KR20110009099A - 실내환경 조정시스템 - Google Patents

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KR20110009099A
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heating
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KR1020107022211A
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타카하루 후타에다
코이치 타카다
신스케 후와
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이시노유 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 에너지 효율이 뛰어난 실내환경 조정시스템을 제공한다. 본 발명의 실내환경 조정시스템은, 원적외선을 방사·흡수하고 원적외선의 방사율이 0.6 이상인 원적외선 방사물질을 함유하는 재료로 구성된 실내면 구성부재(300, 400)와, 실내면 구성부재의 원적외선 방사물질과 동일한 원적외선 방사물질을 함유하는 재료로 구성된 냉각면 및/또는 가열면을 가지는 냉각원 및/또는 가열원(200, 301)을 구비하고, 냉각원(301)의 냉각면이 냉각되면, 그 냉각면의 원적외선 방사물질이 실내면 구성부재(300, 400)의 원적외선 방사물질이 방사하는 원적외선(62)을 흡수하고, 및/또는 가열원(200)의 가열면이 가열되면, 그 가열면의 원적외선 방사물질이 방사하는 원적외선을 실내면 구성부재(300, 400)의 원적외선 방사물질이 흡수하는 것을 특징으로 한다.

Description

실내환경 조정시스템{INDOOR ENVIRONMENT REGULATION SYSTEM}
본 발명은 석재(石材)나 무기재료 입자 등이 가지는 원적외선의 방사 및 흡수 성질을 이용하여 실내를 쾌적한 환경으로 조정하는 실내환경 조정시스템에 관한 것이다.
실내온도를 조정하는 방법으로는, 가열 또는 냉각한 공기를 실내에서 대류시키는 소위 대류방식이 주류이다. 또한, 마루난방 시스템과 같이 마루면을 가열하여 발 밑부터 따뜻하게 하는 시스템이나, 세라믹 히터와 같이 방사(복사)를 이용한 난방 시스템이 알려져 있다. 또한, 냉방장치에 의해 냉각한 공기로 벽면이나 천장을 차게 하여, 2차적으로 실내의 냉방효과를 얻는 구조가 제안되고 있다(예를 들어, 일본특허공개공보 2000-356364호 참조).
일본특허공개공보 2007-307243호에는, 원적외선의 열방사에 의해 실내의 사람이 온열을 얻는 기술로서, 원적외선을 방사하는 마루난방을 이용하는 구성이 기재되어 있다.
일본특허공개공보 2007-127292호에는, 냉방사를 이용한 냉방, 열방사를 이용한 난방을 하는 방사 냉난방 장치가 나타나 있다.
상술한 대류방식에서는, 실내에서 수직방향의 온도분포의 차가 크고, 에너지 손실이 크다는 문제가 있다. 또한, 공기를 가열 또는 냉각하고, 이 공기로부터 사람을 가열 또는 냉각시키는 2단계의 열교환을 거치는 것도 에너지 손실이 커지는 요인이 된다. 또한, 대류방식에서는 기류가 직접 피부에 닿기 때문에, 그에 의해 불쾌감이 생기거나 건강에 악영향을 주는 것이 문제된다. 마루난방 시스템이나 세라믹 히터를 이용한 난방장치에서는, 기류 문제는 해소되지만, 에너지 이용효율이 높다고는 할 수 없다. 또한, 마루난방 시스템이나 세라믹 히터를 이용한 난방장치에는 냉방기능이 없어서, 냉방은 대류방식의 냉방장치에 의지하여야 한다.
또한, 일본특허공개공보 2000-356364호에 기재된 바와 같이, 공기를 냉각하고, 그것을 벽면 등에 닿게 하여 벽면 등을 냉각하며, 더욱이 그 냉각된 벽면에 의해 방사열을 흡수하는 방법에서는, 기류 문제는 발생하지 않지만, 효율이 현저히 낮아서 역시 에너지 이용효율이 낮다.
마찬가지로, 일본특허공개공보 2007-307243호에 기재된 원적외선을 방사하는 마루난방을 이용하는 구성이나, 일본특허공개공보 2007-127292호에 기재된 냉방사와 열방사를 이용한 방사 냉난방 장치도, 효율면에서 대류방식에 미치지 못하고, 실용상 적합하지 않다.
본 발명은 이와 같은 종래기술의 문제를 해결하여, 에너지 효율이 좋고, 게다가 실내에서 수직방향의 온도분포차가 적으며, 기류가 피부에 닿는 것에 의한 문제가 발생하지 않는 실내환경 조정시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실내환경 조정시스템은, 그 바람직한 실시예를 포함하여, 다음과 같이 요약된다.
[1] 원적외선을 방사·흡수하고 원적외선의 방사율이 0.6 이상인 원적외선 방사물질을 함유하는 재료로 구성된 실내면 구성부재와,
상기 실내면 구성부재의 상기 원적외선 방사물질과 동일한 원적외선 방사물질을 함유하는 재료로 구성된 냉각면 및/또는 가열면을 가지는 냉각원 및/또는 가열원을 구비하고,
상기 냉각원의 상기 냉각면이 냉각되면, 그 냉각면의 상기 원적외선 방사물질이 상기 실내면 구성부재의 상기 원적외선 방사물질이 방사하는 원적외선을 흡수하고, 및/또는
상기 가열원의 상기 가열면이 가열되면, 그 가열면의 상기 원적외선 방사물질이 방사하는 원적외선을 상기 실내면 구성부재의 상기 원적외선 방사물질이 흡수하는 것을 특징으로 하는 실내환경 조정시스템.
[2] 상기 실내면 구성부재가 상기 원적외선 방사물질로 이루어지는 석재로 구성되거나, 상기 원적외선 방사물질을 혼입한 재료로 구성되거나, 또는 상기 원적외선 방사물질로 이루어지는 피막을 가지는 것이고, 상기 냉각원 및/또는 가열원의 상기 냉각면 및/또는 가열면이 상기 원적외선 방사물질로 이루어지는 석재로 구성되거나, 상기 원적외선 방사물질을 혼입한 재료로 구성되거나, 또는 상기 원적외선 방사물질로 이루어지는 피막으로 구성되는 상기 [1]에 기재된 실내환경 조정시스템.
[3] 상기 실내면 구성부재와 상기 냉각원 및/또는 가열원이 동일한 방에 존재하는 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 실내환경 조정시스템.
[4] 서로 인접하거나 또는 서로 연결된 제1 방과 제2 방이 존재하고, 상기 냉각원 및/또는 가열원이 상기 제1 방에 배치되며, 상기 실내면 구성부재가 상기 제1 방과 상기 제2 방 중 한쪽 또는 양쪽에 배치되어 있는 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 실내환경 조정시스템.
[5] 상기 실내면 구성부재가 환경조정을 하는 실내의 벽면, 천장면 및 마루면 중 어느 하나의 적어도 일부를 구성하고 있는 상기 [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 기재된 실내환경 조정시스템.
[6] 상기 실내면 구성부재가 상기 원적외선 방사물질을 1중량% 이상 함유하는 상기 [1] 내지 [5] 중 어느 하나에 기재된 실내환경 조정시스템.
[7] 상기 실내면 구성부재가 상기 원적외선 방사물질을 3중량% 이상 함유하는 상기 [6]에 기재된 실내환경 조정시스템.
[8] 상기 냉각원 및/또는 가열원의 상기 냉각면 및/또는 가열면이 상기 원적외선 방사물질을 1중량% 이상 함유하는 피복층으로 구성되는 상기 [1] 내지 [7] 중 어느 하나에 기재된 실내환경 조정시스템.
[9] 상기 피복층이 상기 원적외선 방사물질을 3중량% 이상 함유하는 상기 [8]에 기재된 실내환경 조정시스템.
[10] 상기 피복층이 상기 원적외선 방사물질을 20중량% 이상 함유하는 상기 [8]에 기재된 실내환경 조정시스템.
[11] 상기 냉각원 및/또는 가열원이, 내부에 형성한 유로에 매체를 흘림으로써 상기 냉각면 및/또는 가열면을 냉각 및/또는 가열하는 장치인 상기 [8] 내지 [10] 중 어느 하나에 기재된 실내환경 조정시스템.
[12] 상기 피복층이 금속재료의 열교환 핀의 표면에 형성되어 있는 상기 [8] 내지 [11] 중 어느 하나에 기재된 실내환경 조정시스템.
[13] 상기 냉각면이 결로에 의한 제습을 하는 상기 [1] 내지 [12] 중 어느 하나에 기재된 실내환경 조정시스템.
[14] 상기 냉각면에서 결로한 물을 모으는 수단을 더욱 포함하는 상기 [13]에 기재된 실내환경 조정시스템.
[15] 상기 실내면 구성부재 및/또는 상기 냉각원 및/또는 가열원이 석재 마루판 패널인 상기 [1] 내지 [5] 중 어느 하나에 기재된 실내환경 조정시스템.
[16] 상기 가열원이 상기 원적외선 방사물질을 함유하는 핫 카페트(electric carpet)인 상기 [1] 내지 [5] 중 어느 하나에 기재된 실내환경 조정시스템.
[17] 상기 원적외선 방사물질의 원적외선의 방사율이 0.8 이상인 상기 [1] 내지 [16] 중 어느 하나에 기재된 실내환경 조정시스템.
[18] 상기 원적외선 방사물질의 원적외선의 방사율이 0.9 이상인 상기 [17]에 기재된 실내환경 조정시스템.
[19] 상기 원적외선 방사물질을 함유하는 상기 실내면 구성부재는, 그 표면적의 합계가 상기 실내면 구성부재가 배치된 방의 내면적의 25% 이상을 차지하는 상기 [1] 내지 [18] 중 어느 하나에 기재된 실내환경 조정시스템.
[20] 상기 제1 방과 상기 제2 방을 나누는 수단이 존재하는 경우, 상기 칸막이 수단이 상기 원적외선 방사물질을 함유하는 상기 [4]에 기재된 실내환경 조정시스템.
[21] 상기 칸막이 수단이 개폐수단인 상기 [20]에 기재된 실내환경 조정시스템.
[22] 실내에 존재하는 물품의 적어도 하나가 상기 원적외선 방사물질을 함유하는 상기 [1] 내지 [21] 중 어느 하나에 기재된 실내환경 조정시스템.
[23] 상기 물품이 가구, 침구, 의류, 실내비품, 실내장식품 또는 수납문인 상기 [22]에 기재된 실내환경 조정시스템
[24] 상기 물품이 의자, 소파, 테이블, 책상, 침대, 요, 모포, 잠옷, 배게, 쿠션, 깔개, 파티션, 커튼, 테이블보 또는 침대커버인 상기 [23]에 기재된 실내환경 조정시스템
[25] 사람이 활동 또는 생활하는 밀폐공간, 물품을 보관 또는 진열하는 밀폐공간, 동물 사육용 밀폐공간, 혹은 수송용 이동체의 밀폐공간의 환경조정에 사용되는 상기 [1] 내지 [24] 중 어느 하나에 기재된 실내환경 조정시스템.
[26] 상기 사람이 활동 또는 생활하는 밀폐공간이 개별 혹은 집합주택, 사무실, 교육시설, 스포츠 시설, 도서관 또는 점포에서의 밀폐공간인 상기 [25]에 기재된 환경 조정시스템.
[27] 상기 물품을 보관 또는 진열하는 밀폐공간이 창고, 쇼케이스 또는 전시케이스에서의 밀폐공간인 상기 [25]에 기재된 환경 조정시스템.
[28] 상기 수송용 이동체가 자동차, 철도차량, 선박 또는 항공기인 상기 [25]에 기재된 환경 조정시스템.
