KR20160054293A - 지중열 이용 실내 환기시스템 - Google Patents

Abstract

지중열 이용 실내 환기시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 실내 환기시스템은, 건물 바닥 기초 하부의 지중에 매설되며 지상에 노출된 흡기부를 통해 유입된 외기로부터 열을 회수하여 냉각시키는 에어터널, 에어터널을 통해 냉각된 외기를 실내로 공급하기 위해 상기 에어터널로부터 건물 내부의 실내공간으로 연장된 냉각공기 공급라인 및 외기가 흡기부, 에어터널, 냉각공기 공급라인을 통해 환기 대상 실내공간에 유입될 수 있도록 흡인력을 발생시키는 송풍기(fan)를 포함하며, 실내공간으로 연장된 각각의 냉각공기 공급라인에는 개폐가 독립적으로 제어되는 밸브가 하나씩 설치된 것을 구성의 요지로 한다.

Description

지중열 이용 실내 환기시스템{Indoor Ventilation system using the soil heat}

본 발명은 건물 실내 환기기스템에 관한 것으로, 특히 지중의 열을 이용해 외기를 냉각시켜 실내 환기용 공기로 활용할 수 있도록 한 지중열 이용 실내 환기시스템에 관한 것이다.

쾌적한 실내 환경의 유지를 위해 건물에는 일반적으로 환기 시스템이 적용된다. 환기 시스템은 신선한 공기를 실내에 유입시키거나 오염된 공기를 외부로 빼내는 시설로서 주로 대형 건물에나 적용되며, 환기 시스템이 적용되지 않은 개인 주택이나 소형 건물의 경우 대부분 창문 등을 개방해 실내를 환기시키고 있다.

한편, 외기 온도보다 미미하게 작은 실내 온도가 요구되는 경우 환기만으로는 원하는 수준으로 실내 온도를 맞추기 어렵다. 따라서 환기 시스템을 갖춘 대형 건물이나 환기 시스템을 적용하지 않은 개인 주택 또는 소형 건물들은 대부분 최적의 실내 온도 유지를 위해 공조 시스템(Air Conditioning System)을 적용하고 있다.

그러나 공조 시스템(Air Conditioning System)은 일반 환기 시스템에 비해 시스템 구축에 많은 비용이 들고 시스템 유지에도 적잖은 비용이 소요되는 등 비용부담이 큰 단점이 있으며, 또한 공조 시스템 가동에는 많은 양의 에너지를 필요로 하므로 에너지 손실로 인한 자원의 낭비를 초래하게 된다.

한국공개특허 제2014-0101466호(공개일 2014. 08. 20)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 자연의 청정에너지인 지중의 열을 활용하여 실내 환기를 도모할 수 있는 시스템을 구현하고자 하는 것이다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 실시 예에 따르면, 건물 바닥 기초 하부의 지중에 매설되며, 지상에 노출된 흡기부를 통해 유입된 외기로부터 열을 회수하여 냉각시키는 에어터널; 상기 에어터널을 통해 냉각된 외기를 실내로 공급하기 위해 상기 에어터널로부터 건물 내부의 실내공간으로 연장된 냉각공기 공급라인; 및 외기가 흡기부, 에어터널, 냉각공기 공급라인을 통해 환기 대상 실내공간에 유입될 수 있도록 흡인력을 발생시키는 송풍기(fan);를 포함하며, 실내공간으로 연장된 각각의 냉각공기 공급라인에는 개폐가 독립적으로 제어되는 밸브가 하나씩 설치된 것을 특징으로 하는 지중열 이용 실내 환기시스템을 제공한다.

바람직하게는, 상기 에어터널은 입구와 출구를 형성한 소정 체적의 원통형 내지는 각형 구조물일 수 있다.

바람직한 다른 예로서, 상기 에어터널은, 상기 외기가 이동하는 내부관과, 상기 내부관을 둘러싸며 둘레면에 다수의 구멍이 형성된 외부관으로 구성되며, 상기 구멍을 통해 상기 내부관과 외부관 사이로 지하수가 유입되어 유동되도록 된 구성일 수 있다.

