KR20180031386A - 지중열을 이용한 열원 공급장치 - Google Patents

Abstract

실내 냉난방에 필요한 열을 지중에서 뽑아내 필요한 곳에 공급하는 지중열을 이용한 열원 공급장치가 개시된다. 본 발명에 따른 지중열을 이용한 열원 공급장치는, 면이 고른 원지반 상부에 설치되며, 표면의 일부 또는 전체가 상기 원지반 표면부와 접하는 열교환기를 콘트리트에 매설시킨 구조의 바닥 기초 열교환유닛 및 바닥 기초 열교환유닛의 열교환기를 순환한 열매체와의 열교환을 통해 냉난방용 열원을 생성하고 필요 냉난방부에 공급하는 히트펌프유닛을 포함하며, 바닥 기초 열교환유닛은, 면이 고른 원지반 표면부와 일부 또는 전체가 접하도록 직렬 또는 병렬로 배관되는 열교환기 주변에 콘트리트를 임의 두께로 타설하여 열교환 구조층을 형성하고, 열교환 구조층의 상부에 단열재로 단열층을 형성한 후 단열층 상부에 다시 콘크리트를 임의 두께로 타설하여 콘크리트 마감층을 형성한 슬래브 구조로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

지중열을 이용한 열원 공급장치{Heat source supplying device using the ground heat}

본 발명은 지중열을 이용한 열원 공급장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 실내 냉난방에 필요한 열을 지중에서 뽑아내 필요한 곳에 공급하는 지중열을 이용한 열원 공급장치에 관한 것이다.

지중열은 지표면 하부의 지중에 분포된 열을 말하는 것으로, 대기의 온도가 큰 폭으로 변화하는데 반하여, 지표면으로부터의 깊이가 증가할수록 조금씩 증가하는 경향은 있으나 통상적으로 지중의 온도는 계절 변화에도 큰 변화 없이 10 ~ 20도 사이로 일정하게 유지된다.

따라서 여름철 상대적으로 저온인 지하의 열원을 냉방에너지원으로 이용하면 전력소모가 적은 효율적인 냉방이 가능하고, 겨울철 상대적으로 고온인 지하의 열원을 난방에너지원으로 이용하면 효율적인 난방을 도모할 수 있다. 이처럼 지중의 열원을 냉난방에너지원으로 활용하기 위한 요소 기술 중 하나가 지중 열교환 시스템이다.

지중 열교환 시스템은 계절 변화에 상관 없이 일정하게 유지되는 10 ~ 20도의 지열을 열원으로 이용하여 실내 냉난방을 구현하는 시스템으로서, 지하로부터 열을 회수하거나 배출하도록 지중의 열과 열교환을 위해 지중에 매설되는 지중열교환기를 포함한다. 이때 지중열교환기는 일반적으로 에너지 파일이라고도 한다.

지중 열교환 시스템을 구성하는 지중열교환기에는 다양한 형상과 설치방식이 알려져 있다. 국내의 경우 수직밀폐형(약 70%)이 대부분을 차지한다. 수직밀폐형 지중열교환기는 건물의 냉ㅇ난방 부하에 따라 다양한 깊이로 매설할 수 있다. 그러나 지중열교환기를 설치하기 위한 부지의 제약이 따르고, 초기 투자비가 상대적으로 큰 단점이 있다.

다양한 종류의 지중열교환기 중 이중관 형식의 지중열교환기는 유럽에서 주로 사용된다. 이중관 형식의 지중열교환기는 다른 형식의 지중열교환기에 비해 효율 및 공간 활용 능력이 우수한 장점이 있다. 그러나 플랜지 이음 방식으로서 설치비용이 과다하게 소요되고 공사에 소요되는 시간 또한 길어 보급에 제한을 받고 있는 실정이다.

