지열과 지습을 이용한 공조순환장치 {An air mixing circulation apparatus using the heat and humidity of the earth}
본 발명은 지열과 지습을 이용한 공조순환장치, 특히 하우스 구조물에서 사용되었던 탁한 공기와 대기의 신선한 공기를 송풍팬을 이용하여 지하에 위치한 공조실로 이송배관을 통해 강제 송풍시킨 후 이 공조실 내벽면의 지열 및 지습으로 인한 고온다습한 공기를 상호 공조·정화시킴으로써 적절한 습도와 14℃정도의 일정한 온도를 유지시킨 신선한 공기를 다시 송풍팬을 구동시켜 이송배관을 통해 상기 하우스 구조물에 강제 송풍하여 하우스 구조물의 실내공기를 항상 일정한 습도와 온도로 유지하기 위한 공조순환장치에 관한 것이다.
일반적으로 대지의 지하는 지표면으로부터 7~8m이하에서는 계절에 관계없이 항상 14~16℃정도의 일정한 온도를 유지하며, 또한 대기와 차단되어 햇볕이나 바람에 의해 수분의 증발이 방지되므로 14~16℃의 온도에서 적합한 습도를 일정하게 유 지하게 된다. 보통은 이와 같은 조건을 이용하여 연료비 등을 절약하기 위해 지하에 쇄석, 재생골재, PCM(Phase Change Material; 상변화 물질) 등을 매설하여 그 내부공간으로부터 공기를 흡입하여 주택이나 비닐하우스 등에 공급함으로써 냉난방을 하고 있는 실정이다. 한편, 실용신안등록번호 제369543호의 "지중열을 이용한 덕트형 냉난방시스템"는 수개의 열교환파이프가 형성되고 지하의 일정 깊이에 매설되는 지열교환기와, 이 지열교환기의 일측에 상부로 제1연결덕트를 통해 연장되어 건물구조물 내의 하부와 연결되는 흡입덕트와, 상기 지열교환기의 타측에 상부로 제2연결덕트를 통해 연장되어 건물구조물 내의 상부와 연결되는 배출덕트 및 상기 제2연결덕트에 설치되어 열교환 공기의 흐름을 형성하는 송출팬이 구성된 지중열을 이용한 덕트형 냉난방시스템에 있어서, 상기 지열교환기 내에 형성된 수개의 열교환파이프 사이의 외부 공간에 쇄석이 충진되고 냉각수 공급부를 통해 냉각수가 충진되어 상기 열교환파이프 내의 공기와 지중열과의 열교환이 이루어지도록 한 것이다. 이와 같은 구성의 지중열을 이용한 덕트형 냉난방시스템에 있어서는 지열교환기 주위의 쇄석에 냉각수를 공급하여 단순히 간접 열교환 효율을 증대시키기 위한 것일 뿐이어서, 하절기의 효과적인 제습효과라든가, 동절기의 효과적인 가습효과를 기대할 수 없는 것이었으며, 이로 인하여 별도의 제습 및 가습장치가 요구되어 직접 열교환장치에 비하여 효율적이지 못하다는 문제점이 있다. 그리고 실용신안등록번호 제396493호의 "지하공기층을 이용한 냉난방설비"는 다공상의 암석층으로부터 지하공기를 흡입할 수 있도록 그 하부에 다수의 관통공이 천공된 흡입관과, 이 흡입관으로 오물이나 빗물 등이 유입됨을 방지하도록 지면으로부터 돌출 형성된 맨홀과, 이 맨홀의 개구부와 기밀 결합되면서 내측에 송풍기가 내재된 송풍관과, 이 송풍관의 송풍기로부터 송풍된 지하공기를 시설물 내로 유도하는 유도관과, 이 유도관에 일단이 연통되고 다숭의 분사공이 천공된 복수개의 공급관 및 상기 시설물 내의 공기를 실외로 배기시키기 위한 배기관이 구비된 것이다. 이와 같은 냉난방설비에 있어서는 암석층 내의 지하공기를 송풍기로 흡입하여 송풍할 때 외부공기가 인입되기 어려워 송풍기에 과부하가 걸리기 쉽고 이러한 과부하로 인하여 송풍기의 수명이 단축됨은 물론 특정 지질에서만 가능하다는 문제점이 있었다. 