KR20200061156A - 건축물 외피 통합형 전기집진 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이중외피의 중공층 내부에 환기 흐름이 발생되도록 함과 동시에 미세먼지를 전기적으로 집진할 수 있도록 한 건축물 외피 통합형 전기집진 시스템을 제공한다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 건축물 외피 통합형 전기집진 시스템은, 외측유리 창틀과 외측유리로 제작되어 건축물의 실외측에 설치된 외측창호와; 실내 환기를 위해 상기 외측창호의 상,하부에 각기 설치된 외측 상부개구부 및 외측 하부개구부와; 내측유리 창틀과 내측유리로 제작되어 상기 외측창호와 일정한 간격을 두고 마주하여 실내측에 설치되어 외측창호와의 사이에 중공층을 형성시키는 내측창호와; 환기를 위해 상기 내측창호의 상,하부에 각기 설치된 내측 상부개구부 및 내측 하부개구부와; 중공층에 설치되고 외부 풍압 및 미세먼지 농도에 따라 적정한 전압세기로 제어되어 상기 외측 하부개구부를 통해 중공층으로 유입된 입자를 하전시키는 하나 이상의 방전극과; 상기 중공층에 접하여 외측유리와 내측유리의 표면에 각기 설치되어 하전된 입자를 집진하는 집진극;을 포함한 것을 특징으로 한다.

Description

건축물 외피 통합형 전기집진 시스템{Electric precipitation system for double skin facade buildings}

본 발명은 건축물 이중외피 시스템에 관한 것으로, 특히 이중외피의 중공층 내부에 환기 흐름이 발생되도록 함과 동시에 미세먼지를 전기적으로 집진할 수 있도록 한 건축물 외피 통합형 전기집진 시스템에 관한 것이다.

최근 신선한 외기를 도입하여 쾌적한 실내 환경을 만족시키는 것뿐만 아니라 실외 오염물질 농도에 따라 적절한 환기를 수행하는 환기시스템의 필요성이 대두되고 있다. 특히 자연 환기를 하는 주거건물에서 미세먼지 대응을 위한 주거환기가 필요해짐에 따라 주거건물의 외피 및 창호 등에 적용할 수 있는 시스템에 관한 연구가 지속적으로 제시되고 있다. 하지만 기존 연구에서 압력손실이 큰 여과필터를 적용한 기계환기 시스템 개발이 주로 이루어지고 있어 기계환기를 사용하는 건물에만 적용할 수 있다는 한계를 가지며, 이에 따라 자연환기를 이용하여 건축적으로 미세먼지를 제거할 수 있는 시스템에 대한 연구는 부족한 실정이다.

한편, 건물에 적용되는 이중외피 시스템은 두 개의 내측 외피와 외측 외피가 유리로 구성된 시스템으로, 내,외측 외피의 사이에 환기가 가능한 열적 완충공간인 중공층을 형성하여 외부 환경변화에 능동적으로 대응할 수 있도록 한 것이다. 이 중공층은 겨울철에 열적 버퍼를 형성하여 난방부하를 절감할 수 있고, 여름철에 공기를 환기시키는 수단으로 활용된다.

그런데 근래에 산업환경적 요인에 의해 미세먼지가 자주 나타나고 있다. 이 미세먼지는 아황산가스, 질소 산화물, 납, 오존, 일산화 탄소 등을 포함하는 대기오염 물질로서 인체에 각종 호흡기 질환과 피부질환 및 면역기능을 떨어뜨리는 것으로 것으로 알려져 있다.

따라서 건축물 특히 창호가 설치되는 실에 미세먼지의 유입을 차단할 수 있는 시스템이 요구되는 실정이다. 특히 건축물 이중외피의 경우 고단열, 냉난방 부하절감, 차음의 효과가 크므로 여기에 환기를 수행하면서 미세먼지의 유입을 차단할 수 있는 시스템이 더 요구되는 실정이다.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 한국 등록특허 등록번호 제10-1141922호로서, '자연채광이 가능한 건물의 이중외피'가 제안되어 있다. 이는 외기와 접하여 형성된 건물의 개구부에 설치되는 건물의 외피를 외측외피와 내측외피의 이중외피 구조로 설치하여, 내측외피와 가까운 장소 및 멀리 떨어진 장소의 주광(晝光) 조도를 균일하게 하여 자연채광 효과를 극대화시킨 것이다.

