기체 공급관(33)을 마련함으로써, 온실(2) 내부 공간의 내기를 기체 순환로(14)로 공급하여 열교환시킨 후에 다시 온실(2) 내부 공간으로 유입시켜 공조를 수행하게 하는 공조 사이클을 형성할 수 있다.

한편, 기체 공급관(33)과 온실(2)의 배출홀은 온실(2)의 천장에 마련되는 것으로 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니며, 온실(2)의 벽면 기타 구조물에 형성될 수도 있다.

배출팬(34)은 온실(2)의 내부 공간에 설치되어, 온실(2)의 내부 공간의 내기를 기체 공급관(33)으로 안내할 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 복수의 배출팬(34)은 각각의 배출홀과 인접하게 온실(2)의 천장에 설치된다. 따라서, 배출팬(34)이 가동됨에 따라 온실(2) 내부 공간의 내기는 온실(2)의 배출홀과 기체 공급관(33)의 안내홀(35)을 통과한 후 기체 공급관(33)으로 유입될 수 있다. 즉, 배출팬(34)에 의하여 온실(2)의 내부 공간에는 바닥면으로부터 천장을 향하는 내기의 흐름이 발생할 수 있다.

이하에서는, 도 3을 참조하여, 본 발명의 바람직한 바닥 복사 및 공조 시스템(1)을 이용한 온실(2)의 내부 공간에 대한 난방에 대하여 설명하기로 한다.

온실(2) 내부 공간의 온도가 미리 정해진 온도보다 낮을 때에는, 3방 밸브(61)의 지하수 공급관(51) 측 입구(61b)를 폐쇄하고, 온수 공급관(42) 측 입구(61a)를 개방하여 온수 공급관(42)과 연결부(60)의 유체 분배관(62)을 연통시킨다. 따라서, 태양열 집열판(41)으로부터 전달된 태양열에 의해 생성된 온수 공급관(42)의 온수를 열교환부(10)의 유체 순환로(12)로 유입시킬 수 있다. 여기서, 온수 공급관(42)의 온수의 온도가 미리 정해진 온도보다 낮을 때에는 바이패스 관(43)을 통해 온수를 보조 보일러(44)로 유입시켜 재가열시킬 후 유체 순환로(12)로 유입시킬 수 있다.

다음으로, 온실(2) 내부 공간에 설치된 배출팬(34)의 가동하여 온실(2)의 내기를 기체 공급관(33)으로 안내하여 기체 순환로(14)에 유입시킬 수 있다.

따라서, 열교환부(10)의 내부에 마련된 격벽(16)을 통해 기체 순환로(14)를 통과하는 온실(2)의 내기와 유체 순환로(12)를 통과하는 온수 사이에서 열교환이 일어난다. 즉, 온수의 열이 온실(2)의 내기로 전달되어, 온수의 온도는 감소하고 온실(2)의 내기의 온도는 상승한다.

또한, 열교환 중에 열교환부(10)의 기체 순환로(14)를 통과하는 온실(2)의 내기와 유체 순환로(12)를 통과하는 온수로부터 전달되어 온실(2)의 바닥면에 축열된 복사열은 온실(2)의 내부 공간으로 방사되어 온실(2)의 내부 공간에 대한 난방을 수행할 수 있다.

다음으로, 유체 순환로(12)를 통과한 온수는 온수 회수관(48)을 통해 다시 온수 공급관(42)으로 유입되어 재사용된다. 3방 밸브(64)는 유체 순환로(12)를 통과한 온수가 온수 회수관(48)으로 유입될 수 있도록 온수 회수관(48) 측의 출구(64b)를 개방하고, 지하수 회수관(53) 측의 출구(64c)를 폐쇄한다.

또한, 기체 순환로(14)를 통과한 온실(2)의 내기는 기체 회수관(31)으로 배출된 후 다시 분사홀(32)과 온실(2)의 배출홀을 통과하여 온실(2)의 내부 공간으로 유입된다. 따라서, 온수와의 열교환에 의하여 온도가 증가된 온실(2)의 내기를 다시 온실(2)의 내부 공간을 유입시킴으로써, 온실(2)의 내부 공간에 대한 난방을 수행할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바닥 복사 냉난방 및 공조 시스템(1)은 태양열에 의해 생성된 온수와 온실(2)의 내기를 온실(2)의 바닥면으로 유도하여 열교환 시킴으로써, 복사열에 의한 난방과 가열된 공기를 유입시키는 공조에 의해 난방을 동시에 수행할 수 있다. 따라서, 화석연료 및 전기를 이용하여 난방을 수행한 경우에 비해 열효율이 높아 난방비를 절감할 수 있으며, 태양열을 이용하여 난방을 수행함으로써 환경 오염을 방지할 수 있다.

