KR101457388B1 - 지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템의 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아파트나 상업용 건물의 지하 주차장과 같은 지하 구조물의 바닥공간으로부터 지열을 회수하여 냉난방에 활용하도록 구성되는 지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템의 시공방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 지중 열교환기를 설치하기 위하여 별도의 부지를 마련해야 하는 동시에, 지중 열교환기의 설치를 위한 굴착 및 매립 과정이 요구되어 설치비용이 증가되었던 종래의 지중 열교환 시스템의 문제점을 해결하여, 아파트나 상업용 건물의 지하주차장 바닥시공시 매트 기초 내에 수평형 지중 열교환기를 설치함으로써, 종래의 시공방법에 비하여 설치가 용이한 동시에 시공비용을 절감할 수 있는 지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템의 시공방법이 제공된다.

Description

지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템의 시공방법{Method for construction of ground heat exchanger system using floor space of the underground structures}

본 발명은 지열을 이용하여 냉난방을 행하는 지중 열교환 시스템(ground heat exchanger system)에 관한 것으로, 더 상세하게는, 아파트나 상업용 건물의 지하 주차장과 같은 지하 구조물의 바닥공간으로부터 지열을 회수하여 냉난방에 활용하도록 구성되는 지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템의 시공방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명자에 의해 2012년 12월 06일자로 한국 특허청에 출원된 특허출원 제10-2012-0140679호에 제시된 바와 같은 "지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템의 시공방법"을 개선하여, 지하주차장 바닥시공시 매트 기초 내에 수평형 지중 열교환기를 더욱 용이하게 설치할 수 있는 지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템의 시공방법에 관한 것이다.

최근, 일반 가정에까지 에어컨 및 전열기가 보급됨에 따라, 이러한 에어컨이나 전열기의 사용이 증가하여 냉방 및 난방에 사용되는 에너지 사용량이 꾸준히 증가하고 있으나, 이러한 에너지 사용량의 증가 추세에 에너지의 공급이 따라가지 못하여 에너지 부족 현상이 사회적인 문제로 대두되고 있다.

따라서 이를 해결하기 위한 방안의 하나로서, 근래에는, 에너지 절약과 더불어 기존의 석유나 석탄 등의 화석 연료나 전기를 이용한 냉난방 시스템을 대체할 수 있는 새로운 대체 에너지에 대한 수요가 증가하고 있다.

즉, 이러한 대체 에너지로서, 최근에는 예를 들면, 태양열, 풍력, 파력, 지열 등의 자연 자원을 이용한 신재생 에너지에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

아울러, 태양열, 풍력, 파력, 지열 등의 자연 자원을 이용한 이러한 신재생 에너지들은, 자연 자원을 그대로 이용하므로 석탄이나 석유 또는 원자력 발전과 같이 공해물질이 발생하지 않는다는 장점도 있다.

또한, 에너지 절약 차원에서 가장 효율적인 방안은 일반 가정이나 사무실 등에서 냉난방에 소비되는 에너지를 줄이는 것이며, 이를 위한 방안의 하나로, 최근에 건축되는 건물들에는, 기존의 전기나 석유 또는 가스를 이용한 냉난방 설비를 대신하여 땅 속의 지열을 이용하여 냉난방을 행하는 지중 열교환 시스템이 많이 적용되고 있다.

즉, 예를 들면, 아파트나 공동주택 단지, 학교, 병원, 숙박시설, 공공기관 및 대형 빌딩 등의 건축시에 상기한 바와 같은 지열을 이용한 냉난방 시스템을 구비함으로써, 전력 소비량과 에너지 소비를 크게 감소할 수 있다.

더 상세하게는, 이러한 지열을 이용한 냉난방 시스템은, 크게 나누어, 지중 열교환기, 히트펌프 및 실내 배관으로 구성되어, 여름에는 실내의 더운 열을 지반으로 보내고 지반을 통과한 차가운 바람이나 물을 이용하여 실내를 냉방하며, 겨울에는 실내의 차가운 공기를 지반으로 보내고 상대적으로 따뜻한 공기나 물로부터 열을 얻는 것으로, 연중 온도가 일정한 지하수, 지표수 등을 냉방시에는 히트싱크로, 난방시에는 히트소스로 이용하여 건축물의 냉난방을 동시에 가능하도록 하는 시스템이다.

