KR101067882B1 - 지열을 이용한 건설현장 가설건물의 냉난방 시스템 및 그 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건설현장에 설치된 가설건물(100); 가설건물(100)의 하부 지반 및 인접 지반에 수평방향으로 매설된 지중 파이프(200); 지중 파이프(200) 내부를 흐르는 매체와 열교환이 가능하도록 설치된 열 펌프(300); 열 펌프(300)와 연결되어, 가설건물(100)에 냉난방을 공급하도록 설치된 냉난방 파이프; 열 펌프(300)와 연결되어, 가설건물(100)에 급수를 공급하도록 설치된 급수 파이프;를 포함하는 지열을 이용한 건설현장 가설건물의 냉난방 시스템을 제시함으로써, 건설현장의 특수성을 활용하여 에너지 비용을 절감할 수 있도록 한다.

지열, 현장, 가설

Description

지열을 이용한 건설현장 가설건물의 냉난방 시스템 및 그 시공방법{GEOTHERMAL HEATING SYSTEM FOR TEMPORARY BUILDING AND CONSTRUCTION METHOD THEREOF}

본 발명은 건설 분야에 관한 것으로서, 상세하게는 건설현장 가설건물의 냉난방 시스템에 관한 것이다.

건설현장에는 주 구조물의 시공 시작 전, 또는 시작과 함께 현장 사무소, 기숙사와 같은 가설건물이 시공된다.

이는 주 구조물의 시공기간 동안에만 존재하는 임시 구조물로서, 주 구조물의 시공이 완료되면 철거되어야 하는바, 콘크리트가 아닌 합성수지 등의 자재에 의해 벽체 및 슬랩을 형성하고, 일반 건물의 경우와 같은 기초공사가 생략된다.

다만, 주 구조물의 시공기간 동안 현장에 근무하는 인원에 대하여, 냉난방, 급수를 제공해야 하는바, 이를 위한 시스템이 설치되어야 한다.

종래에는 이를 위하여, 일반 건물의 경우와 같이, 전기 또는 경유 등의 에너지를 이용한 보일러를 사용하여 왔으나, 토목 공사 현장과 같이 도시로부터 멀리 떨어진 지역에 주 구조물을 시공하는 경우에는, 위 에너지의 비용이 과도하게 소요 되어 효율적이지 못하다는 문제가 제기되어 왔다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 건설현장의 특수성을 활용하여 에너지 비용을 절감할 수 있도록 하는 건설현장 가설건물의 냉난방 시스템 및 그 시공방법을 제시하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 건설현장에 설치된 가설건물(100); 상기 가설건물(100)의 하부 지반 및 인접 지반에 수평방향으로 매설된 지중 파이프(200); 상기 지중 파이프(200) 내부를 흐르는 매체와 열교환이 가능하도록 설치된 열 펌프(300); 상기 열 펌프(300)와 연결되어, 상기 가설건물(100)에 냉난방을 공급하도록 설치된 냉난방 파이프; 상기 열 펌프(300)와 연결되어, 상기 가설건물(100)에 급수를 공급하도록 설치된 급수 파이프;를 포함하는 지열을 이용한 건설현장 가설건물의 냉난방 시스템을 제시한다.

상기 가설건물(100)은 평면도 상으로 'ㄴ'자 형으로 배치된 구조를 포함하고, 상기 지중 파이프(200)는 상기 'ㄴ'자 형으로 배치된 가설건물(100)의 앞마당 영역을 포함하여 매설된 것이 바람직하다.

상기 열 펌프(300)는 상기 'ㄴ'자 형으로 배치된 가설건물(100)의 절곡부 영역에 설치된 것이 바람직하다.

상기 가설건물(100)은 평면도 상으로 'ㄷ'자 형으로 배치된 구조를 포함하고, 상기 지중 파이프(200)는 상기 'ㄷ'자 형으로 배치된 가설건물(100)의 앞마당 영역을 포함하여 매설된 것이 바람직하다.

