KR20190030843A

KR20190030843A - 태양광열 시스템의 제습환기 시스템 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR20190030843A
Application number: KR1020170118361A
Authority: KR
Inventors: 김민휘; 김종규; 박동용; 백남춘
Original assignee: 한국에너지기술연구원
Priority date: 2017-09-15
Filing date: 2017-09-15
Publication date: 2019-03-25

Abstract

본 발명은 태양광열 시스템의 제습환기 시스템에 관한 것으로서, 외부에서 유입된 외기를 실내로 공급하기 위한 외기유입유로; 실내를 순환하는 리턴공기를 외부로 배출하기 위한 내기배출유로; 실내를 순환하는 리턴공기를 제습로터로 공급하는 순환유로; 상기 외기유입유로와 상기 내기배출유로에 설치되며, 상기 외기와 상기 리턴공기의 전열 열교환 후 상기 외기를 실내로 공급하는 전열교환기; 상기 내기배출유로와 상기 순환유로에 설치되며, 상기 순환유로를 지나는 리턴공기를 제습하고, 상기 내기배출유로를 지나는 공기에 의해 건조 재생되게 설치되는 제습로터; 및 태양열 에너지 공급부에서 제공된 열을 공급하는 가열부를 포함한다.

Description

태양광열 시스템의 제습환기 시스템 및 그 제어방법{DEHUMIDIFICATION AND VENTILATION SYSTEM OF PHOTOVOLTAIC-THERMAL SYSTEM AND CONTROL METHOD THERE OF}

본 발명은 태양광열 시스템의 제습환기 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실내로 유입되는 공기를 제습 및 재생하거나 냉각 또는 가열시켜 실내를 냉, 난방시킴으로써, 실내의 쾌적성 및 실내 공기질 향상을 도모할 수 있는 태양광열 시스템의 제습환기 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.

제로에너지 하우스는 주택 내부의 에너지 유출울 차단함과 동시에 신재생 에너지 등을 이용하여 주택에 필요한 에너지를 생산, 사용함으로써 외부의 에너지를 필요로 하지 않은 에너지 자립형 주택을 의미한다. 제로 에너지 하우스 기술에는 주택 내부의 에너지를 보존하는 패시브 요소와 화석 연료 또는 재생 가능한 에너지를 에너지로 변화시키는 액티브 요소를 포함한다.

근래에는 제로 에너지 하우스 개념을 확장시켜 주택에서 필요로 하는 에너지보다 많은 에너지를 생산할 수 있는 발전된 주택 형태인 플러스에너지 하우스를 향한 연구가 지속되고 있다.

유럽은 EPBD(Energy Performance of Buildings Directive)를 바탕으로 모든 회원국이 2020년까지 모든 신축건물의 제로에너지빌딩을 의무화하도록 하였으며, 미국은 2020년 주거부문, 2030년 공공건물의 제로에너지빌딩 의무화를 목표로 하고 있다.

한국은 2025년 제로에너지 빌딩의 의무화를 목표로 추진하고 있으며, 관련 세부기준을 마련하기 위해 2016년 노원구에 실증단지를 착수하고, 유럽의 EPBD 에너지 기준을 바탕으로 한 제로에너지 주택 개발을 목표로 하고 있다.

제로 하우스 또는 플러스 하우스는 액티브 기술을 이용하여 신재생 열에너지(태양열, 지열 등), 전기 에너지(태양광, 연료전지 등) 등으로 온수, 난방 및 전력을 공급하는 데, 태양열 및 태양광을 이용하는 태양광열 시스템을 기본적으로 사용한다.

태양광열 시스템에 관련하여 한국 기후에서는 여름철 과열 생산의 문제가 일부 발생하고 있다. 즉, 여름철에는 온수의 생산이 많은데, 온수의 사용이 많으므로 태양열에 의해 생산된 과열을 해소하는 문제가 발생한다.

한편, 제로 하우스 또는 플러스 하우스는 주택 내의 쾌적성능을 극대화하기 위하여 제습 냉방 시스템을 구비하고 있다. 일반적으로, 제습 냉방 기술은 제습기에 의한 잠열 부하 처리와, 증발열에 의한 기온 저하를 이용하여 냉방을 수행하는 기술이다. 즉, 첫째, 제습기를 이용하여 공기 중에 포함된 습기를 제거함으로써 잠열 부하를 제거하고, 둘째, 상기 제습된 건조한 공기에 수분을 공급하여 활발한 물 증발이 이루어지도록 함으로써 증발열에 의해 공기 온도를 낮추는 것으로, 상기 첫 번째와 두 번째 과정이 반복적으로 이루어지도록 순환 사이클을 구성하여 냉방을 수행하는 기술이다. 상기 과정이 반복적으로 이루어지도록 하기 위해서는 직접증발냉각기를 재생시켜야 한다.

일반적으로 직접증발냉각기에 흡착 및 흡수된 수분은 바람과 열에 의해 제거하게 되는데 이때 사용되는 바람은 팬을 이용하여 발생하게 되며, 지열, 폐열 및 지역난방 등을 이용하여 공급하게 된다.

