KR100597278B1 - 자연환기장치가 부착된 투과형단열재를 이용한 벽체패널 - Google Patents
자연환기장치가 부착된 투과형단열재를 이용한 벽체패널 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은, 자연환기장치가 부착된 투과형단열재를 이용한 벽체패널에 관한 것이다.
이는 특히, 일면에 소정의 공간을 갖도록 형성되는 내측패널의 가장자리에 연결되면서 소정두께를 갖도록 되고, 내측에 단열재가 충진되는 외측패널;
상기 내측패널에 삽입되어 그 일면에 공기층이 설치되고, 상하부의 적어도 일면에 흡입구및 배기구가 형성되며, 수열면및 유리가 양측에 부착되는 투과형단열재;및,
상기 흡입구및 배기구에 연결되어 회전가능토록 설치되고, 일측에 형상기억합금이 연결되는 셔터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라서, 투과형단열재를 이용한 자연환기장치가 부착된 벽체 패널를 사용하여 대류에 의한 열손실 및 복사손실을 억제함으로써 축열과 단열 효율을 증진시키도록 하는 것이다.
투과형단열재, 수열면, 형상기억합금, 공기층, 셔터
Description
도1은 종래의 샌드위치 패널을 도시한 사시도
도2는 종래의 태양열 환기장치를 도시한 사시도
도3은 본 발명에 의한 자연환기장치가 부착된 투과형단열재를 이용한 벽체 패널을 도시한 정면도
도4는 본 발명에 의한 자연환기장치가 부착된 투과형단열재를 이용한 벽체 패널을 도시한 단면도
도5a,b는 각각 본 발명에 의한 여름철및 겨울철 자연환기장치가 부착된 투과형단열재를 이용한 벽체 패널의 동작상태도
도6a,b는 각각 본 발명의 벽체 패널에서 여름철및 겨울철 자연 환기를 위한 형상기억합금을 이용한 셔터의 개방및 폐쇄상태를 도시한 사시도
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
11...외측패널 13...투과형단열재
15...형상기억합금 16...유리
17...수열면 18...공기층
21...배기구 22...흡입구
본 발명은 자연환기장치가 부착된 투과형단열재를 이용한 벽체패널에 관한 것으로서 보다 상세하게로는, 벽체패널의 축열 및 단열성능을 강화하는 한 편, 여름철 과열방지를 위해 자연환기장치를 설치한 다음, 환기구를 외기 온도에 따라 자동적으로 개폐할수 있도록 하는 자연환기장치가 부착된 투과형단열재를 이용한 벽체패널에 관한 것이다.
일반적으로, 건물의 외측벽은 외부로 노출되어 건물의 미감과 이미지를 결정하게 되고 사용하는 자재에 따라 시공기간 및 비용이 달라지게 되는데 다양한 소재의 외장재와 기술들이 적용되고 있다.
종래의 샌드위치 패널은, 조립형 외장재의 일종으로서 그 구성은 도1에 도시한 바와 같이 외측판(101)과 내측판(103)의 사이에 발포 폴리스티렌(102)을 충진하고, 상기와 같은 패널 여러 개가 연속하여 인접 설치되어 건물의 외벽을 이루게 된다.
그러나, 상기와 같은 종래의 샌드위치 패널은, 축열용량이 작기 때문에 외기온도 변화에 따른 반응시간이 짧은 편이다.
따라서 외기온도의 변동이나 실내 난방시에 온도변화의 추종속도가 빠르게 일어나게 되므로, 시공성이나 경비 측면은 우수한 반면, 타 외벽 재료에 비해 쾌적한 환경의 제공에는 불리한 점이 있다.
또한, 이와같은 실내의 환경 개선을 위한 태양열 환기장치가 사용되고 있으며 그 구성은 도2에서와 같이, 실내에 설치되는 외피구조물(207)의 일측에 공기층(202)에 형성되도록 이격되어 외면의 유리(205)와 그 사이에 개재되는 투과형단열재(204)로 이루어진 패널이 설치되고, 상기 패널과 외피구조물(201)에 엊갈리도록 흡입구(207)와 배출구(206)가 각각 형성되는 구성으로 이루어 진다.
