KR20030036807A - 지열이용 구조물 - Google Patents

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KR20030036807A
KR20030036807A KR10-2003-7003991A KR20037003991A KR20030036807A KR 20030036807 A KR20030036807 A KR 20030036807A KR 20037003991 A KR20037003991 A KR 20037003991A KR 20030036807 A KR20030036807 A KR 20030036807A
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쿠게모토켄지
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쿠게모토 켄지
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Abstract

유한한 석유, 가스, 석탄 등, 화학에너지의 고갈을 방지하기 위해 히터, 에어컨디셔너 등이나 태양열 또는 빛, 풍력, 수력 등의 자연에너지를 보조적으로 이용하면서 지중항온층의 열에너지를 더욱 유효하게 이용하는 수단을 제공한다. 도31과 같이 지표면(4)에서 지중항온층(21)까지 뻗는 단열벽(A)이 건축물(22)을 둘러싸 매설하는 지열이용 구조물로, 여러개의 단열패널(1)을 연접하여 구성한 단열벽(A)은 기초(5)의 지상노출부위 및 지함설 부위에 밀착하여 매설한다.

Description

지열이용 구조물{STRUCTURE UTILIZING GEOTHERMAL ENERGY}
종래의 지열이용에는 예를들어 공기 또는 열매체로 한 열교환용의 덕트 또는 파이프를 지하실, 지중매설 파이프 등으로 건축물안으로 뻗게하고, 지중안에서 가온 또는 냉각한 열매체를 건출물안에 순환시켜 냉난방용으로 공급하거나 열교환에 의해 작동하는 장치에 의해 동력을 꺼내는 양태의 것이 많았다. 또 저온의 지중항온층(년간을 거쳐 온도변화가 적은 지중부분)을 이용하여 이 지중항온층에 달하는 동굴에 식료 등을 보존하거나 보존물을 구멍에 수납하여 흙으로 덮어 매설하는 등으로 하여 지열을 이용하였다.
지중의 온도변화는 주로 태양열의 조사에 의해 지표면에서 일정 깊이의 범위에서 발생하고 있다. 상기 일정깊이보다 깊은 지중에서는 계절에 의해 온도변화가 거의 없는 지중항온층이 되고, 깊어질 수록 열에너지는 상승한다. 지표면에서 일정깊이 즉 지중항온층 표층은 상대적으로 하절기에 있어서는 지표면보다 저온이고,동절기에 있어서는 지표면보다 고온이다. 이러한 지중항온층의 열에너지를 건축물안으로 이끌면 하절기에는 냉방, 동절기에는 난방용으로 공급할 수 있다. 그리고 상기 지중항온층의 열에너지는 사실상 무진장한 자연에너지로, 다른 자연에너지(태양열 또는 빛, 풍력, 수력 등)에 비해 안정되고 또한 이용하기 쉬운 이점(건축물 바로 밑에 존재하므로 열에너지를 이끌기 쉽다)이 있다. 상기 지열이용의 예는 이러한 지열의 이점에 착목한 것이지만 아직 충분히 이용되고 있다고는 말하기 어렵다. 그래서 한정된 석유, 가스 석탄 등 화학에너지의 고갈을 방지하기 위해 히터, 에어컨디셔너 등이나 태양열 또는 빛, 풍력, 수력 등의 자연에너지를 보조적으로 이용하면서 지중항온층의 열에너지를 더욱 유효하게 이용하는 수단에 대해 검토했다.
본 발명은 지열을 건축물의 냉난방 등에 이용하는 지열이용 구조물에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 이용하는 단열패널을 도시한 사시도.
도 2는 별도 예의 단열패널을 도시한 사시도.
도 3은 단열패널을 매설하여 단열벽을 구축한 상태를 도시하는 단면도.
도 4는 단열패널을 매설하여 단열벽을 구축한 상태를 도시하는 평면도.
도 5는 별도 예의 단열패널을 도시한 사시도.
도 6은 별도 예의 단열패널을 도시한 사시도.
도 7은 별도 예의 단열패널을 매설하여 단열벽을 구축한 상태를 도시하는 단면도.
도 8은 별도 예의 단열패널을 매설하여 단열벽을 구축한 상태를 도시하는 평면도.
도 9는 별도 예의 단열패널을 도시한 사시도.
도10은 별도 예의 단열패널을 도시한 사시도.
도11은 별도 예의 단열패널을 매설하여 단열벽을 구축한 상태를 도시하는 단면도.
도12는 별도 예의 단열패널을 매설하여 단열벽을 구축한 상태를 도시하는 평면도.
도13은 건축물의 기초에 밀접하여 단열벽을 구축한 상태를 도시하는 단면도.
