KR101040693B1 - 에너지 절약형 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템 - Google Patents

에너지 절약형 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에너지 절약형 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템에 관한 것으로, 그 목적은 급탕온수의 생산을 위해 사용된 가열온수를 각 세대나 각 층에 마련된 온수분배기 등을 통하거나 직접 바닥코일로 순환시켜 공급온수의 사용 효율을 높이고, 난방온수가 메인 열교환기로 순환되는 과정에서 손실되는 방열열량을 최소화시키면서 난방에 활용하여 에너지의 절감이 가능한 에너지 절약형 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템을 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명의 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템은 열생산시설로부터 온수 또는 중온수 또는 스팀 중 어느 하나의 열원을 공급받아 열교환을 통해 난방온수를 생산하는 메인 열교환기; 상기 메인 열교환기에서 생산된 난방온수를 각 세대 및 각 층에 공급하고 회수될 수 있도록 난방온수를 순환시키는 순환펌프; 각 세대 또는 각 층에 설치되며, 상기 메인 열교환기로부터 공급되는 난방온수와 급탕용수의 열교환을 통해 급탕온수를 생산하는 급탕 열교환기; 및 각 세대 또는 각 층에 설치되며, 상기 메인 열교환기로부터 난방온수를 직접 공급받거나 또는 상기 급탕 열교환기에서 급탕온수의 생산을 위해 사용된 난방온수를 공급받아 각 세대 또는 각 층에 마련된 바닥코일로 순환시키는 온수분배기를 구비하는 것으로 구성된다.

Description

에너지 절약형 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템{The central heating and hot water supply systems for saving energy}
본 발명은 중대형 보일러의 스팀이나 고온수와 같은 열원 또는 태양열과 같이 자연에서 얻어지는 열원 또는 발전폐열 또는 보일러로부터 얻어지는 열원을 공급받아 열교환을 통해 온수를 생산하고, 이를 중앙공급 방식에 의하여 중소단지의 건물에서부터 대단지의 건물에 공급하는 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템에 관한 것으로, 특히 기계실로부터 각 세대로 연결되는 급탕공급배관을 없애 각 세대로 급탕온수를 공급하기 위한 배관설비를 간소화하고, 급탕온수의 생산을 위해 사용된 난방온수를 각 세대나 층 바닥에 설치된 바닥코일로 순환시켜 난방 및 급탕을 위해 사용되는 에너지를 절감할 수 있도록 한 에너지 절약형 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템에 관한 것이다.
최근의 대단지 아파트나 중대규모 빌딩은 개별난방과 개별 급탕 공급 방식이 아닌 단지 전체를 위한 공동의 난방시설을 설치하여 공동의 배관망을 통하여 각 세대 혹은 각 층에 난방온수를 공급하고 있으며, 급탕은 공급된 온수와 급수의 열교환을 통하여 급수를 필요로 하는 적절한 온도로 가열한 이후 배관망을 통하여 각 세대 혹은 각 층에 공급하는 중앙공급방식으로 시스템이 구축 되고 있다.
이러한 중앙공급방식은 많은 수요처를 비교적 효율이 높은 열원기기를 사용하고 전문적 기술을 갖춘 관리자로 하여 관리토록 함으로써, 개별방식에 비하여 기기의 경년에 따른 효율감소에 적극 대응이 가능하고, 동시 사용률 적용으로 전체 기기용량을 축소하고 화력 등을 한곳에 모아 화재와 같은 응급상황에 대응이 용이한 장점을 갖고 있다.
그러나 중앙공급방식은 공급에 따른 시설면적이 증가하고, 시설비의 규모가 개별방식에 비하여 커지며, 배관설비 비용의 증가 그리고 유지보수비용 및 시설 운영비 발생으로 민원 발생 여지가 많다.
도 1은 종래 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템의 구조도를 도시하고 있다.
중앙집중식 난방 및 급탕 시스템은 열생산시설(10)에서 생산된 온수, 중온수, 스팀과 같은 열원이 아파트나 빌딩과 같은 건축물에 마련된 기계실(20)로 공급되고, 기계실로 공급된 열원은 난방용 열교환기(30)와 급탕용 열교환기(40)로 공급되어 난방온수와 급탕온수가 생산되며, 생산된 난방온수와 급탕온수가 각 세대로 공급되는 방식으로 이루어져 있다.
한편 기계실(20)에는 난방열교환기(30)와 급탕 열교환기(40) 외에도 급수펌프(50)와 난방순환펌프(31) 및 급탕순환펌프(41) 등의 설비가 구비되며, 기계실에서 생산된 난방온수와 급탕온수는 기계실 배관 및 공동구 배관 그리고 각 건축물에 마련된 횡주관과 입상주관을 거쳐 각 세대로 공급된다.
그러나 상기와 같은 종래의 시스템은 기계실에서 생산된 급탕온수가 각 세대로 공급됨에 있어서, 기계실 배관과 공동구 배관, 그리고 지하 횡주용 배관과 입상 배관을 통하여 먼 거리를 유동해야만 함으로써 배관을 통한 열손실이 크고(통상 전체 급탕공급에너지의 10~30%까지 손실되는 것으로 확인되고 있음), 유체 이송을 위한 전력소모가 크며, 기계실과 각 세대를 연결하기 위한 배관설비비용이 많이 소요되어 건축공사비 상승의 원인이 되고, 중대형 열교환기의 설치와 배관설비로 인하여 기계실, 공동구, 지하가, 입상용 PIPE DUCT 공간 확보로 인하여 건축물의 유효공간이 축소되는 문제점을 가지고 있다.
한편 한국 공개특허공보 제2010-0118473호에는 공동 주택 및 건물의 통합배관 시스템이 개시되어 있다.
도 2는 상기 통합배관 시스템의 구조도를 도시하고 있다.
개시된 공동 주택 및 건물의 통합배관 시스템은 중앙집중난방방식에 있어서, 열생산시설에서 생산된 고온수와 열교환된 가열수를 열공급대상의 공동주택의 각 세대별 또는 건물의 각 층별로 공급하는 통합 열교환기(110)와; 상기 통합 열교환기(110)에서 열교환된 가열수를 공급하는 통합 공급 배관(120)과; 상기 통합 공급 배관(120)과 연결되어 가열수를 회수하는 통합 회수 배관(130)과; 공동주택의 각 세대별 또는 건물의 각 층별로 설치되고 상기 통합 공급 배관(120)과 분기 연결되어 가열수를 공급하는 공급 배관(140)과; 공동주택의 각 세대별 또는 건물의 각 층별로 설치되고 상기 통합 회수 배관(130)과 분기 연결되어 가열수를 회수하는 회수 배관(150)과; 상기 공급 배관(140)과 분기되어 가열수를 공급하는 급탕 공급 배관(160)과; 상기 회수 배관(150)과 분기되어 열교환이 이루어진 가열수를 회수하는 급탕 회수 배관(170)과; 상기 급탕 공급 배관(160)과 급탕 회수 배관(170) 및 급수관(101)이 각각 연결되어 상기 급탕 공급 배관을 통해 전달되는 가열수와 상기 급수관을 통해 공급되는 냉수를 열교환하여 급탕수를 공급하고, 냉수와 열교환된 가열수를 상기 급탕 회수 배관으로 배출하는 급탕 열교환기(180); 및 상기 공급 배관과 급탕 공급 배관으로 공급되는 가열수 유량을 제어하는 냉·난방 조절기(200)로 이루어져 있다.
