KR101065330B1 - 지중열교환기 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지중굴착공에 보강재를 이용하여 설치되는 지중연속벽을 이용하여 지중열교환기를 시공하기 위한 시공방법으로서 지중열교환기를 용이하게 충분히 깊은 깊이까지 시공할 수 있게 하기 위해, 상기 보강재를 지중굴착공의 길이방향으로 상부 보강재 및 하부 보강재(200)로 분할하여 형성하고, 상기 하부 보강재(200)에는 로프부재의 상방견인에 대해 지중열교환기가 걸리도록 형성되는 걸림부를 설치하는 단계(S10); 상기 로프부재를 상기 걸림부에 걸리게 하고 이 로프부재의 양 단부를 하부 보강재 외부에서 파지한 상태에서 상기 하부보강재를 지중굴착공의 삽입하여 입구부분에 지지되게 하는 단계(S20); 상기 로프부재를 상기 걸림부에 걸리게 하고 이 로프부재의 양 단부를 상부 보강재 외부에서 파지한 상태에서 상부 보강재의 하단을 하부 보강재의 상단에 고정하여 보강재를 일체화하는 단계(S30); 상기 로프부재의 일 단부에 지중열교환기의 U 형 단부를 고정하는 단계(S40); 상기 로프부재를 상기 걸림부에 걸리게 하고 일체화된 상기 보강재를 지중굴착공에 삽입함으로써 로프부재 또는 로프부재 및 지중열교환기도 함께 지중굴착공의 내부로 삽입하는 단계(S50); 상기 지중열교환기의 U 형 단부가 상기 걸림부에 걸릴 때까지 상기 로프부재를 상방으로 견인하는 단계(S60); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

지중열교환기 시공방법{CONSTRUCTION METHOD FOR GEOTHERMAL HEAT EXCHANGER}

본 발명은 지중열교환기 시공방법에 대한 것으로서, 보다 구체적으로는 지중굴착공에 형성되는 지중연속벽의 보강재를 이용하여 지중열교환기를 설치하는 시공방법에 대한 것이다.

최근, 녹색성장에 대한 전세계적인 관심으로 인해 신재생에너지에 대한 관심이 그 어느 때보다 대두되고 있다.

이러한 신재생에너지원 중 지열에너지원은 지상에 별도의 장치를 설치할 공간을 필요로 하지 않으며 태양열이나 풍력에 비해 열효율이 높아 이에 대한 연구가 진행되고 있는 중이다.

지열에너지원을 이용한 지열발전장치는 지하에 설치되는 지중열교환기와 이 지중열교환기에 연결되는 히트펌프로 구성된다.

지중열교환기는 건물이 설치될 지면에 수직하게 복수 개의 시굴공을 천공하고, 이 시굴공의 내부에 U 형상 지중열교환기를 설치한 다음 지중열교환기 상호간을 연결하고 마지막으로 시굴공을 충진재로 충진하여 시공된다.

그런데, 이러한 시공방식에 있어서는 기본적으로 충분한 매설깊이를 가지는 시굴공을 천공하는 데 많은 비용, 시간 및 노력이 소요되며 많은 수량의 U 형상 지중열교환기를 서로 연결하는 작업에도 상당히 많은 비용, 시간 및 노력이 요구된다.

이러한 단점은 특히 건물의 고층화로 인해 대량의 에너지가 필요하여 복수 개의 시굴공 천공 및 U 형상 지중열교환기를 설치하여야 하는 경우에 충분한 대지확보가 곤란하게 되는 경우에 더욱 심각하게 된다.

건축대지의 면적에 비해 건물의 층수가 특히 많아 대량으로 에너지가 필요한 경우에는 요구되는 에너지를 공급할 수 있을 정도의 복수 개의 지중열교환기를 설치할 대지 면적이 확보되지 못하는 경우도 발생하게 된다.

이를 해결하기 위해 건설, 토목 내지 건축공사에 사용되는 철근망을 이용하여 별도의 천공이 없이도 지중열교환기를 활용하여 지중열교환기를 시공하는 여러 기술이 공지되어 있다.