이때 상기 내부관은, 좌, 우 한 쌍의 헤더와, 상기 헤더 사이에 설치된 복수의 열교환관으로 구성되고, 복수의 열교환관은 관경방향으로 일정한 간격을 두고 배치되며, 상기 간격에 의한 틈새로 외부관을 통해 유입된 지하수가 유동되도록 구성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 외부관 내부에서 상기 복수의 열교환관이 간격을 유지하도록 지지하며 복수의 통수구멍을 형성한 지지판을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 지중열 이용 실내 환기시스템에 의하면, 자연의 청정에너지인 지중의 열을 이용하여 실내 환기를 도모함으로써, 유지비용이 거의 발생하지 않아 경제적인 이점이 있고 자원낭비 문제를 해결할 수 있으며, 시스템 구축에 소요 비용이 많은 공조 시스템(AC System)의 적용 없이도 최적의 실내 공조를 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 지중열 이용 실내 환기시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 시스템 개략 구성도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 적용된 에어터널의 바람직한 제1 실시 예에 따른 단면도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 적용된 에어터널의 바람직한 제2 실시 예에 따른 단면도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 적용된 에어터널의 바람직한 제3 실시 예에 따른 단면도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 지중열 이용 실내 환기시스템의 작동 상태도.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성에 대해서는 그 상세한 설명은 생략하며, 또한 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 소지가 있는 구성에 대해서도 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 지중열 이용 실내 환기시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 시스템 개략 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실내 환기시스템은, 지중에 설치되는 에어터널(20)과, 에어터널(20)과 건물 내 환기공간을 연결하는 냉각공기 공급라인(30)을 포함한다. 에어터널(20)은 건물 바닥 기초 하부의 지중에 매설되어 지중의 열을 이용해 환기공간에 공급될 외기를 냉각시키며, 냉각공기 공급라인(30)은 에어터널(20)을 통해 냉각된 외기를 건물 실내 환기공간에 도입시킨다.

지중에 매설된 에어터널(20)의 외기 유입 측에는 흡기라인(10)이 연결되며, 흡기라인(10) 일부는 지상으로 노출된다. 지상에 노출된 흡기라인(10)의 흡기부(12)를 통해 상기 에어터널(20) 내부로 외기가 유입되며, 에어터널(20)은 유입된 외기로부터 열을 회수하여 냉각시킨다. 그리고 에어터널(20)을 거치면서 냉각된 냉각공기는 상기 냉각공기 공급라인(30)을 통해 건물 내부로 공급된다.

흡기라인(10)은 흡기부(12)를 통해 유입된 외기를 지중으로 이동시키는 통로를 형성한다. 지상에 노출된 상기 흡기부(12)의 단부는 빗물이나 이물질 등의 유입이 방지될 수 있도록 도면과 같이 지면을 향하여 구부러진 구성일 수 있으며, 지면과 접하는 부분의 흡기라인(10)에는 유입과정에서 지면의 복사열로 인한 외기의 온도 상승의 억제를 위해 단열재(미도시)가 부착될 수 있다.

흡기라인(10)은 지상에 노출된 상기 흡기부(12)를 포함해 지중에 대략 수직으로 매설된 흡기통로(14)와, 지중에서 에어터널(20)과 상기 흡기통로(14)를 대략 수평방향으로 연결하는 냉각통로(16)로 구성된다. 이때 흡기통로(14)와 에어터널(20)을 연결하는 냉각통로(16)는 지중의 상기 흡기통로(14) 하단에서 지면 측을 향하여 다소 경사지게 설치될 수 있다.

이에 따라 냉각통로(16)를 통해 외기가 유입되는 과정에서 지상과 지중의 온도차이로 인해 응축수가 발생한 경우 상기 응축수는 상기 흡기통로(14)와 냉각통로(16)가 만나는 모서리 부분에 모이게 되고, 본 발명의 실시 예에 따른 환기시스템이 동작하지 않는 경우 자연 증발되어 상기 흡기부(12)를 통해 대기중으로 배출될 수 있다.

도면부호 40은 지상의 외기가 흡기부(12)를 포함하는 흡기라인(10)과 상기 에어터널(20), 그리고 냉각공기 공급라인(30)을 거쳐 환기 대상 실내공간에 원활히 유입될 수 있도록 흡인력을 발생시키는 송풍기(fan)로서, 송풍기(40)는 그 위치나 개수에 특별한 제한이 있는 것은 아니나 유지보수성과 외기의 유동성을 고려해 적절한 위치에 적절한 개수로 설치하는 것이 좋다.

지중의 에어터널(20)에서 건물 내부로 연장된 냉각공기 공급라인(30)은 실내공간이 다수로 분리 구획된 경우 각각의 실내공간에 대한 환기 구현을 위해 건물 내부에서 다수로 분기된 구성일 수 있으며, 각각의 실내공간으로 뻗은 분기된 냉각공기 공급라인(30)에는 개폐가 독립적으로 제어되는 밸브(50)가 하나씩 설치됨으로써 개별적인 환기 및 냉방이 구현될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 적용된 상기 에어터널의 바람직한 양태에 대해 살펴보기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 적용된 에어터널의 바람직한 제1 실시 예에 따른 단면도이다.

