KR200408663Y1 - 지열을 이용한 건물의 냉난방 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 지열을 이용하여 건물의 냉난방 조절에 필요한 에너지를 저감 하기 위한 장치이다. 즉 지중에 무한정으로 분포된 지열을 열교환 파이프를 통해 지표중의 대기를 냉각 또는 가열하여 건물의 냉난방에 이용함으로서 지금까지 사용되어온 석유, 가스, 또는 석탄 등 유한한 화석에너지를 저감 하기 위해 고안된 장치이다. 지중은 지표면으로부터 일정 깊이에 들어가면 온도의 변화가 거의 일정한 항 온대가 형성되고 깊이 들어갈수록 온도가 높아지는 특색이 있다. 이러한 특색을 이용하여,지하에 열교환용 파이프를 설치하여 대기중의 공기를 냉각 또는 가열하여 건물의 냉난방에 활용을 하기 위한 장치이다. 본 고안의 효과로는 거의 무한정으로 활용할 수 있는 지열을 이용 냉난방에 소요되는 에너지를 절감할 수 있는 효과가 있다.

지열, 건물냉난방, 열교환용 파이프, 실내공기 부압, 배풍기.

Description

지열을 이용한 건물의 냉난방 장치{Heating and Cooling System for house by geothermy energy}

도 1은 본 고안에 따라 설치된 장치의 종 단면도.

도 2는 본 고안에 따라 설치된 장치의 A-A’단면 평면도.

도 3은 본 고안에 따라 설치된 장치의 횡 측 B-B’단면도

도 4는 본 고안에 따라 설치된 장치의 횡 측 C-C’단면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1.- 건물 외벽

2.- 건물 천정

3.- 외기공기유입구

4.- 공기 유도닥트

5.- 1차 분배 헤드

6.- 상부 열교환 파이프

7.- 턴 박스

8.= 하부 열교환 파이프

9.- 2차 분배 헤드

10.- 공기 출구

11.- 배풍기

12.- 지표면

13.- 건물 내

본 고안은 지열을 이용하여 건물의 냉난방 조절에 필요한 에너지를 저감 하기 위한 장치이다. 지중은 지표면으로부터 일정 깊이에 들어가면 온도의 변화가 거의 일정한 항 온대가 형성되고 깊이 들어갈수록 온도가 높아지는 특색이 있다.

이러한 특색을 이용하여,지하 지중에 수평방향으로 열교환용 파이프를 설치하여 대기중의 공기를 냉각 또는 가열하여 건물의 냉난방에 활용을 하기 위한 장치이다. 이렇게 함으로서 거의 무한정으로 활용할 수 있는 지열을 회수하여 냉난방에 소요되는 에너지를 절감할 수 있는 효과가 있다.

종래의 지열이용에는 파이프를 수직으로 지중 깊이 매설하여 파이프 속에 열매체를 이용하여 지중 안에서 냉각 또는 가온을 하여 펌프 등에 의해 순환시켜 건물 내에 설치된 라디에타 또는 휀코일 유니트와 같은 열 확산기를 통해 지열을 이용하거나, 일정 깊이 이하로 동굴을 파서 동굴 속의 온도를 이용 식품을 저장하거나 저장물건을 지중에 매설을 하여 지열을 이용하였다.

상기와 같이 파이프를 수직으로 지중 깊이 매몰 파이프 속에 열매체를 이용 하여 지중 안에서 냉각 또는 가온을 하여 펌프 등에 의해 순환시키는 방법은 파이프를 지중 깊이 매몰하고 열확산기 등을 설치하고 열매체 순환펌프를 구성하는 등 시설이 복잡하고 설비비가 많이 소요되며, 순환펌프 운영 등에 에너지 비용이 많이 드는 단점 있다.

본 고안은 상기와 같이 시설이 복잡하지 않고 열매체를 순환하는데 소요되는 에너지 비용이 거의 없는 시설을 구비하면서 지열을 효과적으로 이용할 수 있는 장치를 고안 하는데 그 목적이 있다.

먼저 우리나라의 지역별 월별 대기 및 지중온도는 다음 표와 같다.

	1월평균온도7월평균온도				7월평균온도
지중깊이	대 기	0.5m	1.5m	3m	대 기	0.5m	1.5m	3m
서 울	-2.5	2.0	8.6	14.0	25.3	24.8	21.6	17.3
수 원	-2.5	2.0	8.7	14.8	25.3	23.7	20.2	16.3
춘 천	-4.0	1.4	9.0	14.9	25.4	25.7	20.3	16.3
강 릉	0.5	5.4	10.8	14.8	25.3	24.2	20.0	16.2
대 전	-1.4	2.4	7.9	14.6	25.4	26.3	23.0	18.5
여 수	1.3	5.6	11.2	16.9	24.1	24.2	21.1	17.2
포 항	1.1	5.3	11.2	15.6	25.8	26.2	21.1	17.6
부 산	2.0	6.0	13.3	16.8	23.8	24.9	20.4	16.9
제 주	5.4	11.0	15.4	18.1	26.9	27.8	23.3	21.2

자료: 기상청 2005년도 지점별 온도

표와 같이 지중의 온도변화는 대기 기온에 의해 지표면에서 일정범위로 비례하여 발생하고 있으나 일정 깊이에 들어가면 온도변화가 거의 없는 지중항온층이 형성되고 있음을 알 수 있다. 이러한 온도변화에 따른 지중온도는 기온이 낮은 동절기에는 지표면보다 고온이고, 하절기에는 저온이 된다. 이러한 온도차의 열에너 지를 이용하여 건물 안으로 이끌어 동절기에는 난방열을 여름철에는 냉방열을 공급하는 것이 본 고안의 핵심이다.