상기와 같은 공동 주택 및 건물의 통합배관 시스템은 난방과 급탕 겸용의 통합 배관을 이용함으로써, 건축비, 설비 시공비, 설비 관리 및 유지 보수비용을 감소시킬 수 있는 이점을 갖고 있다.
그러나 상기와 같은 통합배관 시스템은 난방과 급탕의 합산 유량을 통합 공급 배관을 통해 공급해주어야만 하므로, 난방과 급탕에서 요구되는 유량을 충분히 유동시킬 수 있는 큰 용량의 펌프가 사용되어야 하고, 배관의 직경 또한 커져야만 하는 단점과 급탕가열을 위한 많은 열원을 온도가 낮은 저온수로 이송하여 국소적으로 말단부에서 가열하여야 하는 이유로 이송된 온수가 가지고 있는 열용량을 효율적으로 방열시키지 못하면 개선의 효과는 미미한 수준에 그칠 위험성이 있거나 도리어 과대한 시설용량 확보 등으로 인한 불합리한 에너지 손실을 초래할 수 있다.
즉, 상기 공동 주택 및 건물에서의 통합배관 시스템은 난방 이후 혹은 열교환기를 통하여 급탕을 생산한 이후 통합 열교환기로 가열수를 환수하는 과정에서 비교적 높은 온도로 가열수를 환수시킴으로써, 배관내외부의 큰 온도차에 의해 다량의 열손실이 발생되는 등 에너지 절감에 제한된 문제점을 갖고 있는 것은 물론 통합배관으로써 급탕과 난방을 별도 구분 가열하게 함으로써 많은 열용량의 유량이 세대 혹은 각 층에서 필요하게 되고 이를 만족하기 위해 보내진 많은 유량은 급탕과 난방이 동시에 최대부하로 걸리지 않는 시기, 특히 급탕수요가 감소되거나 발생치 않은 순간에 공급된 여유열량 혹은 유량으로 제반문제가 발생 할 수 있어 이에 대응할 시스템이 요구되는 것이나, 이를 제어할 방법이 특정되지 않아 과량의 순환수에 의한 바닥에 매설된 난방배관 내에서의 유속 증가로 바닥소음 발생과 아울러 바닥 복사난방의 전열효율 감소가 예견되는 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 급탕온수의 생산을 위해 사용된 가열온수를 각 세대나 각 층에 마련된 온수분배기 등을 통하거나 직접 바닥코일로 순환시켜 공급온수의 사용 효율을 높이고, 난방온수가 메인 열교환기로 순환되는 과정에서 손실되는 방열열량을 최소화 시키면서 난방에 활용하여 에너지의 절감이 가능한 에너지 절약형 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 각 세대별 또는 각 층별 요구온도에 맞추어 급탕온수의 공급이 가능하게 하여 급탕온수의 요구온도가 다른 환경에서도 균일하게 온수공급을 하는 기존 방식에서의 에너지 과소비 형태를 개선하여 에너지 절약과 급탕사용 환경의 개선을 가능하게 한 에너지 절약형 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 급탕온수의 사용 시 사용자에 의해 설정된 온도의 급탕이 바로 공급되게 함으로써, 초기 사용되지 않고 버려지는 미온수나 찬물의 양을 줄이거나 없게 함으로써 수자원의 낭비를 방지할 수 있는 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 급탕공급이 간헐적이라는 점을 착안하여 급탕가열시 난방을 일시적으로 중단토록 제어하거나, 급탕가열 이후의 배출된 온수를 재이용하여 난방에 활용케 함으로써 급탕과 난방 중 최대부하에 해당하는 열용량만을 통합배관으로 공급 가능하게 하여 난방 및 급탕 가열용 통합온수공급 메인배관에 공급하는 가열온수의 공급량을 대폭 줄이고 설치배관의 규격을 줄여 배관 시공비를 절감하며 전열면적을 축소하여 방열손실열량을 줄이면서, 이송되는 유량을 줄여 펌프의 운전비용을 줄이는 에너지 절약형 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 난방온수를 순환시키는 난방순환펌프의 운전제어를 통하여 요구되는 난방 및 급탕 부하량에 따라 가변적으로 유량을 제어함으로써, 에너지 비용을 줄일 수 있는 에너지 절약형 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명의 에너지 절약형 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템은 열생산시설로부터 온수 또는 중온수 또는 스팀 중 어느 하나의 열원을 공급받아 열교환을 통해 난방온수를 생산하는 메인 열교환기; 상기 메인 열교환기에서 생산된 난방온수를 각 세대 및 각 층으로 공급하고 회수할 수 있도록 난방온수를 순환시키는 순환펌프; 각 세대 또는 각 층에 설치되며, 상기 메인 열교환기로부터 공급되는 난방온수와 급탕용수의 열교환을 통해 급탕온수를 생산하고, 급탕온수의 가열된 사용된 난방온수를 각 세대 또는 각 층에 설치된 온수분배기로 공급하여 바닥코일로 순환되게 하거나 또는 직접 바닥코일로 공급하여 순환시킴으로써 난방수로 사용토록 하는 급탕 열교환기; 상기 메인 열교환기로부터 연장되어 생산된 난방온수를 공급하는 통합온수공급 메인배관; 상기 메인 열교환기로부터 연장되어 사용된 난방온수의 회수가 이루어지는 통합온수회수 메인배관; 상기 통합온수공급 메인배관과 온수분배기의 공급측을 연결하는 난방온수 공급관; 상기 통합온수회수 메인배관과 온수분배기의 회수측을 연결하는 난방온수 회수관; 상기 난방온수 공급관으로부터 분기되어 상기 급탕 열교환기에 연결되는 급탕용 난방온수 공급관; 상기 난방온수 공급관에 설치되어 난방온수 공급관의 유로를 제어하는 제1 밸브; 상기 급탕용 난방온수 공급관에 설치되어 급탕용 난방온수 공급관의 유로를 제어하는 제2 밸브; 상기 제1 밸브와 제2 밸브를 제어하여 난방온수 공급관을 통해 공급되는 난방온수가 급탕사용여부에 따라 온수분배기 또는 급탕 열교환기로 공급되게 하는 제어기; 상기 난방온수 공급관과 난방온수 회수관을 연결하여 급탕 열교환기로부터 온수분배기로 공급되는 난방온수 중 일부를 난방온수 회수관으로 반환하는 바이패스관; 및 상기 급탕 열교환기로부터 배출되는 난방온수를 온수분배기와 바이패스관으로 소정 비율로 분배하는 관로제어유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
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이때 상기 관로제어유닛은 난방온수 공급관과 바이패스관의 연결부에 설치되어 제어기에 설정된 값에 따라 난방온수를 난방온수 공급관과 바이패스관으로 분배하는 비례제어 3웨이 밸브로 구성될 수 있다.
