KR102658523B1

KR102658523B1 - 건축물 유출지하수와 지열 융합 냉난방 장치 및 이의 시공 방법

Info

Publication number: KR102658523B1
Application number: KR1020210157970A
Authority: KR
Inventors: 조희남
Original assignee: 조희남
Priority date: 2021-11-16
Filing date: 2021-11-16
Publication date: 2024-04-17
Also published as: KR20230071595A

Abstract

본 발명은 건축물 유출지하수와 지열 융합 냉난방 장치 및 이의 시공 방법에 관한 것으로, 건축물의 부상 방지를 위하여 배수처리하는 유출지하수 및 지열 냉난방 장치의 용도로 시공되는 지열공에 집수되는 순환지하수를 병행하여 냉난방열(급탕수용 열)을 생산하고 냉난방하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 건축물 유출지하수와 지열 융합 냉난방 장치는, 건축물의 지중에 설치되어 유출지하수를 유도배수하는 유공부재와 연결됨으로써 상기 유공부재를 통해 유도되는 유출지하수를 저장하는 디워터링 수조(20)와; 상기 디워터링 수조에 저장된 유출지하수를 배출하는 배수로(30)와; 지중에 상기 유공부재보다 더 깊은 심도로 형성되며 내부에 순환지하수가 순환되는 2개 이상의 지열공(40)과; 상기 지열공들의 순환지하수를 집수 저장하는 순환 집수조(90)와; 상기 디워터링 수조에 저장되는 유출지하수와 상기 지열공의 순환지하수의 열을 공급받아 냉난방열을 생산하여 부하에 공급하는 히트펌프(50)와; 상기 순환지하수와 유출지하수의 수온과 수위 중 하나 이상을 검출하는 센서와; 상기 지열공의 지하수를 상기 히트펌프에 공급하는 순환지하수 순환수단과; 상기 유출지하수를 상기 히트펌프에 공급하거나 배출하는 유출지하수 순환수단을 포함하고, 상기 순환지하수 순환수단과 유출지하수 순환수단은 상기 순환 집수조에 집수된 순환지하수를 상기 히트펌프에 공급하는 한편, 상기 순환지하수가 냉난방을 위한 조건을 만족하지 못하는 경우 상기 순환지하수의 순환을 정지하고 상기 디워터링 수조의 유출지하수를 상기 히트펌프에 직접 공급하거나 상기 순환 집수조에 공급한다.

Description

건축물 유출지하수와 지열 융합 냉난방 장치 및 이의 시공 방법{Building runoff ground water and geothermal fusion air conditioning and heating system, and construction method thereof}

본 발명은 냉난방 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 건축물의 구조물 누수 및 부상 방지를 위하여 배수 처리하는 유출지하수 및 지열 냉난방 장치(또는 급탕수 공급장치도 포함 가능)의 용도로 시공되는 지열공에 집수되는 순환지하수를 병행 사용하도록 하여 냉난방열을 생산하는 건축물 유출지하수와 지열 융합 냉난방 장치 및 이의 시공 방법에 관한 것이다.

이 부분은 본 출원 내용과 관련된 배경 정보를 제공할 뿐 반드시 선행기술이 되는 것은 아니다.

지열이란 지하수를 굴착하여 양수되는 지하수가 갖고 있는 고유열과 지중의 열을 통칭하는 것이다.

일반적으로 지표하부를 100미터이상 500미터 내외의 깊은 깊이로 굴착한 후 이곳에 열교환을 위한 파이프를 묻거나 일반 지하수를 사용하여 지하수 심정시설과 동일하게 지하수 심정펌프와 양수파이프를 설치하여 지하수를 양수한 후 지하수가 갖고 있는 열을 히트펌프를 사용하여 열을 이용한 후 열교환 된 지하수를 환수관을 이용하여 다시금 지하수 심정 내부에 환수시키는 열교환 시스템을 이용하여 지열을 사용하고 있다.

지중 온도는 사계절 변함없이 15℃ 내지 18℃의 온도를 연중 유지하여 이 온도를 갖고 있는 지하수를 양수하여 히트펌프를 사용하여 열을 이용하게 되는 경우 지하수 심정 펌프의 양수량이 시간당 1000리터에 이르고 온도차가 4℃인 경우 시간당 4000킬로칼로리에 이르는 열량 확보가 가능하고 이렇게 열교환되어 상승되거나 혹 낮아진 지하수의 온도는 환수관을 통해 지하수 굴착공 내부로 유입되어 지중의 열에 의해 다시금 열교환되어 지하수의 온도는 낮아지거나 혹 다시금 높아진 상태를 온도변화 되면서 이러한 사이클이 지속적으로 사용 가능한 상태를 유지할 수 있게 된다. 이러한 원리를 이용한 시설이 지열 열교환 장치이다.

전술한 것처럼, 지열은 연중 일정한 온도를 유지하는 등의 특성을 갖고 있지만, 외부 요인으로 인하여 적정 온도를 만족하지 못하거나 적정 유량을 만족하지 못하는 상황이 발생되고 이러한 경우 대체 가능한 기술을 포함하지 못하여 가동을 정지시키거나 가동 효율이 떨어지는 단점이 있다.