본 발명에 따르면, 에너지 효율이 좋고, 게다가 실내에서 수직방향의 온도분포차가 적으며, 기류가 피부에 닿는 것에 의한 문제를 발생시키지 않는 실내환경 조정시스템이 제공된다.
본 발명에 따르면, 의류 등을 구성하는 천의 열방사를 이용하여 생활환경을 조정하는 기술도 제공된다.
도 1a는 ZrO2+CaO 피막의 파장에 대한 방사율 특성을 나타내는 그래프이다.
도 1b는 Al2O3+TiO2 피막의 파장에 대한 방사율 특성을 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실내환경 조정시스템의 일실시예를 설명하는 도면이다.
도 3은 도 2의 실시예에서의 마루의 구조를 설명하는 도면이다.
도 4a는 도 2의 실시예에서의 냉각제습장치를 설명하는 도면이다.
도 4b는 도 4a의 냉각제습장치의 핀의 구조를 설명하는 도면이다.
도 5는 도 2의 실시예에서의 벽의 구조를 설명하는 도면이다.
도 6은 도 2의 실시예에서의 천장의 구조를 설명하는 도면이다.
도 7a는 도 2의 실시예에서 난방효과가 얻어지는 원리를 설명하는 도면이다.
도 7b는 도 2의 실시예에서 난방효과가 얻어지는 원리를 설명하는 도면이다.
도 8a는 도 2의 실시예에서 냉방효과가 얻어지는 원리를 설명하는 도면이다.
도 8b는 도 2의 실시예에서 냉방효과가 얻어지는 원리를 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 효과를 실증하는 계측을 한 환경을 설명하는 도면이다.
도 10은 계측 결과를 나타내는 그래프이다.
도 11은 원적외선을 방의 내면 구성부재에 흡수시키는 것에 의한 냉방효과의 데이터를 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실내환경 조정시스템의 다른 일실시예를 설명하는 도면이다.
도 13a는 냉열방사장치의 평면도이다.
도 13b는 냉열방사장치의 정면도이다.
도 14는 냉열방사장치의 핀의 구조를 설명하는 도면이다.
도 15a는 도 12의 실시예에서의 마루의 구조를 설명하는 도면이다.
도 15b는 도 12의 실시예에서의 벽의 구조를 설명하는 도면이다.
도 15c는 도 12의 실시예에서의 천장의 구조를 설명하는 도면이다.
도 15d는 도 12의 실시예에서의 수납용 맹장지의 구조를 설명하는 도면이다.
도 15e는 도 12의 실시예에서의 수납문의 구조를 설명하는 도면이다.
도 15f는 도 12의 실시예에서 사용가능한 칸막이용 맹장지의 구조를 설명하는 도면이다.
도 15g는 도 12의 실시예에서 사용가능한 롤커튼의 구조를 설명하는 도면이다.
도 15h는 도 12의 실시예에서 사용가능한 벽지가 부착된 벽의 구조를 설명하는 도면이다.
도 16a는 도 12의 실시예에서 냉방효과가 얻어지는 원리를 설명하는 도면이다.
도 16b는 도 12의 실시예에서 냉방효과가 얻어지는 원리를 설명하는 도면이다.
도 17a는 도 12의 실시예에서의 냉방작용을 설명하는 도면이다.
도 17b는 도 12의 실시예에서의 냉방작용을 설명하는 도면이다.
도 18은 도 12의 실시예에서 냉열방사장치가 보이지 않는 장소에도 냉방효과가 미치는 원리를 설명하는 도면이다.
도 19는 도 12의 실시예에서의 냉열방사장치의 핀 온도와 5개의 벽 부분의 열방사량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 20은 본 발명을 이용하여 생활환경을 조정하는 실시예를 나타내는 도면이다.
도 21a는 도 20의 실시예에서의 냉방효과를 설명하는 도면이다.
도 21b는 도 20의 실시예에서의 냉방효과를 설명하는 도면이다.
도 22a는 도 20의 실시예에서의 난방효과를 설명하는 도면이다.
도 22b는 도 20의 실시예에서의 난방효과를 설명하는 도면이다.
본 발명의 실내환경 조정시스템은,
원적외선을 방사·흡수하고 원적외선의 방사율이 0.6 이상인 원적외선 방사물질을 함유하는 재료로 구성된 실내면 구성부재와,
상기 실내면 구성부재의 상기 원적외선 방사물질과 동일한 원적외선 방사물질을 함유하는 재료로 구성된 냉각면 및/또는 가열면을 가지는 냉각원 및/또는 가열원을 구비하고,
상기 냉각원의 상기 냉각면이 냉각되면, 그 냉각면의 상기 원적외선 방사물질이 상기 실내면 구성부재의 상기 원적외선 방사물질이 방사하는 원적외선을 흡수하고, 및/또는
상기 가열원의 상기 가열면이 가열되면, 그 가열면의 상기 원적외선 방사물질이 방사하는 원적외선을 상기 실내면 구성부재의 상기 원적외선 방사물질이 흡수하는 것을 특징으로 한다.
실내면 구성부재는, 원적외선 방사물질(하기에서 상세히 설명함)로 이루어지는 석재로 구성되거나, 원적외선 방사물질을 혼입한 재료로 구성되거나, 또는 원적외선 방사물질로 이루어지는 피막을 가진다. 상기 냉각원 및/또는 가열원의 상기 냉각면 및/또는 가열면은, 원적외선 방사물질로 이루어지는 석재로 구성되거나, 원적외선 방사물질을 혼입한 재료로 구성되거나, 또는 원적외선 방사물질로 이루어지는 피막으로 구성된다.
본 발명에서 '실내면 구성부재'란, 환경조정의 대상이 되는 밀폐공간에 노출한 면을 구성하고 있는 부재를 가리킨다. 밀폐공간은 그 내부와 외부의 연락을 가능하게 하는 문이나 창문 등과 같은 개폐수단을 구비할 수 있다. 밀폐공간의 대표적인 예는 사람이 생활·활동하는 건물의 방이나 복도 등이며, 그 밖에 물품을 보관 혹은 진열하는 공간(예를 들어, 창고안의 방이나, 상품의 쇼케이스 또는 미술품 등의 전시 케이스), 가축을 포함한 동물의 사육용 방, 사람이나 화물의 수송용 이동체(자동차, 철도차량, 선박, 항공기 등)가 구비하는 방 등을 들 수 있다. 사람이 주거하는 주택을 예로 들면, 실내면 구성부재의 전형적인 예는 벽면, 천장면 및 마루면을 구성하고 있는 방(건재(建材))이다. 벽의 일부에 설치되어 방의 내부와 외부를 나누기 위하여 설치되는 개폐가능한 건구(建具)(문, 장지, 맹장지 등)도 실내면 구성부재에 포함된다. 방에 부속하여 설치된 수납을 위한 문이나 맹장지 등도 실내면 구성부재에 포함된다. 환경조정의 대상이 되는 방에 부속하는 수납을 위한 구획이 문이나 맹장지 등에 의해 방으로부터 완전히 나뉘지 않는 구조인 경우, 수납 구획의 방에 노출한 면을 구성하고 있는 부재도 실내면 구성부재에 포함된다.
실내면 구성부재의 적어도 일부는, 본 발명에서의 실내환경의 조정에 필요한 원적외선을 방사·흡수하는 원적외선 방사물질로 구성되거나, 원적외선 방사물질을 혼입한 재료로 구성되거나, 또는 원적외선 방사물질로 이루어지는 피막을 가진다. 원적외선의 방사 및 흡수를 효율적으로 하기 위하여, 실내면 구성부재에 혼입되는 원적외선 방사물질은 실내공간에 노출되어 있는 것이 바람직하다. 그렇다고는 하나, 실내면 구성부재 안의 원적외선 방사물질은 실내공간에 직접 노출되지 않고, 원적외선 방사물질의 원적외선의 방사·흡수를 유의하게 방해하지 않을 정도의 보호층(예를 들어, 두께 1mm 정도 이하의 도장막, 바니시층, 벽지 등) 등으로 덮여 있어도 된다.
'원적외선 방사물질'은 원적외선을 방사·흡수하는 물질을 말하는데, 본 발명에서 사용하는 원적외선 방사물질은, 원적외선의 방사율이 0.6 이상, 바람직하게는 0.8 이상인 원적외선 방사물질이다.
이와 같은 원적외선 방사물질은 통상 이른바 무기재료이며, 천연 및 인공의 광물, 금속 및 반금속의 산화물, 질화물, 탄화물, 황화물, 수산화물 등, 탄산염 등의 염이나 그들의 복합물(복염), 탄 등 외에, 조개 등의 천연소재 등도 포함된다. 또한, 본 발명의 원적외선 방사물질의 대부분은 넓은 범위의 세라믹 재료(금속 이외의 무기재료를 말함)인데, 유기물이나 유기물 유래의 물질이어도 상기 방사율의 조건을 만족한다면 사용할 수 있다.
본 발명에서 원적외선 방사물질을 함유하는 부재 안에서의 원적외선 방사물질의 형태는, 원적외선 방사물질을 함유하는 부재가 원적외선을 방사·흡수할 수 있으면 특별히 제약되지 않고, 대표적으로는 원적외선 방사물질로 이루어지는 일체물(석재), 원적외선 방사물질의 입자, 분말, 골재 등(이들도 합하여 입자라고도 함)을 포함하는 부재, 원적외선 방사물질의 피막을 가지는 부재 등의 형태일 수 있다.
본 발명에서 '원적외선 방사물질로 이루어지는 석재'란, 천연 또는 인공의 무기재료로 이루어지는 고체의 일체물로서, 통상은 패널 또는 타일 형상의 건재 등으로서 사용된다. 천연 석재의 예로는 화강암, 현무암 등을 들 수 있다. 물론, 인공적으로 제조한 석재이어도 된다. 인조패널 등의 건재나 그 밖의 일체물 부재는 석재라고 생각할 수 있다.
본 발명에서 '원적외선 방사물질을 혼입한 재료'란, 구성성분의 일부로서 원적외선 방사물질을 함유하는 재료를 말한다. 이 경우의 원적외선 방사물질은, 전형적으로는 천연 또는 인공의 무기재료의 입자로서, 실내면 구성부재의 제조재료나 냉각원 및/또는 가열원의 냉각면 및/또는 가열면의 제조재료 안에 혼입된다.
본 발명에서 '원적외선 방사물질로 이루어지는 피막'이란, 실내면 구성부재나 냉각원 및/또는 가열원의 표면에 형성한 원적외선 방사물질의 피막을 말한다. 이 피막은 적당한 피막 형성 기술 예를 들어, 용사(熔射), 증착 등의 PVD 기술, 혹은 CVD 기술에 의해, 원적외선 방사물질을 대상 표면에 코팅하여 형성할 수 있다.