도14는 건축물의 기초로부터 이격하여 단열벽을 구축한 상태를 도시하는 단면도.
도15는 별도 예의 건축물의 기초에 밀접하여 단열벽을 구축한 상태를 도시하는 단면도.
도16은 별도 예의 건축물의 기초로부터 이격하여 단열벽을 구축한 상태를 도시하는 단면도.
도17은 별도 예의 건축물의 기초에 밀접하여 단열벽을 구축한 상태를 도시하는 단면도.
도18은 별도 예의 건축물의 기초로부터 이격하여 단열벽을 구축한 상태를 도시하는 단면도.
도19는 건축물의 기초에 밀접하여 단열벽을 구축한 상태를 도시하는 단면도.
도20은 건축물의 기초에 밀접하여 단열벽을 구축한 상태를 도시하는 단면도.
도21은 지중량을 갖는 기초에 밀접하여 단열벽을 구축한 상태를 도시하는 단면도.
도22는 지중량을 갖는 기초로부터 이격하여 단열벽을 구축한 상태를 도시하는 단면도.
도23은 지중량을 갖는 기초로부터 이격하여 단열벽을 구축한 상태를 도시하는 단면도.
도24는 지중량을 갖는 기초로부터 이격하여 단열벽을 구축한 상태를 도시하는 단면도.
도25는 지열이용 지상구조물에 밀접하여 단열벽을 구축한 상태를 도시하는 단면도.
도26은 지열이용 지상구조물로부터 이격하여 단열벽을 구축한 상태를 도시하는 단면도.
도27은 지열이용 지하구조물에 밀접하여 단열벽을 구축한 상태를 도시하는 단면도.
도28은 지열이용 지하구조물로부터 이격하여 단열벽을 구축한 상태를 도시하는 단면도.
도29는 비닐하우스에 밀접하여 단열벽을 구축한 상태를 도시하는 단면도.
도30은 비닐하우스로부터 이격하여 단열벽을 구축한 상태를 도시하는 단면도.
도31은 단열벽과 지중온도분포와의 관계를 나타낸 단면도.
도32는 단열벽과 지중온도분포와의 관계를 나타낸 별도 예의 단면도.
도33은 단열벽과 지중온도분포와의 관계를 나타낸 별도 예의 단면도.
도34는 단열벽과 지중온도분포와의 관계를 나타낸 별도 예의 단면도.
도35는 단열벽과 지중온도분포와의 관계를 나타내는 별도 예의 단면도.
도36은 단열벽과 지중온도분포와의 관계를 나타내는 별도 예의 단면도.
도37은 단열벽과 지중온도분포와의 관계를 나타내는 별도 예의 단면도.
도38은 단열벽과 지중온도분포와의 관계를 나타내는 별도 예의 단면도.
도39는 건축물과 단열벽과의 공간을 통해 외기를 도입하는 상태를 도시하는 단면도.
도40은 건축물과 단열벽과의 공간을 통해 외기를 도입하는 상태를 도시하는 단면도.
도41은 건축물과 단열벽과의 공간을 통해 보조냉난방 설비를 이용하는 상태를 도시하는 단면도.
도42는 건축물과 단열벽과의 공간을 통해 보조냉난방 설비를 이용하는 상태를 도시하는 평면도.
도43은 보다 실제적인 본 발명의 적용예를 도시하는 단면도.
도44는 보다 실제적인 본 발명의 다른 적용예를 도시하는 단면도.
도45는 내진구조의 건축물의 단면도.
도46은 본 발명을 적용한 내진구조의 건축물의 단면도.
도47은 별도 예의 내진구조 건축물의 단면도.
도48은 본 발명을 적용한 별도 예의 내진구조의 건축물의 단면도.
도49는 건축물 외벽을 따라 단열벽을 연장한 예를 도시하는 단면도.
도50은 건축물 외벽을 따라 단열벽을 연장한 별도 예를 도시하는 단면도.
도51은 중공파이프로 이루어지는 단열벽을 도시하는 단면도.
도52는 중공파이프로 이루어지는 단열벽을 도시하는 평면도.
도53은 히로시마에서의 동절기 지중온도 분포대를 도시하는 단면도.
