KR20100020448A - 내기후성 건물 외장재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내기후성 건물 외장재에 관한 것으로, 특히 경사진 지붕에 다수의 사각형의 내기후성 패널들을 비늘과 같이 서로 겹치는 방법으로 설치하는 것을 특징으로 한다. 패널들은 모서리 영역에서 경사선 방향을 향하여 겹치면서 서로 배열된다. 패널들은 경사방향으로 저부 모서리 영역에 설치된 지지구조에 연결되며, 밀봉부재가 패널의 모서리 영역에서 패널간의 틈을 밀봉한다. 사각형의 패널들은 양 쪽 모서리에 개구부를 포함하며, 상기 개구부에 결합부재가 설치되어 각 패널의 하부 모서리와 인접한 패널의 상부 모서리를 주방향으로 연결하게 된다.

패널, 지붕, 태양, 솔라셀, 비늘, 채광, 유리, 내기후성, 건물, 외장재

Description

내기후성 건물 외장재{Weatherproof building envelope}

본 발명은 내기후성 건물 외장재에 관한 것으로, 특히 사각형의 내기후성 패널들을 포함하는 경사진 지붕에 관한 것이다. 본 발명은 이에 나아가 건물 외장재인 패널과 건물 외장을 위한 키트에 관한 것이다.

거주 또는 비 거주 건물에 대해서, 지붕 등의 외면을 이용하여 태양광으로부터 전기 내지 열 등의 에너지를 얻는 기술은 다양하게 소개된 바 있다.

화석연료 및 우라늄 자원의 유한성에 따라, 미래의 에너지 자원에 있어서 태양과 같은 고갈되지 않는 에너지원의 개발의 중요성이 대두되었다. 또한 화석연료의 대체기술은 환경적인 측면에서도 중요하다.

근래에 들어서, 대규모의 태양광 발전소가 가능해졌다. 태양광 발전에 의해 연간 1400MW의 전기를 생산하며, 이에 따른 솔라셀들의 면적이 약 14km²에 달하는 발전소가 이미 건설된 바 있다. 또한 현재 태양광 발전량의 연간 성장률은 40%에 이르고 있다. 2004년 독일의 지붕에는 6백만제곱미터의 솔라셀들이 설치되었고, 2012년에는 그 2배가 될 것이다.

광전지 모듈은 지붕에 설치되며, 지붕에 설치되는 물을 이용한 열 수집장치는 일반화 되고 있다. 설치비용과 미관적인 면에서의 기술은 태양광 시스템과 지붕면, 외벽과 채광창과 차광 수단 간의 결합을 지향하는 방향으로 발전하여 왔다. 광전모듈과 열 수집장치는 지붕과 외벽의 기능에 포함되는 것이다.

점차적으로, 넓은 면적의 광발전 지붕 소자는 “솔라 루프(solar roof)”로 알려지며 지붕 구조재로 사용되어 왔다. 일예로, 독일 회사인 솔라월드 AG.(SolarWorld AG.)는 이러한 지붕 소자들을 상품화하고 있다. 이러한 설비를 위하여 특별한 복합적인 방수처리기술이 필요하다(측면 또는 횡단면 프로파일, 고무씰(rubber seal) 등). 물을 이용한 태양열 수집장치는 일반적으로 지붕의 위 또는 내부에 분리되어 설치된다. 건초를 말리는 목적으로 뜨거운 공기를 생산하기 위한 소위 공기식 수집장치라 칭하여지는 장치도 지붕에 설치된 바 있다. 특허 5,990,414는 지붕에 설치되는 미관상 뛰어난 광발전 장치를 소개하고 있다.

광발전 모듈 또는 지붕 구성요소는 얇고 평평하고 부서지기 쉬운 실리콘 솔라셀들로 구성된다. 기계적, 화학적 피해를 막기 위하여 상기 셀들은 일반적으로 EVA(에틸 비닐 아세테이트)같은 탄력있고 투명한 재질에 싸여지게 되며, 앞면은 투명한 견고한 유리나 플라스틱, 뒷면은 포일(foil)이나 유리로 다시 싸여지게 된다. 솔라셀들은 각각 서로 전기적으로 연결되어 있으며 발전 모듈은 통상 뒷면에 설치된 접합상자(junction box)에 연결된다. 이러한 모듈들의 호스트 또는 지붕 부재들 은 서로 평행하게 연결되어 원하는 시기에 필요한 시스템 전압 또는 DC 전력을 얻게 한다. 일반적으로 전류는 인버터를 경유하여 퍼블릭 그리드로 흘러들어가거나 별도의 배터리에 일시적으로 충전되게 된다.

무정형 실리콘의 박막, CuS₂ 또는 다른 반도체 물질 또는 화학물질 들이 적용될 수 있다. 이러한 레이어는 기계적 또는 화학적 손상을 피하기 위하여 유리 또는 투명한 플라스틱에 의해 보호되게 된다.

알려진 솔라 시스템은 태양광의 조사에 의해 열전달 매체인 물이나 공기를 가열하고 파이프시스템에 의해 가열된 유체가 필요한 위치로 가이드 되며, 이와 동시에 광발전 수단에 의해 전기가 생산되게 된다.

상기 솔라 시스템을 지붕에 설치하기 위한 총 소요 비용이 매우 다대하여 그 효용성에 의문이 제기된다. 기능성과 열효율이 불만족스럽고, 외관 또한 획일적인 단점이 있다. 소요비용을 절감하여 효율적으로 에너지를 생산할 수 있는 대량생산에 적합한 시스템은 알려지지 않았다. 또한 종래의 시스템들은 그 구성이 매우 복잡하다. 에너지 회수 지붕 소자는 상용의 지붕 재료(타일, 지붕널판지(shingle) 등)들을 대체하는데 이는 경제적으로 그 소요비용이 절감되어야 할 필요가 있다. 즉, 앞서 언급된 요소들은 전기/열 생산에 있어서 경제성 면에서 개선될 여지가 있는 것이다.

