KR19990075937A - 지중열을 이용한 건축물의 냉난방시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘크리트파일, 지중연속벽, 건물기초 등 건물지하구조체에 유지되고 있는 반영구적인 지중의 열을 지상 건물구조체의 냉난방에너지로 이용되게 함으로써, 지상의 냉난방부하를 줄일 수 있으며 에너지절약에 따른 경제성확보와 함께 환경보존의 효과를 기대할 수 있는 지중열을 이용한 건축물의 냉난방시스템에 관한 것이다.

본 발명의 지중열을 이용한 건축물의 냉난방시스템은, 건물의 지하구조체 내부 및 지상구조체 내부에 서로 연통되도록 양 흡열파이프가 배관되고, 상기 양 흡열파이프 사이에 순환펌프가 설치되어 상기 지하구조체 흡열파이프에 충진된 유동액이 지상구조체의 흡열파이프를 통해 강제순환되도록 한 구성을 특징으로 한다.

상기 시스템에 의해 반영구적인 지중온도를 지상구조체의 냉난방에너지로 이용함으로써 냉난방부하를 줄일 수 있게 되고, 이에 따라 냉난방기기의 용량도 작아지게 되는 등으로 상당한 경제성을 확보할 수 있으며, 에너지절약에 의한 에너지수입 대체효과 및 환경보전효과도 크게 기대할 수 있으며, 또한 그 시공이 기초공사시 철근의 배근작업과 동시에 이루어지게 되어 공사비의 증가, 공사기간의 증가 등 초기투자비가 증가되는 문제를 해결할 수 있게 되는 등의 효과를 발휘한다.

Description

지중열을 이용한 건축물의 냉난방시스템

본 발명은 콘크리트파일, 지중연속벽, 건물기초 등 건물지하구조체에 유지되고 있는 반영구적인 지중의 열을 지상 건물구조체의 냉난방에너지로 이용되게 함으로써, 지상의 냉난방부하를 줄일 수 있으며 에너지절약에 따른 경제성확보와 함께 환경보존의 효과를 기대할 수 있는 지중열을 이용한 건축물의 냉난방시스템에 관한 것이다.

일반적인 건물의 냉난방방식은 주로 중앙 냉난방시스템으로, 겨울철의 난방시에는 중앙난방식 혹은 중앙난방에 개별적인 콘트롤을 하게 되고, 여름철의 냉방시에는 중앙냉방식 혹은 개별 패키지 에어콘에 의하여 냉방을 하게 된다.

즉, 난방시에는 보일러를 가동시켜 그 온수를 공조기를 통해 실내로 공급되게 하거나 개별 히터를 가동시켜 국부적인 난방이 되게 하였으며, 냉방시에는 냉각탑을 건물의 옥상에 설치하고 상기 냉각탑에 공급되는 물을 저온의 냉각수로 만들어 냉동기에 공급하고 이로 인해 열교환된 냉각수를 공조기를 통해 건물전체에 공급되게 하거나, 세대별로 패키지에어콘 등을 이용한 개별냉방이 되게 하였다.

그런데 이러한 종래의 냉난방방식은 외기온도 변화를 감안하면서 유동적으로 이루어지는 까닭에 안정적이고도 지속적인 열관리가 불가능하게 되고, 이에 따라 불필요한 에너지의 낭비가 많아 그 만큼 경제적인 부담과 함께 환경공해를 유발하는 등의 폐단이 있다.

예를 들어 특히 우리나라일 경우 외기온도의 변화는 계절에 따라 큰 폭으로 변하는 데(여름 35℃, 겨울 -12℃) 비하여, 지중(지하)의 온도는 상대적으로 년중 12℃전후의 안정된 상태이므로, 두 온도차이(외기온도-지중온도)를 이용한다면 상당량의 에너지를 얻을 수 있게 된다.

수도권 특정지역의 지하1.2m ~ 18m까지의 동절기 온도분포를 측정한 실제의 보고서에 따르면 지하1 ~ 2m정도 이내에서는 7 ~ 9℃의 분포를 보이고 있으나, 지하6m이하에서는 계절에 관계없이 거의 14 ~ 16℃정도의 일정한 분포를 나타내고 있음을 알 수 있었다.

