KR20220063426A - 태양열을 이용한 열네트워크 시스템 및 제어방법 - Google Patents

태양열을 이용한 열네트워크 시스템 및 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 온수를 저장하는 축열조, 상기 축열조에 연결되어 온수가 순환되는 제1 배관라인, 상기 제1 배관라인상에 배치되어 열원공급부에서 공급되는 열원과 열교환이 진행되는 열교환기, 상기 제1 배관라인상에 배치되며 상기 열교환기를 바이패스 하는 제1 바이패스라인, 상기 제1 배관라인상에 배치되는 태양열 히트펌프, 상기 제1 배관라인상에 배치되어 상기 태양열 히트펌프를 바이패스하는 제2 바이패스라인 및 상기 제1 바이패스라인과 상기 제2 바이패스라인의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 태양열을 이용한 열네트워크 시스템을 제공한다.

Description

태양열을 이용한 열네트워크 시스템 및 제어방법{Thermal network system and control method using solar heat}
실시예는 태양열을 이용한 열네트워크 시스템 및 제어방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 태양열 히트펌프를 이용한 열네트워크 시스템에서 일사량에 따라 열네트워크의 동작을 제어하는 태양열을 이용한 열네트워크 시스템 및 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 냉난방을 위하여 사용되는 에너지원으로서는 석탄, 석유, 천연가스 등과 같은 화석연료를 이용하거나, 또는 이들 화석연료나 원자력을 이용하여 생산된 전력 에너지를 주로 사용하고 있다. 그러나 화석 연료는 연소과정에서 발생하는 각종 공해물질로 인하여 수질 및 환경을 오염시키는 단점이 있으므로, 근래에는 이를 대신할 수 있는 대체 에너지 개발이 활발하게 진행되고 있다. 이러한 대체에너지 중에서도 무한한 에너지원을 갖는 풍력, 태양열 및 지열 등에 관한 연구와 이를 이용한 냉난방장치가 사용되고 있는데, 이들 에너지원은 공기오염과 기후변화에 거의 영향을 미치지 않으면서 에너지를 얻을 수 있는 장점이 있는 반면 에너지 밀도가 대단히 낮은 단점이 있다.
화석에너지의 고갈과 환경오염 문제가 대두되면서 청정에너지, 즉 태양열, 지중열, 풍력 등과 같은 자연에너지의 활용에 대한 연구 및 개발이 활발하게 진행되고 있고, 실제로 태양열 및 지중열을 활용하여 히트펌프 냉난방을 행하는 시스템의 활용이 증가되고 있다.
또한, 냉매의 발열 또는 응축열을 이용해 저온의 열원을 고온으로 전달하거나 고온의 열원을 저온으로 전달하는 히트펌프(heat pump)를 이용한 냉난방 시스템은 하나의 시스템으로 냉방 및 난방을 모두 행할 수 있는 장점이 있다. 이러한 장점에 따라 냉방 및 난방이 필요한 곳에 히트펌프를 이용한 냉난방 시스템을 설치하는 사례가 증가되고 있다.
그러나, 태양열은 일사량이 일정하지 못한 단점이 존재하는 바, 이러한 태양광의 활용효율을 증대하기 위한 다양한 방안이 개발되고 있다.