도54는 히로시마에서의 하절기 지중온도 분포대를 도시하는 단면도.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※
1: 단열패널2: 습기가 통과하는 구멍
3: 지중4: 지표면
5: 기초6: 토대
7: 기둥8: 내벽
9: 외벽10: 물빠짐 부
11: 공간12: 바닥밑
13: 철골14: 토간(土間)
15: 비닐하우스16: 이랑
17: 바닥18: 실내
19: 깊이 1m층20: 깊이 2m층
21: 깊이 3m층(지중항온층)22: 건축물
23: 지붕24: 천정
25: 하우스안26: 외기
27: 건축물벽28: 공기정화장치
29: 환기장치30: 덕트
31: 열매체32: 기초콘크리트
33: 할율석(割栗石)34: 방습시트
35: 상부단열 패널36: 중공파이프
37: 건축물 상부 38: 지하실
39: 지표면(5.0℃)40: 깊이 1m층(7.4℃)
41: 깊이 2m층(13.9℃)42: 깊이 3m층(16.0℃,지중항온조)
43: 지표면(29.6℃)44: 깊이 1m층(25.4℃)
45: 깊이 2m층(19.5℃)46: 깊이 3m층(17.3℃,지중항온조)
47: 바닥밑(2.3℃)49: 바닥밑(24.3℃)
50: 감합조51: 감합홈
52: 지중량A: 단열벽
검토의 결과 개발한 것이 지표면에서 지중항온층까지 뻗는 단열벽이 건축물을 둘러싸 매설하여 이루어지는 지열이용 구조물이다. 구체적으로는 단열벽은 건축물의 기초를 둘러싸 매설한다. 이 경우 (a)단열벽은 기초의 지상노출부위 및 지하매설부위에 밀착하여 매설해도 되고, (b)기초의 지상노출부위 또는 지하매설부위로부터 매설한 경우 지표면에서 돌출하는 단열벽 상부와 기초 사이에 공간이 생기므로 이 공간과 건축물안을 연통하는 내측환기부를 상기 지상노출부위 또는 건축물의 벽면에 배치하여 이 공간과 외부를 연통하는 외측환기부를 단열벽에 배치하면 된다. 예를들어 내외측 환기부 각각에 환기팬을 배치하거나 내외측 환기부를 연통하는 열교환 덕트를 배치해도 된다.
본 발명은 지중의 심도(深度)방향에서의 온도분포에 따라 온도변동이 안정되는 지중항온층까지 매설한 단열벽으로 건축물의 사방을 둘러싸는 것으로 건출물안과 건출물 밑의 지면과의 열교환 범위를 건축물 바로 밑의 영역으로 한정하고, 건축물안의 온도변화를 초래하는 쓸데없는 열교환을 억제한다. 하절기에서의 단열벽은 건축물 주위의 지면, 특히 건축물 주위의 지표면에 조사하는 태양열에 의한 열에너지가 지중을 통해 기초부터 건축물안으로 거둬들여지는 열교환을 차단하고, 건축물 바로 밑의 지면을 건축물에 대해 상대적 저온으로 유지하는 것으로 건축물 안의 냉방효과를 높인다. 또 동절기에서의 단열벽은 기초를 거쳐 건축물 주위의 지중으로 피하고자 하는 난방의 열에너지의 이산을 방지하고, 건축물안의 난방효과를 높인다.
표 1은 일본 각지의 1월(동절기) 및 7월(하절기)에서의 지표면(깊이 0.0m)~ 지중항온층(3.0m)의 범위에서의 온도분포를 한데 모은 것으로 히로시마에서의 동절기의 지중온도분포를 도53에, 그리고 동 히로시마에서의 하절기의 지중온도분포를 도54에 도시한다. 예를들어 히로시마(표 1안 굵은 테두리선내)의 동절기 1월 평균온도는 표 1 및 도53에 보여지는 것과 같이 지표면(39)에서 5.0℃, 깊이 1m층(40)에서 7.4℃, 깊이 2m층(41)에서 13.9℃, 그리고 깊이 3m층(=지층항온층)(42)에서 16.0℃로, 지중항온층(42)는 지표면(39)에 비해 11.0℃의 고온이다. 그러나 외기와의 열교환이 한창인 바닥밑은 2.3℃로 지표면보다 저온이 되고 있다. 또 히로시마의 하절기 7월 평균온도는 표 1 및 도54에 보여지는 것과 같이 지표면(43)에서는29.6℃, 깊이 1m층(44)에서 25.4℃, 깊이 2m층(45)에서 19.5℃, 그리고 깊이 3m층(=지중항온층)(46)에서 17.3℃으로, 지중항온층(46)은 지표면(43)에 비해 12.3℃의 저온이다. 이 하절기에 있어서도 열효관이 한창인 바닥밑(49)은 24.3℃로, 지표면(43)에서의 열복사 등에 의해 그늘임에도 불구하고 상당히 온도가 높아지고 있다.