제습 냉방 시스템은 상기 제습 냉방 원리를 이용하여 냉방을 수행하는 시스템으로 에너지 소비가 적고, 환경 친화적인 신재생 에너지 기술로 지속적인 개발이 이루어지고 있다.

등록특허공보 제1207947호의 제습 냉방 장치는 제습 로터와 재생부, 현열 로터 그리고 간접증발냉각기가 순차적으로 구비되어 제습을 통해 실내를 냉방하고, 실외 공기를 유입시켜 제습로터를 건조 재생시킴으로써 실내 공기의 제습을 가능하게 하는 구성이다.

그런데, 종래 기술은 제습 경로와 재생 경로가 좌우로 분리되어 구조적으로 반드시 복수의 케이싱이 필요하고, 공기를 냉각시키는 간접증발냉각기가 냉매를 사용함으로써, 제습 및 냉방 효율이 떨어지는 한편, 일반적인 에어컨디셔너와 별다른 차이점이 없으며 또한 냉매를 주기적으로 보충해야 하는 문제점이 있었다.

등록특허공보 제1207947호(2012.11.28)

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 태양광열을 열원으로 하여 제습로터로 유입되는 공기를 가열하여 제습 및 재생하거나 태양광열을 열원으로 하여 전열교환기로 유입되는 공기를 열교환하여 냉,난방에 사용함으로써, 실내의 쾌적성 및 실내 공기질 향상을 도모할 수 있는 태양광열 시스템의 제습환기 시스템 및 그 제어방법을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 제습환기 시스템으로부터 배출되는 공기와 태양광열 시스템으로부터 제공되는 열원을 이용한 연계장치와 연결하여 새로운 열원을 축적하거나 재생산할 수 있도록 하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 외부에서 유입된 외기를 실내로 공급하기 위한 외기유입유로; 실내를 순환하는 리턴공기를 외부로 배출하기 위한 내기배출유로; 실내를 순환하는 리턴공기를 제습로터로 공급하는 순환유로; 상기 외기유입유로와 상기 내기배출유로에 설치되며, 상기 외기와 상기 리턴공기의 전열 열교환 후 상기 외기를 실내로 공급하는 전열교환기; 상기 내기배출유로와 상기 순환유로에 설치되며, 상기 순환유로를 지나는 리턴공기를 제습하고, 상기 내기배출유로를 지나는 공기에 의해 건조 재생되게 설치되는 제습로터; 및 태양열 에너지 공급부에서 제공된 열을 공급하는 가열부를 포함하는 태양광열 시스템의 제습환기 시스템을 제공한다.

본 발명에 의하면, 상기 외기유입유로, 상기 내기배출유로 및 상기 순환유로에 설치되며, 유로를 개폐하여 외기 및 리턴공기의 인입량을 조절하는 댐퍼부를 더 포함한다.

본 발명에 의하면, 상기 내기배출유로를 통해 배출되는 배기와, 상기 태양열 에너지 공급부 제공되는 열원의 온도차를 통해 전력을 생산하는 열전소자를 더 포함한다.

본 발명에 의하면, 상기 태양열 에너지 공급부는 태양광열 모듈, 또는 태양열 집열기, 또는 축열탱크이다.

본 발명에 의하면, 상기 가열부는, 태양열 에너지 공급부에서 제공된 열을 이용하여 상기 내기배출유로를 배출되는 공기를 가열하여 상기 제습로터의 재생을 위해 제공하는 제1가열기와, 실내로 유입되는 공기의 온도를 태양열 에너지 공급부에서 제공된 열을 이용하여 상승시키기 위해상기 전열교환기를 거친 외기가 실내에 공급되는 경로에 설치되는 제2가열기를 포함하고, 상기 제1가열기 및 상기 제2가열기는 운전 모드에 따라 선택적으로 동작한다.

본 발명에 의하면, 상기 댐퍼부는, 상기 외기유입유로에 설치되어 외기의 인입량을 조절하는 외기댐퍼; 상기 내기배출유로에 설치되어 리턴공기의 인입량을 조절하는 제1내기댐퍼; 및, 상기 순환유로에 설치되어 리턴공기의 인입량을 조절하는 제2내기댐퍼를 포함한다.

본 발명에 의하면, 태양광열 시스템의 제습환기 시스템의 제어방법에 있어서, 태양열 에너지 공급부로부터 태양열에 의해 생산된 열이 제습환기 시스템에 제공되는 단계; 외부에서 유입된 외기가 전열교환기로 제공되는 단계; 실내를 순환하는 리턴공기가 전열교환기로 제공되는 단계; 상기 외기 및 상기 리턴공기가 전열교환기를 통과하면서 상기 외기와 상기 리턴공기가 전열교환한 후 외기가 실내 측으로 공급되는 단계; 실내를 순환하는 리턴공기가 제습로터로 제공되어 제습된 후 전열교환기를 통과한 외기와 함께 실내측으로 배출되는 단계; 상기 전열교환기로 제공되는 리턴 공기가 상기 전열교환기를 거친 후 제1가열기로 공급되며, 상기 제1가열기는 상기 태양열 에너지 공급부로터 제습환기 시스템에 제공된 열에 의해 제1가열기를 통과하는 공기를 가열하는 단계; 및 상기 제1가열기를 지나면서 가열된 공기에 의해 제습로터를 재생시키고 배출되는 단계를 포함한다.