본 발명에서는, 실내면 구성부재의 원적외선 방사물질과, 냉각원 및/또는 가열원의 냉각면 및/또는 가열면의 원적외선 방사물질이 동일하다. 뒤에 상세히 설명하는 바와 같이, 본 발명의 실내환경 조정시스템은, 동일 분자종 사이에서의 열방사를 통한 열이동이 동일 분자종 사이가 아닌 경우와 비교하여 고효율로 이루어지는 현상을 이용하여, 실내면 구성부재와 냉각원 및/또는 가열원의 냉각면 및/또는 가열면과의 사이에서 열방사를 통하여 열이동을 고효율로 실행시킴으로써 실내환경 조정을 실현하는 것이다. 따라서, 본 발명의 시스템이 소기의 기능을 발휘하기 위해서는, 그들 사이에서 열방사를 통한 열이동이 이루어지는 실내면 구성부재와 냉각원 및/또는 가열원의 냉각면 및/또는 가열면에, 동일 분자종의 물질이 존재할 필요가 있다. 본 발명에서는, 동일 분자종으로 구성되어 있는 실내면 구성부재의 원적외선 방사물질과 냉각원 및/또는 가열원의 원적외선 방사물질을 동일 물질이라고 한다. 여기서, '동일 분자종'이란, 원적외선을 방사·흡수하는 성질을 나타내고, 원적외선의 방사율이 0.6 이상, 바람직하게는 0.8 이상인 한쪽 물질(예를 들어, 실내면 구성부재에서 사용하는 원적외선 방사물질)과, 원적외선을 방사·흡수하는 성질을 나타내고, 원적외선의 방사율이 0.6 이상, 바람직하게는 0.8 이상인 다른 쪽 물질(냉각원 및/또는 가열원의 냉각면 및/또는 가열면에서 사용하는 원적외선 방사물질)이, 분자레벨로 동일한 것을 말한다. 여기서의 '분자'란, 화학결합에 의해 결합된 원자의 집단을 의미한다. 따라서, 여기서 말하는 '분자'에는, 예를 들어 천연석재를 구성하는 광물의 결정 등도 포함된다. 유사원소가 치환 또는 고용한 동일 광물은 동일 분자종의 물질이라고 간주되고 있다. 천연광물인 경우, 복수개의 화합물로 구성되는 것이 보통이며, 게다가 거시적 레벨에서는 광물 안의 부위에 따라 그들 화합물의 결정구조에 차이가 보이는 경우도 있다. 그렇다고 하면, 이 경우에는, 같은 원산지에서 잘려진 광물은 실질적으로 동일 분자종의 물질의 실질적으로 같은 조성의 집합체이며, 전체적으로 '동일 분자종의 물질'과 마찬가지로 생각하여도 된다.
실내면 구성부재, 혹은 냉각원 및/또는 가열원의 냉각면 및/또는 가열면에 있어서, 상술한 '원적외선 방사물질'로서 무기재료 입자를 사용하는 경우, 거기에는 '원적외선 방사물질'로서의 무기재료 입자 이외의 물질이 공존하는 것이 보통이다. 예를 들어, 원적외선 방사물질로서의 무기재료 입자를 포함하는 회반죽에 의해 실내면 구성부재를 형성하였을 경우나, 원적외선 방사물질로서의 무기재료 입자를 포함하는 도료를 냉각원 및/또는 가열원의 냉각면 및/또는 가열면에 도포하였을 경우, 상술한 '원적외선 방사물질'로서의 무기재료 입자는, 회반죽 안의 골재 혹은 도료 안의 바인더 성분 등과 공존한다. 이와 같은 경우, 상술한 '원적외선 방사물질'로서의 무기재료 입자 이외의 물질도, 원적외선을 많든 적든 방사·흡수하는 성질을 가진다. 하지만, 본 발명에서는 동일 분자종 사이에서의 열방사를 통한 열이동이 동일 분자종 사이가 아닌 경우와 비교하여 현저히 고효율로 이루어지는 현상을 이용하고 있기 때문에, 실내면 구성부재와 냉각원 및/또는 가열원의 냉각면 및/또는 가열면 양쪽에 공통적으로 존재하지 않는 물질이 본 발명에서 하는 역할은 매우 적거나, 또는 무시할 수 있을 정도이다. 따라서, 이하 본 발명의 설명에 있어서, '원적외선 방사물질'로 언급하는 경우, 그것은 실내면 구성부재와 냉각원 및/또는 가열원의 냉각면 및/또는 가열면의 양쪽에 공통적으로 존재하며 원적외선 방사율이 0.6 이상, 바람직하게는 0.8 이상인 동일 물질(아래에서 설명하는 전자파를 통한 동일 분자 사이에서의 분자진동의 공명현상을 일으키는 물질)을 가리킨다. 단, 원적외선을 방사·흡수하는 물질로 언급하고 있고, 상술한 '원적외선 방사물질' 이외의 물질을 가리키는 것을 설명하고 있는 경우나, 문맥상 그 이외의 물질을 가리키는 것이 명확한 경우에는 그렇지 않다.
실내면 구성부재와 냉각원 및/또는 가열원의 냉각면 및/또는 가열면에서 원적외선 방사물질로서 모두 무기재료 입자를 사용하는 경우에는, 쌍방의 입자의 직경이나 형상은 동일하여도 서로 달라도 된다. 실내면 구성부재와 냉각원 및/또는 가열원의 냉각면 및/또는 가열면 모두에 포함되는 무기재료 입자의 배합량도 같을 필요는 없다. 또한, 예를 들어, 실내면 구성부재가 벽면과 천장면을 형성하고 있으며, 원적외선 방사물질로서 무기재료 입자를 사용하는 경우, 벽면과 천장면의 원적외선 방사물질의 입자의 직경이나 형상은 동일하여도 서로 달라도 된다. 이 경우, 무기재료 입자는 실내면 구성부재(본 예에서는 벽면 및 천장면을 형성하는 건재) 중에 본 발명에 따른 동일 분자종 사이에서의 열방사를 통한 소기의 열이동을 가능하게 하는 함유량으로 배합된다. 이 때, 벽면을 형성하는 건재와 천장면을 형성하는 건재에서, 무기재료 입자의 배합량은 동일하여도 서로 달라도 된다. 이는 2개 이상의 벽면 각각에서의 원적외선 방사물질의 무기재료 입자에 대해서도 마찬가지이다.
실내면 구성부재와 냉각원 및/또는 가열원의 냉각면 및/또는 가열면에 있어서, 원적외선 방사물질은 여러 종류를 사용하여도 된다. 원적외선 방사물질이 석재인 경우, 실내면 구성부재 혹은 냉각원 및/또는 가열원의 냉각면 및/또는 가열면을 위하여, 2종 이상의 석재를 조합하여 사용할 수 있다. 원적외선 방사물질이 무기재료 입자인 경우, 2종 이상의 무기재료 입자의 혼합물을 사용할 수 있다. 어느 경우든, 실내면 구성부재에서의 무기재료 입자의 조합과 냉각원 및/또는 가열원의 냉각면 및/또는 가열면에서의 무기재료 입자의 조합이 같다면(같은 조합이 포함되어 있다면), 그것들은 '동일 물질'이라고 간주된다.
실내면 구성부재와 냉각원 및/또는 가열원의 냉각면 및/또는 가열면에 함유되는 원적외선 방사물질로서의 무기재료 입자는, 동일 분자종 사이에서의 열방사를 통한 소기의 열이동을 가능하게 하는 양으로 그것들에 존재한다. 통상, 실내면 구성부재와 냉각원 및/또는 가열원의 냉각면 및/또는 가열면은, 서로 다른 업자에 의해 건설현장 이외에서 제작되어 건설현장에 반입되거나 또는 건설현장에서 시공되는 경우가 많을 것이다. 따라서, 실내면 구성부재와 냉각면 및/또는 가열면에는, 원적외선 방사물질로서의 공통된 무기재료 입자가 각각의 제조업자 또는 시공업자에 의해 혼입되는 경우가 많다. 이와 같은 경우, 원적외선 방사물질로서의 무기재료 입자의 함유량은, 각 업자에 의해 실내면 구성부재와 냉각원 및/또는 가열원의 냉각면 및/또는 가열면의 각 제조재료에 포함되는 공통된 무기재료 입자의 양을 말한다. 실내면 구성부재 안 및 냉각면 및/또는 가열면의 형성재료 안의 무기재료 입자의 함유량은, 본 발명에 따른 열방사를 통한 열이동이 실효를 가지게 하는 양으로 결정할 수 있다. 그 양은, 소기의 냉방 및/또는 가열을 위하여 필요한 열이동량, 열방사를 통한 열이동에 이용가능한 실내면 구성부재와 냉각면 및/또는 가열면의 면적, 사용하는 원적외선 방사물질의 열방사특성 등에 의존한다. 하기에서 설명하는 계측실험에서는, 원적외선 방사물질로서의 무기재료 입자는 실내면 구성부재 재료 안 혹은 냉각면 및/또는 가열면을 형성하고 있는 재료 안에 1중량% 이상 존재하는 경우에 유효한 효과가 확인되며, 3중량% 이상 존재하는 경우에 보다 바람직한 효과가 얻어졌다. 한편, 원적외선 방사물질로서 무기재료 입자를 사용하는 경우의 그 함유량의 상한은, 실내면 구성부재와 냉각원 및/또는 가열원의 냉각면 및/또는 가열면을 형성하는 재료 안에 실제로 함유시킬 수 있는 무기재료 입자의 최대량에 따라 결정되며, 특별한 제약은 없다(이론적으로는, 예를 들어 90중량%이어도 된다). 하지만, 실용상 그 최대량은 실내면 구성부재와 냉각원 및/또는 가열원의 냉각면 및/또는 가열면을 형성하는 재료의 취급성이나 실내면 구성부재와 냉각면 및/또는 가열면의 제조방법 등에 따라 결정하면 된다.
본 발명에서는, 원적외선 방사물질의 무기재료 입자로서, 여러 종류의 물질을 사용(상술한 '분자레벨에서 동일'한 물질을 여러 종류 사용)하여도 된다. 이 경우, 실내면 구성부재와 냉각원 및/또는 가열원의 냉각면 및/또는 가열면에서 같은 무기재료 입자의 혼합물을 사용할 수 있다. 이 경우, 실내면 구성부재의 재료와 냉각원 및/또는 가열원의 냉각면 및/또는 가열면을 형성하고 있는 재료에서의 무기재료 입자의 함유량은, 혼합물 안의 여러 종류의 같은 물질의 합계량으로 나타내어진다.
특수한 예로서, 실내면 구성부재와 냉각원 및/또는 가열원의 냉각면 및/또는 가열면에서 같은 무기재료 입자를 1종 이상 포함한다면, 서로 다른 혼합물을 사용하여도 된다. 예를 들어, 제1 벽면(실내면 구성부재)에서는 제1 종류의 무기재료 입자만을 사용하고, 제2 벽면(실내면 구성부재)에서는 제2 종류의 무기재료 입자만을 사용하는 한편, 냉각면 및/또는 가열면에서 2종류의 무기재료 입자의 혼합물을 사용하는 것도 가능하다.
원적외선의 방사 및 흡수를 효율적으로 하기 위해서는, 원적외선 방사물질은 환경조정을 하는 실내공간에 노출되어 있는 것이 매우 바람직하다. 그렇다고는 하나, 원적외선 방사물질이 실내공간에 직접 노출되어 있지 않아도, 1mm 정도 이하의 보호층(예를 들어, 도장층, 바니시층, 벽지 등)으로 덮여 있는 것이면 큰 문제는 없다.