상기 열 펌프(300)로부터 이격된 위치의 상기 가설건물(100a)의 냉난방 파이프 또는 급수 파이프에 연결되는 공급 파이프(400)는 상기 가설건물(100)의 하부 지반에 매설된 것이 바람직하다.

상기 지중 파이프(200)는 복수가 매설되고, 상기 복수의 지중 파이프(200)는 각각이 상기 열 펌프(300)와 열교환을 하도록 열지어 설치된 것이 바람직하다.

상기 복수의 지중 파이프(200)는 상기 냉난방 파이프와 열교환을 하기 위한 냉난방용 지중 파이프(210); 상기 급수 파이프와 열교환을 하기 위한 급수용 지중 파이프(220);를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 지중 파이프(200)는 지반과 접촉면적을 증대하기 위하여 나선형으로 가공된 접촉면적 증대부(201)를 구비한 것이 바람직하다.

상기 접촉면적 증대부(201)는 상기 지중 파이프(200) 중 지중에 인입되는 구간에만 형성되고, 상기 지중 파이프(200) 중 지중으로부터 인출되는 구간은 선형 구조인 것이 바람직하다.

상기 지중 파이프(200) 내부를 흐르는 매체로는 인접 지역에서 유출되는 지하수를 이용하는 것이 바람직하다.

본 발명은 상기 냉난방 시스템의 시공방법으로서, 상기 지중 파이프(200)의 매설영역 및 상기 가설건물(100)의 시공영역을 형성하도록 지반을 굴착하는 터파기 단계; 상기 지중 파이프(200)를 매설하는 지중 파이프 매설단계; 상기 지중 파이프(200)가 매설된 영역의 상부에 콘크리트의 타설에 의한 기초판(110)을 형성하는 기초판 형성단계; 상기 기초판의 상부에 가설건물(100)을 시공하는 가설건물 시공단계; 상기 가설건물(100) 내부 또는 인접영역에 상기 열 펌프(300)를 설치하는 열 펌프 설치단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설현장 가설건물의 냉난방 시스템의 시공방법을 함께 제시한다.

상기 지중 파이프 매설단계는 돌이 포함되지 않은 고운 토사에 의해 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명은 건설현장의 특수성을 활용하여 에너지 비용을 절감할 수 있도록 하는 건설현장 가설건물의 냉난방 시스템 및 그 시공방법을 제시한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.

도 1 이하에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 지열 냉난방 시스템은 기본적으로, 건설현장에 설치된 가설건물(100); 가설건물(100)의 하부 지반 및 인접 지반에 수평방향으로 매설된 지중 파이프(200); 지중 파이프(200) 내부를 흐르는 매체와 열교환이 가능하도록 설치된 열 펌프(300); 열 펌프(300)와 연결되어, 가설건물(100)에 냉난방을 공급하도록 설치된 냉난방 파이프; 열 펌프(300)와 연결되어, 가설건물(100)에 급수를 공급하도록 설치된 급수 파이프;를 포함하여 구성된다.

지열 냉난방 시스템은 사계절 일정한 지중온도(15℃)를 이용한 것으로서, 여름에는 고온의 건물 내부와 상대적으로 저온인 지중의 열교환에 의해 냉방을 수행하고, 겨울에는 이와 반대 원리로 난방을 수행하는 것이다.

건물 내부에 대한 냉난방을 충분히 수행할 수 있을 정도의 열교환이 이루어지기 위해서는, 지중에 충분한 규모의 열교환 파이프가 매설되어야 하는데, 도심에 위치한 건물의 경우 이를 위한 대지를 마련할 수 없으므로, 수직방향으로 100 ~ 200m 깊이까지 파이프를 매설한 구조를 취한다.

그러나, 건설현장의 경우 비교적 충분한 규모의 대지 확보가 가능하고, 나아가 가설건물(100)의 하부에는 일반 건물과 달리 기초시공이 이루어지지 않으므로, 가설건물(100)의 하부 지반(1) 및 인접 지반(1a)에 대하여 수평방향으로 지중 파이프(200)를 매설함으로써, 충분한 열교환이 이루어지도록 할 수 있다(도 2).