본 발명에 의하면, 태양광열 시스템의 제습환기 시스템의 제어방법에 있어서, 태양열 에너지 공급부로부터 태양열에 의해 생산된 열이 제습환기 시스템에 제공되는 단계; 외기 유입이 차단되는 단계; 실내를 순환하는 리턴공기가 제습로터로 제공되어 제습된 후 실내로 유입되는 단계; 실내를 순환하는 리턴공기가 제1가열기로 공급되며, 상기 제1가열기는 상기 태양열 에너지 공급부로부터 제습환기 시스템에 제공된 열에 의해 제1가열기를 통과하는 공기를 가열하는 단계; 및 상기 제1가열기를 지나면서 가열된 공기에 의해 제습로터를 재생시키고 배출되는 단계를 포함한다.

본 발명에 의하면, 태양광열 시스템의 제습환기 시스템의 제어방법에 있어서, 태양열 에너지 공급부로부터 태양열에 의해 생산된 열이 제습환기 시스템에 제공되는 단계; 외부에서 유입된 외기가 전열교환기로 제공되는 단계; 실내를 순환하는 리턴공기가 전열교환기로 제공되는 단계; 상기 외기 및 상기 리턴공기가 전열교환기를 통과하면서 상기 외기와 상기 리턴공기가 전열교환한 후 외기가 실내 측으로 공급되는 단계; 상기 전열교환기를 거친 외기가 제2가열기로 공급되며, 상기 제2가열기는 상기 태양열 에너지 공급부로터 제습환기 시스템에 제공된 열에 의해 제2가열기를 통과하는 공기를 가열하여 실내측으로 공급하는 단계; 및 상기 전열교환기를 거친 리턴 공기는 배기되는 단계를 포함한다.

본 발명에 의하면, 열전소자에 의해 상기 제습환기 시스템을 통해 배출되는 배기와 태양열 에너지 공급부으로부터 제공되는 열원의 온도차를 통해 전력을 생산하는 단계를 더 포함한다.

본 발명에 의하면, 태양열 에너지 공급부로부터 태양열에 의해 생산된 열이 제습환기 시스템에 제공되는 단계는 태양광열 모듈, 또는 태양열 집열기, 또는 축열탱크로부터 열을 제공한다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따른 태양광열 시스템의 제습환기 시스템 및 그 제어방법에 의하면, 태양광열을 열원으로 하여 상기 전열교환기로 유입되는 공기를 열교환하여 냉,난방에 사용하거나, 상기 제습로터로 유입되는 공기를 가열하여 실내 제습 및 제습로터의 재생 동작을 제어함으로써, 반영구적인 사용이 가능하고, 에너지를 절감하며, 환경오염을 방지할 수 있는 효과가 있다.

리턴공기를 이용하므로 외기를 사용하는 방식에 비해 목표 제습량을 줄여 제습에 사용되는 열원을 과다하게 소비할 필요가 없으며 전력 및 열 낭비의 발생을 방지할 수 있는 장점이 있다.

특히, 여름철에는 태양광열시스템에서 생산되는 과열을 제습 환기에 이용하게 되므로 에너지 효율이 향상되면서 실내의 쾌적 성능을 극대화할 수 있다.

제습환기 시스템으로부터 배출되는 공기와 태양광열 시스템으로부터 제공되는 열원을 이용한 연계장치와 연결하여 새로운 열원을 축적하거나 재생산할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 태양광열 시스템을 나타내는 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 태양광열 시스템의 제습환기 시스템을 나타내는 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 태양광열 시스템의 제습환기 시스템에 연계된 열전소자를 나타내는 구성도이다.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

상기 본 발명의 실시예를 설명하기에 앞서, 본 발명의 기술적 사상을 원활히 기술하기 위해 다음과 같은 용어를 정의하고자 한다.

먼저 실외로부터 전열교환기 내부로 유입되는 공기를 이하 '외기(OA)'라 하고, 상기 외부로부터 실내로 공급된 때의 외기를 이하 '급기(SA)'라 하며, 실내를 순환하는 급기를 이하 '리턴공기(RA)'라 하며, 실외로 배출된 후의 리턴공기를 이하 '배기(EA)'라 한다.

본 발명에 따른 제습환기 시스템은 일반 가정은 물론 공장 단지 및 공동주택단지, 공공건물, 학교, 병원 등의 대상지건물군에 적용될 수 있으며, 경우에 따라서는 여러 대가 조합되어 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 제습환기 시스템은 태양광열 시스템을 연계하여 구성된다. 도 1을 참조하면, 태양광열 시스템은 전력과 열을 생산하는 태양광열 모듈(PVT, 300)와, 상기 태양광열 모듈(300)와 연결되어 태양광열 모듈(300)로부터 공급되는 유체와의 열교환을 통해 태양열에 의해 생산되는 열을 저장하는 축열탱크(200) 및 태양광열 모듈(300)로부터 생산된 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장장치(ESS, 400)를 포함한다.