한편, 최근 미국, 유럽 등의 국가에서는 열원 다변화 기술의 일환으로 건물 슬래브(에너지 쉘) 및 기초파일을 지중열교환기로 활용하는 기술개발에 적극적인 투자가 이루어지고 있다. 하지만 대부분의 연구는 에너지 구조체의 열전달 성능분석에 한정되어 있으며, 전체 지열시스템에 대한 성능분석 및 평가, 해석 등의 연구는 미흡한 실정이다.

다른 한편, 신축 건물의 경우 건물하부 천공, 에너지 파일형 지중열교환기, 개방형(SCW) 등 다양한 방식으로 지열원을 확보할 수 있다. 하지만 기존 건물의 경우 지중열교환기 추가 설치를 위한 공간 확보 등이 전제되어야 하기 때문에 어려움이 있고, 도심지의 경우 천공 시 발생하는 소음, 먼지 등에 의한 민원문제로 접근이 어려운 것이 현실이다.

한국특허공개 제2014-0088937호 (공개일 2014. 07. 14)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 건물의 기초 구조물(바닥 기초나 벽체)을 열교환유닛으로 활용하는 기술로서, 천공작업이 불필요하며 열교환유닛 설치를 위한 부지확보의 어려움을 해소할 수 있는 지중열을 이용한 열원 공급장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 지중과 접하는 면적이 수직밀폐형에 비해 방대하여 열교환유닛을 지중에 깊숙이 침투시키지 않고도 냉난방에 필요한 충분한 양의 채열(採熱)이 가능하며, 단열층을 통해 흡수된 열의 외부 손실을 최소화 함으로써 효율적인 열교환 성능이 발휘될 수 있는 지중열을 이용한 열원 공급장치를 제공하고자 하는 것이다.

과제 해결을 위한 수단으로서 본 발명의 실시 예에 따르면,

면이 고른 원지반 상부에 설치되며, 표면의 일부 또는 전체가 상기 원지반 표면부와 접하는 열교환기를 콘트리트에 매설시킨 구조의 바닥 기초 열교환유닛; 및

바닥 기초 열교환유닛의 상기 열교환기를 순환한 열매체와의 열교환을 통해 냉난방용 열원을 생성하고 필요 냉난방부에 공급하는 히트펌프유닛;을 포함하며,

상기 바닥 기초 열교환유닛은, 면이 고른 원지반 표면부와 일부 또는 전체가 접하도록 직렬 또는 병렬로 배관되는 열교환기 주변에 콘트리트를 임의 두께로 타설하여 열교환 구조층을 형성하고, 열교환 구조층의 상부에 단열재로 단열층을 형성한 후 단열층 상부에 다시 콘크리트를 임의 두께로 타설하여 콘크리트 마감층을 형성한 슬래브 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 지중열을 이용한 열원 공급장치를 제공한다.

여기서, 상기 열교환기는 고밀도 폴리에틸렌관(HDPE Pipe)을 달팽이관(Cochlea) 모양으로 연속 배관한 직렬 사관식 열교환기일 수 있다.

이와는 다르게, 상기 열교환기는 스테인레스 재질로 구성되며, 열매체 공급관에 연결되는 공급용 헤더와 열매체 환수관에 연결되는 환수용 헤더 사이를 다수의 열교환 파이프로 열매체 이동 가능하게 연결한 병렬 헤더식 열교환기일 수도 있다.

또한 본 발명은, 배수판들로 이루어진 배수층과, 상기 배수층에 콘크리트를 임의 두께로 타설하여 형성되는 콘크리트 격리층으로 상기 바닥 기초 열교환유닛의 열교환 구조층과 단열층 사이를 격리시킨 구성일 수 있다.

그리고, 상기 바닥 기초 열교환유닛 측면부에 접하거나 근접되게 직립 설치되며, 열교환기를 콘트리트에 매설시킨 콘크리트 벽체 구조의 벽체 열교환유닛;을 더 포함할 수 있다.