등록특허 제10-0698021호는 열펌프를 이용한 건물 냉난방시스템에서, 제1열펌프; 상기 제1열펌프의 히트소스(heat source) 또는 히트싱크(heat sink)가 되는 제1열교환기; 제2열펌프; 및, 상기 제2열펌프의 히트소스(heat source) 또는 히트싱크(heat sink)가 되는 제2열교환기; 를 포함하여 구성되되, 상기 제1열교환기는, 건물의 하부에 설치되어 유출지하수를 저장하는 저수탱크의 내부에 설치되어 저장된 유출지하수와 열교환을 하는 코일형태의 제1열교환파이프; 및, 상기 제1열교환파이프의 내부를 순환하는 부동액이 포함된 제1순환유체; 를 포함하고, 상기 제2열교환기는, 상기 저수탱크의 격벽 내부에 매설되는 제2열교환파이프; 및, 상기 제2열교환파이프의 내부를 순환하는 부동액이 포함된 제2순환유체; 를 포함하여 구성되는 유출지하수 및 지열원 열펌프를 이용한 건물냉난방시스템이며, 지열과 유출지하수를 이용하고 특히 열매체와 유출지하수의 열교환을 이용한 정도에 불과하다.

등록특허 제10-0698021호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 건축물의 구조물 누수 및 부상 방지를 위하여 배수처리하는 유출지하수 및 지열 냉난방 장치의 전용으로 시공되는 지열공에 집수되는 순환지하수를 병행 사용하도록 하여 냉난방열(급탕용 열도 포함 가능)을 생산하는 건축물 유출지하수와 지열 융합 냉난방 장치 및 이의 시공 방법을 제공하려는데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 건축물 유출지하수와 지열 융합 냉난방 장치는, 건축물의 지중에 설치되어 유출지하수를 유도배수하는 유공부재와 연결됨으로써 상기 유공부재를 통해 유도되는 유출지하수를 저장하는 디워터링 수조와; 상기 디워터링 수조에 저장된 유출지하수를 배출하는 배수로와; 지중에 상기 유공부재보다 더 깊은 심도로 형성되며 내부에 순환지하수가 순환되는 2개 이상의 지열공과; 상기 지열공들의 순환지하수를 집수 저장하는 순환 집수조와; 상기 디워터링 수조에 저장되는 유출지하수와 상기 지열공의 순환지하수의 열을 공급받아 냉난방열을 생산하여 부하에 공급하는 히트펌프와; 상기 순환지하수와 유출지하수의 수온과 수위 중 하나 이상을 검출하는 센서와; 상기 지열공의 지하수를 상기 히트펌프에 공급하는 순환지하수 순환수단과; 상기 유출지하수를 상기 히트펌프에 공급하거나 배출하는 유출지하수 순환수단을 포함하고, 상기 순환지하수 순환수단과 유출지하수 순환수단은 상기 순환 집수조에 집수된 순환지하수를 상기 히트펌프에 공급하는 한편, 상기 순환지하수가 냉난방을 위한 조건을 만족하지 못하는 경우 상기 순환지하수의 순환을 정지하고 상기 디워터링 수조의 유출지하수를 상기 히트펌프에 직접 공급하거나 상기 순환 집수조에 공급하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 건축물 유출지하수와 지열 융합 냉난방 장치 및 이의 시공 방법에 의하면, 지열을 열원으로 하여 냉난방(급탕수 공급도 포함)을 운용하면서 지열이 적정 조건을 만족하지 못하는 경우 또는 효율 향상 등 적정 운전을 위하여 보충이 필요한 경우 건축물의 구조물 누수 및 부상을 유발하는 유출지하수의 열을 이용하여 냉난방함으로써 지열 냉난방 장치의 효율을 향상하는 효과가 있으며 이로 인한 온실가스감축을 통해 탄소중립에 기여하게 되는 효과가 있다.

그리고, 유출지하수를 히트펌프의 열원으로 사용하는 경우 유출지하수를 배수하지 않고 지열공에 공급하여 순환지하수의 부족으로 인한 가동 정지를 해결할 수 있으므로 지열 냉난방 장치로서의 신뢰성을 향상하는 효과가 있다.