본 발명의 목적은 내기후성 빌딩 외장재에 관한 것으로, 특히 태양발전 기능을 갖는 다수의 사각형의 내기후성 패널과 외관이 미려한 빌딩 외장재를 제공하는 것이다. 이러한 목적은 청구항 1에 의해 달성된다. 청구항에 언급한 바와 같이, 패널들은 하경사방향을 포함하는 주방향으로 대각선상에서 비늘처럼 서로 겹쳐지면서 설치된다. 겹쳐지는 크기는 물이 스며들지 못할 정도이다. 대각선상으로 패널들이 겹쳐지면서 설치됨에 따라, 에지부분들은 서로 이격된다. 패널들은 한 모서리 영역이 대응되는 경사선의 밑으로 위치되는 구성으로 서로 연결된다. 패널의 모서리 영역에는 밀봉부재가 설치되어 같은 높이로 주방향으로 가로질러 설치된 패널들 사이의 틈을 메운다.

본 발명은 단순한 구조를 가지지만 다양한 기능을 부여할 수 있다. 패널들은 전기를 생산하기 위해 솔라셀들을 가질 수 있다. 또한 열에너지만을 얻도록 구성할 수 도 있다. 시스템은 기본적으로 다양한 응용이 가능하도록 구성되며, 이에 따라 패널의 치수는 비바람에 견디거나 미관을 고려하여 각각 다양하게 결정될 수 있다. 특히, 패널들이 나란히(side by side)(화장실 타일과 같이) 배열되는 구조는 미관상 아름답지 아니하므로 지양될 수 있다.

본 발명은 특히 경사를 갖는 지붕에 관한 것이다. 그러나 건물의 외벽 라이닝(facade linings) 역시 적용이 가능하다. 기울어진 경사면에 빗방울이 떨어지는 경우 건물 외장재에의 해당부위에 떨어진 빗방울은 큰 손상을 주지 못하고 외측으로 흘러내리게 된다. 종래의 태양열 지붕의 구성과는 달리 본 발명은 외장재들이 두 부분으로 분리될 필요가 없다. 비로부터의 보호와 에너지를 생산하는 것이 하나의 외장재에서 이루어지게 되며, 패널들의 고정은 청구항에서의 기재내용과 같다.

패널들이 에지의 일부 영역(모서리 부분만이 아닌)에서 겹치어지면서 배열되는 경우, 상기 패널들은 “직접적 인접(directly adjacent)”이라 하며, 패널들이 경사면 위에서 같은 높이로 겹치지 아니하면서 나란히 배열되는 것을 “간접 인접(indirectly adjacent)”이라 한다. 직접적으로 인접한 패널이 연결되는 경우 마름모꼴의 패널이 경사방향으로 세워지게 되면, 각 패널들은 대각선 방향으로 배열된다. 사각형의 패널의 양 쪽 반대쪽의 모서리에는 결합부재를 위한 개구부가 설치되는 것이 바람직하다. 패널들은 패널들의 모서리 영역에 설치된 지지구조에 의해 연결되며, 패널의 윗부분과 아랫부분이 경사선상에 위치하도록 연결된다. 결합부재로는 악천후에도 견딜 수 있도록 볼트, 나사, 후드 내지 기타 다른 상용의 결합수단이 이용될 수 있다.

패널들에 개구부가 형성되지 아니할 수도 있으며, 이 경우 클램프가 각 패널들의 모서리를 물어서 각 패널들을 연결할 수 있다. 또한 패널을 펙(peg)이나 아이 엘레먼트(eye element) 내지 유사한 결합수단을 이용하여 건물에 고정시킬 수 있다.

본 발명의 패널은 건물의 외측 방향으로 유리패널을 갖는 것이 바람직하다. 유리패널은 비바람에 잘 견디고 수명이 길다. 태양에너지를 이용하기 위해 패널들은 솔라셀들을 포함한다. 솔라셀들은 사각형으로 형성되며, 패널의 솔라셀 영역에 수납된다. 솔라셀들이 표면을 모두 점유하게 된다. 그러나 솔라셀들이 상호 일정한 간격을 가져 일부의 태양광이 패널을 통과하도록 구성할 수 있다. 솔라셀 영역은 전형적으로 사각형이며, 패널의 에지와 일정한 거리로 이격된다. 솔라셀들을 둘러싸는 에지 영역의 치수는 패널들이 겹치는 정도를 고려하여 결정된다. 이는 약 수 센티미터가 된다.

건물의 지붕은 통일적인 인상을 심어줄 수 있다. 본 발명의 패널 시스템은 솔라셀들이 적용되지 아니한 경우도 포함한다. 솔라셀이 설치된 패널은 태양에 노출되는 위치에 설치되며, 솔라셀이 설치되지 않은 패널은 태양과 무관한 위치에 설치될 수 있는 것이다. 나아가 본 시스템에 있어서, 지붕의 말단부에는 솔라셀이 없는 패널이 설치될 수 있는 것이다. 이러한 패널들은 일반적으로 사각형이 아니며, 삼각형 등으로 형성될 수 있다. 이러한 패널의 형상은 사각형과 같은 정상적인 패널을 가로지르는 방향으로 분할하여 얻을 수 있다.

솔라셀이 설치되지 않은 패널들은 유리패널 뒷면의 검은 부재(포일(foil))에 태양광을 받으면서 태양열 에너지를 수집할 수 있으며, 포일이 수집한 열에너지는 공기통로나 박공지붕(지붕; CH 965/06 2006년 6월 14일) 등 기타 열교환 수단에 의해 필요한 곳으로 보내어 진다.

