KR20030000938A - 결합 모듈식 무창 기공형 태양열 공기 난방 건축 외장집열판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건축 시설물의 난방을 위하여 건축물의 외장재로 사용될 수 있는 태양열 공기 집열판에 관한 것이다.

본 발명의 결합 모듈식 무창 기공형 태양열 공기 난방 건축 외장 집열판은, 사각 판상의 알루미늄, 스틸과 같은 금속제 재료 원판(11)의 일측 표면에 태양열 흡수율이 0.88 이상이고, 방사율은 0.50 미만인 선택 흡수층(12)이 코팅되며, 상기 원판(11)과 선택 흡수층(12)을 함께 관통하는 직경 1.5∼5mm인 다수의 기공(V)들이 형성되고, 네 테두리부에는 집열판을 건물 벽체에 설치하기 위한 결합 플렌지(F)가 구비되며, 상기 기공들 사이의 거리는 기공 직경의 8∼10배가 되도록 형성된다.

본 발명의 결합 모듈식 무창 기공형 태양열 공기 난방 건축 외장 집열판은 집열판 표면 위에 보호 유리가 없기 때문에 파손의 위험이 없으며, 겨울철 운전시 수관 동파의 위험도 없고, 집열판 표면의 무수한 기공들에 의한 공기 흡입과 순환이 자유로워 보조 난방 뿐 아니라 건물의 외부 신선 공기 유입을 통한 실내 환기에도 매우 효과적인 장점이 있고, 집열판 표면의 선택 흡수층은 태양열에 대한 높은 흡수율과 저방사율의 특징을 갖기 때문에 집열판의 집열 성능이 현저히 개선되어 난방비가 절감되며, 단순 설계 시공이 가능한 평판 구조로써 집열판 표면 오염시에도 그 청소 관리가 쉬운 장점이 있다.

Description

결합 모듈식 무창 기공형 태양열 공기 난방 건축 외장 집열판{Module-type unglazed perforated solar air heating panel}

본 발명은 건축물의 외장재로 사용될 수 있는 태양열 집열판에 관한 것으로, 더 자세하게는 유리 커버가 없는 집열판의 표면에 수많은 기공을 형성시키고, 그 표면에 선택 흡수막 표면처리제를 코팅하여 패널화 함으로써, 건축물의 조립식 외장재로 사용이 가능한 동시에 공기의 가열 능력이 우수한 효율 좋은 집열판으로서의 역할을 수행하도록 하여 건축물의 난방 에너지를 절감시킬 수 있는 결합 모듈식 무창 기공형 태양열 공기 난방 건축 외장 집열판에 관한 것이다.

매우 저렴하였던 에너지원인 화석 연료의 급격한 가격 상승, 화석 연료로부터 발생되는 이산화탄소에 의한 온실 효과 및 각종 공해 문제 등을 해결하기 위하여 제로 온실 가스 방출 에너지원인 태양열, 풍력, 수력, 조력 등 천연 에너지원에 대한 많은 연구가 이루어지고 있으며, 최근 국제적으로 활발한 연구와 성과가 이루어지고 있는 것이 태양열 건축 시설물 이용에 관한 분야이다.

상기 태양열 에너지는 열에너지로 즉시 변환하여 사용이 가능하기 때문에, 특히 건축물의 난방용 에너지원으로 이용할 수 있는 실제적인 방법들이 활발하게 연구되고 있다.

무제한 에너지원인 태양열 에너지를 이용함에 있어서 무엇보다 중요한 점은 태양열을 모으는 집열기의 고효율화에 있다고 할 수 있으며, 집열기는 집열 방법과 집열기의 형태 및 사용 온도 범위에 따라 집광식과 비집광식으로 분류된다.

