KR20100060769A - 우·폐수열 및 지온열을 이용한 건축물의 냉난방·온수시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 빗물과 오수 등의 우·폐수열 및 지온열을 이용하여 건축물의 냉난방 및 온수에 활용토록 한 건축물의 냉난방·온수시스템에 관한 것으로, 건축물의 지하에 우수저장탱크를 매설하여 계절에 관계없이 비교적 균일한 온도의 우수를 활용하고, 우수 부족시에 정화조의 물을 수위차에 따라 여과 공급함으로써 저렴한 비용으로 주택의 냉난방·온수를 공급할 수 있도록 함을 특징으로 하며, 아울러 태양열에 의한 온수와 모세튜브관 등의 부가적인 장치의 추가에 의한 지하 온열을 활용하여 보다 안정적이며, 효율적으로 냉난방 및 온수공급에 사용토록 함을 특징으로 한다.

빗물, 폐수열, 냉난방, 정화조, 우수저장탱크, 히트파이프, 모세튜브관

Description

우·폐수열 및 지온열을 이용한 건축물의 냉난방·온수시스템{Air conditioning and warm water system of the building which uses the rainwater and the waste water and the ground temperature}

본 발명은 계절에 변화에도 비교적 균일한 온도를 갖는 빗물과 오수 등의 우·폐수열 및 지온열을 이용하여 건축물의 냉난방에 활용토록 한 건축물의 냉난방·온수시스템에 관한 것이다.

주지된 바와 같이 근래에는 전 세계적인 에너지의 고갈과 물부족 환경문제 등 많은 이유로 인하여 기존 화석연료의 사용을 최소화하는 노력과 함께 물의 재활용 및 화석연료를 대체할 에너지를 찾는데 많은 국가들과 기업들이 심혈을 기울이고 있는 실정이다.

그러나 기존의 많은 여러 가지 신재생 대체에너지 자원들은 활용을 위한 설치비와 운영에 따르는 비용이 고가인 문제로 인하여 가정이나 사무실 등 비교적 중·소규모의 건축물에서 기존의 전기나 유류를 대체하면서 냉난방 및 온수에 용이하게 사용할 방안이 마땅치 않은 실정이다.

근래 사용이 증대되고 있는 태영열 발전이나 태양열을 이용한 온수 시스템의 경우에는 그 효율성이 아직 기대에 미치지 못하고, 기후에 따른 사용상의 제한 문제로 인하여 대대적인 사용의 보편화가 아직은 부족한 정도라 할 것이다.

최근에는 우수를 활용하기 위한 저장시설이 점차 늘어가고 건축물 시공시에 지자체 조례제정 등으로 의무화될 정도로 우수의 재사용이 증대될 가능성이 엿보이고 있으며, 일부에서는 우수가 가진 열을 냉난방 및 온수공급에 이용하기 위한 방안이 선을 보이고도 있으나, 우수는 그 특성상 안정적인 수량을 확보하기가 어렵기 때문에 아직 냉난방 및 온수용으로 활용하는 데는 충분한 여건이나 기술이 확보되지 못한 상태라 할 것이다.

본 발명은 상기한 문제점들을 감안하여 안출한 것인바, 대부분이 하천으로 흘러들어가고 일부 주택 등의 건축물에서 중수용으로 재활용하던 우수를 이용하여 건축물의 냉난방 및 온수공급에 사용하고자 하는 것이며, 우수의 수량이나 온도가 충분하지 못할 경우에도 정화조 내의 오수가 가진 열을 활용하는 등 적절한 보조 수단의 추가로 인하여 항상 균일한 냉난방 및 온수에 필요한 열원을 확보할 수 있는 시스템을 제공함으로써 우수를 이용한 냉난방·온수 시스템이 활성화되도록 하고, 이에 따라 가정이나 기타의 건축물에서 에너지의 낭비나 냉난방 및 온수 비용을 크게 절감하면서 안정적인 냉난방 및 온수공급을 이룩하며, 나아가 환경보호에도 일조함을 목적으로 하는 것이다.

본 발명은 건축물의 지하에 우수저장탱크를 매설하고 우수저장탱크의 상온보다 낮거나(여름) 높은(겨울) 우수의 온도를 효율적으로 이용하여 저렴한 비용으로 주택의 냉난방 밍 온수공급을 이룩할 수 있도록 함을 특징으로 하며, 이러한 우수의 부족이나 온도의 부족에 대비하여 역시 지하에 매설되는 정화조의 정화된 물을 공급토록 하며, 아울러 태양열에 의한 온수와 모세튜브관 등의 부가적인 장치의 추가에 의한 지하 온열을 활용하여 보다 안정적이며 효율적으로 냉난방 및 온수공급에 에 사용토록 함을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 온도를 위한 에너지나 비용 없이 자연적인 현상에 의하여 여름철 상온보다 낮고 겨울철 상온보다 높은 온도를 가지는 우수를 이용하여 냉난방 및 온수공급을 할 수 있게 되므로 인하여 냉난방 온수에 소요되는 비용을 크게 줄일 수 있는 것은 물론이고, 기후 특성에 따라 충분한 수량이나 온도가 확보되지 못하더라고 약간의 추가적인 설비로 인하여 안정적으로 수량이나 온도를 확보할 수 있게 되는 것으로, 우수를 이용한 냉난방 및 온수공급의 효율성과 안정성을 크게 증대시키게 되고 물부족이 심화되고 있는 우리나라에도 생활용수로 재활용하여 사용할 뿐 아니라, 우수를 이용한 냉난방 및 온수의 사용이 보편화되고 크게 증대되어 국가적으로도 에너지 절감이나 환경보호에도 큰 도움을 주게 되는 유용한 발명이라 할 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 구성 실시 예를 첨부된 도면에 의거 상세히 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 냉난방·온수시스템의 전체 구성 예시도, 도 2는 본 발명에 의한 냉난방·온수시스템의 다른 구성실시 예시도이다.