사각형의 패널은 일반적으로 정사각형이다. 그러나 정사각형이 아닌 마름모 등과 같은 사각형들도 가능하다. 솔라셀들이 일반적으로 정사각형이므로 지붕의 표면적을 최대한 활용하기 위하여서는 패널이 정사각형인 것이 바람직하다.

정사각형의 패널들(솔라셀 영역도 정사각형인)은 에지 영역이 패널의 모서리 영역으로 넓혀지게 되면 에너지 수득의 손실 없이 높은 효율을 얻을 수 있다. 솔라셀들은 n²의 배열 대신 n²-1의 배열을 갖게 된다. 즉 하나의 솔라셀이 모서리에서 제외되는 것이다.

따라서 본 발명은 같은 형태의 패널에서 솔라셀 영역을 제한하지 아니한다.

대각선상의 위치에서 패널들이 서로 비늘처럼 겹쳐지는 경우 다음과 같은 세 종류의 구성이 가능하다.

A: 패널들이 같은 높이로 경사방향을 가로지르는 방향으로 거리를 두며 배열된다. 직접적으로 인접한 패널들의 중심점들이 경사방향에 대해 가로지르는 방향으로 넓혀진 마름모를 이루게 된다.

B: 패널들이 같은 높이로 경사방향을 가로지르는 방향으로 맞닿아 배열되는 경우. 직접 인접한 패널들의 중심점들이 정사각형을 이룬다.(바운더리 케이스)

C: 패널들이 같은 높이로 경사방향을 가로지르는 방향으로 배열되며, 패널들이 정사각형인 경우 겹쳐지게 배열된다. 직접 인접한 패널들의 중심점들이 경사방향에 대해 가로지르는 방향으로 좁혀진 마름모를 이루게 된다. 따라서 패널들은 겹치지 아니하며, 경사면에 대해 같은 높이로 배열되는 모서리들은 잘리게 된다.

본 발명에 있어서, A의 경우가 선호된다. A의 경우는 지붕의 구조가 달라질 경우 기본 설치방식의 변화 없이 패널의 구조를 변경할 수 있는 장점이 있다. 지붕의 폭을 정확히 알 수 없는 경우, 패널들은 단순히 같은 높이로 패널들 사이로 계획된 크기보다 크거나 작게 설치될 수 있는 것이다. 외관적인 면에서 전체적인 인상도 변화되지 않는다.

본 발명의 지붕 시스템은 태양광으로부터 열에너지를 얻고, 외장재 밑으로 설치되는 공기 흐름 시스템을 적용하기 위해 밀봉부재로 경사면상에서 같은 높이로 인접한 패널들 사이의 틈을 막아 공기가 빠져나가지 못하게 한다. 밀봉부재는 일예로, 플라스틱 재질로 형성되며, 패널과 같은 두께를 갖고, 같은 높이로 배열되는 패널의 모서리 부분에서 패널의 외형과 일치되는 형상으로 형성된다. 밀봉부재는 패널의 결합부재와 연결되는 것이 바람직하다. 또한, 위쪽 패널의 아래쪽 모서리 저부에 삽입되어지는 것이 바람직하다.

밀봉부재는 결합부재를 위한 개구부를 가지며, 패널과 같은 형상을 갖는 것이 바람직하다. 본 발명의 시스템은 빌딩 외장재로서 사각형, 바람직하게는 정사각형의 패널에 의해 태양 에너지를 이용하는 것이며, 상기 패널은 유리판이나 유리와 유사한 재질로 형성되고, 양쪽 모서리에 지지부재를 위한 개구부가 형성된다. 상술한 바와 같이, 본 발명은 상기 패널들로 국한되지 아니한다.

본 발명은 또한 태양에너지를 이용하는 빌딩 외장재를 준비하는 키트를 포함한다. 키트는 상술한 사각형의 내기후성 패널들이 경사방향에 대해 가로지르는 방향으로 비늘과 같이 설치된다. 나아가, 키트는 각 패널들을 경사방향에 대해 저부에 위치하는 모서리 영역에 설치되는 지지구조로 연결하기 위한 결합부재를 포함한다. 나아가 키트는 밀봉부재를 포함하며, 상기 밀봉부재는 같은 높이로 주방향에 가로지르는 방향으로 위치된 패널들 사이의 간격을 메워주며, 상기 모서리 영역에 설치된다.

본 발명의 빌딩 외장재와 키트는 태양에너지를 이용하기 위한 전체 시스템의 일부이다.

일 실시예로서, 지붕 저부구조에 있어서, 솔라셀을 포함하고 투명한(또는 부분적으로 투명한) 유리 지붕 패널들은 평평하게 형성되며 밀봉되어 설치되고 밀폐된 납작한 틈을 형성한다. 상기 틈은 다양한 흐름방향(지붕 처마방향 제외)을 가질 수 있다. 찬 공기가 들어가는 하나 이상의 입구가 설치되며, 뜨거운 공기가 나가는 하나 이상의 출구가 설치되고, 외측 지붕 테두리 또는 납작한 틈의 밀폐된 측면 경계가 설치된다.

상기 납작한 틈을 통한 공기 흐름 구조는 찬공기의 공급 및 대기로의 사용된 뜨거운 공기의 배출이 반복되는 순환방식을 갖는다. 또는 밀폐된 순환회로가 적용될 수 있으며, 공기 뿐 아니라 다른 기체 열전달매체가 이용될 수 있다.

평평한(상용의 지붕 처마를 제외한) 지붕저부와 유리 지붕 패널 간의 거리는 15-30mm인 것이 바람직하다. 상기 거리는 요구되는 온도상승 파라메터와 지붕의 높이, 공기 속도에 따른 열효율로부터 계산된 결과이다.