집광식은 렌즈나 반사 거울 등을 사용하여 점이나 선 위에 태양열을 집중시키는 방식으로 렌즈나 반사 거울 등이 태양의 움직임을 자동적으로 추적할 수 있도록 태양 추적 시스템이 구비되고 보통 200℃ 이상 고온의 열이 필요한 경우에 사용되며, 비집광식은 평판형과 진공 유리관형(이하 '진공관형'이라 함)으로 대별된다.

평판형은 열 전달 유체의 통로가 되는 파이프가 달린 금속재 태양열 집열판 위에 공기층을 만들어 강화 유리로 씌우고 금속판 아래쪽에 단열재를 붙인 것으로 열전달 매체의 열 취득 온도가 80℃ 이하이며, 진공관형은 진공 유리관 내에 태양열 집열판과 히트 파이프가 설치된 것으로 열 취득 온도가 중온 영역인 80∼200℃ 범위에 있게 된다.

상기의 집열기들 중에서 가장 저온의 취득 온도가 얻어지는 평판형 집열기는 태양열 온수 급탕 시스템에 사용되는 기본적인 태양열 집열기로서 가격이 저렴할 뿐 아니라 가장 효율적인 집열기로 알려져 있다.

상기 평판형 집열기에 사용되는 집열판은 일반적으로 열전도성이 우수한 금속재의 표면을 흑체화 하여 열흡수 능력을 극대화시키고, 표면의 오염 방지를 위하여 유리 커버를 씌운 형태로 사용되기 때문에 단지 태양열을 흡수, 집열하기 위한 도구로 사용된다.

그리고, 상기 평판형 집열기를 건축용 보조 난방용으로 사용하기 위해서는 적절한 집열 면적이 필요하기 때문에 집열판을 충분한 면적으로 설치가 가능해야 하는 바, 단독 주거 형태 건축물에의 적용은 가능하나, 건축 면적에 비하여 연면적이 과다한 도심의 대형 고층 건축물에서는 충분한 집열판 설치 공간을 확보하기 어려운 문제가 있다.

더욱이, 상기 평판형 집열기에는 집열판 보호를 위한 보호 유리와 열 전달 매체인 물의 이동 통로인 수관이 구비되기 때문에, 온수용이 아닌 건축물의 보조 난방을 위한 공기의 가열용으로 사용하기에는 유리의 파손과 수관의 동파 위험성 및 중량의 문제로 적합하지 않다.

그러나, 건축 기술의 발전과 함께 대지의 공간 활용도를 높이기 위하여 최근 건설되는 건축물은 더욱더 고층화, 대형화하는 추세이며, 건축물의 고층화와 대형화가 진행될 수록 건축물의 난방 에너지 소비가 급격히 증가되고 있으나, 난방에 필요한 화석 연료의 소비를 줄일 수 있는 방법이 마땅치 않은 실정이다.

따라서, 건축별로 단위 모듈 형태의 최적화된 태양열 공기 집열 시스템 설계 시공이 필요하며, 대형 고층 건물의 난방 비용을 줄이기 위하여 태양열을 이용할 수 있는 보급용 집열판에 대한 연구가 이루어졌으며, 그 대표적인 방법이 보호 유리와 수관을 배제한 집열판만을 건축물의 외장재로 사용할 수 있도록 한 집열판의 결합식 단위 모듈화였다.

즉, 종래 집열판에 사용되었던 유리 커버를 제거하고, 유리 커버가 없는 집열판을 건축물의 외장용 조립식 단위 패널로 사용하여 집열판에 흡수된 태양열로서 집열판과 내부 벽체 사이의 공기를 가열하며, 가열된 공기를 실내에 공급하는 방식으로 상황에 따라 소형 및 대형 고층 건축물의 난방에 이용하였다.

상기와 유리 커버가 없는 집열판을 건축물의 외장 패널로 사용하는 방법이 미국특허 제4,77,932호, 동 4,934,338호, 동 4,899,728호 등에 개시되어 있으며,상기 특허들에 사용된 집열판은 집열판의 집열 면적을 증대시키기 위하여 평판의 집열판을 파도 형상과 같이 골과 산을 갖는 주름판의 형태로 가공하여 사용하였다.