지열은 다른 자연에너지(태양열, 풍력, 수력 등)에 비해 안정되게 분포되어 있으며,건물의 바닥에 있어 무한정으로 얻을 수 있는 장점이 있다.

건물은 용도에 따라 다르기는 해도 반드시 환기를 위해 배기가 이루어지고 있으며, 배기가 이루어지면 실내는 대기압보다 낮은 부압을 갖게 된다.

부압이 된 실내에는 대기압의 평형을 이루기 위해 외부로부터 새로운 공기가 유입을 하게 된다. 이때 유입되는 공기의 온도는 아무러한 장치가 없을시는 외기의 온도와 같게 되어 동절기에는 차거운 대기가, 하절기에는 더운 대기가 유입되어 실내의 온도조건을 더욱 악조건으로 만들게 된다.

본 고안은 이러한 점에 착안 외부로부터 유입되는 새로운 공기를 지열을 이용하여 열교환을 시켜 실내에 유입되도록 하여 동절기에는 난방을 하절기에는 냉방의 효과가 있도록 한 장치이다.

이하 본 고안의 방법에 따라 외기공기를 지열에 의해 열교환 시켜 냉난방 하는 장치를 첨부한 도면에 의해 설명을 하면 다음과 같다.

도 1은 본 고안의 방법에 따라 설치된 장치의 종 단면도이다.

우선 건물 외벽(1) 밖에 외기공기 유입구(3)가 설치되고 이 공기유입구를 통해 실내에 유입되는 공기가 유입하게 된다. 상기한 공기유입구(3)의 하부에는 공기 유도닥트(4)가 형성되어 유입된 공기를 1차 분배 헤드(5)까지 유도를 해준다. 상기한 유도닥트(4)는 지표면(10) 아래 지중으로 적당한 깊이(약 2m정도)까지 수직으로 설치되며 1차 분배 헤드(5) 상부까지 연결이 된다. 상기한 유도닥트(4) 하부에 1차 분배 헤드(5)가 설치된다.

1차 분배 헤드(5)에는 50cm 정도 간격으로 상부 열교환 파이프(6)를 설치할 분배관이 형성되어 상부 열교환 파이프(6)를 건물 지하 지중에 수평방향으로 설치한다.

상기한 상부 열교환 파이프(6)표면은 지중의 흙 등에 의해 지열이 전도되어 지중의 온도에 가깝게 변하게 되며 1차 분배 헤드(5)로부터 분배되어 이곳을 통과하는 유입된 공기는 지중의 온도에 가깝게 변하게 된다.

상기와 같이 설치한 상부 열교환 파이프(6)는 턴박스(7) 상부에 형성된 열교환 파이프 연결용 분배관에 연결이 된다.

턴박스(7)에는 상부와 하부에 열교환 파이프 연결용 분배관이 형성되어 있어 상부 분배관으로부터 유입된 공기를 하부 분배관을 통해 반대방향으로 방향전환을 시켜준다.

턴박스(7) 하부 열교환용 파이프 연결용 분배관에는 하부 열교환용 파이프(8)의 한쪽이 연결되고 다른 한쪽은 2차 분배 헤드(9)의 열교환용 분배관에 연결이 된다. 하부 열교환파이프(8)는 상부열교환파이프보다 50cm이상 낮은 위치의 지중에 설치가 된다.

표에서와 같이 지열은 지표면에서 3m정도의 깊이에서 항온을 형성하고 있으며 이로 인해 동절기에는 대기보다 온도가 높고 하절기에는 대기보다 온도가 낮은 특색을가지고 있다. 따라서 상부 열교환 파이프(6)를 통해 열교환이 된 파이프 내의 공기는 하부에 위치한 열교환파이프(8)를 통해 더욱 지열과 가깝게 열교환을 이루게 된다.

상기와 같은 경로를 통해 가열(또는 냉각)된 공기는 2차 분배 헤드에 모이게 되고 유도닥트(4)를 통해 공기출구(10)를 통해 건물 내(13)로 이동이 된다.

실내 공기가 유용하게 이동하기 위해서는 실내를 대기보다 부압을 만들어야 하는데 이러한 역활를 위해 배풍기(11)이 설치되어 가동되는 특징이 있다.

상기와 같이 본 고안은 지중의 온도가 동절기는 대기보다 높고 하절기는 대기보다 낮은 점에 착안하여 건물 내에 소요되는 공기를 건물 바닥의 지중에 설치 한 열교환 파이프를 통해 가열(또는 냉각)하여 공급하는 것을 특징으로 한 장치이다. 또한 기존의 히트파이프와 달리 배풍기를 이용 실내를 부압으로 만들어 별도의 에너지가 없이 지열을 활용할 수 있는 특징이 있다.

본 고안의 효과로는 거의 무한정으로 활용할 수 있는 지열을 이용 건물 내 냉난방에 소요되는 에너지를 배풍기에 소요되는 에너지만으로 이용할 수 있어 농촌 의 경작을 위한 비닐하우스 및 축사 등에 소요되는 에너지 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 지열을 이용하기 위해 건물 지표면 아래 지중에 열교환 파이프를 매설하고, 상기한 파이프의 한쪽 단은 건물 외부 지표면 상부까지 연결이 되어 외기 공기를 유입할 수 있도록 외부 공기 유입부가 형성되고, 또 다른 한쪽 단은 건물 내부에 연결되어 외부로부터 유입된 공기가 건물 내부로 유입될 수 있도록 출구가 형성된 것을 특징으로 하며, 상기한 외부 공기를 건물 내로 유입할 목적으로 건물 내를 부압이 되도록 하기 위해 건물에 배풍기가 설치되는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 건물의 냉난방 장치

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