실내면 구성부재와 냉각원 및/또는 가열원의 냉각면 및/또는 가열면에서의 원적외선 방사물질은, 그것들의 표면에 노출되어 있는 것 또는 그 근처의 것이 주로, 본 발명에 따른 동일 분자종 사이에서의 열방사를 통한 열이동에 기여한다. 따라서, 실내면 구성부재와 냉각원 및/또는 가열원의 냉각면 및/또는 가열면이 원적외선 방사물질을 혼입한 재료로 구성되는 경우, 실내면 구성부재와 냉각원 및/또는 가열원의 냉각면 및/또는 가열면에서의 원적외선 방사물질의 필요 함유량은, 본 발명에서의 열이동에 기여하는, 그것들의 표면 또는 그 근방(상술한 바와 같이, 실내공간에 직접 노출하지 않지만, 표면으로부터 1mm 정도까지의 깊이에 존재하는 원적외선 방사물질도, 본 발명에 따른 동일 분자종 사이의 열방사를 통한 열이동에 기여할 수 있다)에 존재하는 원적외선 방사물질의 양으로 나타내는 것이 적절하다. 다시 말하면, 본 발명에서의 원적외선 방사물질의 함유량은, 실내면 구성부재의 표면과 냉각원 및/또는 가열원의 냉각 및/또는 가열용 표면, 및 그것들로부터 1mm 까지의 깊이에 존재하는 원적외선 방사물질의 함유량으로서 나타내는 것이 적절하다. 그렇다고는 하나, 실내면 구성부재(상술한 바와 같이, 환경조정의 대상이 되는 방이나 복도 등의 공간(실내공간)에 노출한 면을 구성하고 있는 부재로서 정의된다)가, 종이(예를 들어, 벽지)나 도장한 도막 등의 얇은 필름 또는 시트형상 재료로 구성되든, 회반죽 등으로 형성한 유의한 두께의 층형상 재료로 구성되든, 혹은 콘크리트 등으로 성형되고 구조부재를 겸하는 일체물의 재료로 구성되든, 그 재료들이 균일 혼합물인 한 그것들의 표면과 그 근방(예를 들어, 1mm 깊이까지)에서의 원적외선 방사물질의 함유량(여기서는, 실내면 구성부재 재료 안에 차지하는 원적외선 방사물질의 중량비율로서 나타내어진다)은, 실내면 구성부재 재료의 전체에서 차지하는 원적외선 방사물질의 중량비율로서 나타내어지는 함유량과 같다고 볼 수 있다. 따라서, 본 발명의 실내면 구성부재에서의 원적외선 방사물질의 함유량은, 실내면 구성부재가 균일 혼합물(구성성분의 분포가 부재의 전체에 걸쳐서 일정한 혼합물)로 이루어졌다고 볼 수 있는 경우, 그 재료의 전체에서 차지하는 원적외선 방사물질의 중량비율로서 나타내어지는 함유량으로 나타내는 것으로 한다. 실내면 구성부재가 균일 혼합물로 이루어졌다고 볼 수 없는 경우(예를 들어, 부재의 두께방향에서 구성성분의 분포에 치우침(농도분포)이 있는 경우)에는, 실내면 구성부재에서의 원적외선 방사물질의 함유량은 실내공간에 노출한 면으로부터 1mm까지의 깊이에 존재하는 원적외선 방사물질의 평균 함유량(중량비율로서 나타내어짐)으로 나타내어진다. 이는 원적외선 방사물질을 혼입한 재료로 구성된 냉각원 및/또는 가열원의 냉각면 및/또는 가열면에 대해서도 마찬가지이다.
본 발명에서 사용하는 원적외선 방사물질의 원적외선의 방사율은 0.6 이상이고, 바람직하게는 0.8 이상, 보다 바람직하게는 0.9 이상이다. 원적외선은 파장이 3~1000㎛인 전자파를 말한다. 재료의 방사율은 동일 조건에서의 이상적인 흑체의 원적외선의 방사에너지를 W0이라고 하고, 그 재료의 원적외선의 방사에너지를 W라고 하였을 경우, W/W0에 의해 정의된다. 방사율값은, 본 발명에 따른 시스템의 실제 사용온도에 가까운 실온(예를 들어, 25℃)에서 측정한 것이 바람직하고, 예를 들어, 인체에 대한 열적인 작용의 크기 10㎛ 부근에서의 값을 채용한다.
본 발명에서 '냉각면 및/또는 가열면'이란, 실내면 구성부재와의 사이의 열방사를 통한 열이동에 의해, 실내면 구성부재를 냉각 및/또는 가열하는 냉각원 및/또는 가열원의 그 열이동에 관여하는 '면'을 가리킨다. 바꾸어 말하면, '냉각면 및/또는 가열면'이란, 냉각원 및/또는 가열원 중, 실내면 구성부재의 원적외선 방사물질과 동일한 원적외선 방사물질이 존재하는 부분의 표면을 가리킨다. 상술한 바와 같이, 원적외선 방사물질은 그 표면에 노출하고 있는 것이 바람직하다고는 하나, 1mm 정도 이하의 보호층으로 덮여 있어도 상관없다. 냉각원의 냉각면이 냉각되면, 그 냉각면의 원적외선 방사물질이 실내면 구성부재의 원적외선 방사물질이 방사하는 원적외선을 흡수하고, 가열원의 가열면이 가열되면, 그 가열면의 원적외선 방사물질이 방사하는 원적외선을 실내면 구성부재의 원적외선 방사물질이 흡수한다.
본 발명은 동일 분자종 사이에서의 열방사를 통한 전열(열이동)이 동일 분자종 사이가 아닌 경우와 비교하여 고효율로 이루어지는 현상을 이용한 것으로, 냉각되는 면과 방 내면의 적어도 일부에 동일한 원적외선 방사물질을 존재시킴으로써, 방의 내면(예를 들어, 벽면)을 인체로부터의 원적외선의 흡수부재(2차적인 냉방사원)로서 기능하게 하여, 인체를 식히는 냉방효과를 얻는 점을 기본적인 발명 사상으로 하고 있다. 또한, 이 원리와 반대되는 원리로서, 상기 냉각되는 면을 거꾸로 가열하고, 열의 공급원으로 함으로써, 방의 내면을 원적외선의 방사부재(2차적인 열방사원)로 하여, 방의 내면이 인체로부터 흡수하는 원적외선의 양을 줄이고, 그에 의해 사람이 춥다고 느끼는 감각을 완화시키는 난방효과를 얻는 점을 기본적인 발명 사상으로 하고 있다.
예를 들어, 방의 내면 전체를 냉수에 의한 냉각면 또는 온수에 의한 가열면으로 하는 것은 비용이나 인테리어의 면에서 곤란하다. 하지만, 방 내면의 일부인 벽이나 천장(혹은 마루)이라면 넓은 면적을 확보할 수 있기 때문에, 그것을 냉방사원 또는 열방사원으로서 이용할 수 있으면, 흡수 혹은 방사되는 열방사의 총량은 그 면적으로 벌 수 있다. 또한, 방의 내면을 이용함으로써, 냉방시에는 인체를 둘러싼 여러 방향으로의 인체로부터의 열방사를 주위에 흡수시키고, 난방시에는 인체를 둘러싼 여러방향으로의 인체로부터의 열방사를 감소시킬 수 있다. 그 때문에, 냉각면 또는 가열면의 면적이 제한되고, 또한 그 설치장소가 제한되어 있어도, 방 내면 전체를 사용한 열방사를 이용한 냉방 또는 난방을 실시할 수 있다.
이하, 동일 분자종 사이에서의 열방사를 통한 열교환이 고효율로 이루어지는 원리에 대하여 설명한다. 동일 분자종 사이에서의 열방사를 통한 열교환이 고효율로 이루어지는 것은, 동일 분자종의 물질(동일 조성 및 동일 분자구조를 가진 물질)이면, 전자파를 통한 동일 분자 사이에서의 분자진동의 공명현상이 일어나기 때문이다. 이는, 같은 고유진동 주파수의 음차 사이에서의 음파 에너지의 전파현상, 혹은 같은 동조주파수의 동조회로 사이에서의 전기신호의 전달이나 전자파의 전파현상에 있어서, 에너지의 전달이 고효율로 이루어지는 것과 유사한 현상으로 이해할 수 있다.
이하, 데이터에 근거하여, 그 원리에 대하여 설명한다. 도 1a와 도 1b는 원적외선 방사재료의 전자파 파장에 대한 방사율의 데이터로서, 각각 ZrO2+CaO와 Al2O3+TiO2의 용사피막(두께 400㎛)을 600℃로 가열하였을 경우의 방사특성을 나타내고 있다. 한편, ZrO2와 CaO의 성분비, 및 Al2O3과 TiO2의 성분비는 각각 1:1(중량비)이다.
도 1a와 도 1b에는 ZrO2+CaO 피막과 Al2O3+TiO2 피막에서 파장에 대한 방사율의 특성이 다른 것이 나타나 있다. 이는, 원적외선 방사물질의 조성이 다르면(즉, 분자종이 다르면), 파장에 대한 방사율의 특성이 다르다는 것을 나타낸다.
여기서, 두 피막 사이에 온도차를 두어 ZrO2+CaO 피막을 상대적으로 고온, Al2O3+TiO2 피막을 상대적으로 저온으로 하고, ZrO2+CaO 피막으로부터 방사되는 원적외선을 Al2O3+TiO2 피막에 흡수시키는 경우를 생각한다. 키르히호프의 법칙(Kirchhoff's laws)으로부터, 방사율은 그 재료의 흡수율과 같기 때문에, 이상적인 조건을 고려하였을 경우, 방사율이 일치하는 파장에서 ZrO2+CaO 피막으로부터 방사되어 Al2O3+TiO2 피막을 향하는 원적외선은, Al2O3+TiO2 피막에 100% 흡수된다. 즉, 에너지의 수송효율이라는 관점에서 보면, 손실이 없는 방사에너지의 전달이 이루어진다.
한편, ZrO2+CaO 피막의 방사율이 Al2O3+TiO2 피막의 방사율보다 큰 값이 되는 파장에서는, 이 방사율(흡수율)의 차에 기인하여, ZrO2+CaO 피막으로부터 방사된 원적외선의 일부가 Al2O3+TiO2 피막으로 흡수되지 않는다. 이는, 방사율=흡수율이기 때문에, 그 파장에서 (물질 A의 방사율＞물질 B의 방사율=물질 B의 흡수율)이면, 물질 A로부터 방사된 방사에너지의 일부가 물질 B로 흡수되지 않기 때문이다. 예를 들어, 어느 파장에서 물질 A의 방사율이 0.9이고, 물질 B의 방사율이 0.1인 경우, 물질 A로부터 방사된 그 파장의 원적외선은, 물질 B로 조금밖에 흡수되지 않고, 그 대부분은 반사된다. 이는 에너지의 수송효율이라는 관점에서 보면, 손실을 동반한 방사에너지의 전달이라고 할 수 있다.
또한, 온도차의 관계를 역으로 하여 ZrO2+CaO 피막에 Al2O3+TiO2 피막으로부터 방사되는 원적외선을 흡수시키는 경우를 고려하면, 마찬가지 이치에 의해, 방사율이 일치하는 파장에서 ZrO2+CaO 피막을 향하여 Al2O3+TiO2 피막으로부터 방사되는 원적외선은 ZrO2+CaO에 100% 흡수된다(이상적인 조건인 경우). 하지만, ZrO2+CaO의 방사율이 Al2O3+TiO2의 방사율보다 작은 파장에서는, Al2O3+TiO2로부터 방사된 그 파장의 원적외선의 일부는 ZrO2+CaO에 흡수되지 않고 손실이 발생한다.
즉, 파장에 대한 방사율의 특성이 서로 다른 재료 사이(즉, 서로 다른 분자종 사이)에서는, 이상적인 경우에도 열방사의 전달에서 손실이 발생한다. 한편, 파장에 대한 방사율의 특성이 같은 재료 사이(즉, 동일 분자종 사이)에서는, 이상적인 상황에서 열방사의 전달에 있어서 손실이 발생하지 않는다. 본 발명은 동일 분자종 사이에서의 열방사를 통한 열교환이 고효율로 이루어지는 상술한 원리에 근거한 실내환경 조정시스템을 제공하는 것이다.