그러나, 상기 미국특허들에 사용된 집열판은 그 집열 면적의 증대는 있으나, 태양의 위치에 따라 집열판 주름의 산에 의해 골부위에 그림자가 형성되어 집열 효과를 떨어뜨리게 되는 문제가 있으며, 건축물에 장착시 외관상 바람직하지 못할 수도 있고, 청소도 쉽지 않은 단점이 있다.

본 발명은 건축물의 외장재로 사용될 수 있는 외장재로서의 종래 집열판이 가지고 있는 제반 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 평판형이면서 집열 효율이 높으며, 외부의 공기를 신속히 흡수할 수 있도록 집열판과 내부 벽체 사이에 적절한 부압을 발생시켜 신속한 공기의 가열과 순환을 가능하게 하는 건축 외장 집열판을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

도 1은 본 발명 일실시에 집열판을 보인 것으로,

(가)는 정면도이고,

(나)는 단면도이다.

도 2는 본 발명의 집열판을 이용한 건축물의 난방 개념도.

도 3은 본 발명 집열판의 일실시예 설치도.

((도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명))

1. 집열판 2. 벽체

3. 공조 시스템 4. 외장재 설치용 프레임

11. 금속 원판 12. 선택 흡수층

V. 기공 F.플렌지

본 발명의 상기 목적은 건물의 규모 상황에 따라 적절한 크기로 결합 가능한 금속재 집열판에 형성된 무수한 기공들과, 집열판의 표면에 코팅된 선택 흡수층에 의하여 달성된다.

본 발명의 결합 모듈식 무창 기공형 태양열 공기 난방 건축 집열판에 형성된 상기 기공들은, 집열판의 배면과 이 배면과 대항하게 되는 건축물 내벽 사이에 형성되는 공간으로 외부의 공기가 흡입되는 통로를 제공하게 된다.

상기와 같이 기공들을 통하여 외부 공기가 흡입되는 것은, 집열판에 축적된 태양열에 의하여 집열판과 내벽 사이의 공기가 상승되면서 부압이 발생하게 되고, 이 부압에 의하여 외부 공기가 효과적으로 흡입되는 것이다.

상기 기공들의 크기와 상호 간격은 집열판의 집광 면적에도 직접적인 영향을 미치게 되기 때문에 가공들 가공은 매우 주의를 요하게 된다.

본 발명의 집열판에 형성된 상기 기공들의 직경은 1.5∼5mm, 기공들 사이의 간격은 기공 직경의 8∼10배로 하였으며, 이와 같이 기공들을 형성시킨 이유는 다음과 같다.

상기 기공의 직경이 5mm를 초과하게 되면 집열면적 감소에 의한 집열판의 집열 효율이 떨어지는 동시에 기공 주변에 형성되는 부압이 감소하여 외부 공기의 흡입과 순환이 원활치 못하게 되는 경향이 있기 때문이며, 1.5mm 보다 작을 경우에는 그 가공이 어려워 가공비가 상승되고 외부 공기의 흡입과 순환이 원활치 못하게 되기 때문이다.

그리고, 기공들의 상호 간격이 기공 직경의 8배에 미치지 못하면 기공의 수가 과다하여 집열 면적이 감소되므로써 집열 효율이 떨어지게 되고, 직경의 10배를 초과하게 되면 기공들의 수가 적어 기공들을 통한 외부 공기의 유입이 부족하게 된다.

태양을 향한 본 발명 집열판의 표면에 형성된 상기 선택 흡수층은 태양 흡수율 0.88 이상, 방사율 0.50 미만이 되도록 적절한 코팅제를 도포시킨 후, 외기 중에서 변화되지 않도록 200℃ 이상의 온도로 열처리를 실시하여 완성시킨 것이며, 상기 다수의 기공과 선택 흡수층에 본 발명의 기술적 특징이 있다.

