KR101329468B1 - 연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 장치 및 방법 - Google Patents

연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연돌효과에 의한 단독주택의 환기를 다층의 단독주택에도 손쉽게 적용할 수 있도록 하면서 단독주택의 상부로 상대적으로 낮은 덕트를 적용하여 높게 설치되는 덕트에 의해 발생하는 제반 문제점이 해소되도록 하고 지열을 이용하여 연돌효과가 현저히 상승되도록 하면서 역연돌효과도 원활히 이용할 수 있도록 하는 연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 장치에 관한 것으로, 상기 환기 장치는 단독주택의 외측 지상에 설치되는 외부 급배기관과; 상기 외부 급배기관에 일단이 연결되고, 지중에 매설되어 지열에 의해 열교환이 이루어지는 열교환 튜브와; 상기 열교환 튜브의 끝단에 연결되고, 상기 단독주택의 외벽을 따라 수직으로 설치되는 제1 입상덕트와; 상기 제1 입상덕트에 일단이 연결되고 타단이 상기 단독주택의 외벽을 관통하여 상기 단독주택의 실내로 구비되는 내부 급배기관과; 상기 단독주택의 내측 상부에서 상기 단독주택의 지붕을 관통하여 수직으로 설치되는 제2 입상덕트와; 상기 외부 급배기관의 관로 상에 설치되고, 상기 외부 급배기관을 통해 공기를 급배기시키는 급배기팬과; 상기 단독주택의 내부 및 외부의 환경 정보를 감지하고, 상기 감지된 정보에 따라 상기 급배기팬의 온/오프를 제어하는 환기 제어부를; 포함한다.

Description

연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR HYBRID VENTILATION OF A DETACHED HOUSE USING STACK-EFFECT}
본 발명은 단독주택의 하이브리드 환기 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연돌효과에 의한 단독주택의 환기를 다층의 단독주택에도 손쉽게 적용할 수 있도록 하면서 단독주택의 상부로 상대적으로 낮은 덕트를 적용하여 높게 설치되는 덕트에 의해 발생하는 제반 문제점이 해소되도록 하고 지열을 이용하여 연돌효과가 현저히 상승되도록 하면서 역연돌효과도 원활히 이용할 수 있도록 하는 연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 주택을 환기하는 방법은 자연 환기, 강제 환기, 및 하이브리드 환기로 구별하고 있다.
여기서, 자연 환기(Passive ventilation)는 급배기가 풍압력과 온도 차에 의해 자연적으로 이루어지도록 하는 방식으로 별도의 동력이 필요치 않아 유지관리비가 저렴하다는 장점을 가지나, 외풍, 온도차 등 주위환경 요인에 따라서 환기량이 변하는 문제점이 있으며, 이에 따라 강제 환기를 채용하는 주택이 증가하고 있다.
강제 환기(Active ventilation)는 급배기용 팬을 이용하여 강제적으로 급배기시키는 가장 적극적인 방법으로, 이와 같은 방식은 안정되고 일정하며 확실하게 환기할 수 있다는 장점을 가지고 있는 반면에, 초기투자비와 사후 관리비가 과다하다는 단점이 있어 강제 환기를 얼마나 효율적으로 하느냐가 에너지절약을 위해 대단히 중요한 문제로 대두되고 있다.
상기와 같은 이유로 최근에는 상기 자연 환기와 강제 환기를 조합한 하이브리드 환기(Hybrid ventilation)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하이브리드 환기는 거의 대부분이 팬을 이용하여 강제적으로 배기하고, 이와 같은 배기에 의한 건물 내의 압력차에 의해 단독주택의 외부에서 내부로 자연 급기를 하는 방식이 이용되고 있다. 하지만, 이는 엄밀한 의미에서 하이브리드 환기라 할 수 없다. 왜냐 하면, 진정한 의미의 하이브리드 환기는 자연 환기를 주로 하고 자연 환기가 안 될 경우 기계 환기(강제 환기)로 운전하여 기계 환기를 최소화시키는 친환경적인 환기 시스템이기 때문이다.
이와 같은 하이브리드 환기 방식도 강제 환기를 이용함으로써, 강제 배기에 많은 에너지가 소요되는 문제점이 있어 최근에는 연돌효과를 이용하여 상대적으로 적은 에너지로 자연 환기를 수행하는 방식이 개발되고 있다. 여기서, 연돌효과란, "굴뚝효과" 라고도 하는 것으로, 건축물 내부의 온도가 바깥보다 높고 밀도(압력)가 낮을 때 건물 내의 공기는 부력을 받아 상부측으로 이동하는 현상을 말한다. 이때, 수직 공간 내에서 공기가 움직이는 방향은 온도에 따라 달라지는데, 내부온도가 외부온도보다 높으면 아래쪽에서 위쪽으로 흐르게 되는 현상을 말한다.
아울러, 연돌효과에 대응되는 용어로 "역연돌효과"가 있는데, "역연돌효과"란, 건축물 내부의 온도가 바깥보다 낮고 밀도(압력)가 높을 때 건물 내의 공기는 하강력을 받아 하부측으로 이동하는 현상을 말한다. 이때, 수직 공간 내에서 공기가 움직이는 방향은 온도나 압력에 따라 달라지는데, 내부온도가 외부온도보다 낮으면 위쪽에서 아래쪽으로 흐르게 되는 현상을 말한다.
이러한 연돌효과를 이용한 하이브리드 환기 방식을 채용한 종래의 기술로, 한국공개특허 제2004-0027099호 "환기 시스템"(2004.04.01)이 있으며, 이를 도 9내지 도 11에 도시하여 그 구성과 작동 관계를 설명하면 다음과 같다.
이에 도시된 바와 같이, 종래의 환기 시스템은 단독주택에 적용되는 것으로, 상기 단독주택(a)에는 주택 측부(b)로부터 주택 내부(c)로 통하는 급기덕트(d)가 형성되어 있다.
상기 단독주택(a)에는 주택 상부(e)로부터 상방으로 연장되는 입체 트러스(f)가 형성되어 있고, 상기 입체 트러스(f) 내부를 통과하도록 하여, 주택 내부(c)로부터 상기 단독주택(a)보다 소정의 높이 상방으로 되는 위치로 통하는 배기덕트(g)가 형성되어 있다. 또한, 상기 배기덕트(g)의 상단부에는 횡방향을 향하여 개구되는 복수의 배기구(h)가 구비되어 있다.
상기 급기덕트(d)에는 상기 주택 측부(b)로부터 주택 내부(c)로 향하는 기류량을 조정하는 동시에 상기 기류의 역류를 방지하기 위한 댐퍼(1)가 구비되어 있다. 또한, 상기 배기구(h)에는 상기 배기구 내부(k)측으로부터 상기 배기구 외부(l)측으로 향하는 기류의 역류를 방지하기 위한 역기류 방지댐퍼(11)가 구비되어 있다.
또한, 상기 배기덕트(g) 내에는 주택 내부(c)측으로부터 배기구 외부(l)측으로 향하는 기류의 유도를 촉진시키기 위한 보조팬(m)이 설치되어 있으며, 상기 보조팬(m)은 상기 단독주택(a)의 지붕 상면에 설치되어 있는 태양 전지(n)에 의해서 구동하도록 되어 있다.
이와 같이 구성되는 종래의 환기 시스템은 상기 단독주택(a)에 바람(A)이 작용하면 풍압이 작용하는 바람이 불어오는 쪽의 주택 측부(b1)로부터 주택 내부(c)로 통하는 급기덕트(d) 내에는 상기 주택 측부(b1)측으로부터 주택 내부(c)측으로 향하는 기류가 유도된다.
또한, 상기 주택 내부(c)에는 열이 발생하기 때문에 상기 주택 내부(c)와 배기구 외부측(1)의 사이에는 온도차이가 생긴다. 그리고 이 온도차에 의해 상기 주택 내부(c)의 공기와 상기 배기구 외부(l)의 공기 사이에 비중량의 차이가 생기고, 상기 비중량의 차이에 상기 주택 내부(c)와 배기구 외부(l)의 높이의 차이를 곱한 값에 비례하는 크기의 상승 기류(B)가 발생한다.
상기 상승 기류(B)의 발생요인은 연돌효과라고 불리는 상기 주택 내부(c) 측으로부터 상기 배기구 외부(l)측으로 향하는 기류가 유도된다. 그런데, 상기 배기덕트(g)는 상기 주택 내부(c)로부터 상기 단독주택(a)보다 높게 상방으로 연통되게 형성되어 있기 때문에, 상기 연돌효과가 커지고 상기 주택 내부(c)측으로부터 배기구 외부(l)측으로 향하는 기류의 유도가 촉진된다.
