KR20150121280A - 현장타설말뚝 매립형 열교환파이프 보호캡 및 이를 이용한 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지중열교환 시스템의 현장타설말뚝을 구성하는 철근망 및 열교환파이프와 결합되는 보호캡에 관한 것으로서, 현장타설말뚝의 직경에 대응하는 형태의 외경을 가지고 중앙부에 중공이 형성된 캡몸체부; 상기 캡몸체부에 형성되며 상기 철근망이 통과하는 철근망통과공; 및, 상기 캡몸체부에 형성되며 상기 열교환파이프가 통과하는 파이트통과공;을 포함하여 구성되며, 설치가 완료된 상기 철근망 및 상기 열교환파이프의 상부에 삽입되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 현장타설말뚝 매립형 열교환파이프 보호캡 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것이다.

Description

현장타설말뚝 매립형 열교환파이프 보호캡 및 이를 이용한 시공방법{Heat Exchanging Pipe Protect Cap and Construction Method using thereof}

본 발명은 현장타설말뚝 매립형 열교환파이프 보호캡 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것으로서 콘크리트 타설 및 양생 후 말뚝의 두부 정리시 열교환파이프의 손상을 방지할 수 있다.

근래에는 녹색성장의 기조와 고유가에 대처하기 위하여 설계 당시부터 에너지 효율이 높은 구조물이 주목받고 있다. 특히, 여름에는 건물 내부의 열을 외부로 배출하고 겨울에는 외부의 지중의 열을 건물 내부로 끌어당기려는 설계가 요구된다.

이와 같은 현실에서 등장한 것이 도 1에 도시된 것과 같은 PHC 기성 콘크리트 파일을 이용한 열교환 구조들이다.

도1은 종래의 말뚝의 중공부를 이용한 열교환장치 및 그 설치공법(공개번호 10-2005-0034535)을 도시한 것이다. 상기 종래의 말뚝의 중공부를 이용한 열교환장치 및 그 설치공법은 기성 PHC파일(10) 내부의 공간부(12)에 열교환파이프(30)를 삽입한 후 그라우트(40)하여 시공하는 것이다. 따라서 기성 PHC파일(10)을 사용하지 않고 현장타설 콘크리트 파일을 사용하는 현장에서는 적용할 수 없는 단점이 있으며, 상기 기성 PHC파일(10)의 직경이 크거나 상기 공간부(12)의 직경이 작아지는 등 상기 열교환파이프(30)와 지중(20)의 거리가 멀어지는 경우에는 열전달 효율이 현저히 낮아지는 문제가 있다.

도2에 도시된 또 다른 종래 기술은 지열을 이용한 냉난방 시스템은 열순환 파이프(3)를 포함하는 대형 에너지 말뚝(5)과, 상기 대형 에너지 말뚝(5)의 열순환 파이프(3)로 순환수를 공급하고 열순환 파이프(3)에서 열교환된 순환수를 배출하기 위해 바닥 콘크리트 슬래브(7)에 매설되는 순환수 분배회로(9)와, 상기 순환수 분배회로(9)에서 배출되는 순환수와 공기유입장치(13)에 의해 유입된 공기를 열 교환시키기 위한 열교환기(11)와, 상기 공기를 순환시키기 위한 냉난방 공기 회로(15)로 구성된다. 또한, 상기 순환수 분배회로(9)를 따라 흐르는 순환수를 열순환 파이프(3) 하부로 순환시키기 위한 압축기가 열교환기(11)에 내장될 수도 있다. 도3을 참조하면, 상기 대형 에너지 말뚝(5)은 직경이 1.0 m∼2.7m 이며 깊이가 20m ∼80m 이고, 철근망(4)에 복수 개의 열순환 파이프(3)가 고정되며, 콘크리트(6)가 철근망(4)에 채워지는 구조이다.