태양광열 모듈(300)는 태양광 모듈(PV)와 태양열 집열기(collector)가 일체화되어, 태양광 모듈로부터의 전력과 태양열 집열기로부터의 열이 동시에 생산하는 장치이다.

본 발명의 일 실시예는 태양광열 시스템이 태양광열 모듈(300)을 구비하여 전력과 열을 동시에 생산하도록 구성되어 있으나, 다른 실시예로서 태양광 모듈과 태양열 집열기가 각각 설치되어, 전력과 열을 각각 생산할 수 있다.

상기 축열탱크(200)에서는 상기 태양광열 모듈(300) 또는 태양열 집열기에서 공급된 유체가 순환하면서 내부에서의 열교환을 통해 온수가 가열되어 축열이 이루어진다. 상기 축열탱크(200)가 내부에 별도의 축열재를 구비하고, 외부에서 도입된 물이 축열재와의 열교환을 통해 가열되어 배출되는 구조로 형성될 수 도 있다.

본 발명에 의하면, 태양광열 모듈(300), 태양광 모듈과 태양열 집열기가 각각 설치된 실시예에서의 태양열 집열기, 및 축열탱크(200)는 태양열 에너지가 생산 저장되는 수단으로서, 연계된 제습환기 시스템(100)에 집열된 태양열 에너지를 공급하는 태양열 에너지 공급부가 된다.

즉, 태양광열 모듈(300) 또는 태양열 집열기에서 집열된 열이 제습환기 시스템(100)으로 직접 공급되거나 축열탱크(200)를 통해 제습환기 시스템(100)에 공급될 수 있다. 특히 축열탱크(200)로부터 태양열 에너지가 공급된다면 온수 형태로 공급될 수 있다.

이하에서 태양열 에너지 공급부로서 축열탱크(200)가 사용되고, 축열탱크(200)로부터 온수가 공급되는 것을 예로 하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

상기 축열탱크(200)에서 상기 제습환기 시스템(100)에 공급되는 온수의 열은, 제습로터(20)의 재생 열원으로 사용하거나 실내의 제습열원 및 난방열원으로 사용될 수 있다. 또한, 열전소자(50)와 히트펌프(미도시)의 열원으로 사용할 수 있다.

상기 에너지 저장장치(400)는 태양광열 모듈(300) 또는 PV에서 생산된 전기 에너지를 저장하고, 주택 내에 전력을 제공한다.

주택에 수소를 이용하는 전기를 생산하는 연료전지 시스템이 추가로 구비될 수 있으며, 상기 에너지 저장장치(400)는 연료전지로부터 생산된 전원을 함께 저장하고 주택 태에 전력을 제공할 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 제습환기 시스템(100)에는 냉,난방경로와, 제습 경로 및 재생 경로 등이 구비되는바, 외부에서 유입된 외기를 실내로 공급하기 위한 외기유입유로(1)와, 실내를 순환하는 리턴공기를 외부로 배출하기 위한 내기배출유로(2)와, 상기 리턴공기를 순환시키기 위한 순환유로(3)를 포함한다.

상기 유로들(1,2,3) 상에 설치되는 전열교환기(10), 제습로터(20), 가열부(30) 및 댐퍼부(40)를 포함한다.

가열부(30)는 태양열 에너지 공급부에서 제공된 열을 제습환기 시스템(100)으로 공급하는 부분으로, 제1가열기(31) 및 제2가열기(32)를 포함한다. 태양열 에너지 공급부는 태양광열 모듈(300), 태양열 집열기 또는 축열기(200) 일 수 있으므로, 상기 제1가열기(31) 및 상기 제2가열기(32)는 태양광열 모듈(300) 또는 태양열 집열기로부터 열을 공급받도록 연결되거나 상기 축열탱크(200)로 열을 공급받도록 연결될 수 있다.

상기 댐퍼부(40)는 상기 제습 경로와 재생 경로 및 냉,난방경로에 설치되며, 유로를 개폐하여 외기와 리턴공기의 인입량을 조절하게 된다.

즉, 상기 댐퍼부(40)는 상기 외기유입유로(1)에 설치되어 외기의 인입량을 조절하는 외기댐퍼(41)와, 내기배출유로(2)에 설치되어 리턴공기의 인입량을 조절하는 제1내기댐퍼(42)와, 순환유로(3)에 설치되어 리턴공기의 인입량을 조절하는 제2내기댐퍼(43)를 포함한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 상기 전열교환기(10)는 외부에서 유입된 외기와 실내를 순환하는 리턴공기의 열교환이 발생되도록 한다. 즉, 실외에서 유입된 외기를 리턴공기와 열교환시켜 여름철 실내의 냉방 열원으로 제공하고, 겨울철 실내의 난방 열원으로 제공하게 된다.

