KR101087477B1 - 건물 기초 슬래브를 이용한 지열 냉난방시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건물의 기초 슬래브나 버림 콘크리트 작업시에 지중열교환기의 파이프가 매설된 지열냉난방 시스템이다. 건물의 기초 슬래브나 버림 콘크리트에 지중열교환기의 파이프를 설치하여 굴착 및 매설 작업을 없애서 이러한 작업에 소요되는 장비들이 필요 없을 뿐만 아니라 기존 공정과 간섭이 거의 없으므로, 초기 투자비용을 줄일 수 있고, 지중열교환기 부지가 별도로 필요 없다.

기초 슬래브, 버림 콘크리트, 파이프, 지열냉난방, 열교환기

Description

건물 기초 슬래브를 이용한 지열 냉난방시스템{A geothermal cooling and heating system using a base slab of building}

본 발명은 지열 냉난방시스템, 특히 지중열교환기 파이프를 건물 기초 슬래브에 매설한 건물 기초 슬래브를 이용한 지열 냉난방시스템에 관한 것이다.

지열 에너지를 이용하여 냉난방하는 기술은 1950년대 최초개발되어 미국, 유럽, 아시아 등 각국가에서 널리 사용되는 기술이다. 지열 에너지를 이용하기 위해서는 지중 열교환기를 지하에 설치해야 한다. 지중 열교환기는 파이프의 매설방법에 따라서, 약 지하 100 내지 200 m 수직으로 파이프, 예를 들어서, 폴리에틸렌 파이프(polyethylene pipes)를 매설하는 수직형과 지하1.25m ∼1.5m 수평으로 매설하는 수평형이 있다. 그리고 지하수에 직접 파이프를 연결하는 지하수형이 있다.

수직형 지중열교환기는 가장 일반적인 형태로 높은 신뢰성을 가지며 시공 부지가 협소한 경우에 적합하고 열 성능이 우수하다는 장점이 있으니, 높은 시공비가 드는 단점이 있다.

수평형 지중열교환기는 시공비가 저렴하고 시공이 용이하고 유지보수가 간단하지만, 넓은 설치 부지가 필요하고, 수직형에 비해서 열 성능이 미흡하고, 도심지에 설치 불가능하여, 국내에서는 시공사례가 거의 없다.

지하수형 지중열교환기는 지하수에 직접 파이프를 연결하기 때문에, 시공비가 저렴하고, 열 성능이 우수하고 설치 부지가 협소하지만, 지속적인 지하수량이 필요하고 지하수위 저하 우려가 있고 일부 지역에서만 적용가능하고 지하수 함유물에 의해 장비가 고장날 우려가 있다. 이러한 지하수 지중열교환기는 최근에 국내 시공사례가 일부 있다.

열교환기의 파이프 선택은 수명, 유지비용, 펌프의 소요에너지와 지역적인 현장조건등을 고려하여 열융착으로 연결 가능한 폴리에틸렌 혹은 폴리 부틸렌을 사용하고 파이프 직경은 소비 동력과 열전달을 동시에 고려하여야 한다. 즉 파이프 직경을 크게 하면 소비전력을 감소하나 열전달이 감소하고 직경을 적게 하면 열 전달이 원할하나 소비전력이 증가한다.

특히, 수평형 지중열교환기에 있어서 본출원인에 의해 특허허여된 한국특허번호10-0572991호의 도 1(본원 발명의 도 1)를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 통상적인 수평형 지열교환시스템은, 지중(10)에 소정의 깊이로 매설되어 지열을 회수하기 위한 지중열교환기(20)와, 회수한 지열을 건물과 같은 냉난방장소(30)로 장소로 강제 순환시켜 냉난방을 행하도록 하는 히트펌프(40)로 구성된다. 상기 지중열교환기(10)는 폴리에틸렌 파이프 또는 동(銅)파이프와 같이 열전도율이 높은 열교환 파이프로 이루어지며, 그 내부에는 지열에너지와 열교환을 하기 위하여 냉매가 충진된 구조를 갖는다. 이러한 수평형 지중열교환기는 지중(10)에 대략적인 수평방향으로 설치되어 폐회로를 이루면서, 그 양단부인 입구측과 출구측은 히트펌프(40)로 연결된다.

이러한 열교환 파이프들은 지중에 매설되기 때문에, 여유부지가 필요하고, 굴착작업 및 매설작업은 많은 장비들, 예를 들어 굴착기, 펌프, 믹서 등을 필요로 하며, 많은 시간과 비용이 들어, 초기 투자비가 높다.

본 발명의 목적은 건물 기초 슬래브나 버림 콘크리트에 열교환 파이프를 설치하여 초기 투자비용을 줄이고 지중열교환기 설치 부지가 필요없는 건물 기초 슬래브를 이용한 지열 냉난방 시스템을 제공하는 것이다.

버림 콘크리트는 기초 슬래브의 콘크리트 타설전에 바닥면을 고르고 시멘트페이스트가 땅으로 유출되는 것을 막기 위해서 타설된다. 말 그대로 버리는 콘크리트이다. 통상적으로 버림 콘크리트는 40 내지 60cm, 심지어 정확한 수평 레벨을 맞맞추기 위해서 100cm까지 타설되기도 합니다.