여기서, 종래의 지중 열교환 장치는, 그 설치 형태에 따라 하나 또는 다수의 시추공에서 지하수를 순환시켜 열 교환하는 수직형 지중 열교환기와, 열교환기를 넓게 수평방향으로 매립하여 열교환시키는 수평형 지중 열교환기로 구분된다.

즉, 도 1 및 도 2를 참조하면, 도 1은 종래의 수직형 지중열교환기의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 종래의 수평형 지중열교환기의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.

먼저, 종래의 수직형 지중 열교환기는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 지중열을 이용하기 위해 지열 히트펌프나 축열식 지열 히트펌프를 사용한 폐회로형 지중 열교환기 시스템으로 구성되는 것이 일반적이고, 이러한 축열식 지열 히트펌프는, 전체 부하 중 일부를 축열조가 담당함으로써 전체 히트펌프 용량을 감소하여 기존의 지열 히트펌프보다 초기 투자비가 적게 드는 장점이 있다.

그러나 상기한 바와 같은 폐회로형 지중 열교환기 시스템은, 대형 빌딩과 같이 냉난방 부하가 큰 건물의 경우에는 지중에 설치되는 폐회로형 지중 열교환기의 설치 심도나 천공수가 급격히 증가하여 초기비용이 매우 커지게 되며, 그에 대응하여 적절한 지중 열교환기의 설치 면적을 확보하기가 어렵다는 문제가 있고, 더하여, 가용면적에 의하여 축열조의 크기가 제한되거나 축열조 용량에 한계가 있다는 구조적인 문제점이 있다.

또한, 도 2에 나타낸 바와 같은 수평형 지중 열교환기는, 지중에 설치된 파이프 또는 코일 내부의 열 매체가 지중을 순환하면서 열교환된 후 건물 내부에 설치된 히트펌프를 통해 열교환함으로써 지중열을 건물의 냉난방 용도로 이용하도록 구성된다.

이러한 구조의 수평형 지중열교환 장치는, 도 1의 수직형 지중 열교환 장치에 비하여 매립과 시공이 간편하여 일반 건물의 냉난방뿐만 아니라 온실 냉난방에도 많이 적용이 되고 있으나, 온실 부지의 지하에 지중 열교환기를 설치할 경우 지중 열교환기의 열교환에 의한 지반 내 온도 변화로 식생이 성장하기 위한 토양 내 적합한 온도와 습도를 유지하기가 어렵게 된다. 따라서 종래의 수평형 지중열교환 장치는, 일반적으로, 도 2에 나타낸 바와 같이, 건물 외부의 별도의 부지에 설치되어야 하며, 그만큼 설치 면적을 많이 확보해야 하는 문제점이 있다.

또한, 상기한 바와 같은 종래의 지중 열교환 시스템의 문제를 해결하기 위한한 종래의 지중 열교환 시스템의 구체적인 예로는, 예를 들면, 한국 등록특허 제10-1063182호(2011.09.01.)에 개시된 바와 같은 "능동식 수평형 지중열교환 장치"가 있다.

상기한 등록특허 제10-1063182호의 능동식 수평형 지중열교환 장치는, 온실 부지의 지하에 지중 열교환기를 설치할 경우 지중 열교환기의 열교환에 의한 지반 내 온도 변화로 식생이 성장하기 위한 토양내 적정 온도와 습도를 유지하기가 어려웠던 문제를 해결하기 위해, 열교환이 일어나는 지반 내 온도를 빠른 시간에 능동적으로 회복시켜 줄 수 있고 습도조절이 가능한 수평형 지중 열교환 장치를 제공하고자 하는 것이다.

그러나 상기한 등록특허 제10-1063182호의 능동식 수평형 지중열교환 장치는 온실 부지의 지하에 설치되는 지중 열교환기에 관한 기술내용을 제시하고 있을 뿐, 아파트와 같은 일반 주택이나 상업용 건물에 적합한 지열 냉난방 시스템의 시공방법에 대하여는 고려된 바 없었다.