우선, 첫번째 기술에서는 철근망의 외측에 지중열교환기를 체결하는 시공방법이 개시되어 있는 데 이 방법에서는 수직하게 세워진 철근망을 크레인에 매달은 상태에서 철근망의 외측에 지중열교환기를 체결하면서 철근망을 하방으로 수직하게 형성된 시굴공에 삽입하여 설치하게 된다.

이 방법에는 건물의 지반이 약하여 깊게 시굴하는 경우에도 지중열교환기를 깊은 지점까지 설치할 수 있는 장점이 존재하나 지중열교환기가 철근망의 외측에 설치된 상태에서 깊은 시굴공으로 삽입되어야 하므로 지중열교환기의 외측에 스크 래치 등이 발생하여 지중열교환기에 손상이 발생하는 단점이 존재하게 된다.

이를 해결하기 위한 방법으로서 지중열교환기를 미리 형성된 철근망의 내부에 체결한 다음 시굴공에 삽입하여 설치하는 두번째 방법이 도출되어 지중열교환기에 손상이 발생하는 문제가 해결되었다.

그러나, 이 방법에서는 시공하고자 하는 건물 등이 크거나 시공깊이가 큰 경우에는 철근망의 크기가 너무 크고 무게도 너무 무거워지게 되어 이를 크레인에 매달아 시굴공으로 삽입할 수 없는 단점이 존재하게 되었다.

이를 보완하기 위해 철근망을 2개로 분할하여 형성하는 세번째 방법이 개발되었는데, 이 방법에서는 먼저, 지중열교환기 없이 하부 철근망만을 형성하고 상부 철근망에는 미리 지중열교환기를 설치한다.

그런 다음, 하부 철근망을 시굴공의 입구에 걸친 상태를 유지하게 하면서 상부 철근망을 크레인으로 매단 상태에서 상부 철근망의 하단부를 하부 철근망의 상단부에 용접하여 양자를 연결하고, 이와 같이 연결된 전체 철근망을 시굴공의 내부로 유입시킴으로써 지중열교환기의 시공이 완료된다.

세번째 방법에서는 철근망을 분할하여 형성함으로써 두번째 방법에서와 같이 철근망의 크기가 너무 커지고 무거워지게 되어 시공이 곤란하게 되는 문제점이 해결되었다.

그러나, 이 방법에서는 하부 철근망에는 지중열교환기가 설치되지 않아 지중열교환기의 매설깊이가 깊지 않아 열효율이 감소되는 문제점을 안고 있게 된다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 깊이가 깊게 형성되는 건축, 토목 공사에서도 지중열교환기를 용이하게 충분히 깊은 깊이까지 시공할 수 있는 시공방법을 제공하는 기술적 과제로 한다.

