KR100975201B1

KR100975201B1 - 초에너지 절약 주택의 지열활용 환기병용 냉난방시스템 및 냉난방 방법

Info

Publication number: KR100975201B1
Application number: KR1020090046964A
Authority: KR
Inventors: 원종서; 오병길; 백기성
Original assignee: 대림산업 주식회사
Priority date: 2009-05-28
Filing date: 2009-05-28
Publication date: 2010-08-10

Abstract

본 발명은 등유기준으로 에너지 소비량이 3 리터-1년 이하인 초에너지 절약 주택에서, 지열 열교환기에 의해 열교환이 이루어진 순환수를 이용하여 최적의 온도 및 습도환경을 조성하고 환기를 병행함으로써, 주택의 냉난방 및 환기에 소요되는 에너지를 절약할 수 있는 새로운 구조의, 초에너지 절약 주택의 지열활용 환기병용 냉난방시스템 및 냉난방 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 초에너지 절약 주택의 바닥복사 냉난방을 위한 시스템으로서, 외기 온도가 0℃ 이하인 겨울철에는 바닥패널에 35~40℃의 물을 순환시켜 난방을 하며, 여름철에는 약 20℃의 물을 순환시켜 바닥 복사 냉방을 하고, 외부 공기("외기")는 지중덕트를 통해 공급하되 냉각코일을 이용하여 고온다습한 공기를 제습한 상태로 실내에 공급함으로써 바닥 복사면에 결로를 방지하면서도 연중 쾌적한 온도를 유지할 수 있는 초에너지 절약 주택의 지열활용 환기병용 바닥복사 냉난방시스템과 냉난방 방법이 제공된다.

Description

초에너지 절약 주택의 지열활용 환기병용 냉난방시스템 및 냉난방 방법{Integration Heating, Cooling and Ventilation System in energy saving house}

본 발명은 초에너지 절약 주택에 적용되는 냉난방시스템 및 냉난방 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 예를 들어 등유기준으로 에너지 소비량이 3 리터-1년 이하인 초에너지 절약 주택에서, 지열 열교환기에 의해 열교환이 이루어진 순환수를 이용하여 최적의 온도 및 습도환경을 조성하고 환기를 병행함으로써, 주택의 냉난방 및 환기에 소요되는 에너지를 절약할 수 있는 새로운 구조의, 초에너지 절약 주택의 지열활용 환기병용 냉난방시스템 및 냉난방 방법에 관한 것이다.

획기적인 단열구조 즉, 외벽의 열관류율 0.15W/ ㎡K 이하이고, 기밀도 1.5회/hr (50Pa) 이하의 단열구조를 가지고 있어 등유기준으로 3리터-1년 이하의 에너지소비량을 가지는 초에너지 절약 주택이 개발되어 있다. 초에너지 절약 주택은, 현행 에너지이용합리화법 제21조에 규정에 따른 건물에너지효율등급 1등 이상의 건물로서 표준주택대비 에너지절감율 33.5%이상인 주택을 의미한다. 이러한 초에너지 절약 주택은 획기적인 단열구조를 가지고 있어 에너지소비량의 기존의 주택보다도 월등이 낮다는 특징을 가지고 있다.

우리나라 주택구조에서는 일반적으로 바닥복사 난방(예를 들면, 온돌 난방)을 이용하고 있는데, 앞서 정의한 초에너지 절약 주택의 경우, 냉방 또는 난방에 필요한 부하량 즉, 냉난방 부하량이 작기 때문에 일반적인 종래의 바닥복사 난방을 초에너지 절약 주택에 적용하는 경우, 여름철에는 과냉의 문제가 발생하고, 겨울철에는 과열의 문제가 발생하므로, 위에서 정의한 초에너지 절약 주택에 적용하기에는 부적합하였으며, 현재까지 위에서 정의한 바와 같이 에너지 소비량이 매우 적은 초에너지 절약 주택에 적합한 바닥복사 냉난방시스템은 제안되어 있지 아니한 실정이다.

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점과 필요성을 충족하기 위하여 개발된 것으로서, 앞서 정의한 초에너지 절약 주택의 바닥복사 냉난방을 위한 시스템으로서, 최적의 온열환경 및 습도환경을 조성하고 에너지를 혁신적으로 절약할 수 있는 바닥복사 냉난방시스템 및 냉난방 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는 위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 초에너지 절약 주택의 바닥복사 냉난방을 위한 시스템으로서, 외기 온도가 0℃ 이하인 겨울철에는 바닥패널에 35~40℃의 물을 순환시켜 난방을 하며, 여름철에는 약 20℃의 물을 순환시켜 바닥 복사 냉방을 하고, 외부 공기("외기")는 지중덕트를 통해 공급하되 냉각코일을 이용하여 고온다습한 공기를 제습한 상태로 실내에 공급함으로써 바닥 복사면에 결로를 방지하면서도 연중 쾌적한 온도를 유지할 수 있는 초에너지 절약 주택의 지열활용 환기병용 바닥복사 냉난방시스템과 냉난방 방법이 제공된다.