실시예는 일사량에 따라 태양열 히트펌프와 열네트워크의 가동을 제어하여 열사용효율을 증대하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예는, 온수를 저장하는 축열조; 상기 축열조에 연결되어 온수가 순환되는 제1 배관라인; 상기 제1 배관라인상에 배치되어 열원공급부에서 공급되는 열원과 열교환이 진행되는 열교환기; 상기 제1 배관라인상에 배치되며 상기 열교환기를 바이패스 하는 제1 바이패스라인; 상기 제1 배관라인상에 배치되는 태양열 히트펌프; 상기 제1 배관라인상에 배치되어 상기 태양열 히트펌프를 바이패스하는 제2 바이패스라인; 및 상기 제1 바이패스라인과 상기 제2 바이패스라인의 동작을 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 바이패스라인에는 제1 밸브가, 상기 제2 바이패스라인에는 제2 밸브가 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 축열조의 출구 측의 제1 배관라인에는 제1 온도센서가 배치되며, 상기 열교환기와 상기 태양열 히트펌프 사이에 배치되는 상기 제1 배관라인에는 제2 온도센서가 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제어부는 상기 제1 온도센서와 제2 온도센서의 감지값에 기초하여 상기 제1 바이패스라인과 상기 제2 바이패스라인의 동작을 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제어부는 일사량을 통해 상기 제1 바이패스라인과 상기 제2 바이패스라인의 동작을 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제어부는 상기 제1 배관라인에서 측정되는 온도와 상기 태양열 히트펌트에 작용하는 일사량에 기초하여 열교환기의 열교환 방향을 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 축열조에는 제3 배관라인으로 연결되는 보조 축열조가 연결되며, 상기 보조 축열조에는 가열부가 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제3 배관라인 상에는 제3 온도센서가 배치되며, 제어부는 상기 제3 온도센서에서 감지되는 감지값이 기설정된 온도보다 낮은 경우, 상기 가열부를 구동하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예는 초기의 열네트워크를 가동하는 열네트워크 가동 단계; 상기 가동 단계 이후, 제1 배관라인에 흐르는 물의 온도에 기초하여 냉난방기를 판단하는 냉난방기 판단 단계; 상기 냉난방기 판단 단계에서, 냉방기로 판단되는 경우, 태양열 히트펌프에 작용하는 일사량에 따라 밸브를 제어하는 제1 일사량 판단 단계;를 포함하는 태양열을 이용한 열네트워크 제어방법으로 구현될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 일사량 판단 단계에서 기설정된 일사량을 만족하는 경우, 축열조에서 공급되는 물이 제1 배관라인에 배치되는 열교환기와 태양열 히트펌프를 통과하도록 밸브를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 일사량 판단 단계에서 기설정된 일사량을 만족하지 못하는 경우, 축열조에서 공급되는 물이 제1 배관라인에 배치되는 열교환기를 통과하고, 태양열 히트펌프를 바이패스하도록 밸브를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 냉난방기 판단 단계에서 난방기로 판단되는 경우, 상기 태양열 히트펌프를 가동하는 히트펌프 가동 단계; 및 상기 태양열 히트펌프에 작용하는 일사량을 판단하는 제2 일사량 판단 단계;를 더 포함하며, 상기 제2 일사량 판단 단계에서 기설정된 일사량 기준을 만족하는 경우, 축열조에서 배출되는 온수의 온도를 판단하는 제1 온도 판단 단계;를 더 포함하고, 상기 제1 온도 판단 단계에서 상기 축열조에서 배출되는 온수의 온도가 기설정된 온도 이상인 경우 열프로슈머로 동작하며, 상기 축열조에서 배출되는 온수의 온도가 기설정된 온도 이하인 경우 열컨슈머로 시스템이 동작하는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 일사량 판단 단계에서 기설정된 일사량 기준을 만족하지 못하는 경우, 축열조에서 배출되는 온수의 온도를 판단하는 제2 온도 판단 단계;를 더 포함하고, 상기 제2 온도 판단 단계에서 기설정된 온도 조건을 만족하는 경우, 상기 축열조에서 배출되는 온수의 온도를 재차 판단하는 제3 온도 판단 단계;를 더 포함하고, 상기 제3 온도 판단 단계에서 기설정된 조건을 만족하지 못하는 경우, 제1 배관라인을 이동하는 물이 열교환기는 바이패스하고, 태양열 히트펌프는 통과하도록 밸브를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제3 온도 판단 단계에서 기설정된 조건을 만족하는 경우, 제1 배관라인을 이동하는 물이 열교환기와 태양열 히트펌프를 통과하도록 밸브를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 온도 판단 단계에서 기설정된 온도 조건을 만족하지 못하는 경우, 제1 배관라인을 이동하는 물이 열교환기는 통과하고, 태양열 히트펌프는 바이패스하도록 밸브를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
실시예에 따르면, 열사용량과 일사량에 따라 열네트워크의 운영을 달리하여 에너지 효율을 증대하는 효과가 있다.