본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위해, 지중굴착공에 보강재를 이용하여 설치되는 지중연속벽을 이용하여 지중열교환기를 시공하기 위한 시공방법으로서, 상기 보강재를 지중굴착공의 길이방향으로 상부 보강재 및 하부 보강재(200)로 분할하여 형성하고, 상기 하부 보강재(200)에는 로프부재의 상방견인에 대해 지중열교환기가 걸리도록 형성되는 걸림부를 설치하는 단계(S10); 상기 로프부재를 상기 걸림부에 걸리게 하고 이 로프부재의 양 단부를 하부 보강재 외부에서 파지한 상태에서 상기 하부보강재를 지중굴착공의 삽입하여 입구부분에 지지되게 하는 단계(S20); 상기 로프부재를 상기 걸림부에 걸리게 하고 이 로프부재의 양 단부를 상부 보강재 외부에서 파지한 상태에서 상부 보강재의 하단을 하부 보강재의 상단에 고정하여 보강재를 일체화하는 단계(S30); 상기 로프부재의 일 단부에 지중열교환기의 U 형 단부를 고정하는 단계(S40); 상기 로프부재를 상기 걸림부에 걸리게 하고 일체화된 상기 보강재를 지중굴착공에 삽입함으로써 로프부재 또는 로프부재 및 지중열교환기도 함께 지중굴착공의 내부로 삽입하는 단계(S50); 상기 지중열교환기의 U 형 단부가 상기 걸림부에 걸릴 때까지 상기 로프부재를 상방으로 견인하는 단 계(S60); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 지중열교환기 시공방법에서, 상기 단계(S60) 이후에 지중굴착공을 채움재로 충진하는 단계(S70)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 지중열교환기 시공방법에서, 상기 단계(S70)에서 지중굴착공의 내부에 지반안정액이 충진되어 있는 경우에 이를 추출하면서 채움재를 타설하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 지중열교환기 시공방법에서, 상기 단계(S70) 이후에 지중굴착공의 개방상단부에서 소정 깊이만큼 타설된 채움재를 파쇄하여 제거하고 이 제거된 부분을 채움재로 다시 타설하는 단계(S80)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 지중열교환기 시공방법에서, 상기 단계(S80)에서 채움재로 다시 타설된 부분에 대응하는 지중열교환기의 외부에는 파쇄 시에 충격을 보호하기 위한 보호부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 지중열교환기 시공방법에서, 상기 단계(S70) 이후에 지중굴착공의 외부로 돌출된 로프부재를 커팅하는 단계(S90)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 지중열교환기 시공방법에서, 상기 보강재는 철근망, 로프부재망, 강선망, 강관, H 파일, I 파일 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 지중열교환기 시공방법에서, 상기 걸림부(30)는 도르래 또는 역 U 자형 고리로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 지중열교환기 시공방법에서, 상기 도르래와 하부 보강재 사이의 간격 또는 역 U 자형 고리의 크기는 지중열교환기의 외경보다 작게 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 방법에 의하면 보강재를 분할하여 형성하고 하부 보강재에 걸림부를 간단하게 형성하는 것만으로 지중굴착공 깊은 깊이까지 지중열교환기를 설치하는 것이 가능하게 되어 지중열교환기설치에 소요되는 비용이나 노력, 시간등이 대폭적으로 절감되는 효과를 가지게 된다.

또한, 본 발명의 방법에 의하면 지중열교환기를 건축구조물의 내측에 시공하게 되므로 지중열교환기의 삽입 시의 손상이 근본적으로 방지되는 효과를 가지게 된다.

더욱이, 지중열교환기를 지중의 깊은 곳까지 용이하게 설치가능하게 되므로 지중열교환기의 열효율이 향상되는 장점을 가진다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대해 설명한다.

본 발명의 지중열교환기를 시공방법은 다음의 단계로 이루어진다. 도 1 은 본 발명의 지중열교환기 시공방법의 전체적인 내용을 도시하는 도면이다.

도 2 는 본 발명의 지중열교환기 시공방법에서 하부 보강재를 도시하는 도면이다.

먼저, 보강재를 지중굴착공의 길이방향으로 상부 보강재(100) 및 하부 보강재(200)로 분할하여 형성하고, 상기 하부 보강재(200)에는 로프부재(10)의 상방견 인에 대해 지중열교환기(20)가 걸리도록 형성되는 걸림부(30)를 설치하는 단계(S10)를 수행한다.

보강재(100,200)는 철근망, 강선망, 강관, H 파일, I 파일 등 중 어느 하나로 이루어지며 본 실시예에서는 철근망으로 이루어진다.

보강재를 상부 보강재(100) 및 하부 보강재(200)로 분할하여 지중굴착공의 길이방향으로 분할하여 형성하는 데, 그 이유는 보강재를 분할하는 경우 보강재의 크기 및 무게가 작아지게 되어 취급이 간편하기 때문이다.

한편, 하부 보강재(200)의 내부에는 지중열교환기(20)의 U 형 단부가 설치될 지점에 로프부재(10)의 상방 견인에 대해 지지할 수 있는 걸림부(30)를 형성한다.

걸림부(30)는 본 실시예에서 도르래 또는 역 U 자 형 고리로 형성되나 이에 한정되는 것은 아니며 로프부재(10)의 상방 견인에 대해 지지할 수 있는 것이라면 다른 구성도 가능하다.