이와 같이 관로제어유닛이 비례제어 3웨이 밸브로 구성되는 경우, 상기 제1 밸브는 설정된 값에 대응하는 유량의 난방온수가 난방온수 공급관을 통해 유동하도록 제어함과 더불어 난방온수 공급관의 유로를 개폐하는 정유량 온/오프 밸브로 구성되고, 상기 제2 밸브는 설정된 값에 대응하는 유량의 난방온수가 난방온수 공급관을 통해 유동하도록 제어함과 더불어 급탕용 난방온수 공급관의 유로를 개폐하는 정유량 온/오프 밸브로 구성된다.
한편 상기 관로제어유닛은 상기 난방온수 공급관의 말단에 설치되어 설정된 값에 대응하는 유량의 난방온수가 온수분배기로 공급되게 하는 정유량 밸브; 및 상기 바이패스관에 설치되어 설정된 값에 대응하는 유량의 난방온수가 바이패스관을 통해 배출되게 함과 더불어 바이패스관의 유로를 개폐하는 제3 정유량 온/오프 밸브로 구성될 수도 있다.
이와 같이 관로제어유닛이 정유량 밸브와 제3 정유량 온/오프 밸브로 구성되는 경우, 상기 제1 밸브는 난방온수 공급관의 유로를 개폐하는 온/오프 밸브로 구성되고, 상기 제2 밸브는 설정된 값에 대응하는 유량의 난방온수가 난방온수 공급관을 통해 유동하도록 제어함과 더불어 급탕용 난방온수 공급관의 유로를 개폐하는 정유량 온/오프 밸브로 구성된다.
한편 급수펌프로부터 연장되는 급수관으로부터 분기되어 상기 급탕 열교환기로 연결되는 급탕용수관에 설치되고, 사용수전의 개방 시 유체의 흐름을 감지하여 난방온수 공급관으로 통해 공급되는 모든 난방온수가 급탕 열교환기로 공급될 수 있도록 제1 밸브 및 제2 밸브를 제어하는 신호를 발생시키는 플로우 스위치가 더 포함될 수 있다.
또한 상기 급탕 열교환기로부터 사용수전으로 연결되는 급탕배관의 말단과 급탕 열교환기로 연결되는 급탕용수관을 연결하여 급탕온수의 순환이 이루어지게 하는 환수배관; 상기 환수배관 또는 급탕용수관의 말단에 설치되어 배관 내의 급탕온수를 순환시키는 급탕순환펌프; 상기 급탕배관 또는 환수배관에 설치되어 급탕온수의 온도를 검출하는 온도센서; 및 사용자로부터 요구되는 급탕온수의 온도값을 입력받고, 사용자에 의해 입력된 설정 온도값과 상기 온도센서에서 검출되는 검출 온도값을 비교하여 설정 온도값 보다 검출 온도값이 작을 경우 급탕순환펌프를 구동하고 제1,2 밸브를 제어하여 난방온수가 급탕 열교환기로 공급되게 함으로써 급탕온수의 재가열이 이루어지게 하는 온도제어 회로유닛이 더 포함될 수 있다.
한편 각 세대 또는 층에서 요구되는 난방온수의 양의 변환에 유동적으로 대응할 수 있도록 상기 순환펌프는 다수 개로 구성되고, 상기 제어기는 순환펌프에 의한 난방온수 순환 유량을 세대 또는 각 층의 요구 열량 변화에 따라 가변적으로 제어하도록 순환펌프 대수제어기능을 갖는 것이 바람직하다.
또는 상기 순환펌프는 하나로 구성되고, 상기 제어기는 순환펌프에 의한 난방온수 순환 유량을 세대 또는 각 층의 요구 열량 변환에 따라 가변적으로 제어하기 위한 순환펌프 인버터제어기능을 갖도록 구성될 수 있다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 의하면, 급탕 열교환기를 거치며 1차로 방열하여 급탕온수를 가열하는데 사용된 난방온수가 순환펌프의 힘에 의하여 메인 열교환기로 그대로 반환되지 않고 각 세대 또는 각 층에 설치된 온수분배기 혹은 직접 바닥코일로 2차 순환시켜 난방수로 사용함으로써 공급되는 난방온수의 사용 효율을 높이고, 난방온수가 메인 열교환기로 순환되는 과정에서 손실되는 방열열량을 최소화시키면서 난방에 활용하여 에너지의 절감이 가능하게 되었다.
또한 상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 의하면, 각 세대별 개별 요구온도에 의한 급탕온수의 공급이 가능하게 하여 급탕사용 환경을 개선하는 것과 세대별 요구온도가 다른 급탕요구 환경에도 균일한 온수공급을 하는 기존 방식에서의 에너지 과소비 형태를 개선할 수 있게 되었다.
또한 상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 의하면, 급탕온수의 사용 시 사용자에 의해 설정된 온도의 급탕이 바로 공급되게 함으로써, 초기 사용되지 않고 버려지는 미온수나 찬물의 량을 줄이거나 없게 함으로써 수자원의 낭비를 방지할 수 있게 되었다.
또한 상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 의하면, 급탕공급이 간헐적이라는 점을 착안하여 급탕가열시 난방을 일시적으로 중단토록 제어하거나, 급탕가열 이후의 배출된 온수를 재이용하여 난방에 활용케 함으로써 급탕과 난방 중 최대부하에 해당하는 열용량만을 통합배관으로 공급 가능하게 하여 난방 및 급탕 가열용 통합온수공급 메인배관에 공급하는 가열온수의 공급량을 대폭 줄이고 설치배관의 규격을 줄여 배관 시공비를 절감하며 전열면적을 축소하여 방열손실열량을 줄이면서, 이송되는 유량을 줄여 펌프의 운전비용을 줄이게 되었다.
또한 상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 의하면, 난방 및 급탕 가열용 통합온수공급 배관에 공급되는 난방수의 공급용 순환펌프의 운전제어를 통하여 요구되는 난방 및 급탕 부하량에 따라 가변적으로 유량을 제어함으로써 에너지 비용을 줄이게 되었다.
도 1 은 종래 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템의 구조도,
도 2 는 종래 통합배관 시스템의 구조도,
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템의 구조도,
도 4 는 본 발명에 따른 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템의 요부구조를 상세하게 나타낸 구조도,
도 5 는 비례제어 3웨이 밸브를 활용하여 순간가열방식에 의해 급탕온수를 생산하는 난방 및 급탕 시스템의 구조를 나타낸 구조도,
도 6 은 비례제어 3웨이 밸브를 활용하여 재가열방식에 의해 급탕온수를 생산하는 난방 및 급탕 시스템의 구조를 나타낸 구조도,
도 7 은 순환펌프의 대수제어 개념도,
도 8 은 순환펌프의 회전수제어 개념도,
도 9 는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템의 구조도,
도 10 은 도 9에 도시된 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템의 요부구조를 상세하게 나타낸 구조도,
도 11 은 정유량 밸브와 정유량 온/오프 밸브를 관로제어유닛을 사용하는 순간가열방식의 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템의 구조도,
도 12 는 정유량 밸브와 정유량 온/오프 밸브를 관로제어유닛을 사용하는 재가열방식의 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템의 구조도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템의 구조도를, 도 4는 본 발명에 따른 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템의 요부구조를 상세하게 나타낸 구조도를 도시하고 있다.
