KR101387392B1 - 난방용 건물외벽구조 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 건물외벽에 마련되는 난방용 건물외벽구조로서, 건물외벽에 관통설치되고, 내부에 빈 공간을 구비한 흑체로 구성되는 방사부; 상기 방사부 상부에 마련되고 실외로 돌출형성된 입광부; 및 상기 입광부를 덮는 커버;를 포함하고, 상기 방사부는, 상기 입광부와 접하는 상면에 복수개의 제1천공부; 및 상기 상면과 대향되는 하면에 복수개의 제2천공부;를 구비하고, 상기 제1천공부와 상기 제2천공부는 서로 연통되지 않도록 엇갈려 배치되며, 상기 입광부는, 프리즘형상의 단일 구조체가 전후좌우로 연속적으로 배치되어 구성된, 난방용 건물외벽구조를 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 따르면, 흑체로 구성된 방사부로부터 방사된 복사선을 프리즘 형상의 입광부를 통해 재귀반사시켜 방사부로 다시 집열하게 되므로, 방사부인 흑체의 흡수능을 상승시켜 단위넓이당 단위시간에 방출하는 복사파의 에너지를 증가시킬 수 있게 되고, 자연에너지인 태양광을 이용해 전력소모없이도 실내를 효율적으로 난방할 수 있는 난방용 건물외벽 구조가 제공될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 흑체로 구성된 방사부로부터 방사된 복사선을 프리즘 형상의 입광부를 통해 재귀반사시켜 방사부로 다시 집열하게 되므로, 방사부인 흑체의 흡수능을 상승시켜 단위넓이당 단위시간에 방출하는 복사파의 에너지를 증가시킬 수 있게 되고, 자연에너지인 태양광을 이용해 전력소모없이도 실내를 효율적으로 난방할 수 있는 난방용 건물외벽 구조가 제공될 수 있다.
Description
본 발명은 난방용 건물외벽구조에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 흑체복사의 원리를 이용한 난방용 건물외벽구조에 관한 것이다.
벽돌 및 시멘트 등으로 외벽이 구성된 주택에서 거주자가 난방장치를 이용해 실내 난방을 행하는 경우, 난방 효율을 높일 수 있도록 하기 위한 다양한 난방구조가 공지되어 있다.
한국 등록실용신안 공보 제20-0353323호에는 바닥에 설치되는 난방파이프와 난방파이프 사이에 다수개의 유리구슬을 충진하여 난방파이프에서 공급되는 열원을 측면방향으로 전도되게 하여 난방 효율을 높인 난방구조에 대해 개시되어 있다.
또한, 한국 등록실용신안 공보 제20-0209692호에는 바닥에 설치되는 열선히터와 열선히터 사이에 자갈, 화강암 등이 적층된 축열층을 구비하여 난방 효율을 높인 난방구조에 대해 개시되어 있다.
그러나, 상기한 기술의 난방구조는 모두 열원으로서 난방파이프 또는 열선히터를 구비하고 있기 때문에 전력사용이 불가피하다는 문제점이 있다.