또한, 보충수 관정의 추가를 통해 순환지하수와 유출지하수의 부족으로 인한 가동 정지를 막을 수 있으므로 상시 정상 운전으로 최적의 냉난방 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 건축물 유출지하수와 지열 융합 냉난방 장치의 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 건축물 유출지하수와 지열 융합 냉난방 장치가 2개의 지열공에 적용되는 예시도.
도 3은 본 발명에 의한 건축물 유출지하수와 지열 융합 냉난방 장치에 2개의 히트펌프가 적용되는 예시도.
도 4는 본 발명에 의한 건축물 유출지하수와 지열 융합 냉난방 장치에 순환 집수조가 적용되는 예시도.
도 5 내지 도 7은 본 발명에 의한 건축물 유출지하수와 지열 융합 냉난방 장치에 보충수 관정이 적용되는 예시도.
도 8은 본 발명에 의한 건축물 유출지하수와 지열 융합 냉난방 장치가 건물들 사이에 설치되는 예시도.
도 9와 도 10은 본 발명에 의한 건축물 유출지하수와 지열 융합 냉난방 장치를 다수개의 지열공 및 저류조와 함께 운용하는 예를 보인 도면.
도 11은 본 발명에 의한 건축물 유출지하수와 지열 융합 냉난방 장치에 적용된 공급관과 환수관의 다른 예시도.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 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 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명에 의한 건축물 유출지하수와 지열 융합 냉난방 장치는, 유출지하수와 순환지하수를 이용하는 것으로 이들에 대해 먼저 설명하기로 한다.

1. 유출지하수.

건축물을 건축시 지하층 주변에서 유입되는 지하수를 유출지하수라 한다.

유출지하수를 적시에 배출하지 않을 경우 건물주변에서 부력을 형성하여 건축물을 바닥면에서 띄워 건물을 기울어지게 하거나 기초부위를 취약하게 하여 안정성을 크게 훼손시키게 될 우려가 높으며 높은 수압의 형성으로 인해 건축 구조물의 누수를 유발시켜 안정성을 훼손시킬 위험이 크다. 이러한 문제 발생을 방지하기 위해 건축물 가장 아래 바닥부분에는 유입되는 지하수가 흐르는 고랑을 형성하고 고랑에는 유공 다발관을 설치한 뒤 철근 배관과 콘크리트로 마감하여 건축물의 기초바닥을 완성하고 있다.

이렇게 유입된 유출지하수는 유공 다발관을 타고 건물 기초바닥 부분보다 더 깊게 형성한 집수조로 유입되고, 유출지하수가 일정 수위까지 차 오르면 수중 또는 지하층 바닥에 설치된 수중펌프 또는 양수펌프에 의해 지상 배수구로 배출되어지게 된다. 이를 일명 디워터링시스템 즉 유출지하수 배수시스템이라 한다.

이러한 유출지하수는 지표면 아래 일정 깊이 아래에서 유입되기 때문에 사계절 항시 일정하게 영상 15℃ 전후를 유지하는 특성을 갖고 있다.

따라서, 사계절 일정하게 유지되는 특성과 함께 다량의 유출지하수가 발생될 경우 이 유출지하수가 가지고 있는 보유 열량을 히트펌프와 결합하여 건물의 냉난방에너지로 활용하여 온실가스감축을 위해 사용되도록 하는 사례가 늘어나고 있다.

정부에서는 유출지하수를 건물의 냉난방에너지로 사용하게 될 경우 하수도요금을 경감하는 등 활용을 권장하고 있는 정책적 지원을 시행하고 있다.

유출지하수가 다량으로 지속적으로 유입되어지는 경우에는 그 활용성이 높다할 것이나 그 양이 제한적으로 적을 경우 단독 사용의 활용성이 크게 떨어지는 단점이 있는데 본 발명은 이러한 단점을 해결하여 유출지하수의 열로부터 냉난방 열을 생산하는 것이다.

2. 순환지하수.

순환지하수는 유출지하수와는 다르게 암반층 내 지하수로서 지하수위가 지하층바닥 깊이보다 더 깊은 곳 즉 유출지하수와 발생 심도가 다른 곳에서 발생하는 것이다.

이하, 본 발명에 의한 건축물 유출지하수와 지열 융합 냉난방 장치를 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 건축물 유출지하수와 지열 융합 냉난방 장치의 필수 구성을 보인 도면이며, 유출지하수를 유도배수하는 유공부재(10)와 연결되어 유출지하수를 집수 저장하는 디워터링 수조(20), 디워터링 수조(20)에 저장되는 유출지하수를 외부(본 발명에 의한 냉난방과 관련이 없는 곳)로 배수하기 위한 배수로(30), 지열공(40), 지열공(40)에 유입되는 순환지하수 또는 디워터링 수조(20)의 유출지하수를 공급받아 냉난방 열을 생산하여 부하(60)에 공급(급탕용수를 생산하여 공급하는 것도 포함)하는 히트펌프(50), 순환지하수를 순환시키는 순환지하수 순환수단(70), 유출지하수를 순환시키거나 배수시키는 유출지하수 순환수단(80)을 포함한다.

유공부재(10)는 건축물의 부상 방지를 위하여 지중에 시공된 것이며, 유공관 등으로서 유출지하수를 내부에 유입한 유도배수하는 모든 것의 사용이 가능하고, 본 발명에서는 유출지하수를 디워터링 수조(20)에 집수되도록 디워터링 수조(20)에 연결되도록 시공되며, 예를 들어 건물 기초바닥 암반에 도랑을 파고 이 도랑에 삽입되면서 유출지하수를 디워터링 수조(20)에 집수하도록 디워터링 수조(20)와 연결되고 그 주변에 철근(11) 배근과 콘크리트(12) 타설을 통해 건물 바닥기초부분이 시공된다. 또한 건축물과 지하 외벽 사이에 드라이 에리어(dry area) 공간을 형성하고 이때 지하외벽에서 스며 나오는 유출지하수를 상기 드라이 에리어 바닥을 통해 디어터링 수조(20)에 유도하는 것도 포함된다.