도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 이하의 설명에서는, 많은 경우, 냉각원에서의 냉각면을 '냉각제습면'이라고 칭한다. 이와 관련하여 주석하면, 본 발명의 시스템에서는, 동일 분자종 사이에서의 열방사를 통한 전열이 동일 분자종 사이가 아닌 경우와 비교하여 고효율로 이루어지는 현상을 이용하여, 실내면 구성부재와 냉각원의 냉각면 사이에서 열방사를 통한 전열을 고효율로 이루어지게 함으로써 냉방효과를 얻고 있다. 이 시스템에 있어서, 냉각면에서의 제습은 부차적인 효과에 지나지 않는다. 냉각면은 냉매 등에 의해 냉각됨으로써 냉방효과를 발휘한다. 그 때, 식혀진 냉각면의 온도가 실내환경 안에 존재하는 흡습수분(hygroscopic moisture)의 이슬점 이하로 떨어졌을 경우에 냉각면에서 결로가 발생하고, 그 결과 실질적으로 제습이 이루어지게 된다. 공기 중의 흡습수분은 원적외선의 흡수물질이기 때문에, 벽면 등의 실내면 구성재료의 원적외선 흡수기능이나, 인체로부터 실내면 구성부재로의 원적외선 흡수를 저해하는 경향을 가진다. 따라서, 냉각면에서의 결로의 결과로서 실내환경의 제습이 이루어지면, 본 발명의 시스템에 의한 방사를 이용한 냉방효과의 효율을 높일 수 있다. 더욱이, 제습의 결과, 불쾌지수가 떨어지기 때문에, 이러한 점에서도 냉방효과를 높일 수 있다. 이와 같이 본 발명의 시스템에 있어서, 제습은 유리하기는 하지만, 불가결한 것은 아니고, 제습이 이루어지는지 여부는 본 발명의 시스템을 적용한 실내환경의 습도와, 냉매 등으로 식혀진 냉각면의 온도에 의존한다. 그렇다고 하면, 냉각면에서의 결로에 의한 제습이 불리하게 작용하는 경우는 없다는 점, 또한 본 발명의 시스템이 활용되는 고온의 환경에서는 습도가 높은 경우가 자주 있다는 점을 염두해두고, 아래의 설명에서는 냉각원에서의 냉각면을 '냉각제습면'이라고 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예로서, 본 발명의 실내환경 조정시스템을 구비한 방의 개요를 나타내는 개념도이다. 도 2에는 방(100)이 나타나 있다. 여기서 방(100)은 단독주택이나 집합주택 등의 주거용 방이다. 방(100)은 육면체 형상의 실내공간(101)을 구비하고 있다. 실내공간(101)의 내측은 마루면(200), 벽면(300) 및 천장면(400)으로 구성되어 있다.
마루면(200)은 표면이 자연석을 성형가공하여 얻은 마루판 패널로 구성되어 있고, 히터제어장치(204)에 의해 제어되는 전열히터에 의해 데워진다. 마루면(200)은 데워짐으로써 자연석의 원적외선 방사효과에 의해 원적외선을 실내(101)로 방사하는 가열면으로서 기능한다. 마루면 패널과 마찬가지 기능을 가지는 것으로서, 원적외선 방사물질(예를 들어, 자연석의 분말입자 등)을 포함하는 핫 카페트 등을 이용하는 것도 가능하다.
벽면(300)은 마루면(200)을 구성하는 자연석을 분쇄한 분쇄물을 섞은 회반죽에 의해 구성되어 있다. 벽면(300)의 일부에는 냉각제습면(301)이 설치되어 있다. 냉각제습면(301)은 가장 표면에 마루면(200)을 구성하는 자연석을 분쇄한 분쇄물을 포함한다. 냉각제습면(301)은 냉매냉각장치(302)에 의해 냉각된 냉매에 의해 냉각된다. 또한, 후술하는 바와 같이, 냉각제습면(301)을 이용한 제습장치가 구성되어 있다. 냉각제습면(301)의 설치면적은 벽면(300)의 5%로 되어 있다.
도시하지 않았지만, 벽면(300)에는 창문과 문이 만들어져 있다. 이 예에서는, 벽면(300)에 대한 창문과 문의 면적이 30%로 되어 있다. 천장면(400)은 마루면(200)을 구성하는 자연석을 분쇄한 분쇄물을 함유한 석고보드에 의해 구성되어 있다.
이 예에서는, 실내공간(101)을 차지하는 공기(온도 20℃, 습도 50%에서 계산)의 열용량에 비교하여, 마루면(200)에 포함되는 상기 자연석의 총열용량이 약 3배가 되도록 설계되어 있다. 또한, 마루면(200)의 돌마루의 이면측, 벽면(300) 및 천장면(400)의 그 자연석을 포함하는 층의 이면측에는, 원적외선을 실내방향으로 반사하도록(즉, 원적외선이 실외로 빠져나가지 않도록), 금속박시트에 의한 반사층이 설치되어 있다.
도 3은 마루의 단면구조를 나타내는 개념도이다. 도 3에는 방(101)의 하지구조체(201)가 도시되어 있다. 하지구조체(201)는 마루의 하지가 되는 구조체이다. 이 예에서는, 하지구조체(201) 위에 단열재(202)가 배치되고, 그 위에 전기가열히터를 이용한 발연층(203)이 설치되어 있다. 발열층(203)에는 히터제어장치(204)로부터 구동전류가 공급된다. 발열층(203)의 하면측에는 도시를 생략한 금속박시트가 깔리고, 석재 마루판 패널(205) 방향으로 원적외선을 반사하는 구조로 되어 있다.
발열층(203) 위에는 천연석을 두께 30mm의 판형상으로 가공한 석재 마루판 패널(205)이 빈틈없이 깔려 있다. 석재 마루판 패널(205)을 구성하는 천연석은 화강암이고, 원적외선의 방사율이 대략 0.9 정도인 것이 선택된다. 이 예에서는 마루면(200) 전체가 도 3에 나타내는 구조로 되어 있다.
발열층(203)에 통전이 이루어지고 발열층(203)이 발열하면, 그 열이 석재 마루판 패널(205)로 전달되어서 석재 마루판 패널(205)이 데워진다. 석재 마루판 패널(205)이 데워지는 정도는 히터제어장치(204)에 의해 조정된다. 데워진 석재 마루판 패널(205)은 원적외선을 실내(101)를 향하여 방사한다.
발열층(203)은 온수를 순화시킴으로써 열을 석재 마루판 패널에 전달하는 구성으로 하여도 된다. 이 때, 태양광을 이용하여 온수를 얻는 구성으로 함으로써, 사용비용을 억제할 수 있다. 석재 마루판 패널(205)은 원적외선의 방사율이 0.6 이상, 바람직하게는 0.8 이상, 보다 바람직하게는 0.9 이상인 다른 천연석이나 세라믹 재료이어도 된다.
도 4a에 냉각제습장치의 개략을 나타내는 개념도를 나타내고, 도 4b에 그 일부단면도를 나타낸다. 도 4a에 나타내는 바와 같이, 냉각제습장치는 냉각제습면(301)을 구비하고 있다. 냉각제습면(301)은, 표면에 후술하는 코팅가공을 한 알루미늄제 핀(304)을 복수개 구비하고 있다. 이 핀(304)은 얇은 판형상이고, 상하로 뻗어 있다. 핀(304)은 열전도가 양호한 다른 금속 또는 합금재료, 예를 들어, 철이나 구리, 그것들의 합금 등으로 제작할 수도 있다.
도 4b에 나타내는 바와 같이, 핀(304)의 표면은 원적외선 흡수층(304a)에 의해 덮여 있다. 원적외선 흡수층(304a)은 석재 마루판 패널(205)을 구성하는 자연석을 분쇄한 분쇄물과 바인더를 혼합하고, 그것을 층형상으로 핀(304) 표면에 발라서 건조시킴으로써 얻는다.
이하, 핀(304) 표면의 원적외선 흡수층(304a)의 형성방법의 일례를 간단히 설명한다. 먼저, 마루면(200)을 구성하는 자연석을 평균입경이 5~100㎛(여기서 설명하는 사례에서는 50㎛ 정도)가 되도록 분쇄하고, 그것을 40 중량부 준비한다. 이어서, 바인더로서 기능하는 코팅재를 60 중량부 준비하고, 그것을 용제(분량 외)와 함께 앞에서 자연석을 분쇄한 것과 혼합한다. 이 혼합물을 핀(304)의 표면에 500㎛의 두께로 바르고 건조시킴으로써 원적외선 흡수층(304a)을 형성한다. 이렇게 하여 형성한 원적외선 흡수층(304a)에서의 마루면(200)을 구성하는 자연석을 분쇄한 분쇄물의 함유량은, 이 예의 경우 40중량%가 된다. 본 발명에서는 동일 분자종 사이에서의 열방사를 통한 전열(방사전열)을 이용하고 있기 때문에, 원적외선 흡수층(304a)이 함유해야 할 분쇄물의 함유량은 열방사에 의해 이동할 열량에 의존하는 동시에, 원적외선 흡수층(304a)의 총면적에도 의존한다. 일반적으로는, 원적외선 흡수층(304)은 1중량% 이상의 분쇄물을 함유할 수 있고, 혹은 10중량% 이상 또는 20중량% 이상의 분쇄물을 함유할 수 있다.
핀(304)은 알루미늄제 지지판(303)과 일체로 형성되어 있다. 지지판(303)의 이면측은 냉매통로(305)에 노출되어 있다. 또한, 지지판(303)의 표면측(실내측)에는 상기 원적외선 흡수층(304a)과 동일한 층이 설치되어 있다. 냉매통로(305)에는 냉매로서 냉수가 순환된다. 이 냉매는 냉매냉각장치(302)에 의해 냉각된다. 냉매냉각장치(302)의 냉각기구는 일반적인 공조장치나 냉장고에 이용되는 것과 같다.
냉각제습면(301)의 아래쪽에는 배수홈(307)이 설치되어 있다. 냉매통로(305) 안에서 냉각수가 순환하면 핀(304)이 냉각되고, 핀(304) 표면의 원적외선 흡수층(304a)도 냉각된다. 원적외선 흡수층(304a)이 냉각됨으로써 원적외선 흡수층(304a)에 포함된 분쇄물이 마루면(200), 벽면(300), 천장면(400)으로부터 방사된 원적외선을 흡수하여, 방(100) 안 환경의 냉각이 이루어진다. 또한, 원적외선 흡수층(304a)의 표면에 실내공간(101) 공기 중에 포함되는 수분이 결로한다. 이 결로한 물방울은 배수홈(307)으로 떨어진다. 배수홈(307)의 하부에는 집수탱크(308)가 착탈이 자유로운 상태로 설치되어 있고, 배수홈(307)에 떨어진 물은 집수탱크(308)에 모이는 구성으로 되어 있다. 이 결로한 수분을 회수하는 구성에 의해 제습장치가 구성되어 있다.
냉매는 환경온도보다 낮으면 되기 때문에 냉수로 한정되지 않고, 냉매가스이어도 된다. 냉매냉각장치(302)는 예시한 것으로 한정되지 않고, 냉매를 냉각할 수 있는 것이면 이용할 수 있다. 냉각제습면은 마루면이나 천장면을 이용하여 구성하여도 되는데, 결로한 물방울을 처리하는데는 궁리가 필요하다. 또한, 냉각제습면을 벽면의 일부에 설치하는 것이 아니라, 방 안에 따로 배치할 수도 있다. 단, 냉각제습면이 실내에 노출하고, 마루면, 벽면 및 천장면과의 사이에서 방사를 통한 열교환이 이루어질 수 있도록 하는 것이 중요하다. 또한, 냉각제습면의 표면을 석재 자체로 구성하여도 된다. 또한, 냉매냉각장치(302)의 전력을 태양전지가 발전한 전력으로 조달하도록 하는 것은 바람직하다. 냉매냉각장치(302)를 이용한 냉방은, 일반적인 대류식 냉방장치(소위 에어콘)와 비교하여 냉방효율이 높기 때문에, 태양전지발전에 의해 충분히 전력을 조달할 수 있다.