또한, 종래의 지중 열교환기에 대한 다른 예로서, 한국 공개특허공보 제10-2011-0108819호(2011.10.06.)에 제시된 바와 같은 "지열 열교환 장치 및 지열교환기 시공방법"이 있다.

상기한 공개특허공보 제10-2011-0108819호의 지열 열교환 장치는, 수직방향으로 복수의 단으로 층을 형성하는 열교환 지관을 구성하고, 이 열교환 지관을 지면에 대하여 수직의 저심도로 파낸 복수의 골에 일대일로 대응하여 매립함으로써, 넓은 부지가 아닌 좁은 부지에서도 수평형 지열 열교환기를 시공할 수 있고, 수평형 지열 열교환기의 시공을 간소화할 수 있으며, 또한, 복수의 열교환 지관을 유출관과 유입관에 병렬 연결하고 각 열교환 지관마다 지관 밸브를 설치함으로써 복수의 열교환 지관의 운영 및 유지 보수를 편리하고도 효율적으로 수행할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 지열 열교환 장치 및 지열교환기 시공방법에 관한 것이다.

그러나 상기한 공개특허공보 제10-2011-0108819호의 지열 열교환 장치도, 종래의 다른 방법들과 마찬가지로 건축물 외부에 별도의 공간을 마련하고, 굴착을 통해 열교환기를 매설해야 하는 문제점이 있다.

즉, 상기한 바와 같이 종래의 지열을 이용한 냉난방 시스템들은, 지중 열교환 시스템을 매설하기 위한 별도의 부지가 필요하고, 또한, 지중 열교환 시스템이 매설을 위해 굴착 및 매립 등의 여러 단계의 작업이 요구되어 시공이 용이하지 못할 뿐만 아니라, 그만큼 시공비용도 많이 드는 문제점이 있다.

따라서 상기한 바와 같은 종래의 지중 열교환기의 시공방법들의 문제점을 해결하여, 지중 열교환시스템을 별도의 부지에 매립할 필요 없이 보다 용이하게 지중 열교환 시스템을 설치할 수 있는 새로운 시공방법을 제시하는 것이 바람직하나, 아직까지 그러한 요구를 모두 만족시키는 시공방법은 제공되지 못하고 있는 실정이다.

따라서 본 발명의 목적은, 지중 열교환기를 설치하기 위하여 별도의 부지를 마련해야 했던 종래의 지중 열교환 시스템 시공방법의 문제점을 해결하여, 아파트나 상업용 건물의 지하 구조물의 바닥공간을 이용하여 지중 열교환 시스템을 설치함으로써, 지중 열교환 시스템을 설치하기 위한 별도의 부지를 마련할 필요가 없는 지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템의 시공방법을 제공하고자 하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은, 지중 열교환기의 설치를 위하여는 굴착 및 매립과 같은 복잡한 과정이 요구되어 설치비용이 증가되었던 종래의 지중 열교환 시스템의 문제점을 해결하여, 아파트나 상업용 건물의 지하 구조물의 바닥공간을 이루는 기초 슬라브 내에 수평형 지중 열교환기를 매립하여 형성함으로써, 상기한 바와 같이 지중 열교환 시스템을 설치하기 위한 별도의 부지를 마련할 필요가 없는 동시에, 지중 열교환 시스템을 위한 별도의 굴착과 매립 과정이 필요 없이 지중 열교환 시스템을 용이하게 설치할 수 있도록 하여 시공 비용을 감소할 수 있는 지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템의 시공방법을 제공하고자 하는 것이다.