걸림부(30)의 크기는 지중열교환기(20)의 외경보다 작게 형성되어야 로프부재(10)만이 통과하고 지중열교환기(20)를 걸리게 하는 작용을 할 수 있게 된다.

예를 들어, 도르래(30a)와 보강재 사이의 간격(h1) 또는 역 U 자형 고리(30b)에서 구멍의 크기(h2)는 지중열교환기(20)의 외경보다 작게 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 하부 보강재(200)의 상단부에는 하부 보강재를 지지하기 위한 지지대(40)가 삽입되는 고리부(210)가 형성되어 있다.

도 3 은 본 발명의 지중열교환기 시공방법에서 단계(S20)을 도시하는 도면이 다.

다음으로, 로프부재(10)를 상기 걸림부(30)에 걸리게 하고 이 로프부재(10)의 양 단부를 하부 보강재(200) 외부에서 파지한 상태에서 상기 하부 보강재(200)를 지중굴착공의 삽입하여 지중굴착공의 입구부분에 지지되게 하는 단계(S20)를 수행한다.

하부 보강재(200)의 걸림부(30)에 로프부재(10)가 걸린 상태에서 하부 보강재(200)의 상단에 형성된 고리부(210)에 지중굴착공의 폭보다 더 큰 길이를 가지는 지지대(40)을 삽입한 다음, 하부 보강재(200)를 지중굴착공의 내부에 삽입하면 지지대(40)가 지중굴착공 주위의 지면에 의해 지지됨으로써 하부 보강재(200)가 지중굴착공의 내부로 삽입되지 않고, 지중굴착공의 입구부분에서 지지된다.

본 실시예에서 지지대(40)는 하부 보강재(200)를 지중굴착공에 영구고정시키는 것이 아니라 임시고정시키는 부재로서, 이를 예시적으로 기재한 것이며 하부 보강재(200)를 임시로 지지하는 구성이라면 다른 구성으로 형성되는 것도 가능하다.

도 4 은 본 발명의 지중열교환기 시공방법에서 단계(S30)을 도시하는 도면이다.

다음으로, 로프부재(10)를 상기 걸림부(30)에 걸리게 하고 이 로프부재(10)의 양 단부를 상부 보강재(100) 외부에서 파지한 상태에서 상부 보강재(100)의 하단을 하부 보강재(200)의 상단에 용접(50) 등의 방식으로 고정하여 보강재를 일체화하는 단계(S30)를 수행한다.

로프부재(10)가 걸림부(30)에 걸린 상태에서 양 단부가 상부 보강재(100) 외부에서 파지되게 한 다음 상부 보강재(100)의 하단을 용접 등의 공지된 방법에 의해 하부 보강재(200)의 상단에 고정하여 양자를 일체화시킨다.

도 5 는 본 발명의 지중열교환기 시공방법에서 단계(S40)을 도시하는 도면이다.

그런 다음, 로프부재(10)의 일 단부에 지중열교환기(20)의 U 형 단부를 고정하는 단계(S40)를 수행한다.

본 실시예에서 로프부재(10)는 강선, 체인, 와이어 로프, 섬유로프 등 소재에 관계없이 감기거나 풀리는 등의 가요적인 로프의 특성을 가지는 것이라면 다른 것도 포함하는 개념으로 정의된다.

지중열교환기(20)는 PVC 등의 가요적인 특성을 가지는 소재로 이루어지며 단부가 U 형상이 되도록 구부러져 형성되고 통상적으로 보빈 등에 감겨진 상태로 보관된다.

지중열교환기(20)의 U 형상 단부에 로프부재(10)의 일 단부가 고정되는 방식에는 특별한 제한이 없으며 공지된 방법을 이용하면 된다.

도 6 은 본 발명의 지중열교환기 시공방법 단계(S50)에서 일체화된 보강재가 지중굴착공에 삽입되기 전의 상태를 도시하는 도면이다. 도 7 은 본 발명의 지중열교환기 시공방법 단계(S50)에서 일체화된 보강재가 지중굴착공에 삽입된 후의 상태를 도시하는 도면이다.