그런데, 상기와 같은 종래 기술에는 다음과 같은 문제점이 있었다.
상기한 종래의 단독주택용 하이브리드 환기 시스템은 단층 구조의 단독주택에만 적용될 수 있어 그 사용 및 적용 범위에 한계를 가지고 있는 문제점이 있었다.
또한, 상기 주택의 상부에 상기 입체 트러스(f)와 배기덕트(g)가 수직으로 높게 설치되어야 충분한 연돌효과를 기대할 수 있으므로, 수직으로 높게 설치되는 입체 트러스(f)와 배기덕트(g)에 의해 주택 자체의 설계 및 시공에 상당한 제한을 받는 문제점이 있었다.
또한, 상기 주택의 시공 제한을 해소하기 위해 상기 입체 트러스(f)와 배기덕트(g)를 상대적으로 낮게 시공하는 경우에, 즉 주택의 내부와 배기구(h) 사이의 높이 차이가 작은 경우에는, 상기 배기덕트(g) 내의 상승 기류가 작고 연돌효과가 낮아 충분한 환기를 행할 수 없는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 환기 시스템은 동절기와 같은 연돌효과가 발생되는 시기에만 환기가 이루어져 하절기와 같은 시기에 발생하는 역연돌효과를 적절히 이용할 수 없어 계절적 요인에 의해 환기에 제한을 받게 되는 문제점이 있었다.
한국공개특허 제2004-0027099호 "환기 시스템"(2004.04.01)
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,
본 발명의 목적은, 연돌효과에 의한 단독주택의 환기를 다층의 단독주택에도 손쉽게 적용할 수 있도록 하면서 단독주택의 상부로 상대적으로 낮은 덕트를 적용하여 높게 설치되는 덕트에 의해 발생하는 제반 문제점이 해소되도록 하고 지열을 이용하여 연돌효과가 현저히 상승되도록 하면서 역연돌효과도 원활히 이용할 수 있도록 하는 연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 장치 및 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 실내의 환기가 불필요하거나 과도하게 환기된 경우에 실내로 유입되는 공기를 바이패스시켜 실내의 불필요한 환기나 과도한 환기가 방지되도록 하는 연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 장치 및 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 불필요하거나 과도하게 환기되는 경우에 바이패스되는 공기를 이용하여 발전을 일으킬 수 있도록 하는 연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 제1 입상덕트에 가열기를 설치하여 제1 입상덕트를 통한 공기의 상승이 보다 원활하게 이루어지도록 하는 연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 장치 및 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 제2 입상덕트에 냉각기를 설치하여 제2 입상덕트를 통한 공기의 하강이 보다 원활하게 이루어지도록 하는 연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 장치 및 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 보조바이패스관을 설치하여 역연돌효과 시기에 단독주택의 실내의 공기가 외부로 원활하게 배출되도록 하는 연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 "연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 장치"는, 단독주택의 외측 지상에 설치되는 외부 급배기관과; 상기 외부 급배기관에 일단이 연결되고, 지중에 매설되어 지열에 의해 열교환이 이루어지는 열교환 튜브와; 상기 열교환 튜브의 끝단에 연결되고, 상기 단독주택의 외벽을 따라 수직으로 설치되는 제1 입상덕트와; 상기 제1 입상덕트에 일단이 연결되고 타단이 상기 단독주택의 외벽을 관통하여 상기 단독주택의 실내로 구비되는 내부 급배기관과; 상기 단독주택의 내측 상부에서 상기 단독주택의 지붕을 관통하여 수직으로 설치되는 제2 입상덕트와; 상기 외부 급배기관의 관로 상에 설치되고, 상기 외부 급배기관을 통해 공기를 급배기시키는 급배기팬과; 상기 단독주택의 내부 및 외부의 환경 정보를 감지하고, 상기 감지된 정보에 따라 상기 급배기팬의 온/오프를 제어하는 환기 제어부를; 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 "연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 장치"는, 상기 내부 급배기관의 상부로 상기 제1 입상덕트의 상단과 상기 제2 입상덕트의 외측에 연통되게 연결되는 바이패스관과; 상기 바이패스관의 관로 상에 설치되고, 상기 환기 제어부의 제어에 따라 상기 바이패스관을 개폐시키는 제1 댐퍼와; 상기 내부 급배기관의 관로 상에 설치되고, 상기 환기 제어부의 제어에 따라 상기 내부 급배기관을 개폐시키는 제2 댐퍼와; 상기 바이패스관의 하부로 상기 제2 입상덕트의 관로 상에 설치되고, 상기 환기 제어부의 제어에 따라 상기 제2 입상덕트의 하단을 개폐시키는 제3 댐퍼를; 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 "연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 장치"는, 상기 바이패스관의 내부에 설치되고, 상기 바이패스관을 통해 유동되는 공기에 의해 회전되면서 전기를 발생시키는 풍력발전기를; 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 "연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 장치"의 상기 환경 정보는, 상기 단독주택의 내부와 외부의 온도 차이, 상기 제1 입상덕트와 제2 입상덕트의 내부의 기류, 상기 단독주택의 실내 공기의 탁도, 또는 상기 단독주택의 실내에서 거주자의 동작 감지 중의 하나 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 장치.
또한, 본 발명에 따른 "연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 장치"는, 상기 제1 입상덕트의 외측 둘레에 설치되고, 상기 환기 제어부의 제어에 따라 상기 제1 입상덕트를 통해 유동되는 공기를 가열시키는 가열기를; 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 "연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 장치"의 상기 가열기는, 상기 단독주택의 내부에서 외부로 배출되는 폐열을 회수하여 그 열원으로 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 "연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 장치"는, 상기 제2 입상덕트의 외측 둘레에 설치되고, 상기 환기 제어부의 제어에 따라 상기 제2 입상덕트를 통해 유동되는 공기를 냉각시키는 냉각기를; 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 "연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 장치"의 상기 냉각기는, 빙축열을 이용하여 냉각시키는 빙축열 냉각기인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 "연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 장치"의 상기 냉각기는, 하절기에 지중의 냉기를 유도하여 냉각시키는 지중열 냉각기인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 "연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 장치"는, 상기 제1 입상덕트의 하부에 연통되게 연결되는 보조바이패스관과; 상기 보조바이패스관의 관로 상에 설치되고, 상기 환기 제어부의 제어에 따라 상기 보조바이패스관을 개폐시키는 제4 댐퍼를; 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 "연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 장치"는, 상기 보조바이패스관의 관로 상에 설치되고, 상기 보조바이패스관을 통해 공기를 배기시키는 보조배기팬과; 상기 보조바이스패스관의 하부로 상기 제1 입상덕트의 관로 상에 설치되고, 상기 환기 제어부의 제어에 따라 상기 제1 입상덕트를 개폐시키는 제5 댐퍼를; 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 "연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 방법"은, 단독주택의 측벽에서 실내로 연결되는 제1 입상덕트와 상기 단독주택의 실내에서 지붕을 관통하는 제2 입상덕트가 구비되고, 상기 단독주택의 내부와 외부의 온도 차이 및 상기 제1 입상덕트와 제2 입상덕트의 내부의 기류 정보에 따라 연돌효과 시기와 역연돌효과 시기로 구분하며, 상기 연돌효과 시기에는 상기 제1 입상덕트에서 상기 제2 입상덕트를 통해 상기 단독주택의 하부에서 상부로 공기를 자연 유동시켜 상기 단독주택의 실내를 자연 환기시키며, 상기 역연돌효과 시기에는 지중열의 냉기를 이용하여 