또한, 본 발명의 집열판을 외장재로 사용할 수 있도록 집열판의 네 테두리부에는 집열판과 집열판, 집열판과 건물 내벽의 연결과 결합을 위한 결합 플렌지가 구비되어 있기 때문에 손쉽게 조립식으로 본 발명의 집열판을 건축물에 설치할 수 있다.

본 발명의 목적과 자세한 기술적 특성 및 작용 효과는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 다음의 상세한 설명에 의하여 명확하게 이해될 것이다.

도 1에 본 발명 일실시에 집열판의 정면도를도시하였다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 결합 모듈식 무창 기공형 태양열 공기 난방 건축 외장 집열판(1)은 사각 판상의 금속재 원판(11)의 일측 표면에 선택 흡수층(12)이 코팅되고, 상기 원판(11)과 선택 흡수층(12)을 함께 관통하는 다수의 기공(V)들이 형성되며, 네 테두리부에는 결합 플렌지(F)가 구비되고, 상기 결합 플렌지를 이용하여 건축물의 벽체에 집열판을 설치하게 된다.

그리고, 상기 선택 흡수층(12)은 습기, 자외선 및 고온에 강한 "SOLKOTE Hi/Sorb­Ⅱ"를 금속재 원판의 일측 표면에 도포한 후, 204℃에서 약 30분간 열처리하였다.

본 발명의 집열판을 이용한 건축물의 난방 개념도를 도시한 도 2와 같이, 본 발명의 집열판(1)은 태양을 향하는 건축물의 남측 벽체(2)에 설치되고, 집열판과벽체의 사이에 형성되는 공간(S)의 상부에 공조 시스템(3)을 연결하여 집열판(1)에 의해 가열되어 상승되는 공기를 실내에 공급하게 된다.

그리고, 본 발명의 집열판을 벽체에 설치는 도 3에 도시된 일실시예 설치 방법과 같이, 상부 집열판의 하부 플렌지(F')와 하부 집열판의 상부 플렌지(F")를 겹치도록 하여 벽체(2)에 고정된 외장재 설치용 프레임(4)에 부착된 브라케트(B)에 핀(P) 등으로 고정시키므로써 이루어진다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 결합 모듈식 무창 기공형 태양열 공기 난방 건축 외장 집열판은 집열판 표면 위에 보호 유리가 없기 때문에 파손의 위험이 없으며, 집열판 표면의 무수한 기공들에 의한 공기 흡입과 순환이 자유로워 보조 난방 뿐 아니라 건물의 실내 환기에도 매우 효과적인 장점이 있다.

그리고, 집열판 표면의 선택 흡수층은 태양열에 대한 높은 흡수율과 저방사율의 특징을 갖기 때문에 집열판의 집열 성능이 현저히 개선되어 난방비가 절감되고, 평판 구조로써 집열판 표면 오염시에도 그 청소 관리가 쉬운 장점이 있다.

Claims (3)

1. 태양열 집열판에 있어서, 사각 판상의 금속재 원판(11)의 일측 표면에 선택 흡수층(12)이 코팅되고, 상기 원판(11)과 선택 흡수층(12)을 함께 관통하는 다수의 기공(V)들이 형성되며, 네 테두리부에는 집열판을 건물 벽체에 설치하기 위한 결합 플렌지(F)가 구비됨을 특징으로 하는 결합 모듈식 무창 기공형 태양열 공기 난방 건축 외장 집열판.
2. 제 1항에 있어서, 상기 기공(V)의 직경은 1.5∼5mm이며, 기공(V)들 사이의 간격은 기공 직경의 8∼10배임을 특징으로 하는 결합 모듈식 무창 기공형 태양열 공기 난방 건축 외장 집열판.
3. 제 1항에 있어서, 상기 선택 흡수층(12)의 태양열 흡수율은 0.88 이상이고, 방사율은 0.50 미만임을 특징으로 하는 결합 모듈식 무창 기공형 태양열 공기 난방 건축 외장 집열판.