따라서 이러한 반영구적인 지중온도를 냉난방에 이용한다면 냉난방부하를 줄일 수 있게 되고, 이에 따라 냉난방기기의 용량도 작아지게 되는 등으로 상당한 경제성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 동시에 에너지절약에 의한 에너지수입 대체효과를 기대할 수 있고, 환경보전효과도 크게 기대할 수 있음은 짐작하고도 남음이 있다.

종래의 지중열 이용방식는 주로 건물과 별개로 지중에 파이프를 매설하여 지중에너지를 취득하는 방법으로 이는 공사비의 증가, 공사기간의 증가 등 초기투자비를 증가시키게 되는 폐단때문에 건물에 대한 실제 적용사례가 거의 없는 실정이었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 반영구적인 지중온도를 지상구조체의 냉난방에너지로 이용함으로써 냉난방부하를 줄일 수 있게 되고, 이에 따라 냉난방기기의 용량도 작아지게 되는 등으로 상당한 경제성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 동시에 에너지절약에 의한 에너지수입 대체효과를 기대할 수 있고, 환경보전효과도 크게 기대할 수 있도록 한 지중열을 이용한 건축물의 냉난방시스템을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 지중열을 이용한 건축물의 냉난방시스템은, 지열흡수 및 열 보전성이 뛰어난 콘크리트파일, 지중연속벽, 건물기초 등의 건물지하구조체의 콘크리트 내부 및 지상구조체의 콘크리트 내부에 흡열파이프를 배관하고 그 내부에 충진된 유동액을 순환펌프로 순환되게 하여, 여름에는 관내부에 흐르는 물이나 부동액이 함유하고 있는 열량을 지중에 방출하고, 겨울에는 지중이 함유하고 있는 열량을 관내부에 흐르는 유동액이 흡수하는 과정을 통하여 냉방 및 난방에너지로 이용하거나, 또는 관내부에 흐르는 물이나 부동액이 냉난방공조기의 냉각수 및 난방수로 이용되도록 한 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 시스템의 흐름을 나타낸 회로도,

도 2는 본 발명의 지하구조체에 대한 배관 단면도,

도 3은 본 발명의 건물전체에 대한 배관구성을 개략적으로 나타낸 단면도,

도 4는 도 3 "A"의 상세 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 지하구조체 2: 지상구조체

3,4: 흡열파이프 5: 순환펌프

6: 냉방공조기 7: 난방공조기

8: 철근

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상술하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 시스템의 흐름을 나타낸 회로도이고, 도 2는 본 발명의 지하구조체에 대한 배관 단면도이며, 도 3은 본 발명의 건물전체에 대한 배관구성을 개략적으로 나타낸 단면도이며, 도 4는 도 3 "A"의 상세 단면도이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 지중열을 이용한 건축물의 냉난방시스템은, 지열흡수 및 열 보전성이 뛰어난 콘크리트파일, 지중연속벽, 건물기초 등의 건물지하구조체(1)의 콘크리트 내부 및 지상구조체(2)의 콘크리트 내부에 흡열파이프(3)(4)가 배관되고, 그 내부에 충진된 유동액이 강제순환되도록 상기 양 흡열파이프(3)(4) 사이에 순환펌프(5)가 설치된다.

또한 상기 흡열파이프(3)(4)가 냉방공조기(6) 및 난방공조기(7)에 연결되도록 하여 그 유동액이 냉각수 및 난방수로의 이용이 가능하게 하였다.

상기 흡열파이프(3)(4)는 소정의 직경을 지닌 PVC재질인 것이 바람직하고, 도 4에서와 같이 지하구조체나 지상구조체(2)의 바닥이나 벽을 구성하는 철근(8)에 철사 등의 고정수단을 사용하여 고정되며, 이 설치작업은 상기 철근(8)의 배근작업과 동시에 행해진다.

또한 상기 흡열파이프(3)(4)내를 흐르는 유동액은 물이나 부동액인 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용효과를 설명한다.

먼저 여름에 있어서의 냉방시스템을 설명한다.