상기 제2 입상덕트에서 상기 제1 입상덕트를 통해 상기 단독주택의 상부에서 하부로 공기를 자연 유동시켜 상기 단독주택의 실내를 자연 환기시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 "연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 방법"은, 상기 연돌효과 시기에 상기 제1 입상덕트를 통해 상기 단독주택의 하부에서 유입되는 공기를 가열하여 상기 제1 입상덕트를 통한 공기의 상승력을 증대시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 "연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 방법"은, 상기 역연돌효과 시기에 상기 제2 입상덕트를 통해 상기 단독주택의 상부에서 유입되는 공기를 냉각하여 상기 제2 입상덕트를 통한 공기의 하강력을 증대시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 "연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 방법"은, 상기 연돌효과 시기 또는 상기 역연돌효과 시기 중에 상기 단독주택의 내부로 자연 급배기가 일어나지지 않으면, 상기 제1 입상덕트를 통해 상기 단독주택의 외부의 공기를 상기 단독주택의 내부로 강제 유동시켜 상기 단독주택을 강제 환기시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 "연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 방법"은, 상기 연돌효과 시기 또는 상기 역연돌효과 시기 중에 상기 단독주택의 내부로 환기가 불필요하거나 과도하게 환기된 경우에, 상기 제1 입상덕트에서 상기 제2 입상덕트로 공기를 바이패스시키는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 본 발명은, 연돌효과에 의한 단독주택의 환기를 다층의 단독주택에도 손쉽게 적용할 수 있고, 단독주택의 상부로 상대적으로 낮은 덕트를 적용하여 높게 설치되는 덕트에 의해 발생하는 제반 문제점이 해소되며, 지열을 이용하여 연돌효과가 현저히 상승되고, 역연돌효과도 원활히 이용할 수 있어 계절적 요인에 의한 환기의 제한이 원활히 해소되는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은, 실내의 환기가 불필요하거나 과도하게 환기된 경우에 실내로 유입되는 공기를 바이패스시켜 실내의 불필요한 환기나 과도한 환기가 방지되고, 그에 따라 환기의 적정성이 현저히 향상되는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은, 불필요하거나 과도하게 환기되는 경우에 바이패스되는 공기를 이용하여 발전을 일으킬 수 있고, 그에 따라 환기에 사용되지 않은 공기의 유동력을 통해 친환경적인 에너지의 생산이 이루어지는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은, 제1 입상덕트에 가열기를 설치하여 제1 입상덕트를 통한 공기의 상승이 보다 원활하게 이루어지고, 그에 따라 연돌효과에 의한 자연 급배기가 보다 안정적으로 이루어지는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은, 제2 입상덕트에 냉각기를 설치하여 제2 입상덕트를 통한 공기의 하강이 보다 원활하게 이루어지고, 그에 따라 역연돌효과에 의한 자연 급배기가 보다 안정적으로 이루어지는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은, 보조바이패스관을 설치하여 역연돌효과 시기에 단독주택의 실내의 공기가 외부로 원활하게 배출되고, 그에 따라 역연돌효과 시기에 단독주택의 환기가 보다 안정적으로 이루어지는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드 환기 장치의 개략적인 종단면도,
도 2는 도 1에 따른 실시예의 연돌효과 시기의 작동 상태를 보인 개략적인 종단면도,
도 3은 도 1에 따른 실시예의 역연돌효과 시기의 작동 상태를 보인 개략적인 종단면도,
도 4는 도 1에 따른 실시예의 환기 중지 시기의 작동 상태를 보인 개략적인 종단면도,
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 하이브리드 환기 장치의 개략적인 종단면도,
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 하이브리드 환기 장치의 개략적인 종단면도,
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 하이브리드 환기 장치의 개략적인 종단면도,
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 하이브리드 환기 장치의 개략적인 종단면도,
도 9는 종래의 환기 장치의 일예를 보인 개략적인 종단면도,
도 10은 도 9의 요부 확대 평단면도,
도 11은 도 9의 요부 확대도.
이하 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시예에 제한되지 않음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드 환기 장치의 개략적인 종단면도이다.
이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 단독주택의 하이브리드 환기 장치는 단독주택(H)의 외부에서 지상에 설치되는 외부 급배기관(10)과, 상기 외부 급배기관(10)에 연결되는 열교환 튜브(20)와, 상기 열교환 튜브(20)에 연결되는 제1 입상덕트(30)와, 상기 제1 입상덕트(30)에 연결되는 내부 급배기관(40)과, 상기 단독주택(H)에 수직으로 설치되는 제2 입상덕트(50)와, 상기 외부 급배기관(10)에 설치되는 급배기팬(60)과, 상기 급배기팬(60)의 작동을 제어하는 환기 제어부(70)를 포함한다.
상기 외부 급배기관(10)은 상기 단독주택(H)의 외측 지상에 설치되는 것으로, 상기 단독주택(H)의 외부에서 상기 열교환 튜브(20)로 외부의 공기를 유입시키거나 상기 열교환 튜브(20)에서 상기 단독주택(H)의 외부로 공기를 배출시키는 통로의 역할을 한다.
상기 열교환 튜브(20)는 상기 외부 급배기관(10)에 일단이 연결되고 지중에 매설되는 것으로, 수십 미터에서 수백 미터 이상으로 지하에 깊이 매설되어 지열에 의해 유동되는 공기에 열교환이 이루어지도록 하는 것이다. 즉, 상기 열교환 튜브(20)는 상기 외부 급배기관(10)을 통해 유입되는 공기에 지열에 의한 열교환을 일으키는 역할을 한다. 즉, 상기 열교환 튜브(20)에 의해 이루어지는 열교환은 예를 들어 동절기와 같이 지상의 온도가 지하의 온도보다 낮은 경우 공기를 가열하는 기능을 수행한다.
상기 제1 입상덕트(30)는 상기 열교환 튜브(20)의 끝단에 연결되고 상기 단독주택(H)의 외벽을 따라 수직으로 설치되는 것으로, 상기 열교환 튜브(20)의 끝단에 연결되어 지하의 깊은 곳에서 상기 단독주택(H)의 외벽을 따라 수직 관로를 형성함으로써, 연돌효과나 역연돌효과에 의해 상기 단독주택(H)의 하부로 지하 깊은 곳에서 상기 단독주택(H)의 내부의 방향으로 혹은 그 반대 방향으로 공기가 자연적으로 유동될 수 있도록 하는 것이다.
상기 내부 급배기관(40)은 상기 제1 입상덕트(30)에 일단이 연결되고 타단이 상기 단독주택(H)의 외벽을 관통하여 상기 단독주택(H)의 실내로 구비되는 것으로, 상기 제1 입상덕트(30)를 통해 상승되는 공기가 상기 단독주택(H)의 실내로 유입되거나 상기 단독주택(H)의 실내의 공기가 상기 제1 입상덕트(30)로 유입되는 통로를 제공하는 역할을 한다.
이와 같은 역할을 하는 상기 내부 급배기관(40)은 통상적으로 상기 단독주택(H)이 1층이나 2층인 경우에 각층과 연통되게 설치되며, 2층형의 단독주택에서 1층과 2층 사이가 연통된 경우에는 1층에만 설치되어도 무방하다.
상기 제2 입상덕트(50)는 상기 단독주택(H)의 내측 상부에서 상기 단독주택(H)의 지붕을 관통하여 수직으로 설치되는 것으로, 상기 제1 입상덕트(30)와 마찬가지로 연돌효과나 역연돌효과에 의해 상기 단독주택(H)의 내부에서 상기 단독주택(H)의 외측 상부의 방향으로 혹은 그 반대 방향으로 공기가 자연적으로 유동될 수 있도록 하는 것이다.
상기 제2 입상덕트(50)는 수십 미터 이상의 수직관로를 형성하는 상기 제1 입상덕트(30)와는 달리 수 미터의 상대적으로 짧은 수직관로를 형성함으로써, 연돌효과나 역연돌효과가 충분히 발생되지 않을 수 있다고 예측될 수 있지만, 실제로는 상기 제2 입상덕트(50)는 상기 단독주택(H)의 밀폐된 실내에 의해 상기 제1 입상덕트(30)와 연결된 상태로 간주될 수 있고, 그에 따라 상기 제1 입상덕트(30)와 제2 입상덕트(50)의 수직 높이를 합한 만큼의 연돌효과 또는 역연돌효과가 발생하게 된다.
상기 급배기팬(60)은 상기 외부 급배기관(10)의 관로 상에 설치되는 공지의 송풍기로써, 상기 외부 급배기관(10)을 통해 공기를 급배기시키는 역할을 한다. 즉, 상기 급배기팬(60)은 상기 제1 입상덕트(30)와 제2 입상덕트(50)에 의한 연돌효과 및 역연돌효과를 통해 자연 환기가 이루어지지 않는 경우에 상기 단독주택(H)의 외부의 공기를 상기 열교환 튜브(20)와 제1 입상덕트(30) 및 상기 내부 급배기관(40)을 통해 강제로 상기 단독주택(H)의 실내로 급기하거나 배기할 수 있도록 하는 것이다.