기초 슬래브는 상부 구조의 응력을 지반 또는 지정(地定)에 전하기 위해 두어진 구조 부분을 가리키며, 버림 콘트리트 위에 철근을 배근하고 콘크리트를 타설한 것이다.

건물을 지을 때, 건물의 기초작업시에 버림 콘크리트 및 기초 슬래브를 설치한다.

본 발명은 건물의 기초 슬래브나 버림 콘크리트 작업시에 지중열교환기의 파이프가 매설된 지열냉난방 시스템이다.

또한, 지중열교환기 파이프를 지하 주차장 바닥면에 시공할 수 있다.

수직형 지중열교환기로부터 충분한 용량 확보가 어려울 경우에 혼합하여 시 공할 수 있다.

건물의 기초 슬래브나 버림 콘크리트에 지중열교환기의 파이프를 설치하여 굴착 및 매설 작업을 없애서 이러한 작업에 소요되는 장비들이 필요 없을 뿐만 아니라 기존 공정과 간섭이 거의 없으므로, 초기 투자비용을 줄일 수 있고, 지중열교환기 부지가 별도로 필요 없다.

이하에 본원 발명의 실시예를 첨부의 도면을 참고로 아래에 보다 상세히 설명하고자 한다.

도 2는 지면(80)에 지중열교환기 파이프(60)가 매설된 버림 콘크리트(40)의 사시도이다. 버림 콘크리트(40)의 타설전에 지면상에 하나의 입구측과 출구측을 가지는 파이프(60)를 배치한 후, 버림 콘크리트를 타설하여 버림 콘크리트(40)내에 지중열 교환기 파이프(60)이 매설되어 진다.

도 3은 지중열교환기 파이프(60)가 철근망에 직렬로 배치되어 있는 사시도이다. 지중열교환기 파이프(60)는 하나의 입구측과 하나의 출구측을 가진다. 지중열교환기 파이프(60)는 가로철근(51) 또는 세로 철근(52)중 하나와 함께 결속선 또는 U형 볼트(53)에 의해 고정된다. 바람직하게는, 지중열교환기 파이프(60)의 단단한 고정을 위해서는 가로철근(51)과 세로 철근(52)의 교차점을 결속점으로 한다.

본 발명의 기초 슬래브에 지중열교환기 파이프(60)를 설치하는 과정은 다음과 같다.

가로 철근(51)과 세로 철근(52)을 결속선 또는 U형 볼트(53)로 서로 고정하여 철근망을 조립하는 단계와,

상기 철근망 사이에 지중열교환기 파이프(60)를 배치하고, 철근에 결속선 또는 U형 볼트(53)로 상기 지중열교환기 파이프를 고정하는 단계와,

상기 철근망과 상기 지중열교환기 파이프의 조립 완료후, 콘크리트를 타설하여 기초 슬래브를 형성하는 단계를 포함한다.

도 4는 지중열교환기 파이프(60)가 철근망에 병렬로 배치되어 있는 사시도이다. 지중열교환기 파이프(60)는 하나 이상의 분기 U 파이프를 포함한다.

기존의 기초 슬래브 설치 공정에서 지중열교환기 파이프(60)만 추가로 조립하여 설치하기 때문에, 별도로 지중열교환기 파이프(60)를 설치하기 위한 공간을 필요하지 않고, 시추, 그라우팅 작업이 필요하지 않아서 이러한 작업에 소요되는 장비들이 필요 없을 뿐만 아니라 기존 공정과 간섭이 거의 없으므로, 초기 투자비용을 줄일 수 있다.

본 발명의 다양한 특징과 장점이 상술한 설명에서 본 발명의 상세한 구성과 기능과 함께 설명되어 있을지라도, 이들은 단지 설명을 위한 것이다. 변경, 특히 형상, 크기 및 부품의 배치등은 본 발명의 범주에서 벗어나지 않고 일어날 수 있으며, 첨부의 청구범위에 의해서 보다 넓은 의미로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 종래 기술의 수평형 지중열교환기 파이프의 설치도.

도 2은 본 발명의 지중열교환기 파이프가 매설된 버림콘크리트의 사시도.

도 3는 본 발명의 기초 슬래브에서의 지중열교환기 파이프가 직렬 방식으로 배치된 사시도.

도 4은 본 발명의 기초 슬래브에서의 지중열교환기 파이프가 병렬 방식으로 배치된 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

51, 52 : 철근

53 : 결속선

80 : 지면

Claims (3)

1. 건물 기초공정시 버림 콘크리트에 매설된 지중열교환기 파이프와,

   가로 철근(51)과 세로 철근(52)으로 서로 고정된 철근망과,

   상기 철근망 사이의 철근에 결속선 또는 U형 볼트(53)로 고정된 지중열 교환기 파이프(60)와,

   상기 철근망과 상기 지중열교환기 파이프의 조립 완료후, 타설된 콘크리트를 포함하며, 상기 지중열교환기 파이프는 직렬 또는 병렬로 배치되는 것을 특징으로 하는 건물 기초 슬래브를 이용한 지열냉난방 시스템.
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