본 발명은 건축물의 지하 또는 그 주변의 지하에 건축물의 지붕으로부터 입수관(11)을 연결하여 빗물이 유입되도록 한 우수저장탱크(10)를 매설하는데, 가급적 정화조(20)에 근접한 위치에 매설한 후 정화조(20)의 출수구(21)를 여과장치(22)와 밸브(23)로 연결하여 정화조의 정화된 물이 필요에 따라 유입되도 록 하였다.

상기 정화조(20)의 물이 유입되는 것은 우수저장탱크(10)의 내부에 수위에 따라 여닫는 수위감지장치(12)를 설치하여 일정수준 이하의 수위가 되면 자동으로 밸브(23)를 열어 정화된 물이 유입되도록 하면서 일정한 정도의 수위가 유지되도록 한 것이다.

우수저장탱크(10)의 내부에는 열교환기(30)를 설치하고 건축물에 근접한 위치에는 히트펌프(40)를 설치하여 냉매가 이동하는 연결관(31)을 서로 간에 연결함으로써 지하에 매설되어 여름철 상온보다 낮고 겨울철 상온보다 높은 우수저장탱크(10)의 수온을 히트펌프(40)로 압축하여 고온 또는 저온을 얻도록 한 것이다.

상기 우수저장탱크(10) 내부의 온도가 부족할 경우를 대비하여 온도 감지기(13)를 설치하여 내부의 온도를 감지토록 하고, 히트파이프(35)를 우수저장탱크(10)의 내부에 설치하여 설정된 온도 이하의 온도가 감지될 경우 히트파이프(35)에 전원이 공급되도록 하여 내부의 우수저장탱크(10) 내부의 온도를 상승시키도록 하였다.

그리고 우수저장탱크(10)의 우수의 부족이나 온도가 충분하지 않을 경우를 대비하여 여러 가지 보조적인 수단을 강구할 수 있는데, 우수저장탱크(10)의 옆에는 모세튜브관(50)를 설치하여 연결관(31)과 연결하여 땅속의 온도를 흡수할 수 있도록 하였다.

또 열을 좀 더 효율적으로 활용하기 위한 구성으로 건축물의 상부에 태양열 온수장치(60)를 설치한 후, 출수관(61)을 상기 우수저장탱크(10)로 연결하여 구성할 경우, 낮에 태양열 온수장치(60)에 의해 가열된 물의 온도를 난방·온수공급에 이용할 수 있게 됨으로써 더욱 효율적인 난방·온수가 가능할 것이다.

또한, 우수저장탱크(10)의 외면을 감싸는 형태로 가느다란 많은 관체로 구성되고 모세관 원리를 이용한 캐필라리튜브(70; CAPILLARY TUBE)를 설치하여 내부에 저장된 우수의 열을 회수하거거나 동시에 우수저장탱크(10) 외부의 지열도 회수할 수 있게 하였다.

도면 중 미설명된 부호 1은 건축물, 2는 지면, 3은 온수탱크, 4는 보일러이다.

이러한 본 발명의 냉난방·온수시스템의 작용에 대하여 살펴본다.

우선 우천시에 내리는 빗물을 우수저장탱크(10)에 수집하게 되는데, 빗물의 온도는 여름철 대기 중의 상온보다 낮고 겨울철에는 상온보다 높으므로 이러한 빗물이 가진 온도를 냉난방·온수공급에 사용하게 되는 것이다.

즉, 냉매가 순환하면서 열교환기(30)에 의해 우수저장탱크(10)의 열이 히트펌프(40)에 전달되고 히트펌프(40)에 고온의 열 발생 또는 냉각에 의해 난방용으로 물을 가열하거나 냉방작용을 하게 되는 것이다.