또한, 열의 사용상태에 따라 열프로슈머 또는 열컨슈머로서 열을 거래하도록 하여 열사용 효율을 증대하는 효과가 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양열을 이용한 열네트워크 시스템의 구조도이고,
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양열을 이용한 열네트워크 제어방법에 대한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’ 되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 “상(위) 또는 하(아래)”에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1 내지 도 2는, 본 발명을 개념적으로 명확히 이해하기 위하여, 주요 특징 부분만을 명확히 도시한 것이며, 그 결과 도해의 다양한 변형이 예상되며, 도면에 도시된 특정 형상에 의해 본 발명의 범위가 제한될 필요는 없다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양열을 이용한 열네트워크 시스템의 구조도이다.
본 발명의 실시예에 따른 태양열을 이용한 열네트워크 시스템은 축열조(100), 제1 배관라인(200), 열교환기(300), 제1 바이패스라인(210), 태양열 히트펌프(400), 제2 바이패스라인(220) 및 제어부(500)를 포함할 수 있다.
축열조(100)는 온수를 저장하며, 저장된 온수를 필요에 따라 공급할 수 있다. 축열조(100)의 구조는 제한이 없으며 공지된 다양한 구조의 축열조(100)가 사용될 수 있다.
축열조(100)에서 사용되는 물은 시수를 통해 보충되는 구조를 구비할 수 있다.
제1 배관라인(200)은 축열조(100)에 연결되어 축열조(100)에 저장되는 물이 순환할 수 있다.
제1 배관라인(200)은 일측과 타측이 모두 축열조(100)에 연결되어 축열조(100)에 저장되는 물이 순환되는 구조이며, 제1 배관라인(200)에는 열교환기(300), 제1 바이패스라인(210), 태양열 히트펌프(400) 및 제2 바이패스라인(220)이 배치될 수 있다.
또한, 제1 배관라인(200)에는 제1 배관라인(200)을 순환하는 물을 압송하기 위한 펌프(203)가 배치될 수 있으며, 제어 조건을 확인하기 위해 제1 온도센서(201)와 제2 온도센서(202)가 배치될 수 있다.
제1 온도센서(201)는 축열조(100)의 출구측에 배치되어 축열조(100)에서 토출되는 물의 온도를 측정할 수 있다.
제2 온도센서(202)는 열교환기(300)에서 태양열 히트펌프(400)로 이동하는 제1 배관라인(200) 상에 배치되어 열교환기(300)를 통과하는 물의 온도나 제1 바이패스라인(210)을 통과하는 물의 온도를 측정할 수 있다.
열교환기(300)는 제1 배관라인(200)상에 배치되어 열원공급부(310)에서 공급되는 열원과 축열조(100)에서 공급되는 제1 배관라인(200)을 순환하는 물의 열교환을 할 수 있다.
열교환기(300)의 구조에는 제한이 없으며, 판상이나 튜브형 등 다양한 공지의 열교환기(300)가 사용될 수 있다.
열원공급부(310)는 일정온도의 열원을 공급하여 열교환을 할 수 있으며, 네트워크 시스템의 상태에 따라 열을 공급하거나 회수하도록 동작할 수 잇다. 열원공급부(310)에서 공급되는 열원은 제2 배관라인을 따라 순환되며, 제2 배관라인에는 열교환기(300)가 배치될 수 있다.
제1 바이패스라인(210)은 제1 배관라인(200)의 일영역에 배치되어 제1 배관라인(200)을 이동하는 물이 열교환기(300)를 바이패스하도록 동작할 수 있다. 제1 바이패스라인(210)에는 제1 밸브(211)가 배치될 수 있다.