이 때에는 흡열파이프(2)에 충진되는 유동액으로 물이 충진되고, 상기 지하구조체(1)의 흡열파이프(3)에 충진된 유동액이 순환펌프(5)를 통해 지상구조체(2)에 배관된 흡열파이프(4)에 공급되고, 상기 흡열파이프(4)를 통해 지상구조체(2)의 열이 흡수된 상태로 다시 지하구조체(1)의 흡열파이프(3)에 인입되는 순환과정이 이루어진다.

여름에 외기의 온도가 약 35℃인 것을 감안한다면, 흡열파이프(3)가 배관된 지하구조체(1)의 지중온도는 약 12℃전후의 안정된 상태이므로, 상기 흡열파이프(3)에 충진된 유동액(물)의 온도 역시 약 12℃를 유지할 수 있게 된다.

따라서 상기 지하구조체(1)에 배관된 흡열파이프(3)내의 유동액을 순환펌프(5)를 통해 지상구조체(2)에 배관된 흡열파이프(4)에 공급되게 하면, 두 온도차이(외기온도-지중온도)에 의해 상기 지상구조체(2)의 온도는 이에 배관된 흡열파이프(4)에 흡수되어 그 만큼의 냉방부하를 줄일 수 있게 된다.

즉, 지중에 매설되어 낮은 온도를 유지하고 있는 흡열파이프(3)의 유동액이 순환펌프(5) 및 지상의 흡열파이프(4)를 통해 지상구조체(2)를 냉각시키게 되고, 이 과정에서 흡열파이프(4)내의 유동액 온도는 올라가게 되며, 높아진 온도가 되어진 유동액은 다시 지중에 매설된 흡열파이프(3)로 인입되어져 지중온도와의 작용에 의해 내려가게 되며, 낮아진 온도의 유동액은 다시 순환펌프(5)를 통해 지상구조체(2)의 흡열파이프(4)로 재순환되는 흐름이 이어지게 된다.

다시 말해 반영구적인 지중온도를 지상구조체의 냉방에너지로 이용함으로써 건물의 냉방부하를 줄일 수 있게 되고, 이에 따라 냉방기기의 용량도 작아지게 되는 등으로 에너지절약에 따른 경제성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 동시에 그 시공이 기초공사시 철근의 배근작업과 동시에 이루어지게 되어 공사비의 증가, 공사기간의 증가 등 초기투자비가 증가되는 제반 문제를 해결할 수 있게 된다.

한편, 상기 흡열파이프(3)의 유동액을 겨울에의 난방에너지로 이용하는 난방시스템을 설명하고자 한다.

이 때에는 흡열파이프(3)에 충진되는 유동액으로 부동액이 충진되어 상기 지하구조체(1)의 흡열파이프(3)에 충진된 유동액이 순환펌프(5)를 통해 지상구조체(2)에 배관된 흡열파이프(4)에 공급되고, 상기 흡열파이프(4)를 통해 지상구조체(2)의 열이 흡수된 상태로 다시 지하구조체(1)의 흡열파이프(3)에 인입되는 순환과정이 이루어진다.

겨울에 외기의 온도가 약 -12℃인 것을 감안한다면, 흡열파이프(3)가 배관된 지중의 온도는 약 12℃전후의 안정된 상태이므로, 상기 흡열파이프(3)에 충진된 유동액의 온도 역시 약 12℃를 유지할 수 있게 된다.

따라서 상기 지하구조체(1)에 배관된 흡열파이프(3)내의 유동액을 순환펌프(5)를 통해 지상구조체(2)에 배관된 흡열파이프(4)에 공급되게 하면, 두 온도차이(외기온도-지중온도)에 의해 상기 지상구조체(2)의 흡열파이프(4) 온도는 지상구조체(2)에 방출되어 그 만큼의 난방부하를 줄일 수 있게 된다.