구체적으로 본 발명에서는 위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 초에너지 절약 주택에 대해 지열을 이용하여 복사 냉난방을 하며 환기와 대류에 의한 냉난방을 하는 냉난방시스템으로서, 바닥 복사에 의하여 실내를 냉방 또는 난방하는 복사 냉난방 시스템과, 외기를 이용하여 실내를 환기시키고 대류에 의해 냉방 또는 난방하는 환기-대류 시스템과, 상기 복사 냉난방 시스템에 이용되는 제1 순환수 및 상기 환기-대류 시스템에 이용되는 제2 순환수에 대해 지열에 의하여 열교환을 시키는 지열 교환시스템을 포함하여 구성되며; 상기 복사 냉난방 시스템은, 실내에 설치되며 배관이 매설되어 있고 상기 배관에 제1 순환수가 공급되어 복사에 의해 냉방 또는 난방을 하게 되는 복사패널과, 상기 배관으로 제1 순환수를 공급하고 배관을 순환한 제1 순환수가 저장되는 제1 수저장탱크를 포함하여 구성되고; 상기 환기-대류 시스템은, 실내에 설치되어 외기를 실내로 유입시키는 실내 환기관과, 실내의 공기를 외부로 배출하는 배출관과, 지중에 매설되어 있으며 흡입된 외기가 통과되면서 1차 예열 또는 1차 예냉되는 지중덕트와, 실내로부터 배출관을 통해 배출되는 배출 공기와 제2 순환수에 의해, 상기 지중덕트로부터 유입된 외기의 습기와 온도를 조절한 후 상기 실내 환기관으로 보내는 전열교환 환기장치와, 상기 전열교환 환기장치로 제2 순환수를 공급하고 순환된 제2 순환수가 회수되는 제2 수저장탱크를 포함하여 구성되며; 상기 지열 교환시스템은, 상기 제1 수저장탱크 및 제2 수저장탱크에 저장된 제1 순환수 및 제2 순환수가 순환하여 지열에 의하여 열교환이 이루어지도록 하는 지열 열교환기와, 상기 제1 순환수 및 제2 순환수에 열을 가하거나 냉각시키는 히트 펌프를 포함하여 구성되고; 제1 순환수가 상기 배관을 순환함으로써 상기 복사패널의 복사에 의해 실내의 냉방 또는 난방이 이루어지며; 상기 실내 환기관을 통해 외기가 실내로 들어와서 배출관을 통해 외부로 배출됨으로써 실내의 환기가 이루어지되, 외기가 지중덕트를 통해 상기 전열교환 환기장치를 거치면서 외기의 습도와 온도가 조절되어 실내로 유입됨으로써 대류에 의한 냉방 또는 난방이 더 이루어지는 것을 특징으로 하는 초에너지 절약 주택의 냉난방시스템이 제공 된다.

위와 같은 본 발명의 시스템에서, 상기 전열교환 환기장치에는, 제2 순환수가 흐르고 있어 외기와 접촉하여 열교환함으로써 외기를 예냉 또는 예열시키는 순환수 코일이 구비될 수 있으며, 상기 전열교환 환기장치에는, 배출관을 통하여 주택의 실내로부터 배출되는 공기의 열교환이 이루어짐과 동시에 지중덕트를 통해 유입되는 외기의 열교환이 이루어지는 열교환기가 포함되어 있어, 상기 전열교환 환기장치로 들어온 외기가 순환수 코일에 접촉하기 전에 상기 열교환기를 지나면서 예냉 또는 예열될 수도 있다.