즉, 상기 급배기팬(60)은 자연 환기가 이루어지는 않은 경우를 상기 환기 제어부(70)가 감지하고 상기 환기 제어부(70)의 제어에 따라 가동됨으로써, 상기 단독주택(H)의 실내의 공기를 강제로 환기시키는 역할을 한다.
상기 환기 제어부(70)는 상기 급배기팬(60)을 포함하는 제반 전기기기에 전기 신호 상으로 연결되는 것으로, 상기 단독주택(H)의 내부 및 외부의 환경 정보를 감지하고 상기 감지된 정보에 따라 상기 급배기팬(60)의 온/오프를 제어하는 역할을 한다.
상기 환기 제어부(70)에 의해 감지되는 상기 환경 정보는 상기 단독주택의 내부와 외부의 온도 차이, 상기 제1 입상덕트(30) 및 제2 입상덕트(50)의 내부의 기류, 상기 단독주택(H)의 실내 공기의 탁도(오염도), 또는 상기 단독주택(H)의 실내에서 거주자의 동작 감지 중의 하나 또는 이들의 조합인 것이 바람직하다.
상기 단독주택의 내부와 외부의 온도 차이와 상기 제1 입상덕트(30) 및 제2 입상덕트(50)의 내부의 기류 정보는 연돌효과나 역연돌효과에 의해 자연 환기가 이루어지고 있는지를 판별할 수 있는 정보이며, 이와 같은 정보는 소정의 위치에 설치되는 온도센서나 기류센서에 의해 감지된다.
아울러, 상기 단독주택(H)의 실내 공기의 탁도에 대한 정보는 상기 단독주택(H)의 실내의 소정의 위치에 설치되는 오염농도센서에 의해 감지될 수 있으며, 이와 같이 감지된 정보에 의해 실내의 탁도가 높은 경우에 강제 환기를 수행하게 된다.
상기 단독주택(H)의 실내에서 거주자의 동작 감지는 상기 단독주택(H)의 실내의 소정의 위치에 설치되는 동작감지센서에 의해 감지될 수 있으며, 이와 같이 감지된 정보에 의해 상기 환기 제어부(70)는 상기 단독주택(H)의 실내에 사람이 있는지 또는 없는지를 인지하게 되고, 거주자의 유무에 따라 환기 제어를 변경하게 되는데, 예를 들면 사람이 없는 경우에, 즉 소정의 시간 동안 실내에서 동작이 감지되지 않는 경우에는 현재 상태에서 강제 환기가 필요하더라도 이를 수행하기 않아 불필요한 환기를 방지시킨다.
본 하이브리드 환기 장치는 상기 제1 입상덕트(30)와 제2 입상덕트(50)의 사이에 연결되는 바이패스관(80)과, 상기 바이패스관(80)에 설치되는 제1 댐퍼(90)와, 상기 내부 급배기관(40)에 설치되는 제2 댐퍼(100)와, 상기 제2 입상덕트(50)에 설치되는 제3 댐퍼(110)와, 상기 바이패스관(80)에 설치되는 풍력발전기(120)를 포함한다.
상기 바이패스관(80)은 상기 내부 급배기관(40)의 상부로 상기 제1 입상덕트(30)의 상단과 상기 제2 입상덕트(50)의 외측에 연통되게 연결되는 것으로, 상기 제1 입상덕트(30)를 통해 유입되는 공기를 상기 단독주택(H)의 실내를 거치지 않고 바로 상기 제2 입상덕트(50)로 바이패스시키거나 상기 제2 입상덕트(50)를 통해 유입되는 공기를 상기 단독주택(H)의 실내를 거치지 않고 바로 상기 제1 입상덕트(30)로 바이패스시키는 역할을 한다.
즉, 상기 바이패스관(80)은 상기 단독주택(H)의 실내에 환기가 불필요하거나 과도하게 환기된 경우에 상기 제1 입상덕트(30) 또는 제2 입상덕트(50)를 통해 상기 단독주택(H)의 실내로 유입되는 공기를 상기 단독주택(H)의 실내를 거치지 않고 바이패스시켜 실내의 불필요한 환기가 방지되도록 하는 것이다.
상기 제1 댐퍼(90)는 상기 바이패스관(80)의 관로 상에 설치되는 것으로, 상기 환기 제어부(70)의 제어에 따라 상기 바이패스관(80)을 개폐시키는 역할을 한다. 즉, 상기 제1 댐퍼(90)는 상기 환기 제어부(70)와 전기 신호상으로 연결되어 상기 환기 제어부(70)의 제어에 의해 작동되는 것으로, 상기 단독주택(H)의 실내가 환기되는 경우에는 상기 바이패스관(80)을 폐쇄하는 폐쇄 위치에 있다가 상기 단독주택(H)의 실내의 환기가 불필요한 경우에는 상기 바이패스관(80)을 개방시키는 개방 위치로 전환된다.
상기 제2 댐퍼(100)는 상기 내부 급배기관(40)의 관로 상에 설치되는 것으로, 상기 환기 제어부(70)의 제어에 따라 상기 내부 급배기관(40)을 개폐시키는 역할을 한다. 즉, 상기 제2 댐퍼(100)는 상기 환기 제어부(70)와 전기 신호상으로 연결되어 상기 환기 제어부(70)의 제어에 의해 작동되는 것으로, 상기 단독주택(H)의 실내가 환기되는 경우에는 상기 내부 급배기관(40)을 개방시키는 개방 위치에 있다가 상기 단독주택(H)의 실내의 환기가 불필요한 경우에는 상기 내부 급배기관(40)을 폐쇄시키는 폐쇄 위치로 전환된다.
상기 제3 댐퍼(110)는 상기 바이패스관(80)의 하부로 상기 제2 입상덕트(50)의 관로 상에 설치되는 것으로, 상기 환기 제어부(70)의 제어에 따라 상기 제2 입상덕트(50)의 하단을 개폐시키는 역할을 한다. 즉, 상기 제3 댐퍼(110)는 상기 환기 제어부(70)와 전기 신호상으로 연결되어 상기 환기 제어부(70)의 제어에 의해 작동되는 것으로, 상기 단독주택(H)의 실내가 환기되는 경우에는 상기 제2 입상덕트(50)를 개방시키는 개방 위치에 있다가 상기 단독주택(H)의 실내의 환기가 불필요한 경우에는 상기 제2 입상덕트(50)를 폐쇄시키는 폐쇄 위치로 전환된다.
이와 같은 역할을 하는 상기 제1 댐퍼(90), 제2 댐퍼(100) 및 제3 댐퍼(110)는 관로의 개폐에 대한 작동뿐만 아니라 관로의 개폐를 조절할 수도 있다. 즉, 상기 제1 댐퍼(90), 제2 댐퍼(100) 및 제3 댐퍼(110)는 실내의 환기량의 조절을 위해 적당한 정도로 개방시키는 정도를 조절할 수도 있다.
상기 풍력발전기(120)는 상기 바이패스관(80)의 내부에 설치되는 것으로, 상기 바이패스관(80)을 통해 유동되는 공기에 의해 회전되면서 전기를 발생시키는 역할을 한다. 즉, 상기 풍력발전기(120)는 실내의 환기가 불필요한 경우에 상기 바이패스관(80)을 통해 바이패스되면서 상기 바이패스관(80)의 관로를 따라 유동되는 공기의 유동력으로 발전을 일으키는 역할을 한다. 이와 같이 역할을 하는 상기 풍력발전기는 통상의 바람에 의해 회전되는 블레이드를 가지고 상기 블레이드가 공기의 유동에 의해 회전되면서 발전기를 가동시켜 발전을 일으키는 공지의 장치이다. 상기 풍력발전기(120)에 의해 생성된 전기는 상기 단독주택(H)의 전력으로 직접 사용될 수 있거나, 상기 급배기팬(60)을 작동시키는 전력으로 사용될 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 하이브리드 환기 장치는 연돌효과에 의한 단독주택(H)의 환기를 다층의 단독주택(H)에도 손쉽게 적용할 수 있도록 하면서 단독주택(H)의 상부로 상대적으로 낮은 입상덕트를 적용하여 단독주택의 지붕의 위로 높게 설치되는 입상덕트에 의해 발생하는 제반 문제점이 해소되도록 하고 지열을 이용하여 연돌효과가 현저히 상승되도록 하면서 역연돌효과도 원활히 이용할 수 있도록 하는 획기적인 발명이다.