또한, 상기한 기술은 난방파이프 또는 열선히터와 같은 열원으로부터 열에너지가 유리구슬이나 자갈, 화강암 등에 저장, 전달되기도 하지만, 동시에 그 과정에서 일정량의 열에너지 손실분이 발생되기 때문에, 지금까지도 보다 효율이 좋은 난방구조를 개발하기 위해 지속적인 연구, 노력이 진행되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 태양광을 집열하여 실내로 방출토록 함으로써, 무한한 자연자원을 활용하여 실내 난방을 효율적으로 실시할 수 있는 난방용 건물외벽구조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 건물외벽에 마련되는 난방용 건물외벽구조로서, 건물외벽에 관통설치되고, 내부에 빈 공간을 구비한 흑체로 구성되는 방사부; 상기 방사부 상부에 마련되고 실외로 돌출형성된 입광부; 및 상기 입광부를 덮는 커버;를 포함하고, 상기 방사부는, 상기 입광부와 접하는 상면에 복수개의 제1천공부; 및 상기 상면과 대향되는 하면에 복수개의 제2천공부;를 구비하고, 상기 제1천공부와 상기 제2천공부는 서로 연통되지 않도록 엇갈려 배치되며, 상기 입광부는, 프리즘형상의 단일 구조체가 전후좌우로 연속적으로 배치되어 구성된, 난방용 건물외벽구조를 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 방사부는 카본 또는 흑연을 포함하는 내열성수지 또는 내열성섬유로 이루어진, 난방용 건물외벽 구조를 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 방사부의 외면을 감싸는 프레임을 더 포함하고, 상기 프레임은 길이방향을 따라 내부에 진공의 공동부를 구비한, 난방용 건물외벽 구조를 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 방사부의 빈 공간에는 일단이 방사부의 상면에 접하고 타단이 방사부의 하면에 접하도록 보강용 지지기둥이 형성된, 난방용 건물외벽 구조를 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 흑체로 구성된 방사부로부터 방사된 복사선을 프리즘 형상의 입광부를 통해 재귀반사시켜 방사부로 다시 집열하게 되므로, 방사부인 흑체의 흡수능을 상승시켜 단위넓이당 단위시간에 방출하는 복사파의 에너지를 증가시킬 수 있게 되고, 자연에너지인 태양광을 이용해 전력소모없이도 실내를 효율적으로 난방할 수 있는 난방용 건물외벽 구조가 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 난방용 건물외벽구조의 개략적인 단면도이다.
도 2는 커버가 도시되지 않은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 난방용 건물외벽구조를 설명하는 부분 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 난방용 건물외벽구조에 있어서, 입광부의 프리즘형상의 단일 구조체에 입사한 복사선의 진행경로를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 방사부가 프레임으로 둘러싸인 상태를 도시한 도면이다.
도 2는 커버가 도시되지 않은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 난방용 건물외벽구조를 설명하는 부분 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 난방용 건물외벽구조에 있어서, 입광부의 프리즘형상의 단일 구조체에 입사한 복사선의 진행경로를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 방사부가 프레임으로 둘러싸인 상태를 도시한 도면이다.
이하에서는 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 난방용 건물외벽구조에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 난방용 건물외벽구조의 개략 단면도이고, 도 2는 커버가 도시되지 않은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 난방용 건물외벽구조를 설명하는 부분 단면도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 난방용 건물외벽구조에 있어서, 입광부의 프리즘형상의 단일 구조체에 입사한 복사선의 진행경로를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 방사부가 프레임으로 둘러싸인 상태를 도시한 도면이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명은 건물외벽에 마련되는 난방용 건물외벽구조로서, 건물외벽에 관통설치되는 방사부(20)와, 상기 방사부(20) 상부에 마련되고 실외로 돌출형성된 입광부(10) 및 상기 입광부(10)를 덮는 커버(30)를 포함한다. 미설명된 도면부호 40는 상기 방사부의 외면을 둘러싸는 프레임(40)이다.
보다 구체적으로, 상기 방사부(20)는 내부에 빈 공간(23)을 구비하는 흑체(black body)로 형성되는데, 흑체는 표면에 입사하는 모든 파장의 방사를 전부 흡수하였다가 재방출하는 성질을 지닌다.
흡수능이 클수록 단위넓이 당 단위시간에 방출하는 복사파의 에너지가 커지는데, 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서는 상기 방사부(20)를 흑체로 구성하여 흡수능을 극대화하고 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 흑체로 구성된 상기 방사부(20)는 카본 또는 흑연을 포함하는 내열성수지 또는 내열성섬유로 이루어지며, 사출성형 또는 압출 등의 방법에 의해 형성될 수 있다.
그리고, 상기 방사부(20)의 빈공간(23)은 고온에서 저온으로 열 이동을 원활히 하여 열평형을 이루는 역할을 한다.
