KR100628466B1

KR100628466B1 - 지하 공기층을 이용한 냉난방설비

Info

Publication number: KR100628466B1
Application number: KR1020050055355A
Authority: KR
Inventors: 오평원
Original assignee: 오평원
Priority date: 2005-06-25
Filing date: 2005-06-25
Publication date: 2006-09-27

Abstract

본 발명은 지질특성상 나타나는 지하 공기층을 이용하여 주택 및 하우스의 냉난방을 실현하는 한편 초기투자 비용 및 운용비용을 획기적으로 절감할 수 있도록 한 지하 공기층을 이용한 냉난방설비에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 화산회토 지형을 천공, 매설하여 지하공간까지 연장형성하되 다공상의 암석층으로부터 지하 공기를 흡입할 수 있도록 그 하부에 다수의 관통공이 천공된 흡입관과, 흡입관으로 오물이나 빗물 등이 유입되는 것을 방지할 수 있도록 지면으로부터 돌출형성되고 그 저면에 흡입관이 관통 설치되는 맨홀과, 맨홀에 관통 설치된 흡입관을 통해 지하공기를 흡입·송풍할 수 있도록 맨홀 개구부와 기밀결합되고 그 내측에 송풍기 및 히터가 내재된 송풍관과, 송풍관에 내재된 송풍기로부터 송풍된 지하공기를 시설물내로 유도하기 위한 유도관과, 유도관을 통해 유도된 지하공기를 시설물내에 골고루 분사하여 냉난방을 실현할 수 있도록 일측면 길이방향으로 다수의 분사공이 천공되고 그 일측단이 유도관과 연통된 복수개의 공급관 및, 지하공기의 유입으로 인한 시설물내의 팽창공기를 실외로 배기시키기 위한 배기관이 구비된 것을 특징으로 한다.

상기의 기술적 특징에 따르면, 지질특성상 나타나는 지하 공기층을 이용하여 주택 및 하우스의 냉난방을 실현하는 한편 초기투자 비용 및 운용비용을 획기적으로 절감할 수 있다. 또한, 겨울철 난방시 송풍기에 의해 흡입·송풍되는 지하공기를 히터에 의해 가열해 줌으로써 저렴한 운영비로 시설물내를 적정온도를 난방할 수 있고, 별도의 난방설비가 불필요하므로 초기시설비용을 절감할 수 있다. 그리고 맨홀을 설치함으로써 오물이나 빗물이 흡입관을 통해 지하공간으로 유입됨으로써 발생될 수 있는 지하수 오염문제를 근원적으로 해결할 수 있고, 흡입관과 송풍관이 맨홀을 매개로 기밀하게 연통됨으로써 외기의 흡입을 원천적으로 차단하여 송풍기의 흡입 및 송풍력을 향상시킬 수 있다.

그 결과, 본 발명에 따르면 냉난방시 95%이상의 지중열을 이용할 수 있다는 매우 뛰어난 효과를 제공한다.

화산회토, 지하공기, 흡입관, 맨홀, 송풍기, 히터, 냉난방

Description

지하 공기층을 이용한 냉난방설비{HEATING AND COOLING SYSTEM USING SUBSURFACE AIR}

도 1은 본 발명에 따른 지하 공기층을 이용한 냉난방설비의 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 지하 공기층을 이용한 냉난방설비의 송풍 및 히팅구조를 보인 상세도,

도 3은 본 발명에 따른 지하 공기층을 이용한 냉난방설비의 맨홀구조를 보인 단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 시설물

3 : 다공상의 암석층

4 : 지하공간

10: 흡입관

11: 관통공

20: 맨홀

30: 송풍기

50: 유도관

60: 공급관

61: 분사공

70: 배기관

본 발명은 지하 공기층을 이용한 냉난방설비에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지질특성상 나타나는 지하 공기층을 이용하여 주택 및 하우스의 냉난방을 실현할 수 있도록 한 지하 공기층을 이용한 냉난방설비에 관한 것이다.

일반적으로 태양은 중심온도가 수만도에 이르고 표면온도는 약 6,000℃ 정도로 매우 높다.

태양이 가지고 있는 에너지는 방사되어 지구 대기층을 투과하여 열 또는 광에너지로 지표면에 도달하게 된다.

비닐하우스나 온실과 같은 농업용 생산시설에서는 낮에 태양으로부터 방사되는 에너지를 작물이 광합성에 직접 이용하거나 땅속이나 기타 축열이 가능한 물질에 에너지가 축적된다.