도 2는 도 1에 따른 실시예의 연돌효과 시기의 작동 상태를 보인 개략적인 종단면도이다.
상기 단독주택(H)의 외부의 온도가 상기 단독주택(H)의 내부의 온도보다 낮은 겨울과 같은 시기(동절기)를 연돌효과 시기로 간주할 수 있으며, 이런 연돌효과 시기의 환기 작동 상태를 도 2를 통해 설명하면 다음과 같다.
이에 도시된 바와 같이, 연돌효과 시기에는 상기 단독주택(H)의 외부의 온도가 상기 단독주택(H)의 실내의 온도보다 낮게 되고, 그에 따라 상기 제1 입상덕트(30)의 하단에서 상기 제1 입상덕트(30)의 상단으로 공기가 연돌효과에 의해 자연적으로 상승된다.
보다 구체적으로는 상기 단독주택(H)의 외부의 공기가 상기 외부 급배기관(10)을 통해 상기 열교환 튜브(20)로 유입되어 온도가 상승되고, 상기 열교환 튜브(20)로 유입되어 온도가 상승된 공기는 상기 제1 입상덕트(30)의 연돌효과에 의해 상기 제1 입상덕트(30)를 따라 빠르게 상승된다.
이와 같이 상기 제1 입상덕트(30)를 따라 상승되는 공기는 상기 내부 급배기관(40)을 통해 상기 단독주택(H)의 실내로 유입되어 환기가 이루어지고, 상기 단독주택(H)의 실내로 유입된 공기는 상기 제2 입상덕트(50)의 연돌효과에 의해 상기 제2 입상덕트(50)의 하부로 유입된 후에 상승되어 상기 제2 입상덕트(50)의 상부로 즉, 상기 단독주택(H)의 지붕의 상부로 배출된다.
실제로, 상기 제2 입상덕트(50)는 상기 단독주택(H)의 실내의 밀폐된 공간에 의해 상기 제1 입상덕트(30)와 연결된 것으로 간주될 수 있고, 그에 따라 상기 제1 입상덕트(30)의 높이에 상기 제2 입상덕트(50)의 높이를 더한 높이만큼의 수직의 통로를 형성하여 이런 수직의 통로에 해당하는 만큼의 연돌효과를 가지게 되고, 그결과 상기 단독주택(H)의 내부로 유입된 공기는 상기 제2 입상덕트(50)의 하부에서 상부로 상기 제2 입상덕트(50)를 통해 빠르게 상승되어 외부로 배출된다.
이때, 연돌효과 시기를 인지한 상기 환기 제어부(70)는 상기 제1 입상덕트(30)와 상기 제2 입상덕트(50)를 통한 공기의 상승이 원활하도록 상기 제2 댐퍼(100)와 제3 댐퍼(110)를 개방위치로 변경하면서 상기 바이패스관(80)에 설치된 상기 제1 댐퍼(90)를 폐쇄위치로 변경하게 된다.
아울러, 상기 환기 제어부(70)는 상기 제1 댐퍼(90)와 제2 댐퍼(100) 및 상기 제3 댐퍼(110)의 개방과 폐쇄의 정도를 조절하여 상기 단독주택(H)의 실내로 유입되거나 배출되는 공기를 적절하게 조절하여 상기 단독주택(H)의 내부에 적정한 환기가 이루어지도록 한다.
한편, 상기 단독주택(H)의 외부 온도와 내부의 온도 차이가 거의 없거나 상기 제1 입상덕트(30)와 제2 입상덕트(50)를 통한 공기의 상승이 감지되지 않는 경우에 상기 환기 제어부(70)는 상기 급배기팬(60)을 가동시켜 상기 외부 급배기관(10), 열교환 튜브(20), 제1 입상덕트(30) 및 내부 급배기관(40)을 통해 외부의 공기를 상기 단독주택(H)의 실내로 강제로 급기하여 상기 단독주택(H)을 강제로 환기시키게 된다.
도 3은 도 1에 따른 실시예의 역연돌효과 시기의 작동 상태를 보인 개략적인 종단면도이다.
상기 단독주택(H)의 외부의 온도가 상기 단독주택(H)의 내부의 온도보다 높은 여름과 같은 시기(하절기)를 역연돌효과 시기로 간주할 수 있으며, 이런 역연돌효과 시기의 환기 작동 상태를 도 3을 통해 설명하면 다음과 같다.
이에 도시된 바와 같이, 역연돌효과 시기에는 상기 단독주택(H)의 외부의 온도가 상기 단독주택(H)의 실내의 온도보다 높게 되고, 그에 따라 상기 제1 입상덕트(30)의 상단에서 상기 제1 입상덕트(30)의 하단으로 공기가 역연돌효과에 의해 자연적으로 하강된다.
이와 같이 상기 제1 입상덕트(30)를 따라 하강되는 공기는 상기 내부 급배기관(40)을 통해 상기 단독주택(H)의 실내의 공기를 흡입하여 외부로 배출시킴으로써 상기 단독주택(H)의 실내의 환기가 이루어지고, 상기 단독주택(H)의 실내에서 상기 제1 입상덕트(30)에 의한 공기의 배출력과 상기 제2 입상덕트(50)의 역연돌효과에 의해 상기 제2 입상덕트(50)의 상부에서 하부로 외부의 공기가 하강하여 상기 단독주택(H)의 실내로 유입되어 실내의 공기의 환기가 이루어진다.
실제로, 상기 제2 입상덕트(50)는 상기 단독주택(H)의 실내의 밀폐된 공간에 의해 상기 제1 입상덕트(30)와 연결된 것으로 간주될 수 있고, 그에 따라 상기 제1 입상덕트(30)의 높이에 상기 제2 입상덕트(50)의 높이를 더한 높이만큼의 수직의 통로를 형성하여 이런 수직의 통로에 해당하는 만큼의 역연돌효과를 가지게 되고, 그 결과 상기 단독주택(H)의 외부에서 상기 제2 입상덕트(50)를 통해 유입된 공기는 상기 제2 입상덕트(50)의 상부에서 하부로 상기 제2 입상덕트(50)를 통해 빠르게 하강되어 상기 단독주택(H)의 내부로 유입된다.
이때, 역연돌효과 시기를 인지한 상기 환기 제어부(70)는 상기 제1 입상덕트(30)와 상기 제2 입상덕트(50)를 통한 공기의 하강이 원활하도록 상기 제2 댐퍼(100)와 제3 댐퍼(110)를 개방위치로 변경하면서 상기 바이패스관(80)에 설치된 상기 제1 댐퍼(90)를 폐쇄위치로 변경하게 된다.
아울러, 상기 환기 제어부(70)는 상기 제1 댐퍼(90)와 제2 댐퍼(100) 및 상기 제3 댐퍼(110)의 개방과 폐쇄의 정도를 조절하여 상기 단독주택(H)의 실내로 유입되거나 배출되는 공기를 적절하게 조절하여 상기 단독주택(H)의 내부에 적정한 환기가 이루어지도록 한다.
한편, 상기 단독주택(H)의 외부 온도와 내부의 온도 차이가 거의 없거나 상기 제1 입상덕트(30)와 제2 입상덕트(50)를 통한 공기의 하강이 감지되지 않는 경우에 상기 환기 제어부(70)는 상기 급배기팬(60)을 가동시켜 상기 내부 급배기관(40), 제1 입상덕트(30), 열교환 튜브(20) 및 외부 급배기관(10)을 통해 상기 단독주택(H)의 실내의 공기를 강제로 배기하여 상기 단독주택(H)을 강제로 환기시키게 된다.
도 4는 도 1에 따른 실시예의 환기 중지 시기의 작동 상태를 보인 개략적인 종단면도이다.
이에 도시된 바와 같이, 상기 단독주택(H)의 실내의 환기가 불필요하거나 과도하게 환기된 경우에는 환기 중지 시기에 해당하고, 이와 같은 환기 중지 시기를 인지한 상기 환기 제어부(70)는 도시된 바와 같이 상기 제1 입상덕트(30)에서 상기 제2 입상덕트(50)로 혹은 그 반대로 공기를 바이패스시켜 과도하거나 불필요한 환기를 방지한다.
이때, 상기 환기 제어부(70)는 상기 제1 댐퍼(90)를 개방위치로 변경하면서 상기 제2 댐퍼(100)와 제3 댐퍼(110)를 폐쇄위치로 변경하게 되고, 그에 따라 상기 제1 입상덕트(30)에서 상기 바이패스관(80)을 통해 상기 제2 입상덕트(50)로 상승되는 공기가 바이패스된다.