납작한 틈은 윗 방향으로 넓혀질 수 있다. 이는 유리 지붕 패널들이 위로 갈수록 좁아지는(뾰족한 지붕) 경우에 적용된다.

상술한 바와 같이, 사각형(특히 정사각형)의 유리 지붕 패널은 타일들과 같이 일반적인 지붕 외장재의 기능도 수행한다.

유리 지붕 패널들은 사각형으로 형성되며, 서로 겹쳐지도록 배치되고 패널사이의 틈은 밀봉부재로 밀봉된다. 길이방향의 프로파일이 측면으로 부착되며, 패널이 견고하게 고정될 수 있게 한다.

흘러내리는 빗물이 추가적인 구조 추가 없이 처리 확보(ensure)되어 프로파일과 측면 밀봉이 생략될 수 있는 점에서 비용절감 효과가 발생된다. 이러한 점은 대량 생산에 유리하며, 설치비용 절감의 효과를 기대할 수 있는 것이다.

정사각형의 유리 지붕 패널들은 외관이 미려하고 보조지붕(에너지 생산을 제외하더라도)을 포함하여 지붕 전체를 커버할 수 있다. 유리 지붕 패널들은 전류나 열을 얻는 것 말고도, 태양광 투사 지붕으로도 사용할 수 있다.

본 발명의 정사각형 유리 지붕 패널들이 일반적인 지붕들 대신 설치되면, 폭우 내지 폭설에도 안전할 것이다. 유리 지붕 패널들은 그 위로 걸어갈 수 있을 정도로 내구성이 뛰어나다.

이러한 유리 지붕 패널들은 지붕에 본 발명의 청구범위와 같이 적용될 수 있다.

- 상용의 유리 지붕 패널들은 - 투명하거나 불투명함 - 지붕을 커버하기 위하여 사용되며 에너지를 생산하지 못함. 정사각형의 지붕 패널들은 미관이 미려하며 손쉽게 설치가 가능함. 유리 지붕 패널들은 두 모서리에서 특별히 제작된 장치로 겹쳐져 설치되고, 동시에 견고하게 설치되기 위해서 각각 다른 패널들을 누르게 된다.

- 열 유리 지붕 패널들은 태양으로부터 받은 열로 공기를 데우고, 상기 공기는 공기통로를 따라 흐르게 된다. 이러한 경우 유리 지붕 패널들은 태양광을 손실 없이 받기 위해 투명하다. 태양광은 선택되어 코팅된 흡수재(유리 지붕 패널의 저부에 설치된)에 의해 직접 흡수되고, 공기를 가열(100℃이상)하게 된다.

- “광발전 유리 지붕 패널”은 열 수집장치를 포함하거나 포함하지 아니할 수 있다(열을 수집하지 아니할 경우 저면의 공기통로는 솔라셀들의 냉각 용도로 사용할 수 있다). 유리 지붕 패널 뒤의 공기는 태양열에 55℃ 이상의 온도로 가열된다.

- 투명한 유리 지붕 패널은 “투광지붕 기능”으로 적용될 수 있다.

- 광발전 기능을 갖는 유리 지붕 패널들은 부분적으로 투명(솔라셀에 의해 태양광이 가려짐)하다.

- 광발전 기능과 열 수집 기능을 갖는 유리 지붕 패널은 부분적으로 투명하다.

지붕 구조, 지붕 섹션들은 열수집 기능만 또는 전기 생산 기능만 또는 투광지붕 기능만으로도 설치될 수 있다. 지붕 부분은 전기-열 생산 기능(공기 온도는 50℃ 이상으로 올라간다)을 갖도록 설치할 수 있고, 아랫부분은 열 수집만을 위한 유리 지붕 패널을 적용하여 높은 온도를 얻을 수도 있다. 열 지붕 패널들은 “부스터”와 같이 작용한다. 이 외에도 유리지붕 패널의 투명한 것과 부분적으로 투명한 것의 다양한 조합이 가능하다.

본 발명의 지붕구조는 정사각형의 미려한 유리 지붕 패널을 포함하며, 상기 패널들은 전기를 생산하여 화석연료를 대체할 수 있다. 열 수집 지붕 구성요소의 대량생산에 따라 수십 제곱 킬로미터 면적의 지붕에 설치된다면 대량의 에너지를 절감할 수 있게 된다. 스위스의 경우, 고갈되지 않은 그린 에너지 공급원 중 10%가 지붕과 건물외장 표면에서 생산되고 있으며, 현재 700km²의 면적에서 운용되고 있다. 독일의 경우 앞서 언급했던 바와 같이 10배 더 큰 규모로 운용되고 있다.

유리 지붕 패널의 실시예로서, 정사각형의 두 장이 겹쳐지는 유리 지붕 패널의 실시예가 아래 기술된다.

- 단순한 기능의 유리 지붕 패널은 전면을 필름으로 라미네이팅하여 강화하고, 뒷면은 컬러링을 한 유리 패널로 구성되며, 결합부재와 네 모서리를 눌러주는 고정부재를 포함한다. 이러한 기능을 위하여, 같은 구조 및 고정방법에 있어서 다른 재료를 적용할 수 있다.

- 유리가 투명한 경우, 유리 지붕 패널은 투광지붕의 기능을 수행할 수 있다.

- 순수한 열 수집 기능만을 위한 유리 지붕 패널은 강화유리를 포함하고, 동일한 구조와 고정방법을 적용할 수 있다.

- 광 발전 기능을 갖는 유리 지붕 패널은, 상술했던 레이어(실리콘 셀 또는 박막 셀)들의 조합으로 라미네이트된 광전셀을 포함한다.