디워터링 수조(20)는 유공부재(10)를 통해 유도배수되는 유출지하수를 내부에 저장할 수 있는 구조이다.

배수로(30)는 디워터링 수조(20)에 저장되는 유출지하수가 일정수위를 넘어서게 되거나 히트펌프(50)에서 열교환된 순환지하수가 정해진 온도보다 높아졌을 때 외부로 배출하기 위해 설치된 공공용 배수시설이다.

한편, 디워터링 수조(20)에 적정량의 유출지하수가 저장될 수 있도록 하고, 유출지하수가 갖고 있는 열을 이용하기 위한 유출지하수의 전달은 유출지하수 순환수단(80)에 의해 이루어진다.

지열공(40)은 유공부재(10)보다 더 깊은 심도로 시공되어 암반층의 순환지하수가 집수되도록 하는 것이며, 함몰(공무너짐) 방지를 위한 보호케이싱이 적용되거나 콩자갈이 충진될 수 있고, 순환지하수 순환수단(70)의 공급관과 환수관 등이 설치될 수 있는 크기와 구조이다.

히트펌프(50)는 순환지하수 순환수단(70)과 유출지하수 순환수단(80)을 통해 순환지하수 또는 유출지하수의 열을 열원으로 하여 냉난방열을 생산하고 이 냉난방열을 부하(60)에 공급한다.

히트펌프(50)의 앞에는 여과기(51)가 적용될 수 있다.

순환지하수 순환수단(70)은 지하수를 양수하는 양수 펌프(71), 양수 펌프(71)에 의해 양수되는 지하수를 히트펌프(50)에 공급하는 양수관(환수관)(72), 히트펌프(50)를 통과한 순환지하수를 지열공(40) 안에 공급하는 공급관(73)을 포함하고, 여기에, 순환지하수의 수온과 수위 등을 검출하는 순환지하수측 센서(74), 공급관(72)을 개폐하는 제1밸브(75)가 더 포함될 수 있다.

또한, 도 4에서 보이는 것처럼, 양수 펌프를 사용하지 않고 공급관(73)과 환수관(72)이 헤더를 통해 연결되어 공급관(73)을 통해 지열공(40)의 바닥에 공급된 순환지하수가 환수관(72)을 따라 흐르면서 열교환된 후 환수되도록 하는 것도 포함된다.

이 때, 환수관(72)과 공급관(73)은 도 11에서 보이는 것처럼, 2중 구조도 가능하고, 공급관(73)을 내부의 관으로 하고 환수관(72)을 유공관으로 하여 공급관(73)이 삽입되는 외부의 관으로 하는 동심원의 형태이다.

유출지하수 순환수단(80)은 디워터링 수조(20)의 유출지하수를 펌핑하는 배수 펌프(81), 배수 펌프(81)와 배수로(30)에 연결되어 유출지하수를 배수로(30)에 전달하는 배수관(82), 유출지하수를 히트펌프(50)에 공급하기 위한 유출지하수 공급관(83), 유출지하수를 지열공(40)에 공급하는 유출지하수 보충관(84), 배수관(82)과 유출지하수 공급관(83) 및 유출지하수 보충관(84)을 개폐하는 제2,3,4밸브(85,86,87), 유출지하수의 수온과 수위 등을 검출하는 유출지하수측 센서(88)를 포함한다.

전술한 밸브들은 관련된 관로를 개폐할 수 있는 다양한 형태로 변형 가능하다.

유출지하수 공급관(83)은 공급관(72)에 연결되어 공급관(72)을 함께 사용하게 된다.

유출지하수 보충관(84)은 유출지하수 공급관(83)에 분기되는 형태이다.

상기 밸브(75, 85,86,87)는 순환지하수측 센서(74)와 유출지하수측 센서(88)의 감지 값을 근거로 하는 제어부의 제어를 통해 개폐된다.

이와 같은 기본 구성에 따른 냉난방 작용은 순환지하수가 적정 온도인 경우 순환지하수가 지열공(40) - 히트펌프(50)를 순환하도록 하여 부하(60)에 냉난방열을 공급하고 이 때 유출지하수가 적정 수위를 넘게 되면 배수로(30)로 배수한다.

한편, 순환지하수가 적정 온도를 만족하지 못하는 경우, 또는, 유출지하수의 수량이 충분할 경우에는 순환지하수의 순환을 정지시키거나 유출지하수의 수량이 한정적인 경우에는 순환지하수와 유출지하수를 혼합하여 히트펌프(50)에 공급하여 부하(60)에 냉난방열을 공급한다.

본 발명은 도 2에서 보이는 것처럼, 유출지하수를 집수하는 디워터링수조(20)에 순환지하수를 집수하는 기능을 겸용하여 사용할 수 있도록 구성하면서 2개 이상의 지열공(40-1,40-2..40-n)을 운용하는 것도 가능하며, 2개 이상의 지열공(40-1,40-2...40-n)에 맞춰 2개 이상의 공급관(73-1,73-2..73-n) 및 분배기(52)가 적용된다.

