WO2022119028A1 - 태양광열 및 지열을 복합 열원으로 하는 냉난방 시스템 - Google Patents

태양광열 및 지열을 복합 열원으로 하는 냉난방 시스템 Download PDF

Info

Publication number
WO2022119028A1
WO2022119028A1 PCT/KR2020/017705 KR2020017705W WO2022119028A1 WO 2022119028 A1 WO2022119028 A1 WO 2022119028A1 KR 2020017705 W KR2020017705 W KR 2020017705W WO 2022119028 A1 WO2022119028 A1 WO 2022119028A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
module
heat
temperature
circulation
underground
Prior art date
Application number
PCT/KR2020/017705
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
남유진
배상무
Original Assignee
부산대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 부산대학교 산학협력단 filed Critical 부산대학교 산학협력단
Priority to PCT/KR2020/017705 priority Critical patent/WO2022119028A1/ko
Publication of WO2022119028A1 publication Critical patent/WO2022119028A1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/70—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F5/00—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00—Heat pumps
    • F25B30/06—Heat pumps characterised by the source of low potential heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/02—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Definitions

  • the present invention relates to a heating and cooling system using solar heat and geothermal heat as a combined heat source.
  • a solar thermal system that generates electricity and heats using solar heat.
  • the solar thermal system directly heats a heating medium using solar heat during the daytime and indirectly heats it through heat storage at night, so that maintenance costs such as fuel cost are not required and environmental pollution problems do not occur.
  • a heat collecting means having a plurality of heat collecting plates, a heat storage tank disposed on one side of the heat collecting means to store the solar energy absorbed by the heat collecting means, and a boiler that supplements the insufficient amount of heat during hot water supply and heating and a hot water supply pipe passing through the heat storage tank and the boiler to supply hot water, wherein for heating, a heating pipe through which a heating medium flows is connected to the heat collecting means, the heat storage tank and the inside of the boiler. It relates to a solar heating system characterized in that it is circulated.
  • PVT module has the advantage of using thermal energy while producing electrical energy, so a lot of research and development is in progress, and commercial distribution is expanding centering on developed countries.
  • PVT module has the advantage of using thermal energy while producing electrical energy, so a lot of research and development is in progress, and commercial distribution is expanding centering on developed countries.
  • the technical problems have not yet been overcome, and commercialization is still in its infancy due to the peculiarities of the Korean climate.
  • Patent Document 1 Korean Patent No. 10-0174347
  • Patent Document 2 Korean Patent No. 10-2151130
  • Patent Document 3 Korean Patent No. 10-1845300
  • the present invention intends to propose a configuration for maximizing the current state and energy efficiency of a building by considering the indoor temperature and humidity of a building to be heated and cooled.
  • the present invention performs heating and cooling using a solar thermal module, a heat storage module, and a geothermal heat exchange module, and proposes a configuration for maximizing their heat energy transfer efficiency, and at the same time, a specific algorithm for heating operation, cooling operation, and heat storage operation
  • the present invention provides a heating and cooling system using solar heat and geothermal heat as a composite heat source, comprising: a solar module 110 for collecting thermal energy from sunlight;
  • the underground heat exchange module 120 is buried underground and configured to exchange thermal energy with the underground;
  • a heat storage module 130 configured to receive and store heat energy collected from the solar heat module 110 or the underground heat exchange module 120;
  • a heat pump module configured to use the solar heat module 110 or the underground heat exchange module 120 as a heat source to perform at least one of a heating operation, a cooling operation, and a heat storage operation to the heat storage module 130 in the building (140); a PCM cooling composite panel 150 provided on the wall of the corresponding building and including a phase stabilizing PCM 156; a floor heating module 160 embedded in the floor surface of the corresponding building;
  • one side is connected to the heat pump module 140 or the heat storage tank module 130, and the other side is a main circulation passageway (192, 194) connected to the building, the main circulation inlet pipe flowing into the building ( 192) and the main
  • a first flow path switching means 196 connected to;
  • the first flow path switching means 196 includes, during a heating operation using the heat storage module 130 as a heat source, the main circulation passages 192 and 194 and the heat storage module module circulation passages 232 and 234. Controlled to communicate between ) can be controlled to communicate between
  • the heat exchange circulation passage inlet pipe 222 and the heat exchange circulation passage outlet pipe 224 are provided with second flow path switching means 226, respectively, and the heat storage circulation flow passage inlet pipe 212 and the heat storage circulation flow passage outflow.
  • the pipe 214 is provided with a third flow path switching means 216, respectively, and the second and third flow path switching means 226 and 216 are connected through the first branch circulation pipe 180, respectively.
  • first and second flow path switching means 196 and 226 include the heat exchange circulation passages 222 and 224 and the heat pump module circulation passage 242 during a heating operation using the underground heat exchange module 120 as a heat source. , 244) and the main circulation passages 192 and 194 are controlled to communicate, so that the thermal energy obtained from the underground heat exchange module 120 is transferred to the corresponding building.
  • the complex heating and cooling system is configured to further perform a underground temperature recovery operation of recovering the underground temperature by using the thermal energy obtained from the solar thermal module 110, and the second and third flow path conversion means 226, 216) is controlled to communicate with the heat storage circulation passages 212 and 214, the first branch circulation pipe 180, and the heat exchange circulation passages 222 and 224 during the underground temperature recovery operation, whereby the solar module 212 , 214 may be configured to be transferred to the underground heat exchange module 120 without passing through the heat pump module 140 .
  • a fourth flow path switching means 218 is further provided in each of the heat storage circulation passage inlet pipe 212 and the heat storage circulation flow passage outlet pipe 214 , and inlet pipes of the heat pump module circulation passages 242 and 244 , respectively.
  • a fifth flow path switching means 246 is further provided in 242 and the outlet pipe 244 , respectively, and the fourth and fifth flow path switching means 218 and 246 are, respectively, a second branch circulation pipe 170 .
  • the thermal energy obtained from the underground heat exchange module 120 may be configured to be transferred to the heat storage tank module 130 .
  • the complex air conditioning system is configured to further perform a cooling operation of discharging the thermal energy of the corresponding building through the underground heat exchange module 120, and during the cooling operation, the first and fifth flow path switching means 196 , 246) controls the main circulation passages 192 and 194 and the heat pump module circulation passages 242 and 244 to be connected, and the second passage switching means 226 includes the heat exchange circulation passage 222, 224), the underground heat exchange module 120 and the heat pump module 140 may be controlled to be connected.
  • the cross-section in the thickness direction of the PCM cooling composite panel 150 may be composed of a finishing material, concrete, a heat insulating material, a mortar, a heat pipe, a phase stabilizing PCM and a finishing material.
  • a cross section in the vertical direction of the floor heating module 160 may be composed of concrete, a heat insulating material, a mortar, and a PCM combined heat pipe, based on a direction from the lower side to the upper side.
  • the present invention is a heating method using the above-described complex heating and cooling system, (a1) determining whether to start the heating operation of the building by checking whether the current temperature of the building is less than a preset heating reference temperature (S110) ; and (a2) when it is determined that the heating operation of the corresponding building is started in step (a1), the heat source for the heating operation is the heat storage module 130, the solar heat module 110, and the underground heat exchange module 120.
  • step (a2) includes: (a2-1) checking the internal temperature of the heat storage module 130, and comparing the internal temperature with a preset first temperature (S121); (a2-2) When the internal temperature in step (a2-1) is equal to or higher than the first temperature, a heating operation is performed using the heat storage module 130 as a heat source, and when the internal temperature is less than the first temperature , checking the water outlet temperature of the solar module 110 (S122); (a2-3) a step (S123) of comparing the water outlet temperature of the photovoltaic module 110 and a second preset temperature, when the outlet water temperature is equal to or greater than the second temperature, the photovoltaic module 110 is used as a heat source to perform a heating operation, step (S123); and (a2-4) when the water outlet temperature in step (a2-3) is less than the second temperature, performing a heating operation using the underground heat exchange module 120 as a heat source (S124); Consisting of, it provides a heating method
  • the present invention is a cooling method using the above-described complex heating and cooling system, (b1) determining whether the cooling operation of the building is started by checking whether the current temperature of the building is equal to or higher than a preset cooling reference temperature (S210) ; and (b2) when it is determined that the cooling operation of the corresponding building is started in step (a1), checking the surface temperature of the PCM cooling composite panel 150 (S220); and (b3) performing a cooling operation of the corresponding building using the heat pump module 140 (S230).
  • the pump module 140 performs a high-temperature cooling water mode, and in step (b2), when the surface temperature is less than the third temperature, the heat pump module 140 performs a low-temperature cooling water mode, step ( S230); It provides a cooling method comprising a.
  • the present invention is a heat storage method using the above-described complex heating and cooling system, (c1) comparing the water outlet temperature of the solar thermal module 110 and the internal temperature of the heat storage module 130 (S310), the solar When the temperature of the water outlet of the photothermal module 110 is equal to or higher than the internal temperature of the heat storage module 130, the step of starting a heat storage operation using the photovoltaic module 110 as a heat source (S310); (c2) in the step (c1), when the water outlet temperature of the solar module 110 is less than the internal temperature of the heat storage module 130, comparing the underground temperature and a preset fourth temperature (S320); (c3) In step (c2), when the underground temperature is less than the fourth temperature, the temperature of the water outlet of the solar module 110 and the underground temperature are compared, but the temperature of the water outlet of the solar module 110 is If higher, the underground temperature recovery operation is performed (S330); and (c4) in step (c3), when the underground temperature is equal to or greater than the fourth temperature, the internal temperature of the
  • the present invention can maximize the current state and energy efficiency of the building by considering the indoor temperature and humidity of the building to be heated and cooled.
  • the present invention performs heating and cooling using a solar thermal module, a heat storage module, and a geothermal heat exchange module, but it is possible to maximize their heat energy transfer efficiency, and by performing a heating operation, a cooling operation, and a heat storage operation according to a specific algorithm, It is possible to maximize the thermal energy consumption efficiency.
  • FIG. 2 shows a cross-section of a PCM cooling composite panel provided on the wall of the building of FIG. 1 and a floor heating module embedded in the floor.
  • FIG. 3 schematically shows a coupling relationship between a wall circulation passage and a bottom circulation passage in the main circulation passage of FIG. 1 .
  • FIG. 4 shows a schematic circulation diagram of a heating medium during a heating operation using a solar thermal module as a heat source.
  • FIG. 5 shows a schematic circulation diagram of a heating medium during a heating operation using the underground heat exchange module as a heat source.
  • FIG. 6 is a schematic circulation diagram of a heating medium during a heating operation using the heat storage module as a heat source.
  • FIG. 7 shows a schematic circulation diagram of a heating medium during a cooling operation in a corresponding building using the underground heat exchange module.
  • FIG. 8 shows a schematic circulation diagram of a heating medium during thermal storage operation using a solar thermal module as a heat source.
  • FIG. 9 shows a schematic circulation diagram of a heating medium during thermal storage operation using the underground heat exchange module as a heat source.
  • FIG. 10 shows a schematic circulation diagram of a heating medium during a ground temperature recovery operation using a solar thermal module.
  • FIG. 11 is a flowchart of a heating method using a combined heating and cooling system according to the present invention.
  • FIG. 12 is a flowchart of a cooling method using a complex heating and cooling system according to the present invention.
  • FIG. 13 is a flowchart of a heat storage method using a combined heating and cooling system according to the present invention.
  • the term 'building' refers to an object on which cooling or heating is performed, and is a concept including all structures including a plurality of single spaces (rooms) as well as a specific single space. However, for convenience of description, it is shown in the drawings based on a single space, and this will be described.
  • the complex air conditioning system according to the present invention will be described, and the present invention is a complex air conditioning system that can use all of the solar heat module 110, the underground heat exchange module 120, and the heat storage module 130 as heat sources. .
  • the present invention includes a solar heat module 110, an underground heat exchange module 120, a heat storage module 130 and a heat pump module 140, and the inside of the building is a PCM cooling composite panel 150 and a floor heating module ( 160), and these will be described separately.
  • the photovoltaic module 110 is a photovoltaic thermal (PVT) composite panel that combines a solar cell (PV) and a solar collector to produce electricity from a solar cell (PV) panel in the front part and to produce hot water from a solar collector in the rear part.
  • PV photovoltaic thermal
  • the underground heat exchange module 120 is buried in the ground and is configured to exchange thermal energy with the ground.
  • it may be configured in the form of a vertical closed-loop ground heat exchanger.
  • the geothermal heat exchange module 120 perforates the geological layer by 150 to 200 meters, installs a heat exchanger pipe and fills the hollow geothermal hole, and then circulates the heat medium through the heat exchanger pipe to transfer geothermal heat. It is distinguished from the open type geothermal heat exchanger in that it circulates antifreeze rather than using groundwater as the heating medium.
  • the heat storage module 130 may be understood as a hot water storage tank, and is used for storing surplus heat energy among hot water produced in a heat production facility.
  • the heat storage module 130 is designed to be connected to the solar heat module 110 and the underground heat exchange module 120, and is configured to receive and store thermal energy from them.
  • the heat pump module 140 uses the solar heat module 110 or the underground heat exchange module 120 as a heat source to perform at least one of a heating operation, a cooling operation, and a heat storage operation to the heat storage module 139 in the building. is composed To this end, the heat pump module 140 may be configured to be connected to the solar heat module 110 , the underground heat exchange module 120 , and the heat storage module 130 , respectively.
  • the heat pump module 140 of the present invention transmits or exchanges thermal energy through circulation of a heating medium.
  • the heat pump module 140 is connected to two circulation passages, and the two circulation passages are pumped to circulate at the same time. controlled by means. That is, only one circulation flow connected to the heat pump module 140 is not operated.