- 광발전 기능과 투광기능을 포함하는 유리 지붕 패널은 동일한 형태의 구조와 고정수단을 갖는다. 유리 지붕 패널은 레이어들의 조합에 따른 광발전 라미네이트를 포함하며, 솔라셀들은 빛이 투과할 수 있도록 각각 간격을 유지하면서도 전기적으로 연결된다. 페널들의 외형적 구조와 고정방법은 동일하게 적용된다.

본 발명의 다른 실시예들은 이하의 상세한 설명과 청구항에서 기술된다.

도 1은 본 발명의 건물 외장재의 요부 발췌도.

도 2는 도 1이 도시하는 요부의 종단면도.

도 3a는 도 1이 도시하는 요부의 상세 설명도.

도 3b는 도 3a가 도시하는 부분의 종단면도.

도 4a는 지지부재의 평면도.

도 4b는 지지부재의 측면도.

도 5a는 광발전 모듈에서의 건물 외장재 패널 평면도.

도 5b는 도 5a에서 도시된 패널의 종단면도.

도 1은 몇 개의 패널들(3-6)을 포함하는 지붕(2)의 부분영역(1)을 도시하며, 상기 패널들이 건물의 외장재(building envelope)를 이루고 있다. 이러한 건물 외장재로는 지붕이나 외벽 또는 태양광과 접할 수 있는 건물의 외면을 의미한다. 부분영역(1)은 경사(A)와 수직인 하부에지(9.1)를 포함하며, 경사(A)와 평행한 방향의 에지(9.2)를 포함한다. 에지(9.1)와 에지(9.2)는 직각으로 만나 부분영역(1)의 모서리(10)를 형성한다. 각각의 패널(3-6)들은 경사에 대해 장사방형(長斜方形; rhomboidal)의 기본형(7)으로 하여 설치된다. 특히, 각각의 패널(3-6)의 기본형(7)은 사각형으로서 모서리(8)와 반대쪽 모서리(14)를 있는 연장선이 경사(A)방향이 된다. 각각의 패널(3-6)이 모두 장사방형의 기본형(7)을 취하는 것은 아니다. 패널(3-6)들의 배열에 따라 각각의 패널들은 다른 형태를 취할 수 있다. 도 1은 베이스 패널(3), 경사선상의 에지 패널(4), 횡에지 패널(6)과 모서리 패널(5)을 도시하고 있다. 베이스 패널(3)은 모서리(8)를 포함한 완전한 사각형 형상을 취하고 있어, 즉 완전한 기본형(7)을 이루고 있다.

경사선상의 패널(4)은 부분영역(1)의 에지(9.2) 부위에 위치한다. 경사선상의 에지 패널(4)의 형상은 베이스 패널(3)과 같은 기본형(7)에서 경사(A)와 평행한 방향으로 경계선을 갖는다. 횡에지 패널(6)은 에지(9.1) 부분에 위치하며, 베이스 패널(4)과 같은 사각형의 기본형(7)에서 경사(A)와 수직방향의 경계선을 갖는다. 에지(9.1)와 에지(9.2)가 직각으로 만나 형성되는 모서리(10) 부분에는 모서리 패널(5)이 위치한다. 각 패널(3-6)들의 자세한 형상은 이하에서 설명한다.

베이스 패널(3)들은 6개의 인접한 패널(베이스 패널; 3.1, 3.3, 3.4, 3.5과 에지패널; 4.1 4.2)에 접하여져 있다. 지붕(2)상에서 패널들의 배열은 베이스 패널(3.2)을 기준으로 이하에서 설명 한다. 베이스 패널들(3.1-3.5)은 각각 경사(A)방향으로 배열되며, 베이스 패널(3.1)과 베이스 패널(3.3)은 베이스 패널(3.2)에 인접하게 되고, 각각 모서리 영역(11.1)(11.2)에서 베이스 패널(3.2)과 겹치게 된다. 도 1에서 도시된 바와 같이, 모서리 영역(11)은 베이스 패널(3.2)의 작은 부분만을 점유하며, 대략 전체 면적의 1/9에서 1/16 정도의 면적을 차지하게 된다.

경사(A)에 직각 방향으로 4개의 패널(베이스 패널(3.4)(3.5), 에지 패널(4.1)(4.2)이 수평방향으로 인접하여 베이스패널(3.2)과 접하고 있다. 인접한 패 널들은 베이스 패널(3.2)로부터 경사(A)의 방향으로 기본형(7)의 대각선 반지름 거리만큼 이격되어 위치한다. 경사(A)에 직각방향으로 인접한 패널들은 베이스 패널(3.2)의 겹치는 에지(13.1-13.4)에 상응하는 겹치는 부분(12.1-12.4)을 갖게 된다. 에지(13)에 직각으로 겹치는 부분(12)은 에지의 길이에 비해 상대적으로 작은 비율을 점유한다. 에지(13)에 직각으로 겹치는 부분(12)의 점유 비율은 베이스 패널(3.2)의 에지길이의 약 1/10정도이다. 겹치는 부분(12)의 폭은 2cm를 넘지 않는 것이 바람직하다.

베이스 패널(3.2)의 하부 모서리(8.2)는 개구부(20.2)를 포함한다. 개구부(20.2)는 모서리(8.2)와 인접하며, 겹치는 부분(12.1)과 겹치는 부분(12.4)의 연장선상에 위치한다. 더욱이, 베이스 패널(3.2)의 모서리(8.2)의 반대편에 위치한 모서리(14.2)에 개구부(15.2)가 위치하며, 상기 개구부(15.2)는 인접한 베이스 패널(3.1)의 개구부(20.1)와 경사(A)선상에서 그 위치가 일치된다. 같은 방식으로 개구부(20.2)는 베이스 패널(3.3)의 개구부(15.3)와 그 위치가 일치된다.