또한 본 발명에서는 위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 위와 같은 복사 냉난방 시스템, 환기-대류 시스템 및 지열 교환시스템을 이용하여 초에너지 절약 주택에 대해 지열을 활용하여 복사 냉난방을 하며 환기와 대류에 의한 냉난방을 하는 냉난방 방법으로서, 제1 순환수를 상기 배관로 순환시킴으로써 상기 복사패널의 복사에 의해 실내의 냉방 또는 난방이 이루어지도록 하며; 외기를 상기 지중덕트를 거쳐 상기 실내 환기관을 통해 실내로 공급하고 배출관을 통해 외부로 배출함으로써 실내를 환기시키되, 외기가 지중덕트를 통해 상기 전열교환 환기장치로 들어와서, 상기 열교환장치를 거치면서 외기의 열교환이 이루어지도록 하고, 후속하여 외기가 순환수 코일과 접촉하도록 하여 습도가 제거되고 열교환이 추가로 이루어지도록 한 상태로 실내 환기관을 통해 실내로 유입되도록 함으로써, 대류에 의한 냉방 또는 난방이 더 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 초에너지 절약 주택의 냉난방 방법이 제공된다.

본 발명에 의하면 초에너지 절약 주택에 대하여, 복사패널에 냉수를 흘려보내 이를 이용하여 냉방을 함으로써 과냉의 우려를 예방할 수 있다. 또한 본 발명은 유량조절이나 바이패스 장치 등 추가적인 장치가 없는 간단한 구조를 가지고 있으므로, 하자보수 및 유지관리가 편리하다는 장점이 있다. 특히, 본 발명은 초에너지 절약 주택에 대하여, 복사패널의 결로방지, 실내의 습도 조절, 및 제습을 위한 별도의 패키지 에어콘(PAC)이나 팬코일(FCU) 유닛의 설치가 필요 없으며, 종래에 필요하였던 외기보상제어나, 노점온도 제어, 미세유량조절밸브 및 3방 밸브가 필요 없게 되고, 간단한 온/오프 제어만으로도 적정한 습도와 냉방온도의 쾌적한 실내환경을 유지할 수 있게 된다는 장점이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

도 1에는 본 발명에 따른 초에너지 절약 주택의 지열활용 환기병용 냉난방시스템(이하, "통합냉난방시스템"이라고 약칭한다)의 구성을 보여주는 개략도가 도시되어 있다.

본 발명에 따른 통합냉난방시스템은, 앞서 정의한 초에너지 절약 주택 즉, 현행 에너지이용합리화법 제21조에 규정에 따른 건물에너지효율등급 1등 이상의 건물로서 표준주택대비 에너지절감율 33.5%이상인 주택에 구비되는 것으로서, 복사 냉난방 시스템(10)과, 환기-대류 시스템(20)과, 지열 교환시스템(30)을 포함하여 구성되어 있다.

우선 본 발명에 따른 복사 냉난방 시스템(10)은, 바닥 복사에 의하여 초에너지 절약 주택의 내부를 냉방 또는 난방하는 것으로서, 초에너지 절약 주택 내에 설치되며 배관(11)이 매설되어 있고 상기 배관(11)에 제1 순환수가 공급되어 복사에 의해 냉난방을 하게 되는 복사패널(12)과, 상기 배관(11)으로 제1 순환수를 공급하고 배관(11)을 순환한 제1 순환수가 저장되는 제1 수저장탱크(13)를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 환기-대류 시스템(20)은, 외기를 초에너지 절약 주택 내부로 유입시키고 초에너지 절약 주택 내부의 공기를 외부로 배출하여 초에너지 절약 주택 내부를 환기시킴과 동시에 필요에 따라서는 대류를 통한 초에너지 절약 주택 내부를 냉방 또는 난방하는 시스템이다. 상기 환기-대류 시스템(20)은, 주택 내에 설치되어 외기를 주택 내로 유입시키는 실내 환기관(21)과, 주택 내의 공기를 배출하는 배출관(22)과, 지중에 매설되어 있으며 외기를 직접 흡입하여 통과시키는 지중덕트(23)와, 실내로부터 배출관(22)을 통해 배출되는 배출 공기와 제2 순환수에 의해, 상기 지중덕트(23)로부터 유입된 외기의 습기와 온도를 조절한 후 상기 실내 환기관(21)으로 보내는 전열교환 환기장치(24)와, 상기 전열교환 환기장치(24)로 제2 순환수를 공급하고 순환된 제2 순환수가 회수되는 제2 수저장탱크(25)를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 지열 교환시스템(30)은, 상기 제1 수저장탱크(13) 및 제2 수저장탱크(25)에 저장된 제1 순환수 및 제2 순환수가 순환하여 지열에 의하여 열교환이 이루어지도록 하는 지열 열교환기(31)와, 상기 제1 순환수 및 제2 순환수에 열을 가하거나 냉각시키는 히트 펌프(32)를 포함하여 구성된다.