분배기(52)는 2개 이상의 공급관(73-1,73-2..73-n)을 모아 히트펌프(50)에서 토출되는 지하수를 2개 이상의 공급관(73-1,73-2..73-n)으로 분배한다.

또한, 2개 이상의 지열공(40-1,40-2..40-n)은 전달관(41)을 매개로 하여 디워터링 수조(20)와 연결되며, 지열공(40-1,40-2..40-n)이 2개 이상이므로 이들(20,40-1,40-2..40-n)은 연쇄적으로 연결된다.

전달관(41)이 적용되는 경우에도 순환지하수 순환수단(70)은 동일하게 적용될 수 있다.

전달관(41)은 1개의 지열공(40)을 운용하는 경우에도 적용 가능하다.

또한, 히트펌프(50)를 통과한 유출지하수는 배수로(30)에 배출되거나 다시 지열공(40-1,40-2..40-n)에 환수될 수도 있으며, 이를 위하여 유출지하수 공급관(83)에는 유출지하수를 지열공(40-1,40-2..40-n)에 환수하기 위한 배관(83-1)과 밸브(83-2)가 갖추어진다.

도 3은 2대 이상의 히트펌프(50-1,50-2)를 운용하는 예를 도시한 것이며, 2대 이상의 히트펌프(50-1,50-2)에 따라 2대 이상의 분배기(52-1,52-2)가 적용된다.

이 때, 2대 이상의 히트펌프(50-1,50-2)의 앞에는 열교환기(53), 부스터펌프(54)와 인버터(55)가 적용될 수 있다.

도 4는 순환 집수조(90)를 추가한 예를 도시한 것이며, 전술한 예로서 2개 이상의 지열공(40-1,40-2..40-n), 2대 이상의 히트펌프(50-1,50-2..50-n), 2대 이상의 분배기(52-1,52-2..52-n)가 적용되는 것으로 도시하였다.

순환 집수조(90)는 지열공(40)의 순환지하수를 전달받아 저장하는 것으로 그 전달 방법은 예를 들어 전술한 전달관(41)을 통해 전달받는 방법, 양수수단을 통해 전달받는 방법 등이 가능하다.

순환 집수조(90)가 적용된 경우 순환지하수의 순환 펌프(96)는 순환 집수조(90) 안에 설치되어 순환지하수를 펌핑할 수도 있다.

순환지하수와 유출지하수의 순환을 위한 배관은 전술한 배관으로부터 실시 가능하다.

또한, 보충수 관정(42)이 더 포함될 수 있다. 보충수 관정(42)은 지열공(40)의 순환지하수가 부족한 경우 순환지하수를 보충하는 것으로, 양수수단(43)(펌프) 및 상기 양수수단에 의해 양수되는 순환지하수를 지열공(40)에 공급하는 배관(44)이 포함된다. 상기 배관(44)은 배수관(82)에 연결되는 것으로 예를 들어 도시하였다.

순환집수조(90)는 두 개 이상의 지열공(40)들로부터 환수되는 순환 지하수가 각 지열공(40)들로부터 균등한 유량과 속도로 유입되어 질수 있도록 도 9와 같이 저류조(91)를 설치하여 메인환수관(92)으로 순환집수조(90)에 환수되도록 하여 운용되어질 수도 있다. 규모가 커져 지열공(40)의 수량이 증대되어 질 경우 도 10에서와 같이 이러한 단위별 유니트를 다수개 구성하되 저류조를 소단위 지열공(40)을 전달관(41)으로 연결한 소 저류조(93)와 각 소 저류조(93)를 중 환수관(94)으로 연결한 중간 저류조(95)를 각각 메인환수관(92)을 구성하여 순환집수조(90)에 연결하여 시스템을 구축할 수도 있다. 이때 도 4와 같이 그 내부에 순환펌프(96)를 각각 구성하여 각 중간 저류조(95)로부터 유입된 순환지하수를 히트펌프(50) 측으로 펌핑하도록 할 수도 있다.

한편, 보충수 관정(42)은 도 5에서 보이는 것처럼, 디워터링 수조(20)의 저부에 시공되어 디워터링 수조(20)에 지하수를 공급함으로써 보충하는 것도 가능하다.

이 때, 디워터링 수조(20)의 저부에 일정 심도의 보충수 관정(42)을 천공하고 내부에 양수수단(43)과 배관(44)을 설치한다.

도 6과 도 7에서 보이는 것처럼, 배관(44)은 상단부에 토출구를 갖는 소켓(45)이 조립되고, 보충수 관정(42)의 바닥부에 덮개(46)가 설치될 수 있다.

소켓(45)은 덮개(46)의 중앙에 상하로 관통 형성되고, 인양고리(46)가 포함될 수 있다.

덮개(46)는 디워터링 수조(20)와 보충수 관정(42)을 통하는 구멍이 포함될 수 있다.