에지 패널(4.1)과 에지 패널(4.2)은 베이스 패널(3.2)과 같은 모양으로부터 경사(A)방향으로 각각 경계선(16.1)과 경계선(16.2)으로 절단된 형태를 갖는다. 에지 패널(4.1)과 에지 패널(4.2)은 경사방향으로 지붕(2)의 에지(9.2)를 형성하여 지붕(2)의 말단을 이루게 된다. 경계선(16.1)과 경계선(16.2)은 에지 패널들(4)의 개구부를 가로지르지 않으며, 상기 개구부들은 개구부들(20)과 개구부들(15)이 일치하는 것과 같은 방식으로 위치된다. 즉, 에지 패널들(4) 역시 베이스 패널들(3)과 같은 개구부 구조를 갖는다. 경계선들(16)은 에지(9.2)와 일치한다. 경사선상에 위치하는 에지 패널(4.1)과 에지 패널(4.2)은 동일한 모양을 갖는다.

가로지르는 에지 패널(6.1)과 에지 패널(6.2)은 경사(A) 선상의 베이스 패널(3.2)의 모양에서 각각 경계선(18.1)과 경계선(18.2)에 의해 절단된 형상을 취한다. 가로지르는 에지 패널(6.1)과 에지 패널(6.1)은 경사(A)방향에 수직한 에지(9.1)을 형성하여 지붕(2)의 말단을 이루게 된다. 경계선(18.1)과 경계선(18.2)의 위치는 에지(9.1) 근처의 베이스 패널들(3)의 경사(A)방향 배열에 따라 결정된다. 경계선(18.1)과 경계선(18.2)은 에지(9.1)와 일치하며, 가로지르는 에지 패널들(6)은 에지(9.1)를 형성하게 되는 것이다. 따라서 가로지르는 에지 패널(6.1)과 에지 패널(6.1)은 같은 모양을 갖지 아니하고, 앞서 언급한 바와 같이 패널의 반지름 만큼 이격되어 위치하기 때문에 경사(A)에 수직한 방향으로 인접한 패널들과는 그 모양이 다르다.

모서리 패널(5)은 경사(A) 방향의 에지 패널(4)의 반복되는 모양에서 경사(A)방향에 수직한 절단면을 갖는다. 횡방향의 경계선(17)은 에지(9.1) 및 에지 패널(6.1)(6.2)의 경계선(18.1)(18.2)과 일치한다. 모서리 패널(5)은 에지(9.1)와 에지(9.2)가 만나는 모서리(10)를 형성하게 된다.

도 2는 베이스 패널들(3.1)(3.2)(3.3)의 경사(A)방향으로의 배치를 경사진 지붕 등의 커버(30)와 같이 도시하고 있다. 도 2는 경사(A)의 단면인 평면(B)상의 간략 설명도이며, 상기 평면(8)은 커버(30)에 수직이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 베이스 패널(3.1)은 베이스 패널(3.2)의 모서리 영역(11.1)의 위로 겹쳐지게 위치하며, 한쪽 면이 커버(30)의 반대쪽을 향하게 된다. 베이스 패널(3.2)의 모서리 영 역(11.2) 위에 베이스 패널(3.3)이 위치한다. 패널(3.4)과 패널(3.5), 패널(4.1)과 패널(4.2)은 도 2에서 점선으로 도시되고 있다. 패널(3.4)과 패널(3.5), 패널(4.1)과 패널(4.2)은 모서리 영역(11.1)(11.2)에 부분적으로 겹쳐지며, 경사(A)방향으로 배열되는 베이스 패널들(33.1)(33.2)(33.3)의 사이에 위치하게 된다. 지붕(2)에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 모든 패널들(3-6)이 경사(A)방향으로 겹쳐지면서 배열된다.

도 3a은 모서리 영역(11.2)의 확대도이다. 도 3b는 같은 영역의 평면(B) 상의 단면도이다. 두 도면을 같이 설명하기로 한다.

베이스 패널(3.2)과 베이스 패널(3.3) 사이의 모서리 영역(11.2)에는 밀봉부재(51)가 설치된다. 밀봉부재(51)는 패널(3.2)과 패널(3.3) 사이의 공간을 채우기 위한 모양으로 형성되며, 패널(3.5)과 패널(4.2) 사이에 위치한다. 밀봉부재(51)는 패널(3.2)과 패널(3.3)사이를 밀봉하게 된다. 밀봉부재(51)의 패널 표면의 수직방향으로의 두께는, 패널들(3-6)의 두께에 따르며, 특히 패널(3.5)과 패널(4.2)의 두께와 상응하는 것이 바람직하다. 밀봉부재(51)는 두 개의 마름모(59)를 포함하며, “나비모양”으로 두 개의 사각형의 테두리가 포개어진다. 두 개의 마름모(59)의 길이방향은 경사(A)방향에 대응하도록 위치되며, 패널(3.5)의 모서리(31.1)와 패널(4.2)의 모서리(31.2)는 패널(3.2)과 패널(3.3)사이에 위치하며, 두 개의 마름모(59)를 조이듯이 만입부(58.1)와 만입부(58.2)에 위치한다.