또한, 상기 방사부(20)에 있어서, 상기 입광부(10)와 접하는 상면(21)에는 복수개의 제1천공부(211)가 형성되어 있고, 상기 상면(21)과 대향되는 하면(22)에는 복수개의 제2천공부(221)를 구비하고 있다.
이 경우, 상기 제1천공부(211)와 상기 제2천공부(221)는 서로 연통되지 않도록 엇갈리게 배치된다. 즉, 상기 제1천공부(211)의 수직하방에 위치되는 하면(22)에는 제2천공부(221)가 형성되지 않고, 상기 제2천공부(221)의 수직상방에 위치되는 상면(21)에는 제1천공부(211)가 형성되지 않는다.
상기 제1천공부(211) 및 상기 제2천공부(221)의 형성위치를 서로 엇갈리게 하는 이유는 입광부(10)를 통해 입사된 태양광이 방사부(20)의 상면(21) 및 하면(22)에 골고루 흡수되어 상면(21) 및 하면(21)이 열평형상태를 유지할 수 있도록 하기 위함이다.
또한, 상기 제1천공부(211) 및 제2천공부(221)는, 본 실시예에서는 1㎠ 당 2㎜의 크기로 형성되었지만, 필요에 따라 적절히 조절될 수 있다.
한편, 상기 방사부(20)의 빈 공간(23)에는 일단이 방사부의 상면(21)에 접하고 타단이 방사부의 하면(21)에 접하도록 보강용 지지기둥(24)이 1이상 형성될 수 있다.
상기 보강용 지지기둥(24)은 방사부(20)의 상부에 마련된 입광부(10)의 하중에 의해 방사부(20)의 상면(21)의 형태가 변형되지 않도록 하는 기능을 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 방사부(20)는 상면(21) 및 하면(22)의 두께를 5㎜, 내부의 빈공간의 높이(h)를 20㎜로 형성하여 총 높이(H)를 30㎜로 형성하였으나, 이에 한정되지 않고 필요에 따라 변경이 가능함을 물론이다.
한편, 상기 입광부(10)는 상기 방사부(20)의 상부에서 프리즘형상의 단일 구조체가 전후좌우로 연속적으로 배치되어 구성되어 있다.
상기 프리즘형상의 단일 구조체는 직각프리즘형상 또는 정삼각프리즘형상으로 형성될 수 있고, 고분자필름 또는 내열성 투명한 수지로 이루어져 약 200℃이상의 고온 하에서도 장시간 사용이 가능하다.
본 실시예에 있어서, 상기 입광부(10)를 구성하는 프리즘형상의 단일구조체는 프리즘의 각 변이 마이크로미터의 미소한 크기로 형성되는 것이 바람직하지만, 시공환경이나 필요에 따라 수십 미터의 크기로도 조절될 수 있음은 물론이다.
한편, 프리즘형상의 단일 구조체의 연속배열로 이루어진 상기 입광부(10)는 표면이 미세하여 습기나 분진 등에 의해 변형 또는 오염될 우려가 있기 때문에 커버(30)가 상기 입광부(10) 전면을 덮고 있으며, 상기 커버(30)는 투명성의 내열성수지로 형성될 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 방사부(20)의 외면이 프레임(40)으로 둘러싸여, 방사부(미도시), 입광부(10), 및 커버(미도시)가 유닛화될 수도 있다.
이 경우, 상기 프레임(40)은 단면 a-a'에서 볼 수 있는 바와 같이, 내부에 공동부(41)를 구비하고, 상기 공동부(41)는 진공상태를 이룬다. 공동부(41)를 진공상태로 형성함은 전도에 의한 열 이동과 대류에 의한 열 이동을 차단시켜 열손실을 최소화하기 위함이다.
그리고, 상기 프레임(40)은 엔지니어링 플라스틱(POLY CARBONATE, POLY ACETAL, POLY AMIDE, POLY PENYLENE OXIDE), 비철금속 등의 재질로 이루어질 수 있고, 단열효과를 높이기 위해 외면 및 내면(공동부의 둘레면)이 금속성의 크롬도금 또는 알루미늄도금 등으로 도포될 수도 있다.
