KR100400057B1 - 건물의 투과형 단열 장치 - Google Patents

건물의 투과형 단열 장치 Download PDF

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Abstract

정면부(1)는 3개 판(2,3,4)을 갖는다. 건물 내부에 면하는 중간 공간(5)은 가스로 충전되고, 외부 중간 공간(6)은 적외선을 흡수하는 한편 가시광은 적어도 부분적으로 투과하도록 염색 또는 착색된 순환 액체(7)로 충전된다. 이에 의해 건물 내부를 복사열로부터 잘 차광하고 또한 열 에너지를 얻을 수 있는 효율적인 수단을 확보한다. 여러 조치에 의해 효율을 더 증가시킬 수 있다.

Description

건물의 투과형 단열 장치{DEVICE FOR TRANSPARENT HEAT INSULATION IN A BUILDING}
또 다른 투과형 단열 웹판이 WO 95/22886에 개시되어 있다.EP-A-346 320은 다른 종류의 투과형 단열재를 개시하고 있다. 일 실시예는 4개의 평행 투명판의 배치를 포함한다. 겨울에 가동할 때는, 액체가 건물 외부의 중간 공간을 통하여 흐르고, 액체는 주위 온도 이하의 온도로 공급된다. 주변 공기는 외판을 통해 액체를 약간 가열한다. 순환하는 가열액의 순환로 내에는 열 펌프가 배치되어 액체를 입구 온도로 재냉각시킨다. 열 펌프는 얻어진 열 에너지를 고온 으로 승온하기 위해 사용된다. 여름에는 최내부의 중간 공간에 건물의 내부 온도 이하 온도의 액체가 작용한다. 그러므로 액체는 항상 더 냉각되는 측에 위치한 중간 공간 내를 순환한다. 액체로의 열전달은 열전도 및 대류에 의해 이루어진다. 그러나 이러한 단열은 열 펌프에 대해 보다 높은 에너지를 필요로 하게 된다.또한 US4,380,994는 3개판을 포함하는 단열재를 개시한다. 여름에는 외부의 중간 공간을 액체로 충전하면, 액체는 정지한 채로 순환하지 않는다. 반면에 겨울에는 내부의 중간 공간을 액체로 충전한다.
본 발명은 건물용 투과형 단열 장치에 관한 것이다. 이러한 방식의 장치는 EP-B-75 464에 공지되어 있다. 이 장치는 중간의 공간을 통하여 액체가 흐르는 투과형 웹판(web plate)을 포함하고 있다. 액체는 적외선을 흡수한다. 입사한 태양광은 액체를 가열하여 건물을 난방하거나 차광하는데 이용되고, 여름에는 차광 역할을 한다. 일 실시예에서는, 유리창이 웹판의 외부에 장착되어 있다.
본 발명의 목적은 전술한 종류의 건물의 외부 단열 장치를 개량하여 건물 내부의 에너지 효율을 보다 좋게 제어할 수 있는 동시에 입사 태양 에너지를 보다 잘 이용할 수 있도록 하는데 있다. 이 목적은 청구의 범위에 기재된 특징들의 조합으로 달성될 수 있다.
이하 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
도1 및 도2는 제1 실시예이고,
도3-도9는 다른 7개의 실시예를 나타낸다.
도1은 정면부(facade element)(1)의 개략적인 단면도를 나타낸다. 이 정면부는 예컨대 유리로 된 3개의 평행한 투명판(2,3,4)(3중창)을 포함한다. 판(4)은 건물 내부에 면한다. 판(3,4) 사이의 중간 공간(5)에는 공기 또는 보다 양질의 절연 가스가 충전되어 단열 작용을 한다. 외판(2)과 중간판(3) 사이의 중간 공간(6)은 염색 또는 착색 처리된 액체(7)로 충전한다. 염색 또는 착색의 선택에 따라, 가시광은 거의 방해를 받지 않고 액체(7)를 통과하지만 적외선은 최대로 흡수하도록 할 수 있다. 그러나 더 강한 착색에 의해 가시광의 일부를 흡수하게 함으로써 건물 내부의 차광 효과도 얻을 수 있다.