즉, 본 발명에 의한 냉난방 시스템은, 건설현장의 특수성을 활용하여 지열 냉난방 시스템을 적용한 것으로서, 다음과 같은 효과를 얻도록 한다.

첫째, 시공 및 해체가 편리하고, 비용이 적게 소요된다.

상술한 바와 같이 도심 지역에서는 수직방향으로 열교환 파이프를 매설한 구조를 취하는데, 이는 대단히 큰 시공비용이 소요되고, 이후 이를 해체함에도 상당한 노력 및 비용이 소요되어야 한다.

그러나, 본 발명에 의한 시스템에서는 열교환 파이프(지중 파이프 : 200)를 수평방향으로 매설하는바, 시공 및 해체가 편리하여 비용을 최소화할 수 있다는 장점이 있다.

특히, 건설현장 사무소의 부지는 주 구조물의 시공 완료 후, 모든 시설을 해체하여 원상복구된 상태로 원권리자에게 반납하여야 하는바, 위와 같이 해체가 편리하다는 점은 큰 이점이 될 수 있다.

둘째, 에너지 비용의 절감 효과가 우수하다.

종래의 냉난방 시스템에 비해, 본 발명에 의한 지열 냉난방 시스템은 그 설치에 소요되는 비용이 많다는 단점이 있다.

그러나, 종래에 비해 에너지 절감 효과가 뛰어나므로, 시간의 경과와 함께 에너지 비용 절감에 의해 설치비용을 모두 만회할 수 있고, 장기간이 소요되는 현장 사무소의 경우 대단히 큰 비용 절감 효과를 얻을 수 있다.

지중 파이프(200)에 의해 수집된 지열의 열교환 효율을 높이기 위해서는, 지중 파이프(200)의 매설 영역과 위 지열이 사용될 가설건물(100)의 설치영역이 가까울수록 좋다.

따라서, 가설건물(100)은 평면도 상으로 'ㄴ'자 형으로 배치된 구조를 포함하고, 지중 파이프(200)는 'ㄴ'자 형으로 배치된 가설건물(100)의 앞마당 영역을 포함하여 매설되는 것이 바람직하다(도 3).

열 펌프(300)는 지중 파이프(200)에 의해 수집된 지열을 공급받아, 가설건물(100)의 냉난방 파이프 및 급수 파이프에 공급하는 역할을 하는바, 이들 구조의 중앙에 배치되는 것이 가장 효율적이다.

따라서, 열 펌프(300)는 위와 같이 'ㄴ'자 형으로 배치된 가설건물(100)의 절곡부 영역에 설치되는 것이 바람직하다(도 3).

동일한 취지로, 가설건물(100)이 평면도 상으로 'ㄷ'자 형으로 배치된 구조를 포함하는 경우, 지중 파이프(200)는 위 'ㄷ'자 형으로 배치된 가설건물(100)의 앞마당 영역을 포함하여 매설되는 것이 바람직하다(도 4).

이 경우, 절곡위치가 두 군데 형성되는데, 하나의 열 펌프(300)만을 설치하고자 하는 경우에는, 열 펌프(300)로부터 이격된 위치의 가설건물(100a)의 냉난방 파이프 또는 급수 파이프에 별도의 공급 파이프(400)를 통해 냉온수를 공급하도록 하고, 이러한 공급 파이프(400)는 통과위치의 가설건물(100)의 하부 지반에 매설하는 것이 열손실 방지 측면에서 바람직하다.

지중 파이프(200)는 하나의 파이프가 지그재그 구조로서 매설된 구조(유입구 및 유출구가 하나인 구조)를 취할 수도 있고, 복수의 파이프가 각각 매설된 구조(유입구 및 유출구가 복수인 구조)를 취할 수도 있다.

본 발명에 의한 냉난방 시스템은 건설현장에 임시구조로서 매설되는 것이므로, 공사의 진행 기타 이유로 파이프 일부 영역의 손상이 발생할 수 있는바, 일부 파이프가 손상되더라도 나머지 파이프에 의해 시스템을 운영할 수 있는 후자의 구성을 취하는 것이 바람직하다.