이러한 에너지는 밤에 서서히 방출되면서 시설내부의 공기를 데워 기온을 일부분 상승시킨다.

햇볕이 시설 표면을 투과할 때 290~3,000㎚ 정도의 파장을 유지하지만 땅속과 같은 축열 물질에서는 3,000~5,000㎚의 장파인 열에너지로 바뀌어 시설내부 기 온을 높게하여 열이 집적된다.

종래의 지중열 이용 방법은 지하수를 끌어 올려 비닐하우스 위에 살수하여 물이 갖고 있는 열에너지(지하수온도 평균 15℃)에 의한 난방효과(여름철은 냉방효과)와 함께 열손실을 방지하는 방법으로 지중열을 이용하고 있으며, 1984년 일본으로부터 국내에 소개된 후 전국 대부분의 농가가 사용하고 있다.

현재 우리나라에서 활용되고 있는 수막 시스템은 한 번 사용한 지하수를 배수로를 통해 흘려 버리는 비순환 방식이 대부분이어서 지하수의 재활용도가 매우 낮은 실정이고, 특히 우리나라는 OECD에서 분류한 물부족 국가 중 하나로 앞으로 지하 수자원 보존 문제가 사회적인 큰 문제점으로 대두될 것이다.

또한, 종래 지중열 이용방법은 대부분이 지하에 파이프를 매설하여 히트 펌프(축열조) 및 집열탱크 등 사용함으로써, 초기투자 비용이 과다하여 주택 및 시설하우스에 적용하기가 어려운 실정이다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 지질특성상 나타나는 지하 공기층을 이용하여 주택 및 하우스의 냉난방을 실현하는 한편 초기투자 비용 및 운용비용을 획기적으로 절감할 수 있도록 한 지하 공기층을 이용한 냉난방설비를 제공하는데 있다.

본 발명은 전술한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 화산회토 지형을 천공, 매설하여 지하공간까지 연장형성하되 다공상의 암석층으로부터 지하 공기를 흡입할 수 있도록 그 하부에 다수의 관통공이 천공된 흡입관과, 흡입관으로 오물이나 빗물 등이 유입되는 것을 방지할 수 있도록 지면으로부터 돌출형성되고 그 저면에 상기 흡입관이 관통 설치되는 맨홀과, 맨홀에 관통 설치된 흡입관을 통해 지하공기를 흡입·송풍할 수 있도록 맨홀 개구부와 기밀결합되고 그 내측에 송풍기가 내재된 송풍관과, 송풍관에 내재된 송풍기로부터 송풍된 지하공기를 시설물내로 유도하기 위한 유도관과, 유도관을 통해 유도된 지하공기를 시설물내에 골고루 분사하여 냉난방을 실현할 수 있도록 일측면 길이방향으로 다수의 분사공이 천공되고 일측단이 유도관과 연통된 복수개의 공급관 및, 시설물내의 팽창공기를 실외로 배출하기 위한 배기관이 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 난방시 송풍기에 의해 흡입·송풍되는 지하공기의 온도가 설정온도보다 낮을 경우 지하공기를 가열할 수 있도록 송풍기의 송풍구측 송풍관내에 히터가 내장된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 지하 공기층을 이용한 냉난방설비의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 지하 공기층을 이용한 냉난방설비의 사시도, 도 2는 본 발명에 따른 지하 공기층을 이용한 냉난방설비의 송풍 및 히팅구조를 보인 상세도, 도 3은 본 발명에 따른 지하 공기층을 이용한 냉난방설비의 맨홀구조를 보인 단면도이다.

우선, 본 발명에 대한 기술적 구성의 설명에 앞서 본 발명이 적용되는 특수한 지질특성에 대하여 설명하고자 한다.

우리나라에서 발견되는 화산회토의 지질구성은 현무암(Basalt)으로 된 흑색내지 암회색의 지밀한 염기성 화산암으로 다공상이 많으며, 백두산, 제주도 및 경기도 연천, 울릉도 부분에 분포한다.

본 지질의 특성은 신생대 제4기의 화산활동에 의해 대부분의 지표지질을 형성한 젊은 화산토로서 주요 암석은 현무암류가 주종을 이루며 화산 쇄설물인 붉은색의 송이(Scoria)로 분포하고 있다.

