KR101482855B1

KR101482855B1 - 지열 냉난방 시스템의 토양수 저장용 구조물 구축방법

Info

Publication number: KR101482855B1
Application number: KR20130057097A
Authority: KR
Inventors: 원유진
Original assignee: 원유진
Priority date: 2013-05-21
Filing date: 2013-05-21
Publication date: 2015-01-15
Also published as: KR20140136709A

Abstract

본 발명은 수원지, 호수, 지하수, 강 또는 우물에 포함된 지열을 이용하는 개방형 지열 시스템에 있어서, 다음의 단계를 포함하는 토양수(土壤水) 저장용 구조물 구축방법을 제공한다: (a) 지반을 굴토(掘土)하는 단계; (b) 상기 단계 (a)의 굴토된 지반 저면에 상기 토양수 저장 공간을 확보하고, 지열을 상기 토양수에 전달하기 위한 1 단 내지 5 단의 골재층을 축조(築造)하는 단계; (c) 상기 단계 (b)의 축조된 골재층 중 최 상부층에 외부 유공관(有孔管) 내부에 내부 유공관이 위치한 이중 유공관을 매설하는 단계; 및 (d) 상기 단계 (c)의 이중 유공관이 매설된 골재층에 추가적으로 1 단 내지 5 단의 골재층을 축조하는 단계. 본 발명의 시스템을 이용할 경우 기존의 개방형 지열 시스템과 비교하여 높은 열효율을 나타내어 유류비의 70-80% 절감효과를 나타낼 수 있는 장점을 제공한다.

Description

지열 냉난방 시스템의 토양수 저장용 구조물 구축방법{METHOD FOR CONSTRUCTING GROUNDWATER STORAGE OF HEATING AND COOLING SYSTEM USING GEOTHERMAL HEAT}

본 발명은 개방형 지열 냉난방 시스템의 토양수 저장용 구조물 구축방법에 관한 것이다.

일반적으로 냉난방을 위하여 사용되는 에너지원으로서는 석탄, 석유, 천연가스 등과 같은 화석연료를 이용하거나, 또는 이들 화석연료나 원자력을 이용하여 생산된 전력 에너지를 주로 사용하고 있다. 그러나 화석 연료는 연소과정에서 발생하는 각종 공해물질로 인하여 수질 및 환경을 오염시키는 단점이 있으므로, 근래에는 이를 대신할 수 있는 대체 에너지 개발이 활발하게 진행되고 있다. 이러한 대체에너지 중에서도 무한한 에너지원을 갖는 풍력, 태양열 및 지열 등에 관한 연구와 이를 이용한 냉난방장치가 사용되고 있는데, 이들 에너지원은 공기오염과 기후변화에 거의 영향을 미치지 않으면서 에너지를 얻을 수 있는 장점이 있는 반면 에너지 밀도가 대단히 낮은 단점이 있다.

특히 풍력과 태양열을 이용하여 에너지를 얻기 위해서는 설치장소의 한계와 함께 넓은 면적이 확보되어야하며, 이 장치들은 단위 장치당 에너지 생산 용량이 적고 또한 설치 및 유지관리에 많은 비용이 소요된다. 따라서 설치 및 유지관리에 상대적으로 저렴한 비용이 소요되는 지열에너지를 이용한 냉난방장치들이 많이 이용되고 있다.

지열은 지구 내부에서 표면을 거쳐 외부로 유출되는 열량을 의미하는데, 지중온도는 지형에 따라 다르지만 지표면에 가까운 땅속의 온도는 대략 섭씨 10-20℃ 정도로 연중 큰 변화가 없이 일정하게 유지된다. 이러한 지열원은 태양열 또는 풍력 등의 신재생 에너지와 달리 안정적으로 열원을 공급할 수 있는 장점을 가지고 있다. 지열원을 이용한 열교환 시스템은 연중 온도가 일정한 지하수, 지표수 및 지중을 냉방시에는 히트싱크(heat sink)로, 난방시에는 히트 소스(heat source)로 이용하여 냉방과 난방을 동시에 가능하도록 구성된다.

지열시스템의 종류는 대표적으로 지열을 회수하는 파이프(열교환기)의 회로구성에 따라 밀폐형 또는 개방형으로 구분된다.