  • the main circulation passages 192 and 194 are connected to the building.
  • One side of the main circulation passages 192 and 194 is configured to be connected to the heat pump module 140 or the heat storage module 130, which means that they are selectively connected by a first flow passage switching means 196 to be described later.
  • the flow path switching means used in the present invention may be applied as a three-way valve, but it is not necessarily limited thereto, and if it is a means capable of switching the flow path, it is specified in advance that any method may be used.
  • the main circulation passages 192 and 194 are connected to the building, and the main circulation passages 192 and 194 are the main circulation inlet pipe 192 flowing into the building and the main circulation outlet pipe 194 flowing out from the building. is composed That is, the heat medium introduced into the main circulation inlet pipe 192 is configured to perform heat exchange with the corresponding building in the process of circulating the PCM cooling composite panel 150 and/or the floor heating module 160 .
  • the main circulation passages 192 and 194 are a wall circulation passage 190a connected to the PCM cooling composite panel 150 of the corresponding building and a floor circulation passage 190b connected to the floor heating module 160 of the corresponding building. ) is composed of
  • the main circulation passages 192 and 194 include a pair of sixth passage switching means 198 for branching to the wall circulation passage 190a and the bottom circulation passage 190b.
  • the inflow side of the wall circulation passage 190a and the inflow side of the bottom circulation passage 190b are connected to the sixth flow passage switching means 198 provided on the side of the main circulation inlet pipe 192 .
  • the outlet side of the wall circulation passage 190a and the outlet side of the bottom circulation passage 190b are connected to the sixth flow path switching means 198 provided in the main circulation outlet pipe 194 .
  • the pair of sixth flow path switching means 198 is configured to adjust the degree of opening of the heat medium flowing through the main circulation inlet pipe 192 and the main circulation outlet pipe 194 .
  • the heating medium does not flow into the bottom circulation passage 190b, and it may be controlled so that the heating medium is circulated only through the wall circulation passage 190a.
  • a first flow path switching means 196 is provided at the front end of the main circulation inlet pipe 192 and the rear end of the main circulation outlet pipe 194, respectively.
  • the first flow path switching means 196 includes the heat storage module circulation passages 232 and 234 circulating the heat storage module 130 and the heat pump module circulation passages 242 and 244 circulating the heat pump module 140 in parallel, respectively. can be connected Accordingly, through the control of the first flow path switching means 196, the main circulation passages 192 and 194 are selectively communicated with the heat storage module circulation passages 232 and 234 or the heat pump module circulation passages 242 and 244. can
  • the first flow path switching means 196 controls to communicate between the main circulation passages 192 and 194 and the heat storage module circulation passages 232 and 234 during a heating operation using the heat storage module 130 as a heat source. do. In addition, during a heating operation using the solar heat module 110 or the underground heat exchange module 120 as a heat source, it is controlled to communicate between the main circulation passages 192 and 194 and the heat pump module circulation passages 242 and 244 .
  • Heat exchange circulation passages 222 and 224 are provided between the heat pump module 140 and the underground heat exchange module 120 .
  • the heat exchange circulation passages 222 and 224 are located on the opposite side of the heat pump module circulation passages 242 and 244 described above, and the heat exchange circulation passages 222 and 224 and the heat pump module circulation passages 242 and 244 exchange heat with each other. is configured to perform
  • the heat exchange circulation passages 222 and 224 are composed of a heat exchange circulation passage inlet pipe 222 introduced into the underground heat exchange module 120 and a heat exchange circulation passage outlet tube 224 flowing out from the underground heat exchange module 120 . That is, the heat medium flows into the underground heat exchange module 120 through the heat exchange circulation passage inlet pipe 222 , performs heat exchange there, and then flows out again through the heat exchange circulation passage outlet tube 224 .
  • Thermal storage circulation passages 212 and 214 are provided between the solar thermal module 110 and the thermal storage module 130 .
  • the heat storage circulation passages 212 and 214 are composed of a heat storage circulation passage inlet pipe 212 flowing into the heat storage module 130 and a heat storage circulation passage outlet pipe 214 flowing out from the heat storage tank module 130 .
  • the heat storage module 130 receives and stores heat energy from the solar heat module 110 or the underground heat exchange module 120, and when performing a heat storage operation, a relatively low temperature heating medium obtains heat energy from the solar heat module 110 After the high temperature is reached, it is transferred to the heat storage module 130 to increase the temperature of the heat storage medium inside the heat storage module 130 .
  • the heat exchange circulation path inlet pipe 222 and the heat exchange circulation path outlet pipe 224 are provided with second flow path switching means 226, respectively, and the heat storage circulation flow path inlet pipe 212 and the heat storage circulation flow path outlet pipe 214 are respectively provided with.
  • a third flow path switching means 216 is provided.
  • the second and third flow path switching means 226 and 216 are also provided as a pair, and since the heating medium circulates, the inflow side and the outflow side are provided in each.
  • the second and third flow path switching means 226 and 216 are respectively connected through a first branch circulation pipe 180, which also includes a pair of first branch circulation pipes 180 for circulation of the heat medium.
  • the second and third flow path switching means 226 and 216 are heat storage circulation passages 212 and 214, the first branch circulation pipe 180 and heat exchange circulation during a heating operation using the solar module 212 and 214 as a heat source.
  • the thermal energy obtained from the solar modules 212 and 214 is configured to be transferred to the heat pump module 140 .
  • the complex heating and cooling system is configured to perform an underground temperature recovery operation of recovering the underground temperature by using the thermal energy obtained from the solar thermal module 110 .
  • the second and third flow path switching means (226, 216) during the underground temperature recovery operation, the heat storage circulation path (212, 214), the first branch circulation pipe 180 and the heat exchange circulation path (222, 224) controlled to communicate.
  • the thermal energy obtained from the photovoltaic modules 212 and 214 is configured to be transferred to the underground heat exchange module 120 without going through the heat pump module 140 .
  • the first and second flow path switching means (196, 226), the heat exchange circulation flow path (222, 224), the heat pump module circulation path ( 242 and 244) and the main circulation passages 192 and 194 are controlled to communicate, so that the thermal energy obtained from the underground heat exchange module 120 is transmitted to the corresponding building.
  • the second flow path switching means 226 closes the branching toward the first branch circulation pipe 180, and the first flow path switching means 196 ) closes the branching of the heat medium toward the heat storage module circulation passages (232, 234).
  • a fourth flow path switching means 218 is provided in each of the thermal storage circulation passage inlet pipe 212 and the thermal storage circulation passage outlet pipe 214 .
  • the inlet pipe 242 and the outlet pipe 244 of the heat pump module circulation path 242 and 244 are provided with a fifth flow path switching means 246 , respectively.
  • the fourth and fifth flow path switching means 218 and 246 are connected through the second branch circulation pipe 170 , respectively.
  • the fourth and fifth flow path switching means 218 and 246 are, during thermal storage operation using the underground heat exchange module 120 as a heat source, heat exchange circulation passages 222 and 224, heat pump module circulation passages 242 and 244, the second By controlling the second branch circulation pipe 170 and the heat storage circulation passages 212 and 214 to communicate, the thermal energy obtained from the underground heat exchange module 120 is transmitted to the heat storage tank module 130 .
  • the complex heating and cooling system is configured to perform a cooling operation in which the thermal energy of the corresponding building is discharged through the underground heat exchange module 120 .
  • the underground temperature is constant, higher than the temperature of the building in winter and lower than the temperature of the building in summer.
  • performing a cooling operation it refers to discharging heat energy from a building having a relatively high heat energy to the ground or performing heat exchange.
  • the first and fifth flow path switching means 196 and 246 control the main circulation flow paths 192 and 194 and the heat pump module circulation flow paths 242 and 244 to be connected, and the second flow path switching means Reference numeral 226 controls so that the underground heat exchange module 120 and the heat pump module 140 are connected through the heat exchange circulation passages 222 and 224 .
  • the temperature range of the water outlet of the heat pump module 140 is controlled to prevent condensation on the PCM cooling composite panel 150 installed on the wall of the building through the inverter control built into the heat pump module 140 . can do.
  • FIG. 2 is a detailed cross-section of the PCM cooling composite panel provided on the wall of the building and the floor heating module embedded in the floor.
  • the PCM cooling composite panel 150 is composed of a finishing material, concrete, heat insulating material, mortar, heat pipe, phase stabilizing PCM, and finishing material (which may be composed of a material such as iron).
  • the heat pipe is installed inside the phase stabilization PCM.
  • the floor heating module 160 may be composed of concrete, insulation, mortar, and a PCM combined heat pipe.
  • the heating method includes steps (S110) to (S124).
  • Step S110 is a step of determining whether to start a heating operation of the corresponding building by checking whether the current temperature of the corresponding building is less than a preset heating reference temperature. For example, if the room temperature is less than 22°C during the heating period, the heating operation is performed.
  • step S120 when it is determined that the heating operation of the corresponding building is started in step S110, the heat source of the heating operation is selected from the heat storage module 130, the solar heat module 110, and the underground heat exchange module 120. It is one decision-making step. Steps (S121) to (S124), which will be described later, refer to algorithms for minimizing heat loss and maximizing heat energy transfer efficiency.
  • Step S121 is a step of checking the internal temperature of the heat storage module 130, and comparing the internal temperature with a preset first temperature.
  • the first temperature is preferably 45 degrees, and will be described below based on this.
  • step S122 when the internal temperature in step S121 is 45 degrees or higher, as shown in FIG. 6, a heating operation is performed using the heat storage module 130 as a heat source, and when the internal temperature is less than 45 degrees, the sun This is a step of confirming the temperature of the water outlet of the light and heat module 110 .
  • Step S123 is a step (S123) of comparing the water outlet temperature of the photovoltaic module 110 and a preset second temperature.
  • the outlet water temperature is equal to or greater than the second temperature, as shown in FIG. 4, the photovoltaic module 110 ) as a heat source to perform heating operation.
  • the second temperature is also preferably set to the same value as the first temperature, but is not limited thereto.
  • the heating operation is performed using the solar thermal module 110 as a heat source.
  • step S124 when the water outlet temperature of the solar thermal module 110 is less than 45 degrees in step S123, as shown in FIG. 5, a heating operation is performed using the underground heat exchange module 120 as a heat source.
  • the priority of the heating operation is set to the heat storage tank module 130 - the solar heat module 110 - the underground heat exchange module 120 . Since the solar module 110 has a time constraint, it is preferable to use the heat storage module 130 having the relatively largest thermal energy as the top priority.
  • the cooling method includes steps S210 to S230.
  • Step S210 is a step of determining whether to start the cooling operation of the corresponding building by checking whether the current temperature of the corresponding building is equal to or higher than a preset cooling reference temperature. For example, when the indoor temperature of the building is 26 degrees or more, it is configured to perform a cooling operation.
  • Step S220 is a step of checking the surface temperature of the PCM cooling composite panel 150 when it is determined that the cooling operation of the corresponding building is started in step S210. As an example, it is a step of confirming whether the surface temperature of the PCM cooling composite panel 150 is 21 degrees (meaning the third temperature) or more.
  • Step S230 is a step (S230) of performing a cooling operation of the corresponding building using the heat pump module 140.
  • step S220 when the surface temperature is equal to or higher than a third preset temperature, the heat pump module 140 ) performs the high-temperature cooling water mode, and in step S220 , when the surface temperature is less than the third temperature, the heat pump module 140 performs the low-temperature cooling water mode.
  • the high-temperature cooling water mode means a range of 16 to 20 degrees
  • the low-temperature cooling water mode means a water outlet temperature of the heat pump module 140 of 4 to 6 degrees. In this way, the cooling water of a certain temperature is not supplied to the building, but the cooling water is separately supplied according to the surface temperature of the building.
  • FIGS. 8, 9, 10 and 13 A heat storage method according to the present invention will be described with reference to FIGS. 8, 9, 10 and 13 .
  • the heat storage method includes steps S310 to S340.
  • Step S310 is a step of comparing the temperature of the water outlet of the solar module 110 and the internal temperature of the heat storage module 130.
  • the temperature of the water outlet of the solar module 110 is equal to or higher than the internal temperature of the heat storage module 130.
  • a thermal storage operation using the solar thermal module 110 as a heat source is started.
  • the operation using the solar thermal module 110 as a heat source is preferentially performed, and at this time, it is assumed that the temperature of the water outlet of the solar thermal module 110 is higher than the internal temperature of the thermal storage module 130 .
  • Step S320 is a step of comparing the underground temperature with a preset fourth temperature when the water outlet temperature of the solar thermal module 110 is less than the internal temperature of the heat storage module 130 in the step S310 . That is, when the water outlet temperature of the solar module 110 is less than the internal temperature of the heat storage module 130, the heat storage to the heat storage module 130 is not performed. In this case, the underground temperature and the preset fourth temperature are compared. .
  • Step (S330) is, in step (S320), when the underground temperature is less than the fourth temperature, compare the water outlet temperature and the underground temperature of the solar thermal module 110, but when the water outlet temperature of the solar thermal module 110 is higher, As shown in FIG. 10, the underground temperature recovery operation is performed. As an example, the underground temperature recovery operation is performed when the underground temperature is less than 10 degrees and the water outlet temperature of the solar module 110 is higher than the underground temperature.
  • step S340 when the underground temperature is equal to or higher than the fourth temperature in step S330, the internal temperature of the heat storage module 130 and a preset fifth temperature are compared, but the internal temperature of the heat storage module 130 is the fifth When it is lower than the temperature, as shown in FIG. 9 , the thermal storage operation using the underground heat exchange module 120 as a heat source is started.
  • the fifth temperature is 40 degrees.
  • the heat storage operation is performed using the heat pump module 140 .