제1 밸브(211)는 제1 배관라인(200)에서 제1 바이패스라인(210)으로 분기되는 영역에 배치될 수 있으며, 제어부(500)의 동작에 따라 축열조(100)에서 이동하는 물이 열교환기(300)로 흐르지 않도록 제어될 수 있다.
일실시예로, 제1 밸브(211)는 3방 밸브가 사용될 수 있다.
태양열 히트펌프(400)는 제1 배관라인(200)상에 배치되어 제1 배관라인(200)을 따라 이동하는 물을 태양열을 이용하여 가열할 수 있다.
태양열 히트펌프(400)는 태양광패널(410)과 연결되어 태양열을 이용하여 제1 배관라인(200)을 따라 이동하는 물을 가열할 수 있다. 태양광패널(410)에는 태양의 일사량을 측정할 수 있는 센서가 구비될 수 있다.
일실시예로, 태양열 히트펌프(400)는 태양열 직팽식 히트펌프(203)(Direct expansion solar assisted heat pump)가 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 태양열을 이용하는 다양한 공지의 히트펌프(203)가 사용될 수 있다.
제2 바이패스라인(220)은 제1 배관라인(200)의 일영역에 배치되어 제1 배관라인(200)을 이동하는 물이 태양열 히트펌프(400)를 바이패스하도록 동작할 수 있다. 제2 바이패스라인(220)에는 제2 밸브(221)가 배치될 수 있다.
제2 밸브(221)는 제1 배관라인(200)에서 제2 바이패스라인(220)으로 분기되는 영역에 배치될 수 있으며, 제어부(500)의 동작에 따라 축열조(100)에서 이동하는 물이 태양열 히트펌프(400)로 흐르지 않도록 제어될 수 있다.
일실시예로, 제2 밸브(221)는 3방 밸브가 사용될 수 있다.
제어부(500)는 제1 바이패스라인(210)과 제2 바이패스라인(220)의 동작을 제어할 수 있다.
일실시예로, 제어부(500)는 제1 바이패스라인(210)에 배치되는 제1 밸브(211)와 제2 바이패스라인(220)에 배치되는 제2 밸브(221)의 동작을 제어하여 제1 배관라인(200)을 순환하는 물의 이동경로를 제어할 수 있다. 이를 통해 축열조(100)에 저장된 물이 필요에 따라 열교환기(300)와 태양열 히트펌프(400)를 선택적으로 순환할 수 있도록 제어할 수 있으며, 잉여열을 열교환기(300)를 통해 판매하도록 동작할 수 있다.
또한, 축열조(100)에는 제3 배관라인으로 연결되는 보조 축열조(110)가 연결될 수 있다.
제3 배관라인은 일측이 축열조(100)에 타측이 보조 축열조(110)에 연결되어 축열조(100)에 저장된 물을 보조 축열조(110)로 전달할 수 있다.
제3 배관라인에는 제3 온도센서(130)가 배치될 수 있다.
축열조(100)에 저장된 물은 다양한 사용처로 공급될 수 있다. 이때, 공급되는 온도가 60℃이하인 경우 레지오넬라균이 증식될 수 있다.
따라서 보조 축열조(110)에는 가열부(120)가 구비되어 사용처로 공급되기 전 추가로 물을 가열할 수 있다. 일실시예로, 가열부(120)는 전기히터가 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 물을 가열하기 위한 다양한 공지의 수단이 사용될 수 있다.
제어부(500)는 제3 온도센서(130)에서 감지되는 온도값이 기설정된 온도보다 낮을 경우, 가열부(120)를 구동할 수 있다.
일실시예로, 제어부(500)는 제3 온도센서(130)에서 감지되는 물의 온도가 60℃ 이하인경우 가열부(120)를 작동시켜 물의 온도를 상승시킬 수 있다.