본 발명의 다른 배경기술로는 한국 등록특허 등록번호 제10-0655086호로서, '자연환기를 위한 기능성 이중외피구조'가 제안되어 있다. 이는 외기에 접하여 형성된 건축물의 개구부에 설치되는 이중창호구조에서 내측창과 외측창을 구분하여 분리 구획하고 개방면적과 개폐방법을 다양하게 변화시킴으로써 이중외피구조로 완성하며, 나아가 일사량 변화와 외기상황에 따라 자연환기효과를 극대화하면서 악천후 속에서도 창호의 개방을 가능케 하여 자연환기를 유도할 수 있도록 한 것이다.

그러나 상기 배경기술들은 환기시 미세먼지를 집진할 수 없는 문제를 가진다.

한국 등록특허 등록번호 제10-1141922호 한국 등록특허 등록번호 제10-0655086호

본 발명은 이중외피의 중공층 내부에 환기 흐름이 발생되도록 함과 동시에 미세먼지를 전기적으로 집진할 수 있도록 한 건축물 외피 통합형 전기집진 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 건축물 외피 통합형 전기집진 시스템은, 외측유리 창틀과 외측유리로 제작되어 건축물의 실외측에 설치된 외측창호와; 실내 환기를 위해 상기 외측창호의 상,하부에 각기 설치된 외측 상부개구부 및 외측 하부개구부와; 내측유리 창틀과 내측유리로 제작되어 상기 외측창호와 일정한 간격을 두고 마주하여 실내측에 설치되어 외측창호와의 사이에 중공층을 형성시키는 내측창호와; 환기를 위해 상기 내측창호의 상,하부에 각기 설치된 내측 상부개구부 및 내측 하부개구부와; 중공층에 설치되고 외부 풍압 및 미세먼지 농도에 따라 적정한 전압세기로 제어되어 상기 외측 하부개구부를 통해 중공층으로 유입된 입자를 하전시키는 하나 이상의 방전극과; 상기 중공층에 접하여 외측유리와 내측유리의 표면에 각기 설치되어 하전된 입자를 집진하는 집진극;을 포함한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 외측 하부개구부에 열림량을 조절할 수 있도록 회전 가능하게 설치되어 있는 제1개폐날개 및 제1개폐날개를 회전 조작하여 외측 하부개구부의 열림량을 조절하는 제1서보모터와; 상기 외측 상부개구부에 열림량을 조절할 수 있도록 회전 가능하게 설치되어 있는 제2개폐날개 및 제2개폐날개의 열림량을 조절하는 제2서보모터와; 상기 내측 하부개구부에 열림량을 조절할 수 있도록 회전 가능하게 설치되어 있는 제3개폐날개 및 제3개폐날개의 여닫힘 및 회전량을 조절하는 제3서보모터와; 상기 내측 상부개구부에 열림량을 조절할 수 있도록 회전 가능하게 설치되어 있는 제4개폐날개 및 제4개폐날개의 여닫힘 및 회전량을 조절하는 제4서보모터와; 전기집진 모드시 제2,3서보모터의 구동제어로 제2,3개폐날개가 회전조작되어 외측 상부개구부와 내측 하부개구부를 닫고, 동시에 제1,4서보모터의 구동제어로 제1,4개폐날개가 회전 조작되어 외측 하부개구부와 내측 상부개구부를 개방시켜 중공층에 상승 기류가 생성되어 집진 환기를 이루도록 하고, 또 방전극에 고전압을 일으키도록 하여 집진극에 집진이 이루어지도록 하는 제어부를 포함한 것을 특징으로 한다.

또한, 제어부는 일반 환기 모드시 방전극의 방전을 중단하고 제2,3서보모터의 구동제어로 닫혀 있는 제2,3개폐날개를 열어 외측 상부개구부와 내측 하부개구부를 완전 개방시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 제어부는 외부 미세먼지의 농도를 측정하는 미세먼지농도 측정센서에 연결되어 설정된 이상의 농도가 확인되면 전기 집진 모드를 실행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 방전극은 상기 외측 하부개구부에 인접되어져 복수개 이상으로 상호 나란하게 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 건축물 외피 통합형 전기집진 시스템은 외측 상부개구부, 외측 하부개구부, 내측 상부개구부, 내측 하부개구부의 개폐 및 개방면적을 조절하여 중공층에 환기와 그 속도를 조절할 수 있고, 이 환기 흐름에 설치된 방전극과 집진극을 통해 미세먼지를 전기적으로 집진할 수 있다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따른 전기집진 시스템이 적용된 건축물 이중외피의 사시도.
도 2는 도 1의 정면도.
도 3은 도 1의 건축물 이중외피에서 전기 집진 모드시의 환기상태도.
도 4는 도 1의 건축물 이중외피에서 일반 환기 모드시의 환기상태도.
도 5는 본 발명에 따른 건축물 외피 통합형 전기집진 시스템의 구성도.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

본 실시 예에 따른 건축물 외피 통합형 전기집진 시스템은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 외측유리 창틀(121)과 외측유리(122)로 제작된 외측창호(12)가 건축물의 실외측에 설치된다. 또한 건축물의 실내 환기를 위해 외측창호(12)의 상,하부에 외측 상부개구부(14) 및 외측 하부개구부(16)가 설치된다. 외측유리(122)는 본 실시 예에서 2개로 분할되어 설치되었으나 이에 제한되는 것은 아니며 단일 또는 그 이상으로 설치될 수 있다.