본 발명의 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템은 각 세대 또는 각 층의 난방을 위해 공급되는 난방온수를 이용하여 각 세대 또는 각 층 별로 급탕온수를 생산함에 있어서, 급탕온수를 생산하기 위해 급탕 열교환기에서 1차로 방열된 난방온수를 각 세대 또는 각 층의 온수분배기 또는 바닥에 마련된 바닥코일로 직접 순환시켜 급탕온수의 생산을 위해 사용된 난방온수가 메인 열교환기로 그대로 반환되는 과정에서 발생되는 손실 열량을 최소화시키고 여열을 난방에 효율적으로 재활용할 수 있도록 한 것이다.
이를 위한 본 발명의 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템은 메인 열교환기(110)와, 순환펌프(120)와, 급탕 열교환기(130)를 구비하는 것으로 구성된다.
이때 상기 메인 열교환기(110)는 중대형 공용의 중앙보일러, 발전소 폐열 등의 열생산시설(H)에서 생산되는 온수 또는 중온수 또는 스팀 중 어느 하나의 열원을 제공받아 열교환을 통해 난방온수를 생산하게 된다.
상기 순환펌프(120)는 메인 열교환기(110)에서 생산된 난방온수를 각 세대 및 각 층으로 공급하고 회수할 수 있도록 난방온수를 순환시키는 것이다. 이러한 순환펌프(120)는 하나 또는 다수 개로 구성될 수 있다.
상기 급탕 열교환기(130)는 각 세대별로 급탕 생산구조를 마련하고자 할 경우 각 세대마다 설치되고, 각 층별로 급탕 생산구조를 마련하고자 할 경우 각 층마다 설치된다. 이러한 급탕 열교환기(130)는 메인 열교환기(110)로부터 공급되는 난방온수와 급수의 열교환을 통해 급탕온수를 생산하고, 급탕온수의 가열에 사용되어 1차 방열된 난방온수는 각 세대 또는 각 층에 설치된 온수분배기(220)로 공급하여 각 세대나 각 층에 마련된 바닥코일로 순환시키거나 또는 각 세대나 각 층에 마련된 바닥코일로 직접 공급하여 순환시킴으로써 1차 방열된 난방온수를 난방수로 재활용하도록 구성된다. 이처럼 급탕온수의 생산을 위해 1차 방열된 난방온수를 바닥코일로 순환시켜 난방온수가 갖는 여열을 난방에 사용함으로써, 난방온수의 사용 효율을 높이고, 1차 방열된 난방온수가 메인 열교환기(110)로 그대로 반환되는 과정에서 손실되는 방열열량을 최소화시켜 에너지의 절감이 가능하게 된다.
한편 급탕 열교환기(130)에서 생산된 급탕온수는 급탕배관(270)을 통하여 사용수전(260)으로 공급되며, 급탕 열교환기(130)는 급수펌프(230)로부터 연장되어 사용수전(260)으로 연결되는 급수관(240)으로부터 분기된 급탕용수관(250)과 연결되어 급탕용수를 공급받게 된다. 이러한 급탕 열교환기(130)는 판형 열교환기 또는 스파이럴형 열교환기 또는 쉘&튜브(Shell & tube)형 열교환기 중 어느 하나의 열교환기가 사용될 수 있으며, 이중 부피가 작고 우수한 열효율을 갖는 판형 열교환기를 이용하여 급탕 열교환기를 구성하는 것이 바람직하다. 여기서 상기와 같은 열교환기들은 주지 관용된 기술이므로 열교환기의 구조에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
한편 상기 메인 열교환기(110)와 급탕 열교환기(130) 및 온수분배기(220)를 연결하여 난방온수의 적절한 순환 및 제어가 이루어지도록 하기 위한 통합온수공급 메인배관(140)과, 통합온수회수 메인배관(150)과, 난방온수 공급관(160)과, 난방온수 회수관(170)과, 급탕용 난방온수 공급관(180)과, 제1 밸브(190)와, 제2 밸브(200)와, 제어기(210)가 구비된다.
상기 통합온수공급 메인배관(140)은 메인 열교환기(110)로부터 연장되게 설치되어 메인 열교환기(110)에서 생산된 난방온수가 공급되는 유로를 제공하게 된다.
상기 통합온수회수 메인배관(150)은 메인 열교환기(110)와 연결되게 설치되어 난방이나 급탕을 위해 사용된 난방온수가 메인 열교환기(110)로 회수되는 유로를 제공하는 것이다. 이러한 통합온수회수 메인배관(150)에는 하나 또는 다수 개의 순환펌프(120)가 설치된다.
상기 난방온수 공급관(160)은 각 세대 혹은 각 층에 설치되며, 통합온수공급 메인배관(140)과 온수분배기(220)의 공급측(221)을 연결하도록 구성된다.
상기 난방온수 회수관(170)은 각 세대 혹은 각 층에 설치되며, 통합온수회수 메인배관(150)과 온수분배기(220)의 회수측(222)을 연결하도록 구성된다.
상기 급탕용 난방온수 공급관(180)은 난방온수 공급관(160)으로부터 분기되어 급탕 열교환기(130)에 연결되게 설치되어 난방온수 공급관(160)을 통해 공급되는 난방온수가 급탕 열교환기(130)로 공급되는 유로를 제공하도록 구성된다.
상기 제1 밸브(190)는 난방온수 공급관(160)에 설치되어 난방온수 공급관(160)의 유로를 제어하는 것이고, 상기 제2 밸브(200)는 급탕용 난방온수 공급관(180)에 설치되어 급탕용 난방온수 공급관(180)의 유로를 제어하는 것이다.
상기 제어기(210)는 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템을 제어하는 것으로, 제1 밸브(190)와 제2 밸브(200)를 제어하여 난방온수 공급관(160)을 통해 공급되는 난방온수가 온수분배기(220)나 급탕 열교환기(130) 중 어느 하나의 장치로 공급되게 난방온수의 공급방향을 제어하는 기능을 갖는다.
한편 급탕은 난방에 비해 많은 양의 온수사용이 요구된다. 따라서 급탕온수의 생산을 위해 사용된 난방온수를 그대로 온수분배기(220)나 바닥코일로 공급하여 난방을 위해 사용할 경우, 과도한 양의 난방온수 공급으로 난방용 배관에 무리를 줄 수 있으므로, 급탕온수의 생산을 위해 사용된 난방온수 중 잉여 유량을 난방온수 회수관(170)으로 반환하도록 난방온수 공급관(160)과 난방온수 회수관(170)을 연결하는 바이패스관(280)과, 상기 온수분배기(220)와 바이패스관(280)으로 공급되는 난방온수를 소정 비율로 분배하는 관로제어유닛(290)이 더 포함되는 것이 바람직하다.