우선 복사 냉난방 시스템(10)에 의한 복사 냉난방 작동에 대해 살펴보면, 제1 수저장탱크(13)에 저장되어 있던 제1 순환수는 배관(11)으로 공급되어 순환하면서 복사패널(12)을 통해 복사 작용을 하게 되고, 제1 순환수의 온도가 계절에 맞는 적정 온도보다 낮아지거나 높아지게 되면, 제1 순환수는 지열 열교환기(31)에 의해 열교환이 이루어진 후 다시 제1 수저장탱크(13)로 공급되어 저장된다.

예를 들어, 여름철의 경우, 상기 제1 수저장탱크(13)에는 약 19℃ 내지 약 21℃의 제1 순환수가 저장되는데, 제1 순환수는 배관(11)을 순환하면서 복사패널(12)을 통해 초에너지 절약 주택(1)의 내부를 냉방한 후, 다시 제1 수저장탱크(13)로 되돌아온다. 이와 같은 과정을 반복하면서 초에너지 절약 주택(1) 내부를 냉방하게 되는데, 제1 수저장탱크(13) 내의 제1 순환수 온도가 사전 설정된 온도 이상으로 상승하게 되면 지열 열교환기(31)를 순환하면서 열교환이 이루어져 다시 온도가 하강하여 제1 수저장탱크(13)로 공급되어 저장되며, 위와 같은 순환을 반복하게 된다.

겨울철의 경우, 복사패널(12)에 의한 복사난방을 위해서는 약 40℃의 제1 순 환수가 필요한데, 만일 제1 수저장탱크(13) 내의 제1 순환수의 온도가 위와 같은 복사난방에 필요한 온도에 미치지 않는 경우에는 히트 펌프(32)를 통해서 제1 순환수를 가열한다. 이와 같이, 제1 순환수는 지열 열교환기(31)와 히트 펌프(32)를 통해, 복사냉방 또는 복사난방에 적합한 온도로 유지되어 제1 수저장탱크(13)에 저장되는 것이다.

이 때, 히트 펌프(32)는 공기를 이용한 것이거나 기타 공지의 것을 사용할 수 있으며, 그 동력원으로는 풍력, 태양광 등 친환경적인 동력원을 이용하여도 되며 기존 전력을 이용하여도 무방하다. 즉, 본 발명에 있어서 히트 펌프(32)의 종류 및 그 동력원에는 어떠한 제한도 없으며 공지의 것을 이용하면 충분하다.

한편, 이러한 본 발명의 복사 냉난방 시스템(10)에 의한 복사 냉난방 작동은, 사용자의 온/오프 작동에 의해 필요할 때마다 이루어지도록 할 수도 있으며(사용자에 의한 수동 제어), 희망 냉방온도 또는 난방온도를 설정해두고 위와 같은 냉난방작동에 의해 실내의 온도가 희망 냉방온도에 이르게 되면 제1 순환수의 순환을 정지시켜 냉방 또는 난방작동을 오프(off)시키고, 실내의 온도가 다시 상승하거나 하강하게 되면 제1 순환수의 순환을 개시시켜 냉방 또는 난방작동을 온(on)시켜서, 제1 순환수의 순환 정지 및 개시가 자동적으로 반복되어 실내를 희망하는 온도로 유지하도록 할 수도 있다(자동 제어).

다음으로 본 발명에 따른 환기-대류 시스템(20)의 구체적인 구성과 작동을 살펴본다.

상기 환기-대류 시스템(20)의 실내 환기관(21)은, 주택 내에 설치되어 외기 를 주택 내로 유입시키고, 주택 내의 공기는 배출관(22)을 통하여 주택 외부로 배출됨으로써, 실내의 환기 및 대류가 이루어진다. 지중덕트(23)는 지중에 매설되어 있는데, 흡입된 외기는 상기 지중덕트(23)를 통과하면서 1차 예냉(지중의 온도가 외기보다 낮은 경우/예를 들어 여름철) 또는 1차 예열된다(지중의 온도가 외기보다 높은 경우/ 예를 들어 겨울철). 외기가 지중덕트(23)를 통과하면서 1차 예냉될 때에는, 지중덕트(23) 내에서 결로수가 응축되면서 외기의 습도가 일부 제거된다.

전열교환 환기장치(24)는 실내로부터 배출관(22)을 통해 배출되는 배출 공기와 제2 순환수에 의해, 상기 지중덕트(23)로부터 유입된 외기의 습기와 온도를 조절한 후 상기 실내 환기관(21)으로 보낸다. 구체적으로, 상기 전열교환 환기장치(24)에는, 배출관(22)을 통하여 주택의 실내로부터 배출되는 배출 공기의 열교환이 이루어짐과 동시에 지중덕트(23)를 통해 유입되는 외기의 열교환이 이루어지는 열교환기(242)와, 제2 순환수가 흐르는 순환수 코일(241)이 구비되어 있다.