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Air Conditioning Control Device (AREA)
  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)

Abstract

본 발명은 태양광열 및 지열을 복합 열원으로 하는 냉난방 시스템으로서, 태양광으로부터 열에너지를 집열하는 태양광열모듈(110); 지중에 매설되어 지중과 열에너지를 교환하도록 구성된 지중열교환모듈(120); 상기 태양광열모듈(110) 또는 상기 지중열교환모듈(120)로부터 집열된 열에너지를 전달받아 저장하도록 구성된 축열조모듈(130); 상기 태양광열모듈(110) 또는 상기 지중열교환모듈(120)을 열원으로 하여, 해당 건물에 난방운전, 냉방운전 및 상기 축열조모듈(130)로의 축열운전 중 적어도 어느 하나를 수행하도록 구성되는 히트펌프모듈(140); 상기 해당 건물의 벽면에 구비되며, 상안정화 PCM(156)을 포함하는 PCM 냉방복합패널(150); 상기 해당 건물의 바닥면에 매설되는 바닥난방모듈(160); 및 일측은 상기 히트펌프모듈(140) 또는 상기 축열조모듈(130)과 연결되며, 타측은 상기 해당 건물과 연결되는 메인순환유로(192, 194)로서, 상기 해당 건물로 유입되는 메인순환유입관(192) 및 상기 해당 건물로부터 유출되는 메인순환유출관(194)로 구성된, 메인순환유로(192, 194); 를 포함하는, 복합 냉난방 시스템을 제공한다.