이때 상기 벽체 열교환유닛은, 직렬 또는 병렬로 열교환기를 배관하고 콘트리트를 임의 두께로 타설하여 열교환 구조층을 형성하고, 열교환 구조층의 표면을 단열재로 마감 처리하여 단열층을 형성시킨 구조로 된 것일 수 있다.

바람직하게는, 상기 단열층 반대편의 벽체 열교환유닛의 배면에 방수재를 도포하여 방수층을 형성하고, 방수층이 형성된 벽체 열교환유닛의 배면과 원지반 사이를 토사로 되메우기하여 열전도층을 형성시킴으로써, 원지반의 열을 최대한 손실 없이 흡수할 수 있도록 함이 바람직하다.

본 발명의 실시 예에 따른면, 콘크리트 구조물인 건물의 기초 구조물(바닥 기초나 벽체)에 열교환기를 매설하여 열교환유닛으로 활용한다. 즉 열교환기를 별도로 설치하지 않고 건물의 기초 구조물을 열교환유닛으로 활용하도록 구성됨으로써, 지중열교환기 매설을 위한 천공작업이 불필요하고 부지확보의 어려움을 해소할 수 있는 장점이 있다.

또한, 지중과 접하는 면적이 수직밀폐형에 비해 방대하여 열교환유닛을 지중에 깊숙이 침투시키지 않고도 구조물 주변의 지중으로부터 냉난방에 필요한 충분한 양의 채열(採熱)이 가능하며, 단열층에 의하여 지중으로부터 흡수된 열의 외부 손실이 최소화됨으로써, 보다 효율적이고 우수한 열교환 성능이 발휘될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 열원 공급장치가 적용된 지중 열교환 시스템의 개념도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 열원 공급장치를 구성하는 바닥 기초 열교환유닛의 상세 단면도.
도 3은 도 2의 열교환 구조층을 이루는 열교환기의 바람직한 형태를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 바람직한 다른 바람직한 실시 예에 따른 열원 공급장치의 열교환유닛 상세도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 적용된 열교환유닛의 시공과정을 나타내는 도면 대용 사진.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다.

명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사 용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에" 와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는" 과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다

이하, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열원 공급장치가 적용된 지중 열교환 시스템의 개념도가 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 지중열을 이용한 열원 공급장치는, 실내 냉난방에 필요한 열을 지중에서 흡수하여 필요 냉난방부, 예컨대 건물 실내에 설치되는 공조유닛에 공급하는 장치로서, 냉난방에 필요한 열을 지중에서 흡수하는 바닥 기초 열교환유닛(10) 및 흡수된 열로부터 열원을 생성하고 필요 냉난방부에 공급하는 히트펌프유닛(30)으로 구성된다.

바닥 기초 열교환유닛(10)은 열교환기(12)를 매설한 평면구조의 콘크리트 구조물로서, 건물 주변에 독립적으로 배치되거나 건물 신축 시 건물의 바닥 기초(슬래브, Slab)를 구성할 수 있다. 바닥 기초 열교환유닛(10)을 통해 지중으로부터 냉난방에 필요한 열이 흡수되며, 흡수된 열은 상기 히트펌프유닛(30)을 통해 열원으로 생성되고 필요 냉난방부에 공급된다.

히트펌프유닛(30)은 지상에 배치될 수 있다. 그리고 상기 바닥 기초 열교환유닛(10)에 열매체 순환관(P1)으로 연결된다. 구체적인 도시는 생략하였으나 히트펌프유닛(30)은, 압축기, 팽창밸브, 열교환기(12), 배관유닛, 그리고 열매체의 흐름을 바꾸거나 이동을 단속하는 복수의 밸브들(삼방밸브 및 사방밸브)을 포함하는 공지의 구성일 수 있다.