또한 특허등록번호 제748067호의 "지하구조물의 축열재를 이용한 냉난방장치"는 지하에 매립되고 쇄석, 재생골재, PCM(상변화 물질) 등의 축열재가 저장된 지하구조물과, 이 지하구조물의 한쪽에서 건축물에 이르기까지 연결 설치된 인입배관과, 상기 지하구조물의 다른 한쪽에서 건축물에 이르기까지 토출배관 및 상기 토출배관에 건축물 내부의 공기를 흡입하여 지하구조물을 거쳐 다시 건축물로 공급하도록 설치된 송풍기가 구비되어 있는 지하구조물의 축열재를 이용한 냉난방장치에 있어서, 상기 지하구조물은 모든 면이 그물망으로 된 육면체의 프레임이고 2개 이 상의 프레임을 연속 설치하여 하나의 유닛을 이루고 상기 유닛으로 된 프레임의 상면에 통기성이 좋은 시트가 씌워지며, 상기 지하구조물의 상부에는 지하구조물에 물을 뿌려줄 수 있도 록 급수전과 연결된 급수배관이 설치된다. 이와 같이 구성된 냉난방장치에 있어서는 지하구조물에 급수를 위한 동력원의 필요에 의해 에너지소비량이 많아지고, 지하수를 고갈시키며 이 지하수를 살포하는 지하구조물의 근접부에 2차오염을 유발시킨다는 단점이 있다. 또한, 쇄석, 재생골재, 축열재 등을 다량 매장하여 가동시키므로 폐기물을 매립한 것과 같이 세균번식이 용이하고 이로 인한 해로운 가스를 유발시키며, 이로 인해 탁하고 해로운 공기를 건축물이나 비닐하우스의 실내에 송풍시킨다는 것은 건축물이나 비닐하우스에 서식하는 생물에 치명적인 추가오염의 야기할 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 동력이 소요되는 구성요소 및 장기간의 사용시 오염물질을 발생시키는 구성요소를 가능한 배제하고, 친환경적인 대체에너지 효과를 거둘 수 있도록 대기의 신선한 공기를 지하로 송풍시켜 이 지하의 지열 및 지습과 공조·정화시킨 후 이 공조된 공기를 필요로 하는 하우스 구조물 등의 실내에 계절에 관계없이 항상 일정한 온도와 습도를 보유한 공기를 송풍할 수 있는 지열과 지습을 이용한 공조순환장치를 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명인 지열과 지습을 이용한 공조순환장치는 지표면에 위치하는 하우스 구조물과; 이 하우스 구조물에 열과 습도를 보유한 공기를 송풍하되, 지하에 위치하는 공조실과; 이 공조실의 일측면으로부터 지층을 관통하여 대기와 통하며, 대기의 공기를 공조실로 송풍시킬 수 있도록 제1 송풍팬이 부착된 제1 이송배관과; 상기 하우스 구조물의 일측으로부터 지층을 관통하여 공조실의 일측면과 통하며, 하우스 구조물 내의 공기를 공조실 내로 송풍시킬 수 있도록 제3 송풍팬이 부착된 제3 이송배관과; 상기 공조실의 일측면으로부터 지층을 관통하여 상기 하우스 구조물의 일측과 통하며, 공조실로 유입된 공기가 공조실 내의 지열 및 지습과 자연대류에 의해 공조·정화된 후에 상기 하우스 구조물에 송 풍시킬 수 있도록 제2 송풍팬이 부착된 제2 이송배관;이 포함되어 이루어진다. 또한, 상기 공조실(20)은 외부로부터 공기가 들어오는 유입공간과 유입된 공기가 자연적인 공기의 대류에 의해 공조·정화되어 송풍되는 배출공간으로 분리구획되도록 상기 공조실의 중앙부에는 복수의 통기공이 구비된 격벽이 형성된다.