개방형은 수원지, 호수, 강, 우물 등에서 공급받은 물을 운반하는 파이프가 개방되어 있는 것으로 풍부한 수원지가 있는 곳에서 적용될 수 있다. 개방형 지열시스템의 일반적인 적용은 지하수 심정과 동일한 구조와 시설을 갖추고 있으며 단지 지하수를 양수하여 그 물을 사용하지 않고 지하수가 가지고 있는 지열을 이용한 다음 다시금 양수하였던 지하수 심정 내부로 되돌려 주입하는 형태를 취하고 있다. 밀폐형이 파이프 내의 열매(물 또는 부동액)와 지열이 열교환 되는 것에 비해 개방형은 파이프 내로 직접 지열이 회수되므로 열전달효과가 높고 설치비용이 저렴한 장점이 있다. 개방형의 단점으로는 폐 회로에 비해 보수가 필요하며, 지하수가 지상부분에서 노출되어 짐으로써 지하수 오염의 우려가 있다.

밀폐형은 지중에 설치된 지중 열교환기를 통해 지열을 회수하거나 지중으로 열을 방출하는 냉난방 시스템을 의미하며, 폐쇄된 순환배관 내부에 열교환을 위한 용매가 순환펌프에 의해 순환될 뿐 지하수와 직접 접촉되지는 않게 됨으로써 지하수 오염을 크게 우려하지 않을 수 있어 지하수 환경보전적인 측면에서 유리하다. 밀폐형은 매설환경에 따라 수직형 및 수평형으로 구분될 수 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 지열 시스템과 관련한 기술 문헌을 살펴보면, KR 공개특허 10-2012-0134659(발명의 명칭 : 대구경 천공을 활용한 혼합형 지열시스템 및 그 시공방법)에서는 지하 저장조를 구비하여 지열을 이용하는 밀폐형 지열 시스템에 대해 청구하고 있고, KR 공개특허 10-2008-0014916(발명의 명칭 : 지하수 심정 하부까지 설치된 무공관과 연결하여 지중열교환 효율을 향상하도록 한 지열용 환수 햇더 장치)는 개방형 및 밀폐형 지열 시스템의 장점을 혼합한 지열 시스템에 대해 청구하고 있다.

그러나 상술한 기술 문헌의 경우 효율적인 지열 이용이 가능하나, 시공에 매우 비싼 비용이 소요된다는 단점이 존재한다.

본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.

본 발명자들은 종래 개방형 지열 시스템의 경우 시설비용은 저렴하나, 시스템 유지 관리가 어렵고, 열효율이 떨어져 절감할 수 있는 비용이 미비하다는 사실에 착안하여, 이를 해결하기 위해 예의 연구 노력하였다.

그 결과, 하천 바닥 또는 상기 하천에 인접하여 상기 하천수를 용이하게 공급받을 수 있는 지역을 굴토한 이후 다수의 골재층을 형성한 이후 상기 골재층의 중심부에 이중 유공관을 형성하여 지열을 흡수한 물을 공급받을 경우 시스템 유지 관리가 대단히 편리하고, 기존의 개방형 지열 시스템에 비해 열효율을 비약적으로 향상시킬 수 있는 지열 시스템을 개발할 수 있다는 사실을 발견하여 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.

본 발명은 개방형 지열 시스템을 제공한다.

그 결과, 하천 바닥 또는 상기 하천에 인접하여 상기 하천수를 용이하게 공급받을 수 있는 지역을 굴토한 이후 다수의 골재층을 형성한 이후 상기 골재층의 중심부에 이중 유공관을 형성하여 지열을 흡수한 물을 공급받을 경우 시스템 유지 관리가 대단히 편리하고, 기존의 개방형 지열 시스템에 비해 열효율을 비약적으로 향상시킬 수 있는 지열 시스템을 개발할 수 있다는 사실을 확인하였다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 수원지, 호수, 지하수, 강 또는 우물에 포함된 지열을 이용하는 개방형 지열 시스템에 있어서, 다음의 단계를 포함하는 토양수(土壤水) 저장용 구조물 구축방법을 제공한다: (a) 지반을 굴토(掘土)하는 단계; (b) 상기 단계 (a)의 굴토된 지반 저면에 상기 토양수 저장 공간을 확보하고, 지열을 상기 토양수에 전달하기 위한 1 단 내지 5 단의 골재층을 축조(築造)하는 단계; (c) 상기 단계 (b)의 축조된 골재층 중 최 상부층에 외부 유공관(有孔管) 내부에 내부 유공관이 위치한 이중 유공관을 매설하는 단계; 및 (d) 상기 단계 (c)의 이중 유공관이 매설된 골재층에 추가적으로 1 단 내지 5 단의 골재층을 축조하는 단계.