이때 상기 관로제어유닛(290)은 공지의 비례제어 3방향 밸브로 구성될 수 있다.
상기 비례제어 3방향 밸브는 주지 관용된 바와 같이, 어느 한 포트를 통해 유입되는 유체를 설정값에 따라 나머지 두 포트를 통해 일정 비율로 분배하여 배출하는 것으로, 제어기(210)에 설정된 값에 따라 온수분배기(또는 바닥코일)와 바이패스관(280)으로 난방온수를 소정 비율로 분배하여 배출하게 된다.
따라서 급탕온수의 생산을 위해 1차 방열된 난방온수가 공급될 경우, 온수분배기(220)나 바닥코일로는 항상 일정량의 난방온수를 공급되고, 이때 발생되는 잉여 유량의 난방온수는 바이패스관(280)을 통하여 난방온수 회수관(170)으로 반환된다.
상기와 같이 관로제어유닛(290)이 비례제어 3방향 밸브로 구성되는 경우, 상기 제1 밸브(190)는 설정된 값에 대응하는 유량의 난방온수가 난방온수 공급관(160)을 통해 유동하도록 유로를 제어함과 더불어 난방온수 공급관(160)의 유로를 개폐하는 정유량 온/오프 밸브로 구성되고, 상기 제2 밸브(200)도 설정된 값에 대응하는 유량의 난방온수가 급탕용 난방온수 공급관(180)을 통해 유동하도록 유로를 제공함과 더불어 급탕용 난방온수 공급관(180)의 유로를 개폐하는 정유량 온/오프 밸브로 구성된다.
도 5는 비례제어 3웨이 밸브를 활용하여 순간가열방식에 의해 급탕온수를 생산하는 난방 및 급탕 시스템의 구조를 나타낸 구조도를 도시하고 있다.
상기 급탕 열교환기(130)로 연결되는 급탕용수관(250)에 플로우 스위치(300)를 설치하고, 상기 플로우 스위치(300)에서 발생되는 신호에 기초하여 제어기(210)가 제1,2 밸브(190,200)를 제어하도록 함으로써, 순간가열방식의 급탕 시스템을 구현할 수 있다.
보다 구체적으로, 급탕용수관(250)에 설치된 플로우 스위치(300)는 사용수전(260)의 조작에 의해 발생되는 급탕용수의 흐름을 감지하여 신호를 발생하게 되고, 플로우 스위치(300)에서 발생된 신호는 제어기(210)로 전달되며, 제어기(210)는 급탕용수의 생산을 위한 난방온수가 급탕 열교환기(130)로 공급되도록 하기 위하여 제1 밸브(190)를 제어하여 난방온수 공급관(160)의 유로를 차단하고, 제2 밸브(200)를 제어하여 급탕용 난방온수 공급관(180)의 유로를 개방시키게 된다.
물론 사용수전(260)의 폐쇄에 의해 급탕용수의 흐름이 멈춰진 경우, 제어기(210)는 제1 밸브(190)를 제어하여 난방온수 공급관(160)의 유로를 개방시키고, 제2 밸브(200)를 제어하여 급탕용 난방온수 공급관(180)의 유로를 차단하게 된다.
이와 같은 순간가열방식의 급탕 시스템은 사용수전(260)을 사용하지 않을 때는 난방온수가 급탕 열교환기(130)로 순환되지 않게 함으로써, 불필요한 에너지 손실을 줄일 수 있는 이점이 있다.
도 6은 비례제어 3웨이 밸브를 활용하여 재가열방식에 의해 급탕온수를 생산하는 난방 및 급탕 시스템의 구조를 나타낸 구조도를 도시하고 있다.
급탕배관(270) 내의 급탕온수를 급탕 열교환기(130)로 순환시켜 재가열함으로써 급탕온수의 온도를 일정 온도로 일정하게 유지시킬 수 있다. 사용수전(260)의 개방 초기 미온수 또는 냉수를 그대로 방출할 경우, 미온수 또는 냉수는 사용되지 않고 그대로 버려지게 되므로 수자원의 낭비를 초래하게 된다. 따라서 급탕배관(270) 내의 급탕온수의 온도를 급탕사용여부에 상관없이 항상 일정하게 유지시킨다면, 사용수전(260)의 초기단계에서부터 따뜻한 급탕온수를 제공할 수 있게 되므로 수자원의 낭비를 방지할 수 있게 된다.
이를 위하여 환수배관(311)과, 급탕순환펌프(312)와, 온도센서(313)와, 온도제어 회로유닛(314)이 더 포함된다.
상기 환수배관(311)은 급탕배관(270)의 말단과 급탕용수관(250)을 연결하도록 설치되어 급탕온수의 순환을 위한 유로를 형성하게 된다.
상기 급탕순환펌프(312)는 환수배관(311) 또는 급탕용수관(250)의 말단에 설치되어 급탕온수를 순환시키는 것이다. 한편 도 6에는 급탕용수관(250)의 말단에 급탕순환펌프(312)가 설치된 구조가 도시되어 있다.
상기 온도센서(313)는 환수배관(311) 또는 급탕용수관(250)의 말단에 설치되어 급탕온수의 온도를 검출하는 것이다. 한편 도 6에는 급탕용수관(250)의 말단에 온도센서(313)가 설치된 구조가 도시되어 있다.
상기 온도제어 회로유닛(314)은 사용자로부터 요구되는 급탕온수의 온도값을 입력받고, 사용자에 의해 입력된 설정 온도값과, 상기 온도센서(313)로부터 검출되는 검출 온도값을 바탕으로 급탕순환펌프(312)와 제1,2 밸브(190,200)를 제어하여 급탕온수의 재가열이 이루어지도록 하는 것이다.
보다 구체적으로, 상기 온도제어 회로유닛(314)은 설정 온도값 보다 검출 온도값이 작을 경우, 난방온수의 재가열을 위하여 급탕순환펌프(312)를 구동하고, 제1 밸브(190)를 제어하여 난방온수 공급관(160)의 유로를 차단하며, 제2 밸브(200)를 제어하여 급탕용 난방온수 공급관(180)의 유로를 개방하여 난방온수가 급탕 열교환기(130)로 공급되도록 제어하게 된다. 물론 설정 온도값이 검출 온도값과 같거나 클 경우 불필요한 에너지의 소모를 방지하기 위하여 급탕순환펌프(312)의 구동을 정지시키고, 급탕 열교환기(130)로의 난방온수 유입을 차단하게 된다.
이와 같은 온도제어 회로유닛(314)은 제어기(210)에 포함된다.
상기와 같이 사용자로부터 난방온수의 온도를 입력받고, 배관(급탕배관, 환수배관) 내의 급탕온수가 입력된 온도를 유지하도록 재가열시키는 구조에 의하여 수자원의 낭비를 방지함과 더불어 각 세대별 또는 각 층별 급탕온수의 개별 온도조절이 가능하며, 이로 인해 보다 쾌적한 급탕사용환경을 제공할 수 있게 된다.