즉, 지중 파이프(200)는 복수가 매설되고, 그 복수의 지중 파이프(200)는 각각이 열 펌프(300)와 열교환을 하도록 열지어 설치된 구조를 취하는 것이 바람직한 것이다(도 5).

이와 같이 복수의 지중 파이프(200)에 의해 수집된 지열은 열 펌프(300)에서 냉난방 파이프 및 급수 파이프의 구분없이 함께 공급될 수도 있으나, 현장 사무소의 경우에는, 냉난방 파이프와 열교환을 하기 위한 냉난방용 지중 파이프(210); 급수 파이프와 열교환을 하기 위한 급수용 지중 파이프(220);를 각각 구분하고, 그 각각에 의해 수집된 지열이 구분되어 냉난방 파이프 및 급수 파이프에 공급되는 구 조를 취하는 것이 바람직하다.

건설현장에 근무하는 인원들은 퇴근시 모두 샤워를 하는 것이 일반적이므로, 일시적으로 급수 시스템에 과부하가 걸리게 되는바, 위와 같이 냉난방용과 급수용의 구분을 하지 않는 경우, 급수 시스템의 과부하로 인하여 냉난방 시스템에 영향을 줄 수 있기 때문이다.

지중 파이프(200)는 선형 구조로서 지그재그 형상으로 매설된 구성을 취할 수도 있으나, 지반과 접촉면적을 증대하기 위해서는 나선형으로 가공된 접촉면적 증대부(201)를 구비하는 것이 바람직하다(도 6).

이러한 나선형 구조의 접촉면적 증대부(201)는 지중 파이프(200) 중 지중에 인입되는 구간과 지중으로부터 인출되는 구간에 모두 형성할 수도 있으나, 지중에 인입되는 구간에만 형성하고, 지중으로부터 인출되는 구간은 선형 구조로 형성하는 것이 설치 및 해체 작업의 편의성 측면에서 더욱 바람직하다.

지중 파이프(200) 내부를 흐르는 열교환 매체로는 수돗물을 사용할 수도 있으나, 건설현장의 인접 지역에서 유출되는 지하수를 이용하는 것이 경제적이다.

본 발명에 의한 냉난방 시스템의 시공과정은, 지중 파이프(200)의 매설영역 및 가설건물(100)의 시공영역을 형성하도록 지반을 굴착하는 터파기 단계; 지중 파이프(200)를 매설하는 지중 파이프 매설단계; 지중 파이프(200)가 매설된 영역의 상부에 콘크리트의 타설에 의한 기초판(110)을 형성하는 기초판 형성단계; 기초판의 상부에 가설건물(100)을 시공하는 가설건물 시공단계; 가설건물(100) 내부 또는 인접영역에 열 펌프(300)를 설치하는 열 펌프 설치단계;를 포함하여 구성된다.

지중에 매설되는 지중 파이프(200)의 손상 가능성을 줄이기 위해서는, 위 지중 파이프 매설단계에서 돌이 포함되지 않은 고운 토사를 사용하는 것이 바람직하다.

이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.

도 1 이하는 본 발명의 실시예를 도시한 것으로서,

도 1은 건설현장 가설건물의 조감도.

도 2는 냉난방 시스템의 제1실시예의 횡단면도.

도 3은 냉난방 시스템의 제1실시예의 평면도.

도 4는 냉난방 시스템의 제2실시예의 평면도.

도 5는 열 펌프와 지중 파이프의 구성도.

도 6은 지중 파이프의 부분사시도.