도 2의 제1 실시 예의 도시와 같이, 에어터널(20)은 입구와 출구를 형성한 소정 체적의 원통형 내지는 각형 단면을 가진 단순 통형 구조물일 수 있다. 이 경우 에어터널(20) 입구에 상기 흡기라인(10)을 구성하는 냉각통로(16)가 연결되며, 출구에 상기 냉각공기 공급라인(30) 중 지중에 매설된 부분의 단부가 연결된다.

도 2와 같은 통형 구조의 에어터널(20)은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE, High Density Polyethylene) 재질로 된 구성일 수 있나 이에 한정되는 것은 아니며, 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 재질 또는 유리섬유강화플라스틱(GFRP)과 같이 내구성과 열전도성(Thermal Conductivity)이 높은 재질이면 특별한 제한은 없다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 적용된 에어터널의 바람직한 제2 실시 예를 나타내고 있다.

도 3을 통해 도시된 제2 실시 예에 따른 에어터널(20)은, 외부관(24)에 내부관(22)이 삽입된 2중관 형태로 구성된다. 내부관(22)의 입구와 출구에 흡기라인(10)과 냉각공기 공급라인(30) 각각 연결되어 외기가 이동되며, 외부관(24)은 내부관(22) 외측에서 소정의 거리를 두고 이를 둘러싸는 형태로 설치되며 둘레면에 다수의 구멍(240)을 형성한 유공관일 수 있다.

도 3의 제2 실시 예는, 유공관 구조의 상기 외부관(24)의 구멍(240)을 통해 상기 내부관(22)과 외부관(24) 사이로 저온의 지하수가 유입되어 유동되도록 함으로써, 흡기라인(10)을 통해 유입되어 상기 내부관(22) 유동하는 외기가 지중열뿐 아니라 외부관(24)을 통해 내부관(22)과 외부관(24) 사이로 유입된 상기 저온의 지하수에 의해 보다 확실히 냉각될 수 있도록 한 것이다.

도 4는 에어터널의 바람직한 제3 실시 예로서, 제2 실시 예에 적용된 내부관(22)을 좌, 우 한 쌍의 헤더(220)(222)와, 상기 헤더(220)(222) 사이에 설치된 복수의 열교환관(221)으로 구성하되, 복수의 열교환관(221)을 관경방향으로 일정한 간격을 두고 배치시켜, 상기 간격에 의한 틈새를 외부관(24)을 통해 유입된 지하수가 유동될 수 있도록 구성한 것이다.

이때 외부관(24) 내부에서 상기 복수의 열교환관(221)이 간격을 유지하도록 지지하며 복수의 통수구멍(260)을 형성한 지지판(26)을 더 포함할 수 있으며, 지지판(26)은 열교환관(221) 사이의 간격유지뿐 아니라, 구조적으로는 외부관(24)의 강성을 보강시키는 효과가 있어, 시공부지의 지중 환경 변화에도 변형이 쉽게 일어나지 않을 정도의 충분한 내구성을 가진 에어터널(20)을 구축할 수 있다.

상기한 구성의 본 발명의 실시 예에 따른 지중열 이용 실내 환기시스템에 의한 건물 실내공간의 환기 및 냉방 구현에 대해 상기 환기시스템의 작동과 연계하여 간단히 살펴보기로 한다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 지중열 이용 실내 환기시스템의 작동 상태도이다.

도 5를 참조하면, 여름철 실내공간 냉각 및 환기를 위한 시스템의 가동은 송풍기를 구동시키는 단순 조작으로 가능하다. 송풍기의 구동으로 지상에 노출된 흡기부(12)를 통해 외기가 유입되고 지중의 흡기라인(10)을 거쳐 에어터널(20) 내부로 유동된다. 그리고 에어터널(20) 내부를 유동하면서 지상에 비해 상대적으로 저온인 지중부와 열교환을 통해 냉각된다.

에어터널(20)을 거치면서 냉각된 외기는 계속해서 상기 냉각공기 공급라인(30)을 통해 건물 실내공간에 급기되어 실내공기를 환기시키고 실내온도를 낮춘다. 무더운 여름철에도 지중의 온도는 10 ~ 20℃ 사이로 유지되기 때문에, 30℃를 넘는 무더운 여름철 환기시스템을 가동시키면 실내온도를 24 ~ 27℃ 사이로 쾌적하게 유지시킬 수 있다.