Description

태양광열 및 지열을 복합 열원으로 하는 냉난방 시스템
본 발명은 태양광열 및 지열을 복합 열원으로 하는 냉난방 시스템에 관한 것이다.
종래, 발전이나 난방 등을 위한 에너지를 얻기 위해, 기존에는 석탄이나 석유와 같은 화석연료가 많이 사용되어 왔으며, 또한, 최근에는 보다 고효율의 에너지원으로서 원자력 에너지도 많이 사용되고 있다.
그러나 상기한 바와 같은 종래의 화석연료나 원자력 에너지는, 환경오염을 유발하는 문제로 인해 기존의 화석연료나 원자력을 대신할 수 있는 대체에너지에 대한 요구가 날이 갈수록 높아지고 있으며, 아울러, 최근 잇달아 일어나고 있는 원자력 발전 관련 사고들로 인해, 이러한 환경오염 등의 부작용으로부터 안전한 청정에너지에 대한 관심이 더욱 높아지고 있다.
여기서, 상기한 바와 같은 환경오염 문제를 일으키지 않는 청정에너지의 하나로서, 예를 들면, 태양열을 이용하여 발전 및 난방을 행하는 태양열 시스템이 있다. 태양열 시스템은, 주간에는 태양열을 이용하여 직접 열매체를 가열하고, 야간에는 축열을 통해 간접적으로 가열함으로써, 연료비와 같은 유지비용이 들지 않고 환경오염 문제를 일으키지 않는 장점이 있다.
종래의 태양열 시스템에 대한 일 예로서는, 예를 들면, 한국등록특허 제10-0174347호에 제시된 바와 같은 "태양열 온난방장치"가 있다. 상기의 종래기술은, 다수의 집열판을 구비한 집열수단과, 상기 집열수단에서 흡수한 태양에너지를 저장하도록 상기 집열수단의 일측에 배설된 축열탱크와, 급탕 및 난방시에 부족한 열량을 보충하는 보일러와, 온수를 급탕하도록 상기 축열탱크와 보일러를 통과하는 급탕관을 구비한 태양열 온난방장치에 있어서, 난방을 위하여 그 내부에 열매체가 흐르는 난방관이 상기 집열수단과 축열탱크와 상기 보일러의 내부로 순환하게 배설되어 있는 것을 특징으로 하는 태양열 온난방장치에 관한 것이다.
최근에는 태양광-열(PVT) 집열기와 히트펌프 시스템을 연계한 복합열원 시스템에 관한 기술이 개발되고 있다. PVT 모듈은 전기에너지를 생산하면서 동시에 열에너지를 활용할 수 있는 장점 때문에 많은 연구개발이 진행되고 있으며, 선진국을 중심으로 상용보급이 확대되고 있다. 하지만 국내에서는 아직 그 기술적인 문제점이 극복되지 않고 있고 한국 기후의 특수성으로 인해 상용화는 아직 걸음마 수준이다.
일부 기업에서는 태양열 집열기와 지열 및 공기열 에너지를 히트펌프 시스템과 연계하는 시스템화 제품을 소개한 바가 있다. 특히, 이러한 집열모듈과 히트펌프 시스템화 기술은 회로의 구성과 제어의 방법에 따라 다양한 방법론적 접근이 가능하다. PVT 모듈이나 태양열 집열기의 열에너지를 활용하기 위해서는 집열기의 동작조건, 히트펌프 회로의 구성방법 및 제어에 따라서 효율이 많이 달라지는 점이 있으나, 현재 이에 대한 연구는 충분하지 않은 실정이다.
(특허문헌 1) 한국등록특허 제10-0174347호
(특허문헌 2) 한국등록특허 제10-2151130호
(특허문헌 3) 한국등록특허 제10-1845300호
본 발명은 냉난방의 대상이 되는 건물의 실내온도 및 습도를 고려함으로써, 건물의 현재 상태 및 에너지 효율을 최대화시키기 위한 구성을 제안하고자 한다.
또한, 본 발명은 태양광열모듈, 축열조모듈, 지중열교환모듈을 이용하여 냉난방을 수행하되, 이들의 열에너지 전달 효율을 극대화시키기 위한 구성을 제안함과 동시에, 난방운전, 냉방운전, 축열운전을 특정한 알고리즘에 의해 수행함으로써, 열에너지 소비 효율을 극대화시키는 구성을 제안하고자 한다.
본 발명은 태양광열 및 지열을 복합 열원으로 하는 냉난방 시스템으로서, 태양광으로부터 열에너지를 집열하는 태양광열모듈(110); 지중에 매설되어 지중과 열에너지를 교환하도록 구성된 지중열교환모듈(120); 상기 태양광열모듈(110) 또는 상기 지중열교환모듈(120)로부터 집열된 열에너지를 전달받아 저장하도록 구성된 축열조모듈(130); 상기 태양광열모듈(110) 또는 상기 지중열교환모듈(120)을 열원으로 하여, 해당 건물에 난방운전, 냉방운전 및 상기 축열조모듈(130)로의 축열운전 중 적어도 어느 하나를 수행하도록 구성되는 히트펌프모듈(140); 상기 해당 건물의 벽면에 구비되며, 상안정화 PCM(156)을 포함하는 PCM 냉방복합패널(150); 상기 해당 건물의 바닥면에 매설되는 바닥난방모듈(160); 및 일측은 상기 히트펌프모듈(140) 또는 상기 축열조모듈(130)과 연결되며, 타측은 상기 해당 건물과 연결되는 메인순환유로(192, 194)로서, 상기 해당 건물로 유입되는 메인순환유입관(192) 및 상기 해당 건물로부터 유출되는 메인순환유출관(194)로 구성된, 메인순환유로(192, 194); 를 포함하는, 복합 냉난방 시스템을 제공한다.
또한, 상기 메인순환유입관(192)의 전단 및 상기 메인순환유출관(194)의 후단에 각각 구비되며, 각각은 축열조모듈 순환유로(232, 234) 및 히트펌프모듈 순환유로(242, 244)로 연결되는 제1 유로전환수단(196); 를 더 포함하며, 상기 제1 유로전환수단(196)는, 상기 축열조모듈(130)을 열원으로 하는 난방운전시, 상기 메인순환유로(192, 194) 및 상기 축열조모듈 순환유로(232, 234) 사이를 연통하도록 제어되고, 상기 태양광열모듈(110) 또는 상기 지중열교환모듈(120)을 열원으로 하는 난방운전시, 상기 메인순환유로(192, 194) 및 상기 히트펌프모듈 순환유로(242, 244) 사이를 연통하도록 제어될 수 있다.
또한, 상기 히트펌프모듈(140) 및 상기 지중열교환모듈(120) 사이에 구비되는 열교환 순환유로(222, 224)로서, 상기 지중열교환모듈(120)로 유입되는 열교환 순환유로 유입관(222) 및 상기 지중열교환모듈(120)로부터 유출되는 열교환 순환유로 유출관(224)으로 구성된, 열교환 순환유로(222, 224); 및 상기 태양광열모듈(110) 및 상기 축열조모듈(130) 사이에 구비되는 축열 순환유로(212, 214)로서, 상기 축열조모듈(130)로 유입되는 축열 순환유로 유입관(212) 및 상기 축열조모듈(130)로부터 유출되는 축열 순환유로 유출관(214)으로 구성된, 축열 순환유로(212, 214); 를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 열교환 순환유로 유입관(222) 및 상기 열교환 순환유로 유출관(224)에는 각각 제2 유로전환수단(226)이 구비되고, 상기 축열 순환유로 유입관(212) 및 상기 축열 순환유로 유출관(214)에는 각각 제3 유로전환수단(216)이 구비되며, 상기 제2 및 제3 유로전환수단(226, 216)은, 각각 제1 분기순환관(180)을 통해 연결되되, 상기 태양광열모듈(212, 214)을 열원으로 하는 난방운전시, 상기 축열 순환유로(212, 214), 제1 분기순환관(180) 및 열교환 순환유로(222, 224)를 연통하도록 제어됨으로써, 상기 태양광열모듈(110)로부터 획득된 열에너지가 상기 히트펌프모듈(140)로 전달되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 유로전환수단(196, 226)은, 상기 지중열교환모듈(120)을 열원으로 하는 난방운전시, 상기 열교환 순환유로(222, 224), 히트펌프모듈 순환유로(242, 244) 및 메인순환유로(192, 194)를 연통하도록 제어됨으로써, 상기 지중열교환모듈(120)로부터 획득된 열에너지가 상기 해당 건물로 전달되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 복합 냉난방 시스템은, 상기 태양광열모듈(110)로부터 획득된 열에너지를 이용하여 지중온도를 회복시키는 지중온도회복운전을 더 수행하도록 구성되며, 상기 제2 및 제3 유로전환수단(226, 216)은, 상기 지중온도회복운전시, 상기 축열 순환유로(212, 214), 제1 분기순환관(180) 및 열교환 순환유로(222, 224)를 연통하도록 제어됨으로써, 상기 태양광열모듈(212, 214)로부터 획득된 열에너지가 상기 히트펌프모듈(140)을 거치지 않고, 상기 지중열교환모듈(120)로 전달되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 축열 순환유로 유입관(212) 및 상기 축열 순환유로 유출관(214)에는 각각 제4 유로전환수단(218)이 더 구비되고, 상기 히트펌프모듈 순환유로(242, 244)의 유입관(242) 및 유출관(244)에는, 각각 제5 유로전환수단(246)이 더 구비되며, 상기 제4 및 제5 유로전환수단(218, 246)은, 각각 제2 분기순환관(170)을 통해 연결되되, 상기 지중열교환모듈(120)을 열원으로 하는 축열운전시, 상기 열교환 순환유로(222, 224), 히트펌프모듈 순환유로(242, 244), 제2 분기순환관(170) 및 축열순환유로(212, 214)를 연통하도록 제어됨으로써, 상기 지중열교환모듈(120)로부터 획득된 열에너지가 상기 축열조모듈(130)로 전달되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 복합 냉난방 시스템은, 상기 해당 건물의 열에너지를 상기 지중열교환모듈(120)을 통해 배출하는 냉방운전을 더 수행하도록 구성되며, 상기 냉방운전시, 상기 제1 및 제5 유로전환수단(196, 246)은, 상기 메인순환유로(192, 194) 및 상기 히트펌프모듈 순환유로(242, 244)가 연결되도록 제어하며, 상기 제2 유로전환수단(226)은, 상기 열교환 순환유로(222, 224)를 통해, 상기 지중열교환모듈(120) 및 상기 히트펌프모듈(140)이 연결되도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 메인순환유로(192, 194)는, 상기 해당 건물의 PCM 냉방복합패널(150)과 연결되는 벽체순환유로(190a); 및 상기 해당 건물의 바닥난방모듈(160)과 연결되는 바닥순환유로(190b); 를 포함하며, 상기 메인순환유입관(192)에 구비된 상기 제6 유로전환수단(198)에는, 상기 벽체순환유로(190a)의 유입측 및 상기 바닥순환유로(190b)의 유입측이 연결되며, 상기 메인순환유출관(194)에 구비된 상기 제6 유로전환수단(198)에는, 상기 벽체순환유로(190a)의 유출측 및 상기 바닥순환유로(190b)의 유출측이 연결될 수 있다.
또한, 상기 PCM 냉방복합패널(150)의 두께 방향의 단면은, 외측으로부터 내측으로 향하는 방향을 기준으로, 마감재, 콘크리트, 단열재, 모르타르, 히트파이프, 상안정화 PCM 및 마감재로 구성될 수 있다.
또한, 상기 바닥난방모듈(160)의 수직 방향의 단면은, 하측으로부터 상측으로 향하는 방향을 기준으로, 콘크리트, 단열재, 모르타르 및 PCM 결합 히트파이트로 구성될 수 있다.