본 명세서에서 사용하는 용어‘토양수(土壤水)’는 토양의 공극을 채우고 있는 물을 의미할 수 있다.

본 명세서에서 사용하는 용어‘유공관(有孔管)’은 1개 이상의 천공이 형성된 관을 의미할 수 있다.

본 명세서에서 상기 골재의 크기를 정의하기 위해 사용하는 용어‘직경’은 통상적으로 원의 지름을 의미하나, 본 발명에서는 상기 골재 입자의 가장 긴 축의 거리를 의미할 수 있다.

본 명세서에서 사용하는 용어‘공극률(孔隙率)’은 암석의 전체 부피에 대한 공극의 비율을 의미할 수 있다. 구체적으로 공극률을 구하는 방법을 설명하면, 순수한 암석 자체의 부피를 Vs, 전체 부피를 V라 할 때, 공극률 n(%)은 하기 수학식에 의해 계산될 수 있다.

수학식 1

n=(V-Vs)/V x 100

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 단계 (a)의 지반은 바람직하게는 수원지, 호수, 지하수, 강 및 우물을 포함하는 군으로부터 선택된 장소의 저면이거나, 또는 상기 장소와 인접하여 상기 장소가 포함하는 수자원을 효과적으로 급수(給水)할 수 있는 장소일 수 있다. 본 발명에 포함되는 개방형 지열 시스템이 풍부한 수자원을 확보할 수 있는 경우에 우선적으로 고려할 수 있는 시스템이기 때문에, 본 발명의 시스템에 포함되는 토양수 저장용 구조물은 하천 및 강 등의 저면 또는 상기 하천 및 강 등에 인접하여 상기 하천 및 강 등에 포함된 수자원을 손쉽게 공급받을 수 있는 곳에 구축되어야 한다.

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 상기 굴토시 굴토 깊이는 바람직하게는 1-30 m일 수 있고, 가장 바람직하게는 3-6 m일 수 있다. 상기 굴토 깊이가 1 m 미만일 경우에는 구축되는 골재층의 높이가 낮아 충분한 양의 물을 저장할 수 없는 문제가 있고, 상기 굴토 깊이가 30 m를 초과할 경우 시설비용이 현저하게 증가하는 문제가 발생할 수 있다.

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 토양수 저장용 구조물은 외부 유공관(有孔管) 내부에 내부 유공관이 위치한 이중 유공관을 포함한다. 본 발명에서 상기 이중 유공관을 포함하는 것은 매우 중요한 구성요소이다. 일반적으로 배수용으로 사용되는 PE 유공관의 경우 재질이 플라스틱이기 때문에 땅속에 매설될 경우 유공관이 파손되는 경우가 매우 빈번하였고, 유공관에 형성된 구멍에 이물질이 부착하여 유공관 내부로 물을 흡수하는 능력이 시간이 지날수록 약해지는 문제가 있었다. 그러나 본 발명과 같이 콘크리트 외부 유공관 내부에 PE 유공관을 설치할 경우 상기 콘크리트 유공관 내부에 PE 유공관이 위치하고 있어, 토양의 압력 등에 의해 유공관이 파손되는 것을 방지할 수 있고, 또한 상기 콘크리트 유공관에 형성된 구멍을 통해 어느 정도 정수된 물을 PE 유공관을 통해 수집할 수 있어, PE 유공관에 형성된 구멍에 이물질이 막혀 물 흡수 능력이 저하되는 문제를 해결할 수 있다. 또한, 상기 콘크리트 유공관을 통해 일단 다량의 물이 저장되기 때문에 PE 유공관만을 사용하여 물을 수집하는 것과 비교하여 한번에 다량의 물을 공급받을 수 있는 장점이 존재한다.