한편 도면부호 315는 플로우 스위치로써, 사용수전(260)의 개방으로 인해 급탕온수가 배출되고 급탕용수의 공급이 이루어질 경우, 급탕용수의 흐름을 감지하여 신호를 발생시키고, 이러한 신호를 바탕으로 제어기(210)가 제1,2 밸브(190,200)를 제어하여 난방온수가 급탕 열교환기(130)로 공급되게 하는 것이다.
한편 온수분배기(220)로부터 메인 열교환기(110)로 연장되는 난방온수 회수관(170)에는 난방 및 급탕을 위해 사용된 난방온수의 열량을 검출하기 위한 열량계(320)가 설치되며, 이처럼 설치된 열량계(320)는 난방을 위해 사용된 열량과 급탕을 위해 사용된 열량을 함께 적산하게 되며, 이를 바탕으로 난방온수의 사용량에 대한 요금을 부가하게 됨으로써, 기존 중앙집중식 급탕 시스템에서 급탕을 사용유량으로 측정함으로써 발생되는 민원을 제거할 수 있게 된다.
즉, 기존의 난방과 급탕 시스템의 경우, 난방사용 열량은 열량계 혹은 유량계로 요금을 부과하는데 반하여 급탕사용량은 사용열량이 아닌 사용 유량을 온수메타기로 검침하여 요금을 부과함으로써 사용자가 급탕공급시기가 아닌 시기 혹은 배관내 온수 흐름의 정체로 냉각 방열된 급탕이 존재할 경우 인지하지 못하고 수전을 개방하면, 미온수가 메타기에서 사용량으로 적산됨으로써 민원이 제기될 수 있으나 본 발명은 급탕사용량을 기존의 난방용 열량계(320)로 단일 검침이 되도록 하여 민원발생을 원천적으로 방지하고, 에너지 절약과 물소비감소를 유도할 수 있게 된다.
도 7은 순환펌프의 대수제어 개념도를, 도 8은 순환펌프의 회전수제어 개념도를 도시하고 있다.
난방과 급탕을 위해 요구되는 난방온수의 양은 서로 다르다. 이러한 경우 급탕에 맞추어 난방온수의 공급량을 설정하게 되면, 난방 시스템을 구성하는 배관에 부하가 가중되어 배관의 손상을 촉진시킬 뿐만 아니라 불필요한 에너지의 소모가 발생되므로 바람직하지 못하고, 반대로 난방에 맞추어 난방온수의 공급량을 설정하게 되면, 급탕온수를 충분히 가열하지 못하게 되는 문제점이 발생하게 된다.
위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 순환펌프(120)의 대수제어나 인버터제어가 도입될 수 있다.
상기 대수제어는 펌프의 유량을 세분화하여 난방온수의 공급량을 제어할 수 있도록 순환펌프(120)가 다수 개로 구성되고, 제어기(210)에는 순환펌프(120)에 의한 난방온수 순환 유량을 세대 또는 각 층의 요구 열량 변환에 따라 가변적으로 제어하도록 순환펌프(120)의 사용 대수를 제어하는 순환펌프 대수제어기능이 구비된다.
상기와 같이 대수제어를 위하여 통합온수회수 메인배관(150)에는 관내 압력을 검출하기 위한 압력센서(151)가 설치되고, 상기 압력센서(151)에서 검출되는 압력값을 제어기(210)가 전달받아 대수제어를 수행하게 된다.
상기 인버터제어는 하나의 순환펌프(120)와, 제어기(210)에 구비되는 순환펌프(120) 인버터제어기(210)능에 의해 구현되며, 제어기(210)는 통합온수회수 메인배관(150)에 설치되는 압력센서(151)에서 검출되는 압력값에 따라 순환펌프(120) 모터의 주파수 변조를 통해 순환펌프(120)의 회전수를 제어하는 인버터 방식의 제어에 의해 수행된다.
상기와 같이 구성된 에너지 절약형 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템에 의한 난방과 급탕 과정에 대해 설명하도록 한다.
먼저 열생산시설(H)로부터 생산된 온수 또는 중온수 또는 스팀 중 어느 하나의 열원은 기계실 내에 마련된 메인 열교환기(110)로 공급되며, 이처럼 메인 열교환기(110)로 공급되는 열원에 의하여 난방온수가 생산되고, 생산된 난방온수는 통합온수공급 메인배관(140)과 난방온수 공급관(160)을 통해 각 세대 또는 각 층에 마련된 온수분배기(220)로 공급된다.
상기와 같이 난방온수가 온수분배기(220)로 공급되도록 하기 위하여 제1 밸브(190)는 난방온수 공급관(160)의 유로를 개방하고, 제2 밸브(200)는 급탕용 난방온수 공급관(180)의 유로를 차단하며, 비례제어 3방향 밸브는 바이패스관(280)으로 연결되는 유로를 차단하게 된다. 따라서 난방온수 공급관(160)을 통해 공급되는 난방온수는 온수분배기(220)로 유입되고, 온수분배기(220)의 설정상태에 따라 바닥코일로 공급되어 난방이 이루어지게 된다.
한편 비례제어 3방향 밸브의 사용 시, 상기 제1,2 밸브(190,200)는 정유량 온/오프 밸브로 구성되므로, 온수분배기(220)로는 제1 밸브(190)에 설정된 값에 대응하는 유량의 난방온수가 공급된다. 물론 급탕 열교환기(130)의 경우에도 제2 밸브(200)에 설정된 값에 대응하는 유량의 난방온수가 공급된다. 이처럼 제1,2 밸브(190,200)는 설정된 값에 대응하는 유량만을 유동시키게 되므로, 설정 값에 대응하는 유량 보다 많은 양의 난방온수가 순환펌프로부터 송출되면 통합온수공급 메인배관(140)이나 통합온수회수 메인배관(150) 내의 유체 압력이 상승하게 되며, 이러한 압력상승은 통합온수회수 메인배관(150)에 설치된 압력센서(151)에 의해 검출된다. 상기 압력센서(151)에서 검출된 압력값은 제어기(210)로 전달되며, 제어기(210)는 이를 바탕으로 순환펌프(120)의 대수제어나 인버터제어를 통하여 순환펌프(120)로부터 송출되는 난방온수의 부하를 적절하게 조절하게 된다.
한편 순간가열방식에 의해 급탕온수를 생산하는 난방 및 급탕 시스템(도 5 참조)에서는 급탕온수의 사용을 위해 사용자가 사용수전(260)을 개방시키게 되면, 플로우 스위치(300)는 급탕용수의 흐름을 감지하여 신호를 발생시키게 되고, 제어기(210)는 플로우 스위치(300)에서 발생되는 신호를 바탕으로 제1,2 밸브(190,200)를 제어하여 난방온수 공급관(160)의 유로를 차단하고, 급탕용 난방온수 공급관(180)의 유로를 개방하게 된다.
한편 재가열방식에 의해 급탕온수를 생산하는 난방 및 급탕 시스템(도 6 참조)에서는 급탕온수의 사용을 위해 사용자가 사용수전(260)을 개방시키거나 또는 급탕온수의 온도가 설정 온도값 보다 낮아진 경우, 제어기(210)는 제1,2 밸브(190,200)를 제어하여 난방온수 공급관(160)의 유로를 차단하고, 급탕용 난방온수 공급관(180)의 유로를 개방하게 된다.