또한, 본 발명은 전술한 복합 냉난방 시스템을 이용한 난방 방법으로서, (a1) 해당 건물의 현재 온도가 기설정된 난방기준온도 미만인지 확인함으로써, 상기 해당 건물의 난방운전개시여부를 판단하는 단계(S110); 및 (a2) 상기 (a1) 단계에서 상기 해당 건물의 난방운전을 개시하는 것으로 판단된 경우, 상기 난방운전의 열원을 상기 축열조모듈(130), 태양광열모듈(110), 지중열교환모듈(120) 중 어느 하나로 결정하는 단계(S120); 를 포함하며, 상기 (a2) 단계는, (a2-1) 상기 축열조모듈(130)의 내부온도를 확인하되, 상기 내부온도 및 기설정된 제1 온도를 비교하는 단계(S121); (a2-2) 상기 (a2-1) 단계에서의 내부온도가 상기 제1 온도 이상일 경우, 상기 축열조모듈(130)을 열원으로 하여 난방운전을 수행하고, 상기 내부온도가 상기 제1 온도 미만일 경우, 상기 태양광열모듈(110)의 출수온도를 확인하는 단계(S122); (a2-3) 상기 태양광열모듈(110)의 출수온도 및 기설정된 제2 온도를 비교하는 단계(S123)로서, 상기 출수온도가 상기 제2 온도 이상일 경우, 상기 태양광열모듈(110)을 열원으로 하여 난방운전을 수행하는, 단계(S123); 및 (a2-4) 상기 (a2-3) 단계에서의 상기 출수온도가 상기 제2 온도 미만일 경우, 상기 지중열교환모듈(120)을 열원으로 하여 난방운전을 수행하는 단계(S124); 로 구성된, 난방 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 전술한 복합 냉난방 시스템을 이용한 냉방 방법으로서, (b1) 해당 건물의 현재 온도가 기설정된 냉방기준온도 이상인지 확인함으로써, 상기 해당 건물의 냉방운전개시여부를 판단하는 단계(S210); 및 (b2) 상기 (a1) 단계에서 상기 해당 건물의 냉방운전을 개시하는 것으로 판단된 경우, 상기 PCM 냉방복합패널(150)의 표면온도를 확인하는 단계(S220); 및 (b3) 상기 히트펌프모듈(140)을 이용하여 상기 해당 건물의 냉방운전을 수행하는 단계(S230)로서, 상기 (b2) 단계에서, 상기 표면온도가 기설정된 제3 온도 이상일 경우, 상기 히트펌프모듈(140)은 고온냉방수모드를 수행하고, 상기 (b2) 단계에서, 상기 표면온도가 상기 제3 온도 미만일 경우, 상기 히트펌프모듈(140)은 저온냉방수모드를 수행하는, 단계(S230); 를 포함하는, 냉방 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 전술한 복합 냉난방 시스템을 이용한 축열 방법으로서, (c1) 상기 태양광열모듈(110)의 출수온도 및 상기 축열조모듈(130)의 내부온도를 비교하는 단계(S310)로서, 상기 태양광열모듈(110)의 출수온도가 상기 축열조모듈(130)의 내부온도 이상일 경우, 상기 태양광열모듈(110)을 열원으로 하는 축열운전이 개시되는 단계(S310); (c2) 상기 (c1) 단계에서, 상기 태양광열모듈(110)의 출수온도가 상기 축열조모듈(130)의 내부온도 미만일 경우, 지중온도 및 기설정된 제4 온도를 비교하는 단계(S320); (c3) 상기 (c2) 단계에서, 상기 지중온도가 상기 제4 온도 미만일 경우, 상기 태양광열모듈(110)의 출수온도 및 상기 지중온도를 비교하되, 상기 태양광열모듈(110)의 출수온도가 더 높은 경우, 지중온도회복운전이 수행되는 단계(S330); 및 (c4) 상기 (c3) 단계에서, 상기 지중온도가 상기 제4 온도 이상일 경우, 상기 축열조모듈(130)의 내부온도 및 기설정된 제5 온도를 비교하되, 상기 축열조모듈(130)의 내부온도가 상기 제5 온도보다 낮은 경우, 상기 지중열교환모듈(120)을 열원으로 하는 축열운전이 개시되는 단계(S340); 를 포함하는, 축열 방법을 제공한다.
본 발명은 냉난방의 대상이 되는 건물의 실내온도 및 습도를 고려함으로써, 건물의 현재 상태 및 에너지 효율을 최대화시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 태양광열모듈, 축열조모듈, 지중열교환모듈을 이용하여 냉난방을 수행하되, 이들의 열에너지 전달 효율을 극대화시킬 수 있으며, 난방운전, 냉방운전, 축열운전을 특정한 알고리즘에 의해 수행함으로써, 열에너지 소비 효율을 극대화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 전체적인 개념도이다.
도 2는 도 1의 해당 건물의 벽면에 구비된 PCM 냉방복합패널 및 바닥면에 매설된 바닥난방모듈의 단면을 도시한다.
도 3은 도 1의 메인순환유로에서, 벽체순환유로 및 바닥순환유로의 결합 관계를 개략적으로 도시한다.
도 4는 태양광열모듈을 열원으로 하는 난방운전시, 열매체의 개략적인 순환도를 도시한다.
도 5는 지중열교환모듈을 열원으로 하는 난방운전시, 열매체의 개략적인 순환도를 도시한다.
도 6은 축열조모듈을 열원으로 하는 난방운전시, 열매체의 개략적인 순환도를 도시한다.
도 7은 지중열교환모듈을 이용하여 해당 건물에 냉방운전시, 열매체의 개략적인 순환도를 도시한다.
도 8은 태양광열모듈을 열원으로 하는 축열운전시, 열매체의 개략적인 순환도를 도시한다.
도 9는 지중열교환모듈을 열원으로 하는 축열운전시, 열매체의 개략적인 순환도를 도시한다.
도 10은 태양광열모듈을 이용하는 지중온도회복운전시, 열매체의 개략적인 순환도를 도시한다.
도 11은 본 발명에 따른 복합 냉난방 시스템을 이용하는 난방 방법의 순서도이다.
도 12는 본 발명에 따른 복합 냉난방 시스템을 이용하는 냉방 방법의 순서도이다.
도 13은 본 발명에 따른 복합 냉난방 시스템을 이용하는 축열 방법의 순서도이다.
이하에서 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 복합 냉난방 시스템을 설명한다. 본원에서 사용되는 '건물'이라는 용어는 냉방 또는 난방이 수행되는 객체를 의미하며, 특정한 단일 공간뿐만 아니라, 다수의 단일 공간(실)이 포함된 모든 구조물을 포함하는 개념이다. 다만, 설명의 편의를 위해, 단일 공간을 기준으로 도면에서 도시하며, 이에 대해 설명한다.
복합 냉난방 시스템의 구성 설명
도 1을 참조하여, 본 발명에 따른 복합 냉난방 시스템을 설명하며, 본 발명은 태양광열모듈(110), 지중열교환모듈(120) 및 축열조모듈(130)을 모두 열원으로 사용할 수 있는 복합 냉난방 시스템이다.
본 발명은 태양광열모듈(110), 지중열교환모듈(120), 축열조모듈(130) 및 히트펌프모듈(140)를 포함하며, 해당 건물의 내부에는 PCM 냉방복합패널(150) 및 바닥난방모듈(160)을 포함하며, 이들은 구분하여 설명하도록 한다.
태양광열모듈(110)은 태양전지(PV)와 태양열집열기를 접목한 태양광열(Photovoltaic Thermal, PVT) 복합 패널로 전면부의 태양전지(PV) 패널에서 전기를 생산하고 후면부의 태양열집열기에서 온수를 생산함으로써, 태양에너지의 효율을 극대화하고 기존에 각각 설치되던 시스템을 일체화하여 공간 및 비용을 절감시킬 수 있는 모듈이다. 태양광패널 자체가 주간(또는 여름)에는 가열되는 바, 전기생산량이 감소하지만, 패널 뒷면에 열매체가 흐르면서 열을 뺏는데, 이 열을 통해서 온수를 생산하도록 구성되는 모듈이다.
지중열교환모듈(120)은 지중에 매설되어 지중과 열에너지를 교환하도록 구성된다. 본 발명에서는 수직밀폐형 지중열교환기(vertical closed-loop ground heat exchanger) 형태로 구성될 수 있다. 일반적으로, 지중열교환모듈(120)은 지층을 150 내지 200 미터 정도 천공하고, 나공 상태의 지열공에 열교환기 파이프 설치와 공메움을 실시한 후, 열교환기 파이프를 통해 열매체를 순환시켜 지열을 이송하도록 구성되며, 열매체로 지하수를 사용하는 것이 아니라, 부동액을 순환시킨다는 점에서 개방형 지중열교환기와 구별된다.
축열조모듈(130)은 온수저장 탱크로 이해할 수 있으며, 열생산설비에서 생산된 온수 중 잉여 열에너지를 저장하는 용도로 사용된다. 본 발명에서 축열조모듈(130)은 태양광열모듈(110) 및 지중열교환모듈(120)과 연결되도록 설계되어, 이들로부터 열에너지를 전달받아 저장하도록 구성된다.
히트펌프모듈(140)은 태양광열모듈(110) 또는 지중열교환모듈(120)을 열원으로 하여, 해당 건물에 난방운전, 냉방운전 및 상기 축열조모듈(139)로의 축열운전 중 적어도 어느 하나를 수행하도록 구성된다. 이를 위해, 히트펌프모듈(140)은 태양광열모듈(110), 지중열교환모듈(120) 및 축열조모듈(130)과 각각 연결되도록 구성될 수 있다. 본 발명의 히트펌프모듈(140)은 열매체의 순환을 통해, 열에너지를 전달하거나 또는 교환하는 바, 히트펌프모듈(140)은 2개의 순환유로와 연결되며, 상기 2개의 순환유로는 동시에 순환되도록 펌프수단에 의해 제어된다. 즉, 히트펌프모듈(140)과 연결된 어느 하나의 순환유로만 동작되지는 않는다.
해당 건물을 기준으로 설명하면, 해당 건물은 메인순환유로(192, 194)가 연결된다. 메인순환유로(192, 194)의 일측은 히트펌프모듈(140) 또는 축열조모듈(130)과 연결되도록 구성되며, 이는 후술하는 제1 유로전환수단(196)에 의해 선택적으로 연결됨을 의미한다.
복합 냉난방 시스템의 유로 설명
도 1을 다시 참조하여, 본 발명에 따른 복합 냉난방 시스템의 유로 구성을 설명한다. 본 발명에서 사용되는 유로전환수단은 삼방밸브로 적용될 수 있으나, 꼭 이에 제한되는 것은 아니며, 유로를 전환시킬 수 있는 수단이라면, 어떠한 방식도 사용될 수 있음을 미리 명시한다.
해당 건물에는 메인순환유로(192, 194)가 연결되며, 메인순환유로(192, 194)는 해당 건물로 유입되는 메인순환유입관(192) 및 해당 건물로부터 유출되는 메인순환유출관(194)으로 구성된다. 즉, 메인순환유입관(192)으로 유입된 열매체는 PCM 냉방복합패널(150) 및/또는 바닥난방모듈(160)을 순환하는 과정에서 해당 건물과 열교환을 수행하도록 구성된다.
구체적으로, 메인순환유로(192, 194)는, 해당 건물의 PCM 냉방복합패널(150)과 연결되는 벽체순환유로(190a) 및 해당 건물의 바닥난방모듈(160)과 연결되는 바닥순환유로(190b)로 구성된다.
도 3을 참조하여 설명하면, 메인순환유로(192, 194)는, 벽체순환유로(190a) 및 바닥순환유로(190b)로의 분기를 위해 한 쌍의 제6 유로전환수단(198)을 포함한다. 이 때, 메인순환유입관(192) 측에 구비된 제6 유로전환수단(198)에는, 벽체순환유로(190a)의 유입측 및 바닥순환유로(190b)의 유입측이 연결된다. 또한, 메인순환유출관(194)에 구비된 제6 유로전환수단(198)에는, 벽체순환유로(190a)의 유출측 및 바닥순환유로(190b)의 유출측이 연결된다. 한 쌍의 제6 유로전환수단(198)은 메인순환유입관(192) 및 메인순환유출관(194)을 유동하는 열매체의 개방정도를 조절하도록 구성된다. 예를 들어, 냉방운전시, 바닥순환유로(190b)에는 열매체가 유입되지 않고, 벽체순환유로(190a)로만 열매체가 순환되도록 제어할 수도 있다.
열매체의 유동방향을 기준으로, 메인순환유입관(192)의 전단 및 메인순환유출관(194)의 후단에는 각각 제1 유로전환수단(196)이 구비된다. 제1 유로전환수단(196)은 축열조모듈(130)을 순환하는 축열조모듈 순환유로(232, 234) 및 히트펌프모듈(140)을 순환하는 히트펌프모듈 순환유로(242, 244)가 각각 병렬로 연결될 수 있다. 이에 따라, 제1 유로전환수단(196)의 제어를 통해, 메인순환유로(192, 194)는 축열조모듈 순환유로(232, 234) 또는 히트펌프모듈 순환유로(242, 244)와 선택적으로 연통될 수 있다.
구체적으로, 제1 유로전환수단(196)는, 축열조모듈(130)을 열원으로 하는 난방운전시, 메인순환유로(192, 194) 및 상기 축열조모듈 순환유로(232, 234) 사이를 연통하도록 제어된다. 또한, 태양광열모듈(110) 또는 지중열교환모듈(120)을 열원으로 하는 난방운전시, 메인순환유로(192, 194) 및 히트펌프모듈 순환유로(242, 244) 사이를 연통하도록 제어된다.
히트펌프모듈(140) 및 지중열교환모듈(120) 사이에는 열교환 순환유로(222, 224)가 구비된다. 열교환 순환유로(222, 224)는 전술한 히트펌프모듈 순환유로(242, 244)의 반대측에 위치되는 바, 열교환 순환유로(222, 224) 및 히트펌프모듈 순환유로(242, 244)는 상호 열교환을 수행하도록 구성된다.
열교환 순환유로(222, 224)는 지중열교환모듈(120)로 유입되는 열교환 순환유로 유입관(222) 및 지중열교환모듈(120)로부터 유출되는 열교환 순환유로 유출관(224)으로 구성된다. 즉, 열매체는 열교환 순환유로 유입관(222)을 거쳐 지중열교환모듈(120)로 유입된 후, 여기서 열교환을 수행한 후, 다시 열교환 순환유로 유출관(224)을 통해 유출되는 순환 구조이다.