도 5는 벽의 단면구조를 나타내는 개념도이다. 도 2에 나타내는 벽면(300)은 도 5에 나타내는 단면구조를 가지고 있다. 도 5에는 벽의 하지구조체가 되는 기초구조(310)가 나타나 있다. 기초구조(310)의 실내측에 단열보드(311)가 설치되어 있다. 단열보드(311) 위에는 금속박시트(312)가 펼쳐지고, 그 위에 회반죽층(313)이 형성되어 있다.
회반죽층(313)은 통상의 회반죽 재료에 석재 마루판 패널(205)을 구성하는 자연석을 평균입경이 5~100㎛(여기서 설명하는 사례에서는 50㎛ 정도)가 되도록 분쇄한 것을 통상의 회반죽 원료(물을 포함하지 않는 원료)에 대하여 20중량% 섞고, 그것에 물을 더하여 혼련한 것을 원료로 하고 있다. 회반죽층(313)의 두께는 30mm이고, 그 시공방법은 통상의 회반죽벽과 같다.
도 6은 천장의 단면구조를 나타내는 개념도이다. 도 2에 나타내는 천장면(400)은 도 6에 나타내는 단면구조를 가진다. 도 6에는 천장의 하지구조체가 되는 기초구조(401)가 나타나 있다. 이 예에서는, 이 기초구조(401)의 아랫면에 금속박시트(402)를 설치하고, 더욱이 두께 20mm의 석고보드(403)가 설치되어 있다. 석고보드(403)는 마루면(200)을 구성하는 자연석을 평균입경이 5~100㎛(여기서 설명하는 사례에서는 50㎛ 정도)가 되도록 분쇄한 것을 10중량% 혼합한 조성을 가지고 있다.
도 2 내지 도 6을 참조하여 설명한 본 발명의 실시예에서의 난방의 원리에 대하여 설명한다. 본 발명은 실내에 있는 사람의 몸에 방사열을 흡수시켜서 사람이 따뜻함을 느끼게 하는 기술이기 때문에, 여기서는 난방이라는 단어를, 실내에 있는 사람이 따뜻함을 느끼도록 하는 작용이라는 의미로 사용한다. 도 7a 및 도 7b는 난방효과가 얻어지는 원리를 설명하는 개념도이다. 난방을 하기 위해서는, 냉매냉각장치(302)를 동작시키지 않고, 히터제어장치(204)를 동작시켜서 마루면(200)을 가열한다. 그러면, 마루면(200)을 구성하는 석재 마루판 패널(205)(도 3 참조)이 가열되고, 석재 마루판 패널(205)로부터 원적외선이 실내공간(101)으로 방사된다. 도 7a에는 마루면(200)으로부터 방사되는 원적외선이 부호 51로 나타내는 화살표에 의해 개념적으로 도시되어 있다.
마루면(200)으로부터 방사된 원적외선은, 일부가 사람(52) 및 실내공간(101) 안의 공기 중의 원적외선 흡수성분에 흡수되고, 다른 것은 벽면(300) 및 천장면(400)에 흡수된다. 이 때, (1) 벽면(300) 및 천장면(400)은 가열되지 않고(즉, 마루면(200)보다 온도가 낮고), 더욱이 (2) 벽면(300) 및 천장면(400)은 마루면(200)으로부터의 원적외선의 발생원이 되는 석재와 동일한 석재의 분체가 포함되어 있기 때문에, 마루면(200)이 방사한 원적외선은 효율적으로 벽면(300) 및 천장면(400)에 흡수된다.
마루면(200)으로부터의 원적외선을 흡수한 벽면(300) 및 천장면(400)은 원적외선을 재방사한다. 도 7b에 재방사된 원적외선이 부호 53의 파선 화살표에 의해 개념적으로 도시되어 있다. 이 재방사된 원적외선(53)은 일부가 사람(52) 및 실내공간(101)의 공기 중의 원적외선 흡수성분에 흡수되고, 다른 것은 다시 벽면(300) 및 천장면(400)에 재흡수된다. 이 원적외선의 재방사시에, 벽면(300) 및 천장면(400)의 이면측의 금속박시트에 의해 실내측에 원적외선이 반사되기 때문에, 마루면(200)으로부터 방사된 원적외선의 열에너지가 흩어져 없어지는 것이 억제된다. 이에 의해 에너지의 유효이용을 도모할 수 있다.
도 7a→도 7b→도 7a의 현상이 반복됨으로써 실내에 있는 사람은 원적외선(방사열)을 주위로부터 받아서 따뜻함을 느끼고, 또한 실내공기 중의 원적외선 흡수성분이 원적외선을 흡수하여 승온한다. 이렇게 하여 난방효과를 얻을 수 있다. 또한, 마루면(200)이 가열되어 그 자체가 승온하기 때문에, 마루난방과 마찬가지 효과가 얻어지고, 그에 따른 난방효과도 동시에 발생한다.
상술한 본 발명에 따른 난방작용에 따르면, 대류나 열전도에 의한 난방이 아니라, 실내 전체에 왔다갔다하는 방사에 의한 난방이 이루어지기 때문에, 실내에서 특히 수직방향의 온도분포의 편차가 억제된다. 또한, 직접가열되는 것은 마루면 뿐이고, 그 마루면으로부터 방사되는 원적외선을 통하여 열을 난방에 이용하기 때문에, 에너지의 유효이용을 도모할 수 있다. 이 때문에, 에너지 낭비가 억제된다. 또한, 실온의 상승뿐만 아니라, 방사열에 의해 인체가 따뜻함을 느끼기 때문에, 이러한 점에서도 투입 에너지의 유효이용을 도모할 수 있다. 더욱이, 기류의 흐름을 이용하지 않기 때문에, 온풍이 피부에 닿는 것에 의한 불쾌감이나 건강에 대한 악영향이 발생하지 않는다. 난방의 열원으로서 태양열을 이용한 온수나 태양전지에 의한 자택발전력을 이용하였을 경우, 제로 에미션(zero emission)을 실현할 수 있다.
이어서, 본 실시예에서의 냉방의 원리에 대하여 설명한다. 본 발명은 실내에 있는 사람의 몸이 방사열을 흡수하게 하여 사람에게 따뜻함을 느끼게 하는 기술이기 때문에, 여기서는 냉방이라는 단어를, 실내에 있는 사람이 시원함을 느끼도록 하는 작용이라는 의미로 사용한다. 도 8a 및 도 8b는 냉방효과가 얻어지는 원리를 설명하는 개념도이다. 이 예에서 냉방효과는, (1) 히터제어장치(204) 및 냉매냉각장치(302)를 모두 동작시키지 않은 경우의 냉방효과와, (2) 히터제어장치(204)를 동작시키지 않고, 냉매냉각장치(302)를 동작시켰을 경우의 냉방효과, 2가지가 있다. 먼저, (1)의 경우의 냉방효과에 대하여 설명한다.
(1)의 경우, 히터제어장치(204) 및 냉매냉각장치(302)를 모두 동작시키지 않는다. 하지만, 마루면(200)은 큰 열용량을 가지는 석재 마루판 패널이 빈틈없이 깔려 있기 때문에, 야간이나 새벽녘 등 기온이 가장 떨어졌을 때의 온도를 유지하는 기능이 높다. 바꾸어 말하면, 야간이나 새벽녘 등 기온이 가장 떨어졌을 때 식혀진 마루면(돌마루)(200)은, 그 후의 기온 상승에 따라서 온도가 상승하는데, 열용량이 크기 때문에 기온의 상승만큼 그 온도는 상승하지 않는다. 따라서, 기온이 상승한 주간에도 시원한 감촉이 얻어진다. 이는 경험적으로도 확인할 수 있는 것이다.
한편, 벽면(300)과 천장면(400)은, 마루면(200)과 비교하여 석재의 함유비율은 낮고, 열용량은 마루면과 비교하여 매우 작다. 따라서, 주간에 기온이 상승하면, 그 영향을 받아서 벽면(300)과 천장면(400)의 온도가 마루면(200)과 비교하여 상대적으로 높은 온도가 된다.
예를 들어, 새벽녘의 최저기온이 20℃이고, 주간의 최고기온이 28℃인 경우, 마루면(200)은 새벽녘에 22~23℃ 정도의 온도가 되고, 옥내에서 적절한 차광을 하면, 주간에도 그 최고온도가 25~26℃ 정도로 된다. 한편, 열용량이 낮은 벽면(200)의 온도는 마루면보다 몇도 높고, 더욱이 천장면(400)은 그보다도 기온에 가까운 온도가 된다.
그 결과, 상대적으로 저온인 마루면(200)을 향하여 상대적으로 고온인 벽면(300)이나 천장면(400)으로부터 원적외선이 방사되고, 벽면(300)과 천장면(400)에 함유되는 원적외선 방사물질이 냉각되면, 이 냉각은 마루면(200)의 열용량과 비교하여 벽면(300) 및 천장면(400)의 열용량이 작기 때문에 즉효성이 높다. 벽면(300) 및 천장면(400)은 마루면(200)에 원적외선의 흡수라는 형태로 열기를 빨아들임으로써, 방사한 만큼 원적외선을 흡수하기 쉬운 상태가 된다. 이 때, 마루면(200)은 석재에 의해 그 표면이 구성되고, 또한 벽면(300) 및 천장면(400)은 그 석재의 분쇄물을 포함하고 있기 때문에, 원적외선을 통한 열량의 이동이 고효율로 이루어진다.
그 결과, 도 8b에 나타내는 바와 같이, 사람(52)이 발하는 원적외선이 마루면(200), 벽면(300) 및 천장면(400)에 흡수되기 쉬운 상태가 되고, 사람(52)은 시원함을 느끼게 된다. 또한, 공기 중의 주로 수분으로부터 방사되는 원적외선도 마루면(200), 벽면(300) 및 천장면(400)에 흡수되기 쉬운 상태가 되어서 기온이 떨어진다.
이러한 (1)의 경우의 냉방기능은, 냉방을 위한 전력 에너지를 필요로 하지 않는 패시브(passive)한 기능이며, 에너지 조사나 환경에 부하를 주지 않는다는 점에서 매우 바람직하다. 하지만, 이 경우, 바깥기온이 30℃를 넘고, 더욱이 습도가 60%를 넘을 때는, 냉방효과가 충분하지 않고, 더운 인체에 주는 부담이 증가한다. 즉, 덥다고 느끼게 된다. 이와 같을 때, 다음에 설명하는 (2)의 경우의 냉방효과에 의해, 충분히 쾌적하게 생활할 수 있는 냉방을 실현할 수 있다.
(2)의 경우, 히터제어장치(204)를 동작시키지 않고, 냉매냉각장치(302)를 동작시켜서 냉각제습면(301)을 냉각한다. 냉각제습면(301)이 냉각되면, 냉각제습면(301)이 마루면(200), 벽면(300) 및 천장면(400)보다 저온이 된다. 이 때문에, 열평형상태의 균형이 크게 무너지고, 마루면(200), 벽면(300) 및 천장면(400)으로부터 냉각제습면(301)을 향하여 원적외선이 방사되어, 그것이 냉각제습면(301)에 흡수된다. 이 때, 마루면(200)은 냉각제습면(301)의 표면에 코팅된 분쇄물과 동일한 재료의 석재에 의해 그 표면이 구성되고, 또한 벽면(300) 및 천장면(400)은 냉각제습면(301)의 표면에 코팅된 분쇄물과 동일한 것을 포함하고 있기 때문에, 원적외선을 통한 열량의 이동이 고효율로 이루어진다.
이 모습이 도 8a에 도시되어 있다. 도 8a에는 실선 화살표(61)에 의해 마루면(200), 벽면(300) 및 천장면(400)으로부터 냉각제습면(301)을 향하여 원적외선이 방사되고, 그것이 냉각제습면(301)에 흡수되는 모습이 개념적으로 도시되어 있다. 이 경우의 각 부분의 온도는 천장면(400)＞벽면(300)＞마루면(200)＞냉각제습면(301)의 관계가 된다.