본 발명에 따른 지열과 지습을 이용한 공조순환장치는 지하에 항상 일정한 습도와 14~16℃정도의 일정한 온도를 유지하는 공조실을 구비하고 이 공조실 내부로 유입된 공기를 자연적인 공기의 대류에 의해 정화·공조시켜 적정온도 및 습도를 보유한 상태에서 목적하는 하우스 구조물의 실내에 강제 송풍시킴으로써 친환경적인 대체에너지효과를 극대화시킬 수 있으며, 이로 인한 에너지 절감으로 매우 유리한 경제적인 효과를 갖는다. 또한 상기 공조실에의 급수 및 축열재 등의 부자재 사용을 배제함으로써 장기간의 사용에도 불구하고 그에 따른 부자재의 교체비용이나 수리비용이 절감되는 장점도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 한정하지 않는 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 도 1 및 도 2는 각각 본 발명에 따른 지열과 지습을 이용한 공조순환장치의 전체구성을 도시한 사시도 및 단면도로서, 본 발명은 지표면에 위치하는 하우스 구조물(10)과; 이 하우스 구조물(10)에 열과 습도를 보유한 공기를 송풍하되, 지하에 위치하는 공조실(20)과; 이 공조실(20)의 일측면으로부터 지층을 관통하여 대기와 통하며, 대기의 공기를 공조실(20)로 송풍시킬 수 있도록 제1 송풍팬(31)이 부착된 제1 이송배관(30)과; 상기 하우스 구조물(10)의 일측으로부터 지층을 관통하여 공조실(20)의 일측면과 통하며, 하우스 구조물(10) 내의 탁한 공기를 공조실(20) 내로 송풍시킬 수 있도록 제3 송풍팬(51)이 부착된 제3 이송배관(50)과; 상기 공조실(20)의 일측면으로부터 지층을 관통하여 상기 하우스 구조물(10)의 일측과 통하며, 공조실(20)로 유입된 공기가 공조실(20) 내의 지열 및 지습과 자연대류에 의해 공조·정화된 후에 상기 하우스 구조물(10)에 송풍시킬 수 있도록 제2 송풍팬(41)이 부착된 제2 이송배관(40);이 포함되어 이루어진다.(도 1 및 도 2의 도면부호 1,2,3은 각각 지표면,지중층,지하층을 나타낸다) 도 3은 본 발명에 따른 공조실을 발췌한 단면도 및 요부확대도로서, 상기 공조실(20)은 바람직하게 지하 10m정도의 깊이에 설치되는데, 이렇게 공조실(20)이 위치한 지하 10m정도의 깊이에서는 지표면에서 흘러들어간 수분의 적정량이 함유되어 있으며 지표의 복사열도 일정부분이 항상 보유된 상태에서 지표상의 대기와 차단되어 있기 때문에 계절에 따른 대기의 온도 및 습도에 영향을 받지 않고 항상 일정한 온도(대략 14~16℃) 및 습도를 유지하게 된다. 상기 공조실(20)은 바람직하게 장방형으로 이루어지며, 지하에 위치한 공조 실(20)이 붕괴되는 것을 방지하기 위해 상기 공조실(20) 내부의 상면과 측벽을 잇는 부분에는 지지프레임(20a)을 거치하며, 상기 공조실(20)의 일측인 상면에는 대기의 지표면으로부터 관통하는 제1,2,3 이송배관(30,40,50)이 삽입된다. 상기 공조실(20)은 상기 제1,3 이송배관(30,50)을 통하여 외부로부터 공기가 들어오는 유입공간(21)과 유입된 공기가 자연적인 공기의 대류에 의해 공조·정화되어 송풍되는 배출공간(22)으로 분리구획되도록 상기 공조실(20)의 중앙부에는 복수의 통기공(61)이 구비된 격벽(60)이 형성된다. 