KR100567450B1 - 난방 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양에너지를 열에너지를 이용하여 실내의 온도를 일정하게 유지시켜 에너지 효율을 높일 수 있는 난방 시스템에 관한 것으로서, 지상으로부터 소정높이로 쌓여지는 축열벽과, 축열벽의 양측에서 동일한 방향으로 연장되며 단부로 갈수록 높이가 낮아지는 측벽과, 축열벽의 상단으로부터 측벽의 상단을 따라 설치되는 투명천장과, 축열벽의 상부에 설치되어 태양에너지를 수집하는 집열기와, 집열기에서 수집된 열에너지를 외부에서 공급되는 물과 열교환하는 축열기와, 축열벽 내부에 매장되어 공급관을 통해 축열기로부터 온수를 공급받아 축열벽을 가열하는 가열수단과, 가열수단내의 물을 다시 회수관을 통해 축열기로 회류시키는 순환펌프와, 실내온도를 감지하여 설정값 이하일 때 순환펌프를 작동시키는 제어부로 이루어진 난방 시스템을 제공하며, 난방 시스템은 태양열을 수집하고 이를 이용하여 온수를 생성하여 축열벽내로 공급토록 함으로써 축열벽에 의해 실내가 가열되어 적정한 상태의 온도를 유지하므로 축열벽의 점유면적을 줄여 토지이용 효율을 높일 수 있고, 또한, 실내의 온도를 안정적으로 유지하여 에너지효율을 높일 수 있는 것이다.

난방 시스템, 축열벽, 집열기, 축열기, 온수탱크

Description

난방 시스템{HEATING SYSTEM}

도 1 은 본 발명에 따른 난방 시스템의 외관 구성을 보인 사시도

도 2 는 본 발명에 따른 난방 시스템의 내부 구성을 보인 측단면도

도 3 은 본 발명에 따른 난방 시스템의 작동상태를 보인 개략 블록도

도 2 는 본 발명에 따른 난방 시스템에 있어서 가열수단의 다른 실시예를 보인 사시도

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

10: 축열벽 12: 측벽

14: 투명천장 16: 실내

20: 집열기 22: 축열기

24: 공급관 26: 온수탱크

28: 회수관 30: 순환펌프

32: 드레인밸브 40: 공급펌프

42: 보충수관 50: 단열벽

본 발명은 난방 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양에너지를 열에너지화 하여 저장하는 축열수단에 의해 실내의 온도를 일정하게 유지시켜 에너지 효율을 높일 수 있는 난방 시스템에 관한 것이다.

잘 알려져 있는 바와 같이 난방 시스템은 동절기 등에 야채 또는 과일을 비롯한 화훼 등의 농업을 가능케 하는 것으로서 통상 난방시설을 필요로 한다. 특히, 난방시설은 주로 온도가 크게 떨어지는 야간 또는 혹한기에 이용되는 것으로서, 온도에 민감한 작물 등을 재배하기 위한 난방 시스템에 있어서는 더욱 필수적인 요소이다.

종래의 난방수단으로는 주로 실내에 연탄난로나 유류보일러를 설치하여 난방을 실시하고 있었다.

그러나 이러한 것은 경제성이 떨어지는 것은 물론 농작물 생장에 좋지 않은 영향을 미치게 되는 문제를 갖고 있었다. 즉, 난방비가 과다하게 투입되는 것은 물론 난방관리를 위해 작업자가 상주하여 하므로 인건비 등의 유지관리비가 많이 소요되는 문제를 갖고 있는 것이다.

또한, 보일러의 미연소 가스에 의해 내부공기가 오염되어 식물생장을 저해하는 요인으로 작용하기 때문에 수확량이 감소하는 문제점을 갖고 있었던 것이다.