지면 및 지중온도(℃) 분포표 통계년차(1886-1945년)
1월평균온도 7월평균온도
깊 이 깊 이
지명 0.0m 0.5m 1.0m 2.0m 3.0m 0.0m 0.5m 1.0m 2.0m 3.0m
가고시마 7.1 10.8 14.2 17.9 19.1 29.7 26.0 22.7 18.9 17.4
후쿠오카 5.7 8.9 11.3 15.1 18.3 28.3 25.3 23.1 18.8 18.4
코지 5.6 8.4 12.9 16.7 18.7 28.8 26.2 23.1 19.9 17.9
히로시마 5.0 7.5 7.4 13.9 16.0 29.6 25.7 25.4 19.5 17.3
가나자와 2.2 5.4 7.8 12.0 14.2 27.6 23.4 20.3 15.7 13.5
오오사카 3.9 6.9 9.3 13.4 15.8 29.7 25.8 23.4 19.1 16.7
나고야 4.9 6.6 9.4 12.7 14.8 29.4 26.4 23.9 20.0 18.1
도쿄 2.6 5.5 8.7 13.1 15.2 27.4 23.9 21.3 20.4 15.6
센다이 0.4 4.4 7.3 10.5 12.9 24.1 20.8 18.3 15.2 13.3
모리오카 -0.4 3.1 6.1 10.8 12.6 23.5 20.1 16.8 12.2 10.6
삿뽀로 - 2.1 5.0 8.4 9.7 22.4 17.5 13.7 9.7 8.4
자료 「지명별 일본기후표」중앙기상대편 1950년 5월
표 1에서 알 수 있는 것과 같이 각 지역모두 깊이 2~3m부근에서 하절기 및 동절기의 지중온도가 대략 같아진다. 토양의 종류나 주변환경에 의해서도 다르지만 대체로 깊이 2~3m를 지중항온층으로 볼 수 있다. 역으로 말하면 이보다 앞은 지중 및 지표면은 주변의 지중의 온도변화, 특히 외기의 영향을 받는 지표면에서의 열교환의 영향을 받는다. 이것으로 특히 태양광에 폭로되지 않는 건축물 바로 밑의 지면의 상기 열교환을 방지하여 지중항온층보다 상층 즉 지표면에서 지중항온층까지의 온도변화를 억제하도록 했다.
이렇게 한 본 발명의 적용가능한 건축물은 (1) 건축물 저면이 단열벽으로 둘러싸인 지표면에 직접 접촉하고 있어도 되고, (2) 건축물 저면과 단열벽으로 둘러싸인 지표면과의 사이에 쇄석(碎石)을 충전해도 되며,(3) 건축물 저면의 부분 또는 전부에 미치는 베타기초가 단열벽으로 둘러싸인 지표면에 직접 접촉해도 되고, 또한 (4) 건축물 저면의 부분 또는 전부에 미치는 베타기초와 단열벽으로 둘러싸인 지표면 사이에 쇄석을 충전해도 된다. 이와같이 본 발명에 의한 건축물안과 건축물 주위의 지면과의 열교환의 차단은 건축물 주위의 단열벽에 의해 실현하므로 건축물의 기초부분이 어떤식이어도 본 발명은 이용가능하다.
본 발명을 특징짓는 단열벽은 (1)합성수지제 단열패널인 경우를 기체로 한다. 구체적으로는 단열벽은 여러개의 합성수지제 단열패널을 연접하여 이루어지고, 각 합성수지제 단열패널은 서로 연접하는 마주대는 테두리의 한쪽에 감합조, 남은 다른쪽에 감합홈을 갖는 구조로 한다. 이 합성수지제 단열패널에는 단열벽의 내외를 연통하는 습기가 통과하는 구멍을 배치해도 된다. 일반적으로 단열패널은 통기성 또는 통수성이 부족해 건축물 주위를 단열패널로 둘러싸면 건축물 바로 아래의 물빠짐이 나빠질 염려가 있기 때문에 습기가 통과하는 구멍을 배치하면 좋다. 이외에 단열벽은 (B)합성수지 또는 금속제 중공파이프를 서로 밀착상태로 연설하여 구성해도 된다. 이 합성수지 또는 금속제 중공파이프에도 단열벽의 내외를 연통하는 습기가 통과하는 구멍을 배치할 수 있다. 여러개의 파이프를 건축물 내외 방향으로 나열하여 단열벽을 구성할 경우, 각 파이프의 습기가 통과하는 구멍은 직선모양으로 연통할 필요는 없고, 각 파이프의 습기가 통과하는 구멍이 서로 달라도 단열벽 전체로서 통기성 또는 통수성을 발휘할 수 있으면 된다.