한편, 지중의 에어터널(20)에서 건물 내부로 연장된 냉각공기 공급라인(30)은 다수로 분리 구획된 실내공간에 대한 독립적인 환기 구현을 위해 건물 내부에서 다수로 분기되고, 각각의 실내공간으로 뻗은 분기된 냉각공기 공급라인(30)에는 개폐가 독립적으로 제어되는 밸브(50)가 하나씩 설치됨으로써 공간 별 개별적인 환기와 냉방을 구현할 수 있다.

이상에서 살펴본 본 발명의 실시 예에 따른 지중열 이용 실내 환기시스템에 의하면, 자연의 청정에너지인 지중의 열을 이용하여 실내 환기를 도모함으로써, 유지비용이 거의 발생하지 않아 경제적인 이점이 있고 자원낭비 문제를 해결할 수 있으며, 시스템 구축에 소요 비용이 많은 공조 시스템(AC System)의 적용 없이도 최적의 실내 공조를 구현할 수 있다.

이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

1 : 건물 10 : 흡기라인
12 : 흡기부 14 : 흡기통로
16 : 냉각통로 20 : 에어터널
22 : 내부관 24 : 외부관
26 : 지지판

Claims (9)

1. 건물 바닥 기초 하부의 지중에 매설되며, 지상에 노출된 흡기부를 통해 유입된 외기로부터 열을 회수하여 냉각시키는 에어터널;
   상기 에어터널을 통해 냉각된 외기를 실내로 공급하기 위해 상기 에어터널로부터 건물 내부의 실내공간으로 연장된 냉각공기 공급라인; 및
   외기가 흡기부, 에어터널, 냉각공기 공급라인을 통해 환기 대상 실내공간에 유입될 수 있도록 흡인력을 발생시키는 송풍기(fan);를 포함하며,
   실내공간으로 연장된 각각의 냉각공기 공급라인에는 개폐가 독립적으로 제어되는 밸브가 하나씩 설치된 것을 특징으로 하는 지중열 이용 실내 환기시스템.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 에어터널의 외기 유입 측에는 상기 흡기구를 포함하는 흡기라인이 연결되며,
   상기 흡기라인이 지면과 접하는 부분에는 단열재가 설치된 것을 특징으로 하는 지중열 이용 실내 환기시스템.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 흡기라인은,
   지중에 수직으로 매설되는 흡기통로와;
   지중에서 상기 에어터널과 상기 흡기통로를 연결하는 냉각통로;로 구성되며,
   상기 냉각통로는 상기 흡기통로 하단에서 지면 측을 향하여 경사지게 설치되어, 지상과 지중의 온도차이로 인해 응축수가 발생한 경우 상기 응축수는 상기 흡기통로와 냉각통로가 만나는 모서리 부분에 모일 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 지중열 이용 실내 환기시스템.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 냉각공기 공급라인은 실내공간이 다수로 분리 구획된 경우 각각의 실내공간에 대한 환기 구현을 위해 건물 내부에서 다수로 분기된 구성인 것을 특징으로 하는 지중열 이용 실내 환기시스템.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 에어터널은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE, High Density Polyethylene), 탄소섬유강화플라스틱(CFRP), 유리섬유강화플라스틱(GFRP) 중 선택된 하나의 재질로 구성됨을 특징으로 하는 지중열 이용 실내 환기시스템.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 에어터널은 입구와 출구를 형성한 소정 체적의 원통형 내지는 각형 구조물인 것을 특징으로 하는 지중열 이용 실내 환기시스템.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 에어터널은,
   상기 외기가 이동하는 내부관; 및
   상기 내부관을 둘러싸며 둘레면에 다수의 구멍이 형성된 외부관;으로 구성되며,
   상기 구멍을 통해 상기 내부관과 외부관 사이로 지하수가 유입되어 유동됨을 특징으로 하는 지중열 이용 실내 환기시스템.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 내부관은,
   좌, 우 한 쌍의 헤더와;
   상기 헤더 사이에 설치된 복수의 열교환관;으로 구성되며,
   복수의 열교환관은 관경방향으로 일정한 간격을 두고 배치되며, 상기 간격에 의한 틈새로 외부관을 통해 유입된 지하수가 유동됨을 특징으로 하는 지중열 이용 실내 환기시스템.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 외부관 내부에서 상기 복수의 열교환관이 간격을 유지하도록 지지하며 복수의 통수구멍을 형성한 지지판;을 더 포함함을 특징으로 하는 지중열 이용 실내 환기시스템.
   

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