상기 공조실(20)의 공간을 유입공간(21)과 배출공간(22)으로 분리구획하여 외부로부터 유입된 공기의 공조 및 정화를 효과적으로 하기 위해 중앙부에는 격벽(60)이 설치되는데, 이 격벽(60) 및 이 격벽(60)에 형성된 통기공(61)은 공기를 2차적으로 다시 정화할 수 있도록 바람직하게 상기 공조실(20)의 측벽과 같은 성분의 흙을 이용한다. 상기 공조실(20)은 지하 10m정도의 깊이에 위치하기 때문에 대략14~16℃의 서늘한 온도를 유지하게 되고, 이러한 조건을 가진 상기 공조실(20) 내측벽면 및 상기 격벽(60)의 통기공(61) 내측벽면에는 작은 물방울들이 맺히는 결로(D)가 쉽게 생성되는데, 상기 격벽(60)에 형성된 복수의 통기공(61)을 통하여 공기가 이송되는 도중에 통기공(61)의 측벽에 형성된 결로(D)에서 불순물이 흡착되어 2차적으로 정화되며, 이렇게 이송되는 공기와 상기 결로(D)가 서로 부딪히는 과정에서 응결 및 기화를 반복하면서 적정온도 및 습도가 되어 배출공간(22)으로 이송된다. 도 4는 본 발명에 따른 지열과 지습을 이용한 공조순환장치에서 공기의 흐름을 도식화한 사용상태도로서, 본 발명에 따른 지열과 지습을 이용한 공조순환장치의 순환(Circulation)과정은 지표면에 위치하는 하우스 구조물(10)에 자연적인 열과 습도를 보유한 공기를 송풍할 수 있도록 지하에 위치하는 공조실(20)의 일측면으로부터 지층을 관통하여 대기와 통하되, 대기의 공기를 공조실(20)로 송풍시킬 수 있도록 제1 송풍팬(31)이 부착된 제1 이송배관(30)을 통해 상기 제1 송풍팬(31)의 구동으로 대기의 공기가 공조실(20)내로 유입되는 단계와; 상기 하우스 구조물(10)의 일측으로부터 지층을 관통하여 공조실(20)의 일측면과 통하되, 하우스 구조물(10) 내의 공기를 공조실(20) 내로 송풍시킬 수 있도록 제3 송풍팬(51)이 부착된 제3 이송배관(50)을 통해 상기 제3 송풍팬(51)의 구동으로 하우스 구조물(10) 내의 공기가 공조실(20)내로 유입되는 단계와; 상기 공조실(20)내로 유입된 공기가 공조실(20)내의 지열 및 지습과 자연적인 공기의 대류에 의해 공조·정화되는 단계와; 상기 공조실(20)내에서 공조·정화된 공기가 상기 공조실(20)의 일측면으로부터 지층을 관통하여 상기 하우스 구조물(10)의 일측과 통하되, 제2 송풍팬(41)이 부착된 제2 이송배관(40)을 통해 상기 제2 송풍팬(41)의 구동으로 하우스 구조물(10)내로 송풍되는 단계;가 포함되어 이루어지며, 상기 단계별 과정은 반복되어 이루어진다. 상기 공조실(20)은 복수의 통기공(61)이 구비된 격벽(60)에 의해 유입공간(21)과 배출공간(22)으로 분리구획되어 상기 공조실(20)로 유입된 공기는 유입공간(21)에서 자연적인 공기의 대류에 의해 지열 및 지습과 상호 공조·정화되고, 상 기 유입공간(21)에서 공조·정화된 공기는 상기 격벽(60)에 형성된 복수의 통기공(61)을 통해 배출공간(22)으로 이송중에 통기공(61) 내벽의 결로(D)에 의해 2차적으로 다시 정화가 이루어진다. 본 발명에 따른 지열과 지습을 이용한 공조순환장치의 공조순환방법에 대한 구체적인 과정을 순서대로 설명하면 다음과 같다. 첫째, 상기 제1,2,3 송풍팬(31,41,51)을 구동시킨다. 