즉, 상기 제1 입상덕트(30)를 통해 상승되는 공기는 상기 내부 급배기관(40)을 통해 상기 단독주택(H)의 실내로 유입되지 않고 상기 바이패스관(80)을 통해 상기 제2 입상덕트(50)로 바로 유입되어 상기 제2 입상덕트(50)를 통해 외부로 배출된다.
여기서, 상기 단독주택(H)의 실내의 환기가 불필요하거나 과도하게 환기에 대한 감지는 상기 환기 제어부(70)를 통해 감지되는 환경 정보에 의해 판별될 수 있다. 다시 말해서, 상기 환기 제어부(70)는 상기 단독주택(H)의 내부의 탁도의 정보를 통해, 예를 들면 실내의 탁도가 매우 낮은 경우는 환기가 불필요하다는 것을 인지하게 되고, 상기 단독주택(H)의 내부의 거주자에 대한 동작 감지를 통해, 예를 들면 소정의 시간 동안 거주자의 동작이 감지되지 않은 경우에는 거주자가 외출한 상태이므로 환기가 불필요하다고 인지하게 된다.
도 4에 도시된 것은 연돌효과 시기에 해당하는 바이스패스 작동이지만, 역연돌효과 시기도 마찬가지로 상기 제2 입상덕트(50)에서 실내를 거치지 않고 상기 바이패스관(80)을 통해 제1 입상덕트(30)로 바로 바이패스된다.
아울러, 상기 바이패스관(80)을 통해 유동되는 공기는 상기 바이패스관(80)에 설치된 상기 풍력발전기(120)를 가동시키게 되고, 이와 같이 상기 풍력발전기(120)의 가동에 의해 전력이 생산된다. 상기 풍력발전기(120)에 의해 생산된 전력은 상기 단독주택(H)에 직접 사용할 수 있어 친환경적이며 제로 에너지형의 주택이 실현될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 하이브리드 환기 장치의 개략적인 종단면도이다.
이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 하이브리드 환기 장치는 상기 제1 입상덕트(30)의 외측 둘레에 설치되는 가열기(130)를 더 포함한다. 상기 가열기(130)는 상기 환기 제어부(70)의 제어에 따라 상기 제1 입상덕트(30)를 통해 유동되는 공기를 가열시키는 역할을 한다.
즉, 상기 가열기(130)를 통해 상기 제1 입상덕트(30)의 내부에서 유동되는 공기가 가열됨으로써, 상기 제1 입상덕트(30)를 통한 공기의 상승이 보다 원활해진다. 따라서, 상기 가열기(130)는 동절기에 해당하는 연돌효과 시기에 가동되는 것이 바람직하다.
이와 같은 상기 가열기(130)는 상기 단독주택(H)의 내부에서 외부로 배출되는 폐열을 회수하여 그 열원으로 하는 것이 바람직하다. 즉, 동절기에 상기 단독주택(H)의 난방을 위해 사용된 후에 외부로 배출되는 폐열을 회수하는 폐열 회수 장치에 의해 회수된 폐열이 상기 가열기(130)에 사용됨으로써, 상기 단독주택(H)에서 배출되는 폐열이 적절히 회수되면서 회수된 폐열이 상기 단독주택(H)의 환기를 원활히 하는데 사용될 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 하이브리드 환기 장치의 개략적인 종단면도이다.
이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 하이브리드 환기 장치는 상기 제2 입상덕트(50)의 외측 둘레에 설치되는 냉각기(140)를 더 포함한다. 상기 냉각기(140)는 환기 제어부(70)의 제어에 따라 상기 제2 입상덕트(50)를 통해 유동되는 공기를 냉각시키는 역할을 한다.
즉, 상기 냉각기(140)를 통해 상기 제2 입상덕트(50)의 내부에서 유동되는 공기가 냉각됨으로써, 상기 제2 입상덕트(50)를 통한 공기의 하강이 보다 원활해진다. 따라서, 상기 냉각기(140)는 하절기에 해당하는 역연돌효과 시기에 가동되는 것이 바람직하다.
이와 같은 상기 냉각기(140)는 빙축열을 이용하여 냉각시키는 빙축열 냉각기인 것이 바람직한데, 상기 빙축열 냉각기는 하절기의 심야시간에 얼음을 얼렸다가 한낮에 이를 녹여 냉각을 하여 전기료를 절감하는 것이다.
또한, 상기 냉각기(140)는 하절기에 지중의 냉기를 유도하여 냉각시키는 지중열 냉각기인 것이 바람직한데, 상기 지중열 냉각기는 하절기에 지상의 온도보다 상대적으로 낮은 온도를 유지하는 지하의 냉기를 상기 제2 입상덕트(50)로 유도하여 상기 제2 입상덕트(50)를 냉각시키는 것이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 하이브리드 환기 장치의 개략적인 종단면도이다.
이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 하이브리드 환기 장치는 상기 제1 입상덕트(30)의 외측 둘레에 설치되는 가열기(130)와, 상기 제2 입상덕트(50)의 외측 둘레에 설치되는 냉각기(140)를 더 포함한다.
상기 가열기(130)는 상기 환기 제어부(70)의 제어에 따라 상기 제1 입상덕트(30)를 통해 유동되는 공기를 가열시키는 역할을 하며, 상기 냉각기(140)는 환기 제어부(70)의 제어에 따라 상기 제2 입상덕트(50)를 통해 유동되는 공기를 냉각시키는 역할을 한다.
상기 가열기(130)는 상기 제1 입상덕트(30)의 내부에서 유동되는 공기를 가열시킴으로써, 상기 제1 입상덕트(30)를 통한 공기의 상승이 보다 원활해지도록 하는 것이다. 따라서, 상기 가열기(130)는 동절기에 해당하는 연돌효과 시기에 가동되는 것이 바람직하다.
상기 냉각기(140)는 상기 제2 입상덕트(50)의 내부에서 유동되는 공기를 냉각시킴으로써, 상기 제2 입상덕트(50)를 통한 공기의 하강이 보다 원활해지도록 하는 것이다. 따라서, 상기 냉각기(140)는 하절기에 해당하는 역연돌효과 시기에 가동되는 것이 바람직하다.
즉, 동절기인 연돌효과 시기에는 상기 가열기(130)를 가동시켜 상기 제1 입상덕트(30)를 통한 공기의 상승력을 증대시키고, 하절기인 역연돌효과 시기에는 상기 냉각기(140)를 가동시켜 상기 제2 입상덕트(50)를 통한 공기의 하강력을 증대시키는 것이다.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 하이브리드 환기 장치의 개략적인 종단면도이다.
이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제5 실시예에 따른 하이브리드 환기 장치는 상기 제1 입상덕트(30)의 하부에 연통되게 연결되는 보조바이패스관(150)과, 상기 보조바이패스관(150)의 관로 상에 설치되는 제4 댐퍼(160)와, 상기 보조바이패스관(150)의 관로 상에 설치되는 보조배기팬(170)과, 상기 보조바이스패스관(150)의 하부로 상기 제1 입상덕트(30)의 관로 상에 설치되는 제5 댐퍼(180)를 더 포함한다.
상기 보조바이패스관(150)은 하절기와 같이 상기 제1 입상덕트(30)와 제2 입상덕트(50)를 통해 공기가 하강하여 배출되는 역연돌효과 시기의 경우에 상기 제1 입상덕트(30)에서 하강하는 공기가 상기 열교환 튜브(20)를 거치지 않고 곧바로 상기 단독주택(H)의 외부로 배출될 수 있도록 하는 통로를 제공하는 역할을 한다.
보다 상세히 설명하면, 하절기와 같은 역연돌효과 시기에 상기 단독주택(H)의 외부의 공기가 상기 제2 입상덕트(50)를 통해 상기 단독주택(H)의 실내로 유입된 후에 실내에서 상기 제1 입상덕트(30)를 통해 하강하여 외부로 배출되는 경우에, 상기 제1 입상덕트(30)에서 하강하는 공기는 지중에 깊숙이 매설된 상기 열교환 튜브(20)를 통과해야 하는데, 이때 상기 제1 입상덕트(30)에서 하강하는 공기는 강한 유동 압력을 가지지 않으면 상기 열교환 튜브(20)의 저항에 의해 이를 원활히 통과하지 못하게 되고, 그에 따라 상기 제1 입상덕트(30)를 통해 공기의 하강이나 배출이 원활히 이루어지지 않게 될 수 있다.