본 발명에 의한 건축물 유출지하수와 지열 융합 냉난방 장치의 작용은 다음과 같다.

1. 순환지하수 및 유출지하수 저장.

지중의 지하수는 지열공(40) 안에 모이게 되고 전달관(41)을 통해 순환 집수조(90)에 집수 저장된다.

한편, 건축물 아래 지중의 유출지하수는 유공부재(10)를 통해 디워터링 수조(20)에 유도배수되어 저장된다.

2. 순환지하수 순환.

순환지하수측 센서(74)의 감지 값과 기준 값을 비교하여 수온과 수위가 적정수준인 경우 유출지하수의 유입과 순환을 차단하기 위하여 유출지하수 순환수단(80)의 제3밸브(86)를 폐쇄하고 순환지하수의 순환을 위한 밸브를 개방하고 순환지하수 순환수단(70)을 가동한다.

이렇게 되면, 순환 집수조(90)의 순환지하수가 히트펌프(50)를 통과하게 되어 열을 공급하게 되고, 히트펌프(50)는 순환지하수의 열을 열원으로 하여 냉난방 열을 생산한 후 부하(60)에 공급한다.

히트펌프(50)를 빠져나온 순환지하수는 공급관(73-1,73-2)을 통해 지열공(40-1,40-2)에 공급된다.

이 때, 디워터링 수조(20)에 저장되어 있는 유출지하수의 수온이 적정수준이고 수위가 높아지는 경우 제4밸브(87)를 개방하여 유출지하수를 순환 집수조(90)에 집수할 수 있다.

반면에, 디워터링 수조(20)의 유출지하수가 적정 수온을 만족하지 못하는 조건에서, 유출지하수는 디워터링 수조(20)에 저장되고, 디워터링 수조(20)에 적정 수위 이상의 유출지하수가 저장되는 경우 밸브를 개방하고 유출지하수 순환수단(80)의 배수 펌프(81)를 가동하여 유출지하수를 배수로(30)로 배출한다.

2. 유출지하수 순환.

순환지하수의 수온이 적정 수준을 만족하지 못하거나 순환 집수조(90)의 수위가 낮아진 것으로 확인된 경우 순환 집수조(90)에 설치된 양수 펌프(71)의 가동을 정지시키고, 유출지하수 순환수단(80)의 제3밸브(86)를 개방제어함과 아울러 배수 펌프(81)를 가동 제어한다. 이 때, 제2,4밸브(85,87)는 폐쇄 상태를 유지한다.

따라서, 디워터링 수조(20)에 저장된 유출지하수는 배수 펌프(81)를 통해 히트펌프(50)에 공급되고, 히트펌프(50)는 유출지하수의 열을 열원으로 하여 가동함으로써 부하(60)에 냉난방 열을 공급한다.

도 8은 이웃하는 건물 A,B에 각각 유공부재(10-1,10-2)와 디워터링 수조(20-1,20-2)가 설치되고, 건물 A측의 디워터링 수조(20-1)에서 배출한 유출지하수를 배수로(30)에 집수하고 유출지하수를 배수로(30)에 저장하거나 배수로(30)를 바이패스하여 건물 B측의 디워터링 수조(20-2)에 공급되도록 배관함과 아울러 밸브 V1과 V2를 구성한다. 즉, 밸브 V1을 닫고 밸브 V2를 개방하여 건물 A 측에서 발생된 유출 지하수를 건물 B 측의 냉난방을 위한 용도로 사용할 수 있도록 한 것이다.

건물 B 측의 냉난방 용도로 사용되지 않을 경우에는 밸브 V2를 닫고 밸브 V3를 개방하여 배수로(30)에 배출되도록 한다. 이 때, 히트펌프(50)를 통과한 지하수는 밸브 V3을 개방하여 배수로(30)에 배출하거나 밸브 V3을 폐쇄한 상태에서 밸브V4를 개방하여 지열공(40)과 순환집수조(90)의 운용만으로 냉난방을 시행할 수도 있다.

본 발명에 의한 건축물 유출지하수와 지열 융합 냉난방 장치의 시공 방법은 다음과 같다.

(제1단계) 지열공 시공 및 순환 집수조 시공.

지중에 지열공(40)을 굴착하여 시공한다. 지열공(40)은 암반층의 지하수가 유입될 수 있는 심도이고 순환지하수 순환수단(70)의 설치를 위한 최적의 제원으로 시공된다.

지열공(40)이 2개 이상인 경우 동일한 방법으로 시공되며 지열공 내에 지하수의 수량이 충분할 경우 지열공(40) 내부에 양수 펌프(71)를 설치하여 보충수 관정(42)으로 겸용하여 사용할 수 있게 한다.

지열공(40)과 가까운 곳을 파내어 공간을 확보하고 방수처리를 하거나 탱크를 설치하여 순환 집수조(90)를 시공한다.

(제2단계) 디워터링 수조 시공.

건물 하부의 지중을 굴착하여 공간을 확보하고 방수처리를 하거나 탱크를 설치하여 디워터링 수조(20)를 시공하고, 디워터링 수조(20)에 유공부재(10)를 연결한다.