태양광열모듈(110) 및 축열조모듈(130) 사이에는 축열 순환유로(212, 214)가 구비된다. 축열 순환유로(212, 214)는 축열조모듈(130)로 유입되는 축열 순환유로 유입관(212) 및 축열조모듈(130)로부터 유출되는 축열 순환유로 유출관(214)으로 구성된다. 축열조모듈(130)은 태양광열모듈(110) 또는 지중열교환모듈(120)로부터 열에너지를 전달받아 저장하는 바, 축열운전 수행시, 상대적으로 저온의 열매체가 태양광열모듈(110)로부터 열에너지를 획득하여 고온이 된 후, 이를 축열조모듈(130)로 전달하여 축열조모듈(130) 내부의 축열매체의 온도를 상승시킨다.
열교환 순환유로 유입관(222) 및 열교환 순환유로 유출관(224)에는 각각 제2 유로전환수단(226)이 구비되고, 축열 순환유로 유입관(212) 및 축열 순환유로 유출관(214)에는 각각 제3 유로전환수단(216)이 구비된다.
전술한 제1 및 제6 유로전환수단(196, 198)과 같이, 제2 및 제3 유로전환수단(226, 216) 역시, 한 쌍으로 구비되며, 이는 열매체가 순환하기 때문에 유입측 및 유출측에 각각 구비되는 것이다.
제2 및 제3 유로전환수단(226, 216)은, 각각 제1 분기순환관(180)을 통해 연결되며, 이 역시, 열매체의 순환을 위해, 한 쌍의 제1 분기순환관(180)이 구비되는 것이다. 제2 및 제3 유로전환수단(226, 216)은 태양광열모듈(212, 214)을 열원으로 하는 난방운전시, 축열 순환유로(212, 214), 제1 분기순환관(180) 및 열교환 순환유로(222, 224)를 연통하도록 제어됨으로써, 상기 태양광열모듈(212, 214)로부터 획득된 열에너지가 상기 히트펌프모듈(140)로 전달되도록 구성된다.
도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 복합 냉난방 시스템은, 태양광열모듈(110)로부터 획득된 열에너지를 이용하여 지중온도를 회복시키는 지중온도회복운전을 수행하도록 구성된다. 이 때, 제2 및 제3 유로전환수단(226, 216)은, 지중온도회복운전시, 축열 순환유로(212, 214), 제1 분기순환관(180) 및 열교환 순환유로(222, 224)를 연통하도록 제어된다. 이에 따라, 태양광열모듈(212, 214)로부터 획득된 열에너지가 히트펌프모듈(140)을 거치지 않고, 상기 지중열교환모듈(120)로 전달되도록 구성된다.
도 5를 참조하면, 제1 및 제2 유로전환수단(196, 226)은, 지중열교환모듈(120)을 열원으로 하는 난방운전시, 열교환 순환유로(222, 224), 히트펌프모듈 순환유로(242, 244) 및 메인순환유로(192, 194)를 연통하도록 제어됨으로써, 지중열교환모듈(120)로부터 획득된 열에너지가 상기 해당 건물로 전달되도록 구성된다. 상대적으로 높은 열에너지를 갖고 있는 지중열교환모듈(120)을 중심으로 설명하면, 제2 유로전환수단(226)은 제1 분기순환관(180) 측으로 분기되는 것을 폐쇄하며, 제1 유로전환수단(196)은 열매체가 축열조모듈 순환유로(232, 234) 측으로 분기되는 것을 폐쇄한다.
축열 순환유로 유입관(212) 및 축열 순환유로 유출관(214)에는 각각 제4 유로전환수단(218)이 구비된다. 또한, 히트펌프모듈 순환유로(242, 244)의 유입관(242) 및 유출관(244)에는, 각각 제5 유로전환수단(246)이 구비된다.
도 9를 참조하면, 제4 및 제5 유로전환수단(218, 246)은, 각각 제2 분기순환관(170)을 통해 연결된다. 제4 및 제5 유로전환수단(218, 246)은, 지중열교환모듈(120)을 열원으로 하는 축열운전시, 열교환 순환유로(222, 224), 히트펌프모듈 순환유로(242, 244), 제2 분기순환관(170)및 축열순환유로(212, 214)를 연통하도록 제어됨으로써, 지중열교환모듈(120)로부터 획득된 열에너지가 축열조모듈(130)로 전달되도록 구성된다.
도 7을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 복합 냉난방 시스템은 해당 건물의 열에너지를 지중열교환모듈(120)을 통해 배출하는 냉방운전을 수행하도록 구성된다. 상대적으로, 지중의 온도는 일정하며, 겨울철에는 건물의 온도보다 높고, 여름철에는 건물의 온도보다 낮음을 이용하는 것이다. 냉방운전 수행시, 상대적으로 높은 열에너지를 갖는 해당 건물로부터 열에너지를 지중으로 방출 내지 열교환을 수행하는 것을 의미한다.
이러한 냉방운전시, 제1 및 제5 유로전환수단(196, 246)은, 메인순환유로(192, 194) 및 히트펌프모듈 순환유로(242, 244)가 연결되도록 제어하며, 제2 유로전환수단(226)은, 열교환 순환유로(222, 224)를 통해, 지중열교환모듈(120) 및 히트펌프모듈(140)이 연결되도록 제어한다. 특히, 냉방운전 수행시, 히트펌프모듈(140)에 내장된 인버터 제어를 통해 건물 벽체에 설치된 PCM 냉방복합패널(150)에 결로를 방지할 수 있도록 히트펌프모듈(140)의 출수온도 범위를 제어할 수 있다.
도 2는 해당 건물의 벽면에 구비된 PCM 냉방복합패널 및 바닥면에 매설된 바닥난방모듈의 단면을 상세하게 도시한다.
PCM 냉방복합패널(150)은 마감재, 콘크리트, 단열재, 모르타르, 히트파이프, 상안정화 PCM, 마감재(철재 등의 재료로 구성될 수 있음)로 구성된다. 히트파이프는 상안정화 PCM 내부에 설치된다. 바닥난방모듈(160)은 콘크리트, 단열재, 모르타르, PCM 결합 히트파이프로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 난방 방법/냉방 방법/축열 방법의 설명
도 4, 도 5, 도 6 및 도 11을 참조하여, 본 발명에 따른 난방 방법을 설명한다.
난방 방법은 단계(S110) 내지 단계(S124)를 포함한다.
단계(S110)은 해당 건물의 현재 온도가 기설정된 난방기준온도 미만인지 확인함으로써, 상기 해당 건물의 난방운전개시여부를 판단하는 단계이다. 예를 들어, 난방기간에서 실내온도가 22°C 미만일 경우 난방운전을 수행한다.
단계(S120)은 단계(S110)에서 해당 건물의 난방운전을 개시하는 것으로 판단된 경우, 난방운전의 열원을 상기 축열조모듈(130), 태양광열모듈(110), 지중열교환모듈(120) 중 어느 하나로 결정하는 단계이다. 후술하는 단계(S121) 내지 단계(S124)는 열손실을 최소화시키고, 열에너지의 전달 효율을 최대화시키는 알고리즘을 의미한다.
단계(S121)은 축열조모듈(130)의 내부온도를 확인하되, 내부온도 및 기설정된 제1 온도를 비교하는 단계이다. 일 예시로, 제1 온도는 45도인 것이 바람직하며, 이하에서는 이를 기준으로 설명한다.
단계(S122)는 단계(S121)에서의 내부온도가 45도 이상일 경우, 도 6에 나타낸 바와 같이, 축열조모듈(130)을 열원으로 하는 난방운전을 수행하며, 내부온도가 45도 미만일 경우, 태양광열모듈(110)의 출수온도를 확인하는 단계이다.
단계(S123)은 태양광열모듈(110)의 출수온도 및 기설정된 제2 온도를 비교하는 단계(S123)로서, 출수온도가 제2 온도 이상일 경우, 도 4에 나타낸 바와 같이, 태양광열모듈(110)을 열원으로 하여 난방운전을 수행하는 단계이다. 여기서, 제2 온도 역시 제1 온도와 동일한 값으로 설정하는 것이 바람직하나, 꼭 이에 제한되는 것은 아니다. 태양광열모듈(110)의 출수온도가 45도 이상일 경우, 태양광열모듈(110)을 열원으로 하여 난방운전을 수행한다.
단계(S124)는 단계(S123)에서 태양광열모듈(110)의 출수온도가 45도 미만일 경우, 도 5에 나타낸 바와 같이, 지중열교환모듈(120)을 열원으로 하여 난방운전을 수행한다.
즉, 본 발명은 난방운전의 우선 순위를 축열조모듈(130)-태양광열모듈(110)-지중열교환모듈(120)로 설정한 것이다. 태양광열모듈(110)은 시간적인 제약이 있는 바, 상대적으로 가장 큰 열에너지를 갖는 축열조모듈(130)을 최우선으로 이용하는 것이 바람직하다.
도 7 및 도 12를 참조하여, 본 발명에 따른 냉방 방법을 설명한다.
냉방 방법은 단계(S210) 내지 단계(S230)을 포함한다.
단계(S210)은 해당 건물의 현재 온도가 기설정된 냉방기준온도 이상인지 확인함으로써, 해당 건물의 냉방운전개시여부를 판단하는 단계이다. 일 예로, 해당 건물의 실내온도가 26도 이상인 경우, 냉방운전을 수행하도록 구성된다.
단계(S220)은 단계(S210)에서 해당 건물의 냉방운전을 개시하는 것으로 판단된 경우, PCM 냉방복합패널(150)의 표면온도를 확인하는 단계이다. 일 예로, PCM 냉방복합패널(150)의 표면온도가 21도(제3 온도를 의미함) 이상인지 확인하는 단계이다.
단계(S230)은 히트펌프모듈(140)을 이용하여 해당 건물의 냉방운전을 수행하는 단계(S230)로서, 단계(S220)에서, 표면온도가 기설정된 제3 온도 이상일 경우, 히트펌프모듈(140)은 고온냉방수모드를 수행하고, 단계(S220)에서, 표면온도가 제3 온도 미만일 경우, 히트펌프모듈(140)은 저온냉방수모드를 수행하는 단계이다. 여기서, 고온냉방수모드는 16도 내지 20도의 범위를 의미하며, 저온냉방수모드는 4도 내지 6도의 히트펌프모듈(140)의 출수온도를 의미한다. 이와 같이, 해당 건물에 일정한 온도의 냉방수를 공급하는 것이 아니라, 해당 건물의 표면온도에 따라, 구분하여 냉방수를 공급하도록 구성된다.
도 8, 도 9, 도 10 및 도 13을 참조하여, 본 발명에 따른 축열 방법을 설명한다.
축열 방법은 단계(S310) 내지 단계(S340)을 포함한다.
단계(S310)은 태양광열모듈(110)의 출수온도 및 축열조모듈(130)의 내부온도를 비교하는 단계로서, 태양광열모듈(110)의 출수온도가 축열조모듈(130)의 내부온도 이상일 경우, 도 8에 나타낸 바와 같이, 태양광열모듈(110)을 열원으로 하는 축열운전이 개시되는 단계이다. 축열운전은 태양광열모듈(110)을 열원으로 하는 운전이 우선적으로 수행되며, 이 때, 태양광열모듈(110)의 출수온도는 축열조모듈(130)의 내부 온도보다 높음을 전제로 한다.
단계(S320)은 단계(S310)에서, 태양광열모듈(110)의 출수온도가 축열조모듈(130)의 내부온도 미만일 경우, 지중온도 및 기설정된 제4 온도를 비교하는 단계이다. 즉, 태양광열모듈(110)의 출수온도가 축열조모듈(130)의 내부온도 미만일 경우, 축열조모듈(130)로의 축열이 수행되지 않는 바, 이 경우에는 지중온도 및 기설정된 제4 온도를 비교한다.
단계(S330)은 단계(S320)에서, 지중온도가 제4 온도 미만일 경우, 태양광열모듈(110)의 출수온도 및 지중온도를 비교하되, 태양광열모듈(110)의 출수온도가 더 높은 경우, 도 10에 나타낸 바와 같이, 지중온도회복운전이 수행되는 단계이다. 일 예시로, 지중온도회복운전은 지중온도가 10도 미만이고, 태양광열모듈(110)의 출수온도가 지중온도보다 높을 때 수행된다.
단계(S340)은 단계(S330)에서, 지중온도가 제4 온도 이상일 경우, 축열조모듈(130)의 내부온도 및 기설정된 제5 온도를 비교하되, 축열조모듈(130)의 내부온도가 상기 제5 온도보다 낮은 경우, 도 9에 나타낸 바와 같이, 지중열교환모듈(120)을 열원으로 하는 축열운전이 개시되는 단계이다. 일 예시로, 제5 온도가 40도인 것이 바람직하다. 축열조모듈(130)의 내부온도가 40도 미만일 경우, 히트펌프모듈(140)을 이용하여 축열운전을 수행한다.
이상, 본 명세서에는 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 본 발명의 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
(부호의 설명)
110: 태양광열모듈
120: 지중열교환모듈
130: 축열조모듈
140: 히트펌프모듈
150: PCM 냉방복합패널
160: 바닥난방모듈
196: 제1 유로전환수단
180: 제1 분기순환관
192, 194: 메인순환유로
198: 제6 유로전환수단
212, 214: 축열 순환유로
216: 제3 유로전환수단
218: 제4 유로전환수단
222, 2240: 열교환 순환유로
226: 제2 유로전환수단
232, 234: 축열조모듈 순환유로
242, 224: 히트펌프모듈 순환유로
246: 제5유로전환수단