상기와 같은 환기장치는, 투과형단열재(204)의 외부에 유리(205)를 대어 투과형단열재(204)가 비바람에 보호되도록 하고 투과형단열재의 안쪽에는 수열면(203)으로 얇은 판상의 검정 금속판을 대어 벽체의 구조물로부터 3~8㎝ 간격을 두어 공기층이 형성되도록 한다.
그리고, 여름철에는 흡입구(207)와 배기구(206)를 열어 수열면(203)의 온도가 상승함에 따라 공기층의 온도가 상승하여 굴뚝효과에 의한 가열된 공기가 외기로 빠져나가고 이에 따라 실내공기가 흡입되도록 하여 구조물을 통한 외기열이 실내쪽으로의 차단은 물론 실내 환기 작용에 의한 냉방효과를 갖도로 한다.
또한, 겨울에는 흡입구와 배기구를 차단하여 공기층이 또 다른 단열역할을 하는 한편 수열면에 공급된 태양열을 복사와 대류에 의해 구조물의 표면으로 공급하여 실내쪽으로의 에너지 취득효과와 취득된 에너지의 단열효과가 함께 작용될 수 있도록 하는 것이다.
그러나, 상기와 같은 환기장치는, 건물 내부 구조체 설계에 대한 특별한 고려가 필요하며, 기존 건축물에 적용하기 위해서는 구조체의 개수가 필요하므로 여기에도 한계가 있다.
또한, 내부 구조체에 환기구를 만들어야 하기 때문에 실제 거주공간의 활용에 제약이 따를 수 있으며, 공기층 내에 결로가 발생할 경우에는 결로수 처리에도 문제가 따른다.
그리고, 배기구(206)의 개폐를 수동으로 작동하도록 되어 작동이 불편하며, 배기구(206)와 흡입구(207)가 항상 개방되는 상태를 유지하여 축열및 단열효과를 저하시키게 되는 단점이 있는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 목적은, 투과형단열재를 이용한 자연환기장치가 부착된 벽체 패널를 사용하여 대류에 의한 열손실 및 복사손실을 억제함으로써 축열과 단열 효율을 증진시키도록 하고, 여름철 과열방지를 위해 설치되는 자연환기장치를 외기 온도에 따라 자동적으로 조절할수 있도록 하는 자연환기장치가 부착된 투과형단열재를 이용한 벽체패널을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 일면에 소정의 공간을 갖도록 형성되는 내측패널의 가장자리에 연결되면서 소정두께를 갖도록 되고, 내측에 단열재가 충진되는 외측패널;
상기 내측패널에 삽입되어 그 일면에 공기층이 설치되고, 상하부의 적어도 일면에 흡입구및 배기구가 형성되며, 내측에 투과형단열재가 충진되는 유리;및,
상기 흡입구및 배기구에 연결되어 회전가능토록 설치되고, 일측에 형상기억합금이 연결되는 셔터를 포함하는 자연환기장치가 부착된 투과형단열재를 이용한 벽체패널이 제공된다.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 도3 내지 도6에서와 같이, 벽체 패널에 투과형단열재(13)를 부착하여 축열과 단열성능을 향상시키고 여름철의 과열에 따른 냉방부하를 줄이기 위해 자연 환기방법을 적용하였으며, 계절별로 환기구를 개폐하기 위하여 형상기억합금(15)을 이용, 외기온도에 따라 자동으로 배기구및 흡입구 셔터(12)(14)가 작동하도록 설치된다.
또한, 상기 투과형단열재(13)는, 단파의 태양빛이 통과할 수 있는 건축 재료로서 그 뒤에 있는 벽이나 실내 공간의 물체에 의해 통과된 단파의 태양빛이 장파의 열로 변화되어 외기로는 나갈 수 없는 온실효과에 힘입어 실내 쪽으로 열이 흐르도록 한다.
더하여, 상기 투과형단열재(13)는, 일반 단열재와 비슷한 열저항값을 갖고 있으며, 상대적으로 높은 투과율과 낮은 반사율을 갖고 있기 때문에 태양복사의 80% 이상을 투과시킬 수 있고, 투과형단열재(13)의 내부구조에 의해 대류 및 장파복사의 손실이 매우 작다.