본 발명에서 제어부(500)는 제1 온도센서(201)와 제2 온도센서(202)의 감지값에 기초하여 제1 바이패스라인(210)과 제2 바이패스라인(220)의 동작을 제어할 수 있다.
제어부(500)는 제1 배관라인(200)을 통과하는 물의 온도에 기초하여 열교환기(300)의 동작과 태양열 히트펌프(400)의 동작을 제어하여 열효율을 증대할 수 있다.
또한, 제어부(500)는 일사량을 통해 제1 바이패스라인(210)과 제2 바이패스라인(220)의 동작을 제어할 수 있으며, 제1 배관라인(200)에서 측정되는 물의 온도와 태양열 히트펌프(400)에 작용하는 일사량에 기초하여 열교환기(300)의 열교환 방향을 제어할 수 있다.
제어부(500)는 일사량이 축열조(100)에 저장되는 물의 온도를 충분히 만족하는 경우 열교환기(300)를 바이패스하여 별도의 열원을 사용하지 않고 필요한 온도를 확보할 수 있으며, 사용자측에서 사용을 하지 않아 잉여열이 생성되는 경우 열프로슈머로 시스템을 동작하여 에너지 효율을 증대할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 태양열을 이용한 열네트워크 시스템의 제어 방법에 대해서는 아래에서 다시 설명하도록 한다.
한편, 이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양열을 이용한 열네트워크 제어방법을 설명하면 다음과 같다. 단, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열을 이용한 열네트워크 시스템에서 설명한 바와 동일한 것에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양열을 이용한 열네트워크 제어방법에 대한 순서도이다. 도 2의 설명에 있어서, 도 1과 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타내며 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양열을 이용한 열네트워크 제어방법은 열네트워크 가동단계, 냉난방기 판단단계 및 제1 일사량 판단단계를 포함할 수 있다.
열네트워크 가동단계(S100)는 시스템 가동 초기에 열네트워크를 순환시키는 것으로 축열조(100)에서 순환되는 물이 열교환기(300)를 순환하고, 태양열 히트펌프(400)를 바이패스하도록 동작할 수 있다. 제1 배관라인(200)에 배치되는 펌프(203)를 동작시켜 제1 배관라인(200)의 물이 순환되도록 하고 일정시간 지속하여 현재 열네트워크 시스템의 상태를 판단할 수 있다.
냉난방기 판단단계(S200)는 가동단계(S100)이후, 제1 배관라인(200)에 흐르는 물의 온도에 기초하여 냉난방기를 판단할 수 있다.
일실시예로, 제1 배관라인(200)에 배치되는 제2 온도센서(202)에서 감지되는 감지값이 50℃이상인 경우 냉방기로 판단하며, 50℃ 미만인 경우 난방기로 판단할 수 있다.
이는 사용자측에서 사용량 적은 경우 제1 배관라인(200)을 순환하는 온수의 온도가 낮아지지 않는 것을 이용하는 것이다.
냉난방기 판단단계(S200)에서 냉방기로 판단되는 겨웅, 태양열 히트펌프(400)에 작용하는 일사량에 따라 밸브를 제어하는 제1 일사량 판단 단계(S300)가 진행될 수 있다.
제1 일사량 판단 단계(S300)에서 기설정된 일사량을 만족하는 경우, 축열조(100)에서 공급되는 물이 제1 배관라인(200)에 배치되는 열교환기(300)와 태양열 히트펌프(400)를 통과하도록 밸브(제1 밸브(211) 및 제2 밸브(221))가 제어될 수 있다.
일실시예로, 제1 일사량 판단 단계(S300)에서 일사량은 100W/m2의 초과여부가 기준이 될 수 있다.
제1 일사량 판단단계(S300)에서 일사량이 1000W/m2의 초과하는 경우, 제1 밸브(211) 제어를 통해 물이 열교환기(300)와 태양열 히트펌프(400)를 통과하도록 할 수 있다. 이때, 사용자측의 사용량은 적으나, 태양열 히트펌프(400)를 통한 열생산효율이 높은 상태에 해당되는 바, 태양열 히트펌프(400)를 가동하고 승온된 물을 열교환기(300)를 통해 열원 공급부(310)로 공급할 수 있다. 이때, 본 발명의 시스템은 열프로슈머로 동작하게 된다.