(제3단계) 설비 설치.

지열공(40)의 지하수를 순환 집수조(90)에 공급하고 순환 집수조(90)의 순환지하수를 히트펌프(50)에 공급 및 지열공(40)으로 환수되도록 순환지하수 순환수단(70)을 설치하고, 한편 디워터링 수조(20)의 유출지하수를 히트펌프(50)에 공급하도록 유출지하수 순환수단(80)을 설치한다.
순환 집수조(90) 또는 디워터링 수조(20)의 수위에 따라 지하수의 수량을 보충해 줄 수 있는 보충수 관정(42)을 설치하고, 지상에 히트펌프(50)를 설치한 후 연결한다. 히트펌프(50)로부터 생산한 열을 부하(60)에 공급할 수 있도록 연결한다.

10 : 유공부재, 20 : 디워터링 수조
30 : 배수로, 40,40-1,40-2 : 지열공
50,50-1,50-2 : 히트펌프, 60 : 부하
70 : 순환지하수 순환수단, 71 : 양수 펌프
72 : 환수관, 73 : 공급관
74 : 순환지하수측 센서, 75,85,86,87 : 밸브
80 : 유출지하수 순환수단, 81 : 배수 펌프
82 : 배수관, 83 : 공급관
84 : 보충관,
90 : 순환 집수조, 91 : 저류조
92 : 메인 환수관, 93 : 소 저류조
94 : 중 환수관, 95 : 중간 저류조
96 : 순환펌프,

