KR20190011946A - 지중 열교환기 스페이서 및 그 시공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지중 열교환기 스페이서 및 그 시공 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 띠형상의 플라스틱 부재를 절곡하여 지중 열교환기 스페이서를 제조함으로써, 파이프의 위치 고정이 용이하면서도, 스페이서에 밀폐된 면이 없어 채움재가 간섭 없이 안정적이고 용이하게 충전될 뿐만 아니라 그 결속력이 향상되며, 또한 지면과 파이프 간의 열교환 효율을 더욱 향상시킬 수 있도록 하는, 지중 열교환기 스페이서 및 그 시공 방법에 관한 것이다.

Description

지중 열교환기 스페이서 및 그 시공 방법{SPACER FOR GROUND HEAT EXCHANGER AND CONSTRUCTION METHOD OF USING THE SAME}

본 발명은 파이프의 위치 고정이 용이하면서도, 채움재가 간섭 없이 안정적이고 용이하게 충전될 뿐만 아니라 그 결속력이 향상되며, 또한 지면과 파이프 간의 열교환 효율을 더욱 향상시킬 수 있도록 하는, 지중 열교환기 스페이서 및 그 시공 방법에 관한 것이다.

일반적으로 지열 에너지를 이용한 냉, 난방 기술은 1950년대에 최초로 개발되어 미국, 유럽, 아시아 등 각 국가에서 널리 사용되는 기술이다. 지열 에너지를 이용하기 위해서는 지중 열교환기를 지하에 설치해야 하며 상기 지중 열교환기는 파이프의 매설방법에 따라 지하 100m 내지 200m의 깊이로 파이프를 매설하는 폴리에틸렌 파이프(polyethylene pipes)를 매설하는 수직형과 지하 1.25m ?1.5m의 깊이로 수평 방향으로 매설하는 수평형이 있으며 지하수에 직접 파이프를 연결하는 지하수형이 있다. 수직형 지중 열교환기는 가장 일반적인 형태로 높은 신뢰성을 가지며 시공 부지가 협소한 경우에 적합하고 열 성능이 우수하다는 장점이 있으나 높은 시공비가 드는 단점이 있고, 수평형 지중 열교환기는 시공비가 저렴하고 시공이 용이하고 유지보수가 간단하지만 넓은 설치 부지가 필요하고 수직형에 비해서 열 성능이 저하되며 도심지에 설치가 불가능하여 국내에서는 시공사례가 거의 없다.

지하수형 지중 열교환기는 지하수에 직접 파이프를 연결하기 때문에 시공비가 저렴하고 열 성능이 우수하며 설치 부지가 협소하지만 지속적인 지하수량이 필요하므로 일부 지역에서만 적용가능하고 지하수 함유물에 의해 장비가 고장날 우려가 있다. 열교환기의 파이프 선택은 수명, 유지비용, 펌프의 소요에너지와 지역적인 현장 조건 등을 고려하여 열융착으로 연결 가능한 폴리에틸렌 혹은 폴리 부틸렌을 사용하고 파이프 직경은 소비 동력과 열전달을 동시에 고려하여야 한다. 즉 파이프 직경을 크게 하면 소비전력을 감소하나 열전달이 감소하고 직경을 적게 하면 열전달이 원활 하나 소비전력이 증가한다.

앞서 설명한 수직형 지중 열교환기는 38~91w/m, 수평형 지중 열교환기는 38~59w/m 정도의 열을 공급할 수 있는 것으로 알려져 있으며, 일반적으로 수직형 지중 열교환기는 단일 U-Tube 형이 일반적이며 2중 U-Tube형도 사용된다. 지중 열교환기를 매설하는 천공의 직경은 100 ~ 200mm 정도이며 토양의 조건, 설치되는 시스템의 용량에 따라 15m에서 200m 깊이로 적정 수량을 천공한다. 이때 공급관과 환수관은 열적 간섭을 예방하기 위해 서로 간에 밀착되지 않아야 하며, 천공 사이의 간격은 5m정도로 유지되는 것이 일반적이다.

종래의 지중 열교환기에 대한 그라우팅 시공상태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 1을 참조하면, 종래에는 천공홀(2) 내부에 지중 열교환기(10)를 삽입한 상태에서 그라우팅 파이프(20)를 이용하여 상기 천공홀(2)의 하측에서부터 그라우팅 액을 주입하는 방식으로 그라우팅 시공을 실시하였다.