외측창호(12)와 일정한 간격을 두고 마주하여 실내측에 내측창호(22)가 설치된다. 내측창호(22)는 외측창호(12)와의 사이에 중공층(C)을 형성시킨다. 내측창호(22)는 내측유리 창틀(221)과 내측유리(222)로 제작된다. 내측유리(222)는 본 실시 예에서 2개로 분할되어 설치되었으나 이에 제한되는 것은 아니며 단일 또는 그 이상으로 설치될 수 있다.

따라서 실내에서는 투명한 내측유리(222)와 외측유리(122)를 통해 외부 전망을 관찰할 수 있다.

건축물의 실내 환기를 위해 내측창호(22)의 상,하부에 각기 내측 상부개구부(24) 및 내측 하부개구부(26)가 설치된다.

여기서, 외측 상부개구부(14), 외측 하부개구부(16), 내측 상부개구부(24) 및 내측 하부개구부(26)는 계절별 개구부 운영방식에 따라 유입구(inlet)와 유출구(outlet)로 사용할 수 있다.

중공층(C)에 하나 이상의 방전극(31)이 설치된다. 방전극(31)은 외부 풍압 및 미세먼지 농도에 따라 적정한 전압세기로 제어됨이 바람직하다. 방전극(31)은 외측 하부개구부(16)를 통해 중공층(C)으로 유입된 입자를 하전시키는 기능을 수행한다. 따라서 방전극(31)은 중공층(C)으로 유입된 초기의 입자에 하전을 위해 외측 하부개구부(16)에 인접되어져 설치됨이 바람직하다. 이때 방전극(31)은 입자 하전의 효율성을 위해 복수개 이상으로 상호 나란하게 설치될 수 있다.

방전극(31)에 의해 하전된 입자를 집진하는 집진극(32)이 설치된다. 집진극(32)은 중공층(C)에 접하여 외측유리(122)와 내측유리(222)의 표면에 각기 설치될 수 있다. 따라서 본 실시 예와 같이 대향하는 집진극(32와 32)의 사이에 방전극(31)이 위치하게 된다.

도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이 외측 하부개구부(16)에는 열림량을 조절할 수 있도록 제1개폐날개(161)가 회전 가능하게 설치되고, 제1개폐날개(161)는 제1서보모터(M1)의 구동으로 회전 조작되어 외측 하부개구부(16)의 열림량을 조절하게 되어 있다.

외측 상부개구부(14)에는 열림량을 조절할 수 있도록 제2개폐날개(141)가 회전 가능하게 설치되고, 제2개폐날개(141)는 제2서보모터(M2)의 구동으로 외측 상부개구부(14)의 열림량을 조절하게 되어 있다.

내측 하부개구부(26)에는 열림량을 조절할 수 있도록 제3개폐날개(261)가 회전 가능하게 설치되고, 제3개폐날개(261)는 제3서보모터(M3)의 구동으로 내측 하부개구부(26)의 열림량을 조절하게 되어 있다.

내측 상부개구부(24)에는 열림량을 조절할 수 있도록 제4개폐날개(241)가 회전 가능하게 설치되고, 제4개폐날개(241)는 제4서보모터(M4)의 구동으로 내측 상부개구부(24)의 열림량을 조절하게 되어 있다.

여기서 제1,2,3,4개폐날개(161,141,261,241)는 각기 복수개 이상으로 설치된 것으로 각기 연동적으로 설치되어 해당 서보모터(M1~M4)에 의해 회전 조작된다.