이와 같은 경우에 상기 보조바이패스관(150)을 통해 상기 제1 입상덕트(30)에서 하강하는 공기를 상기 열교환 튜브(20)를 거치지 않고 바이패스시켜 상기 단독주택(H)의 외부로 곧바로 배출될 수 있도록 함으로써, 역연돌효과 시기에 상기 단독주택(H)의 환기가 보다 원활하게 이루어질 수 있게 된다.
상기 제4 댐퍼(160)는 상기 환기 제어부(70)와 전기 신호상으로 연결되는 것으로, 상기 환기 제어부(70)의 제어에 의해 상기 보조바이패스관(150)을 개폐시키는 역할을 한다. 즉, 상기 제4 댐퍼(160)는 상기 환기 제어부(70)와 전기 신호상으로 연결되어 상기 환기 제어부(70)의 제어에 의해 작동되는 것으로, 역연돌효과 시기에 상기 단독주택(H)의 내부에서 상기 제1 입상 덕트(30)를 통해 공기가 하강하는 경우에 상기 보조바이패스관(150)을 개방시키고, 반대로 연돌효과 시기에 상기 제1 입상 덕트(30)를 통해 공기가 상승하는 경우에는 상기 보조바이패스관(150)을 폐쇄하는 폐쇄 위치로 전환시키는 역할을 한다.
상기 보조배기팬(170)은 상기 보조바이패스관(150)의 관로 상에 설치되는 공지의 송풍기로써, 상기 보조바이스패스관(150)을 통해 공기를 배기시키는 역할을 한다. 즉, 상기 보조배기팬(170)은 상기 제1 입상덕트(30)를 통해 상기 단독주택(H)의 실내에서 외부로 공기를 강제 배기시키는 역할을 한다.
즉, 상기 보조배기팬(170)은 상기 열교환 튜브(20)를 거치지 않고 상기 제1 입상덕트(30)를 통해 실외로 공기를 배기할 수 있어, 상기 급배기팬(60)보다 상대적으로 작은 동력으로 상기 단독주택(H)의 강제 환기가 이루어질 수 있도록 하는 것이다. 보다 상세하게는, 상기 급배기팬(60)을 통해 강제 환기를 시키는 경우에 지중에 깊숙이 매설된 상기 열교환 튜브(20)를 거쳐서 공기를 강제 유동시켜야 함으로 상대적으로 큰 동력이 필요하지만, 상기 보조배기팬(170)을 이용하여 강제 환기를 시키는 경우에는 상기 단독주택(H)의 실외로 배기되는 공기가 상기 열교환 튜브(20)를 통과할 필요가 없어 상대적으로 작은 동력으로 강제 배기가 이루어질 수 있다는 것이다.
상기 제5 댐퍼(180)는 상기 환기 제어부(70)와 전기 신호상으로 연결되는 것으로, 상기 환기 제어부(70)의 제어에 의해 상기 제1 입상덕트(30)를 개폐시키는 역할을 한다. 즉, 상기 제5 댐퍼(180)는 상기 환기 제어부(70)와 전기 신호상으로 연결되어 상기 환기 제어부(70)의 제어에 의해 작동되는 것으로, 역연돌효과 시기에 상기 단독주택(H)의 내부에서 상기 제1 입상 덕트(30)를 통해 공기가 하강하는 경우에 상기 제4 댐퍼(160)에 의해 상기 보조바이패스관(150)이 개방된 상태일 때 상기 제1 입상덕트(30)의 하부를 폐쇄시켜 상기 열교환 튜브(20)에서 상기 제1 입상덕트(30)의 하부를 통한 공기의 흡입을 차단하는 역할을 한다.
반대로 연돌효과 시기에 상기 제1 입상 덕트(30)를 통해 공기가 상승하는 경우에는 상기 제5 댐퍼(180)는 상기 제1 입상덕트(30)를 통해 공기가 유동하도록 상기 제1 입상덕트(30)를 개방하는 개방 위치로 전환시킨다.
한편, 본 발명에 따른 연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 방법은 단독주택의 측벽에서 실내로 연결되는 제1 입상덕트(30)와 상기 단독주택의 실내에서 지붕을 관통하는 제2 입상덕트(50)가 구비되고, 상기 단독주택의 내부와 외부의 온도 차이 및 상기 제1 입상덕트(30)와 제2 입상덕트(50)의 내부의 기류 정보에 따라 연돌효과 시기와 역연돌효과 시기로 구분하며, 상기 연돌효과 시기에는 지중열의 열기를 이용하여 상기 제1 입상덕트(30)에서 상기 제2 입상덕트(50)를 통해 상기 단독주택의 하부에서 상부로 공기를 자연 유동시켜 상기 단독주택의 실내를 자연 환기시키며, 상기 역연돌효과 시기에는 상기 제2 입상덕트(50)에서 상기 제1 입상덕트(30)를 통해 상기 단독주택의 상부에서 하부로 공기를 자연 유동시켜 상기 단독주택의 실내를 자연 환기시키는 것이다.
이와 같은 본 하이브리드 환기 방법은 도 1의 환기 장치를 참조하여 아래에 설명된다.
상기 연돌효과 시기는 겨울과 같이 상기 단독주택의 외부의 온도가 상기 단독주택의 실내의 온도보다 낮은 시기이며, 이런 연돌효과 시기에는 상기 단독주택의 하부측에 위치하는 상기 외부 급배기관(10)과 열교환 튜브(20)를 거쳐 상기 제1 입상덕트(30)로 공기가 유입되어 연돌효과에 의해 상승된 후에 상기 단독주택의 내측 상부에 위치하는 상기 제2 입상덕트(50)의 상단을 통해 상기 단독주택의 외부로 배출된다.
상기 역연돌효과 시기는 여름과 같이 상기 단독주택의 외부의 온도가 상기 단독주택의 실내의 온도보다 높은 시기이며, 이런 역연돌효과 시기에는 상기 단독주택의 상부측에 위치하는 상기 제2 입상덕트(50)에서 상기 단독주택의 실내로 그리고 상기 단독주택의 실내에서 상기 제1 입상덕트(30)로 공기가 유입되어 역연돌효과에 의해 하강된 후에 상기 열교환 튜브(20)를 거쳐 상기 단독주택의 외부에 위치하는 상기 외부 급배기관(10)을 통해 상기 단독주택의 외부로 배출된다.
이와 같이 본 환기 방법은 상기 연돌효과 시기와 역연돌효과 시기를 구분하여 상기 제1 입상덕트(30)와 제2 입상덕트(50)를 통한 자연 환기를 극대화시킴으로써, 적은 에너지로 상기 단독주택의 환기 효율이 현저히 향상되도록 하는 것이다.
여기서, 상기 연돌효과 시기와 역연돌효과 시기의 구분은 상기 제1 입상덕트(30)와 제2 입상덕트(50)의 내부의 공기밀도, 기류, 유동 저항, 또는 상기 단독주택의 내부와 외부의 온도 차이의 분석 등을 개별적으로 이용하거나 복합적으로 이용하여 수행될 수 있다.
또한, 본 하이브리드 환기 방법은 상기 연돌효과 시기에 상기 제1 입상덕트(30)를 통해 상기 단독주택의 하부에서 유입되는 공기를 가열하여 상기 제1 입상덕트(30)를 통한 공기의 상승력을 증대시키는 것인데, 이는 상기 제1 입상덕트(30)로 유입된 공기를 가열하여 상기 제1 입상덕트(30)를 통한 연돌효과를 극대화시켜 상기 연돌효과 시기에 상기 단독주택의 환기가 보다 원활히 이루어지도록 하기 위한 것이다.
또한, 본 하이브리드 환기 방법은 상기 역연돌효과 시기에 상기 제2 입상덕트(50)를 통해 상기 단독주택의 상부에서 유입되는 공기를 냉각하여 상기 제2 입상덕트(50)를 통한 공기의 하강력을 증대시키는 것인데, 이는 상기 제2 입상덕트(50)로 유입된 공기를 냉각하여 상기 제2 입상덕트(50)를 통한 역연돌효과를 극대화시켜 상기 역연돌효과 시기에 상기 단독주택의 환기가 보다 원활히 이루어지도록 하기 위한 것이다.