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 상기 단계 (b) 또는 상기 단계 (d)에 의해 형성된 골재층은 바람직하게는 상기 각각의 골재층에 포함된 골재의 평균 크기 차이에 의해 형성될 수 있고,

보다 바람직하게는 평균직경 0.5-3.5 cm의 가는 자갈, 평균직경 3.6-10.0 cm의 굵은 자갈 또는 평균직경 10.1-30.0 cm의 굵은 돌에 의해 형성될 수 있으며,

보다 더 바람직하게는 완성된 상기 토양수 저장용 구조물에 포함된 골재층의 최상단 및 최하단 골재층은 상기 평균직경 10.1-30.0 cm의 굵은 돌에 의해 형성되고, 상기 최상단 및 최하단 이외의 골재층은 평균직경 0.5-3.5 cm의 가는 자갈, 평균직경 3.6-10.0 cm의 굵은 자갈에 의해 형성될 수 있으며,

가장 바람직하게는 완성된 상기 토양수 저장용 구조물에 포함된 골재층의 최상단 및 최하단 골재층은 상기 평균직경 10.1-30.0 cm의 굵은 돌에 의해 형성되고, 상기 최상단 및 최하단 골재층에 인접하는 골재층에는 평균직경 0.5-3.5 cm의 가는 자갈이 위치하며, 상기 이중 유공관이 위치하는 골재층은 평균직경 3.6-10.0 cm의 굵은 자갈에 의해 형성될 수 있다.

상술한 형태가 가장 바람직한 골재층 형태인 이유는 최상단 및 최하단 골재층에 평균직경 10.1-30.0 cm의 굵은 돌이 위치할 경우 상기 토양수 저장 구조물을 튼튼하게 고정하여 하천수 및 강물 등의 유속에 의해 상기 토양수 저장 구조물이 훼손될 우려가 적어지기 때문이고, 상기 최상단 및 최하단 골재층에 인접하는 골재층에 평균직경 0.5-3.5 cm의 가는 자갈이 위치할 경우 구조물에 인입된 물에 포함될 수 있는 이물질 등을 여과하는 기능을 수행할 수 있기 때문이며, 상기 이중 유공관이 위치하는 골재층에 평균직경 3.6-10.0 cm의 굵은 자갈이 위치할 경우 골재 크기 특성상 상기 콘크리트 유공관의 구멍으로 골재가 인입하는 것을 방지할 수 있고, 골재 크기를 균질하게 조정하기 쉬워 구조물에 저장되는 물의 양을 최대한 확보할 수 있기 때문이다.

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 상기 단계 (b) 또는 상기 단계 (d)의 1 단 내지 5 단의 골재층에 포함된 골재의 평균 공극률(孔隙率)은 바람직하게는 30-60%일 수 있다. 상기 골재 입자가 균질할 경우 공극률이 증가하여 저장되는 물의 양을 증가시킬 수 있고, 토양 입자가 균질하지 않을 경우 공극률이 감소하여 저장되는 물의 양이 감소될 수 있으나, 구조물에 유입되는 이물질의 양을 최소화할 수 있다.

상기 골재의 평균 공극률(孔隙率)이 60%를 초과할 경우 저장되는 물의 양은 많으나, 유입되는 이물질의 양이 너무 많아 유공관이 막힐 염려가 있고, 상기 골재의 평균 공극률(孔隙率)이 30% 미만일 경우 저장되는 물의 양이 부족하여 지열 시스템을 충분하게 가동할 수 없는 문제가 발생한다.

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 외부 유공관에 포함된 구멍의 개수는 상기 외부 유공관 길이 1 m 당 바람직하게는 10-500 개일 수 있고, 상기 구멍의 지름은 바람직하게는 0.5-5.0 cm일 수 있고, 가장 바람직하게는 상기 평균직경 3.6-10.0 cm의 굵은 자갈의 직경보다 작을 수 있다. 상기 구멍에 상기 굵은 자갈의 인입을 방지해야 하기 때문이다.

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 발명의 상기 내부 유공관에 포함된 구멍의 개수는 상기 내부 유공관 길이 1 m 당 바람직하게는 10-500 개일 수 있고, 상기 구멍의 지름은 바람직하게는 0.1-2.0 cm일 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 수원지, 호수, 지하수, 강 또는 우물에 포함된 지열을 이용하는 개방형 지열 시스템이 포함할 수 있는 토양수(土壤水) 저장용 구조물에 있어서, 굴토된 지반에 설치되고, 상기 굴토된 지반 저면에 토양수 저장 공간을 확보하고, 지열을 상기 토양수에 전달하기 위한 1 단 내지 10 단의 골재층을 포함하며, 상기 1 단 내지 10 단의 골재층 중 최상단층 및 최하단층을 제외한 골재층 중 1 개 이상의 상기 골재층에 외부 유공관(有孔管) 내부에 내부 유공관이 위치한 이중 유공관이 매설된 토양수(土壤水) 저장용 구조물을 제공한다.