Claims (14)

  1. 태양광열 및 지열을 복합 열원으로 하는 냉난방 시스템으로서,
    태양광으로부터 열에너지를 집열하는 태양광열모듈(110);
    지중에 매설되어 지중과 열에너지를 교환하도록 구성된 지중열교환모듈(120);
    상기 태양광열모듈(110) 또는 상기 지중열교환모듈(120)로부터 집열된 열에너지를 전달받아 저장하도록 구성된 축열조모듈(130);
    상기 태양광열모듈(110) 또는 상기 지중열교환모듈(120)을 열원으로 하여, 해당 건물에 난방운전, 냉방운전 및 상기 축열조모듈(130)로의 축열운전 중 적어도 어느 하나를 수행하도록 구성되는 히트펌프모듈(140);
    상기 해당 건물의 벽면에 구비되며, 상안정화 PCM(156)을 포함하는 PCM 냉방복합패널(150);
    상기 해당 건물의 바닥면에 매설되는 바닥난방모듈(160); 및
    일측은 상기 히트펌프모듈(140) 또는 상기 축열조모듈(130)과 연결되며, 타측은 상기 해당 건물과 연결되는 메인순환유로(192, 194)로서, 상기 해당 건물로 유입되는 메인순환유입관(192) 및 상기 해당 건물로부터 유출되는 메인순환유출관(194)로 구성된, 메인순환유로(192, 194); 를 포함하는,
    복합 냉난방 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 메인순환유입관(192)의 전단 및 상기 메인순환유출관(194)의 후단에 각각 구비되며, 각각은 축열조모듈 순환유로(232, 234) 및 히트펌프모듈 순환유로(242, 244)로 연결되는 제1 유로전환수단(196); 를 더 포함하며,
    상기 제1 유로전환수단(196)는,
    상기 축열조모듈(130)을 열원으로 하는 난방운전시, 상기 메인순환유로(192, 194) 및 상기 축열조모듈 순환유로(232, 234) 사이를 연통하도록 제어되고,
    상기 태양광열모듈(110) 또는 상기 지중열교환모듈(120)을 열원으로 하는 난방운전시, 상기 메인순환유로(192, 194) 및 상기 히트펌프모듈 순환유로(242, 244) 사이를 연통하도록 제어되는,
    복합 냉난방 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 히트펌프모듈(140) 및 상기 지중열교환모듈(120) 사이에 구비되는 열교환 순환유로(222, 224)로서, 상기 지중열교환모듈(120)로 유입되는 열교환 순환유로 유입관(222) 및 상기 지중열교환모듈(120)로부터 유출되는 열교환 순환유로 유출관(224)으로 구성된, 열교환 순환유로(222, 224); 및
    상기 태양광열모듈(110) 및 상기 축열조모듈(130) 사이에 구비되는 축열 순환유로(212, 214)로서, 상기 축열조모듈(130)로 유입되는 축열 순환유로 유입관(212) 및 상기 축열조모듈(130)로부터 유출되는 축열 순환유로 유출관(214)으로 구성된, 축열 순환유로(212, 214); 를 더 포함하는,
    복합 냉난방 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 열교환 순환유로 유입관(222) 및 상기 열교환 순환유로 유출관(224)에는 각각 제2 유로전환수단(226)이 구비되고,
    상기 축열 순환유로 유입관(212) 및 상기 축열 순환유로 유출관(214)에는 각각 제3 유로전환수단(216)이 구비되며,
    상기 제2 및 제3 유로전환수단(226, 216)은,
    각각 제1 분기순환관(180)을 통해 연결되되,
    상기 태양광열모듈(212, 214)을 열원으로 하는 난방운전시,
    상기 축열 순환유로(212, 214), 제1 분기순환관(180) 및 열교환 순환유로(222, 224)를 연통하도록 제어됨으로써, 상기 태양광열모듈(110)로부터 획득된 열에너지가 상기 히트펌프모듈(140)로 전달되도록 구성된,
    복합 냉난방 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 및 제2 유로전환수단(196, 226)은,
    상기 지중열교환모듈(120)을 열원으로 하는 난방운전시,
    상기 열교환 순환유로(222, 224), 히트펌프모듈 순환유로(242, 244) 및 메인순환유로(192, 194)를 연통하도록 제어됨으로써, 상기 지중열교환모듈(120)로부터 획득된 열에너지가 상기 해당 건물로 전달되도록 구성된,
    복합 냉난방 시스템.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 복합 냉난방 시스템은,
    상기 태양광열모듈(110)로부터 획득된 열에너지를 이용하여 지중온도를 회복시키는 지중온도회복운전을 더 수행하도록 구성되며,
    상기 제2 및 제3 유로전환수단(226, 216)은,
    상기 지중온도회복운전시, 상기 축열 순환유로(212, 214), 제1 분기순환관(180) 및 열교환 순환유로(222, 224)를 연통하도록 제어됨으로써, 상기 태양광열모듈(212, 214)로부터 획득된 열에너지가 상기 히트펌프모듈(140)을 거치지 않고, 상기 지중열교환모듈(120)로 전달되도록 구성된,
    복합 냉난방 시스템.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 축열 순환유로 유입관(212) 및 상기 축열 순환유로 유출관(214)에는 각각 제4 유로전환수단(218)이 더 구비되고,
    상기 히트펌프모듈 순환유로(242, 244)의 유입관(242) 및 유출관(244)에는, 각각 제5 유로전환수단(246)이 더 구비되며,
    상기 제4 및 제5 유로전환수단(218, 246)은,
    각각 제2 분기순환관(170)을 통해 연결되되,
    상기 지중열교환모듈(120)을 열원으로 하는 축열운전시,
    상기 열교환 순환유로(222, 224), 히트펌프모듈 순환유로(242, 244), 제2 분기순환관(170) 및 축열순환유로(212, 214)를 연통하도록 제어됨으로써, 상기 지중열교환모듈(120)로부터 획득된 열에너지가 상기 축열조모듈(130)로 전달되도록 구성된,
    복합 냉난방 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 복합 냉난방 시스템은,
    상기 해당 건물의 열에너지를 상기 지중열교환모듈(120)을 통해 배출하는 냉방운전을 더 수행하도록 구성되며,
    상기 냉방운전시,
    상기 제1 및 제5 유로전환수단(196, 246)은,
    상기 메인순환유로(192, 194) 및 상기 히트펌프모듈 순환유로(242, 244)가 연결되도록 제어하며,
    상기 제2 유로전환수단(226)은,
    상기 열교환 순환유로(222, 224)를 통해, 상기 지중열교환모듈(120) 및 상기 히트펌프모듈(140)이 연결되도록 제어하는,
    복합 냉난방 시스템.
  9. 청구항 2에 있어서,
    상기 메인순환유로(192, 194)는,
    상기 해당 건물의 PCM 냉방복합패널(150)과 연결되는 벽체순환유로(190a); 및
    상기 해당 건물의 바닥난방모듈(160)과 연결되는 바닥순환유로(190b); 를 포함하며,
    상기 메인순환유입관(192)에 구비된 상기 제6 유로전환수단(198)에는,
    상기 벽체순환유로(190a)의 유입측 및 상기 바닥순환유로(190b)의 유입측이 연결되며,
    상기 메인순환유출관(194)에 구비된 상기 제6 유로전환수단(198)에는,
    상기 벽체순환유로(190a)의 유출측 및 상기 바닥순환유로(190b)의 유출측이 연결되는,
    복합 냉난방 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 PCM 냉방복합패널(150)의 두께 방향의 단면은,
    외측으로부터 내측으로 향하는 방향을 기준으로,
    마감재, 콘크리트, 단열재, 모르타르, 히트파이프, 상안정화 PCM 및 마감재로 구성된,
    복합 냉난방 시스템.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 바닥난방모듈(160)의 수직 방향의 단면은,
    하측으로부터 상측으로 향하는 방향을 기준으로,
    콘크리트, 단열재, 모르타르 및 PCM 결합 히트파이트로 구성된,
    복합 냉난방 시스템.
  12. 청구항 1에 따른 복합 냉난방 시스템을 이용한 난방 방법으로서,
    (a1) 해당 건물의 현재 온도가 기설정된 난방기준온도 미만인지 확인함으로써, 상기 해당 건물의 난방운전개시여부를 판단하는 단계(S110); 및
    (a2) 상기 (a1) 단계에서 상기 해당 건물의 난방운전을 개시하는 것으로 판단된 경우, 상기 난방운전의 열원을 상기 축열조모듈(130), 태양광열모듈(110), 지중열교환모듈(120) 중 어느 하나로 결정하는 단계(S120); 를 포함하며,
    상기 (a2) 단계는,
    (a2-1) 상기 축열조모듈(130)의 내부온도를 확인하되, 상기 내부온도 및 기설정된 제1 온도를 비교하는 단계(S121);
    (a2-2) 상기 (a2-1) 단계에서의 내부온도가 상기 제1 온도 이상일 경우, 상기 축열조모듈(130)을 열원으로 하여 난방운전을 수행하고,
    상기 내부온도가 상기 제1 온도 미만일 경우, 상기 태양광열모듈(110)의 출수온도를 확인하는 단계(S122);
    (a2-3) 상기 태양광열모듈(110)의 출수온도 및 기설정된 제2 온도를 비교하는 단계(S123)로서, 상기 출수온도가 상기 제2 온도 이상일 경우, 상기 태양광열모듈(110)을 열원으로 하여 난방운전을 수행하는, 단계(S123); 및
    (a2-4) 상기 (a2-3) 단계에서의 상기 출수온도가 상기 제2 온도 미만일 경우, 상기 지중열교환모듈(120)을 열원으로 하여 난방운전을 수행하는 단계(S124); 로 구성된,
    난방 방법.
  13. 청구항 1에 따른 복합 냉난방 시스템을 이용한 냉방 방법으로서,
    (b1) 해당 건물의 현재 온도가 기설정된 냉방기준온도 이상인지 확인함으로써, 상기 해당 건물의 냉방운전개시여부를 판단하는 단계(S210); 및
    (b2) 상기 (a1) 단계에서 상기 해당 건물의 냉방운전을 개시하는 것으로 판단된 경우, 상기 PCM 냉방복합패널(150)의 표면온도를 확인하는 단계(S220); 및
    (b3) 상기 히트펌프모듈(140)을 이용하여 상기 해당 건물의 냉방운전을 수행하는 단계(S230)로서,
    상기 (b2) 단계에서, 상기 표면온도가 기설정된 제3 온도 이상일 경우, 상기 히트펌프모듈(140)은 고온냉방수모드를 수행하고,
    상기 (b2) 단계에서, 상기 표면온도가 상기 제3 온도 미만일 경우, 상기 히트펌프모듈(140)은 저온냉방수모드를 수행하는, 단계(S230); 를 포함하는,
    냉방 방법.
  14. 청구항 1에 따른 복합 냉난방 시스템을 이용한 축열 방법으로서,
    (c1) 상기 태양광열모듈(110)의 출수온도 및 상기 축열조모듈(130)의 내부온도를 비교하는 단계(S310)로서, 상기 태양광열모듈(110)의 출수온도가 상기 축열조모듈(130)의 내부온도 이상일 경우, 상기 태양광열모듈(110)을 열원으로 하는 축열운전이 개시되는 단계(S310);
    (c2) 상기 (c1) 단계에서, 상기 태양광열모듈(110)의 출수온도가 상기 축열조모듈(130)의 내부온도 미만일 경우, 지중온도 및 기설정된 제4 온도를 비교하는 단계(S320);
    (c3) 상기 (c2) 단계에서, 상기 지중온도가 상기 제4 온도 미만일 경우, 상기 태양광열모듈(110)의 출수온도 및 상기 지중온도를 비교하되, 상기 태양광열모듈(110)의 출수온도가 더 높은 경우, 지중온도회복운전이 수행되는 단계(S330); 및
    (c4) 상기 (c3) 단계에서, 상기 지중온도가 상기 제4 온도 이상일 경우, 상기 축열조모듈(130)의 내부온도 및 기설정된 제5 온도를 비교하되, 상기 축열조모듈(130)의 내부온도가 상기 제5 온도보다 낮은 경우, 상기 지중열교환모듈(120)을 열원으로 하는 축열운전이 개시되는 단계(S340); 를 포함하는,
    축열 방법.
PCT/KR2020/017705 2020-12-04 2020-12-04 태양광열 및 지열을 복합 열원으로 하는 냉난방 시스템 WO2022119028A1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/KR2020/017705 WO2022119028A1 (ko) 2020-12-04 2020-12-04 태양광열 및 지열을 복합 열원으로 하는 냉난방 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/KR2020/017705 WO2022119028A1 (ko) 2020-12-04 2020-12-04 태양광열 및 지열을 복합 열원으로 하는 냉난방 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022119028A1 true WO2022119028A1 (ko) 2022-06-09