아울러, 본 발명의 또 다른 목적은, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명자에 의해 2012년 12월 06일자로 한국 특허청에 출원된 특허출원 제10-2012-0140679호에 제시된 바와 같은 "지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템의 시공방법"을 더욱 개선하여, 기존의 방법과 같이 기초면에 일정 간격으로 지지대를 설치하고 지지대를 축으로 하여 지그재그 형태로 감아 나가면서 파이프를 설치할 필요 없이 지하주차장 바닥시공시 매트 기초 내에 수평형 지중 열교환기를 더욱 용이하게 설치할 수 있는 지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템의 시공방법을 제공하고자 하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템의 시공방법에 있어서, 상기 지하구조물의 바닥공간을 형성하기 위한 기초면을 형성하는 단계; 상기 기초면에 지중 열교환기를 구성하기 위한 파이프를 설치하는 단계; 상기 파이프가 설치된 상기 기초면 상에 철근을 망 형태로 설치하는 단계; 및 상기 파이프 및 상기 철근이 설치된 상기 기초면 위에 콘크리트를 타설하여 지중 열교환기가 매립된 기초 슬라브를 형성하는 단계를 포함하여 구성되며, 상기 기초면을 형성하는 단계는, 상기 기초면을 형성시 상기 파이프를 설치하기 위한 파이프 설치홈을 상기 기초면의 표면에 함께 형성하고, 상기 파이프를 설치하는 단계는, 상기 파이프 설치홈을 따라 상기 파이프를 설치함으로써, 별도의 장비나 도구를 사용할 필요 없이 상기 파이프를 설치 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템의 시공방법이 제공된다.

여기서, 상기 파이프를 설치하는 단계에서, 상기 파이프는, 고밀도 폴리에틸렌(High-density polyethylene, HDPE) 재질로 이루어진 파이프를 이용하여 설치하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 파이프를 설치하는 단계는, 상기 기초 슬라브를 형성하는 단계에서 콘크리트 타설 후에도 상기 파이프의 시작과 끝 부분이 콘크리트 밖으로 미리 정해진 일정 길이만큼 노출되도록 설치하여, 노출된 부분을 통해 히트펌프부와 연결하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

또는, 상기 파이프를 설치하는 단계는, 상기 파이프 양끝 부분에, 상기 기초 슬라브를 형성하는 단계에서 콘크리트 타설 후에도 일정 길이로 돌출되도록 지지대를 설치하고, 상기 지지대에 상기 파이프의 양끝 부분을 고정하여 상기 콘크리트 타설 후에 상기 파이프의 양끝 부분이 콘크리트 밖으로 노출되도록 설치하여, 노출된 부분을 통해 히트펌프부와 연결하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기한 시공방법은, 상기 기초 슬라브를 형성하는 단계에서 상기 콘크리트를 타설하여 상기 기초 슬라브를 형성한 후, 연결 소켓을 이용하여 상기 콘크리트 밖으로 노출된 상기 파이프의 양끝 부분과 지상에 설치된 히트펌프를 연결하는 단계를 더 포함하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

더욱이, 상기 파이프를 설치하는 단계는, 상기 지지대와 접하는 부분 및 상기 파이프의 파손 위험이 우려되는 부분에 상기 파이프의 파손을 방지하기 위한 보호관을 설치하는 단계를 더 포함하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따르면, 지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템에 있어서, 상기 지하구조물의 바닥공간을 형성하는 기초슬라브와 일체로 형성되는 지중 열교환기; 상기 지중 열교환기로부터의 지열을 이용하여 냉난방을 행하는 히트펌프부 및 상기 히트펌프부로부터의 냉난방을 실내에 전달하는 순환펌프부를 포함하여 구성되고, 상기 지중 열교환기는, 상기에 기재된 지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템의 시공방법을 이용하여 설치되는 것을 특징으로 하는 지중 열교환 시스템이 제공된다.

상기한 바와 같이, 본 발명은, 아파트나 상업용 건물의 지하 구조물의 바닥공간을 이루는 기초 슬라브 내에 수평형 지중 열교환 시스템을 매립하는 지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템의 시공방법을 제공함으로써, 별도의 지중 열교환 시스템을 설치하기 위한 별도의 부지를 마련할 필요가 없는 이점이 있다.