본 명세서에서 상기 토양수 저장용 구조물에 대한 내용은 상기 토양수 저장용 구조물 구촉방법과 공통되므로, 명세서가 과도하게 복잡해지는 것을 방지하기 위해 그 기재를 생략한다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 상기 방법으로 구축한 토양수 저장용 구조물 중 상기 내부 유공관에 연결된 관을 통해 공급된 물을 이용한 지열 난방 또는 냉방 시스템을 제공한다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 상기 방법으로 구축한 토양수 저장용 구조물 중 상기 내부 유공관에 연결된 관을 통해 공급된 물을 이용한 상수도 시스템을 제공한다.

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 상기 시스템은 상기 내부 유공관에 연결된 관을 통해 상기 토양수 저장용 구조물에 물을 공급하여 상기 토양수 저장용 구조물을 청소하는 청소 펌프를 추가적으로 구비할 수 있다.

본 발명에서 상기 청소 펌프를 추가적으로 구비하는 것은 매우 중요한 구성요소이다. 왜냐하면, 개방형 지열 시스템의 경우 하천 또는 강물 등에 포함된 이물질에 의해 유공관 또는 토양수 저장 구조물이 막혀 정기적으로 청소를 해야 하는 불편이 존재하는데, 상기 청소펌프를 통해 고압의 물을 상기 이중 유공관으로 공급할 경우 상기 이중 유공관 및 상기 토양수 저장용 구조물에 포함된 이물질을 하천 또는 강물 등으로 뿜어낼 수 있기 때문이다.

본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다:

(ⅰ) 본 발명은 수원지, 호수, 지하수, 강 또는 우물에 포함된 지열을 이용하는 개방형 지열 시스템에 있어서, 다음의 단계를 포함하는 토양수(土壤水) 저장용 구조물 구축방법을 제공한다: (a) 지반을 굴토(掘土)하는 단계; (b) 상기 단계 (a)의 굴토된 지반 저면에 상기 토양수 저장 공간을 확보하고, 지열을 상기 토양수에 전달하기 위한 1 단 내지 5 단의 골재층을 축조(築造)하는 단계; (c) 상기 단계 (b)의 축조된 골재층 중 최 상부층에 외부 유공관(有孔管) 내부에 내부 유공관이 위치한 이중 유공관을 매설하는 단계; 및 (d) 상기 단계 (c)의 이중 유공관이 매설된 골재층에 추가적으로 1 단 내지 5 단의 골재층을 축조하는 단계.

(ⅱ) 본 발명의 시스템을 이용할 경우 기존의 개방형 지열 시스템과 비교하여 높은 열효율을 나타내어 유류비의 70-80% 절감효과를 나타낼 수 있는 장점을 제공한다.

(ⅲ) 본 발명의 시스템을 이용할 경우 시스템 내부에 포함된 청소펌프를 이용하여 이중 유공관 및 토양수 저장용 구조물을 손쉽게 청소할 수 있는 장점을 제공한다.

도 1은 본 발명의 토양수 저장용 구조물을 포함하는 지열 시스템의 구조를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 토양수 저장용 구조물을 포함하는 상수도 시스템의 구조를 나태낸다.
도 3은 본 발명의 토양수 저장용 구조물에 포함되는 이중 유공관 중 외부 유공관을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 토양수 저장용 구조물에 포함되는 이중 유공관 중 내부 유공관을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 토양수 저장용 구조물을 구축하기 위해 지반을 굴토하는 장면을 나타낸 사진이다.

이하 첨부된 도면과 설명을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 다만, 하기에 도시되는 도면과 후술되는 설명은 본 발명의 특징을 효과적으로 설명하기 위한 여러 가지 방법 중에서 바람직한 실시 방법에 대한 것이며, 본 발명이 하기의 도면과 설명만으로 한정되는 것은 아니다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 발명에서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

아울러 하기에 도시되는 실시예에서 본 발명의 기술적 특징을 보다 명확하게 설명하기 위해 각 용어의 서두에 "제1" 또는 "제2"와 같은 형태의 식별부호를 첨부하여 설명할 것이나, 상기 식별부호는 각 용어를 식별하기 위한 것일 뿐 상기 식별부호에 의해 각 용어가 다른 기능과 역할을 수행하는 것으로 구별 또는 한정되는 것은 결코 아님을 명백하게 밝혀두는 바이다.