상기와 같이 난방온수 공급관(160)의 유로가 차단되고, 급탕용 난방온수 공급관(180)의 유로가 개방되면, 난방온수는 급탕 열교환기(130)로 공급되며, 급탕 열교환기(130)로 공급되는 난방온수와 급탕용수의 열교환에 의해 급탕용수가 가열되어 급탕온수의 생산이 이루어지게 되며, 생산된 급탕온수는 급탕배관(270)을 통해 사용수전(260)으로 공급된다.
한편 도 6과 같이 급탕온수가 순환되는 시스템에서는 가열된 급탕온수는 사용수전(260)을 통해 배출되거나 계속해서 순환하게 되며, 이러한 난방온수의 순환과 재가열을 통해 난방온수의 온도가 설정 온도값에 도달하게 되면, 온도제어 회로유닛(314)은 급탕순환펌프(312)를 정지시키고, 제1 밸브(190)를 이용하여 난방온수 공급관(160)의 유로를 개방하며, 제2 밸브(200)를 이용하여 급탕용 난방온수 공급관(180)의 유로를 차단시킴으로써, 난방온수가 다시 온수분배로 공급되도록 유로를 제어하게 된다.
한편 급탕 열교환기(130)로 공급되어 급탕용수와 열교환을 마친 난방온수는 온수분배기(220)로 유입되거나 또는 온수분배기(220)를 거치지 않고 직접 바닥코일로 유입되며, 이러한 1차 방열된 난방온수의 유동과정에서 잉여 유량은 비례제어 3방향 밸브에 의하여 바이패스관(280)으로 유입된다.
상술한 바와 같인 본 발명의 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템은 급탕 열교환기(130)를 거쳐 1차 방열된 약 40~45℃의 난방온수를 각 세대 또는 각 층에 구비된 바닥코일에 순환시킨 뒤 메인 열교환기(110)로 순환시킴으로써, 난방온수가 메인 열교환기(110)로 반환되는 과정에서 배관 내외부의 온도차에 의해 발생되는 열손실을 최소화할 수 있고, 기존 배관 내외부의 온도차에 의해 발생되는 방열열량을 난방에 사용하게 되므로 에너지의 절감이 가능하게 되는 것이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템의 구조도를, 도 10은 도 9에 도시된 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템의 요부구조를 상세하게 나타낸 구조도를 도시하고 있다.
본 실시예에 따른 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템은 도 3 내지 도 8을 참조하여 설명된 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템과 동일하게 메인 열교환기(110)와 순환펌프(120) 및 급탕 열교환기(130)를 구비하는 것으로 구성되며, 관로제어유닛(290)이 정유량 밸브(291)와 제3 정유량 온/오프 밸브(292)로 구성되고, 제1 밸브(190)가 온/오프 밸브로 구성되며, 제2 밸브(200)가 정유량 온/오프 밸브로 구성된 점을 제외하면 나머지 구성은 도 3 내지 도 8을 참조하여 설명된 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템과 동일하다.
따라서 이하의 설명에서는 관로제어유닛(290)과 제1,2 밸브(190,200)를 중심으로 설명하도록 하며, 나머지 구성요소에 대한 설명은 생략하도록 한다.
본 실시예에 따른 관로제어유닛(290)은 앞서 설명된 바와 같이, 정유량 밸브(291)와 제3 정유량 온/오프 밸브(292)로 구성된다.
상기 정유량 밸브(291)는 난방온수 공급관(160)의 말단에 설치되어 설정된 값에 대응하는 유량의 난방온수가 온수분배기(220)로 공급될 수 있도록 난방온수 공급관(160)의 유로를 제어하게 된다.
상기 제3 정유량 온/오프 밸브(292)는 바이패스관(280)에 설치되어 설정된 값에 대응하는 유량의 난방온수가 바이패스관(280)을 통해 배출되게 함과 더불어 바이패스관(280)의 유로를 개폐하게 된다.
이와 같은 정유량 밸브(291)와 제3 정유량 온/오프 밸브(292)에 의하면, 메인 열교환기(110)로부터 직접 공급되는 난방온수 또는 급탕 열교환기(130)를 거쳐 1차 방열된 채로 공급되는 난방온수의 양에 상관없이 정유량 밸브(291)는 항상 일정량의 난방온수가 온수분배기(220)로 공급되도록 난방온수 공급관(160)의 유로를 제어하게 되고, 제3 정유량 온/오프 밸브(292)는 잉여 난방온수를 바이패스관(280)을 통해 배출시키게 된다.
상기와 같이 관로제어유닛(290)이 정유량 밸브(291)와 제2 정유량 온/오프 밸브로 구성되는 경우, 제1 밸브(190)는 유량의 제어가 요구되지 않으므로 난방온수 공급관(160)의 유로를 단순 개폐하는 온/오프 밸브로 구성되고, 제2 밸브(200)는 종전과 마찬가지로 정유량 온/오프 밸브로 구성된다.
본 실시예에서와 같이 관로제어유닛(290)을 정유량 밸브(291)와 제3 정유량 온/오프 밸브(292)를 이용하여 구성하게 되면, 시스템의 제어가 단순해지는 이점이 있다.
즉 도 3 내지 도 6의 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템에서 관로제어유닛(290)으로 사용된 비례제어 3방향 밸브의 경우, 급탕의 사용여부에 따라 변환하는 난방온수 양에 상관없이 일정량의 난방온수가 온수분배기(220)로 공급되도록 하기 위하여 복잡한 제어가 수반되어야 하지만, 본 실시예에와 같이 정유량 밸브(291)와 제3 정유량 온/오프 밸브(292)를 이용하여 관로제어유닛(290)을 구성하게 되면, 별도의 제어 없이도 온수분배기(220)로 항상 일정량의 난방온수가 공급되므로 제어 알고리즘을 단순화시킬 수 있게 된다.
도 11은 정유량 밸브와 정유량 온/오프 밸브를 관로제어유닛으로 사용하는 순간가열방식의 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템의 구조도를, 도 12는 정유량 밸브와 정유량 온/오프 밸브를 관로제어유닛으로 사용하는 재가열방식의 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템의 구조도를 도시하고 있다.