제1 일사량 판단 단계(S300)에서 일사량이 1000W/m2 이하인 경우, 제2 밸브(221) 제어를 통해 태양열 히트펌프(400)로 제1 배관라인(200)을 이동하는 물의 유입을 차단하도록 동작할 수 있다. 제2 밸브(221) 제어는 제1 배관라인(200)을 통과하는 물이 열교환기(300)는 통과하고, 태양열 히트펌프(400)는 바이패스하도록 밸브가 제어되는 것을 의미한다.
이때, 태양열 히트펌프(400)는 가동을 정지하게 된다.
또한, 냉난방기 판단 단계(S200)에서 난방기로 판단되는 경우, 태양열 히트펌프(400)를 가동하는 히트펌프(203) 가동 단계(S400) 및 태양열 히트펌프(400)에 작용하는 일사량을 판단하는 제2 일사량 판단 단계(S500)를 더 포함할 수 있다.
난방기로 판단되는 경우, 태양열 히프펌프(203)를 동작시켜 열효율을 증대할 수 있다.
이때, 제2 일사량 판단단계(S500)는 기설정된 일사량 기준을 만족하는 경우, 축열조(100)에서 배출되는 온도의 온도를 판단하는 제1 온도 판단 단계(S600)가 진행될 수 있다.
일실시예로, 제2 일사량 판단 단계(S600)는 일사량이 570W/m2를 초과하는지 여부가 기준이 될 수 있다.
제1 온도 판단 단계(S600)에서 상기 축열조(100)에서 배출되는 온수의 온도가 기설정된 온도 이상인 경우 열프로슈머로 동작하며, 상기 축열조(100)에서 배출되는 온수의 온도가 기설정된 온도 이하인 경우 열컨슈머로 시스템이 동작할 수 있다.
일실시예로, 일사량이 570W/m2를 초과하는 경우, 제1 온도 판단 단계(S600)에서 축열조(100)에서 배출되는 온도가 40℃ 미만인지 여부를 판단하게 된다.
제1 온도센서(201)의 측정값이 40℃ 미만인 경우 사용자측에서 사용되는 양이 많은 것으로 판단하게 되는 바, 제1 밸브(211) 제어를 통해 제1 배관라인(200)을 이동하는 물이 열교환기(300)와 태양열 히프펌프(203)를 순환하도록 하며, 열교환기(300)와 태양열 히트펌프(400)를 함께 구동하여 열을 사용자 측으로 공급할 수 있다. 이때, 시스템은 열컨슈머로 동작하게된다.
제1 온도센서(201)의 측정값이 40℃ 이상인 경우 사용자측에서 사용되는 양이 적은 것으로 판단하게 되는 바, 제1 밸브(211) 제어를 통해 제1 배관라인(200)을 이동하는 물이 열교환기(300)와 태양열 히프펌프(203)를 순환하도록 하며, 열교환기(300)와 태양열 히트펌프(400)를 함께 구동하여 열을 열원 공급부 측으로 공급할 수 있다. 이때, 시스템은 열프로슈머로 동작하게된다.
또한, 제2 일사량 판단 단계(S500)에서 기설정된 일사량 기준을 만족하지 못하는 경우, 축열조(100)에서 배출되는 온수의 온도를 판단하는 제2 온도판단 단계(S700)를 더 포함하고, 제2 온도 판단 단계(S700)에서 기설정된 온도 조건을 만족하는 경우, 축열조(100)에서 배출되는 온수의 온도를 재차 판단하는 제3 온도판단 단계(S800)를 더 포함할 수 있다.