결과적으로, 본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하 실시예는 진보적인 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.

실시예 1 : 토양수 저장용 구조물의 구축

본 발명의 구조물에 사용되는 콘크리트 유공관은 (주)대광콘크리트에서 구입하였다(유공관 안지름 : 1000 mm, 유공관 구멍 지름 30 mm, 단위체 당 구멍 수 : 72개). PE 유공관은 (주)한미신관에서 구입하여 사용하였다(유공관 안지름 : 300 mm, 유공관 구멍 지름 10 mm, 단위체 당 구멍 수 : 84개).

하기 도 5를 참조하면, 하천수를 급수할 수 있는 지역을 선정하여 굴착기를 이용하여 가로 20 m, 세로 3 m 깊이 6 m로 지반을 굴착하였다. 본 발명의 토양수 저장용 구조물은 하기 단계를 거쳐 구축될 수 있다.

첫째 단계, 상기 굴착된 지반의 하단에 경균직경 10.1-30.0 cm의 굵은 돌(3)을 약 50 cm 높이로 깔았다. 하기 도 1을 참조하면, 상기 굵은 돌(3)은 상기 굴착된 지반을 지지하여 본 발명의 토양수 저장용 구조물을 견고하게 유지하는 역할을 수행할 수 있다.

둘째 단계, 상기 굵은 돌(3)이 깔린 골재층 상부에 평균직경 0.5-3.5 cm의 가는 자갈(4)을 약 10 cm 높이로 깔아주었다. 하기 도 1을 참조하면, 상기 가는 자갈(4)은 지반과 밀착해 있는 상기 굵은 돌(3)을 더욱 견고하게 유지하는 역할을 수행할 수 있고, 지반을 통해 투습하는 물을 정수하는 역할을 수행할 수 있다.

셋째 단계, 상기 가는 자갈(4)이 깔린 골재층 상부에 평균직경 3.6-10.0 cm의 굵은 자갈(5)을 약 40 cm 높이로 깔아주었다.

넷째 단계, 상기 굵은 자갈(5)이 깔린 골재층 상부에 상기 콘크리트 유공관(1)을 위치하고, 상기 콘트리트 유공관(1) 내부에 상기 PE 유공관(2)을 위치하였다. 상기 PE 유공관(2)에는 상기 PE 유공관(2)에 연결되고, 상기 콘트리트 유공관(1)을 관통하여 후술하는 지열 난방 또는 냉방 시스템 또는 상수도 시스템에 물을 공급할 수 있는 급수관(6)이 설치될 수 있다. 하기 도 1을 참조하면, 본 발명의 상기 콘트리트 유공관(1)은 상기 골재층이 저장하고 있는 물을 1차적으로 저장하는 역할을 수행하고, 상기 PE 유공관(2)을 상기 골재층과 이격시켜 파손되고, 이물질에 의해 구멍이 막히기 쉬운 상기 PE 유공관(2)을 보호하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 상기 콘크리트 유공관에 물을 1차적으로 저장하고, 2차적으로 PE 유공관(2)에 물을 저장하게 되어 단순히 굵은 자갈(5)에 PE 유공관(2)을 매설하는 것과 비교하여 물 저장량을 비약적으로 증가시킬 수 있게 된다.

다섯째, 상기 이중 유공관이 위치한 상기 굵은 자갈(5) 골재층 상부에 굵은 자갈(5)을 약 1-2 m 높이로 깔았다. 하기 도 1을 참조하면, 상기 굵은 자갈(5)로 구성된 골재층 내부에는 상기 이중 유공관이 위치하고 있어, 본 발명에 포함되는 1개 이상의 골재층 중 가장 두꺼운 골재층을 구성하게 된다. 상기 이중 유공관이 위치하는 굵은 자갈 골재층은 다량의 물을 저장하여 상기 이중 유공관 중 상기 콘트리트 유공관(1)에 공급하게 된다.