또한, 상기 투과형단열재(13)는, 대류나 전도에 의한 열의 이동을 막기 위한 방법으로 박판의 합성수지에 의해 빨대 모양의 가능한 작은 체적으로 공간이 구획되어 있고 유럽 등지에서 주로 PA(Polyamid), PC(Polycarbonate)로 만들어 난방에너지 절약에 큰 효과를 거두고 있다.
본 발명은, 공기층(18)과 벽체의 상하부에 흡입구(22)와 배기구(21)를 설치하였으며, 또한 유지관리상의 문제점을 감안하여 흡입구(22)와 배기구(21)가 환기가 필요한 시점에 개폐될 수 있도록 형상기억합금(15)을 이용한 자연환기 장치를 설치하였다.
도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.
도4는에서와 같이, 외부로부터 유리(18), 투과형단열재(13), 수열면(17), 공기층(18), 마지막으로 내측패널(20)과 발포폴리스틸렌으로 이루어진 단열재(19)및 외측패널(11)로 이루어진 샌드위치 패널이 주변을 감싸고 있다.
도5a는 여름철 과열방지를 위해 동작되는 상태로서, 일정온도에서 기본형상을 유지하는 형상기억합금(15)의 작동으로 흡입구셔터(14)와 배기구셔터(12)가 외기온도에 의해 자동으로 열린 상태가 되고, 상기 투과형단열재(13)의 내부에 박판의 수열면(17)을 부착하고 투과형단열재(13)의 외부에는 유리(16)를 부착하여 건물의 구조물 외기 쪽에 약 5㎝정도의 간격을 두고 고정을 시키면 구조물과 수열면(17) 사이에 공기층(18)이 형성되게 된다.
그리고, 상기 구조물의 하부에는 개폐가 가능한 흡입구셔터(14)를, 투과형단열재의 상부에 개폐가 가능한 배기구셔터(12)를 설치하면 외기가 일정온도 이상에 도달할 경우 수열면(17)이 가열되고, 이때 수열면(17)에 접한 공기층(18)의 공기가 가열되어 가열된 공기는 위로 상승하게 되며, 상승된 공기는 배기구셔터(12)를 통해 외기로 배출되고, 흡입구셔터(14)를 통해 외기가 자연적으로 순환되는 환기작용이 발생한다.
이러한 자연적 환기방법으로 여름철 과열을 방지하여 온도상승을 막아준다.
또한, 도5b는 벽체 패널의 겨울철 동작상태로서, 상기 형상기억합금(15)은 가공시 임의로 기억된 형상회복 온도를 벗어나면 형상기억합금(15)의 형상회복력을 상실하여 탄성력이 약해져 셔터의 무게에 의해 자연적으로 닫히는 구조로 겨울에 해가 비칠 경우 햇빛은 유리(16)와 투과형단열재(13)를 투과한 후 검정알루미늄박판으로 이루어진 수열면(17)을 가열하게 된다.
그리고, 가열된 수열면(17)에 접한 공기층(18)의 공기가 가열되어 일부는 대류에 의해 또 다른 일부는 복사에 의해 샌드위치패널에 열이 전달되며 패널 내부에서는 전도에 의해 열이 실내쪽으로 이동되어 막대한 에너지 취득효과를 갖게 되는 축열 패널이다.
계속하여, 도6a는 여름철의 흡입구셔터(14)와 배기구셔터(12)의 작동상태로서 본 발명에 사용된 형상기억합금(15)은, 가공시 임의로 기억된 형상회복 온도에 이르면 형상이 회복되는 합금 소재로 본 발명에 적용될 수 있도록 여름철 외기온도 30℃에 이르면 수축되어 형상이 완전히 회복되는 원리를 이용하여 외기온도 상승시 형상 회복 작용으로 셔터를 끌어올려 결국은 흡입구셔터(14)와 배기구셔터(12)를 개방한 예이다.
또한, 도6b는 겨울철 흡입구셔터(14)와 배기구셔터(12)의 작동상태로서 형상기억합금(15)은 외기온도가 10℃ 이하에 이르면 형상회복력이 상실되어 탄성력이 약해진다.