둘째, 상기 제1 이송배관(30)을 통하여 대기의 신선한 공기가 상기 공조실(20)의 유입공간(21)으로 이송되고, 상기 제3 이송배관(50)을 통하여 상기 하우스 구조물(10) 내에서 사용되어 산소결핍된 탁한 공기가 상기 공조실(20)의 유입공간(21)으로 이송된다. 셋째, 상기 제1 이송배관(30)을 통해 유입된 공기와 제3 이송배관(50)을 통해 유입된 공기가 서로 공조됨은 물론 이렇게 유입된 공기와 상기 공조실(20)의 유입공간(21) 내부 자체의 지열 및 지습을 보유한 공기 또한 서로 공조된다. 이와 같이 공조되는 과정에서 공기 중에 포함된 불순물이 상기 공조실(20) 의 유입공간(21) 내측벽에 형성된 결로(D)와 부딪쳐 흡착되면서 정화가 이루어진다. 넷째, 상기 공조실(20)의 유입공간(21)에서 공조·정화된 공기는 다시 상기 격벽(60)의 통기공(61)을 통과하면서 이 통기공(61) 측벽에 형성된 결로(D)와 부딪치면서 2차적으로 정화가 되고, 이 과정에서 응결 및 기화를 반복하면서 적정온도 및 습도를 보유한 상태에서 상기 배출공간(22)으로 이송된다. 다섯째, 상기 배출공간(22)으로 이송된 공기는 이 배출공간(22) 자체 내부의 공기와 또다시 공조되면서 상기 제2 이송배관(40)을 통해 상기 하우스 구조물(10)의 실내로 유입된다. 상기 도 4의 화살표는 공기의 이송과정을 도식화한 것으로, 상기 제1,2,3 이송배관(30,40,50)의 단부에 표시된 화살표는 각각의 이송배관을 통하여 유입되는 공기와 배출되는 공기의 흐름을 나타낸다. 그리고 상기 공조실(20) 내부공간에 원형으로 표시된 화살표는 공조실(20) 자체의 지열 및 지습을 보유한 공기가 자연적으로 대류하는 공기의 흐름을 나타낸다. 상기 공조실(20) 내부에서의 자연적인 공기의 대류는 항상 일어나지만 상기 제1,3 이송배관(30,50)으로부터 유입되는 공기의 흐름으로 인해 공조실(20) 내부의 공기와 혼합되어 공조되면서 자연적으로 발생되는 공기의 대류는 더욱더 활성화된다. 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 지열과 지습을 이용한 공조순환장치는 지하에 항상 일정한 습도와 14~16℃정도의 일정한 온도를 유지하는 공조실을 구비함으로써 열원을 생성하기 위해 특별한 동력수단에 의하지 않고도 이 공조실 내부에서 자연적인 공기의 대류에 의해 유입된 공기를 정화·공조시킨 후에 목적하는 하우스 구조물 등의 실내에 적정온도 및 습도를 보유한 공기를 강제 송풍시킴으로써 친환경적인 대체 에너지를 극대화할 수 있다는 장점이 있으며, 그로 인해 경제적으로 매우 유리한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 지열과 지습을 이용한 공조순환장치의 전체구성을 도시한 사시도, 도 2는 본 발명에 따른 지열과 지습을 이용한 공조순환장치의 전체구성을 도시한 단면도, 도 3은 본 발명에 따른 공조실을 발췌한 단면도 및 요부확대도, 도 4는 본 발명에 따른 지열과 지습을 이용한 공조순환장치에서 공기의 흐름을 도식화한 사용상태도이다. ※도면의 주요부분에 부호의 설명 1 : 지표면 2 : 지중층 3 : 지하층 10 : 하우스 구조물 20 : 공조실 20a : 지지프레임 21 : 유입공간 22 : 배출공간 30 : 제1 이송배관 31 : 제1 송풍팬 40 : 제2 이송배관 41 : 제2 송풍팬 50 : 제3 이송배관 51 : 제3 송풍팬 60 : 격벽 61 : 통기공 D : 결로 |