또한, 본 발명은, 아파트나 상업용 건물의 지하 구조물의 바닥공간을 이루는 기초 슬라브 내에 수평형 지중 열교환 시스템을 매립하는 지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템의 시공방법을 제공함으로써, 지중 열교환 시스템을 설치하기 위한 별도의 부지를 마련할 필요가 없는 동시에, 지중 열교환 시스템을 위한 별도의 굴착과 매립 과정이 필요 없이 지중 열교환 시스템을 용이하게 설치할 수 있으므로, 시공 비용을 줄일 수 있고, 나아가 건물 전체의 건축비용을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

아울러, 본 발명은, 본 발명자에 의해 기존에 제시된 시공방법과 같이 기초면에 일정 간격으로 지지대를 설치하고 지지대를 축으로 하여 지그재그 형태로 감아 나가면서 파이프를 설치할 필요 없이, 기초면 형성시 파이프 설치홈을 형성하여 특별한 도구나 시공단계를 거치지 않아도 지하주차장 바닥시공시 매트 기초 내에 수평형 지중 열교환기를 더욱 용이하게 설치할 수 있다.

도 1은 종래의 수직형 지중 열교환기의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 수평형 지중 열교환기의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명자에 의해 기존에 제시된 지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 플로차트이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템의 시공방법의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 플로차트이다.
도 6은 도 5에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템의 시공방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 5에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템의 시공방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 5에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템의 시공방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 파이프의 끝 부분을 콘크리트 밖으로 노출되도록 하고 연결소켓을 이용하여 파이프와 히트펌프를 연결한 모습을 나타내는 도면이다.
도 10은 파이프의 파손을 방지하기 위한 보호관이 설치된 모습을 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템의 시공방법의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.

여기서, 이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예일 뿐이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시예의 내용으로만 한정되는 것은 아니라는 사실에 유념해야 한다.

즉, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 지중 열교환기를 설치하기 위하여 별도의 부지를 마련해야 했던 종래의 지중 열교환 시스템 시공방법의 문제점을 해결하기 위하여, 아파트나 상업용 건물의 지하 구조물의 바닥공간을 이용하여 지중 열교환 시스템을 설치함으로써, 지중 열교환 시스템을 설치하기 위한 별도의 부지를 마련할 필요가 없는 지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템의 시공방법에 관한 것이다.

또한 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 지중 열교환기의 설치를 위하여는 굴착 및 매립과 같은 복잡한 과정이 요구되어 설치비용이 증가되었던 종래의 지중 열교환 시스템의 문제점을 해결하기 위해, 아파트나 상업용 건물의 지하 구조물의 바닥공간을 이루는 기초 슬라브 내에 수평형 지중 열교환기를 매립하여 형성함으로써, 상기한 바와 같이 지중 열교환 시스템을 설치하기 위한 별도의 부지를 마련할 필요가 없는 동시에, 지중 열교환 시스템을 위한 별도의 굴착과 매립 과정이 필요 없이 지중 열교환 시스템을 용이하게 설치할 수 있도록 하여 시공 비용을 감소할 수 있는 지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템의 시공방법에 관한 것이다.

아울러, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 본 발명자에 의해 제시된 기존의 시공방법을 더욱 개선하여, 기존의 방법과 같이 기초면에 일정 간격으로 지지대를 설치하고 지지대를 축으로 하여 지그재그 형태로 감아 나가면서 파이프를 설치할 필요 없이 지하주차장 바닥시공시 매트 기초 내에 수평형 지중 열교환기를 더욱 용이하게 설치할 수 있는 지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템의 시공방법에 관한 것이다.

즉, 종래의 수평형 지중 열교환기는, 일반적으로 건물 외부의 별도의 부지에 설치되어야 하므로 설치 면적이 많이 필요하고 지반의 굴착 후 매립과 같은 여러 단계의 작업이 요구되어 시공이 용이하지 못한 단점이 있었으며, 이러한 문제를 해결하기 위해, 종래, 본 발명자에 의해 출원된 특허출원 제10-2012-0140679호의 "지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템의 시공방법"에 제시된 바와 같이, 아파트나 상업용 건물의 지하 구조물의 바닥공간을 이루는 기초 슬라브 내에 수평형 지중 열교환 시스템을 매립함으로써 열교환시스템을 보다 용이하게 설치할 수 있는 시공방법이 제시된 바 있다.