이하에서는 도 1 및 도 3을 참조로 하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 난방용 건물외벽구조에 의해 실내난방이 이루어지는 과정을 설명하기로 한다.
건물외벽에 마련된 난방용 건물외벽구조의 입광부(10)를 통해 태양광이 입사하여 방사부(20)에 도달하게 되면, 방사부(20)로부터 복사선이 방출되어 실내로의 방사가 이루어진다. 따라서, 태양의 복사선을 실내로 유입시켜 복사난방이 이루어질 수 있다.
이 경우, 방사부(20)로부터 방사된 복사선은 방사부(20) 상면에 있는 입광부(10)의 저면으로 방사되기도 하는데, 도 3에 도시된 바와 같이, 입광부(10)의 저면(B-C)으로 방사된 복사선은(L1), 입광부(10)를 구성하는 프리즘 형상의 단일구조체에 의해 다시 재귀반사되어 방사부(20)로 돌아와(L2, L3), 일부는 방사부(20)의 상면(21)에 집열되고, 나머지는 제1천공부(211)를 통해 방사부(20)의 하면(22)에 도달한 후 방사부(20) 내에서의 열교환과정에 의해 방사부(20)에 흡수된다.
따라서, 본 발명에 따르면, 방사부(20)로부터 방사된 복사선을 프리즘 형상의 입광부(10)를 통해 재귀반사시켜 방사부(20)로 다시 집열하게 되므로 흑체로 구성된 방사부(20)의 흡수능을 상승시켜 단위 넓이당 단위시간에 방출하는 복사파의 에너지를 증가시킬 수 있게 된다.
그러므로, 태양광을 이용해 실내를 효율적으로 난방할 수 있는 난방용 건물외벽 구조가 제공될 수 있다.
또한, 태양의 복사선을 실내로 유입시켜 히트펌프의 열원으로 사용함으로써 화석에너지 고갈에 대비한 대체에너지로 활용할 수도 있게 된다.
10 : 입광부 20 : 방사부
21 : 상면 22 : 하면
211 : 제1천공부 221 : 제2천공부
23 : 공간 24 : 보강용 지지기둥
30 : 커버 3 : 벽체
40 : 프레임 41 : 공동부
21 : 상면 22 : 하면
211 : 제1천공부 221 : 제2천공부
23 : 공간 24 : 보강용 지지기둥
30 : 커버 3 : 벽체
40 : 프레임 41 : 공동부
Claims (4)
- 건물외벽에 마련되는 난방용 건물외벽구조로서,
건물외벽에 관통설치되고, 내부에 빈 공간을 구비한 흑체로 구성되는 방사부;
상기 방사부 상부에 마련되고 실외로 돌출형성된 입광부; 및
상기 입광부를 덮는 커버;를 포함하고,
상기 방사부는,
상기 입광부와 접하는 상면에 복수개의 제1천공부; 및
상기 상면과 대향되는 하면에 복수개의 제2천공부;를 구비하고,
상기 제1천공부와 상기 제2천공부는 서로 연통되지 않도록 엇갈려 배치되며,
상기 입광부는,
프리즘형상의 단일 구조체가 전후좌우로 연속적으로 배치되어 구성된, 난방용 건물외벽구조. - 제1항에 있어서, 상기 방사부는 카본 또는 흑연을 포함하는 내열성수지 또는 내열성섬유로 이루어진, 난방용 건물외벽 구조.
- 제1항에 있어서, 상기 방사부의 외면을 감싸는 프레임을 더 포함하고, 상기 프레임은 길이방향을 따라 내부에 진공의 공동부를 구비한, 난방용 건물외벽 구조.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방사부의 빈 공간에는 일단이 방사부의 상면에 접하고 타단이 방사부의 하면에 접하도록 보강용 지지기둥이 형성된, 난방용 건물외벽 구조.
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