히트펌프유닛(30)은 주름진 열교환기를 사용하는 간접 가열식 혹은 온수탱크에 직수를 흘려 열전달 유체를 이용해 직접 가열 또는 냉각시키는 직접 가열식 등 모든 형태의 히트펌프유닛(30)을 포함할 수 있다. 히트펌프유닛(30)의 다른 한편은 냉난방용 열원을 임시 저장하는 축열탱크(40)와 연결될 수 있으며, 이 경우 축열탱크(40)가 건물 내 냉난방유닛(50)과 연결될 수 있다.

이와 같은 구성에 따라, 바닥 기초 열교환유닛(10)에 매설된 상기 열교환기(12)를 순환한 열매체가 히트펌프유닛(30)을 통과하면서 생성되는 냉난방용 열원은 상기 축열탱크(40)로 흘러 들어가 임시 저장되며, 사용자의 냉난방 개시명령에 따른 펌프의 구동으로 실내에 배치된 냉난방유닛(50)에 각각 공급됨으로써 지중열을 이용한 냉난방이 구현될 수 있는 것이다.

도 2에는 바닥 기초 열교환유닛의 상세 단면도가 나타나 있다.

도 2를 참조하면, 바닥 기초 열교환유닛(10)은 임의 두께를 갖는 평판상의 콘크리트 구조물, 즉 슬래브 구조일 수 있다. 좀 더 구체적으로 바닥 기초 열교환유닛(10)은, 면이 고른 원지반(1) 상부에 상기 원지반(1)과 일정 면적에 걸쳐 접하도록 설치되되, 표면의 일부 또는 전체가 상기 원지반(1) 표면부와 접하는 열교환기(12)를 매설한 콘트리트 슬래브 구조일 수 있다.

바닥 기초 열교환유닛(10)은, 원지반(1)과 접하도록 직렬 또는 병렬로 배관되는 상기 열교환기(12)를 포함한다. 열교환기(12)의 주변에 임의 두께로 콘크리트가 타설되어 열교환 구조층(14)이 형성되며, 열교환 구조층(14)의 상부에는 단열재로 둘러싸인 단열층(17)이 형성된다. 그리고 단열층(17) 상부에 다시 콘크리트가 임의 두께로 타설되어 콘크리트 마감층(18)을 구성하게 된다.

열교환 구조층(14)과 콘크리트 마감층(18)은 철근 콘크리트 구조로 형성될 수 있다. 즉 높은 인장강도를 가진 이형 철근(Deformed bar)을 배근한 후 그 주위를 콘크리트로 덧씌운 철근 콘크리트 구조가 바람직하다. 바닥 기초 열교환유닛(10)이 받는 건물의 연직 하중에 의해 균열이 생기더라도 충분한 변형성능과 내력(耐力)을 가질 수 있기 때문이다.

바닥 기초 열교환유닛(10)은 또한, 원활한 배수 성능을 위해 다수의 배수판들로 구성된 배수층(15)을 포함한다. 배수층(15)은 열교환 구조층(14)과 단열층(17) 사이로 형성될 수 있으며, 배수층(15) 위에 임의 두께로 콘크리트를 타설하여 콘크리트 격리층(16)을 형성함으로써, 외부의 열이 열교환 구조층(14)에 미치는 영향과 열교환 구조층(14)에 흡수된 지중열의 외부 손실이 최소화되도록 하는 것이 좋다.

열교환 구조층(14)을 이루는 열교환기(12)의 입구와 출구, 즉 열매체 공급 측과 열매체 환수 측이 열매체 순환관(P1)을 통해 상기 히트펌프유닛(30)과 연결된다. 이에 따라, 히트펌프유닛(30)과 상기 열교환 구조층(14) 사이에 하나의 연속된 열매체 순환 경로가 형성되며, 이처럼 형성되는 열매체 순환 경로를 순환하면서 열교환 작용을 하는 열매체로는 물, 부동액, 염수 등이 사용될 수 있다.

도 3에는 열교환 구조층에 매설되는 열교환기의 바람직한 형태가 도시되어 있다.