따라서, 상기 흡입구셔터(14)와 배기구셔터(12)의 무게에 의해 탄성력이 상 실된 형상기억합금으로 인해 셔터가 닫혀 환기를 방지하게 함으로써 일사 영향에 의해 가열된 공기를 실내로 전달하게 되는 것이다.
이상과 같이 본 발명은 투과형단열재(13)의 외기쪽에는 유리(16)를 대어 투과형단열재가 비바람 등 외기의 영햐으로부터 보호되도록 하고 투과형단열재의 안쪽에는 수열면(17)으로 얇은 판상의 검정 금속판을 대어 벽체의 구조물로부터 5㎝ 간격을 두어 공기층이 형성한다.
이에따라, 여름에는 흡입구셔터(14)와 배기구셔터(12)를 열어 수열면(17)의 온도가 상승함에 따라 공기층의 온도가 상승하여 굴뚝효과에 의해 가열된 공기가 외기로 빠져 나가고 이에 따라 외기공기가 흡입되도록 하는 자연환기방식이 가능하고, 겨울에는 흡입구셔터(14)와 배기구셔터(12)를 차단하여 공기층이 또 다른 단열역할을 하는 한편 수열면(17)에 공급된 태양열을 복사와 대류에 의해 구조물의 표면으로 공급하여 에너지 취득효과와 취득된 에너지의 단열효과가 함께 작용되어 태양 에너지 이용효율이 배가 되도록 한다.
또한, 자동개폐방식으로 형상기억합금을 이용함으로써 설치후 유지관리가 간편하고 추가적인 동력이 필요하지 않도록 하였다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 작동상태를 다시한번 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 사용된 형상기억합금코일(15)은 가공시 임의로 기억된 형상회복 온도에 이르면 형상이 회복되는 이방향성합금소재로서 본 발명에 적용할 수 있도록 외기온도가 30℃에 이르면 수축되어 형상이 완전히 회복되는 반면에, 외기온도 30 ℃이하에서는 형상기억합금코일(15)의 형상회복력이 차츰 상실되어 탄성력이 약해진다. 따라서 여름철의 과열방지를 위해 환기구를 열어주고 겨울철의 축열효과를 위해 환기구를 닫아준다.
즉, 외기 온도에 따라 형상기억합금코일(15)의 탄성력이 변화되어 수축, 신장시 환기구가 자동으로 개폐되도록 하는 것이다.
상기한 바와 같이 본 발명은 투과형단열재(13)에 수열면(17)과 유리(16)를 샌드위치 패널에 공기층을 두어 일체화함으로써 현장시공이 간편하고 에너지 절약적인 투과형단열재를 이용한 샌드위치 축열 패널을 발명하였다. 이 발명은 건물의 벽체에 태양열을 직접 취득하도록 되어 있기 때문에 난방에너지의 유효한 활용이 가능하며 투과형 단열재의 특성에 의해 단열 효과도 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 아울러 기존의 투과형단열 벽체가 갖고 있는 문제점 중 여름철 과열 문제 해결을 위한 기존의 과열차단장치가 갖고 있는 비경제적이고 부정확한 작동과 유지 관리 보수의 어려움을 형상기억합금을 이용하여 해결하였다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명 하였지만, 이하의 청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알수 있음을 밝혀 두고자 한다.
Claims (4)
- 그 양면에 유리(16)및 검정알루미늄박판으로 이루어진 수열면(17)이 일체로 각각 접합되는 투과형 단열재를 이용한 벽채패널에 있어서;일면에 소정의 공간을 갖도록 형성되는 내측패널(20)의 가장자리에 연결되면서 소정두께를 갖도록 설치되며, 상기 내측패널(20)과의 사이에 발포폴리스틸렌재로 이루어진 단열재(19)가 충진되는 외측패널(11)과;상기 내측패널(20)의 공간에 삽입되어 그 일면에 공기층(18)이 형성되고, 상하부의 적어도 일면에 흡입구(22)및 배기구(21)를 갖도록 설치되는 투과형단열재(13); 및상기 흡입구(22)및 배기구(21)에 각각 회전가능토록 설치되고, 일측에 이방향성합금소재로 이루어지는 형상기억합금(15)이 연결되는 셔터(12)(14)를 포함하는 자연환기장치가 부착된 투과형단열재를 이용한 벽체패널.
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