상기 순환수 코일(241)을 순환하는 제2 순환수는 제2 수저장탱크(25)에 저장된다. 상기 제2 수저장탱크(25)에 저장된 제2 순환수는, 그 온도가 계절에 맞는 적정 온도보다 낮아지거나 높아질 경우, 지열 열교환기(31)에 의해 열교환이 이루어지고 필요에 따라 히트 펌프(32)를 통해 가열된 후 다시 제2 수저장탱크(25)로 공급되어 저장된다.

이러한 구성의 본 발명에 따른 환기-대류 시스템(20)에서, 초에너지 절약형 주택의 실내에 외기를 공급하여 환기하고자 할 경우, 외기는 흡입되어 우선 지중덕트(23)를 통과하게 된다. 이 때, 외기는 상기 지중덕트(23)를 통과하면서 예냉됨 과 동시에 습도가 일부 제거되거나 또는 예열되고, 계속하여 외기는 전열교환 환기장치(24)로 들어가게 된다. 전열교환 환기장치(24)로 들어간 외기는 열교환기(242)를 거쳐 열교환이 이루어져 2차 예열 또는 2차 예냉되고, 순환수 코일(241)과 접촉하여 습도 조절이 됨과 동시에 3차 예열 또는 3차 예냉된 후, 전열교환 환기장치(24)와 연결된 실내 환기관(21)을 통해 실내로 공급된다.

한편, 실내의 공기는 배출관(22)을 통해 배출되는데, 배출관(22)은 전열교환 환기장치(24)와 연결되어 있어, 실내로부터의 배출 공기는 전열교환 환기장치(24)로 들어오게 된다. 전열교환 환기장치(24)로 들어온 배출 공기는 열교환기(242)를 거쳐 다음과 같은 방식으로 열교환이 이루어진 후 전열교환 환기장치(24)의 외부로 배출된다.

여름철의 경우 냉방이 이루어지고 있는 실내로부터 배출관(22)을 통해 배출되는 실내의 공기는 주택 외부의 외기에 비해 상대적으로 낮은 온도를 가지고 있다. 따라서 배출관(22)을 통하여 배출되어 전열교환 환기장치(24)로 들어온 실내 공기는 열교환기(242)를 거치면서 열교환이 이루어지는데, 지중덕트(23)를 통해 1차 예냉된 상태로 전열교환 환기장치(24)로 들어온 외기 역시 열교환기(242)를 거치면서 2차 예냉이 이루어지는 것이다. 즉, 배출된 실내 공기가 열교환기(242)를 거치면서 열교환기(242)의 온도가 내려가고, 외기는 이렇게 온도가 내려간 열교환기(242)를 거치면서 2차로 냉각되는 것이다.

한편, 여름철의 경우, 외기에 상당한 습도가 포함되어 있기 때문에 주택 실내 냉방을 위하여 앞서 살펴본 것처럼 본 발명의 복사 냉난방 시스템(10)의 복사 냉방 작동을 하게 되면, 차가운 온도의 복사패널(12)에 결로가 발생할 수 있다. 본 발명에서는 환기-대류 시스템(20)의 다음과 같은 작동을 통해 외기가 제습된 상태로 실내로 유입되도록 함으로써 이러한 결로현상이 발생하는 것을 방지하게 된다.