이러한 문제를 해결하고자 본 출원인은 대한민국특허등록 제0380668호에 개 시된 바와 같은 축열식 비닐 하우스를 개발한바 있다. 이는 황토를 주성분으로 하고 볏짚과 소금, 물 등을 혼합하여서 된 축열벽과, 이 축열벽을 기준으로 반 아치형 난방 시스템을 설치하여 낮동안에 태양복사열을 축열벽에 저장하고, 온도가 내려가는 일몰 후에 축열벽의 열이 실내로 발산되도록 하여 온도를 유지하도록 하도록 하는 '축열식 비닐 하우스'이다.

그러나, 이와 같은 비닐하우스는 야간 또는 동절기 등에 있어서 우천시 또는 일몰 후에는 온도가 급격하게 떨어지게 될 때 축열벽은 저장하고 있던 열은 실내로 공급되어 실내의 온도저하를 최대한 억제하게 된다. 그러나 혹한기에는 축열벽의 축열기능만으로는 실내의 온도를 안정하게 유지할 수 없었던 문제를 갖고 있었던 것이다.

특히, 열저장능력을 크게 하기 위해서는 축열벽의 두께가 충분히 두꺼워야 하므로 축열벽을 차지하는 면적이 커지는 것으로 인해 몇 가지 문제점이 발생되고 있었다. 즉, 축열용량은 축열벽의 체적(두께)에 비례하게 되므로 충분한 축열성능 유지하기 위해서는 두껍게 구성하여야만 했으므로 축열벽이 차지하는 바닥면적이 커지게 된다. 따라서 상대적으로 농지를 축소하는 결과를 초래하는 등 토지이용효율을 저하시키는 문제를 갖고 있는 것이다.

또한, 종래의 축열식 비닐하우스 축열벽자체만의 축열성능에 전적으로 의존하여 실내의 보온을 이루고 있으므로 기상조건이 열악한 경우 보온기능을 상실하게 되어 작황이 저조하게 되는 문제를 갖고 있었다. 이는 흐린 날씨가 지속되는 경우 매우 심각한 문제로 작용하게 된다.

또한, 종래의 비닐하우스는 대지를 통한 열손실을 차단하는 마땅한 수단이 제공되어 있지 않으므로 에너지 효율이 저하되는 문제를 수반하고 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 축열벽의 점유면적을 줄여 토지이용 효율을 높임으로써 단위면적당 생산효율을 높일 수 있는 난방 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 보온효과를 안정적으로 유지하여 생산성을 높일 수 있고 주택등에도 다양하게 이용할 수 있는 난방 시스템을 제공함에 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성함에 있어 태양에너지를 이용한다. 태양에너지 이용에 관한 개요를 살펴보면, 태양에너지 이용분야 중 태양광선의 파동성질을 이용하는 광열학적 분야인 태양열의 직접이용 분야는 집열온도, 즉 활용온도에 따라 저온(100℃이하), 중온(100∼300℃), 고온(300℃이상) 활용분야로 세분한다. 태양에너지를 난방. 온수에 이용하기 위해서 필요한 장치를 보통 태양열 장치라고 부르는데, 가장 중요한 부분은 태양열 집열판(집열기 또는 집열장치)이다. 집열판은 말 그대로 태양으로부터 오는 에너지를 모아서 열로 변환하는 장치로, 가장 간단한 형태는 빛을 잘 흡수하는 검은색관 속으로 물이 흐르는 것이다. 집열판으로 가장 많이 퍼진 것은 평판 집열판이다. 이것은 빛을 투과하는 투명한 외부층(유리나 플라스틱)이 빛을 흡수하는 검은색의 내부 구성물을 둘러싼 형태로 이루어져 있어서 온실효과를 일으킨다. 빛이 집열판 속으로 들어오면 이것은 검은색의 내부에 부딪쳐 적외선으로 바뀌는데, 적외선은 투명층을 통과하지 못하므로 내부는 점점 더 뜨거 워진다. 이렇게 뜨거워진 내부에는 열을 흡수했다가 전달하는 매체가 흐르는데, 이 매체가 열을 난방용이나 온수용 물로 전달한다. 국내에서는 태양열 집열판이 대부분 온수용으로 사용되지만, 유럽 등지에서는 온수용뿐만 아니라 난방용으로도 사용된다.