도 3을 참조하면, 열교환기(12)는 관(Pipe)의 재질에 따라 크게 두 가지 형태로 배관되어 매설될 수 있다. 하나는 고밀도 폴리에틸렌관(HDPE Pipe)을 열교환기(12A)로 사용할 경우 바람직한 배관 형태이며(도 3의 (a)), 다른 하나는 스테인레스 스틸 재질의 관으로 열교환기(12B)를 구성하는 경우 바람직한 배관 형태(도 3의 (b))이다.

고밀도 폴리에틸렌관으로 열교환기(12A)를 구성하는 경우에는 도 3의 (a)에서처럼, 설치대상 바닥면에 달팽이관(Cochlea) 모양으로 연속 배관시킨 직렬 사관식 구조가 바람직하다. 그리고 스테인레스 재질의 경우에는 도 3의 (b)와 같이, 열매체 공급용 헤더(125)와 열매체 환수용 헤더 사이(127)를 다수의 열교환 파이프(126)로 열매체 이동 가능하게 연결시킨 병렬 헤더식이 바람직하다.

열교환기(12)는 시공 면적과 지반의 상태 등에 따라 그 분포나 배치 형태는 얼마든지 달라질 수 있다. 그러나 한정된 구역 안에서 원지반(1)과의 열교환 면적이 최대가 되도록 최대한 고른 분포와 높은 밀도로 설치함으로써, 전반에 걸쳐 고른 열교환 작용과 최대한 많은 양의 지중열을 흡수할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 열교환기(12)가 시공되는 원지반(1) 표면과의 고른 접촉을 위해 설치 대상면, 즉 원지반(1)의 표면을 고르게 정리한 후 일부 또는 전체(원지반(1) 표면에 설치 예정된 열교환기(12) 패턴으로 홈을 내고 열교환기(12)를 원지반(1) 표층에 매설시킬 경우)가 표면에 접하도록 설치하는 것이 좋으며, 원지방 상태에서 따라서는 원지반(1) 표면에 파쇄석을 깔고 열교환기(12)를 설치할 수도 있다.

도 4는 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른 요부 상세도로서, 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른 지중열을 이용한 열원 공급장치는, 전술한 바닥 기초 열교환유닛(10)에 더하여, 콘크리트 벽체 구조의 벽체 열교환유닛(20)을 더 포함한다. 물론 시공 대상부의 환경이나 목적 등에 따라서는 상기 벽체 열교환유닛(20)만이 단독적으로 사용될 수도 있다.

본 실시 예에 적용된 상기 벽체 열교환유닛(20)은 바람직하게, 전술한 바닥 기초 열교환유닛(10) 측면부에 접하거나 근접하도록 직립 또는 소정의 각도로 경사지게 설치될 수 있으며, 전술한 바닥 기초 열교환유닛(10)과 같이 사관식 직렬 구조 또는 헤더식 병렬 구조의 열교환기(22)를 콘트리트에 매설시킨 콘크리트 벽체(또는 옹벽) 형태로 구성될 수 있다.

벽체 열교환유닛(20)은 구체적으로 도 4의 예시와 같이, 직렬 또는 병렬로 열교환기(22)를 세로(지면과 연직 또는 지면에 대해 임의 경사각으로 길어진 사선 방향)로 배관하고, 여기에 콘트리트를 임의 두께로 타설하여 열교환 구조층(24)을 형성한 후 열교환 구조층(24)의 표면을 단열재로 마감 처리하여 단열층(27)을 형성시킨 구성일 수 있다.

이때, 상기 단열층(27) 반대편의 벽체 열교환유닛(20)의 배면에 방수재를 도포하여 방수층(21)을 형성함으로써 원지반(2)의 침출수가 벽체 열교환유닛(20)을 통해 건물 안쪽으로 유입되지 않도록 하며, 벽체 열교환유닛(20)의 배면과 원지반(2) 사이를 토사로 되메우기하여 열전도층(25)을 형성함으로써, 원지반(1)의 열을 최대한 손실 없이 흡수될 수 있도록 하는 것이 좋다.