여름철에는 지중에 매립되어 있는 지중덕트(23)가 지상보다 상대적으로 낮은 온도를 유지하고 있기 때문에, 흡입된 외기는 지중덕트(23)를 통과하면서 1차 예냉됨과 동시에 지중덕트(23) 내의 결로에 의해 습도가 다소 제거된다. 지중덕트(23)를 통과한 외기는 전열교환 환기장치(24)로 유입되고, 열교환기(242)를 지나 순환수 코일(241)과 접촉한 뒤, 실내 환기관(21)을 통해 실내로 공급된다. 이 때, 순환수 코일(241)에는 제2 순환수가 순환하는데, 제2 순환수는 제2 수저장탱크(25)에 저장되어 있던 것으로서, 지열 열교환기(31)에서 열교환이 이루어져 약 10℃ 내지 약 13℃ 온도를 유지하게 된다. 이와 같이, 순환수 코일(241)에는 약 10℃ 내지 약 13℃ 온도의 차가운 제2 순환수가 흐르고 있으므로, 외기가 순환수 코일(241)과 접촉하면서 결로 현상에 의해 외기에 포함되어 있던 대부분의 습기가 제거되고, 이와 같이 습기가 제거된 외기가 실내 환기관(21)을 통해 주택의 실내로 공급된다. 따라서 습도가 높은 외기가 그냥 실내로 유입됨으로 인한 복사패널(12)에서의 결로 현상을 방지할 수 있다. 물론 제2 순환수의 온도를 조절함으로써, 실내 환기관(21)으로 공급될 외기에 포함된 습도를 조절할 수도 있다. 또한 외기가 차가운 순환수 코일(241)과 접촉하면서 추가적으로 3차 예냉되는데, 이와 같이 예냉된 외기가 실내 환기관(21)을 통해 공급되면 냉각된 공기의 대류를 통한 추가적인 냉방 이 이루어지게 된다. 즉, 외기가 지중덕트(23) 및 전열교환 환기장치(24)를 거쳐 예냉된 상태로 실내 환기관(21)을 통해 실내로 공급되면서 대류를 통한 추가적인 냉방이 이루어지게 된다.

반면에 난방이 필요한 경우, 즉 겨울철에는, 지중에 매립되어 있는 지중덕트(23)가 지상보다 상대적으로 높은 온도를 유지하고 있다. 따라서 외기가 지중덕트(23)를 통과하면서 1차 예열된다. 한편, 겨울철의 경우, 난방이 이루어지고 있는 실내로부터 배출관(22)을 통해 배출되는 실내의 공기는 주택 외부의 외기에 비해 상대적으로 높은 온도를 가지고 있다. 따라서, 배출관(22)을 통하여 배출되어 전열교환 환기장치(24)로 들어온 실내 공기는 열교환기(242)를 거치면서 열교환이 이루어진다. 즉, 배출된 실내 공기가 열교환기(242)를 거치면서 열교환기(242)의 온도가 올라가게 되는 것이다. 전열교환 환기장치(24)로 들어온 외기는 열교환기(242)를 거치면서 열교환기(242)로부터 열을 공급받아 2차 예열된다. 이와 같이 열교환기(242)를 거치면서 2차로 예열된 외기는 후속하여 순환수 코일(241)과 접촉하여 추가적으로 3차 예열된다.

난방이 필요한 상태에서는 제2 수저장탱크(25)에 저장된 제2 순환수를 약 40℃ 정도의 온도를 가지도록 유지된다. 순환수 코일(241)에는 약 40℃ 정도의 제2 순환수가 흐르고 있으므로, 외기가 전열교환 환기장치(24)로 들어온 외기는 순환수 코일(241)과 접촉하면서 3차로 예열된다. 이와 같은 과정을 거쳐 예열된 외기가 실내 환기관(21)을 통해 실내로 공급되면서 대류를 통한 추가적인 난방이 이루어지게 된다.

본 발명에 따른 환기-대류 시스템(20)의 작동은 사용자의 수동 온/오프 제어에 의해 필요할 때마다 이루어지도록 할 수도 있으며(수동 제어), 희망하는 실내 습도("희망 습도")를 설정해두고, 실내의 습도가 설정된 희망 습도에 이를 때까지, 외기로부터의 습기 제거하여 실내로 공급하는 작동이 자동적으로 이루어지도록 할 수도 있다.

위와 같은 본 발명에 따른 통합냉난방시스템의 전형적인 냉방시 운전방법을 정리하면, 실내의 냉방을 위해 앞서 설명한 것과 같이 복사 냉난방 시스템(10)을 작동시켜 복사 냉방을 하게 된다. 아울러, 앞서 설명한 것과 같이 환기-대류 시스템(20)을 작동시켜, 냉각되고 제습이 이루어진 상태의 외기를 실내로 공급하여 실내를 환기시킴과 동시에 대류에 의한 냉방도 수행한다. 실내의 습도가 희망하는 습도에 도달하게 되면, 환기-대류 시스템(20)의 작동을 정지시키고 복사 냉난방 시스템(10)만을 작동시키면서 실내의 희망 냉방 온도에 맞추어 복사 냉난방 시스템(10)을 온/오프 제어하여, 적정한 실내 냉방 온도와 실내 습도를 유지한다.