중간 공간(6) 내의 액체(7)는 서로 대향하는 양측면의 중간 공간(6)에 인접한 펌프(8)와 순환로(9)에 의해 순환한다. 가열된 액체(7)는 예컨대 온수탱크(11)의 열 교환기(10)를 통해 유입된다. 탱크(11)에는 예컨대 보조 전기히터(12)를 설치할 수 있다. 다른 방법으로, 예컨대 바닥 가열 시스템을 순환로(9)에 마련하면, 액체(7)의 온도도 열 펌프에 의해 보다 고온으로 상승시킬 수 있다. 액체(7)는 염색 또는 착색 처리의 변화에 의해 투명도가 여러가지로 변화하도록 착색할 수 있다. 이렇게 함으로써 액체(7)의 가시광 흡수를 여러가지로 할 수 있다. 액체 뒤의 건물 내부는 액체의 탁월한 투명성에도 불구하고 가변적으로 차광할 수 있다. 열 형태로 흡수된 에너지는 제어에 의하지 않고서는, 투과형 단열층에 차단되어 건물 내부로 들어갈 수 없다. 그러나 필요할 경우에는, 이 에너지를 이용할 수 있다. 열 에너지를 이용하지 않을 경우에는, 펌프(8)를 차단한다. 그 때는 액체가 광 또는 자외선을 흡수하는 역할만 한다.
정면부의 높이가 증가하면 수압도 증가한다. 웹판에서는, 웹이 정면부에 필요한 안정성을 주므로 그러한 수압의 증가가 그다지 문제되지 않는다. 이에 관하여, 유리창 단열을 위해서는 유리의 강도가 중요하고, 경화 유리, 특히 화학적으로 경화된 유리가 유효하다. 이는 크기 1m×1m의 유리창으로 유리 두께를 6mm로 하면 추가 고정 조치없이 수압을 충분히 지탱할 수 있음을 나타낸다. 바닥에서 천정에 이르는 직립창에서, 고정 조치가 없을 경우 필요한 유리 두께는 매우 두꺼워진다. 이는 판과 판 사이의 고정용 버팀 접속 부재(13)의 추가에 의해 회피할 수 있다. 이 항장 접속 부재(13)는 선접속 또는 점접속으로 할 수 있다. 이 접속 부재(13)는 수주가 가장 높은 경우 중앙부보다 창의 하부에서 보다 필요하다. 상부의 눈 높이 부분에서는 시야를 향상시키기 위해 이 접속 부재(13)를 완전히 생략할 수 있다. 도2는 창틀(14)을 갖는 직립창에서의 항장 접속 부재(13)를 배치한 예를 나타낸다. 항장 접속 부재(13)는 유리로 만들어 판(2,3)에 접착할 수 있다.
후술하는 실시예에서는, 동일 부분에는 동일 참조 번호를 붙이고, 그 부분에 대해서는 상세 설명을 생략한다.
도3은 제2 실시예를 나타낸다. 여기서 정면부(1)는 플라스틱을 압출한 웹판으로 실시한다. 제1 중간 공간(5)은 상당히 넓어서, 폭 방향으로 수평으로 뻗는 복수의 웹(15)으로 분할된다. 웹(15)의 폭 B은 인접한 웹(15) 간의 공간 A보다 훨씬 크다(4배 이상). 기능이 상이하므로, 판 사이의 웹(15,16)도 상이하게 형성된다. 건물 외부판의 중간 공간(6)의 웹(16)은 좁고, 두껍고, 멀리 이격되어 있다. 이에 의해 웹판에 필요한 안정성을 확보할 수 있으므로, 액체(7)를 빈 공간을 통하여 원활하게 흐르게 할 수 있다. 건물 내부판의 중간 공간(5)에서의 웹(15)은 넓고, 얇고, 가까이 이격되어 있다. 이에 의해 WO 95/22886에 개시된 바와 같이 웹판의 단열 효과가 달성되며, 그에 의해 빈 공간의 대류가 억제된다.
상술한 층 구조는 차광용으로 이상적이다. 응용 범위는 오피스 건물 및 저 에너지 건물 등의 대형 건물의 투과형 정면부를 포함한다. 무난방(zero heating) 건물을 위한 차광 목적 이외에 에너지를 절약하고자 할 경우. 상술한 디자인을 확대 적용해야한다. 이를 위한 옵션은 여러가지가 있다.