마루면(200), 벽면(300) 및 천장면(400)은 냉각제습면(301)에 원적외선의 흡수라는 형태로 열기를 빨아들임으로써, 방사한 만큼 원적외선을 흡수하기 쉬운 상태가 된다. 이는, 마루면(200), 벽면(300) 및 천장면(400)의 온도저하로서 나타나는데, 냉각제습면(301)에 방사열을 공급한 결과, 평형상태로부터 크게 어긋나고, 방사열을 흡수하는 능력이 높아진 상태라고 이해할 수도 있다.
그 결과, 사람(52)이 발하는 원적외선이 마루면(200), 벽면(300) 및 천장면(400)에 흡수되기 쉬운 상태가 된다. 이 상태가 도 8b에 나타나 있다. 즉, 도 8b에는 파선 화살표(62)로 나타내는 방사열이 마루면(200), 벽면(300) 및 천장면(400)에 흡수되는 상태가 개념적으로 도시되어 있다.
사람(52)이 발하는 원적외선이 마루면(200), 벽면(300) 및 천장면(400)에 흡수되기 쉬운 상태가 됨으로써, 사람(52)이 가지는 열이 열방사라는 형태로 마루면(200), 벽면(300) 및 천장면(400)에 흡수된다. 그 결과, 사람(52)의 몸은 열량을 빼앗겨서 냉각되고, 사람(52)은 시원함을 느낀다. 이는 실내공간(101)의 공기 중의 원적외선 흡수성분이 가지는 열에너지에 대해서도 마찬가지라고 할 수 있다. 즉, 마루면(200), 벽면(300) 및 천장면(400)이 원적외선을 흡수하기 쉬워짐으로써, 실내공기 중의 원적외선 흡수성분의 열에너지가 방사열의 형태로 마루면(200), 벽면(300) 및 천장면(400)에 흡수된다. 그 결과, 실온이 떨어진다.
그 효과는 실온을 1~2℃ 정도 떨어뜨릴 뿐이지만, 인체로부터 직접 방사열이라는 형태로 열량이 마루면(200), 벽면(300) 및 천장면(400)에 빼앗기기 때문에, 실온의 저하 이상으로 사람(52)이 시원함을 느낄 수 있다.
또한, 냉각제습면(301)이 냉각됨으로써 그 표면이 결로하고, 그 결로한 물방울이 도 4a에 나타내는 구조에 의해 포획되어 회수되기 때문에, 제습기능을 얻을 수 있다. 공기 중의 수분은 양호한 원적외선 흡수성분이기 때문에, 도 8a, 도 8b의 부호 61이나 62로 나타내는 원적외선의 방사를 이용한 작용을 저해한다. 따라서, 공기 중의 수분이 제거됨으로써, 상술한 원적외선의 방사를 이용한 마루면(200), 벽면(300) 및 천장면(400)이 원적외선을 보다 흡수하기 쉽게 하는 상태를 만들어내는 작용, 더욱이 인체로부터 마루면(200), 벽면(300) 및 천장면(400)으로의 방사열의 흡수효율이 높아지고, 방사열이 인체로부터 흡수되는 것에 의한 냉방효과가 높아진다. 또한, 제습기능에 의해 불쾌지수가 떨어지며, 이러한 점에서도 냉방효과가 높아진다. 이러한 이유에 의해, 불과 1~2℃의 공기온도의 냉각효과라도 수치 이상의 시원함을 느낄 수 있다.
이와 같이, 인체가 발생하는 방사열의 흡수작용을 이용함으로써, 실온의 온도저하가 조금이더라도 유의한 냉방효과를 얻을 수 있다. 이 때, 냉기의 흐름을 이용하지 않기 때문에, 냉기가 피부에 닿는 것에 의한 폐해 발생을 억제할 수 있다. 또한, 공기 중의 원적외선 흡수성분으로부터의 방사열 흡수는 실내에서 치우침없이 이루어지기 때문에, 실내에서 수직방향의 온도분포의 치우침을 줄일 수 있고, 에너지 이용효율을 높일 수 있다. 또한, 실온의 저하가 매우 적기 때문에, 소위 냉방병 증상이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 인체로부터의 방사열을 흡수하게 하는 방식의 냉방은 냉방효과의 상승이 빠르기 때문에, 소위 냉방 기능의 즉효성이 높다. 이것도 높은 쾌적성과 불필요한 에너지 소비를 줄이기 때문에 유용해진다. 특히 본 실시예에서는 인체로부터의 방사열이 마루면(200), 벽면(300) 및 천장면(400)의 3면에 흡수되기 때문에, 인체의 냉각효과가 높다.
또한, 상술한 (1)의 냉방효과의 경우, 냉매를 위하여 외부로부터 에너지를 투입할 필요가 없고, 또한 온난화 가스도 나오지 않기 때문에, 제로 에미션을 실현할 수 있다. 또한, 상술한 (2)의 냉방효과의 경우에도, 필요한 전력이 통상의 냉방과 비교하여 적기 때문에, 에너지 절약을 달성할 수 있다. 특히 태양전지를 이용하여 상술한 (2)의 냉방효과를 얻는 경우, 상용전력을 이용하지 않고 효과적으로 냉방효과를 얻을 수 있다.
이어서, 벽에 원적외선 방사물질의 분쇄물을 섞는 것의 효과를 실증한 데이터에 대하여 설명한다.
도 9는 계측을 한 환경을 나타내는 개념도이다. 도 9에는 베니어판으로 만든 계측상자(501)의 단면형상이 도시되어 있다. 계측상자(501)는 두께 15mm의 베니어판으로 구성되고, 일면이 개방된 도시하는 치수(깊이도 45cm임)의 상자구조를 가지고 있다. 계측상자(501)는 개방된 면을 도 3에 나타내는 마루면(200) 위에 놓는 형태로 배치된다. 마루면(200)의 표면은 도 3에 관련하여 설명한 바와 같이, 석재 마루판 패널(205)(화강암을 가공한 사각 25cm, 두께 15mm의 패널)이 빈틈없이 깔리고, 이 패널의 표면(마루면)은 전기가열히터에 의해 실온~45℃의 범위에서 온도조정하여 가열된다. 이 계측에서는, 계측상자(501) 내부 중앙의 마루면(200)으로부터 30cm 높이의 위치에 알루미늄박으로 둘러싼 온도센서를 배치하고, 그 부분의 기온을 계측하였다.
계측상자(501) 내부의 4개의 벽면의 위쪽 부분에 회반죽 패널(502)을 붙였다. 이 회반죽 패널(502)은 도 5와 관련하여 설명한 회반죽층(313)을 두께 20mm의 패널형상으로 한 것으로, 도 3의 석재 마루판 패널(205)을 구성하는 석재와 동일한 석재를 평균입경 50μ의 분말형상으로 한 것(이하, 석분(石粉)이라고 함)을 포함하고 있다. 여기서는, 석분의 함유량을 0중량%, 1중량%, 3중량%, 5중량%, 10중량% 및 20중량%로 한 총 6개의 샘플을 준비하였다.
계측은 다음 순서로 이루어졌다. 먼저, 마루면(200)을 약 32℃의 온도로 조정하고, 10분간의 온도변화가 0.1℃ 이하로 안정될 때까지 대기하였다. 마루면(200)의 온도가 안정되면, 4개의 내벽면의 위쪽 부분에 회반죽 패널(502)을 고정한 계측상자(501)를 도 9에 나타내는 상태로 마루면(200) 위에 놓고, 도시하는 기온계측위치에서 공기 온도의 계측을 시작하였다. 회반죽 패널(502)의 아래쪽은 베니어판이 노출된 상태로 하였다.
온도 계측은 계측시작시, 계측시작 1분후, 3분후, 5분후, 7분후 및 10분후에 이루어졌다. 이 작업은 '회반죽만', '회반죽+석분 1중량%', '회반죽+석분 3중량%', '회반죽+석분 5중량%', '회반죽+석분 10중량%', '회반죽+석분 20중량%'의 6가지 샘플로 이루어졌다.
각 샘플의 계측시작시점에서의 계측온도로부터의 증가분을 정리하여 아래의 표 1에 나타낸다.
1분후 3분후 5분후 7분후 10분후
회반죽만 +3.3℃ +6.2℃ +7.5℃ +8.6℃ +9.7℃
회반죽+석분 1중량% +3.3℃ +6.8℃ +8.6℃ +9.2℃ +9.7℃
회반죽+석분 3중량% +4.5℃ +7.6℃ +8.4℃ +9.3℃ +10.4℃
회반죽+석분 5중량% +4.7℃ +7.8℃ +8.7℃ +9.5℃ +10.2℃
회반죽+석분 10중량% +4.6℃ +7.3℃ +8.5℃ +9.6℃ +10.6℃
회반죽+석분 20중량% +5.6℃ +8.4℃ +9.3℃ +9.9℃ +10.5℃
표 1의 데이터를 그래프화한 것을 도 10에 나타낸다. 도 10으로부터 분명한 바와 같이, 회반죽만인 경우와 비교하여, 석분(마루면과 같은 석재의 분쇄물)을 섞은 회반죽벽이 온도의 초기 상승 및 상승폭이 크다. 이 실험에서는 마루면만 가열하였으며, 1차방사는 마루면에서만 이루어졌다. 따라서, 도 10의 그래프는 벽(회반죽 패널(502))에 포함되는 석분에 기인하여 기온의 상승이 관측되는 것을 나타내고 있다. 이로부터 본 발명의 원리인 실내의 가열면 이외의 부재로부터의 2차방사를 이용한 난방효과의 타당성이 실증된다.
도 10에 나타내는 데이터에는, 석분을 함유시킴으로써 특히 가열개시후 3~7분이라는 초반의 온도상승 특성이 개선되고 있는 점이 도시되어 있다. 물체의 가열에 의한 온도상승은 평형상태에 이를 때까지의 초반에 많은 열에너지를 필요로 한다. 따라서, 도 10에 나타내는 바와 같은 초반의 특성이 개선되고 있는 현상은, 벽(회반죽 패널(502))에 석분을 첨가한 유효성을 현저히 나타내고 있다고 할 수 있다. 그리고, 이 초반의 특성의 개선효과는 석분 1중량% 첨가로 명확하게 나타나며, 3중량% 첨가로 더욱 명확하게 나타나고 있다.
회반죽에 대한 석분의 함유량에 대해서 보면, 함유량이 1중량%일 때는 3분후, 5분후 및 7분후에 유의한 효과의 차이가 나타나는데, 1분후와 10분후에는 차이가 보이지 않는다. 따라서, 1중량%에서 효과가 확인되고, 더욱이 함유량이 3중량%가 되면 회반죽뿐인 경우와 비교하여 상승온도의 폭이 현저히 커진다. 따라서, 석분의 함유량을 1중량% 이상, 바람직하게는 3중량% 이상으로 함으로써, 발명의 효과가 얻어진다고 결론지어진다. 특히, 함유량이 3중량%가 되면, 회반죽뿐인 경우와 비교하여 상승온도의 폭이 현저히 커진다.
또한, 석분의 함유량이 5중량% 및 10중량%인 경우에는, 3중량%인 경우와 비교하여 그 정도로 현저한 차이는 관찰되지 않는다. 하지만, 석분의 함유량을 20중량%로 늘리면, 현저한 승온효과의 차이가 보인다. 한편, 도시는 생략하였지만, 석분의 함유량을 20중량%보다 늘렸을 경우, 승온효과의 증가가 다소 포화경향이 있다. 또한, 석분의 함유량을 20중량%보다 늘렸을 경우, 회반죽벽 시공시에 원료가 흙손에 묻거나, 바를 때 균일한 연장이라는 점에서 시공성이 떨어지는 경향이 있다. 그 때문에, 회반죽벽의 경우, 석분 첨가는 20~30중량% 정도로 해두는 것이 타당하다고 생각된다.