이와 같이, 본 발명에 의하면, 복사패널(12)에 냉수를 흘려보내 이를 이용하여 냉방을 함으로써 과냉의 우려를 예방할 수 있다. 또한 본 발명은 유량조절이나 바이패스 장치 등 추가적인 장치가 없는 간단한 구조를 가지고 있으므로, 하자보수 및 유지관리가 편리하다는 장점이 있다. 특히, 본 발명은 복사패널(12)의 결로방지, 실내의 습도 조절, 및 제습을 위한 별도의 패키지 에어콘(PAC)이나 팬코일(FCU) 유닛의 설치가 필요 없으며, 종래에 필요하였던 외기보상제어나, 노점온도 제어, 미세유량조절밸브 및 3방 밸브가 필요 없게 되고, 간단한 온/오프 제어만으 로도 적정한 습도와 냉방온도의 쾌적한 실내환경을 유지할 수 있게 된다는 장점이 있다.

다음으로 위와 같은 본 발명에 따른 통합냉난방시스템의 전형적인 난방시 운전방법을 정리하면, 실내의 난방을 위해 앞서 설명한 것과 같이 복사 냉난방 시스템(10)을 작동시켜 복사 난방을 하게 된다. 아울러, 앞서 설명한 것과 같이 환기-대류 시스템(20)을 작동시켜, 예열된 상태의 외기를 실내로 공급하여 실내를 환기시킴과 동시에 대류에 의한 난방도 수행한다.

실내의 습도가 희망하는 습도에 도달하게 되면, 환기-대류 시스템(20)의 작동을 정지시키고 복사 냉난방 시스템(10)만을 작동시키면서 실내의 희망 난방 온도에 맞추어 복사 냉난방 시스템(10)을 온/오프 제어하여, 적정한 실내 난방 온도와 실내 습도를 유지한다.

한편, 중간기(초겨울, 초여름, 한시적으로 춥거나 더울 경우 등)에는 복사 냉난방 시스템(10)의 작동을 중지시키고, 환기-대류 시스템(20)만을 가동시켜 환기와 대류 냉난방을 통해 실내공기 및 열환경을 쾌적하게 유지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 초에너지절약형 지열활용 환기병용 바닥복사 냉난방시스템의 구성을 보여주는 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11 배관 12 복사 패널

13 제1 수저장탱크 21 실내 환기관

22 배출관 23 지중 덕트

24 전열교환 환기장치 25 제2 수저장탱크

31 지열 교환기 32 히트 펌프

Claims

초에너지 절약 주택에 대해 지열을 이용하여 복사 냉난방을 하며 환기와 대류에 의한 냉난방을 하는 냉난방시스템으로서,

바닥 복사에 의하여 실내를 냉방 또는 난방하는 복사 냉난방 시스템(10)과, 외기를 이용하여 실내를 환기시키고 대류에 의해 냉방 또는 난방하는 환기-대류 시스템(20)과, 상기 복사 냉난방 시스템(10)에 이용되는 제1 순환수 및 상기 환기-대류 시스템(20)에 이용되는 제2 순환수에 대해 지열에 의하여 열교환을 시키는 지열 교환시스템(30)을 포함하여 구성되며;

상기 복사 냉난방 시스템(10)은, 실내에 설치되며 배관(11)이 매설되어 있고 상기 배관(11)에 제1 순환수가 공급되어 복사에 의해 냉방 또는 난방을 하게 되는 복사패널(12)과, 상기 배관(11)으로 제1 순환수를 공급하고 배관(11)을 순환한 제1 순환수가 저장되는 제1 수저장탱크(13)를 포함하여 구성되고;

상기 환기-대류 시스템(20)은, 실내에 설치되어 외기를 실내로 유입시키는 실내 환기관(21)과, 실내의 공기를 외부로 배출하는 배출관(22)과, 지중에 매설되어 있으며 흡입된 외기가 통과되면서 1차 예열 또는 1차 예냉되는 지중덕트(23)와, 실내로부터 배출관(22)을 통해 배출되는 배출 공기와 제2 순환수에 의해, 상기 지중덕트(23)로부터 유입된 외기의 습기와 온도를 조절한 후 상기 실내 환기관(21)으로 보내는 전열교환 환기장치(24)와, 상기 전열교환 환기장치(24)로 제2 순환수를 공급하고 순환된 제2 순환수가 회수되는 제2 수저장탱크(25)를 포함하여 구성되며;

상기 지열 교환시스템(30)은, 상기 제1 수저장탱크(13) 및 제2 수저장탱크(25)에 저장된 제1 순환수 및 제2 순환수가 순환하여 지열에 의하여 열교환이 이루어지도록 하는 지열 열교환기(31)와, 상기 제1 순환수 및 제2 순환수에 열을 가하거나 냉각시키는 히트 펌프(32)를 포함하여 구성되고;