또한, 벽체 열교환유닛(20)을 바닥 기초 열교환유닛(10)과 함께 시공할 경우 각각에 매설된 열교환기(12) 상호 간에 열간섭이 일어나지 않도록, 각각의 열교환유닛(10, 20)의 열교환기(12, 22) 입구와 출구, 즉 열매체 공급 측은 공급 측끼리 근접하여 위치하도록 하고 열매체 환수 측 환수 측끼리 근접하여 위치하도록 열교환기(12, 22)를 배열하는 것이 좋다.

이하 상기와 같이 구성된 본 발명의 지중열을 이용한 열원 공급장치의 시공에 대해 도 5의 도면 대용 사진을 참조하여 간단히 살펴보기로 하되, 바닥 기초 열교환유닛과 벽체 열교환유닛이 함께 설치되는 경우를 예를 들어 설명한다.

도 5를 참조하면, 먼저 바닥 기초 열교환유닛이 설치될 원지반 표면에 대한 평탄화 작업 후 바닥 기초용 열교환기를 설치한다. 도면 대용 사진에는 평면 상의 지면 위에 열교환기를 설치한 모습을 예시하고 있으나, 지하층이 계획된 건물의 경우에는 계획된 깊이와 면적으로 땅을 파고 바닥면을 평탄화한 후 그 위에 바닥 기초용 열교환기를 설치한다.

바닥 기초용 열교환기 설치가 마무리되면, 열교환기 가장자리를 따라 기초 거푸집을 설치하고 기초 최하부에 임의 두께로 콘크리트를 타설하여 열교환 구조층을 형성한다. 열교환 구조층 형성이 완료되면('기초 최하부 타설 완료' 사진 참조), 벽체 열교환유닛을 형성하기 위한 벽체 철근을 바닥 기초 측부에 연직 방향으로 배근하고 열교환기를 설치한다.

그런 다음, 벽체 철근을 둘러싸도록 벽체 거푸집을 조립하고 단열재를 삽입한 뒤 벽체 거푸집에 콘크리트를 타설한다. 아울러 바닥 기초를 형성하는 열교환 구조층 위에 열교환 구조층의 상면 전체를 덮도록 배수판을 설치하고 그 위에 다시 임의 두께로 콘트리트를 타설('기초 중간부 타설' 사진 참조)함으로써 바닥 기초 열교환유닛의 배수층과 콘크리트 격리층을 형성시킨다.

기초 중간부 타설이 완료되면 벽체 거푸집을 해체하는 한편, 콘크리트 격리층 상부에 단열재를 깔아 단열층을 형성하되, 이때 사용되는 단열재는 압출법 및 비드법 단열재가 사용될 수 있다. 이후 단열층 위로 다시 한번 콘크리트를 타설하여 콘크리트 마감층을 형성하고('기초 마감면 타설 사진' 참조), 마감층 콘크리트가 충분히 양생되면 기초 거푸집을 해체한다.

마지막으로, 벽체 열교환유닛의 배면 방수를 위해 방수재를 도포하여 방수층을 형성하고, 방수층이 형성된 벽체 열교환유닛의 배면과 원지반 사이를 토사로 되메우기 함으로써 본 발명의 실시 예에 적용된 바닥 기초 열교환유닛 및 벽체 열교환유닛을 포함하는 열교환 구조체가 완성되는 것이다.

이상의 본 발명의 실시 예에 따른면, 콘크리트 구조물인 건물의 기초 구조물(바닥 기초나 벽체)에 열교환기를 매설하여 열교환유닛으로 활용한다. 즉 열교환기를 별도로 설치하지 않고 건물의 기초 구조물을 열교환유닛으로 활용하도록 구성됨으로써, 지중열교환기 매설을 위한 천공작업이 불필요하고 부지확보의 어려움을 해소할 수 있는 장점이 있다.