도4는 그중 하나의 가능성을 도시한 것이다. 2개의 중간 공간(5,6)에는 순환로(9,16)가 각각 접속된다. 소형 탱크(17)에는 액체(7)를 저장한다. 탱크(17) 내의 수위는 도4의 도시와 달리 정면부(1)의 하연부 아래에 있다. 순환로(9,16)에는 3방향 밸브(18,19)가 배치되어 액체(7)를 순환로(9,16) 중 하나를 통하여 순환하거나 또는 중간 공간(5,6)의 상단부의 통기를 선택적으로 시행한다. 차광이나 적외선의 침투를 줄일 필요가 있을 때에는, 외부 중간 공간(6)을 착색된 액체(7)로 충전하고 내부 공간(5)을 공기로 충전한다. 펌프(8)를 작동시키고, 밸브(18,19)는 도시된 위치에 둔다. 건물 난방이 필요할 경우, 액체를 외층으로부터 내층으로 유입시킨다. 이 목적을 위해, 밸브(18,19)를 역전시키면 액체(7)가 중간 공간(5)으로부터 유출된다. 펌프(8)를 차단하고 펌프(20)를 작동한다. 결과적으로 중간 공간(5) 내의 광이 흡수되어, 내판(4)이 액체(7)의 온도까지 상승하게 되어 건물 내부가 직접 난방된다. 그외에, 예컨대, 바닥 가열 시스템(21)을 순환로(16)에 마련할 수 있다.
도5는 또 다른 관련 옵션을 나타낸다. 이 경우에는, 투명 또는 반투명 정면부(1)를 복수의 섹션(24)으로 분획하여 수평 또는 수직 축(25)을 중심으로 180°선회하게 할 수 있다. 따라서 필요에 따라, 흡수액으로 충전된 층을 건물 차광을 위한 외부용 또는 건물을 난방하기 위한 내부용으로 할 수 있다.
도6은 또 다른 옵션으로서, 중간 공간(6)의 투명단열층과 건물 외부의 액체(7)로 충전된 중간 공간(6) 앞에 추가 설치한 판(29)을 나타낸다. 이렇게 해서, 액체(7)로 충전된 중간층(6)으로 2개의 투과형 단열층이 형성된다. 이는 외부로의 투과 손실이 감소하기 때문에, 액체(7) 내의 에너지 획득이 증가된다. 난방이 필요없는 계절에는 액체 내의 열 에너지의 투과가 내측 보다 외측에서 훨씬 더 커야한다. 건물 외부의 단열층(28,29)은 각각 가변의 k를 가져야 하거나, 또는 이 값이 건물 내부의 단열층(5)의 값보다 커야한다.
본 실시예는 단열창을 디자인할 경우에, 3중창을 4중창으로 확대한 것을 나타낸다. 3개판의 중간 공간(5,6,28)이 마련된다. 중앙 공간(6)은 순환액(7)으로 충전된다. 건물 내부판의 중간 공간(5)의 k값을 건물 외부의 그것보다 훨씬 양호하게 하기 위해서는, 내부 공간을 크세논과 같은 불활성 가스로 충전해야 하며, 외부 공간은 공기로만 충전하면 된다.
외판의 중간 공간(28)의 k값은 외판의 중간 공간(28)내의 공기를 외부 공기와 함께 순환시키는 것을 조절하는 환기익(30 : ventilation flap)에 의해 변경할 수 있다. 액체(7)가 가열되면, 환기익(30)이 닫힌다. 따라서, 공기 순환이 차단되어, 외판의 중간 공간(28)에서의 k값이 양호해져서, 액체(7)의 광흡수를 통한 에너지 획득률이 향상됨과 동시에, 전체 판 디자인의 k값이 크게 향상된다. 액체(7)를 냉각하려면, 환기익(30)을 개방한다. 외판의 중간 공간(28)을 통해 순환하는 외부 공기는 중간 공간(6)에 있는 액체(7)를 연속적으로 냉각시키고, 펌프(8)는 차단된다.
