KR200369543Y1 - 지중열을 이용한 덕트형 냉난방시스템 - Google Patents

Abstract

본 고안은 지중열을 이용한 덕트형 냉난방시스템에 관한 것으로서, 지열교환기내에 다수의 열교환파이프를 형성하여 효율적으로 지열과의 열교환이 이루어지게 함으로써 직접적으로 열교환된 공기를 배출구로 배출할 수 있어 별도의 냉매를 사용할 필요가 없으며, 흡입부와 배출부가 관통된 파이프를 통해 연결되어 공기의 유동을 원활히 할 수 있는 지중열을 이용한 덕트형 냉난방시스에 관한 것이다.

상기와 같은 본 고안은 내부에 열교환 유체인 공기가 충진된 수개의 열교환파이프가 형성되고 지하 일정 깊이에 매설되는 지열교환기와, 상기 지열교환기의 일측에 상부로 수직연장 형성되는 제 1연결덕트부와, 상기 제 1연결덕트부에 수직연장 형성되고 단부가 건물구조물내의 하부에 형성되는 흡입덕트와,상기 지열교환기의 타측에 상부로 수직연장 형성되는 제 2연결덕트부와, 상기 제 2연결덕트부에 수직연장 형성되고 단부가 건물구조물내의 상부에 형성되는 배출덕트, 및상기 제 2연결덕트부에 위치하여 열교환 공기의 흐름을 형성하는 송출팬으로 구성된다.

또한, 상기 지열교환기내에 형성된 수개의 열교환파이프 사이의 외부 공간에 쇄석이 충진되고 냉각수공급부를 통해 냉각수가 충진되어 상기 열교환파이프내의 공기와 지중열과의 열교환이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

지중열을 이용한 덕트형 냉난방시스템{A heating and cooling duct type system utilized the heat of an undergroud}

본 고안은 지중열을 이용한 덕트형 냉난방시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지하에 매설된 지열교환기내의 열교환 파이프를 통해 지중의 열과의 열교환을 이루게 하여 냉난방에너지를 얻을 수 있는 지중열을 이용한 덕트형 냉난방시스템에 관한 것이다.

일반적으로 사용되는 에너지원으로서 석탄, 석유, 천연가스 등과 같은 화석연료를 이용하거나, 또는 핵연료를 이용하는 경우가 대부분이다.

그러나, 상기와 같은 화석연료는 연소과정에서 발생하는 각종 공해물질로 인하여 환경을 오염시키고, 핵연료는 수질오염 및 방사능과 같은 유해물질을 발생시키는 문제점과 에너지원의 부족으로 인한 고갈문제가 있다.

따라서, 근래에는 이를 대체할 수 있는 대체 에너지 개발이 활발하게 진행되고 있는 중이며, 이들 대체 에너지의 중에서 특히 풍력, 태양열, 지열 등과 같은 자연에너지에 관한 연구가 진행되어 이를 이용한 냉난방장치가 설치되어 사용되고 있다.

이들 자연에너지는 환경오염과 기후변화에 거의 영향을 미치지 않으면서 무한한 에너지를 얻을 수 있는 장점이 있다.

그러나, 풍력이나 태양열을 이용한 냉난방시스템의 경우 지역적 특성이나 기상변화에 따라서 그 이용의 제한이 있는 문제점과 설치비가 과다한 문제점이 있다.

따라서, 기후 및 기상의 변화에 관계없이 항상 일정한 온도를 유지하는 지열을 냉난방에 이용하는 냉난방시스템이 각광받고 있으며, 이는 온도가 연중 10~20℃를 일정하게 유지하는 지중의 열에너지를 이용하는 것이다.

특히, 우리나라의 경우 외기의 온도 변화는 계절(여름 35℃,겨울-12℃)에 따라 크게 변하는 반면, 지중의 온도는 상대적으로 년중 약 12℃전후의 안정한 상태로서 외기온도와 지중온도의 차이를 이용한다면 상당량의 에너지를 얻을 수 있게 된다.

예를 들어 실제 보고서에 의하면, 우리나라 수도권 특정지역의 지하 1.2~18m 까지의 동절기 온도분포의 경우 지하 1~2m 정도이내에서는 7~9℃의 분포를 나타내는 반면, 지하6m 이하에서는 계절에 관계없이 거의 14~16℃정도의 일정한 온도분포를 나타내고 있음을 알 수 있었다.

또한, 하절기 온도분포의 경우 지하 1.5~2.5m 정도이내에서 20~23℃의 온도분포를 나타내고 있음을 알 수 있었다.