이러한 본 발명의 목적은 지상으로부터 소정높이로 쌓여지는 축열벽과, 축열벽의 양측에서 동일한 방향으로 연장되며 단부로 갈수록 높이가 낮아지는 측벽과, 축열벽의 상단으로부터 측벽의 상단을 따라 설치되는 투명천장과, 축열벽의 상부에 설치되어 태양에너지를 수집하는 집열기와, 집열기에서 수집된 열에너지를 외부에서 공급되는 물가 열교환하는 축열기와, 축열벽 내부에 매장되어 공급관을 통해 축열기로부터 온수를 공급받아 축열벽을 가열하는 가열수단과, 온수탱크의 물을 다시 회수관을 통해 축열기로 회류시키는 순환펌프와, 실내온도를 감지하여 설정값 이하일 때 순환펌프를 작동시키는 제어부로 이루어진 난방 시스템에 의해 달성될 수 있다.

상기 가열수단은 축열벽 전장에 걸쳐 횡방향으로 배치되어 온수저장공간을 갖는 온수탱크로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 가열수단은 온수관을 축열벽 내를 고르게 가열하도록 지그재그(zigzag) 형태로 배열시킨 구성도 예상된다.

상기 회수관에는 공급펌프에 의해 개폐 제어되는 보충수관이 설치되어 손실되는 물을 보충하게 된다. 보충수관은 지하의 수맥에 매립되어 지하수를 공급토록 하는 것이 바람직하다.

상기 회수관에는 관로상의 물을 배출하는 드레인밸브가 설치되어 관로의 청소 등을 가능하게 한다.

본 발명에 따르면, 실내의 지하부분을 감싸도록 온실주위의 지면으로부터 지하를 향해 이정깊이의 단열벽이 설치되어 지면을 통한 열손실을 최소화할 수 있다. 단열벽은 1~2.5M의 깊이를 갖는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 난방 시스템의 바람직한 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.

도 1에는 본 발명에 따른 난방 시스템의 도면의 구성을 보인 사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 그 내부구조를 보인 측단면도가 도시되어 있다.

이에 따르면 본 발명은 지상으로부터 소정높이로 쌓여지는 축열벽(10)이 설치된다. 축열벽은 황토와 볏짚을 혼합하여 구성되는 것이 바람직하다. 바람직하기로는 소금을 첨가하여 수분량을 적절하게 유지하는 것에 의해 구조적인 안정성을 유지시키는 것이 좋다.

축열벽(10)의 양측에는 측벽(12)이 각각 연장 구성된다. 측벽(12)은 축열벽(10)으로부터 동일한 방향으로 연장되며 단부로 갈수록 높이가 낮아지도록 반아치형으로 구성된다. 이 측벽은 남향으로 연장되어 차후에 설명될 실내(16)로 가능한 최대의 햇빛이 유입되도록 구성된다.

축열벽(10)의 상단으로부터 측벽의 상단을 따라 설치되는 투명천장(14)이 설 치된다. 투명천장(14)은 빛을 투과시키는 것으로 통상의 비닐로 이루어진다. 본 발명에 따르면, 투명천장의 상부에는 보온용 덮개(도시되지 않음)가 설치되어 일몰 후에 투명천장을 덮어 열손실을 줄이도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 구성은 위에서 언급한 본인의 선등록 출원에 상세히 기재되어 있으므로 구체적인 설명은 생략한다.

한편, 축열벽의 상부에는 태양에너지를 수집하는 집열기(20)가 설치되어 있다. 집열기(20)에는 수집된 열에너지를 외부에서 공급되는 물과 열교환하는 축열기(22)가 연결되어 있다.