도 7은 지중 파이프 매설구조의 평면도.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

100 : 가설건물 200 : 지중 파이프

201 : 접촉면적 증대부 210 : 냉난방용 지중 파이프

220 : 급수용 지중 파이프 300 : 열 펌프

400 : 공급 파이프

Claims (12)

1. 건설현장에 설치된 가설건물(100);

   상기 가설건물(100)의 하부 지반 및 인접 지반에 수평방향으로 매설된 지중 파이프(200);

   상기 지중 파이프(200) 내부를 흐르는 매체와 열교환이 가능하도록 설치된 열 펌프(300);

   상기 열 펌프(300)와 연결되어, 상기 가설건물(100)에 냉난방을 공급하도록 설치된 냉난방 파이프;

   상기 열 펌프(300)와 연결되어, 상기 가설건물(100)에 급수를 공급하도록 설치된 급수 파이프;를 포함하며,

   상기 지중 파이프(200)는 복수가 매설되고,

   상기 복수의 지중 파이프(200)는 각각이 상기 열 펌프(300)와 열교환을 하도록 열지어 설치되며,

   상기 복수의 지중 파이프(200)는

   상기 냉난방 파이프와 열교환을 하기 위한 냉난방용 지중 파이프(210);

   상기 급수 파이프와 열교환을 하기 위한 급수용 지중 파이프(220);를

   포함하는 것을 특징으로 하는 건설현장 가설건물의 냉난방 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 가설건물(100)은 평면도 상으로 'ㄴ'자 형으로 배치된 구조를 포함하고,

   상기 지중 파이프(200)는 상기 'ㄴ'자 형으로 배치된 가설건물(100)의 앞마당 영역을 포함하여 매설된 것을 특징으로 하는 건설현장 가설건물의 냉난방 시스템.
3. 제2항에 있어서,

   상기 열 펌프(300)는 상기 'ㄴ'자 형으로 배치된 가설건물(100)의 절곡부 영역에 설치된 것을 특징으로 하는 건설현장 가설건물의 냉난방 시스템.
4. 제3항에 있어서,

   상기 가설건물(100)은 평면도 상으로 'ㄷ'자 형으로 배치된 구조를 포함하고,

   상기 지중 파이프(200)는 상기 'ㄷ'자 형으로 배치된 가설건물(100)의 앞마당 영역을 포함하여 매설된 것을 특징으로 하는 건설현장 가설건물의 냉난방 시스템.
5. 제4항에 있어서,

   상기 열 펌프(300)로부터 이격된 위치의 상기 가설건물(100a)의 냉난방 파이프 또는 급수 파이프에 연결되는 공급 파이프(400)는 상기 가설건물(100)의 하부 지반에 매설된 것을 특징으로 하는 건설현장 가설건물의 냉난방 시스템.
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,

   상기 지중 파이프(200)는 지반과 접촉면적을 증대하기 위하여 나선형으로 가공된 접촉면적 증대부(201)를 구비한 것을 특징으로 하는 건설현장 가설건물의 냉난방 시스템.
9. 제8항에 있어서,

   상기 접촉면적 증대부(201)는 상기 지중 파이프(200) 중 지중에 인입되는 구간에만 형성되고, 상기 지중 파이프(200) 중 지중으로부터 인출되는 구간은 선형 구조인 것을 특징으로 하는 건설현장 가설건물의 냉난방 시스템.
10. 제1항에 있어서,

    상기 지중 파이프(200) 내부를 흐르는 매체로는 인접 지역에서 유출되는 지하수를 이용하는 것을 특징으로 하는 건설현장 가설건물의 냉난방 시스템.
11. 제1항 내지 제5항, 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항의 냉난방 시스템의 시공방법으로서,

    상기 지중 파이프(200)의 매설영역 및 상기 가설건물(100)의 시공영역을 형성하도록 지반을 굴착하는 터파기 단계;

    상기 지중 파이프(200)를 매설하는 지중 파이프 매설단계;

    상기 지중 파이프(200)가 매설된 영역의 상부에 콘크리트의 타설에 의한 기초판(110)을 형성하는 기초판 형성단계;

    상기 기초판의 상부에 가설건물(100)을 시공하는 가설건물 시공단계;

    상기 가설건물(100) 내부 또는 인접영역에 상기 열 펌프(300)를 설치하는 열 펌프 설치단계;를

    포함하는 것을 특징으로 하는 건설현장 가설건물의 냉난방 시스템의 시공방법.
12. 제11항에 있어서,

    상기 지중 파이프 매설단계는

    돌이 포함되지 않은 고운 토사에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 건설현장 가설건물의 냉난방 시스템의 시공방법.

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