예컨대, 여름철 냉방모드로 사용하고자 할 경우, 상기 외기유입유로(1)를 통해 실내로 공급되는 외기와 리턴공기 중 외부로 배출되는 리턴공기와 온도와 습도를 열교환하여 실내로 유입되는 외기의 온도 및 습도를 낮추게 된다. 즉, 제어수단(미도시)의 제어신호에 의해 외기댐퍼(41)가 외기유입유로(1)측을 개방하도록 조절하게 되면, 외기가 전열교환기(10)를 통과하는 동시에, 제어수단의 제어신호에 의해 제1내기댐퍼(42)가 내기배출유로(2)측을 개방하도록 조절하게 되면, 리턴공기가 전열교환기(10)를 통과하게 되어, 공급되는 습윤한 외기로부터 잠열과 습기를 제거하여 외기의 온도 및 습도를 낮춰 실내의 냉방 열원으로 사용하게 된다.

상기 제습로터(20)는, 도 2에서 보이는 바와 같이, 상기 리턴공기를 실외로 배출시키기 위한 내기배출유로(2)와 리턴공기가 순환하는 순환유로(3)에 설치되며, 상기 내기배출유로와 상기 순환유로에 설치되며, 상기 순환유로(3)를 지나는 리턴공기를 제습하여 실내에 다시 공급하고, 상기 내기배출유로(2)를 지나는 공기에 의해 건조 재생이 이루어진다.

상기 제습로터(20)는 회전축을 중심으로 회전하는 공지의 구성의 제습로터가 사용될 수 있으며, 모터와 회전축이 벨트 또는 체인 등이 감겨 회전할 수 있다. 상기 제습로터(20)는 순환유로(3)와 내기배출유로(2) 간에서 회전하면서 제습 및 건조 재생 동작을 반복적으로 수행한다. 본 발명에서는 제습로터(20) 대신에 액체식 제습시스템을 이용할 수 있으며, 이 경우 에너지 절감 효율이 50% 이상 증가하게 된다.

상기 제습로터(20)의 일측의 건조 재생이 이루어지는 부분은, 상기 리턴공기를 실외로 배출하는 내기배출유로(2)에 설치되며, 태양열 에너지 공급부로 열을 제공받은 제1가열기(31)에서 제공되는 열에 의해 건조 재생된다. 제습로터(20)로부터 수분을 흡수한 내기는 배기된다. 구체적으로, 제어수단의 제어신호에 의해 제1내기댐퍼(42)가 내기배출유로(2)측을 개방하도록 조절하게 되면, 리턴공기가 전열교환기(10)를 통과한 다음 태양열 에너지 공급부로부터 열을 제공받은 제1가열기(31)에 의해 고온 건조한 공기로 변환되는데, 이렇게 변환된 고온 건조한 공기는 제습로터(20)를 통과하게 될 경우 제습로터(20)를 건조시켜 재생시키게 된다. 이후, 리턴공기는 내기배출유로(2)를 거쳐 외부로 배출된다.

또한, 상기 제습로터(20)는 타측의 제습이 이루어지는 부분은, 리턴공기를 순환시키는 순환유로(3)에 설치되며, 유입되는 리턴공기 중 수분을 흡착하여 건조한 공기로 변환시켜 실내에 공급하게 된다. 구체적으로, 제어수단의 제어신호에 의해 제2내기댐퍼(43)가 순환유로(3)측을 개방하도록 조절하게 되면, 리턴공기의 일부가 제습로터(20)를 통과하게 되어 습기가 제거되는 건조공기로 변환된다.

상기 외기유입유로(1)를 통해 전열교환기(10)를 통과하는 외기와, 상기 순환유로(3)를 통해 제습로터(20)를 통과하는 리턴공기는 서로 혼합되어 실내로 공급된다.

실내로 공급되는 혼합 공기는 외기에 비해 온도가 낮고 수분이 제거된 공기이므로 쾌적한 실내 공기질을 형성하게 된다.

여름철 습도가 높아 제습이 필요한 경우에는 외기댐퍼(41)를 차단하고, 제1내기댐퍼(42) 및 제2내기댐퍼(43)를 개방시킨다. 리턴 공기의 일부는 순환유로(3)를 통해 제습로터(20)를 거쳐 제습된 후 실내로 공급된다. 그리고 리턴공기의 나머지 일부는 내기배출유로(2)를 통해 이동하여 제1가열기(31)에서 가열된 후 제습로터(20)를 재생시킨다. 이때 제1내기댐퍼(42) 및 제2내기댐퍼(43)는 리턴공기의 공급량을 3:7 로 하는 것이 바람직하다. 물론 제습로터(20)의 재생에 필요한 공기 비율이 반드시 3일 필요는 없다. 리턴공기 전체량 대비 1/10 ~ 3/10까지 조절될 수 있다.

한편, 겨울철에 공기의 온도를 상승시키는 것이 필요한 경우에는 전열교환기(10)에 거쳐 실내로 공급되는 외기를 제2가열기(32)를 이용하여 가열하여 공기의 온도를 상승시킨다. 제2가열기(32)는 태양열 에너지 공급부, 예컨대, 상기 축열탱크(200)로부터 제공되는 온수를 이용하여 실내로 도입되는 공기의 온도를 상승시킨다.