한편, 도 5와 같이 제1,2,3,4서보모터(M1,M2,M3,M4)는 전기적으로 제어부(100)에 연결되어져 회전 구동이 제어된다. 제어부(100)에는 방전극(31)에 고전압을 인가시키기 위한 고전압발생부(110)가 전기적으로 연결되어 있다. 제어부(100)는 전기집진 모드에서 중공층(C)에 상승 기류가 유도되도록 환기를 실시하면서 전기 집진을 수행한다. 즉 제어부(100)는 전기집진 모드시 제2,3개폐날개(141,261)가 회전 닫힘 조작되어 외측 상부개구부(14)와 내측 하부개구부(26)가 닫히도록 제2,3서보모터(M2,M3)를 구동제어 한다. 이와 동시에 제1,4개폐날개(161,241)가 회전 조작되어 외측 하부개구부(16)와 내측 상부개구부(24)가 열려 있도록 제1,4서보모터(M1,M4)를 구동제어 한다.

따라서 전기집진 모드시에는 외부 풍압 또는 중공층(C) 내부의 온도상승에 따른 부력 발생으로 상승 기류가 생성됨으로써 도 3과 같이 외측 하부개구부(16)를 통해 외기가 유입되어 중공층(C) 내부를 거친 후 내측 상부개구부(24)를 통과하여 실내로 유입되는 집진 환기가 이루어지게 된다. 이 과정에서 제어부(100)는 전기집진 모드시 고전압발생부(110)를 통해 방전극(31)에 고전압을 일으키도록 함으로써 집진극(32)에 집진이 수행되도록 하는 것이다.

여기서, 제어부(100)는 외부 미세먼지의 농도를 측정하는 미세먼지농도 측정센서(120)에 연결되어 설정된 이상의 농도가 확인되면 전기 집진 모드가 실행되도록 함이 바람직하다. 이때 미세먼지의 농도값에 따라 적정한 방전전압이 제어됨이 바람직하다.

한편, 일반 환기 모드시 제어부(100)는 방전극(31)의 방전을 중단하는 방전중단 제어와, 닫혀 있는 제2,3개폐날개(141,261)를 열어 외측 상부개구부(14)와 내측 하부개구부(26)를 완전 개방시켜 놓도록 제2,3서보모터(M2,M3)를 구동제어한다. 물론 이때 외측 하부개구부(16)와 내측 상부개구부(24)는 개방되어 있도록 제1서보모터(M1)와 제4서보모터(M4)를 구동 제어한다. 따라서 일반 환기 모드시 외기는 도 4와 같이 외측 하부개구부(16)와 내측 하부개구부(26)를 통해 실내로 유입된 후 내측 상부개구부(24)와 외측 상부개구부(14)를 통해 외부로 배출되는 환기가 수행될 수 있는 것이다.

이와 같이 구성된 건축물 외피 통합형 전기집진 시스템 동작의 일예를 일반 환기 모드와 전기집진모드로 나누어 설명한다.

먼저, 일반 환기 모드시에는 제어부(100)가 방전극(31)의 방전을 중단시키고, 제2,3서보모터(M2,M3)를 구동제어하여 닫혀 있는 제2,3개폐날개(141,261)를 열어 놓는다. 따라서 외측 상부개구부(14)와 내측 하부개구부(26)가 완전 개방된다.

물론 이때 외측 하부개구부(16)와 내측 상부개구부(24)는 열려 있는 상태가 된다. 따라서 도 4와 같이 외기는 외측 하부개구부(16)와 내측 하부개구부(26)를 통해 실내로 유입된 후 내측 상부개구부(24)와 외측 상부개구부(14)를 통해 외부로 배출되는 환기가 수행된다.

전기집진 모드에서는 제어부(100)는 중공층(C)에 상승 기류가 유도되도록 환기를 실시하면서 전기 집진을 수행한다. 즉 제어부(100)는 전기집진 모드시 제2,3서보모터(M2,M3)를 구동시켜 제2,3개폐날개(141,261)가 회전 닫힘 조작되어 외측 상부개구부(14)와 내측 하부개구부(26)가 닫힌다. 이와 동시에 제1,4서보모터(M1,M4)를 구동시켜 제1,4개폐날개(161,241)가 회전 조작되어 외측 하부개구부(16)와 내측 상부개구부(24)를 열어놓는다.

따라서 도 3과 같이 외부 풍압 또는 중공층(C) 내부의 온도상승에 따른 부력 발생으로 상승 기류가 생성됨으로써 외측 하부개구부(16)를 통해 외기가 유입되어 중공층(C) 내부를 거친 후 내측 상부개구부(24)를 통과하여 실내로 유입되는 집진 환기가 수행된다. 따라서 외부의 미세먼지를 미연에 외측창호(12)와 내측창호(22)의 사이에 형성된 중공층(C)에서 집진극(32)으로 집진해 냄으로써 실내로 유입되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

따라서 본 발명의 건축물 외피 통합형 전기집진 시스템은 공동주택 뿐만 아니라 기계설비 설치가 어려우면 자연환기를 해야하는 노후건물, 학교시설, 어린이집 등에서 사용이 가능하며, 창호모듈로 구현하여 거실 및 방을 포함하여 창호가 부착가능한 실에 미세먼지의 유입을 차단하는 기술로서 유용하게 적용할 수 있다.