축열벽(10)에는 공급관(24)으로 축열기(22)에 연결되어 축열기(22)에서 열교환된 온수를 공급받는 온수탱크(26)가 설치된다. 온수탱크(26)는 축열벽 시공시 내부에 매장되어 함께 시공되며, 축열벽(10)의 전장에 걸쳐 횡방향으로 길게 구성되어 축열벽 전체를 고르게 가열토록 구성된다. 온수탱크(26)은 내부는 연통공을 갖는 사절판(도시되지 않음)등을 설치하여 공급관(24)을 통해 공급된 물이 일차적으로 유입단의 반대측으로 회류한후에 후술하는 회수관으로 배출될 수 있는 구조를 갖도록 구성되는 것이 바람직하다.

온수탱크(26)에는 탱크내의 물을 다시 축열기(22)로 회류시키는 회수관(28)이 연결되고, 회수관(28)에는 몰의 순환력을 제공하는 순환펌프(30)가 설치되어 있다. 순환펌프(30)는 공급관(24)상에 설치되는 것도 가능하다. 이와 같이 축열기(22), 공급관(24), 온수탱크(26) 및 회수관(28)은 순환펌프(30)에 의해 선택적으로 물이 회류하는 온수회로를 구성한다.

본 발명은 실내(16)의 온도를 감지하는 온도감지센서(26a) 및 이 온도감지센서(26a)의 온도값을 설정값과 비교하여 순환펌프(30)의 작동을 제어하는 제어부(34)를 포함한다.

또한, 회수관(28)에는 공급펌프(40)에 의해 개폐제어되는 보충수관(42)이 설치된다. 보충수관(42)은 위에서 언급한 온수회로내의 물이 소모되어 부적하게 될 경우 부족분을 보충하는 것으로, 지하의 수맥에 매립되어 지하수를 공급토록 하는 것이 바람직하다.

상기 회수관에는 필요에 따라 관로상의 물을 배출하는 드레인밸브(drain valve)(32)가 설치된다. 드레인밸브(32)는 통상의 스트레이너(strainer)로 대체하여 온수내의 이물질을 필터링할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명은 실내의 지하부분을 감싸는 단열벽(50)이 설치되어 있다. 단열벽(50)은 지면으로부터 지하를 향해 일정깊이로 구성되는 것으로서 1~2.5M의 깊이를 갖는 것이 바람직하다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 난방 시스템은 일조시에 집열기(20)에서 태양에너지를 열에너지로 변화시키고 축열기(22)에서 열을 축적하게 된다.

온도감지센서(26a)에 의해 측정된 실내의 온도가 설정된 값 이하로 떨어지게 되면 제어부에서는 순환펌프(30)를 작동시키게 된다. 순환펌프(30)가 작동하면 온수탱크(26)내의 물은 회수관(28)을 통해 축열기(22)로 공급되어 축열기(22)의 물은 공급관(24)을 통해 온수탱크(26)로 공급된다. 따라서, 축열기(22)에서는 저장된 열 을 이용하여 회수관(28)으로 유입되는 물과 열교환이 이루어지므로 물은 가열된 상태에서 공급관(24)을 통해 공급되어 진다.

온수탱크(26)내로 공급된 온수는 주위의 축열벽(10)을 가열하게 되고, 축열벽(10)은 동시에 열을 저장함과 동시에 상대적으로 저온인 실내(16)로 열을 공급하여 실내의 온도를 상승시키게 된다.

지속적인 축열벽의 가온에 의해 점차적으로 실내(16)의 온도가 상승하게 되면 온도감지센서(26a)에서 감지되는 온도값이 설정값을 초과하게 되고, 제어부(34)에서는 온도감지센서의 신호에 따라 순환펌프(30)의 작동을 중지시켜 순한작용이 멈추게 된다.

본 발명에 따르면 이러한 작용은 실내(16)의 온도에 따라 지속적으로 작동과 정지를 반복실시하여 실내의 온도를 항시 일정한 범위내로 유지할 수 있게 된다.

도 3에는 이해를 돕기 위해 이러한 작동을 블록도로 도시하고 있다.