제2 온도 판단 단계(S700)는 제1 온도센서(201)에서 감지되는 감지값이 50℃ 미만인지를 판단하게 되며, 기준을 만족하는 경우, 제3 온도 판단단계가 진행될 수 있다.
제3 온도 판단 단계(S800)는 제1 온도센서(201)에서 감지되는 감지값이 40℃ 미만인지를 판단하게 된다.
제3 온도 판단 단계(S800)에서 기설정된 조건을 만족하지 못하는 경우, 제1 배관라인(200)을 이동하는 물이 열교환기(300)는 바이패스하고, 태양열 히트펌프(400)는 통과하도록 밸브를 제어할 수 있다. 이때는 태양열 히트펌프(400)를 통해 공급되는 열이 사용자측의 조건을 만족시킬 수 있는 바, 열교환기(300)를 바이패스하도록 시스템이 동작할 수 있다
또한, 제3 온도 판단 단계(S800)에서 제1 온도센서(201)의 감지값이 40℃ 미만인 경우, 사용자측의 필요로 하는 온수의 양이 많은 것으로 판단하고, 제1 배관라인(200)을 이동하는 물이 열교환기(300)와 태양열 히트펌프(400)를 통과하도록 밸브를 제어할 수 있다.
또한, 제2 온도 판단 단계(S700)에서 기설정된 온도 조건을 만족하지 못하는 경우, 제1 배관라인(200)을 이용하는 물이 열교환기(300)는 통과하고, 태양열 히트펌프(400)는 바이패스하도록 밸브를 제어할 수 있다. 이 같은 조건은 일사량이 기설정된 기준보다 낮아 태양열 히트펌프(400)의 가동률이 떨어지고, 사용자 측의 온수의 사용량이 적은 상태에 해당되는 바, 제1 배관라인(200)의 물을 열교환기(300)를 통해 가열하고, 태양열 히트펌프(400)를 바이패스하도록 하며, 태양열 히트펌프(400)의 가동을 중단할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 태양열의 일사량과 사용자의 사용량을 고려하여 열교환기(300)와 태양열 히트펌프(400)의 가동율을 조정하고, 잉여열을 판매할 수 있는 열프로슈머로서 시스템이 동작하도록 하여 열사용 효율을 극대화할 수 있다.
이상으로 본 발명의 실시 예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보았다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 축열조
110 : 보조 축열조
120 : 가열부
130 : 제3 온도센서
200 : 제1 배관라인
201 : 제1 온도센서
202 : 제2 온도센서
203 : 펌프
210 : 제1 바이패스라인
211 : 제1 밸브
220 : 제2 바이패스라인
221 : 제2 밸브
300 : 열교환기
310 : 열원공급부
400 : 태양열 히트펌프
410 : 태양광 패널
500 : 제어부

Claims (15)

  1. 온수를 저장하는 축열조;
    상기 축열조에 연결되어 온수가 순환되는 제1 배관라인;
    상기 제1 배관라인상에 배치되어 열원공급부에서 공급되는 열원과 열교환이 진행되는 열교환기;
    상기 제1 배관라인상에 배치되며 상기 열교환기를 바이패스 하는 제1 바이패스라인;
    상기 제1 배관라인상에 배치되는 태양열 히트펌프;
    상기 제1 배관라인상에 배치되어 상기 태양열 히트펌프를 바이패스하는 제2 바이패스라인; 및
    상기 제1 바이패스라인과 상기 제2 바이패스라인의 동작을 제어하는 제어부;
    를 포함하는 태양열을 이용한 열네트워크 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 바이패스라인에는 제1 밸브가, 상기 제2 바이패스라인에는 제2 밸브가 연결되는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 열네트워크 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 축열조의 출구 측의 제1 배관라인에는 제1 온도센서가 배치되며,
    상기 열교환기와 상기 태양열 히트펌프 사이에 배치되는 상기 제1 배관라인에는 제2 온도센서가 배치되는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 열네트워크 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 온도센서와 제2 온도센서의 감지값에 기초하여 상기 제1 바이패스라인과 상기 제2 바이패스라인의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 열네트워크 시스템.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 제어부는 일사량을 통해 상기 제1 바이패스라인과 상기 제2 바이패스라인의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 열네트워크 시스템.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 배관라인에서 측정되는 온도와 상기 태양열 히트펌트에 작용하는 일사량에 기초하여 열교환기의 열교환 방향을 제어하는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 열네트워크 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 축열조에는 제3 배관라인으로 연결되는 보조 축열조가 연결되며,
    상기 보조 축열조에는 가열부가 배치되는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 열네트워크 시스템.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제3 배관라인 상에는 제3 온도센서가 배치되며,
    제어부는 상기 제3 온도센서에서 감지되는 감지값이 기설정된 온도보다 낮은 경우, 상기 가열부를 구동하는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 열네트워크 시스템.