지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

12: 외측창호
14: 외측 상부개구부
16: 외측 하부개구부
22: 내측창호
24: 내측 상부개구부
26: 내측 하부개구부
31: 방전극
32: 집진극

Claims (5)

1. 외측유리 창틀(121)과 외측유리(122)로 제작되어 건축물의 실외측에 설치된 외측창호(12)와;
   실내 환기를 위해 상기 외측창호(12)의 상,하부에 각기 설치된 외측 상부개구부(14) 및 외측 하부개구부(16)와;
   내측유리 창틀(221)과 내측유리(222)로 제작되어 상기 외측창호(12)와 일정한 간격을 두고 마주하여 실내측에 설치되어 외측창호(12)와의 사이에 중공층(C)을 형성시키는 내측창호(22)와;
   환기를 위해 상기 내측창호(22)의 상,하부에 각기 설치된 내측 상부개구부(24) 및 내측 하부개구부(26)와;
   중공층(C)에 설치되고 외부 풍압 및 미세먼지 농도에 따라 적정한 전압세기로 제어되어 상기 외측 하부개구부(16)를 통해 중공층(C)으로 유입된 입자를 하전시키는 하나 이상의 방전극(31)과;
   상기 중공층(C)에 접하여 외측유리(122)와 내측유리(222)의 표면에 각기 설치되어 하전된 입자를 집진하는 집진극(32);을 포함한 것을 특징으로 하는 건축물 외피 통합형 전기집진 시스템.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 외측 하부개구부(16)에 열림량을 조절할 수 있도록 회전 가능하게 설치되어 있는 제1개폐날개(161) 및 제1개폐날개(161)를 회전 조작하여 외측 하부개구부(16)의 열림량을 조절하는 제1서보모터(M1)와;
   상기 외측 상부개구부(14)에 열림량을 조절할 수 있도록 회전 가능하게 설치되어 있는 제2개폐날개(141) 및 제2개폐날개(141)의 열림량을 조절하는 제2서보모터(M2)와;
   상기 내측 하부개구부(26)에 열림량을 조절할 수 있도록 회전 가능하게 설치되어 있는 제3개폐날개(261) 및 제3개폐날개(261)의 여닫힘 및 회전량을 조절하는 제3서보모터(M3)와;
   상기 내측 상부개구부(24)에 열림량을 조절할 수 있도록 회전 가능하게 설치되어 있는 제4개폐날개(241) 및 제4개폐날개(241)의 여닫힘 및 회전량을 조절하는 제4서보모터(M4)와;
   전기집진 모드시 제2,3서보모터(M2,M3)의 구동제어로 제2,3개폐날개(141,261)가 회전조작되어 외측 상부개구부(14)와 내측 하부개구부(26)를 닫고, 동시에 제1,4서보모터(M1,M4)의 구동제어로 제1,4개폐날개(161,241)가 회전 조작되어 외측 하부개구부(16)와 내측 상부개구부(24)를 개방시켜 중공층(C)에 상승 기류가 생성되어 집진 환기를 이루도록 하고, 또 방전극(31)에 고전압을 일으키도록 하여 집진극(32)에 집진이 이루어지도록 하는 제어부(100)를 포함한 것을 특징으로 하는 건축물 외피 통합형 전기집진 시스템.
3. 제 2항에 있어서,
   제어부(100)는 일반 환기 모드시 방전극(31)의 방전을 중단하고 제2,3서보모터(M2,M3)의 구동제어로 닫혀 있는 제2,3개폐날개(141,261)를 열어 외측 상부개구부(14)와 내측 하부개구부(26)를 완전 개방시키는 것을 특징으로 하는 건축물 외피 통합형 전기집진 시스템.
4. 제 2항에 있어서,
   제어부(100)는 외부 미세먼지의 농도를 측정하는 미세먼지농도 측정센서(120)에 연결되어 설정된 이상의 농도가 확인되면 전기 집진 모드를 실행하는 것을 특징으로 하는 건축물 외피 통합형 전기집진 시스템.
5. 제 1항에 있어서,
   방전극(31)은 상기 외측 하부개구부(16)에 인접되어져 복수개 이상으로 상호 나란하게 설치된 것을 특징으로 하는 건축물 외피 통합형 전기집진 시스템.

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