이하에서는, 도 3을 참조하여, 본 발명의 바람직한 바닥 복사 냉난방 및 공조 시스템(1)을 이용한 온실(2)의 내부 공간에 대한 냉방에 대하여 설명하기로 한다.

온실(2) 내부 공간의 온도가 미리 정해진 온도보다 높을 때에는, 3방 밸브(61)의 지하수 공급관(51) 측 입구(61b)를 개방하고, 온수 공급관(42) 측 입구(61a)를 폐쇄하여 지하수 공급광과 연결부(60)의 유체 분배관(62)을 연통시킨다. 따라서, 지하수 펌프(52)에 의하여 펌핑되어 지하수 우물 또는 저수로로부터 지하수 공급관(51)에 집수된 지하수를 유체 순환로(12)로 유입시킬 수 있다.

다음으로, 온실(2) 내부 공간에 설치된 배출팬(34)을 가동하여 온실(2)의 내기를 기체 공급으로 안내하여 기체 순환로(14)에 유입시킬 수 있다.

따라서, 열교환부(10)의 내부에 마련된 격벽(16)을 통해 기체 순환로(14)를 통과하는 온실(2)의 내기와 유체 순환로(12)를 통과하는 지하수 사이에서 열교환이 일어난다. 즉, 온실(2)의 내기의 열이 지하수로 전달되어, 지하수의 온도는 증가되고 온실(2)의 내기의 온도는 감소한다.

또한, 열교환 중에 열교환부(10)의 기체 순환로(14)를 통과하는 온실(2)의 내기와 유체 순환로(12)를 통과하는 지하수로부터 전달되어 온실(2)의 바닥면에 축열된 복사열은 온실(2)의 내부 공간으로 방사되어 온실(2)의 내부 공간에 대한 냉방을 수행할 수 있다.

다음으로, 유체 순환로(12)를 통과한 지하수는 지하수 회수관(53)을 통해 다시 지하수 우물 또는 저수조에 유입되어 재사용된다. 3방 밸브(64)는 유체 순환로(12)를 통과한 지하수가 지하수 회수관(53)으로 유입될 수 있도록 지하수 회수관(53) 측의 출구(64c)를 개방하고, 온수 공급관(42) 측의 출구(64b)를 폐쇄한다.

또한, 기체 순환로(14)를 통과한 온실(2)의 내기는 기체 회수관(31)으로 배출된 후 다시 분사홀(32)과 온실(2)의 배출홀을 통과하여 온실(2)의 내부 공간으로 유입된다. 따라서, 지하수와의 열교환에 의해 온도가 감소된 온실(2)의 내기를 다시 온수의 내부 공간으로 유입시킴으로써, 온실(2)의 내부 공간에 대한 냉방을 수행할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바닥 복사 냉난방 및 공조 시스템(1)은 지하수와 온실(2)의 내기를 온실(2)의 바닥면으로 유도하여 열교환 시킴으로써, 복사열에 의한 냉방과 냉각된 공기를 유입시키는 공조에 의한 냉방을 동시에 수행할 수 있다. 따라서, 화석연료 및 전기를 이용하여 냉방을 수행한 경우에 비해 열효율이 높아 냉방비를 절감할 수 있으며, 지하수를 이용하여 냉방을 수행함으로써 환경 오염을 방지할 수 있다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

1 : 바닥 복사 냉난방 및 공조 시스템 2 : 온실
10 : 열교환부 12 : 유체 순환로
14 : 기체 순환로 16 : 격벽
20 : 열원부 30 : 공조부
31 : 기체 회수관 32 : 분사홀
33 : 기체 공급관 34 : 배출팬
35 : 안내홀 36 : 기체 분배관
40 : 태양 열원 41 : 태양열 집열판
42 : 온수 공급관 43 : 바이패스 관
44 : 보조 보일러 45 : 온수 온도 센서
46 : 온수 펌프 47 : 3방 밸브
48 : 온수 회수관 50 : 지하수 냉원
51 : 지하수 공급관 52 : 지하수 펌프
53 : 지하수 회수관 60 : 연결부
61, 64 : 3방 밸브 62 : 유체 분배관
63 : 유체 회수관