본 실시예는 웹판을 디자인 할 경우에(도7), 3중 웹판이 4중 웹판으로 확대되는 것을 나타낸다. 따라서 3개 판 중간 공간(5,6,28)이 마련된다. 넓고 얇은 웹(15)을 갖는 내판의 중간 공간(5)은 단열 작용을 한다. 중간판의 중간 공간(6)은 순환하는 염색 또는 착색액(7)으로 충전되며, 광 또는 적외선을 흡수하는 역할을 한다. 외부 중간 공간(28)은 외부에 대해 액체(7)를 단열하는 역할을 한다. 중간 공간(28) 내의 웹(31)은 단열면에서는 최적화되어 있지 않으므로, 내부 중간 공간(5)의 k값이 외부 중간 공간(28)의 k값보다 훨씬 양호하다. 외부 판 중간 공간(28) 내의 환기익(30)은 이 공간의 공기를 순환시키므로 k값이 변할 수 있다.
도8 및 도9에 또 다른 옵션을 도시한다. 건물 내부에는, 제4 판(34)과 중간 공간(35)을 갖는 제2 액체 충전층이 투과형 단열층(5)의 앞에 장착되고, 그 중간에 투과형 단열층을 개재한 2개의 액체 충전층을 형성한다. 외부 액체 충전층(6)은 주로 광흡수에 의해 전체의 층 구조를 차광하고 동시에 열에너지를 얻는 역할을 한다. 이 층 뒤의 단열층은 액체 내에 흡수된 에너지가 제어되는 일이 없이 건물 내부로 들어가지 않게 한다. 내층 앞에 투과형 단열층을 장착하기 때문에 효율이 매우 높다. 또한 내층의 액체(7)의 순환에 의해 원하는 위치로 열 에너지를 더 유입시킬 수 있다. 액체의 염색 또는 착색 처리로 흡광도가 결정된다.
열에너지가 필요하다면, 층 구조를 차광하더라도 외층의 액체 순환이 원하는 장소에서 이루어지도록 한다. 내부 액체 충전층(35)에서 광을 흡수할 경우에는, 이 내부 액체 충전층은 염색 또는 착색하고, 외부 액체 충전층은 염색하지 않고 그대로 투명하게 둔다. 외층에서 광을 흡수할 경우에는, 이와 정반대로 염색 또는 착색한다. 2개의 액체 충전층의 염색을 정확하게 일치시키면 열 에너지의 획득과 차광 사이의 작용을 원하는 대로 정밀하게 조절할 수 있다.
물론 이 시스템도 필요할 경우, 건물에 에너지를 공급하는데 사용할 수 있으므로, 부가의 난방 시스템은 생략될 수 있다. 순간 입사 태양 에너지와 기상 데이터로서 필요한 파라메터를 시스템 제어를 위해 공급한다. 상이하게 착색된 액체를 저장하는 복수의 소형 탱크를 마련하여, 밸브에 의해 순환로(9,16)에 선택적으로 접속하거나, 또는 별도의 착색 장치를 순환로(9,16)마다 마련할 수 있다.
다른 방법으로서, 도3에 따른 실시예에서와 같이 외부 중간 공간(6) 또는 내부 중간 공간(35)으로부터 액체(7)를 배출할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 내부 중간 공간(35)은 열 에너지를 얻는 역할을 한다. 순환 속도는 비교적 높다. 공간 내의 온도는 약20℃의 저온 레벨에 있다. 외부 중간 공간(6)은 차광 역할을 한다. 액체(7)는 비교적 저속으로 순환하든가 또는 순환하지 않는다. 단열층(5)은 건물 내부로부터 중간 공간(6)을 분리한다. 이 공간 내부는 평균 외부 온도에서 약60℃의 고온으로 유지할 수 있다. 이 온도는 환절기와 여름에 중요한 열 에너지 수요인 온수를 위해 이상적으로 이용될 수 있다. 이 시기에는 차광의 필요성도 크다. 이렇게 상이한 온도를 보다 적절히 얻기 위해서는 내부 공간 보다 외부 중간 공간(6)을 얇게 하는 것이 유리하다. 따라서, 적은 부피만 가열하면 되어, 더 고속으로 가열할 수 있고, 동시에 이상적인 방음 효과를 성취할 수 있다. 액체로 할 경우, 매질이 있으면, 내층과 외층의 상이한 두께로 인하여 음파가 잘 전달되지 않는다. 따라서 이 시스템으로 디지인할 경우에는, 정면부 내의 탱크 중량을 줄일 수 있다. 이는 추가의 내부 저장벽을 설치할 필요 없이 시스템 디자인을 완성할 수 있음을 의미한다. 따라서 유효 영역이 훨씬 커진다. 이 디자인은 또한 경량 구조물, 트러스 구조물에 사용할 수 있고, 또한 벽돌 또는 목재 등의 저장 능력이 불량한 구조물을 튼튼한 석조물로 재건축할 때 사용할 수도 있다.