도 1 및 도 2에 보여지는 합성수지 단열패널(1)을 이용하고, 도 3 및 도 4에 보여지는 단열벽(A)을 구축한다. 도 1 및 도 2에 예시하는 단열패널(1)은 지표면(4)에서 지중(3)을 향해 깊게 매설할 수 있는 높이를 갖는 합성수지제 단열패널로서, 좌측테두리(도 1중 안쪽) 및 상테두리에 감합조(50), 우측테두리(도 1중 앞쪽)에 감합홈(51)을 갖고, 가로로 늘어선 단열패널(1)(1) 서로를 감합상태로 연접한다. 또 단열패널면에는 내외로 연통하는 습기가 통과하는 구멍(2)을 배치하고 있다. 도 2의 예는 도 1의 단열패널(1)에 대해 아래 오른쪽 각부를 잘라내고 있다.
단열패널(1) 서로는 연접할 수 있으면 좋고, 감합조 및 감합홈은 필수 구성은 아니다. 따라서 도 1 또는 도 2의 단열패널(1) 대신에 위테두리의 감합조를 생략한 도 5 또는 도 6의 단열패널(1)을 이용하고, 도 7 및 도 8에 보여지는단열벽(A)을 구축해도 좋다. 또 습도가 낮은 지역이면 지중(3)에서의 통기성 또는 통수성을 신경쓰지 않아도 되므로 도 5 또는 도 6의 단열패널로부터 다시 습기가 통과하는 구멍을 생략한 도 9 또는 도 10의 단열패널(1)을 이용하여 도11 및 도12에 보여지는 단열벽(A)을 구축해도 된다.
다음에 본 발명의 구체적인 적용예에 대해 설명한다.
본 발명의 건축물(22)로의 적용은 도13과 같이 기본적으로는 기초(본예는 역 T자 단면의 표준적인 천 기초)(5)에 밀접하여 단열패널(1)을 매설하고, 바람직하게는 외벽(9)에 미치도록 단열패널(1)을 연설하여 단열벽(A)을 구축해도 된다. 즉 지표면(4)을 경계로 하여 상하로 단열벽(A)을 뻗는다. 이 경우 단열벽(A)의 매설부분에는 습기가 통과하는 구멍(2)을 배치한 단열패널(1)을 이용하면서 동 단열벽(A)의 지상부분의 단열패널(1)에는 습기가 통과하는 구멍(2)이 필요 없고, 단열벽(A)의 최상단은 물빠짐부(10)로 덮어두면 된다. 이렇게 하여 지중(3)(정확하게는 지중항온층)으로부터 지상에 이르는 범위에서 단열벽(A)으로 둘러싸인 범위의 기초(5)에 대해 토대(6)를 배치하고, 이 토대(6)상에 기둥(7), 내벽(8) 및 외벽(9)으로 이루어지는 건축물(22)을 세우면 건축물(22), 특히 바닥밑(12)은 지중의 열교환에서 이격된 공간으로 할 수 있다.
단열패널(1)을 기초(5)로부터 공간(11)을 배치하여 이격하면 도14와 같이 지중(3)에서 지표면(4)에 이르는 연속한 한장의 단열패널(1)로 단열벽(A)을 구축할 수 있다. 이 경우 공간(11)은 단열벽(A)과 건축물(22) 사이에서의 공기단열층을 구성하고, 본 발명의 작용, 효과를 높이는 역할을 갖는다. 또 직선모양 단면의 천기초(5)이면 도15와 같이 기초(5)에 밀접하여 지중(3)에서 지표면(4)에 이르는 연속한 한장의 단열패널(1)로 단열벽(A)을 구축할 수 있다. 이 경우에서도 도16과 같이 기초(5)에서 공간(11)을 배치하여 단열패널(1)을 이격하여 단열벽(A)을 구축해도 된다. 또한 습기가 적은 장소에서는 도17 및 도18과 같이 습기가 통고하는 구멍을 생략한 단열패널(1)로 단열벽(A)을 구축해도 된다.
본 발명은 단열벽을 지중항온층 대략 깊이 3m층까지 매설하는 것을 주안으로 하고 있지만 실제상, 지반의 경도에 의해서는 상기 깊이를 만족할 수 없는 경우도 적지 않다. 이러한 경우 도19 및 도20과 같이 기초(5)까지는 지중(3)을 굴삭하는 것이기 때문에 어디까지나 기초(5)에 단열패널(1)을 밀접시켜 조금이라도 단열벽(A)이 깊은 곳에 미치도록 하면 된다.
본 발명은 상기 천 기초(5)에 한정되지 않고 다른 기초에 대해서도 적용할 수 있다.
본 발명은 도21 및 도22와 같이 지중량(52)을 갖는 기초(5)에 대해서도 상술과 마찬가지로 적용할 수 있다. 이 경우 지중량(52)밑, 기초(5)안을 토양으로 채울 수 있어 건축물(22)로서의 안정성이 증가하는 외에, 건축물(22)과 지중(3)과의 열적 일체성을 확보할 수 있다. 이 경우도 도23 및 도24와 같이 기초(5)로부터 단열벽(A)을 이격하여 구축할 수도 있다.