따라서, 상기와 같은 지중의 온도조건을 이용하여, 지하에 매설된 지열교환기를 통하여 외부공기를 유입하여, 지하공기의 온도와 비슷한 수준으로 변화시켜 이를 실내 공간에 토출시켜 여름철에는 바깥온도보다 시원한 공기를 토출되게 하여 냉방효과를 보게하고, 겨울철에는 바깥온도보다 더운 공기를 토출되게 하여 난방효과를 보게 하는 것이 지열을 이용한 냉난방시스템이다.

이와 같은 지열을 이용한 냉난방시스템의 통상적인 구성은, 지중에 설치되어 지중의 열을 흡수하는 열전달유체를 갖는 지열교환기와, 상기 지열교환기로부터 축열된 열전달유체를 공급받아 이 열전달유체와 열교환을 행하고 열교환된 냉매를 사용처로 공급하는 히트펌프로 구성된다.

그러나, 이와 같은 종래의 지열을 이용한 냉난방시스템은 열교환을 위해 냉매를 사용하는 바, 냉매 사용의 경우에 요즘 대두 되고 있는 오존층의 파괴와 관련하여 또다른 환경오염 문제를 야기시키는 문제점이 있다.

또한, 첨부 도면 중 도 1은 또다른 종래 지열을 이용한 냉난방시스템의 단면도로서, 지열교환기내(10)에 다수의 격벽(20)을 형성하여, 지열과의 직접적인 열교환을 통해 열에너지를 저장하여 별도의 열전달유체를 사용함이 없이 열교환된 공기를 배출구를 통해 배출하는 시스템이다.

그러나, 상기와 같은 경우 지열교환기내의 격벽으로 인한 공기의 유동이 용이하지않아 열효율의 저하가 생기는 문제점이 있다.

따라서, 본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 고안의 목적은 지열교환기내에 다수의 열교환파이프를 형성하여 효율적으로 지열과의 열교환이 이루어지게 함으로써, 직접적으로 열교환된 공기를 배출구로 배출할 수 있어 별도의 냉난방을 위한 냉매를 사용할 필요가 없으며, 관통된 열교환파이프를 통해 흡입덕트부와 배출덕트부가 연결되어 공기의 유동을 원활히 할 수 있는 지중열을 이용한 덕트형 냉난방시스템을 제공하는 데 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 지열을 이용한 냉난방시스템의 단면도;

도 2는 본 고안에 따른 지중열을 이용한 덕트형 냉난방시스템의 사시도;

도 3은 도 2의 단면도이다.

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

200 : 흡입덕트 210 : 제 1연결덕트부

211, 321 : 통공 220 : 제 2연결덕트부

300 : 지열교환기 310 : 제 3연결덕트부

320 : 제 4연결덕트부 400 : 송출팬

500 : 배출덕트 600 : 쇄석

700 : 냉각수공급부

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은 내부에 열교환 유체인 공기가 충진된 수개의 열교환파이프가 형성되고 지하 일정 깊이에 매설되는 지열교환기와, 상기 지열교환기의 일측에 상부로 수직연장 형성되는 제 1연결덕트부와, 상기 제 1연결덕트부에 수직연장 형성되고 단부가 건물구조물내의 하부에 형성되는 흡입덕트와,상기 지열교환기의 타측에 상부로 수직연장 형성되는 제 2연결덕트부와, 상기 제 2연결덕트부에 수직연장 형성되고 단부가 건물구조물내의 상부에 형성되는 배출덕트, 및상기 제 2연결덕트부에 위치하여 열교환 공기의 흐름을 형성하는 송출팬으로 구성된다.

또한, 상기 지열교환기는 제 1연결덕트부에 수직연장 형성되고 일면에 수개의 통공이 형성된 제 3연결덕트부와, 상기 통공에 일단이 결합되는 열교환파이프와, 상기 열교환파이프의 타단에 결합되는 수개의 통공이 형성된 제 4연결덕트부로 이루어지고, 상기 지열교환기내에 형성된 수개의 열교환파이프 사이의 외부 공간에 쇄석이 충진되어 상기 열교환파이프내의 공기와 지중열과의 열교환이 이루어진다.

이하, 상기한 바와 같은 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의하여 보다 상세하게 설명한다.

첨부 도면 중, 도 2는 본 고안에 따른 지중열을 이용한 덕트형 냉난방시스템의 사시도이다.

상기 도면에 도시된 바에 의하면, 실내구조물(100)내부의 하부에 위치하는 흡입덕트(200)가 형성되고, 상기 흡입덕트(200)의 일단에 상기 실내구조물(100)내부로부터 흡입된 공기속의 이물질을 제거하기 위하여 필터(미도시)가 형성되어 있다.