제1가열기(31)는 제습로터(20)의 재생이 이루어지도록 내기배출유로(2)를 배출되는 공기를 가열하고, 제2가열기(32)는 실내로 도입되는 공기의 온도를 상승시키기 위해 상승되므로, 제1가열기(31)는 여름철 운전에, 제2가열기(32)는 겨울철 운전에 주로 사용된다. 그러나, 겨울철에도 실내 습도가 높아 제습이 필요한 경우 제1가열기(31)는 사용될 수 있다. 제1가열기(31)는 태양열 에너지 공급부로부터 공급된 에너지를 이용하지만 장마 등으로 에너지 부족 시 전기히터를 사용할 수 있다. 즉, 전기히터가 보조 가열원으로 내기배출유로(20)에 추가로 설치되거나, 제1가열기(31) 내부에 설치될 수 있다.

한편, 상기 외기댐퍼(41)와 제1내기댐퍼(42)의 조절을 통해 전열교환기(10)를 통과한 각각의 외기와 리턴공기가 열교환을 통해 외기를 실내로 유입시키고 리턴공기는 실외로 배출시키는 환기모드 및 공기질 개선 모드로 사용될 수 있다.

물론, 실내에 공급되는 공기는 냉각, 먼지제거, 이물질이 여과되며, 이를 통해 깨끗하고 신선한 공기가 실내로 유입될 수 있다.

또한, 여름철 장마철 등과 같이 습도가 매우 놓은 경우 상기 제2내기댐퍼(43)의 조절을 통해 제습로터(20)를 통과한 건조한 리턴공기가 실내로 유입되어 실내의 습도를 조절하는 제습모드로 사용될 수 있다. 이때, 외기댐퍼(41)를 완전히 차단하여 외기가 유입되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 태양광열 시스템의 제습환기 시스템(100)은, 리턴공기(RA)를 이용하므로 외기를 사용하는 방식에 비해 목표 제습량을 줄여 제습에 사용되는 열원을 과다하게 소비할 필요가 없다.

또한, 겨울철에 차가운 외기가 제습로터(20)에 바로 닿을 경우 결빙이 발생하여 제습로터(20)가 제대로 작동하지 않거나 손상될 수 있어 추가적인 가열부가 재생 공기 유로 상에 필요하나 본 발명에서는 리턴공기를 이용하므로 전력 및 열 낭비의 발생을 방지할 수 있다.

본 발명에 따른 제습환기 시스템(100)은 전력 제공 수단으로 열전소자(50)를 더 포함할 수 있다. 즉, 제습환기 시스템(100)은 열전소자(50)에 의해 생산된 전력을 공급받도록 연결될 수 있으므로 소비 전력을 최소화할 수 있다. 태양광열 시스템에서 여름철 발생한 과열을 상기 열전소자(50)에 공급하여 전력을 생산함으로써 에너지 효율성이 향상된다.

열전소자(50)는, 태양열 에너지 공급부로부터 공급되는 열원과 외기 또는 제습환기 시스템(100)을 통해 배출되는 배기의 온도차를 통해 전력을 생산한다.

상기 열전소자(50)의 일측은 태양열 에너지 공급부에 연결되는 데, 태양광열 모듈(300) 또는 태양열 집열기에 바로 연결될 수 있고, 축열탱크(200)에 연결될 수도 있다. 이러한 태양열 에너지 공급부으로부터 고열이 전달되고, 타측은 배기(EA) 또는 외기와 접촉되므로 열전소자(50)의 양면에는 온도차에 의해 전력이 발생되고, 이와 같이 발생된 전력은 에너지 저장장치(400)에 충전될 수 있다.

이때, 상기 열전소자(50)의 양면 온도차가 클수록 전력 생산에 유리하므로 온도차를 크게 하기 위한 다양한 배치가 가능하고, 이를 통해 보다 많은 전력을 생산 가능하게 할 수 있다.

전기와 열을 동시에 생산되는 태양광열 시스템에서는 상술한 바와 같이 여름철에는 과열이 발생하는 데, 이러한 과열을 열전소자(50)에 의한 전력 생산에 이용될 수 있게 된다. 여름철 과열은 제습로터(20)의 재생에 이용되고, 제습로터(20)의 재생 이후에도 열이 남는 경우 열전소자(50)의 전력생산에 이용되므로, 에너지 효율성이 향상된다.

한편, 본 발명에 따르면, 상기 축열탱크(200)로부터 제공받은 열원을 열교환을 통해 온수 및 난방용 열원으로 이용할 수 있다. 또한, 히트펌프가 주택에 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 태양광열 시스템의 제습환기 시스템(100)은 여름철에는 복사냉방시스템와 연계하여 동작할 수 있다. 복사냉방시스템은 천장, 벽면 등에 매설된 파이프 코일에 냉수를 공급하여 복사 냉방을 한다. 여름철에는 상기 태양광열 시스템의 제습환기 시스템(100)에서 제습로터(20)의 사용으로 실내의 습도를 낮추는 한편 복사냉방시스템을 통해 냉방을 실시할 수 있는 데, 습도를 낮춘 상태에서의 냉방이므로 복사냉방만으로도 여름철 실내를 쾌적하게 할 수 있다. 추가적인 냉방이 필요한 경우 히트펌프를 이용할 수 있다. 본 발명에 의하면, 여름철 복사냉방에 의해 히트펌프 에너지를 절감할 수 있다.