제1 순환수가 상기 배관(11)을 순환함으로써 상기 복사패널(12)의 복사에 의해 실내의 냉방 또는 난방이 이루어지며;

상기 실내 환기관(21)을 통해 외기가 실내로 들어와서 배출관(22)을 통해 외부로 배출됨으로써 실내의 환기가 이루어지되, 외기가 지중덕트(23)를 통해 상기 전열교환 환기장치(24)를 거치면서 외기의 습도와 온도가 조절되어 실내로 유입됨으로써 대류에 의한 냉방 또는 난방이 더 이루어지는 것을 특징으로 하는 초에너지 절약 주택의 냉난방시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 전열교환 환기장치(24)에는, 제2 순환수가 흐르고 있어 외기와 접촉하여 열교환함으로써 외기를 예냉 또는 예열시키는 순환수 코일(241)을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 초에너지 절약 주택의 냉난방시스템.
청구항 2에 있어서,

상기 전열교환 환기장치(24)에는, 배출관(22)을 통하여 주택의 실내로부터 배출되는 공기의 열교환이 이루어짐과 동시에 지중덕트(23)를 통해 유입되는 외기의 열교환이 이루어지는 열교환기(242)가 포함되어 있어,

상기 전열교환 환기장치(24)로 들어온 외기가 순환수 코일(241)에 접촉하기 전에 상기 열교환기(242)를 지나면서 예냉 또는 예열되는 것을 특징으로 하는 초에너지 절약 주택의 냉난방시스템.
바닥 복사에 의하여 실내를 냉방 또는 난방하는 복사 냉난방 시스템(10)과, 외기를 이용하여 실내를 환기시키고 대류에 의해 냉방 또는 난방하는 환기-대류 시스템(20)과, 상기 복사 냉난방 시스템(10)에 이용되는 제1 순환수 및 상기 환기-대류 시스템(20)에 이용되는 제2 순환수에 대해 지열에 의하여 열교환을 시키는 지열 교환시스템(30)을 이용하여, 초에너지 절약 주택에 대해 지열을 활용하여 복사 냉난방을 하며 환기와 대류에 의한 냉난방을 하는 냉난방 방법으로서,

상기 복사 냉난방 시스템(10)은, 실내에 설치되며 배관(11)이 매설되어 있고 복사패널(12)과, 상기 배관(11)을 순환하는 제1 순환수가 저장되어 있는 제1 수저장탱크(13)를 포함하여 구성되고; 상기 환기-대류 시스템(20)은, 실내에 설치되어 외기를 실내로 유입시키는 실내 환기관(21)과, 실내의 공기를 외부로 배출하는 배출관(22)과, 지중에 매설되어 있으며 흡입된 외기가 통과되는 지중덕트(23)와, 실내로부터 배출관(22)을 통해 배출되는 배출 공기가 지나가면서 열교환이 이루어지 는 열교환장치(242)와 제2 순환수가 순환하는 순환수 코일(241)이 구비되어 있으며 지중덕트(23)로부터의 외기가 지나가서 상기 실내 환기관(21)로 흐르는 전열교환 환기장치(24)와 상기 제2 순환수를 저장하는 제2 수저장탱크(25)를 포함하여 구성되며; 상기 지열 교환시스템(30)은, 상기 제1 수저장탱크(13) 및 제2 수저장탱크(25)에 저장된 제1 순환수 및 제2 순환수가 순환하여 지열에 의하여 열교환이 이루어지도록 하는 지열 열교환기(31)와, 상기 제1 순환수 및 제2 순환수에 열을 가하거나 냉각시키는 히트 펌프(32)를 포함하여 구성되고;

제1 순환수를 상기 배관(11)로 순환시킴으로써 상기 복사패널(12)의 복사에 의해 실내의 냉방 또는 난방이 이루어지도록 하며;

외기를 상기 지중덕트(23)를 거쳐 상기 실내 환기관(21)을 통해 실내로 공급하고 배출관(22)을 통해 외부로 배출함으로써 실내를 환기시키되, 외기가 지중덕트(23)를 통해 상기 전열교환 환기장치(24)로 들어와서, 상기 열교환장치(242)를 거치면서 외기의 열교환이 이루어지도록 하고, 후속하여 외기가 순환수 코일(241)과 접촉하도록 하여 습도가 제거되고 열교환이 추가로 이루어지도록 한 상태로 실내 환기관(21)을 통해 실내로 유입되도록 함으로써, 대류에 의한 냉방 또는 난방이 더 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 초에너지 절약 주택의 냉난방 방법.