도 11에 도시된 순간가열방식의 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템에 의한 난방이나 급탕 원리는 도 5를 참조하여 설명된 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템과 동일하고, 도 12에 도시된 재가열방식의 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템에 의한 난방이나 급탕 원리는 도 6을 참조하여 설명된 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템과 동일하므로, 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
(110) : 메인 열교환기 (120) : 순환펌프
(130) : 급탕 열교환기
(140) : 통합온수공급 메인배관
(150) : 통합온수회수 메인배관
(160) : 난방온수 공급관 (170) : 난방온수 회수관
(180) : 급탕용 난방온수 공급관
(190) : 제1 밸브 (200) : 제2 밸브
(210) : 제어기 (220) : 온수분배기
(230) : 급수펌프 (240) : 급수관
(250) : 급탕용수관 (260) : 사용수전
(270) : 급탕배관 (280) : 바이패스관
(290) : 관로제어유닛 (291) : 정유량 밸브
(292) : 제3 정유량 온/오프 밸브 (300) : 플로우 스위치
(311) : 환수배관 (312) : 급탕순환펌프
(313) : 온도센서 (314) : 온도제어 회로유닛

Claims (11)

  1. 열생산시설로부터 온수 또는 중온수 또는 스팀 중 어느 하나의 열원을 공급받아 열교환을 통해 난방온수를 생산하는 메인 열교환기(110);
    상기 메인 열교환기(110)에서 생산된 난방온수를 각 세대 및 각 층으로 공급하고 회수할 수 있도록 난방온수를 순환시키는 순환펌프(120);
    각 세대 또는 각 층에 설치되며, 상기 메인 열교환기(110)로부터 공급되는 난방온수와 급탕용수의 열교환을 통해 급탕온수를 생산하고, 급탕온수의 가열된 사용된 난방온수를 각 세대 또는 각 층에 설치된 온수분배기(220)로 공급하여 바닥코일로 순환되게 하거나 또는 직접 바닥코일로 공급하여 순환시킴으로써 난방수로 사용토록 하는 급탕 열교환기(130);
    상기 메인 열교환기(110)로부터 연장되어 생산된 난방온수를 공급하는 통합온수공급 메인배관(140);
    상기 메인 열교환기(110)로부터 연장되어 사용된 난방온수의 회수가 이루어지는 통합온수회수 메인배관(150);
    상기 통합온수공급 메인배관(140)과 온수분배기(220)의 공급측(221)을 연결하는 난방온수 공급관(160);
    상기 통합온수회수 메인배관(150)과 온수분배기(220)의 회수측(222)을 연결하는 난방온수 회수관(170);
    상기 난방온수 공급관(160)으로부터 분기되어 상기 급탕 열교환기(130)에 연결되는 급탕용 난방온수 공급관(180);
    상기 난방온수 공급관(160)에 설치되어 난방온수 공급관(160)의 유로를 제어하는 제1 밸브(190);
    상기 급탕용 난방온수 공급관(180)에 설치되어 급탕용 난방온수 공급관(180)의 유로를 제어하는 제2 밸브(200);
    상기 제1 밸브(190)와 제2 밸브(200)를 제어하여 난방온수 공급관(160)을 통해 공급되는 난방온수가 급탕사용여부에 따라 온수분배기(220) 또는 급탕 열교환기(130)로 공급되게 하는 제어기(210);
    상기 난방온수 공급관(160)과 난방온수 회수관(170)을 연결하여 급탕 열교환기(130)로부터 온수분배기(220)로 공급되는 난방온수 중 일부를 난방온수 회수관(170)으로 반환하는 바이패스관(280); 및
    상기 급탕 열교환기(130)로부터 배출되는 난방온수를 온수분배기(220)와 바이패스관(280)으로 소정 비율로 분배하는 관로제어유닛(290)을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 관로제어유닛(290)은,
    상기 난방온수 공급관(160)과 바이패스관(280)의 연결부에 설치되어 제어기(210)에 설정된 값에 따라 난방온수를 난방온수 공급관(160)과 바이패스관(280)으로 분배하는 비례제어 3웨이 밸브로 구성된 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 밸브(190)는 설정된 값에 대응하는 유량의 난방온수가 난방온수 공급관(160)을 통해 유동하도록 난방온수 공급관(160)의 유로를 제어함과 더불어 난방온수 공급관(160)의 유로를 개폐하는 정유량 온/오프 밸브로 구성되고,
    상기 제2 밸브(200)는 설정된 값에 대응하는 유량의 난방온수가 급탕용 난방온수 공급관(180)을 통해 유동하도록 급탕용 난방온수 공급관(180)의 유로를 제어함과 더불어 급탕용 난방온수 공급관(180)의 유로를 개폐하는 정유량 온/오프 밸브로 구성된 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 관로제어유닛(290)은,
    상기 난방온수 공급관(160)의 말단에 설치되어 설정된 값에 대응하는 유량의 난방온수가 온수분배기(220)로 공급되도록 난방온수 공급관(160)의 유로를 제어하는 정유량 밸브(291); 및
    상기 바이패스관(280)에 설치되어 설정된 값에 대응하는 유량의 난방온수가 바이패스관(280)을 통해 배출되도록 바이패스관(280)의 유로를 제어함과 더불어 바이패스관(280)의 유로를 개폐하는 제3 정유량 온/오프 밸브(292)로 구성된 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 밸브(190)는 난방온수 공급관(160)의 유로를 개폐하는 온/오프 밸브로 구성되고,
    상기 제2 밸브(200)는 설정된 값에 대응하는 유량의 난방온수가 급탕용 난방온수 공급관(180)을 통해 유동하도록 급탕용 난방온수 공급관(180)의 유로를 제어함과 더불어 급탕용 난방온수 공급관(180)의 유로를 개폐하는 정유량 온/오프 밸브로 구성된 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    급수펌프(230)로부터 연장되는 급수관(240)으로부터 분기되어 상기 급탕 열교환기(130)로 연결되는 급탕용수관(250)에 설치되고, 사용수전(260)의 개방 시 유체의 흐름을 감지하여 급탕 열교환기(130)로 급탕온수가 공급되도록 제1 밸브(190) 및 제2 밸브(200)를 제어하는 신호를 발생시키는 플로우 스위치(300)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 급탕 열교환기(130)로부터 사용수전(260)으로 연결되는 급탕배관(270)의 말단과 급탕 열교환기(130)로 연결되는 급탕용수관(250)을 연결하여 급탕온수의 순환이 이루어지게 하는 환수배관(311);
    상기 환수배관(311) 또는 급탕용수관(250)의 말단에 설치되어 배관 내의 급탕온수를 순환시키는 급탕순환펌프(312);
    상기 급탕배관(270) 또는 환수배관(311)에 설치되어 급탕온수의 온도를 검출하는 온도센서(313); 및
    사용자로부터 요구되는 급탕온수의 온도값을 입력받고, 사용자에 의해 입력된 설정 온도값과 상기 온도센서(313)에서 검출되는 검출 온도값을 비교하여 설정 온도값 보다 검출 온도값이 작을 경우 급탕순환펌프(312)를 구동하고 제1,2 밸브(190,200)를 제어하여 난방온수가 급탕 열교환기(130)로 공급되게 함으로써 급탕온수의 재가열이 이루어지게 하는 온도제어 회로유닛(314)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 순환펌프(120)는 다수 개로 구성되고,
    상기 제어기(210)는 순환펌프(120)에 의한 난방온수 순환 유량을 세대 또는 각 층의 요구 열량 변화에 따라 가변적으로 제어하도록 순환펌프 대수제어기능을 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 순환펌프(120)는 하나로 구성되고,
    상기 제어기(210)는 순환펌프(120)에 의한 난방온수 순환 유량을 세대 또는 각 층의 요구 열량 변환에 따라 가변적으로 제어하도록 순환펌프 인버터제어기능을 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 중앙집중식 난방 및 급탕 시스템.
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