밀봉부재(51)는 지지부재(50)에 의해 지지되는 것이 바람직하며, 지지부재(50)는 패널(3.3)의 상부 모서리(14.3)를 둘러싸게 되고, 패널(3.3)의 아래의 저 부 패널(52)까지 연결된다. 저부 패널(52)은 패널(3.3)과 커버(30) 사이에 위치한다. 저부 패널(52)은 경사(A)방향으로 클립(53)에 의해 지지부재(50)가 커버(30)에 고정될 수 있도록 한다. 지지부재(50)는 밀봉부재(51)에 의해 밀봉기능을 수행하며, 패널들(3-6)을 모서리(9)에 대해 상부에 위치한 모서리 영역으로 고정시키는 역할을 수행한다. 저부 패널(52)은 밀봉부재(51)와 같은 외형을 가질 수 있으며, 측벽(54)을 경유하여 연결될 수 있어, 측벽(54), 저부 패널(52)과 밀봉부재(51) 사이에 수납공간(60)이 형성된다. 측벽(54)은 저부 패널(52)과 밀봉부재(51) 간의 거리를 필요한 만큼 이격시킨다. 수납공간(60)은 저부 패널(52)쪽의 내측면(61)까지의 두께는 커버(30)에 대하여 패널(3.3)이 기울어진 정도를 고려하여 정하여지고, 패널(3.3)은 수납공간(60)의 내측면(61)을 따라 수납된다. 따라서, 밀봉부재(51)는 내측면(61)과 평행하며, 패널(3.3)의 모서리(14.3)와 상응하는 수납공간(60)을 형성하게 된다. 도면의 이해를 돕기 위해, 도 3b는 커버(30)에 대하여 패널(3.2)과 패널(3.3)의 기울어진 모습을 도시하지 않았다. 반면에, 도 2에서는 패널들이 커버(30)에 대하여 기울어져 있는 모습이 명확히 도시되어 있다.

패널(3.2)과 패널(3.3)은 지붕(2) 위에 설치되며, 개구부(20.2)와 개구부(15.3)가 동일한 선상에 위치한다. 밀봉부재(51)의 개구부(55)와 지지부재(50)의 저부 패널(53)에 형성된 개구부(56) 또한 동일 선상에 위치하여 결합부재(57)가 상기 개구부들(20.2, 55, 15.3, 56)을 관통하여 커버(30)에 고정시킨다. 결합부재(57)는 나사, 리벳 등 모든 공지의 수단이 사용될 수 있다. 그러나 결합부재(57)가 밀봉부재(51)와 패널(3.3)을 지지부재(50)에 대하여 고정시키기만 하고, 지지부 재(50) 자체는 고정시키지 아니할 수 있다. 패널(3.3)을 고정시키는 것은 패널(3.3)의 개구부(20.3)를 패널(3.2)의 도시되지 않은 다른 지지부재를 이용하여 지지부재(50)에 연결함으로써 이루어질 수도 있다.

도 4a와 4b는 각각 지지부재(50)의 평면도와 측면도로서, 밀봉부재(51)가 다른 패널에 의해 가려지지 않은 상태를 도시하고 있다. 도 4a와 4b에서의 지지부재(50)의 배열은 도 3a와 도3b에서와 같다.

저부 패널(52)은 도 4a에 도시된 바와 같이 사각형으로 형성된다. 밀봉부재(51)는 다른 패널의 모서리(31.1)(31.2)를 위하여 만입부(58.1)(58.2)를 갖는다.

도 5a는 베이스 패널이 솔라패널 또는 광발전 모듈인 경우를 도시하고 있다. 베이스 패널(100)은 사각형의 외곽선(101)과 에지(109)를 가지며, 모서리(102)와 반대측 모서리(103)가 경사(A)선상에 위치한다. 모서리(102)의 방향을 “아래쪽”이라하고, 모서리(103)의 방향을 “위쪽”이라 한다. 도 5b는 패널(100)을 경사(A)방향으로의 평면(B)상에서 보는 단면도이다.

베이스 패널(100)은 플라스틱이나 유리재질의 사각패널(104)을 포함한다. 패널(104)은 앞면(도 1-3에서의 커버(30)를 등지는 방향)에 설치된다. 뒷면(커버(30)를 향하는 방향)에는 필름 또는 유리/플라스틱 패널(105)이 설치된다. 패널(104)과 패널(105) 사이에 솔라셀(106.1-106.n)들이 설치된다. 솔라셀들(106)은 가늘고 긴 조각형태로 형성될 수 있고 다른 적당한 형상으로 형성될 수 있다. 도 5에서는 15개의 사각형 솔라셀들(106)이 설치되어 있다. 사각형 솔라셀들(106)은 4X4 패턴으로 베이스 외곽선(101)의 에지(109)를 따라 배열된다. 인접한 솔라셀들(106)은 각 각 간격(107)만큼 이격된다. 베이스 패널(100)의 외곽선(101)을 따라 배열된 솔라셀들은 외곽선(101)으로부터 거리(108)만큼 이격된다. 윗부분의 모서리(103)의 사각형의 영역(110)에는 4X4 패턴의 16번째 솔라셀이 설치되지 아니한다. 솔라셀들(106)은 각각 연결되어있으며, 바람직하게는 뒤쪽면에 태양광을 이용하여 생산된 전류를 송전할 수단(케이블 또는 텝 등(도시되지 않음))이 설치된다. 이러한 전기적 연결수단은 소켓이나 케이블 터미널일 수 있다.

에지(109)로부터의 거리(108)는 외곽선(101)상의 에지(109)길이의 대략 1/20이다. 거리(108)는 다양하게 정해질 수 있으나 2cm보다 큰 것이 바람직하다. 가장 바람직한 거리는 3.5cm이다. 인접한 솔라셀들(106) 간의 간격(107)은 같거나 작거나 클 수도 있다. 도시된 간격(107)은 거리(108)의 약 1/10이다. 거리(108)는 도 1-3에 도시된 모서리(13)에 수직한 방향의 겹치는 부분(12)의 폭에 상응하여 결정되는 것이 바람직하다. 따라서, 패널(100)의 광발전 모듈에 있어서, 인접한 패널과의 겹침에 의해 솔라셀들(106)의 표면적 손실이 일어나지 아니한다. 같은 이유로, 위쪽 모서리(103)의 사각형의 영역(110)은 도 1-3에서 도시된 바와 같이 패널들(3.1)(3.2)(3.3)의 겹치는 부분(11.1)(11.2)에 상응하도록 크기를 결정하는 것이 바람직하다.