즉, 지중에 매설되어 높은 온도를 유지하고 있는 흡열파이프(3)의 유동액이 순환펌프(5) 및 지상의 흡열파이프(4)를 통해 지상구조체(2)를 난방시키게 되고, 이 과정에서 흡열파이프(4)내의 유동액 온도는 내려가게 되며, 낮아진 온도가 되어진 유동액은 다시 지중에 매설된 흡열파이프(3)로 인입되어져 지중온도와의 작용에 의해 올라가게 되며, 높아진 온도의 유동액은 다시 순환펌프(5)를 통해 지상구조체(2)의 흡열파이프(4)로 재순환되는 흐름이 이어지게 된다.

다시 말해 반영구적인 지중온도를 지상구조체의 난방에너지로 이용함으로써 건물의 난방부하를 줄일 수 있게 되고, 이에 따라 난방기기의 용량도 작아지게 되는 등으로 에너지절약에 따른 경제성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 동시에 그 시공이 기초공사시 철근의 배근작업과 동시에 이루어지게 되어 공사비의 증가, 공사기간의 증가 등 초기투자비가 증가되는 제반 문제를 해결할 수 있게 된다.

한편, 지하구조체(1)에 배관된 흡열파이프(3)의 유동액을 냉방공조기(6) 및 난방공조기(7)에 공급되게 하여 냉각수 및 난방수로 이용함으로써 냉난방부하를 줄일 수 있고 또한 에너지절약을 이룰 수 있음은 물론이라 하겠다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 지중열을 이용한 건축물의 냉난방시스템은, 지열흡수 및 열 보전성이 뛰어난 콘크리트파일, 지중연속벽, 건물기초 등의 건물지하구조체의 콘크리트 내부 및 지상구조체의 콘크리트 내부에 흡열파이프를 배관하고 그 내부에 충진된 유동액을 순환펌프로 순환되게 하여, 여름에는 관내부에 흐르는 물이나 부동액이 함유하고 있는 열량을 지중에 방출하고, 겨울에는 지중이 함유하고 있는 열량을 관내부에 흐르는 유동액이 흡수하는 과정을 통하여 냉방 및 난방에너지로 이용하거나, 또는 관내부에 흐르는 물이나 부동액이 냉난방공조기의 냉각수 및 난방수로 이용되도록 하는 시스템에 의해, 반영구적인 지중온도를 지상구조체의 냉난방에너지로 이용함으로써 냉난방부하를 줄일 수 있게 되고, 이에 따라 냉난방기기의 용량도 작아지게 되는 등으로 상당한 경제성을 확보할 수 있으며, 에너지절약에 의한 에너지수입 대체효과 및 환경보전효과도 크게 기대할 수 있으며, 또한 그 시공이 기초공사시 철근의 배근작업과 동시에 이루어지게 되어 공사비의 증가, 공사기간의 증가 등 초기투자비가 증가되는 문제를 해결할 수 있게 되는 등의 효과를 발휘한다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정하는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

Claims (5)

1. 건물의 지하구조체 내부 및 지상구조체 내부에 서로 연통되도록 양 흡열파이프가 배관되고, 상기 양 흡열파이프 사이에 순환펌프가 설치되어 상기 지하구조체 흡열파이프에 충진된 유동액이 지상구조체의 흡열파이프를 통해 강제순환되도록 한 구성을 특징으로 하는 지중열을 이용한 건축물의 냉난방시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 지하구조체에 배관된 흡열파이프의 유동액이 냉난방공조기의 냉각수 및 난방수로 이용되도록 한 것을 특징으로 하는 지중열을 이용한 건축물의 냉난방시스템.
3. 제 1항에 있어서, 상기 흡열파이프는 지하 및 지상구조체의 철근배근작업과 동시에 상기 배근되는 철근에 고정 설치되는 것을 특징으로 하는 지중열을 이용한 건축물의 냉난방시스템.
4. 제 1항에 있어서, 상기 흡열파이프 내에 충진되는 유동액은 물이나 부동액인 것을 특징으로 하는 지중 건축구조물을 이용한 건축물의 냉난방시스템.
5. 제 1항에 있어서, 상기 흡열파이프가 설치되는 지하구조체는 지열흡수 및 열 보전성이 뛰어난 콘크리트파일, 지중연속벽, 건물기초를 포함하는 것을 특징으로 하는 지중 건축구조물을 이용한 건축물의 냉난방시스템.