본 실시예는 단열창을 디자인(도8)할 경우에, 4중창에는 외판의 중간 공간(6)과 내판의 중간 공간(35)을 액체(7)로 충전하고 또한 중간판의 중간 공간을 양호한 단열성을 갖는 불활성 가스로 충전한 것을 나타낸다.
본 실시예는 웹판을 디자인(도9)할 경우에, 좁고 두껍고 멀리 이격한 웹(16,36)을 내판의 중간 공간(6)과 외판의 중간 공간(35) 내에 배치함으로써 그들 사이에서 액체가 잘 순환하고 또한 웹판에 필요한 안정성을 확보할 수 있음을 나타낸다. 작은 공간을 갖는 넓고 얇은 웹(15)을 중간판의 중간 공간(5)에 배치함으로써 필요한 단열을 확보한다. 또 다른 장점은 광을 흡수하고 순환하는 액체의 온도가 비교적 낮다는 점이다. 그러므로 플라스틱으로된 웹판재는 아주 고온이 발생하는 얇은 고체의 흡수재에서 보다 스트레스가 적어 바람직하다.
본 발명은 건물용 외부 단열 장치를 개시하여 건물 내부의 에너지 소비를 보다 양호하게 제어할 수 있는 동시에 입사 태양 에너지를 효율적으로 이용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 중앙, 제1 중간 공간(5), 건물의 외부에 면하는 제2 중간 공간(6) 및 건물의 내부에 면하는 제3 중간 공간(35)을 구획하는 4개의 평행하고, 투명 또는 반투명한 판(2,3,4,34)을 갖는 정면부(1)를 포함하고, 상기 제1 중간 공간(5)을 가스 충전하고, 적어도 하나의 순환 펌프(8,20)를 갖는 적어도 하나의 액체 순환로(9,16)에 상기 제2 및 제3 중간 공간(6,35)을 접속하여, 광을 흡수하는 액체를 상기 제2 및 제3 공간(6,35) 중 적어도 하나를 통하여 선택적으로 흐르게 하는 건물의 투과형 단열 장치로서,
    적어도 상기 제2 중간 공간(6) 내에는 고온의 외부 온도와 태양 복사열로 액체(7)를 순환시키고, 제3 중간 공간(35) 내에는 저온의 외부 온도로 액체(7)를 순환시키도록 구성된 제어 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 투과형 단열 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 중간 공간(5)은 폭 방향으로 수평하게 뻗는 복수의 웹(15)으로 분할되고, 제1 중간 공간의 폭(B)은 인접한 웹 간의 공간(A)보다 4배 이상 큰 것을 특징으로 하는 투과형 단열 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 중간 공간(6)은 상기 제3 중간 공간(35) 보다 좁은 것을 특징으로 하는 투과형 단열 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제3 중간 공간(35)에 접속된 상기 액체 순환로(16)는 건물 가열 요소(21)를 통하여 안내되는 것을 특징으로 하는 투과형 단열 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 중간 공간(6)에 접속된 상기 액체 순환로(9)는 상기 온수 탱크(11)에 접속되는 것을 특징으로 하는 투과형 단열 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 액체 순환로(9,16) 내에는 상이하게 착색된 액체를 저장하는 복수의 탱크(17)가 배치되고, 상기 탱크는 밸브에 의해 상기 순환로(9,16)에 선택적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 투과형 단열 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 액체 순환로(9,16) 내의 개별 염색 장치가 상기 제2 및 제3 중간 공간(6,35)으로 전환(switch)되는 것을 특징으로 하는 투과형 단열 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    버팀 접속 부재(13,16,36 : tensile connection)가 상기 2개의 최외측 판(2,34)에 인접하여 위치된 상기 판(3,4)에 접속하는 것을 특징으로 하는 투과형 단열 장치.
  9. 삭제
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