여섯째, 상기 굵은 자갈(5)이 깔린 골재층 상부에 평균직경 0.5-3.5 cm의 가는 자갈(4)을 약 10 cm 높이로 깔아주었고, 이후 다시 상기 가는 자갈(4)이 깔린 골재층 상부에 10.1-30.0 cm의 굵은 돌(3)을 약 50 cm 높이로 깔아 본 발명의 토양수 저장용 구조물을 완성하였다.

상기 토양수 저장용 구조물의 상단에 위치하는 상기 굵은 돌(3)은 상기 토양수 저장용 상단에 위치하는 하천수 또는 강물 등에 의해 상기 가는 자갈(4) 또는 굵은 자갈(5) 등이 소실되는 것을 방지하는 역할을 수행함과 동시에 하천수 또는 강물 등에 포함된 입자가 큰 이물질을 걸러주는 역할을 수행한다. 또한, 상기 굵은 돌(3) 하부에 위치하는 가는 자갈(4)은 상기 굵은 돌(3)에 1차 정화된 물에 포함된 작은 이물질을 걸러주는 역할을 수행하게 된다.

요약하면, 본 발명의 토양수 저장용 구조물에 포함된 다수개의 골재층은 하천수 또는 강물 등의 이물질을 정수하고, 정수된 물을 저장하는 역할을 수행하며, 또한, 지반이 보유하는 지열을 상기 저장된 물에 전달하는 열 전달체 역할을 수행한다.

실시예 2 : 상기 토양수 저장용 구조물을 포함하는 지열 냉/난방 시스템의 구축

하기 도 1을 참조하면, 본 발명이 포함하는 지열 냉/난방 시스템이 구축되기 위해서는 상기 실시예 1에서 서술한 구성 이외에 하천, 저수지 물 순환펌프(7), 지하 맨홀 청소펌프(8), 하천수/저수지 물탱크(9), 냉/온수탱크(10), 냉/온수 순환펌프(11), 팬코일유니트(12), 바닥난방(13), 대류펌프(14) 및 히트펌프(15)를 포함할 수 있다.

하기 도 1을 참조하면, 본 발명이 포함하는 시스템은 하천, 저수지 물 순환펌프(7)를 포함할 수 있고, 상기 하천, 저수지 물 순환펌프(7)는 상기 토양수 저장용 구조물에 저장된 물을 상기 급수관(6)을 통해 하천수/저수지 물탱크(9)에 공급하는 역할을 수행한다.

하기 도 1을 참조하면, 본 발명이 포함하는 시스템은 하천수/저수지 물탱크(9)를 포함할 수 있고, 상기 하천수/저수지 물탱크(9)는 상기 하천, 저수지 물 순환펌프(7)를 통해 공급한 물을 저장하는 역할을 수행한다.

하기 도 1을 참조하면, 본 발명이 포함하는 시스템은 지하 맨홀 청소펌프(8)를 포함할 수 있고, 상기 지하 맨홀 청소펌프(8)는 상기 하천수/저수지 물탱크(9)에 저장된 물을 상기 급수관(6)을 통해 역방향으로 상기 이중 유공관으로 물을 공급하는 역할을 수행한다. 상기 이중 유공관에 역방향으로 공급된 물에 의해 상기 이중 유공관 및 상기 토양수 저장용 구조물에 포함되어 원활한 물 공급 또는 정수 기능을 방해할 수 있는 이물질을 손쉽게 제거할 수 있다.

하기 도 1을 참조하면, 본 발명이 포함하는 시스템은 대류펌프(14) 및 히트펌프(15)를 포함할 수 있다. 상기 대류펌프(14)는 상기 하천수/저수지 물탱크(9)에 저장된 물을 상기 히트펌프(15)에 공급하는 역할을 수행하고, 상기 히트펌프(15)는 상기 대류펌프(14)를 통해 공급된 물의 온도를 조절하는 역할을 수행한다.

하기 도 1을 참조하면, 본 발명이 포함하는 시스템은 냉/온수탱크(10), 냉/온수 순환펌프(11), 팬코일유니트(12) 및 바닥난방(13)을 포함할 수 있다. 상기 냉/온수탱크(10)는 상기 히트펌프(15)에 의해 온도가 조절된 물을 저장하는 역할을 수행하고, 상기 냉/온수 순환펌프(11)는 상기 냉/온수탱크(10)에 저장된 물을 상기 팬코일유니트(12) 및 바닥난방(13)에 전달하는 역할을 수행한다. 상기 팬코일유니트(12) 및 바닥난방(13)은 상기 냉/온수 순환펌프(11)에 의해 공급된 물을 이용하여 목적하는 장소의 온도를 조절하는 역할을 수행한다.