또한, 상기 흡입덕트(200)의 끝단에 하향으로 수직연장되어 제 1연결덕트부(210)가 형성된다.

또한, 상기 제 1연결덕트부(210)에 수직연장 형성되고 일면에 수개의 통공(211)이 형성되는 제 3연결덕트부(310)와, 상기 통공(211)에 일단이 결합되는 열교환파이프(330)와, 상기 열교환파이프(330)의 타단에 결합되는 수개의 통공(231)이형성된 제 4연결덕트부(320)로 이루어지는 지열교환기(300)가 지하 일정 깊이에 형성된다.

또한, 상기 지열교환기(300)의 제 4연결덕트부(320)에 상향수직 연장되어 제 2연결덕트부(220)가 형성되고, 상기 제 2연결덕트부(220)에 결합되고 열교환 공기를 순환시키는 송출팬(400)이 구성된다.

상기 송출팬(400)은 공기의 유동량을 크게 하기 위해 터보팬을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 일단은 상기 제 2연결덕트부(220)에 수직형성되고 타단은 실내구조물(100)내부에 형성되며, 타단에 열교환된 공기속의 이물질을 걸러주는 필터(미도시)가 형성되는 배출덕트(500)가 구성된다.

첨부 도면 중, 도 3은 본 고안에 따른 지중열을 이용한 덕트형 냉난방시스템의 단면도이다.

상기 도면에 도시된 바에 의하며, 상기 제 3연결덕트부(310)와 제 4연결덕트부(320) 및 열교환파이프(330)로 이루어진 지열교환기(300)에서 있어서, 상기 열교환파이프(330) 사이의 외부에 형성되는 공간에 잘게 부수어진 쇄석(600)을 넣는다.

상기 쇄석(600)의 공급은 상기 열교환파이프(330) 내부를 유동하는 공기와 지중의 공기와의 열교환효율을 높이기 위해 열교환 표면적을 넓히는 역활을 한다.

또한, 열교환효율을 높이기 위해 상기 쇄석(600)과 함께 지상으로부터 별도의 냉각수공급부(700)를 통해 물을 공급해 주는 것이 바람직하다.

상기 지열교환기(300)는 동절기 난방용으로 사용하는 경우 지표면으로부터지하 약 5~7m 깊이에 매설하고, 하절기 냉방용으로 사용하는 경우에는 지표면으로부터 지하 약 2m 깊이에 매설하는 것이 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이 본 고안에 의하면, 상기 지열교환기내에 다수의 열교환파이프를 형성하고 상기 열교환파이프 사이의 공간에 쇄석과 냉각수를 공급함으로써, 효율적으로 지열과의 열교환이 이루어지게 된다.

또한, 이와 같이 직접적으로 열교환된 공기를 사용처인 배출구로 배출할 수 있어 별도의 냉난방을 위한 냉매를 사용할 필요가 없으며,관통된 열교환파이프를 통해서 흡입덕트부와 배출덕트부가 연결되어 공기의 유동을 원활히 할 수 있는 있게 되어 효율적인 냉난방에 기여할 수 있다.

Claims (3)

1. 내부에 열교환 유체인 공기가 충진된 수개의 열교환파이프가 형성되고, 지하 일정 깊이에 매설되는 지열교환기;

   상기 지열교환기의 일측에 상부로 수직연장 형성되는 제 1연결덕트부;

   상기 제 1연결덕트부에 수직연장 형성되고, 단부가 건물구조물내의 하부에 형성되는 흡입덕트;

   상기 지열교환기의 타측에 상부로 수직연장 형성되는 제 2연결덕트부;

   상기 제 2연결덕트부에 수직연장 형성되고, 단부가 건물구조물내의 상부에 형성되는 배출덕트; 및

   상기 제 2연결덕트부에 위치하여 열교환 공기의 흐름을 형성하는 송출팬으로 구성되는 것을 특징으로 하는 지중열을 이용한 덕트형 냉난방시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 지열교환기는 제 1연결덕트부에 수직연장 형성되고 일면에 수개의 통공이 형성된 제 3연결덕트부와, 상기 통공에 일단이 결합되는 열교환파이프와, 상기 열교환파이프의 타단에 결합되는 수개의 통공이 형성된 제 4연결덕트부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 지중열을 이용한 덕트형 냉난방시스템.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 지열교환기내에 형성된 수개의 열교환파이프 사이의 외부 공간에 쇄석이 충진되고 냉각수공급부를 통해 냉각수가 충진되어, 상기 열교환파이프내의 공기와 지중열과의 열교환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 지중열을 이용한 덕트형 냉난방시스템.