단계( S50)의 수행 전에 하부 보강재(200)를 지지하던 지지대(40)를 제거하 는 작업을 먼저 수행한다.

다음으로, 로프부재(10)를 상기 걸림부(30)에 걸리게 한 상태에서 일체화된 상기 보강재를 지중굴착공에 삽입함으로써 로프부재(10) 또는 로프부재(10) 및 지중열교환기(20)도 함께 지중굴착공의 내부로 삽입하는 단계(S50)를 수행한다.

일체화된 보강재가 지중굴착공의 저면부까지 삽입되면서 감겨져 있던 로프부재(10) 또는 로프부재(10) 및 이에 연결된 지중열교환기(20)가 풀려지면서 보강재와 함께 지중굴착공으로 삽입된다.

지중열교환기(20) 삽입에 있어서 지중굴착공의 깊이가 깊은 경우에는 지중열교환기(20)의 내부에 물을 채우거나 U 형 단부에 무게추를 설치하여 하방으로의 삽입이 더욱 용이하게 할 수도 있다.

도 8 는 본 발명의 지중열교환기 시공방법에서 단계(S60)을 도시하는 도면이다.

지중열교환기(20)가 삽입된 다음에는, 지중열교환기(20)의 U 형 단부가 상기 걸림부(30)에 걸릴 때까지 상기 로프부재(10)를 상방으로 견인하는 단계(S60)를 수행한다.

로프부재(10) 또는 로프부재(10) 및 지중열교환기(20)가 보강재와 함께 지중굴착공에 삽입된 다음에는 상기 로프부재(10)를 일 단부를 상방으로 견인하여 지중열교환기(20)의 U 형 단부가 걸림부(30)에 의해 걸리게 한다.

이와 같은 로프부재(10)를 상방으로 견인함으로써 지중굴착공의 깊이가 깊은 경우에도 지중열교환기(20)의 단부가 지중굴착공의 최하단부 깊은 지점까지 이동하 여 설치되는 것이 가능하게 된다.

도 9 는 본 발명의 지중열교환기 시공방법이 완료된 상태를 도시하는 도면이다.

단계(S60) 이후에는 지중굴착공을 콘크리트 등의 채움재로 타설하는 단계(S70)를 수행하게 되는 데, 이때 슬러리월 공법 등의 경우와 같이 지중굴착공의 내부에 지반안정액이 충진되어 있는 경우에 이를 추출하면서 채움재를 타설하게 된다.

이 경우 채움재의 타설단계(S70)가 종료된 다음 지반안정액의 불완전하게 추출된 상태로 타설된 타설부를 제거하기 위해 지중굴착공의 개방상단부에서 소정 깊이만큼 타설된 채움재를 파쇄하여 제거하고 이 제거된 부분을 채움재로 다시 타설하는 단계(S80)를 수행할 수 있다.

단계(S80)에서 채움재로 다시 타설되는 부분에 대응하는 지중열교환기(20)의 외측에는 타설된 시멘트 파쇄 시에 충격을 보호하기 위해 탄성소재로 이루어지는 보호부(60)가 형성되어 있다.

마지막으로, 지중굴착공의 외부로 돌출된 로프부재(10)를 커팅하는 단계(S90)를 수행함으로써 지중열교환기(20) 시공이 종료된다.

본 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 기술한 것인 바 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석될 수 없는 것이며, 따라서, 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 한도에서 수정 및 변형된 실시예도 본 발명의 범위에 속하는 것이다.

도 1 은 본 발명의 지중열교환기 시공방법의 전체적인 내용을 도시하는 도면이다.

도 2 는 본 발명의 지중열교환기 시공방법에서 하부 보강재를 도시하는 도면이다.

도 3 은 본 발명의 지중열교환기 시공방법에서 단계(S20)을 도시하는 도면이다.

도 4 은 본 발명의 지중열교환기 시공방법에서 단계(S30)을 도시하는 도면이다.

도 5 는 본 발명의 지중열교환기 시공방법에서 단계(S40)을 도시하는 도면이다.