이러한 과정에서 우수가 부족할 경우 충분하거나 효율적인 히트펌프(40)의 작동을 기대하기 어려운데, 이러한 경우에는 수위감지장치(12)의 작동으로 정화조(20)와 연결된 밸브(23)를 개방하게 되면, 정화조(20)의 정화된 물이 여과장치(22)를 거치면서 다시 한 번 여과된 상태로 우수저장탱크(10)에 유입되어 열원으로 사용된다. 이때 정화조(20) 또한 지하에 매설되므로 내부의 물은 외부의 상온보다 낮거나 높은 상태가 되므로 여름철 냉방용 또는 겨울철 난방용으로 사용될 수 있는 것이다.

또 우수저장탱크(10) 내의 온도가 충분하지 못할 경우에는 온도감지기(13)가 이러한 온도를 감지하여 히트파이프(35)를 작동시키게 되어 우수저장탱크(10)의 수온 또는 공기 온도를 충분히 상승시키게 된다.

히트파이프(35)는 한쪽 끝을 가열하면 파이프 내에 삽입되어 있는 초전도 열매체가 순간적으로 파이프 전체에 열을 전달하는 최첨단 초전도 파이프 형태의 가열기구이다.

그리고 겨울철 강수량이 부족할 경우에는 원활한 온도를 얻기 어려운데, 이때는 낮에 태양열 온수장치(60)에 의해 가열된 물을 우수저장탱크(10)에 공급함으로써 야간에 매우 효율적인 난방을 이룩할 수 있는 것이다.

아울러 상기와 같은 열교환기(30) 또는 히트파이프(35)를 통하여 냉매 또는 열매를 공급하면서 히트펌프(40)를 이용하여 열을 회수하는 과정의 지중 연결관(31)에 모세튜브관(50)를 매설하게 되면, 이러한 모세튜브관(50)에 의한 지중의 온도를 회수하여 히트펌프(40)의 작용에 보조적으로 사용하게 되며, 또한 캐 필라리튜브(70)를 우수저장탱크(10)의 외벽에 설치하게 되면 더욱 효율적으로 빗물의 온도를 회수하여 활용할 수 있게 됨과 동시에 우수저장탱크(10) 외부의 지중 흙이 가지는 온도를 활용할 수도 있게 된다.

지중의 흙이 갖는 지열 또한 여름철 대기 중의 온도보다 낮은 온도를 갖고 겨울철은 대기 중의 온도보다 높은 것이며, 지면으로부터 깊을수록 균일한 온도를 갖게 된다.

도 1은 본 발명에 의한 냉난방·온수시스템의 전체 구성 예시도

도 2는 본 발명에 의한 냉난방·온수시스템의 다른 구성실시 예시도

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

10: 우수저장탱크

11: 입수관

12: 수위감지장치

13: 온도 감지기

20: 정화조

21: 출수구

22: 여과장치

23: 밸브

30: 열교환기

31: 연결관

35: 히트파이프

40: 히트펌프

50: 모세튜브관

60: 태양열 온수장치

70: 캐필라리튜브

Claims (4)

1. 건축물의 지하 또는 그 주변의 지하에 빗물이 유입되도록 한 우수저장탱크(10)를 매설하고,

   정화조(20)의 출수구(21)를 여과장치(22)와 밸브(23)로 연결하여 정화조의 정화된 물이 우수저장탱크(10)로 유입되도록 하며,

   우수저장탱크(10)의 내부에 수위차를 감지하는 수위감지장치(12)를 설치하여 일정수준 이하의 수위가 되면 밸브(23)를 열어 정화된 물이 유입되도록 하며,

   우수저장탱크(10)의 내부에는 열교환기(30)를 설치하고 건축물에 근접한 위치에는 히트펌프(40)를 설치하여 연결관(31)을 서로 간에 연결함으로써 우수저장탱크(10)의 수온으로 히트펌프(40)가 고온 또는 저온을 얻도록 하고,

   상기 우수저장탱크(10) 내부에 온도 감지기(13)를 설치하여 내부의 온도를 감지토록 하고,

   히트파이프(35)를 우수저장탱크(10)의 내부에 설치하여 설정된 온도 이하의 온도가 감지될 경우 히트파이프(35)가 내부의 우수저장탱크(10) 내부의 온도의 상승시키도록 하는 것을 특징으로 하는 우·폐수열 및 지온열을 이용한 건축물의 냉난방·온수시스템.
2. 제1항에 있어서,

   우수저장탱크(10)의 옆에 모세튜브관(50)를 매설하고 연결관(31)과 연결하여 땅속의 온도를 흡수할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 우·폐수열 및 지온열을 이용한 건축물의 냉난방·온수시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   건축물의 상부에 태양열 온수장치(60)를 설치한 후, 출수관(61)을 상기 우수저장탱크(10)로 연결하는 것을 특징으로 하는 우·폐수열 및 지온열을 이용한 건축물의 냉난방·온수시스템.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   우수저장탱크(10)의 외면에 가느다란 많은 모세관튜브를 배열한 형태의 캐필라리튜브(70)를 설치하여 내부에 저장된 우수의 열을 회수하거거나 동시에 우수저장탱크(10) 외부의 지열도 회수할 수 있게 함을 특징으로 하는 우·폐수열 및 지온열을 이용한 건축물의 냉난방·온수시스템.

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