  9. 초기의 열네트워크를 가동하는 열네트워크 가동 단계;
    가동 단계 이후, 제1 배관라인에 흐르는 물의 온도에 기초하여 냉난방기를 판단하는 냉난방기 판단 단계;
    상기 냉난방기 판단 단계에서, 냉방기로 판단되는 경우, 태양열 히트펌프에 작용하는 일사량에 따라 밸브를 제어하는 제1 일사량 판단 단계;
    를 포함하는 태양열을 이용한 열네트워크 제어방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 일사량 판단 단계에서 기설정된 일사량을 만족하는 경우,
    축열조에서 공급되는 물이 제1 배관라인에 배치되는 열교환기와 태양열 히트펌프를 통과하도록 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 열네트워크 제어방법.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 일사량 판단 단계에서 기설정된 일사량을 만족하지 못하는 경우,
    축열조에서 공급되는 물이 제1 배관라인에 배치되는 열교환기를 통과하고, 태양열 히트펌프를 바이패스하도록 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 열네트워크 제어방법.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 냉난방기 판단 단계에서 난방기로 판단되는 경우,
    상기 태양열 히트펌프를 가동하는 히트펌프 가동 단계; 및
    상기 태양열 히트펌프에 작용하는 일사량을 판단하는 제2 일사량 판단 단계;
    를 더 포함하며,
    상기 제2 일사량 판단 단계에서 기설정된 일사량 기준을 만족하는 경우,
    축열조에서 배출되는 온수의 온도를 판단하는 제1 온도 판단 단계;
    를 더 포함하고,
    상기 제1 온도 판단 단계에서 상기 축열조에서 배출되는 온수의 온도가 기설정된 온도 이상인 경우 열프로슈머로 동작하며, 상기 축열조에서 배출되는 온수의 온도가 기설정된 온도 이하인 경우 열컨슈머로 시스템이 동작하는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 열네트워크 제어방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제2 일사량 판단 단계에서 기설정된 일사량 기준을 만족하지 못하는 경우,
    축열조에서 배출되는 온수의 온도를 판단하는 제2 온도 판단 단계;
    를 더 포함하고,
    상기 제2 온도 판단 단계에서 기설정된 온도 조건을 만족하는 경우,
    상기 축열조에서 배출되는 온수의 온도를 재차 판단하는 제3 온도 판단 단계;
    를 더 포함하고,
    상기 제3 온도 판단 단계에서 기설정된 조건을 만족하지 못하는 경우,
    제1 배관라인을 이동하는 물이 열교환기는 바이패스하고, 태양열 히트펌프는 통과하도록 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 열네트워크 제어방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제3 온도 판단 단계에서 기설정된 조건을 만족하는 경우,
    제1 배관라인을 이동하는 물이 열교환기와 태양열 히트펌프를 통과하도록 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 열네트워크 제어방법.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 제2 온도 판단 단계에서 기설정된 온도 조건을 만족하지 못하는 경우,
    제1 배관라인을 이동하는 물이 열교환기는 통과하고, 태양열 히트펌프는 바이패스하도록 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 열네트워크 제어방법.

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