그러나, 상기 그라우팅 파이프(20)가 상기 지중 열교환기(10)의 공급관(12)과 환수관(14) 사이에 위치한 상태에서 그라우팅 액이 주입될 때 공급관(12)과 환수관(14)의 간격이 일정하게 유지되어야 하나 서로 간에 밀착되거나 교차되면서 불균일한 상태로 그라우팅이 실시되었다. 또한 상기 그라우팅 파이프(20)의 삽입에 따른 많은 어려움이 유발되어 공사비가 높아지고 시공품질이 저하되어 지중 열교환기(10)의 효율이 떨어지는 문제점이 유발되었다.

이를 해결하기 위하여, 특허문헌 1에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 입수관(2)과 출수관(3)을 포함하는 지중열교환기(1)를 지면(G)에 드릴링되어 형성된 천공 구멍(H)에 설치하기 위하여 사용될 수 있는 스페이서(100)로서, 본체(10)와, 중간공(20)과, 결합 홈부(30)를 포함하여 구성되는 지중열교환기용 스페이서를 제안하였다.

하지만, 상기 특허문헌 1의 경우 스페이서가 중간공과 결합 홈부를 제외하고는 전체적으로 밀폐된 면을 가짐에 따라, 채음재의 충전 시 상기 밀폐된 면에 의해 간섭이 발생하여 채움재가 제대로 충전되지 못하거나 시공 시간이 오래 걸리는 문제점이 있었다.

아울러, 상기 밀폐된 면에 의해 지면과 파이프 간의 열교환 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

특허문헌 1 : 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0081429호 "지중열교환기용 스페이서 및 그 사용 방법"

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 띠형상의 플라스틱 부재를 절곡하여 지중 열교환기 스페이서를 제조함으로써, 파이프의 위치 고정이 용이하면서도, 스페이서에 밀폐된 면이 없어 채움재가 간섭 없이 안정적이고 용이하게 충전될 뿐만 아니라 그 결속력이 향상되며, 또한 지면과 파이프 간의 열교환 효율을 더욱 향상시킬 수 있도록 함을 과제로 한다.

본 발명은 지중 열교환기 스페이서에 있어서, 띠형상의 플라스틱 부재(10)를 절곡하여 이루어지되, 지중 열교환기의 파이프가 결합되는 결합홈(20)이 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는, 지중 열교환기 스페이서를 과제의 해결 수단으로 한다.

아울러, 상기와 같이 구성되는 지중 열교환기 스페이서의 시공방법에 있어서, 지중에 천공 구멍을 형성하는 단계(S100); 지중 열교환기의 입수 파이프와 출수 파이프 사이에 복수의 지중 열교환기 스페이서(100)를 결합하는 단계(S200); 상기 지중 열교환기 스페이서(100)가 결합된 지중 열교환기를 상기 천공 구멍에 삽입하는 단계(S300); 및 상기 지중 열교환기 스페이서(100)의 중앙부에 그라우팅관을 삽입하고 채움재를 충전하는 단계(S400);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 지중 열교환기 스페이서 시공방법을 과제의 다른 해결 수단으로 한다.

본 발명은 띠형상의 플라스틱 부재를 절곡하여 지중 열교환기 스페이서를 제조함으로써, 파이프의 위치 고정이 용이하면서도, 스페이서에 밀폐된 면이 없어 채움재가 간섭 없이 안정적이고 용이하게 충전될 뿐만 아니라 그 결속력이 향상되며, 또한 지면과 파이프 간의 열교환 효율을 더욱 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다. 아울러 본 발명은 동축 이중관이나 더블 U튜브 방식 등 다양한 지중 열교환기에 적용이 가능하도록 하는 효과가 있다.

도 1은 종래의 지중 열교환기의 그라우팅 시공상태를 나타낸 도면
도 2는 특허문헌 1에 따른 지중 열교환기 스페이서 및 그 시공상태를 나타낸 도면
도 3은 본 발명에 따른 지중 열교환기 스페이서를 나타낸 도면
도 4는 본 발명에 따른 지중 열교환기 스페이서의 시공방법을 나타낸 공정도

상기의 효과를 달성하기 위한 본 발명은 지중 열교환기 스페이서 및 그 시공 방법에 관한 것으로, 각 도면 및 상세한 설명에서 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용과 그리고 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 간략히 하거나 생략하였다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 지중 열교환기 스페이서를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 지중 열교환기 스페이서의 시공방법을 나타낸 공정도이다.

본 발명에 따른 지중 열교환기 스페이서(100)는 도 3에 도시된 바와 같이, 띠형상의 플라스틱 부재(10)를 절곡하여 이루어지되, 지중 열교환기의 파이프가 결합되는 결합홈(20)이 포함되어 이루어진다.