더 상세하게는, 도 3을 참조하면, 도 3은 본 발명자에 의해 출원된 특허출원 제10-2012-0140679호의 "지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템의 시공방법"의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명자에 의해 기존에 제시된 시공방법은, 기초면(31)에 복수의 지지대(32)를 설치하고, 이러한 지지대에 파이프(33)를 감듯이 하여 설치함으로써, 별도의 부지 마련이나 매립 과정이 필요 없이 지중 열교환 시스템을 용이하게 설치할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 것이다.

그러나 상기한 특허출원 제10-2012-0140679호의 시공방법은, 별도의 부지 마련이나 매립 과정이 필요 없는 장점이 있으나, 기초면(31)에 복수의 지지대(32)를 설치하는 과정 및 각각의 지지대(32)에 파이프(33)를 감아나가면서 설치하는 과정으로 구성되어, 공정 단계의 간소화 및 개선의 여지가 있는 것이었다.

즉, 본 발명자는, 상기한 바와 같은 기존의 시공방법을 더욱 개선하여, 이하에 설명하는 바와 같이, 지지대와 같은 별도의 장비나 도구도 필요 없이 지중 열교환 시스템을 기초면에 더욱 신속하고 용이하게 설치할 수 있도록 하는 새로운 시공방법을 제안하였다.

계속해서, 첨부된 도면을 참조하여, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템의 시공방법의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.

먼저, 도 4를 참조하면, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템(40)은, 지하에 설치되는 수평형 열교환기로 구성되는 지중 열교환기(41), 지중 열교환기(41)로부터의 지열을 이용하여 냉난방을 행하는 히트펌프부(42) 및 히트펌프부(42)로부터의 냉난방을 실내에 전달하는 순환펌프부(43)를 포함하여 구성되고, 상기한 히트펌프(42) 및 순환펌프부(43)는 지상에 설치되며, 지중 열교환기(41)는 해당 건축물의 지하주차장과 같은 지하 구조물 공사시 바닥면을 이루는 기초슬라브 내에 매립되어 기초슬라브와 함께 형성되는 점은 기존의 시공방법과 같으나, 본 발명에 따른 시공방법은, 기초슬라브와 함께 지중 열교환기(41)를 시공하는 방법에 있어서 기존의 방법과 다르다.

계속해서, 도 5를 참조하여, 상기한 바와 같은 기초슬라브 내에 매립되는 지중 열교환기(41)의 구체적인 시공방법에 대하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템의 시공방법의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 플로차트이다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템의 시공방법은, 먼저, 시멘트와 자갈을 섞어 기초면을 형성하고(단계 S51), 이때, 기초면 상에 파이프를 설치하기 위한 파이프 설치홈을 파이프의 경로를 따라 형성하며, 그 후, 이러한 파이프 설치홈을 따라 파이프를 설치한 다음(단계 S52), 그 위에 철근을 망 형태로 설치하고(단계 S53), 다시 그 위에 콘크리트를 타설하여 지중 열교환기가 매립된 기초 슬라브를 형성한다(단계 S54).

더 상세하게는, 도 6 내지 도 8을 참조하면, 도 6 내지 도 8은 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템의 시공방법을 설명하기 위한 도면이다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템의 시공방법은, 도 6에 나타낸 바와 같이, 먼저, 기초면 형성단계에서 기초면(61)을 형성하고, 이때, 기초면(61) 상에 파이프(62)가 설치될 길을 만들기 위해 파이프(62)의 경로를 따라 파이프 설치홈(63)을 형성한다.

여기서, 설치홈(63)의 형성방법은, 예를 들면, 각목 등과 같은 소재를 이용하여, 기초면 형성시 기초면이 완전히 굳기 전에 모서리 부분을 기초면 상에 접하도록 한 후 압력을 가함으로써, V자 형태의 설치홈(63)을 찍어내듯이 하여 용이하게 형성할 수 있다.