영상 5도 이상에서 본 발명의 시스템을 이용할 경우 유류비의 70-80% 절감효과를 나타낼 수 있다.

상기 토양수 저장용 구조물을 포함하는 상수도 시스템의 구축

하기 도 2를 참조하면, 본 발명이 포함하는 상수도 시스템이 구축되기 위해서는 상기 실시예 1에서 서술한 구성 이외에 하천, 저수지 물 순환펌프, 지하 맨홀 청소펌프, 상수도 저장 탱크 및 상수도 펌프를 포함할 수 있다.

하기 도 2를 참조하면, 본 발명이 포함하는 시스템은 하천, 저수지 물 순환펌프를 포함할 수 있고, 상기 하천, 저수지 물 순환펌프는 상기 토양수 저장용 구조물에 저장된 물을 급수관을 통해 상기 상수도 저장 탱크에 공급하는 역할을 수행한다.

하기 도 2를 참조하면, 본 발명이 포함하는 시스템은 상수도 저장 탱크를 포함할 수 있고, 상기 상수도 저장 탱크는 상기 하천, 저수지 물 순환펌프를 통해 공급한 물을 저장하는 역할을 수행한다.

하기 도 2를 참조하면, 본 발명이 포함하는 시스템은 지하 맨홀 청소펌프를 포함할 수 있고, 상기 지하 맨홀 청소펌프는 상기 상수도 저장 탱크에 저장된 물을 상기 급수관을 통해 역방향으로 상기 이중 유공관으로 물을 공급하는 역할을 수행한다. 상기 이중 유공관에 역방향으로 공급된 물에 의해 상기 이중 유공관 및 상기 토양수 저장용 구조물에 포함되어 원활한 물 공급 또는 정수 기능을 방해할 수 있는 이물질을 손쉽게 제거할 수 있다.

하기 도 2를 참조하면, 본 발명이 포함하는 시스템은 상수도 펌프를 포함할 수 있다. 상기 상수도 펌프는 상기 상수도 저장 탱크에 저장된 물을 지정된 곳에 전달하는 역할을 수행한다.

Claims

(a) 지반을 굴토하는 단계;
(b) 굴토된 상기 지반의 하단에 평균직경 10.1-30.0 cm의 굵은 돌, 평균직경 0.5-3.5 cm의 가는 자갈 및 평균직경 3.6-10.0 cm의 굵은 자갈을 순서대로 까는 단계;
(c) 상기 굵은 자갈 상부에 이중 유공관을 배치하는 단계; 및
(d) 상기 이중 유공관 상에 상기 굵은 자갈, 상기 가는 자갈 및 상기 굵은 돌을 순서대로 까는 단계;
를 포함하는
지열 냉난방 시스템의 토양수 저장용 구조물 구축방법.
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제 1 항에 있어서,
상기 (a)단계의 상기 지반을 굴토하는 깊이는 1-30 m인
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제 3 항에 있어서,
상기 (b)단계 내지 상기 (d)단계에 의해 상기 굵은 돌, 상기 가는 자갈 및 상기 굵은 자갈에 의해 형성된 골재층의 평균 공극률(孔隙率)은 30-60%인
지열 냉난방 시스템의 토양수 저장용 구조물 구축방법.
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제 6 항에 있어서,
상기 이중 유공관은
콘크리트 재질의 외부 유공관; 및
상기 외부 유공관 내에 설치된 플라스틱 재질의 내부 유공관;
을 포함하는
지열 냉난방 시스템의 토양수 저장용 구조물 구축방법.
제 9 항에 있어서,
상기 외부 유공관에는 길이 1 m 당 10-500 개의 구멍이 형성되고, 상기 외부 유공관에 형성된 구멍의 지름은 0.5-5.0 cm인
지열 냉난방 시스템의 토양수 저장용 구조물 구축방법.
제 10 항에 있어서,
상기 내부 유공관에는 길이 1 m 당 10-500 개의 구멍이 형성이고, 상기 내부 유공관에 형성된 구멍의 지름은 0.1-2.0 cm인
지열 냉난방 시스템의 토양수 저장용 구조물 구축방법.
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