한편, 상기 결합홈(20)은 도 3의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 지중 열교환기의 파이프 갯수에 대응하여 다양한 갯수로 형성되며, 일 예로 입수 파이프와 출수 파이프에 대응되는 위치에 결합홈(20)이 각각 형성되고, 상기 입수 파이프와 출수 파이프 각각이 결합홈(20)에 결합된다.

아울러, 상기 지중 열교환기 스페이서(100)는 띠형상의 플라스틱 부재(10)가 절곡되어 이루어짐에 따라 밀폐된 면이 없으므로 그 중앙부에 그라우팅관을 용이하게 삽입할 수 있으며, 특히 각 파이프의 위치 고정이 용이하면서도, 스페이서(100)에 밀폐된 면이 없어 채움재가 간섭 없이 안정적이고 용이하게 충전될 뿐만 아니라 그 결속력이 향상되며, 또한 지면과 파이프 간의 열교환 효율을 더욱 향상시킬 수 있도록 하는 효과를 가진다.

본 발명에 따른 지중 열교환기 스페이서의 시공방법은 도 4에 도시된 바와 같이, 지중에 천공 구멍을 형성하는 천공 단계(S100)와, 지중 열교환기의 입수 파이프와 출수 파이프 사이에 복수의 지중 열교환기 스페이서(100)를 결합하는 단계(S200)와, 상기 지중 열교환기 스페이서(100)가 결합된 지중 열교환기를 상기 천공 구멍에 삽입하는 단계(S300) 및, 상기 지중 열교환기 스페이서(100)의 중앙부에 그라우팅관을 삽입하고 채움재를 충전하는 단계(S400)를 포함하여 이루어진다.

상기 S100 단계는, 지중에 천공 구멍을 형성하는 단계로써, 지중 열교환기의 규모나 주변 환경에 맞게 지면(G)에 드릴링 작업을 하여 천공 구멍을 형성한다.

상기 S200 단계는, 지중 열교환기의 입수 파이프와 출수 파이프 사이에 복수의 지중 열교환기 스페이서(100)를 결합하는 단계로써, 스페이서(100)의 결합홈(20)에 지중 열교환기의 파이프의 입수 파이프와 출수 파이프를 각각 결합하여 설치한다.

상기 S300 단계는, 상기 지중 열교환기 스페이서(100)가 결합된 지중 열교환기를 상기 천공 구멍에 삽입하는 단계로써, 상기 지중 열교환기 스페이서(100)를 정해진 갯수로 지중 열교환기의 일부분에만 설치하고, 설치된 부분을 순차적으로 지중에 삽입하는 과정을 반복하여 삽입할 수도 있고, 또는 지중 열교환기 전체에 걸쳐 스페이서(100)를 먼저 설치한 후, 전체적으로 삽입할 수도 있다.

상기 S400 단계는, 상기 지중 열교환기 스페이서(100)의 중앙부에 그라우팅관을 삽입하고 채움재를 충전하는 단계로써, 상술한 바와 같이 상기 지중 열교환기 스페이서(100)는 띠형상의 플라스틱 부재(10)가 절곡되어 이루어짐에 따라 밀폐된 면이 없으므로 그 중앙부에 그라우팅관을 용이하게 삽입할 수 있으며, 특히 각 파이프의 위치 고정이 용이하면서도, 스페이서(100)에 밀폐된 면이 없어 채움재가 간섭 없이 안정적이고 용이하게 충전될 뿐만 아니라 그 결속력이 향상되며, 또한 지면과 파이프 간의 열교환 효율을 더욱 향상시킬 수 있도록 하는 효과를 가진다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 지중 열교환기 스페이서
10 : 플라스틱 부재
20 : 결합홈

Claims (2)

1. 지중 열교환기 스페이서에 있어서,
   띠형상의 플라스틱 부재(10)를 절곡하여 이루어지되, 지중 열교환기의 파이프가 결합되는 결합홈(20)이 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는, 지중 열교환기 스페이서.
   
2. 제 1항에 따른 지중 열교환기 스페이서의 시공방법에 있어서,
   지중에 천공 구멍을 형성하는 단계(S100);
   지중 열교환기의 입수 파이프와 출수 파이프 사이에 복수의 지중 열교환기 스페이서(100)를 결합하는 단계(S200);
   상기 지중 열교환기 스페이서(100)가 결합된 지중 열교환기를 상기 천공 구멍에 삽입하는 단계(S300); 및
   상기 지중 열교환기 스페이서(100)의 중앙부에 그라우팅관을 삽입하고 채움재를 충전하는 단계(S400);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 지중 열교환기 스페이서 시공방법.
   

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