기초가 없는 간단한 건축물(22)에 대해서도 본 발명은 적용가능하다. 예를들어 도25와 같이 토간(土間)(14)상에 기둥(7)(7)을 세우고, 기초가 없는 건축물 상부(37)만을 갖는 간단한 건축물(22)에서는 외벽(9)에 밀접하여 단열패널(1)을 매설하여 단열벽(A)을 구축한다. 이 경우도 도26과 같이 외벽(9)으로부터 공간(1)을 배치하여 이격한 단열벽(A)으로 해도 된다. 또 지하실(38)을 구성하는 베타기초(5)를 갖는 건축물(22)에 대해서는 도27 및 도28과 같이 본 발명의 단열벽(A)을 구축할 수 있다. 이 외에 도29 및 도30과 같이 이랑(16)을 하우스(25)내에 갖는 비닐하우스(15)에도 상술과 같이 본 발명을 적용할 수 있다.
다음에 본 발명의 구체적인 역할을 설명한다. 도31~도34는 일반 가옥의 건축물(22)을, 도35~도38은 비닐하우스(15)를 이용한 예이다.
도31에 보여지는 예는 지중량(52)을 갖는 기초(5)상에 토대(6)를 구축하고, 이 토대(6)상에 바닥(17), 건축물(27), 천정(24)에 둘러싸인 실내(18)를 구성하며 또한 지붕(23)으로 이루어지는 건축물(22)을 건축한 예이다. 단열벽(A)은 지표면(4)에서 깊이 1m층(19), 깊이 2m층(20)을 꿰뚫어 깊이 3m층(지중항온층)(21)에 달하는 단열패널(1)을 기초(5)에 밀접한 상태로 지중(3)에 매설하여 구성하고 있다. 단열벽(A) 상단은 물빠짐부(10)로 막고 있는 점은 상술한 각 예와 동일하다.
단열벽(A)은 지중(3)에서의 건축물(22) 주위와 단열벽(A)으로 둘러싸인 건축물(22) 바로 밑의 깊이 1m층(19), 깊이 2m층(20) 및 깊이 3m층(지중항온층)(21)의 열교환을 차단하고 있다. 이에 따라 실내(18)는 깊이 1m층(19) 및 깊이 2m층(20)을 통해 깊이 3m층(지중항온층)(21) 사이에서의 열교환을 하게 된다. 즉 하절기에서는 외기에 대해 상대적으로 저온인 깊이 3m층(지주항온층)(21)과의 열효관에 의해 실내(18)는 냉각되고, 역으로 동절기에서는 외기에 대해 상대적으로 고온인 깊이 3m층(지중항온층)(21)과의 열교환에 의해 실내(18)는 난방되며, 각각 실내(18)의 냉방 또는 난방에 필요로 하는 외부에너지(전기나 가스)를 저감할 수 있게 된다. 이 경우 실내(18)와 지중 1m층을 벌리는 부분에서의 열교환 손실을 억제하도록 본 예(도31)와 같이 바닥(17), 토대(6) 및 지중량(52)을 밀접시키면 된다. 또 기초(5)의 지상노출부위에서의 외기와의 열교환의 영향을 억제하는 데에는 도32와 같이 기초(5)로부터 공간(11)을 벌려 단열패널(1)을 매설하면 된다.
이와같이 단열벽(A)은 건축물 주위의 지중과 건축물 바로 아래의 지중과의 열교환을 차단함으로써 실내에 대해 상대적 저온(하절기) 또는 상대적 고온(동절기)이 되는 지중항온층과 실내와의 열교환에 의한 냉방 또는 난방을 도모하는 것이다. 따라서 기본적으로는 단열벽(A)의 매설깊이가 깊은 만큼 바람직한 것이지만 상기 작용이 실현되는 것이면 단열벽(A)의 매설깊이는 얕아도 좋고, 예를들어 도33 또는 도34와 같이 깊이 2m층(20)에 달하는 정도의 단열벽(A)이라도 좋다.
또 상기 단열벽(A)의 작용은 어디까지나 건축물 주위에 단열패널을 매설함으로써 실현하는 것이기 때문에 도35, 도36, 도37 및 도38과 같이 건축물이 비닐하우스(15)로 바꿨다고 해도 단열벽(A)의 작용은 하우스(25)안에 미친다. 이 결과 하우스내(25)의 온도유지에 필요한 외부에너지가 저감되기 때문에 종래에 비해 저원가에서의 비닐하우스(15)의 이용이 가능하게 되는 효과를 얻을 수 있다.