이러한 지열을 이용한 냉난방 시스템에서 대형 에너지 말뚝의 시공 방법을 도4를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 먼저 직경 1∼3m, 심도 80m까지 천공할 수 있는 대구경 대심도 회전 굴삭기(41)를 이용하여 대구경 대심도의 구멍을 천공한다(S101). 이 때 토사층 굴착(약 -20m)은 0.5∼1.5m 길이의 케이싱(43)을 연결하여 소요 굴착깊이까지 굴진시켜 공내 붕괴방지를 도모하고, 토사층과 암반층 사이의 구간을 굴착할 때는 공내 이수공법 또는 RCD(Reverse Circulation Drill)공법 등으로 굴진시키며, 암반층을 굴착할 때는 암반을 천공할 수 있는 비트(bit)를 이용하여 암반을 굴착하고, 드릴롯드 파이프로 순환수와 함께 부순 돌을 공기로 흡입하여 지상으로 배출한다. 소정의 심도까지 천공한 후 보강철근망(4 : 도 2 참조)을 구멍에 설치하고 열순환 파이프(3)를 보강철근망(4)에 고정시킨다(S102). 이 때 다량의 열에너지를 얻기 위해 각각의 에너지 말뚝에 다수의 열순환 파이프(3)를 설치할 수 있다. 또한, 보강철근망(4)을 조립할 때 최대 20∼25m의 길이의 열순환 파이프(3)가 이어져 보강절근망(4)에 고정되므로 열순환 파이프(3)의 이음부를 수침 등으로 사전 검사하하고 효과적인 열전달을 위해 열순환 파이프를 보강철근망의 바깥쪽에서 고정시킨다. 보강철근망과 열순환 파이프가 천공구멍에 설치되면 레미콘 트럭과 트레미관을 이용하여 현장에서 콘크리트를 타설하고, 타설 종료 후 잉여 콘크리트를 제거한다(S103). 그 후 케이싱(43)을 인발하면(S104) 본 발명의 시공이 종료된다.

이러한 시공 방법에서 문제가 되는 것은 잉여 콘크리트를 제거하는 S103 단계에서 열순환 파이프(3)의 파손이 자주 발생된다는 것이다. 따라서 새로운 시공 방법의 필요성이 대두되고 있다.

본 발명은 지열을 이용한 냉난방 시스템의 시공 과정의 잉여 콘크리트를 제거하는 과정에서 열교환 파이프가 손상되지 않는 수단을 제공함을 그 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 창작된 본 발명은 지중열교환 시스템의 현장타설말뚝을 구성하는 철근망 및 열교환파이프와 결합되는 보호캡에 관한 것으로서, 현장타설말뚝의 직경에 대응하는 형태의 외경을 가지고 중앙부에 중공이 형성된 캡몸체부; 상기 캡몸체부에 형성되며 상기 철근망이 통과하는 철근망통과공; 및, 상기 캡몸체부에 형성되며 상기 열교환파이프가 통과하는 파이트통과공;을 포함하여 구성되며, 설치가 완료된 상기 철근망 및 상기 열교환파이프의 상부에 삽입되도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 보호캡을 이용하여 시공할 경우 지열을 이용한 냉난방 시스템의 시공 과정의 잉여 콘크리트를 제거하는 과정에서 열교환 파이프가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

도1은 종래의 말뚝의 중공부를 이용한 열교환장치를 도시한다.
도2는 종래의 지열을 이용한 냉난방 시스템을 도시한다.
도3은 도2의 시스템에 사용된 말뚝(5), 철근망(4) 및 열순환 파이프(3)의 구조를 도시한다.
도4는 도2에 도시된 지열을 이용한 냉난방 시스템에서 대형 에너지 말뚝의 시공 방법을 도시한다.
도5는 열교환파이프 보호캡(Protect Cap)이 적용된 현장타설말뚝의 구조를 도시하는 사시도이다.
도6은 열교환파이프 보호캡(Protect Cap)이 적용된 현장타설말뚝의 구조를 도시하는 측면도이다.
도7은 열교환파이프 보호캡(Protect Cap)이 적용된 현장타설말뚝의 평면 구조를 도시한다.

이하에서는 본 발명의 구체적 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

본 발명은 지중열교환 시스템의 현장타설말뚝을 구성하는 철근망 및 열교환파이프와 결합되는 보호캡에 관한 것으로서, 현장타설말뚝의 직경에 대응하는 형태의 외경을 가지고 중앙부에 중공이 형성된 캡몸체부; 상기 캡몸체부에 형성되며 상기 철근망이 통과하는 철근망통과공; 및, 상기 캡몸체부에 형성되며 상기 열교환파이프가 통과하는 파이트통과공;을 포함하여 구성된다.

이러한 보호캡은 설치가 완료된 상기 철근망 및 상기 열교환파이프의 상부에 삽입되도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

캡몸체부는 콘크리트 타설시 콘크리트압을 견딜 수 있는 합성수지 재료로 제작되는데, PVC, HDPE, 또는 고무 가운데 어느 하나로 제작될 수 있다. 캡몸체부의 외경은 현장타설말뚝의 직경과 동일하고, 내경은 철근망의 외각에 대응하고, 높이는 개략 5-10센치미터가 된다.

이하에서는 교환파이프 보호캡을 이용한 시공방법에 대하여 설명한다.