도 6 은 본 발명의 지중열교환기 시공방법 단계(S50)에서 일체화된 보강재가 지중굴착공에 삽입되기 전의 상태를 도시하는 도면이다.

도 7 은 본 발명의 지중열교환기 시공방법 단계(S50)에서 일체화된 보강재가 지중굴착공에 삽입된 후의 상태를 도시하는 도면이다.

도 8 는 본 발명의 지중열교환기 시공방법에서 단계(S60)을 도시하는 도면이다.

도 9 는 본 발명의 지중열교환기 시공방법이 완료된 상태를 도시하는 도면이다.

Claims (9)

1. 지중굴착공에 보강재를 이용하여 설치되는 지중연속벽을 이용하여 지중열교환기를 시공하기 위한 시공방법으로서,

   상기 보강재를 지중굴착공의 길이방향으로 상부 보강재 및 하부 보강재(200)로 분할하여 형성하고, 상기 하부 보강재(200)에는 로프부재의 상방견인에 대해 지중열교환기가 걸리도록 형성되는 걸림부를 설치하는 단계(S10);

   상기 로프부재를 상기 걸림부에 걸리게 하고 이 로프부재의 양 단부를 하부 보강재 외부에서 파지한 상태에서 상기 하부보강재를 지중굴착공의 삽입하여 입구부분에 지지되게 하는 단계(S20);

   상기 로프부재를 상기 걸림부에 걸리게 하고 이 로프부재의 양 단부를 상부 보강재 외부에서 파지한 상태에서 상부 보강재의 하단을 하부 보강재의 상단에 고정하여 보강재를 일체화하는 단계(S30);

   상기 로프부재의 일 단부에 지중열교환기의 U 형 단부를 고정하는 단계(S40);

   상기 로프부재를 상기 걸림부에 걸리게 하고 일체화된 상기 보강재를 지중굴착공에 삽입함으로써 로프부재 또는 로프부재 및 지중열교환기도 함께 지중굴착공의 내부로 삽입하는 단계(S50);

   상기 지중열교환기의 U 형 단부가 상기 걸림부에 걸릴 때까지 상기 로프부재를 상방으로 견인하는 단계(S60);

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 지중열교환기 시공방법.
2. 청구항 1 에 있어서,

   상기 단계(S60) 이후에 지중굴착공을 채움재로 충진하는 단계(S70)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 지중열교환기 시공방법.
3. 청구항 2 에 있어서,

   상기 단계(S70)에서 지중굴착공의 내부에 지반안정액이 충진되어 있는 경우에 이를 추출하면서 채움재를 타설하는 것을 특징으로 하는 지중열교환기 시공방법.
4. 청구항 2 또는 청구항 3 에 있어서,

   상기 단계(S70) 이후에 지중굴착공의 개방상단부에서 소정 깊이만큼 타설된 채움재를 파쇄하여 제거하고 이 제거된 부분을 채움재로 다시 타설하는 단계(S80)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 지중열교환기 시공방법.
5. 청구항 4 에 있어서,

   상기 단계(S80)에서 채움재로 다시 타설된 부분에 대응하는 지중열교환기의 외부에는 파쇄 시에 충격을 보호하기 위한 보호부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 지중열교환기 시공방법.
6. 청구항 2 또는 청구항 3 에 있어서,

   상기 단계(S70) 이후에 지중굴착공의 외부로 돌출된 로프부재를 커팅하는 단계(S90)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 지중열교환기 시공방법.
7. 청구항 1 에 있어서,

   상기 보강재는 철근망, 로프부재망, 강선망, 강관, H 파일, I 파일 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 지중열교환기 시공방법.
8. 청구항 1 또는 청구항 2 에 있어서,

   상기 걸림부(30)는 도르래 또는 역 U 자형 고리로 형성되는 것을 특징으로 하는 지중열교환기 시공방법.
9. 청구항 8 에 있어서,

   상기 도르래와 하부 보강재 사이의 간격 또는 역 U 자형 고리의 크기는 지중열교환기의 외경보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 지중열교환기 시공방법.

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