상술까지의 예시에서 건축물 또는 기초와 단열벽 사이에 공간을 배치한 경우, 단열벽의 작용은 상기 공간에도 미친다. 이 때문에 예를들어 실내(18)의 환기를 도모하는 경우, 도39 및 도40과 같이 외기(26)를 직접 거둬들이는 것은 아니고공간(11)을 거쳐 냉각(하절기) 또는 난방(동절기)한 외기(26)를 거둬들이면 된다. 도39의 예에서는 단열벽(A) 및 건축물벽(27) 각각의 대칭위치에 공기정화장치(28) 및 환기장치(29)를 배치하고, 공간(11)을 우회하여 외기(26)를 실내(18)로 거둬들이도록 하고 있다.
또 공간(11)을 통과시키는 것으로 일정 정도의 냉각(하절기) 또는 난방(동절기)이 기대되는 것을 이용하여 도41 및 도42와 같이 보조냉난방 설비의 열매체(공기, 물 또는 그 외의 냉난방 매체)를 지나는 덕트(30)를 공간(11)을 거쳐 단열벽(A) 밖에서 실내(18)로 연설해도 된다. 이 결과 예를들어 하절기에 있어서는 덕트(30)를 지나는 냉방매체의 승온이 억제되고, 손실이 적은 보조냉방설비의 이용이 가능하게 된다. 동절기에 있어서도 난방매체의 승온이 억제되어 손실이 적은 보조난방설비의 이용이 가능하게 된다.
보다 실제적인 건축물(22)에 본 발명을 적용한 경우, 도43 및 도44와 같이 우선 할율석(33)을 깔고, 기초콘크리트(32)를 타설하여 기초(5)를 구성하기 때문에 단열벽(A)은 할율석(33)을 넘는 깊이까지 이르게 하는 것이 바람직하다. 또 예를들어 도45와 같은 기초콘크리트(32) 및 기초(5)를 둘러싸고, 지중량(52)까지의 범위를 만족하는 할율석(33)의 충전층을 구성한 내진구조의 건축물(22)에 본 발명을 적용하는 경우는 도46과 같이 상기 할율석(33)의 충전층을 둘러싸며, 이 충전층보다 깊은 지중(3)에 이르는 단열벽(A)을 구축하면 된다. 본 예(도47)와 같이 기초콘크리트(32) 및 기초(5)와의 사이 및 지중량(52) 밑면을 따라 방습시트(34)를 배치한 내진구조의 건축물(22)에 대해서도 도48과 같이 본 발명을 적용할 수 있다.
본 발명의 단열벽에 의한 작용, 효과를 보다 좋게 발휘하는 데에는 건축물 자체가 외기와 직접 열교환하지 않고, 지중항온층 사이에서만 열교환하는 상태로 하면 된다. 예를들어 도49 또는 도50과 같이 단열벽(A)에 상부 단열패널(35)을 덧붙여 단열벽(A) 전체로서 위쪽으로 연설한 구성으로 하고, 건축물(220 측면 전체를 단열벽(A)으로 피복하도록 하면 된다. 이에 따라 실내(18)는 지중(3)을 향해서만 열교환할 수 있게 되고, 본 발명을 적용한 경우의 작용, 효과가 더욱 더 발휘가능하다.
본 발명의 단열벽(A)은 더욱 간단하게는 단열패널을 이용하여 구축하지만 열교환을 차단하는 작용의 관점에서 단열성이 발휘되는 구성이면 다종다양한 단열벽(A)을 이용할 수 있다. 그 중에서도 도51 및 도52와 같이 다수의 중공파이프(36)를 기초(5)에 밀접하여 매설하고, 단열벽(A)을 구성하는 경우가 바람직하다. 중공파이프(A)안의 공기층이 단열층을 형성하므로 중공파이프(36) 서로가 밀접하는 전열에 의한 열교환을 빼도 본 발명의 단열벽(A)으로서 이용할 수 있다. 이것으로 본 예의 단열벽(A)에는 금속제 또는 수지제 중공파이프가 이용가능하고, 상술한 단열패널보다도 구조적으로 강한 단열벽(A)을 구축할 수 있는 이점이 있다.