(1) 제1단계

타설되는 콘크리트 말뚝의 형상에 따라 주철근과 후프근을 배근하는 철근망 조립단계이다.

(2) 제2단계

철근망을 따라 일정한 간격으로 열교환파이프를 수직으로 설치하는 열교환파이프 설치단계이다. 열교환파이프는 HDPE-20호(외경 27mm, 두께 3mm) 또는 HDPE-25호(외경 34mm, 두께 3.5mm)가 사용될 수 있다.

(3) 제3단계

철근망과 열교환파이프의 상부에 열교환파이프 보호캡을 삽입하여 설치하는 보호캡 설치단계이다.

보호캡 설치단계는 열교환파이프 보호캡 상부로 돌출된 열교환파이프를 보온제로 보양하고, 열교환파이프의 상단 입구는 콘트리트 타설실 이물질 유입을 방지하는 밀봉캡으로 설치하는 과정이 더 포함된다.

아울러 열교환파이프 보호캡을 철근망 철근망에 철선으로 결속하는 과정이 더 포함된다.

(4) 제4단계

일체로 조립된 철근망, 열교환파이프 및 열교환파이프 보호캡을 인양하여 천공된 지반 하부로 근입하는 근입단계이다.

(5) 제5단계

콘크리트를 타설하고 양생하는 말뚝 형성단계이다.

(6) 제6단계

말뚝 상단부의 잉여 콘크리트를 제거하고 열교환파이프 보호캡을 제거하는 보호캡 제거단계이다.

상기한 바와 같이 본 발명의 구체적 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였으나 본 발명의 보호범위가 반드시 이러한 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명의 기술적 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양한 설계변경, 공지기술의 부가나 삭제, 단순한 수치한정 등의 경우에도 본 발명의 보호범위에 속함을 분명히 한다.

Claims (6)

1. 지중열교환 시스템의 현장타설말뚝을 구성하는 철근망 및 열교환파이프와 결합되는 보호캡에 관한 것으로서,
   현장타설말뚝의 직경에 대응하는 형태의 외경을 가지고 중앙부에 중공이 형성된 캡몸체부;
   상기 캡몸체부에 형성되며 상기 철근망이 통과하는 철근망통과공; 및,
   상기 캡몸체부에 형성되며 상기 열교환파이프가 통과하는 파이트통과공;
   을 포함하여 구성되며,
   설치가 완료된 상기 철근망 및 상기 열교환파이프의 상부에 삽입되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 현장타설말뚝 매립형 열교환파이프 보호캡.
2. 제1항에서,
   상기 캡몸체부는,
   콘크리트 타설시 콘크리트압을 견딜 수 있는 합성수지 재료로 제작되는 것을 특징으로 하는 현장타설말뚝 매립형 열교환파이프 보호캡.
3. 제2항에서,
   상기 캡몸체부는,
   PVC, HDPE, 또는 고무 가운데 어느 하나로 제작되는 것을 특징으로 하는 현장타설말뚝 매립형 열교환파이프 보호캡.
4. 제1항 내지 제3항 가운데 어느 한 항에 기재된 열교환파이프 보호캡을 이용한 시공방법에 관한 것으로서,
   타설되는 콘크리트 말뚝의 형상에 따라 주철근과 후프근을 배근하는 철근망 조립단계;
   철근망을 따라 일정한 간격으로 열교환파이프를 수직으로 설치하는 열교환파이프 설치단계;
   철근망과 열교환파이프의 상부에 열교환파이프 보호캡을 삽입하여 설치하는 보호캡 설치단계;
   일체로 조립된 철근망, 열교환파이프 및 열교환파이프 보호캡을 인양하여 천공된 지반 하부로 근입하는 근입단계;
   콘크리트를 타설하고 양생하는 말뚝 형성단계;
   말뚝 상단부의 잉여 콘크리트를 제거하고 열교환파이프 보호캡을 제거하는 보호캡 제거단계;
   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 현장타설말뚝 매립형 열교환파이프 보호캡을 이용한 시공방법.
5. 제4항에서,
   상기 보호캡 설치단계는,
   열교환파이프 보호캡 상부로 돌출된 열교환파이프를 보온제로 보양하고, 열교환파이프의 상단 입구는 콘트리트 타설실 이물질 유입을 방지하는 밀봉캡으로 설치하는 과정이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 현장타설말뚝 매립형 열교환파이프 보호캡을 이용한 시공방법.
6. 제4항에서
   상기 보호캡 설치단계는,
   열교환파이프 보호캡을 철근망 철근망에 철선으로 결속하는 과정이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 현장타설말뚝 매립형 열교환파이프 보호캡을 이용한 시공방법.

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