또한, 본 하이브리드 환기 방법은 상기 연돌효과 시기 또는 상기 역연돌효과 시기 중에 상기 단독주택의 내부로 자연 급배기가 일어나지지 않으면, 상기 제1 입상덕트(30)를 통해 상기 단독주택의 외부의 공기를 상기 단독주택의 내부로 강제 유동시켜 상기 단독주택을 강제 환기시키는 것인데, 이는 자연 환기를 상시로 운전하는 것을 기본으로 하되 자연 환기가 되지 않는 경우에는 강제 환기로 전환하여 상기 단독주택의 환기가 원활히 이루어질 수 있도록 하기 위한 것이다.
또한, 본 하이브리드 환기 방법은 상기 연돌효과 시기 또는 상기 역연돌효과 시기 중에 상기 단독주택의 내부로 환기가 불필요하거나 과도하게 환기된 경우에, 상기 제1 입상덕트(30)에서 상기 제2 입상덕트(50)로 공기를 바이패스시키는 것인데, 이는 상기 단독주택의 내부로 환기가 불필요하거나 과도하게 환기된 경우에 상기 단독주택의 내부로 공기를 유입시키지 않고 바이패스시켜 과도하거나 불필요한 환기를 방지하기 위한 것이다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함을 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다할 것이다.
10 : 외부 급배기관
20 : 열교환 튜브
30 : 제1 입상덕트
40 : 내부 급배기관
50 : 제2 입상덕트
60 : 급배기팬
70 : 환기 제어부
80 : 바이패스관
90 : 제1 댐퍼
100 : 제2 댐퍼
110 : 제3 댐퍼
120 : 풍력발전기
130 : 가열기
140 : 냉각기
150 : 보조바이패스관
160 : 제4 댐퍼
170 : 보조배기팬
180 : 제5 댐퍼
H : 단독주택

Claims (16)

  1. 단독주택의 외측 지상에 설치되는 외부 급배기관(10)과;
    상기 외부 급배기관(10)에 일단이 연결되고, 지중에 매설되어 지열에 의해 열교환이 이루어지는 열교환 튜브(20)와;
    상기 열교환 튜브(20)의 끝단에 연결되고, 상기 단독주택의 외벽을 따라 수직으로 설치되는 제1 입상덕트(30)와;
    상기 제1 입상덕트(30)에 일단이 연결되고 타단이 상기 단독주택의 외벽을 관통하여 상기 단독주택의 실내로 구비되는 내부 급배기관(40)과;
    상기 단독주택의 내측 상부에서 상기 단독주택의 지붕을 관통하여 수직으로 설치되는 제2 입상덕트(50)와;
    상기 외부 급배기관(10)의 관로 상에 설치되고, 상기 외부 급배기관(10)을 통해 공기를 급배기시키는 급배기팬(60)과;
    상기 단독주택의 내부 및 외부의 환경 정보를 감지하고, 상기 감지된 정보에 따라 상기 급배기팬(60)의 온/오프를 제어하는 환기 제어부(70)를; 포함하고,
    상기 환경 정보는, 상기 단독주택의 내부와 외부의 온도 차이, 상기 제1 입상덕트(30) 및 제2 입상덕트(50)의 내부의 기류, 상기 단독주택의 실내 공기의 탁도, 또는 상기 단독주택의 실내에서 거주자의 동작 감지 중의 하나 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내부 급배기관(40)의 상부로 상기 제1 입상덕트(30)의 상단과 상기 제2 입상덕트(50)의 외측에 연통되게 연결되는 바이패스관(80)과;
    상기 바이패스관(80)의 관로 상에 설치되고, 상기 환기 제어부(70)의 제어에 따라 상기 바이패스관(80)을 개폐시키는 제1 댐퍼(90)와;
    상기 내부 급배기관(40)의 관로 상에 설치되고, 상기 환기 제어부(70)의 제어에 따라 상기 내부 급배기관(40)을 개폐시키는 제2 댐퍼(100)와;
    상기 바이패스관(80)의 하부로 상기 제2 입상덕트(50)의 관로 상에 설치되고, 상기 환기 제어부(70)의 제어에 따라 상기 제2 입상덕트(50)의 하단을 개폐시키는 제3 댐퍼(110)를;
    더 포함하는 것을 특징으로 하는 연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 바이패스관(80)의 내부에 설치되고, 상기 바이패스관(80)을 통해 유동되는 공기에 의해 회전되면서 전기를 발생시키는 풍력발전기(120)를;
    더 포함하는 것을 특징으로 하는 연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 입상덕트(30)의 외측 둘레에 설치되고, 상기 환기 제어부(70)의 제어에 따라 상기 제1 입상덕트(30)를 통해 유동되는 공기를 가열시키는 가열기(130)를;
    더 포함하는 것을 특징으로 하는 연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가열기(130)는, 상기 단독주택의 내부에서 외부로 배출되는 폐열을 회수하여 그 열원으로 하는 것을 특징으로 하는 연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 입상덕트(50)의 외측 둘레에 설치되고, 상기 환기 제어부(70)의 제어에 따라 상기 제2 입상덕트(50)를 통해 유동되는 공기를 냉각시키는 냉각기(140)를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 냉각기(140)는, 빙축열을 이용하여 냉각시키는 빙축열 냉각기인 것을 특징으로 하는 연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 냉각기(140)는, 하절기에 지중의 냉기를 유도하여 냉각시키는 지중열 냉각기인 것을 특징으로 하는 연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 입상덕트(30)의 하부에 연통되게 연결되는 보조바이패스관(150)과;
    상기 보조바이패스관(150)의 관로 상에 설치되고, 상기 환기 제어부(70)의 제어에 따라 상기 보조바이패스관(150)을 개폐시키는 제4 댐퍼(160)를;
    더 포함하는 것을 특징으로 하는 연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 보조바이패스관(150)의 관로 상에 설치되고, 상기 보조바이패스관(150)을 통해 공기를 배기시키는 보조배기팬(170)과;
    상기 보조바이스패스관(150)의 하부로 상기 제1 입상덕트(30)의 관로 상에 설치되고, 상기 환기 제어부(70)의 제어에 따라 상기 제1 입상덕트(30)를 개폐시키는 제5 댐퍼(180)를;
    더 포함하는 것을 특징으로 하는 연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 장치.
  12. 단독주택의 측벽에서 실내로 연결되는 제1 입상덕트와 상기 단독주택의 실내에서 지붕을 관통하는 제2 입상덕트가 구비되고, 상기 단독주택의 내부와 외부의 온도 차이 및 상기 제1 입상덕트와 제2 입상덕트의 내부의 기류 정보에 따라 연돌효과 시기와 역연돌효과 시기로 구분하고,
    상기 연돌효과 시기에는 지중열의 열기를 이용하여 상기 제1 입상덕트에서 상기 제2 입상덕트를 통해 상기 단독주택의 하부에서 상부로 공기를 자연 유동시켜 상기 단독주택의 실내를 자연 환기시키며,
    상기 역연돌효과 시기에는 상기 제2 입상덕트에서 상기 제1 입상덕트를 통해 상기 단독주택의 상부에서 하부로 공기를 자연 유동시켜 상기 단독주택의 실내를 자연 환기시키는 것을 특징으로 하는 연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 연돌효과 시기에 상기 제1 입상덕트를 통해 상기 단독주택의 하부에서 유입되는 공기를 가열하여 상기 제1 입상덕트를 통한 공기의 상승력을 증대시키는 것을 특징으로 하는 연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 역연돌효과 시기에 상기 제2 입상덕트를 통해 상기 단독주택의 상부에서 유입되는 공기를 냉각하여 상기 제2 입상덕트를 통한 공기의 하강력을 증대시키는 것을 특징으로 하는 연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 연돌효과 시기 또는 상기 역연돌효과 시기 중에 상기 단독주택의 내부로 자연 급배기가 일어나지지 않으면, 상기 제1 입상덕트를 통해 상기 단독주택의 외부의 공기를 상기 단독주택의 내부로 강제 유동시켜 상기 단독주택을 강제 환기시키는 것을 특징으로 하는 연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 연돌효과 시기 또는 상기 역연돌효과 시기 중에 상기 단독주택의 내부로 환기가 불필요하거나 과도하게 환기된 경우에, 상기 제1 입상덕트에서 상기 제2 입상덕트로 공기를 바이패스시키는 것을 특징으로 하는 연돌효과를 이용한 단독주택의 하이브리드 환기 방법.
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