겨울철에는 히트펌프와 복사난방시스템 또는 바닥복사난방시스템을 연계할 수 있다. 여기서, 상기 복사난방시스템은 상기 복사냉방시스템의 설비를 그대로 사용하고, 축열탱크(200)로부터 온수를 도입하여 공급하여 복사난방을 한다. 바닥복사난방시스템에 필요한 온수는 축열탱크(200)로부터 공급될 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 제습환기 시스템의 운전 과정을 살펴보면 다음과 같다.

[여름철 운전]

제어수단의 제어신호에 의해 외기댐퍼(41)가 외기유입유로(1)측을 개방하고, 외부에서 유입된 외기가 전열교환기(10)를 통과한다. 또한, 제어수단의 제어신호에 의해 제1내기댐퍼(42)가 내기배출유로(2)측을 개방하고, 실내를 순환하는 리턴공기의 일부가 전열교환기(10)를 통과한다.

상기 전열교환기(10)에서 상기 외기와 상기 리턴공기가 열교환하면서 공급되는 외기로부터 잠열을 제거하여 외기의 온도 및 습도를 낮춰 실내에 공급하게 된다.

한편 제어수단에 의해 제2내기댐퍼(43)가 개방되면 순환유로(3)를 통해 실내를 순환하는 리턴공기의 일부가 제습로터(20)를 지나면서 제습되고, 전열교환기(10)를 거친 외기가 혼합되어 실내로 공급된다. 상기 전열교환기(10)를 거치면서 온도 및 습도가 낮춰진 외기가 제습로터(20)를 거친 공기와 혼합되면서 공기 중의 습도는 더욱 낮아지게 되므로 실내 공기의 쾌적감이 향상된다.

한편, 상기 전열교환기(10)를 거치면서 외기와 전열교환을 한 리턴공기는 내기배출유로(2)를 통해 유동하여 제습로터(20)의 재생부에 이용되기 위해 제1가열기(31)에 의해 가열된다. 그리고 나서 제습로터(20)의 재생에 사용되고 배기된다.

한편, 여름철에는 태양열 시스템의 과열을 열전소자(50)에서 이용하여 전력을 생산한다. 열전소자(50)는 내기배출유로(2)를 통해 배출되는 배기 또는 외기와, 축열탱크(200) 등의 태양열 에너지 공급부로부터 제공되는 열원의 온도차를 통해 전력을 생산한다.

[여름철 제습모드 운전]

여름 장마철 등과 같이 습도가 높아 제습이 많이 필요한 경우에는 제습모드 운전이 수행된다.

외기댐퍼(41)를 닫고, 제1내기댐퍼(42) 및 제2내기댐퍼(43)가 개방된 상태로 운전이 수행된다.

이때, 제1내기댐퍼(42) 및 제2내기댐퍼(43)로 공급되는 공기의 양 비율은 3:7 정도가 될 수 있다.

[겨울철 운전]

제습이 불필요한 경우 제습로터(20)로 리턴 공기의 일부를 공급하는 제2내기댐퍼(43)는 개방되지 않는다.

외기댐퍼(41) 및 제1내기댐퍼(42)가 개방된 상태에서 운전이 수행되는 데, 상기 전열교환기(10)에서 상기 외기와 상기 리턴공기가 열교환하면서 공급되는 외기가 리턴공기로부터 온도를 흡수하여 승온되어 공급된다.

이때 제2가열기(32)가 태양열 에너지 공급부 예컨대, 축열기(200)로부터 온수가 공급되어 실내로 도입되는 공기의 온도를 상승시킨다.

실내 습도의 상승으로 제습이 필요한 경우에는 제2내기댐퍼가 개방되고 여름철 운전과 동일하게 제습 및 제생이 이루어진다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예의 기재에 한정되지 않으며, 본 발명의 특허청구범위의 기재를 벗어나지 않는 한 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형 실시 또한 본 발명의 보호범위 내에 있는 것으로 해석되어야 한다.