앞어 언급된 구성에서 거리(108)와 영역(110)은 패널(100)의 배열에 따라 정해지지만, 간격(107)과 솔라셀들(106)의 개수는 요구되는 바에 의해 정해질 수 있다. 예로서 3X3 패턴에 따라 8개의 솔라셀만이 설치되고 윗부분 한자리만 비워둘 수 있는 것이다. 같은 방식으로 긴 조각 형태의 솔라셀들도 적용 가능하다.

패널(100)은 도 1-3에서의 베이스 패널(3)과 유사하며, 윗부분에 개구부(111), 아랫부분에 개구부(112)를 포함한다. 개구부(112)를 통하여 앞면 패널(104)과 뒷면 패널(또는 필름)(105)이 결합되고, 패널(100)의 모서리들(102)(103)이 경사(A) 방향으로 정치된다.

윗 쪽 개구부(111)는 솔라셀이 없는 영역(110)에 형성된다. 개구부(112)는 아랫쪽 모서리(113)에 형성되며 같은 방식으로 경사(A) 방향상에 위치하게 된다. 패널(100)에서 개구부의 위치에는 솔라셀이 없게 된다. 패널(100)들의 배열에 따라 , 패널들의 고정을 위해서 개구부들은 두 개의 솔라셀 사이에 위치할 수 있으며, 경사(A)방향상에 위치할 수도 있다.

Claims (14)

1. 내기후성 건물 외장재, 특히 다수의 내기후성 사각형 패널을 갖는 지붕에 관한 것에 있어서,

   a) 상기 패널이 장사방형으로 비늘처럼 서로 겹치어지도록 설치되고,

   b) 패널들이 경사방향에 대해 가로지르는 방향으로 에지부분에서 겹치어지며, 각각의 패널들이 이격(offset)되어 설치되고,

   c) 경사방향에 대해 아래쪽에 있는 모서리에 설치된 지지구조에 연결되며,

   d) 패널의 상기 모서리 영역에 밀봉부재가 설치되어 주방향에 대해 가로지르며 같은 높이로 배치된 패널들들 사이의 간격을 채우는 것,

   을 특징으로 하는 내기후성 건물 외장재.
2. 제 1항에 있어서, 사각형의 패널들의 두 반대방향의 모서리 영역에 개구부가 형성되며, 상기 개구부에 결합부재가 적용되어 패널들을 패널들의 모서리 영역에 설치된 지지구조에 연결시키고, 상기 모서리 영역은 상부와 하부가 주방향상에 정치[定置] 된 것을 특징으로 하는 내기후성 건물 외장재.
3. 제1항 또는 제 2항에 있어서, 패널들은 유리패널을 포함하며, 솔라셀(solar cell)들이 설치되고, 에지 영역에는 솔라셀이 설치되지 않은 것을 특징으로 하는 내기후성 건물 외장재.
4. 제1항 또는 제 2항에 있어서, 패널들이 사각형인 것을 특징으로 하는 내기후성 건물 외장재.
5. 제1항 또는 제 2항에 있어서, 에지 영역 중 하나의 모서리 영역이 하나의 솔라셀에 상응하는 사각형 모양으로 비어있고, 다른 영역에는 솔라셀이 설치된 것을 특징으로 하는 내기후성 건물 외장재.
6. 제1항 또는 제 2항에 있어서, 패널들이 주방향에 대해 가로지르는 방향으로 같은 높이로 상호 위치하는 것을 특징으로 하는 내기후성 건물 외장재.
7. 제1항 또는 제 2항에 있어서, 고정을 위한 밀봉부재가 설치된 것을 특징으로 하는 내기후성 건물 외장재.
8. 제 7항에 있어서, 상기 밀봉부재가 패널형상의 부재이며 결합부재를 위한 개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 내기후성 건물 외장재.
9. 제1항 또는 제 2항에 있어서, 건물 외장재 에지에 설치된 패널(에지 말단 패널)에 솔라셀이 설치되지 않은 것을 특징으로 하는 내기후성 건물 외장재.
10. 제 1항에 있어서, 사각형의 패널은 판유리 또는 유리와 유사한 재질로 형성되며, 두 개의 반대쪽 모서리 영역에 고정을 위한 개구부가 설치된 것을 특징으로 하는 내기후성 건물 외장재.
11. 제 10항에 있어서, 사각형의 패널은 정사각형인 것을 특징으로 하는 내기후성 건물 외장재.
12. 제10항 또는 제 11항에 있어서, 패널간의 겹쳐짐을 위하여, 사각형의 패널에 설치된 솔라셀은 패널 에지로부터 주변 에지 크기만큼 이격되는 것을 특징으로 하 는 내기후성 건물 외장재.
13. 제10항 또는 제 11항에 있어서, 상기 솔라셀들은 n²-1의 패턴으로 배열되는 것을 특징으로 하는 내기후성 건물 외장재.
14. 제 1항의 빌딩 외장재에 있어서,

    a) 사각형의 내기후성 패널들은 경사방향에 대해 대각선으로 비늘과 같이 상호 겹쳐지는 것,

    b) 고정부재는 패널을 경사방향에 대해 아래쪽에 있는 모서리에 설치된 지지구조에 연결시키고,

    c) 패널의 상기 모서리 영역에 밀봉부재가 설치되어 주방향에 대해 가로지르며 같은 높이로 배치된 패널들들 사이의 간격을 채우는 것,

    을 특징으로 하는 빌딩 외장재 설치하기 위한 키트.

Images