Claims

건축물의 지중에 설치된 유공부재를 통해 유도되는 유출지하수를 저장하는 디워터링 수조와;
상기 디워터링 수조에 저장된 유출지하수를 배출하는 배수로와;
지중에 상기 유공부재보다 더 깊은 심도로 형성되며 내부에 순환지하수가 순환되는 1개 이상의 지열공과;
상기 지열공들의 순환지하수를 집수 저장하는 순환 집수조와;
상기 디워터링 수조에 저장되는 유출지하수와 상기 지열공의 순환지하수의 열을 공급받아 냉난방열을 생산하여 부하에 공급하는 히트펌프와;
상기 순환지하수와 유출지하수의 수온과 수위 중 하나 이상을 검출하는 센서와;
상기 지열공의 지하수를 상기 히트펌프에 공급하는 순환지하수 순환수단과;
상기 유출지하수를 상기 히트펌프에 공급하거나 배출하는 유출지하수 순환수단을 포함하고,
상기 센서를 통해 검출하는 상기 순환지하수의 수위와 수온 중 하나 이상을 기준 값과 비교하여 적정 수준인 경우 상기 유출지하수 순환수단을 폐쇄 정지 제어하는 한편 상기 순환지하수 순환수단을 가동하여 상기 순환 집수조의 순환지하수를 상기 히트펌프에 순환시키고,
상기 순환지하수의 수위와 수온 중 하나 이상이 기준 값을 비교하여 적정 수준을 만족하지 못하는 경우 상기 순환지하수 순환수단을 폐쇄 정지 제어하는 한편 상기 유출지하수 순환수단을 가동하여 유출지하수를 상기 히트펌프에 순환시키는 것을 특징으로 하는 건축물 유출지하수와 지열 융합 냉난방 장치.
건축물의 지중에 설치되어 유출지하수를 유도배수하는 유공부재와 연결됨으로써 상기 유공부재를 통해 유도되는 유출지하수를 저장하는 디워터링 수조와;
상기 디워터링 수조에 저장된 유출지하수를 배출하는 배수로와;
지중에 상기 유공부재보다 더 깊은 심도로 형성되며 내부에 순환지하수가 순환되는 1개 이상의 지열공과;
상기 디워터링 수조에 저장되는 유출지하수와 상기 지열공의 순환지하수의 열을 공급받아 냉난방열을 생산하여 부하에 공급하는 히트펌프와;
상기 순환지하수와 유출지하수의 수온과 수위 중 하나 이상을 검출하는 센서와;
상기 지열공의 지하수를 상기 히트펌프에 공급하는 순환지하수 순환수단과;
상기 유출지하수를 상기 히트펌프에 공급하거나 배출하는 유출지하수 순환수단을 포함하고,
상기 센서를 통해 검출하는 상기 순환지하수의 수위와 수온 중 하나 이상을 기준 값과 비교하여 적정 수준인 경우 상기 유출지하수 순환수단을 폐쇄 정지 제어하는 한편 상기 순환지하수 순환수단을 가동하여 순환지하수를 상기 히트펌프에 순환시키고,
상기 순환지하수의 수위와 수온 중 하나 이상이 기준 값을 비교하여 적정 수준을 만족하지 못하는 경우 상기 순환지하수 순환수단을 폐쇄 정지 제어하는 한편 상기 유출지하수 순환수단을 가동하여 유출지하수를 상기 히트펌프에 순환시키는 것을 특징으로 하는 건축물 유출지하수와 지열 융합 냉난방 장치.
건축물의 지중에 설치되어 유출지하수를 유도배수하는 유공부재와 연결됨으로써 상기 유공부재를 통해 유도되는 유출지하수를 저장하는 디워터링 수조와;
상기 디워터링 수조에 저장된 유출지하수를 배출하는 배수로와;
지중에 상기 유공부재보다 더 깊은 심도로 형성되며 내부에 순환지하수가 순환되는 2개 이상의 지열공과;
2개 이상의 지열공을 연결하여 중간 집수하도록 구성된 저류조와;
상기 저류조의 순환지하수를 집수 저장하는 순환 집수조와;
상기 디워터링 수조에 저장되는 유출지하수와 상기 지열공의 순환지하수의 열을 공급받아 냉난방열을 생산하여 부하에 공급하는 히트펌프와;
상기 순환지하수와 유출지하수의 수온과 수위 중 하나 이상을 검출하는 센서와;
상기 지열공의 지하수를 상기 히트펌프에 공급하는 순환지하수 순환수단과;
상기 유출지하수를 상기 순환집수조 또는 히트펌프에 공급하거나 배출하는 유출지하수 순환수단을 포함하고,
상기 센서를 통해 검출하는 상기 순환지하수의 수위와 수온 중 하나 이상을 기준 값과 비교하여 적정 수준인 경우 상기 유출지하수 순환수단을 폐쇄 정지 제어하는 한편 상기 순환지하수 순환수단을 가동하여 상기 순환 집수조의 순환지하수를 상기 히트펌프에 순환시키고,
상기 순환지하수의 수위와 수온 중 하나 이상이 기준 값을 비교하여 적정 수준을 만족하지 못하는 경우 상기 순환지하수 순환수단을 폐쇄 정지 제어하는 한편 상기 유출지하수 순환수단을 가동하여 유출지하수를 상기 히트펌프에 순환시키는 것을 특징으로 하는 건축물 유출지하수와 지열 융합 냉난방 장치.
청구항 1 또는 청구항 3에 있어서, 지중에 형성되며 상기 디워터링 수조 또는 순환 집수조에 지하수를 공급하여 순환지하수를 적정량으로 유지하는 보충수 관정을 포함하는 것을 특징으로 하는 건축물 유출지하수와 지열 융합 냉난방 장치.
청구항 3에 있어서, 저류조는 지열공과 직접 연결된 소저류조와 소저류조와 소저류조를 연결한 중간저류조로 구성된 것을 특징으로 하는건축물 유출지하수와 지열 융합 냉난방 장치.
청구항 4에 있어서, 상기 보충수 관정은 상기 디워터링 수조의 저부에 시공되는 것을 특징으로 하는 건축물 유출지하수와 지열 융합 냉난방 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 순환지하수 순환수단은 순환 집수조 내의 순환지하수를 순환시키는 순환펌프, 지열공에 순환지하수를 공급하는 공급관, 상기 공급관을 통해 공급되는 순환지하수를 열교환을 통해 환수한 후 상기 순환 집수조로 유도하는 환수관을 포함하는 것을 특징으로 하는 건축물 유출지하수와 지열 융합 냉난방 장치.
청구항 7에 있어서, 상기 환수관은 유공관으로서 상기 공급관과 동심원의 형태로 형성되는 2중관 구조인 것을 특징으로 하는 건축물 유출지하수와 지열 융합 냉난방 장치.
청구항 7에 있어서, 상기 유출지하수 순환수단은, 상기 디워터링 수조의 유출지하수를 펌핑하는 배수 펌프(81), 상기 배수 펌프와 상기 배수로에 연결되어 유출지하수를 상기 배수로에 전달하는 배수관(82), 유출지하수를 상기 히트펌프에 공급하기 위한 유출지하수 공급관(83), 상기 배수관과 유출지하수 공급관 및 유출지하수 보충관을 개폐하는 제2,3,4밸브(85,86,87)를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축물 유출지하수와 지열 융합 냉난방 장치.
청구항 6에 있어서, 상기 유출지하수를 상기 히트펌프에 공급한 후 상기 지열공 또는 순환집수조로 환수하도록 배관과 밸브가 구성되는 것을 특징으로 하는 건축물 유출지하수와 지열 융합 냉난방 장치.
청구항 1에 의한 건축물 유출지하수와 지열 융합 냉난방 장치의 시공 방법으로서,
지중에 지열공을 시공하고 상기 지열공과 근접하여 순환 집수조를 시공하는 제1단계와;
지중의 유출지하수를 집수하기 위한 심도로 디워터링 수조를 시공하고 유공부재와 연결하는 제2단계와;
상기 지열공의 지하수를 상기 순환 집수조에 공급하고 상기 순환 집수조의 순환지하수를 상기 히트펌프에 공급 및 상기 지열공으로 환수되도록 순환지하수 순환수단을 설치하는 한편 상기 디워터링 수조의 유출지하수를 상기 히트펌프에 공급하도록 유출지하수 순환수단을 설치하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건축물 유출지하수와 지열 융합 냉난방 장치의 시공 방법.
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