본 발명에 의해 지중항온층을 이용한 냉난방이 가능하게 되고, 외부에너지의 절약이 가능하게 된다. 또한 본 발명에서는 실내와 지중항온층이 열평형하기 위한 열에너지의 이동(열교환)을 이용하고 있기 때문에 어떠한 동력을 이용하지 않고 진동 또는 소음이 발생하지 않는 이점이 있다. 또 단열벽(A)의 구축은 최초의 시공시만 후로는 통상의 건축물과 같은 유지관리밖에 필요없고 또한 열교환하는 한쪽의 열원이 지중항온층에서 사실상 무진장하므로 다른 냉난방 설비의 이용에 비해 운용원가가 극히 저원가로 영속적으로 계속하여 이용할 수 있는 이점도 있다
실내와 지중항온층과의 열평형은 양자의 열에너지가 균등하게 되는 상태를 향해 수속하기 때문에 실내 또는 하우스내와 지중항온층이 동일습도가 되는 것은 아니지만 하절기에 있어서는 실내는 실외보다도 상대적으로 저온이 되고, 동절기에 있어서는 실내는 실외보다도 상대적으로 고온이 된다. 예를들어 표 1에 있어서 히로시마의 지중고온층(깊이 3m층)의 온도는 년간을 거쳐 16~17℃로 볼 수 있고, 이는 5~6월의 기온에 같다. 이것으로 이 지중고온층의 온도에 실내온도를 다가가게 할 수 있으면 가령 냉난방을 이용하지 않아도 비교적 지내기 쉬운 실내를 제공할 수 있게 된다. 이는 스트레스의 억제나 병기발생의 예방 등, 건강유지에 공헌하는 외에 식물의 생장을 안정되게 촉진한다. 본 발명은 이러한 효과를 건축물 또는 비닐하우스 전체에 대해 균일하게 부여하는 점에도 종래의 에너지 이용과는 다른 특징을 갖는다.
최근 석유, 가스, 석탄 등을 이용한 화석에너지 소비에 의해 생활기반을 지탱해 온 상황에 대해 자원의 감소, 에너지 소비에 따른 부산물 CO2등의 배출량 증대에 따른 온난화 등의 문제가 계속하여 위구되고 있다. 그 때문에 태양열, 빛, 풍력, 수력, 지열 등의 자연에너지를 이용하는 연구, 개발 또는 도입이 급해지고 있다. 이들 자연에너지 안에서 지열은 이용시에 동력을 필요로 하지 않고 24시간 늘 이용할 수 있는 이점이 있다. 본 발명은 이러한 지열을 건축물의 냉난방에 이용하는 것으로 종래의 냉난방에 이용하는 화석에너지의 필요량을 대폭적으로 삭감할 수 있어 에너지 절약을 실현할 수 있는 것이다.

Claims (13)

  1. 지표면에서 지중항온층까지 뻗는 단열벽이 건축물을 둘러싸 매설하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 지열이용 구조물.
  2. 제 1항에 있어서,
    단열벽은 건축물의 기초를 둘러싸 매설하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 지열이용 구조물.
  3. 제 2항에 있어서,
    단열벽은 기초의 지상노출부위 및 지하매설부위에 밀착하여 매설하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 지열이용 구조물.
  4. 제 2항에 있어서,
    단열벽은 기초의 지상노출부위 또는 지하매설부위로부터 이격하여 매설하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 지열이용 구조물.
  5. 제 4항에 있어서,
    기초의 지상노출부위와 단열벽과의 공간에 대해 이 공간과 건축물안을 연통하는 내측환기부를 상기 지상노출부위 또는 건축물의 벽면에 배치하고, 이 공간과 외부를 연통하는 외측환기부를 단열벽에 배치한 것을 특징으로 하는 지열이용 구조물.
  6. 제 1항에 있어서,
    건축물은 이 건축물 저면이 단열벽으로 둘러싸인 지표면에 직접 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는 지열이용 구조물.
  7. 제 1항에 있어서,
    건축물은 이건축물 저면과 단열벽으로 둘러싸인 지표면과의 사이에 쇄석(碎石)을 충전하고 있는 것을 특징으로 하는 지열이용 구조물.
  8. 제 2항에 있어서,
    건축물은 건축물 저면의 부분 또는 전부에 미치는 베타기초가 단열벽으로 둘러싸인 지표면 사이에 쇄석을 충전하고 있는 것을 특징으로 하는 지열이용 구조물.
  9. 제 2항에 있어서,
    건축물은 건축물 저면의 부분 또는 전부에 미치는 베타기초와 단열벽으로 둘러싸인 지표면 사이에 쇄석을 충전하고 있는 것을 특징으로 하는 지열이용 구조물.
  10. 제 1항에 있어서,
    단열벽은 합성수지제 단열패널인 것을 특징으로 하는 지열이용 구조물.
  11. 제10항에 있어서,
    합성수지제 단열패널은 단열벽의 내외를 연통하는 습기가 통과하는 구멍을 배치한 것을 특징으로 하는 지열이용 구조물.
  12. 제 1항에 있어서,
    단열벽은 합성수지 또는 금속제 중공파이프를 서로 밀착상태로 연설한 것을 특징으로 하는 지열이용 구조물.
  13. 제12항에 있어서,
    합성수지 또는 금속제 중공파이프는 단열벽의 내외를 연통하는 습기가 통과하는 구멍을 배치한 것을 특징으로 하는 지열이용 구조물.
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