Family

ID=81854036

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2020/017705 WO2022119028A1 (ko) 2020-12-04 2020-12-04 태양광열 및 지열을 복합 열원으로 하는 냉난방 시스템

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2022119028A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116518584A (zh) * 2023-02-14 2023-08-01 青岛沃富新能源科技有限公司 一种地源热泵热补偿系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009198102A (ja) * 2008-02-22 2009-09-03 Kajima Corp 地中熱利用装置及びその制御方法
US20120125019A1 (en) * 2010-11-23 2012-05-24 Sami Samuel M Self sustaining energy system for a building
KR20170084419A (ko) * 2016-01-11 2017-07-20 중앙대학교 산학협력단 상변화 물질의 잠열과 태양열을 이용하는 건물의 열교환 시스템
KR101845300B1 (ko) * 2017-05-16 2018-04-04 주식회사 제이앤지 지열, 태양열 및 폐열 에너지 융합 시스템
KR102130120B1 (ko) * 2013-09-06 2020-07-03 한국건설기술연구원 태양열원 및 지열원 복합 냉난방 시스템 제어 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009198102A (ja) * 2008-02-22 2009-09-03 Kajima Corp 地中熱利用装置及びその制御方法
US20120125019A1 (en) * 2010-11-23 2012-05-24 Sami Samuel M Self sustaining energy system for a building
KR102130120B1 (ko) * 2013-09-06 2020-07-03 한국건설기술연구원 태양열원 및 지열원 복합 냉난방 시스템 제어 방법
KR20170084419A (ko) * 2016-01-11 2017-07-20 중앙대학교 산학협력단 상변화 물질의 잠열과 태양열을 이용하는 건물의 열교환 시스템
KR101845300B1 (ko) * 2017-05-16 2018-04-04 주식회사 제이앤지 지열, 태양열 및 폐열 에너지 융합 시스템

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116518584A (zh) * 2023-02-14 2023-08-01 青岛沃富新能源科技有限公司 一种地源热泵热补偿系统
CN116518584B (zh) * 2023-02-14 2023-10-20 青岛沃富新能源科技有限公司 一种地源热泵热补偿系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2013165032A1 (ko) 태양에너지를 이용한 난방 및 발전장치
WO2020196940A1 (ko) 난방효율을 증대하는 저온 지역난방 시스템
KR101170981B1 (ko) 냉,난방 및 급탕에 필요한 열을 공급하는 신재생 하이브리드 열 공급장치 및 이에 따른 제어방법
KR20080042074A (ko) 태양 에너지-히트 펌프 복합, 다단계 가열식 에너지 저장온수 제작 방법 및 그의 전용 장치
WO2013073823A1 (ko) 태양열 열에너지를 이용한 전기 발전 시스템
WO2012036361A1 (ko) 지열을 이용한 히트펌프 시스템
WO2022119028A1 (ko) 태양광열 및 지열을 복합 열원으로 하는 냉난방 시스템
CN110224672B (zh) 太阳能光伏光热综合利用装置及该装置的通风采暖系统
WO2014051188A1 (ko) 축열식 냉난방 장치
WO2018199456A1 (ko) 집광형 및 평판형 하이브리드 태양전지를 이용한 태양광 및 태양열 복합발전시스템 및 발전방법
CN210050873U (zh) 一种梯级蓄热式太阳能与地源热泵复合供暖系统
US9909781B2 (en) Solar cell roof tiles
WO2016085154A1 (ko) 제로에너지 건물 구현을 위한 신재생 에너지 공급 시스템 및 그 제어방법
WO2014104747A1 (ko) 태양열 발전 시스템에 사용되는 축열조, 이에 사용되는 태양열 발전기 및 이를 포함하는 태양열 발전 시스템
CN209840445U (zh) 一种太阳能加热供热管网蒸汽和冷凝水的系统
CN104534638A (zh) 数据中心热回收系统及方法
CN210197447U (zh) 多能源互补的学校供暖节能系统
CN206469326U (zh) 一种聚光式太阳能综合热利用系统
CN203309982U (zh) 太阳能光热光电联合采暖系统辅助补偿装置
WO2017175923A1 (ko) 과열방지용 보일러 겸용 태양열 난방장치
WO2011040714A2 (ko) 소형 열병합 발전 시스템의 운전방법
WO2015102170A1 (ko) 지열을 이용한 냉난방 시스템
CN208090939U (zh) 温差发电的燃气热水器
CN206300246U (zh) 生活热水系统
WO2019245156A1 (ko) 다기능 축열 열전하이브리드 발전장치

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20964376

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20964376

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1