또한, 투수성 지질구조로 강수의 지하유입이 매우 높은 지질구조 및 지질매체가 분포되고 용암 동굴(Lava Cave), 숨골(지표면에 공통 또는 열극이 노출되어 있어 강수가 무한이 유입되는 곳), 곳자갈, 오름, 하천, 스코리아류 퇴적층이 형성되며, 지하공간상에 대략 15℃ 내외의 공기층이 존재한다.

본 발명은 이와 같은 지질구조상에 존재하는 연평균 대략 15℃내외의 공기층에 착안하여 제안된 것이다.

먼저, 도 1은 본 발명에 따른 지하 공기층을 이용한 냉난방설비의 사시도로서, 동도에 도시한 바와 같이 크게 지하층으로부터 공기를 흡입하여 지상으로 송풍하기 위한 구조물과 냉난방의 목적물인 주택이나 하우스 등의 시설물, 그리고 흡입 송풍된 지하공기를 시설물내로 유도하기 위한 구조물로 이루어진다.

이를 보다 상세히 설명하면, 지하층으로부터 공기를 흡입하여 지상으로 송풍 하기 위한 구조물로 화산회토 지형을 천공, 매설하여 지하공간(4)까지 연장형성하되 다공상의 암석층(3)으로부터 지하 공기를 흡입할 수 있도록 그 하부에 다수의 관통공(11)이 천공된 흡입관(10)과, 흡입관(10)으로 오물이나 빗물 등이 유입되는 것을 방지할 수 있도록 지면으로부터 돌출형성되고 그 저면에 흡입관(10)이 관통 설치되는 맨홀(20)과, 맨홀(20)에 관통 설치된 흡입관(10)을 통해 지하공기를 흡입·송풍할 수 있도록 맨홀(20) 개구부와 기밀결합되고 그 내측에 송풍기(30)가 내재된 송풍관(맨홀(20)부터 유도관(50)까지의 부분)이 구비된다.

또한, 흡입 송풍된 지하공기를 시설물내로 유도하기 위한 구조물로 송풍관에 내재된 송풍기(30)로부터 송풍된 지하공기를 시설물내로 유도하기 위한 유도관(50)과, 유도관(50)을 통해 유도된 지하공기를 시설물(1)내에 골고루 분사하여 냉난방을 실현할 수 있도록 일측면 길이방향으로 다수의 분사공(61)이 천공되고 일측단이 유도관(50)과 연통된 복수개의 공급관(60) 및, 지하공기의 공급으로 인한 시설물(1)내의 팽창공기를 실외로 배출하기 위한 배기관(70)이 구비된다.

상기의 기술적 구성에 따르면, 송풍기(30)가 구동함에 따라 지하층의 연평균 대략 15℃ 내외의 지하공기는 흡입관(10)의 끝단부 및 관통공(11)을 통해 흡입되어 맨홀(20) 및 유도관(50)을 거쳐 시설물(1) 내로 송풍 유도된다.

송풍 유도된 지하공기는 유도관(50)과 연통되되 그 직경이 작은 복수개의 공급관(60)을 통해 시설물내의 각 지역으로 이송되고 각각의 분사공(61)을 통해 분사됨으로써 시설물(1)내를 냉난방하게 된다.

즉, 여름철 시설물내의 전지역으로 외기보다 낮은 대략 15℃ 내외의 지하공기가 공급됨으로써 냉방기능을 수행하게되고, 겨울철 시설물내의 전지역으로 외기보다 높은 대략 15℃ 내외의 지하공기가 공급됨으로써 난방기능을 수행하게된다.

미설명부호 51은 수직으로 매설된 흡입관(10)과 수평상태의 유도관(50)을 연결하기 위한 엘보우관이고, 미설명부호 21은 송풍관의 일부인 엘보우관(51)과 맨홀(20) 개구부 간의 기밀성을 높이기 위한 패킹 또는 밀봉재이다. 그리고 미설명부호 40은 히터로 도 2를 참조하여 후술한다.

다음, 도 2는 본 발명에 따른 지하 공기층을 이용한 냉난방설비의 송풍 및 히팅구조를 보인 상세도로서, 동도에 도시한 바와 같이 거치대에 의해 지지되는 송풍관내에 지하공기를 흡입 송풍하기 위한 송풍기와 지하공기를 가열하기 위한 히터가 구비된다.

송풍기(30)는 흡입에 따른 난류발생을 억제하고 송풍팬(31)의 지지체로서 망체(32)가 구비되고, 히터(40)는 송풍기(30)의 송풍구측에 열선(41)이 구비된다.