상기 온수는 시간경과에 따라 일정량이 소모되어 물이 부족하게 되면 공급펌프(40)를 작동시켜 보충수관(42)을 통해 지하수를 공급하여 부족량을 보충하게 된다.

또한, 본 발명은 건물 주위에 지하로 일정깊이 매설되는 단열벽(50)을 설치하고 있어 대지를 통한 열손실을 크게 줄일 수 있으므로 실내의 온도를 효과적으로 유지할 수 있게 된다. 특히, 대지는 깊게 들어갈수록 온도가 올라가게 되므로 측방으로의 복사에 의한 열손실이 많으므로 단열벽(50)의 깊이는 1~2.5M로 하는 것에 의해서도 열방출 저지효과가 매우 양호하게 된다.

한편, 도 4에는 본 발명에 따른 가열수단의 다른예가 도시되어 있는데 이에 다르면, 가열수단은 축열벽(10)내에 지그재그(zigzag)형태로 온수관(60)을 배열하고 있다. 이러한 구성은 온수관(60)을 통과하는 온수에 의해 축열벽이 가열되는 구조로서 통상의 보일러 난방의 구조와 유사하다. 이러한 구성은 가온효과는 온수탱크에 비해 다소 미흡하나 대용량의 온수탱크를 설치하지 않고 손쉽게 시공이 가능하며 경제적인 효과를 가지므로 필요에 따라 설치 가능한 구성이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 난방 시스템은 태양열을 수집하고 이를 이용하여 온수를 생성하고, 야간이나 동절기등 필요한 시기에 축열벽내에 설치되 가열수단으로 공급토록 함으로써 이 가열수단에 의해 가열된 축열벽에 의해 실내가 가열되어 적정한 상태의 온도를 유지할 수 있게 된다. 따라서, 축열벽을 두텁게 형성하지 않아도 축열기능 및 실내의 열손실 차단기능을 충분히 수행하게 되므로 축열벽의 점유면적을 줄여 토지이용 효율을 높일 수 있고, 또한, 실내의 온도를 안정적으로 유지하여 생산성을 높일 수 있고, 주택등에 다양하게 이용할 수 있는 것은 물론 에너지를 절약할 수 있는 효과를 갖는 것이다.

Claims (8)

1. 삭제
2. 지상으로부터 소정높이로 쌓여지는 축열벽과,

   축열벽의 양측에서 각각 축열벽과 직교하는 방향에서 대향하도록 연장되며 단부로 갈수록 높이가 낮아지는 측벽과,

   축열벽의 상단으로부터 측벽의 상단을 따라 설치되는 투명천장과,

   축열벽의 상부에 설치되어 태양에너지를 수집하는 집열기와,

   집열기에서 수집된 열에너지를 외부에서 공급되는 물과 열교환하는 축열기와,

   축열벽 내부에 전장에 걸쳐 횡방향으로 배치되어 공급관을 통해 축열기로부터 온수를 공급받아 축열벽을 가열하는 온수탱크와,

   가열수단의 물을 다시 회수관을 통해 축열기로 회류시키는 순환펌프와,

   실내온도를 감지하여 설정값 이하일 때 순환펌프를 작동시키는 제어부로 이루어진 난방 시스템.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 회수관에는 공급펌프에 의해 개폐 제어되는 보충수관이 설치되는 것을 특징으로 하는 난방 시스템.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 보충수관은 지하의 수맥에 매립되어 지하수를 공급토록하는 것을 특징으로 하는 난방 시스템.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 회수관에는 관로상의 물을 배출하는 드레인밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 난방 시스템.
7. 제 1 항 내지 제 6항중 어느 한 항에 있어서, 건물 주위의 지면으로부터 지하를 향해 단열벽이 설치되는 것을 특징으로 하는 난방 시스템.
8. 제 7 항 에 있어서, 상기 단열벽은 1~2.5M의 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 난방 시스템.

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