100: 제습환기 시스템
10 : 전열교환기 20 : 제습로터
30: 가열부 40 : 댐퍼부
50 : 열전소자

Claims

외부에서 유입된 외기를 실내로 공급하기 위한 외기유입유로;
실내를 순환하는 리턴공기를 외부로 배출하기 위한 내기배출유로;
실내를 순환하는 리턴공기를 제습로터로 공급하는 순환유로;
상기 외기유입유로와 상기 내기배출유로에 설치되며, 상기 외기와 상기 리턴공기의 전열 열교환 후 상기 외기를 실내로 공급하는 전열교환기;
상기 내기배출유로와 상기 순환유로에 설치되며, 상기 순환유로를 지나는 리턴공기를 제습하고, 상기 내기배출유로를 지나는 공기에 의해 건조 재생되게 설치되는 제습로터; 및
태양열 에너지 공급부에서 제공된 열을 공급하는 가열부를 포함하는 태양광열 시스템의 제습환기 시스템.
제1항에 있어서,
상기 외기유입유로, 상기 내기배출유로 및 상기 순환유로에 설치되며, 유로를 개폐하여 외기 및 리턴공기의 인입량을 조절하는 댐퍼부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광열 시스템의 제습환기 시스템.
제1항에 있어서,
상기 내기배출유로를 통해 배출되는 배기와, 상기 태양열 에너지 공급부 제공되는 열원의 온도차를 통해 전력을 생산하는 열전소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광열 시스템의 제습환기 시스템.
제1항에 있어서,
상기 태양열 에너지 공급부는 태양광열 모듈, 또는 태양열 집열기, 또는 축열탱크인 것을 특징으로 하는 태양광열 시스템의 제습환기 시스템.
제1항에 있어서,
상기 가열부는, 태양열 에너지 공급부에서 제공된 열을 이용하여 상기 내기배출유로를 배출되는 공기를 가열하여 상기 제습로터의 재생을 위해 제공하는 제1가열기와, 실내로 유입되는 공기의 온도를 태양열 에너지 공급부에서 제공된 열을 이용하여 상승시키기 위해상기 전열교환기를 거친 외기가 실내에 공급되는 경로에 설치되는 제2가열기를 포함하고, 상기 제1가열기 및 상기 제2가열기는 운전 모드에 따라 선택적으로 동작하는 것을 특징으로 하는 태양광열 시스템의 제습환기 시스템.
제1항에 있어서,
상기 댐퍼부는,
상기 외기유입유로에 설치되어 외기의 인입량을 조절하는 외기댐퍼;
상기 내기배출유로에 설치되어 리턴공기의 인입량을 조절하는 제1내기댐퍼; 및,
상기 순환유로에 설치되어 리턴공기의 인입량을 조절하는 제2내기댐퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광열 시스템의 제습환기 시스템.
태양광열 시스템의 제습환기 시스템의 제어방법에 있어서,
태양열 에너지 공급부로부터 태양열에 의해 생산된 열이 제습환기 시스템에 제공되는 단계;
외부에서 유입된 외기가 전열교환기로 제공되는 단계;
실내를 순환하는 리턴공기가 전열교환기로 제공되는 단계;
상기 외기 및 상기 리턴공기가 전열교환기를 통과하면서 상기 외기와 상기 리턴공기가 전열교환한 후 외기가 실내 측으로 공급되는 단계;
실내를 순환하는 리턴공기가 제습로터로 제공되어 제습된 후 전열교환기를 통과한 외기와 함께 실내측으로 배출되는 단계;
상기 전열교환기로 제공되는 리턴 공기가 상기 전열교환기를 거친 후 제1가열기로 공급되며, 상기 제1가열기는 상기 태양열 에너지 공급부로터 제습환기 시스템에 제공된 열에 의해 제1가열기를 통과하는 공기를 가열하는 단계; 및
상기 제1가열기를 지나면서 가열된 공기에 의해 제습로터를 재생시키고 배출되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 태양광열 시스템의 제습환기 시스템의 제어방법.
태양광열 시스템의 제습환기 시스템의 제어방법에 있어서,
태양열 에너지 공급부로부터 태양열에 의해 생산된 열이 제습환기 시스템에 제공되는 단계;
외기 유입이 차단되는 단계;
실내를 순환하는 리턴공기가 제습로터로 제공되어 제습된 후 실내로 유입되는 단계;
실내를 순환하는 리턴공기가 제1가열기로 공급되며, 상기 제1가열기는 상기 태양열 에너지 공급부로터 제습환기 시스템에 제공된 열에 의해 제1가열기를 통과하는 공기를 가열하는 단계; 및
상기 제1가열기를 지나면서 가열된 공기에 의해 제습로터를 재생시키고 배출되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 태양광열 시스템의 제습환기 시스템의 제어방법.
태양광열 시스템의 제습환기 시스템의 제어방법에 있어서,
태양열 에너지 공급부로부터 태양열에 의해 생산된 열이 제습환기 시스템에 제공되는 단계;
외부에서 유입된 외기가 전열교환기로 제공되는 단계;
실내를 순환하는 리턴공기가 전열교환기로 제공되는 단계;
상기 외기 및 상기 리턴공기가 전열교환기를 통과하면서 상기 외기와 상기 리턴공기가 전열교환한 후 외기가 실내 측으로 공급되는 단계;
상기 전열교환기를 거친 외기가 제2가열기로 공급되며, 상기 제2가열기는 상기 태양열 에너지 공급부로터 제습환기 시스템에 제공된 열에 의해 제2가열기를 통과하는 공기를 가열하여 실내측으로 공급하는 단계; 및
상기 전열교환기를 거친 리턴 공기는 배기되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 태양광열 시스템의 제습환기 시스템의 제어방법.
제7항에 있어서,
열전소자에 의해 상기 제습환기 시스템을 통해 배출되는 배기와 태양열 에너지 공급부으로부터 제공되는 열원의 온도차를 통해 전력을 생산하는 것을 특징으로 하는 태양광열 시스템의 제습환기 시스템의 제어방법.
제8항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서,
태양열 에너지 공급부로부터 태양열에 의해 생산된 열이 제습환기 시스템에 제공되는 단계는 태양광열 모듈, 또는 태양열 집열기, 또는 축열탱크로부터 열을 제공하는 것을 특징으로 하는 태양광열 시스템의 제습환기 시스템의 제어방법.