아울러, 상기한 설치홈(63)은, 상기한 바와 같이 각목을 이용하여 형성되는 것으로만 한정되는 것은 아니며, 설치홈(63)을 적절하게 형성할 수 있는 것이면 상기한 각목 이외에 얼마든지 다른 재료을 이용하여 형성될 수 있는 것임에 유념해야 한다.

이어서, 파이프를 설치단계에서 파이프 설치홈(63)을 따라 파이프(62)를 설치하여 기초면(61) 상에 파이프(62)를 설치한다.

여기서, 상기한 파이프(62)는, 예를 들면, 고밀도 폴리에틸렌(High-density polyethylene, HDPE) 재질로 이루어진 파이프를 U자 형태로 절곡하여 사용할 수 있다.

또한, 상기한 파이프를 설치하는 단계에서, 히트펌프부(42)와 연결되는 상기 파이프(62)의 시작과 끝 부분은, 이후의 기초 슬라브를 형성하는 단계에서 콘크리트 타설 후에도 상기 파이프의 양끝 부분이 콘크리트 밖으로 노출되도록 설치하여, 이 부분을 통해 히트펌프부(42)와 연결한다.

또는, 상기한 파이프를 설치하는 단계는, 히트펌프부(42)와 연결하기 위한 파이프(62)의 시작과 끝 부분에만 기초 슬라브를 형성하는 단계에서 콘크리트 타설 후에도 일정 길이로 돌출되는 길이로 기존의 방법과 같이 지지대를 설치하고, 이러한 지지대에 파이프(62)의 양끝 부분을 고정하여 콘크리트 타설 후에도 파이프(62)의 양끝 부분이 콘크리트 밖으로 노출되도록 구성될 수도 있다.

계속해서, 철근을 설치하는 단계에서, 도 7에 나타낸 바와 같이, 가로 및 세로로 교차되도록 일정 간격으로 철근(71)을 설치한다.

다음으로, 기초 슬라브를 형성하는 단계에서, 도 8에 나타낸 바와 같이, 파이프(62) 및 철근(71)이 설치된 기초면(61)에 콘크리트를 타설하여, 지중 열교환기가 매립된 기초 슬라브(81)를 일체로 형성한다.

더 상세하게는, 도 9를 참조하면, 도 9는 파이프(62)의 끝 부분을 콘크리트 밖으로 노출되도록 하고 연결소켓(91)을 이용하여 파이프(62)와 히트펌프(42)를 연결하는 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다.

즉, 도 9에 나타낸 바와 같이, 파이프(62) 양끝의 일정 부분이 콘크리트 밖으로 노출되도록 하고, 연결소켓(91) 등을 이용하여 파이프(62)와 히트펌프(42)를 연결하도록 한다.

따라서 상기한 파이프(62) 및 지지대의 돌출부위는, 과도하게 길게 돌출될 필요 없이 연결소켓(91)을 연결할 수 있을 정도로만 돌출되면 충분하다.

더욱이, 상기한 바와 같이 파이프(62)와 지지대 사이에는 별도의 결합구나 고정장치가 필요 없으나, 예를 들면, 파이프(62)가 구부러지는 부분이나, 지지대를 사용시 지지대와 접하는 부분 등과 같이, 파이프(62)의 파손 위험이 우려되는 부분에는, 도 10에 나타낸 바와 같이 보호관(101)을 이용하여 파이프의 파손을 방지하도록 구성될 수 있다.

즉, 도 10을 참조하면, 도 10은 상기한 바와 같이 파이프(62)의 파손을 방지하기 위한 보호관(101)이 설치된 모습을 나타내는 도면이다.

도 10에 나타낸 바와 같이, 지지대와 접하는 부분이나 파이프(62)가 구부러지는 부분 등과 같이, 파이프(62)의 파손 위험이 우려되는 부분에 보호관(101)을 덧씌움으로써, 휘어짐이나 꺾임 또는 외부의 물리적 충격으로 인한 파이프(62)의 파손을 방지하고 수명을 연장시킬 수 있다.