Claims

유체가 순환할 수 있는 유체 순환로 및 기체가 순환할 수 있는 기체 순환로를 가지며, 상기 기체와 상기 유체 사이에서 열교환이 이뤄지고, 시설의 바닥면이나 벽면 중 적어도 어느 하나에 매립되어 설치되며 상기 기체와 상기 유체에 의하여 축열된 복사열을 상기 시설의 내부 공간으로 방사시키는 열교환부;
상기 유체 순환로와 연결되며, 상기 유체 순환로에 온수 또는 냉수를 선택적으로 공급하는 열원부; 및
상기 기체 순환로와 연결되며, 상기 열교환부에서 상기 유체와 열교환된 상기 기체를 상기 시설의 상기 내부 공간으로 유입시키는 공조부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바닥 복사 냉난방 및 공조 시스템.
제1항에 있어서,
상기 열원부는,
상기 시설의 외부와 내부 중 적어도 어느 일측에 설치되며, 태양열을 집열할 수 있는 태양열 집열판, 및 상기 태양열 집열판에서 집열된 태양열을 전달받아 온수를 생성할 수 있는 온수 공급관을 구비하는 태양 열원;
상기 시설의 지하 공간의 지하수를 집수할 수 있는 지하수 공급관을 가지는 지하수 냉원; 및
상기 온수 공급관 또는 상기 지하수 공급관과 선택적으로 연결되어 온수 또는 지하수를 상기 유체 순환로에 선택적으로 공급할 수 있는 연결부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바닥 복사 냉난방 및 공조 시스템.
제2항에 있어서,
상기 태양 열원은,
상기 온수 공급관의 온수를 재가열할 수 있는 보조 보일러, 및 상기 온수 공급관의 온수를 상기 보조 보일러로 바이패스시킨 후 재가열된 온수를 다시 상기 온수 공급관으로 유입시킬 수 있는 바이패스 관을 더 가지는 것을 특징으로 하는 바닥 복사 냉난방 및 공조 시스템.
제3항에 있어서,
상기 태양 열원은,
상기 온수 공급관의 온수의 온도를 측정할 수 있는 온수 온도 센서를 더 가지며, 상기 바이패스 관은 상기 온수 공급관의 온수의 온도가 미리 정해진 온도보다 낮은 경우에 상기 온수 공급관의 온수를 보조 보일러로 바이패스시키는 것을 특징으로 하는 바닥 복사 냉난방 및 공조 시스템.
제2항에 있어서,
상기 지하수 냉원은,
지하수를 펌핑하여 상기 지하수 공급관으로 유입시킬 수 있는 지하수 펌프를 더 가지는 것을 특징으로 하는 바닥 복사 냉난방 및 공조 시스템.
제2항에 있어서,
상기 연결부는,
온수 또는 지하수를 외부로 배출할 수 있는 배출 밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 바닥 복사 냉난방 및 공조 시스템.
제1항에 있어서,
상기 열교환부는,
내부에 마련되는 격벽에 의하여 내부 공간이 상기 기체 순환로와 상기 유체 순환로로 각각 구획되는 이중관으로 이뤄지며, 상기 기체와 상기 유체는 상기 격벽을 통하여 열교환되는 것을 특징으로 하는 바닥 복사 냉난방 및 공조 시스템.
제7항에 있어서,
상기 이중관은,
금속 및 합성 수지 중 적어도 어느 하나로 이뤄지는 것을 특징으로 하는 바닥 복사 냉난방 및 공조 시스템.
제1항에 있어서,
상기 공조부는,
상기 기체 순환로와 연결되어 상기 기체 순환로부터 상기 유체와 열교환된 상기 기체를 전달받으며, 상기 시설의 바닥면과 벽면 중 적어도 어느 하나에 매립되어 설치되는 기체 회수관; 및
상기 기체 회수관이 관통되어 형성되며, 상기 기체 회수관을 유동하는 기체를 외부를 향해 분사시킬 수 있는 분사홀;을 가지며,
상기 시설은 상기 바닥면과 상기 벽면 중 적어도 어느 하나에 마련되며, 상기 분사홀과 상기 시설의 상기 내부 공간을 연통시켜 상기 분사홀에서 분사된 기체를 상기 시설의 상기 내부 공간으로 유입시킬 수 있는 유입홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 바닥 복사 냉난방 및 공조 시스템.
제1항에 있어서,
상기 공조부는,
상기 시설의 상기 내기를 상기 기체 순환부로 공급할 수 있는 기체 공급관을 더 가지며,
상기 시설은 상기 내부 공간과 상기 기체 공급관을 연통시켜 상기 시설의 상기 내기를 상기 기체 공급관으로 배출할 수 있는 배출홀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바닥 복사 냉난방 및 공조 시스템.
제10항에 있어서,
상기 배출홀은 상기 시설의 천장에 형성되는 것을 특징으로 하는 바닥 복사 냉난방 및 공조 시스템.
제10항에 있어서,
상기 공조부는,
상기 시설의 상기 내부 공간에 설치되어, 상기 시설의 내기를 상기 기체 공급관으로 안내할 수 있는 배출팬을 더 가지는 것을 특징으로 하는 바닥 복사 냉난방 및 공조 시스템.