또한, 지중과 접하는 면적이 수직밀폐형에 비해 방대하여 열교환유닛을 지중에 깊숙이 침투시키지 않고도 구조물 주변의 지중으로부터 냉난방에 필요한 충분한 양의 채열(採熱)이 가능하며, 단열층에 의하여 지중으로부터 흡수된 열의 외부 손실이 최소화됨으로써, 보다 효율적이고 우수한 열교환 성능이 발휘될 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, 2 : 원지반
10 : 바닥 기초 열교환유닛
12 : 열교환기
14 : 열교환 구조층
15 : 배수층
16 : 콘크리트 격리층
17 : 단열층
18 : 콘크리트 마감층
20 : 벽체 열교환유닛
21 : 방수층
22 : 열교환기
24 : 열교환 구조층
27 : 단열층
30 : 히트펌프유닛

Claims (7)

1. 면이 고른 원지반 상부에 설치되며, 표면의 일부 또는 전체가 상기 원지반 표면부와 접하는 열교환기를 콘트리트에 매설시킨 구조의 바닥 기초 열교환유닛; 및
   바닥 기초 열교환유닛의 상기 열교환기를 순환한 열매체와의 열교환을 통해 냉난방용 열원을 생성하고 필요 냉난방부에 공급하는 히트펌프유닛;을 포함하며,
   상기 바닥 기초 열교환유닛은, 면이 고른 원지반 표면부와 일부 또는 전체가 접하도록 직렬 또는 병렬로 배관되는 열교환기 주변에 콘트리트를 임의 두께로 타설하여 열교환 구조층을 형성하고, 열교환 구조층의 상부에 단열재로 단열층을 형성한 후 단열층 상부에 다시 콘크리트를 임의 두께로 타설하여 콘크리트 마감층을 형성한 슬래브 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 지중열을 이용한 열원 공급장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 열교환기는 고밀도 폴리에틸렌관(HDPE Pipe)을 달팽이관(Cochlea) 모양으로 연속 배관한 직렬 사관식 열교환기인 것을 특징으로 하는 지중열을 이용한 열원 공급장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 열교환기는 스테인레스 재질로 구성되며, 열매체 공급관에 연결되는 공급용 헤더와 열매체 환수관에 연결되는 환수용 헤더 사이를 다수의 열교환 파이프로 열매체 이동 가능하게 연결한 병렬 헤더식 열교환기인 것을 특징으로 하는 지중열을 이용한 열원 공급장치.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   배수판들로 이루어진 배수층과, 상기 배수층에 콘크리트를 임의 두께로 타설하여 형성되는 콘크리트 격리층으로 상기 바닥 기초 열교환유닛의 열교환 구조층과 단열층 사이를 격리시킨 것을 특징으로 하는 지중열을 이용한 열원 공급장치.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 바닥 기초 열교환유닛 측면부에 접하거나 근접되게 직립 설치되며, 열교환기를 콘트리트에 매설시킨 콘크리트 벽체 구조의 벽체 열교환유닛;을 더 포함하는 지중열을 이용한 열원 공급장치.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 벽체 열교환유닛은,
   직렬 또는 병렬로 열교환기를 배관하고 콘트리트를 임의 두께로 타설하여 열교환 구조층을 형성하고, 열교환 구조층의 표면을 단열재로 마감 처리하여 단열층을 형성시킨 구조로 된 것을 특징으로 하는 지중열을 이용한 열원 공급장치.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 단열층 반대편의 벽체 열교환유닛의 배면에 방수재를 도포하여 방수층을 형성하고, 방수층이 형성된 벽체 열교환유닛의 배면과 원지반 사이를 토사로 되메우기하여 열전도층을 형성시킨 것을 특징으로 하는 지중열을 이용한 열원 공급장치.
   

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