따라서 상기한 바와 같은 과정을 통하여 본 발명에 따른 지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템의 시공방법을 구현할 수 있으며, 그것에 의해, 별도의 고정구나 조립 작업 등이 필요 없이, 파이프 설치홈(63)을 따라 파이프(62)를 배치하는 간단한 작업만으로 지중 열교환기를 설치할 수 있다.

아울러, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 아파트나 상업용 건물의 지하 구조물의 바닥공간을 이루는 기초 슬라브 내에 수평형 지중 열교환 시스템을 매립하는 지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템의 시공방법이 제공됨으로써, 지중 열교환 시스템을 설치하기 위한 별도의 부지를 마련해야 했던 종래의 지중 열교환 시스템 시공방법의 문제점을 해결할 수 있다.

더욱이, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 아파트나 상업용 건물의 지하 구조물의 바닥공간을 이루는 기초 슬라브 내에 수평형 지중 열교환 시스템을 매립하는 지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템의 시공방법이 제공됨으로써, 지중 열교환 시스템을 설치하기 위한 별도의 부지를 마련할 필요가 없는 동시에, 종래와 같이 지중 열교환 시스템을 위한 별도의 굴착과 매립 과정이 필요 없이 지중 열교환 시스템을 용이하게 설치할 수 있으므로, 건축물의 시공 비용을 감소할 수 있다.

이상, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템의 시공방법의 상세한 내용에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 기재된 내용으로만 한정되는 것은 아니며, 따라서 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 설계상의 필요 및 기타 다양한 요인에 따라 여러 가지 수정, 변경, 결합 및 대체 등이 가능한 것임은 당연한 일이라 하겠다.

31. 기초면 32. 지지대
33. 파이프 40. 지중 열교환 시스템
41. 지중 열교환기 42. 히트펌프부
43. 순환펌프부 61. 기초면
62. 파이프 63. 파이프 설치홈
71. 철근 81. 기초 슬라브
91. 연결소켓 101. 보호관

Claims (7)

1. 지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템의 시공방법에 있어서,
   상기 지하구조물의 바닥공간을 형성하기 위한 기초면을 형성하는 단계;
   상기 기초면에 지중 열교환기를 구성하기 위한 파이프를 설치하는 단계;
   상기 파이프가 설치된 상기 기초면 상에 철근을 망 형태로 설치하는 단계; 및
   상기 파이프 및 상기 철근이 설치된 상기 기초면 위에 콘크리트를 타설하여 지중 열교환기가 매립된 기초 슬라브를 형성하는 단계를 포함하여 구성되고,
   상기 기초면을 형성하는 단계는,
   상기 기초면의 형성시 상기 파이프를 설치하기 위한 파이프 설치홈을 상기 기초면의 표면에 함께 형성하며,
   상기 파이프를 설치하는 단계는,
   상기 파이프 설치홈을 따라 상기 파이프를 설치함으로써 별도의 장비나 도구를 사용할 필요 없이 상기 파이프를 설치 가능하도록 구성되고, 상기 파이프의 양끝 부분에 지지대를 설치하여 상기 파이프의 양끝 부분을 고정함으로서 콘크리트 타설 후에 상기 파이프의 양끝 부분이 콘크리트 밖으로 미리 정해진 일정 길이만큼 노출되도록 하여 노출된 부분을 통해 히트펌프부와 연결하도록 구성되며, 상기 파이프의 구부러지는 부분이나 상기 지지대와 접하는 부분에 보호관을 설치하여 상기 파이프의 파손을 방지하고,
   상기 기초 슬라브를 형성하는 단계는,
   상기 콘크리트를 타설하여 상기 기초 슬라브를 형성한 후, 연결 소켓을 이용하여 상기 콘크리트 밖으로 노출된 상기 파이프의 양끝 부분과 지상에 설치된 히트펌프를 연결하는 단계를 더 포함하도록 구성된 것을 특징으로 하는 지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템의 시공방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 파이프를 설치하는 단계에서,
   상기 파이프는, 고밀도 폴리에틸렌(High-density polyethylene, HDPE) 재질로 이루어진 파이프를 이용하여 설치하는 것을 특징으로 하는 지하구조물의 바닥공간을 이용한 지중 열교환 시스템의 시공방법.
   
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