상기의 기술적 구성에 의하면, 여름철 냉방시 별도의 냉방수단 없이 시설물(1)내를 적정온도를 유지할 수 있고, 겨울철 난방시 시설물(1) 내부의 온도가 통상 20℃ 이상으로 유지됨이 바람직하므로 난방시 송풍기(30)에 의해 흡입·송풍되는 지하공기를 히터(40)에 의해 가열해 줌으로써 저렴한 운영비로 시설물(1)내를 적정온도를 유지할 수 있게된다. 더불어 별도의 난방설비가 불필요하므로 초기시설비용 을 절감할 수 있다.

다음, 도 3은 본 발명에 따른 지하 공기층을 이용한 냉난방설비의 맨홀구조를 보인 단면도로서, 동도에 도시한 바와 같이 오물이나 빗물 등이 천공된 흡입관(10)을 통해 지하공간으로 유입됨으로써 발생될 수 있는 지하수의 오염 등을 방지할 수 있도록 지면으로 돌출된 채 지하로 2미터 정도 콘크리트 타설된 맨홀(20)이 구비되고, 송풍기(30)의 구동에 따른 지하공기의 흡입시 외기가 흡입되는 것을 방지할 수 있도록 맨홀(20) 저면에 흡입관(10)이 관통하여 기밀하게 설치되고, 맨홀(20) 상측 개구부에 송풍관이 패킹이나 밀봉재에 의해 기밀하게 결속된다.

이에 따라, 오물이나 빗물이 흡입관(10)을 통해 지하공간으로 유입됨으로써 발생될 수 있는 지하수 오염문제를 근원적으로 해결할 수 있고, 흡입관(10)과 송풍관이 맨홀(20)을 매개로 기밀하게 연통됨으로써 외기의 흡입을 원천적으로 차단하여 송풍기의 흡입 및 송풍력을 향상시킬 수 있게된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 지질특성상 나타나는 지하 공기층을 이용하여 주택 및 하우스의 냉난방을 실현하는 한편 초기투자 비용 및 운용비용을 획기적으로 절감할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 겨울철 난방시 송풍기에 의해 흡입·송풍되는 지하공기를 히터에 의해 가열해 줌으로써 저렴한 운영비로 시설물내를 적정온도를 난방할 수 있고, 별도의 난방설비가 불필요하므로 초기시설비용을 절감할 수 있다는 효과가 있다.

그리고 맨홀을 설치함으로써 오물이나 빗물이 흡입관을 통해 지하공간으로 유입됨으로써 발생될 수 있는 지하수 오염문제를 근원적으로 해결할 수 있고, 흡입관과 송풍관이 맨홀을 매개로 기밀하게 연통됨으로써 외기의 흡입을 원천적으로 차단하여 송풍기의 흡입 및 송풍력을 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.

Claims

지하 공기층을 이용한 냉난방설비에 있어서,

화산회토 지형을 천공, 매설하여 지하공간까지 연장형성하되 다공상의 암석층으로부터 지하 공기를 흡입할 수 있도록 그 하부에 다수의 관통공이 천공된 흡입관과,

상기 흡입관으로 오물이나 빗물 등이 유입되는 것을 방지할 수 있도록 지면으로부터 돌출형성되고 그 저면에 상기 흡입관이 관통 설치되는 맨홀과,

상기 맨홀에 관통 설치된 흡입관을 통해 지하공기를 흡입·송풍할 수 있도록 상기 맨홀 개구부와 기밀결합되고 그 내측에 송풍기가 내재된 송풍관과,

상기 송풍관에 내재된 송풍기로부터 송풍된 지하공기를 시설물내로 유도하기 위한 유도관과,

상기 유도관을 통해 유도된 지하공기를 시설물내에 골고루 분사하여 냉난방을 실현할 수 있도록 일측면 길이방향으로 다수의 분사공이 천공되고 그 일측단이 상기 유도관과 연통된 복수개의 공급관 및, 지하공기의 유입으로 인한 상기 시설물내의 팽창공기를 실외로 배기시키기 위한 배기관이 구비된 것을 특징으로 하는 지하 공기층을 이용한 냉난방설비.
제 1항에 있어서,

난방시 상기 송풍기에 의해 흡입·송풍되는 지하공기의 온도가 설정온도보다 낮을 경우 지하공기를 가열할 수 있도록 상기 송풍기의 송풍구측 상기 송풍관내에 히터가 내장된 것을 특징으로 하는 지하 공기층을 이용한 냉난방설비.