도 10의 데이터는, 가열면을 구성하는 원적외선 방사물질과 동일한 재료를 벽면에 포함시킴으로써, 벽면으로부터 2차방사가 이루어지고, 그 2차방사 성분이 난방효과에 현저한 작용을 미치는 것을 실증하고 있다. 잘 알려져 있는 바와 같이, 원적외선 방사물질의 원적외선의 방사와 흡수 작용에는 가역성이 있다. 따라서, 도 9에 나타내는 실험에 있어서, 가열면(마루면)을 냉각제습면으로 하였을 경우, 도 10에 나타내는 데이터와 반대 경향 즉, 냉각제습면(마루면)에 벽면(회반죽 패널(502))으로부터 방사열이 흡수되고, 벽면이 방사열을 흡수하기 쉬워져서, 이에 의해 계측상자(501) 안의 발열체의 열이 방사열로서 벽면에 흡수되는 현상(기온의 강하)이 관찰될 것으로 예상된다. 따라서, 도 10에 나타내는 데이터는, 본 발명에서의 냉방효과를 간접적이기는 하지만 지지하고 있다고 할 수 있다.
또한, 도 10에 나타내는 데이터는, 동일한 원적외선 방사물질 사이에서의 열교환의 우위성은, 열교환이 이루어지는 재료에 있어서, 원적외선 방사물질이 1중량% 이상이면 그 효과를 확인할 수 있고, 3중량% 이상이면 그 효과가 현저해지는 것을 나타내고 있다. 이로부터, 원적외선 방사물질을 함유시키는 비율에 관한 내용은 냉각제습면(또는 가열면)에서도 마찬가지이고, 본 발명의 냉각제습면(또는 가열면)으로서 기능시키기 위해서는, 그 면에 원적외선 방사물질을 1중량% 이상 포함시킬 필요가 있고, 바람직하게는 3중량% 이상 포함시킬 필요가 있는 것으로 결론지어진다. 또한, 이상 설명한 도 10의 데이터는, 그 밖의 재료(예를 들어, 도료층이나 벽지 등)에 원적외선 방사물질을 함유시키는 경우의 함유량의 범위를 기초짓는 데이터이기도 하다.
이어서, 높이방향에서의 균일한 난방을 실현할 수 있는 것을 실증하는 데이터를 설명한다. 표 2는 상기 실시예에서 설명한 조건을 만족하는 방을 실제로 시공하고, 그곳에서 수직방향의 온도분포를 계측한 결과이다. 계측은 바깥기온이 11℃인 환경(겨울철 주간)에서 마루면의 온도(표 2의 돌마루 표면온도)를 쾌적하다고 느끼는 상태로 가열하고 나서 2시간이 경과한 후, 마루 위로부터 위쪽에 있는 표 2에 나타내는 위치의 기온을 계측함으로써 이루어졌다. 한편, 천장높이는 최대높이 부분에서 마루 위로부터 350cm이다.
돌마루 표면
온도		 마루위 50cm 마루위 150cm 마루위 250cm 공간최대
온도차
계측결과 1 32.8℃ 25.8℃ 24.5℃ 23.1℃ 2.7℃
계측결과 2 32.8℃ 25.5℃ 24.1℃ 22.6℃ 2.9℃
계측결과 3 33.1℃ 25.0℃ 24.2℃ 23.0℃ 2.0℃
계측결과 4 32.9℃ 26.0℃ 26.0℃ 24.8℃ 1.2℃
표 2로부터 분명한 바와 같이, 실내에서 수직방향의 온도분포는 균일성이 높다. 통상의 대류방식의 난방(소위 에어콘 난방)에서는, 마루 부근과 천장 부근에서 온도차가 10℃를 넘는 경우도 드물지 않다. 또한, 세라믹 히터의 방사열을 이용한 난방에서도, 방사열을 느끼는 것은 장치 앞 뿐이며, 다른 곳은 대류에 의한 난방이 되기 때문에, 수직방향의 온도분포는 대류방식의 경우와 큰 차이가 없다. 표 2에 나타내는 바와 같은, 수직방향에서의 온도분포의 균일성이 얻어지는 것은, 마루면으로부터의 원적외선의 방사에만 의존하지 않고, 벽면이나 천장면으로부터의 원적외선의 2차방사를 이용하고 있기 때문이라고 생각된다.
이어서, 원적외선을 방의 내면 구성부재에 흡수시키는 것에 의한 냉방효과의 실증 데이터를 설명한다. 도 11은 표 2에 나타내는 실증 데이터를 얻은 방에서 바깥기온이 34~35℃인 여름에 계측한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 11의 계측 데이터는, 도 4a, 도 4b에 그 개요를 나타내는 제습장치를 동작시키고, 실내습도를 40%로 유지한 상태에서 얻었다. 여기서, 기온은 온도센서를 알루미늄박으로 둘러싸고, 방사의 영향을 배제한 상태에서 계측한 온도이다. 체감온도는 온도센서를 흑체 테이프(탄소섬유를 배합한 흑체라고 볼 수 있는 재질의 테이프)로 덮고, 방사의 영향을 받기 쉽게 한 상태에서 계측한 온도이다. 또한, 계측은 오후 2시경 하루중 가장 고온이 되는 시간에 실시하였다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 마루면 및 마루 위 50cm 부근의 기온을 바깥기온과 비교하여 6~7℃ 낮은 온도로 할 수 있다. 또한, 마루 위 100cm 부근에서도 바깥기온보다 4~5℃ 낮은 기온으로 할 수 있다. 마루면으로부터 멀어질수록 기온 및 체감온도가 상승하는 것은, 자연대류의 영향과, 마루면에 가까울수록 방사열이 마루면에 흡수되는 비율이 높아지기 때문일 것이다.
도 11을 보면, 마루 위 50cm까지의 범위에서는 기온보다 체감온도가 0.2~0.5℃ 낮은 것을 알 수 있다. 상술한 바와 같이, 체감온도는 흑체 테이프로 온도센서를 덮음으로써 방사의 영향을 받기 쉽게 하였을 경우의 온도이다. 따라서, 상기 사실은 마루에서 마루 위 50cm까지의 공간에서는 열용량이 큰 원적외선 방사물질인 돌마루에 원적외선이 흡수됨으로써 물체의 온도저하가 발생하는 현상이라고 할 수 있다.
이 계측에서 온도센서는 발열체가 아니어서 그 자체가 원적외선을 방사하는 물체가 아니다. 그럼에도 불구하고 마루에 흡수되는 방사의 영향이 관찰되고 있다. 따라서, 36℃ 전후의 발열을 항상 실시하고 원적외선을 방사하는 물체인 인체는, 도 11에 나타내는 이상의 체감온도 저하를 느낄 것으로 추정할 수 있다. 실제로, 도 11에서 보이는 온도차 이상의 체감온도 저하를 느끼는 것이 확인되고 있다. 또한, 도 11에서는, 기온과 체감온도의 현저한 차이가 보이지 않는 마루 위 100cm 이상의 공간에서도 시원함을 느낄 수 있는 것이 확인되고 있다.
또한, 도 11에서 분명하듯이, 이 계측결과에서는 시간경과에 따른 온도변동이 매우 작다. 이는, 대류식 냉방이 빈번하게 온/오프나 출력조정을 하여 작은 온도변동을 나타내는 것과 대조적이다. 냉방시의 온도변동은 그것에 순응하기 위한 인체측 대응조정기능의 혹사로 이어지고, 냉방병의 하나의 원인이 된다. 이러한 점에서 도 11에 나타내는 온도변화는 건강에 바람직하다고 할 수 있다.
더욱이 도 11에 나타내는 데이터에서는, 사람의 발 부근(마루에서 50cm 부근)과 머리 부근(마루에서 150cm 부근)의 온도차가 기온으로 보아 2.5℃ 정도로 모아지고 있다. 이것도 대류식 냉방과 비교하여 큰 우위성이다. 이 점에서도 건강의 관점에서 바람직하다고 할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 도 11의 데이터로부터 본 발명을 이용한 냉방작용의 효과, 그 우위성이 명백해졌다.
본 발명에서는, 원적외선을 방사·흡수하고 원적외선의 방사율이 0.6 이상인 재료(위에서 설명한 실시예에서는, 마루판 패널의 석재과, 벽면 및 천장면을 구성하는 회반죽에 섞인 석분)는, 동일 재료가 아니어도 조성이 가까운 재료이면 동일한 재료만큼은 아니지만 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 이러한 점은 원적외선 재료로서 세라믹 재료 등을 이용한 경우에도 마찬가지이다. 가열면은 마루면인 편이 마루면 난방효과를 얻을 수 있어서 유리하지만, 마루난방 효과를 이용하지 않는다면 마루면이 아니어도 된다.
상술한 실시예에서는 마루면, 벽면 및 천장면 모두에 석재 또는 석분(원적외선 방사물질)이 포함되는 구성으로 하였지만, 원적외선 방사물질을 함유하는 면은 마루면과 벽면, 벽면과 천장면, 천장면과 마루면의 3종류의 조합 중 어느 하나이어도 된다. 이 때, 한쪽 면으로부터 방사된 원적외선이 다른 쪽 면에 도달하기 쉬워지도록 하는 것이 중요하다. 예를 들어, 마루면, 벽면 및 천장면의 1면에만 원적외선 방사물질을 함유시켜도, 각 면 사이에서의 방사열 전달이 효율적으로 이루어질 수 없기 때문에 발명의 효과가 떨어진다.
원적외선 방사물질을 함유하는 면의 조합을, 마루면과 벽면, 벽면과 천장면, 천장면과 마루면의 3종류의 조합 중 어느 하나로 하였을 경우, 각 면의 전체면에 원적외선 방사물질을 함유시키지 않아도 되는데, 원적외선 방사물질을 함유하지 않는 면적이 증대될수록 원적외선 방사물질을 함유하지 않는 부분에서의 방사열의 방사와 흡수시의 손실이 늘어난다. 이 때문에, 본 발명의 방사를 이용한 난방효과 및 냉방효과가 떨어진다. 따라서, 상기 조합에서 각 면의 50% 이상, 바람직하게는 60% 이상, 보다 바람직하게는 70% 이상의 면적에 원적외선 방사물질을 함유시킬 필요가 있다. 또한, 가열면 및/또는 냉각제어면은 여러 장소에 나뉘어 배치되어 있어도 된다.
상기 예에서는, 원적외선 방사물질의 분쇄물(석분)을 회반죽벽과 천장의 석고보드에 함유시키는 예를 설명하였는데, 그 분쇄물을 섞을 수 있는 건재이면, 상기 예로 한정되지 않는다. 예를 들어, 벽지 등의 내장부재에 원적외선 방사물질의 분쇄물을 포함시키고, 그것을 이용함으로써 본 발명의 효과를 얻을 수도 있다. 또한, 분쇄물을 건재 등의 실내면 구성부재 재료에 섞는 것이 아니라, 세라믹 코팅 기술을 이용하여 원적외선 방사물질을 실내면 구성부재 재료의 표면에 코팅하여도 된다.
여기서는, 본 발명의 시스템을 주거용 방에 적용한 예를 설명하였지만, 교실, 사무실, 스포츠 시설, 도서관, 점포, 그 밖의 사람이 활동이나 생활을 하는 방 전반에 본 발명을 이용할 수 있다. 상술한 실시예는 예시이며, 물건이나 시공현장에 맞추어서 각종 건재나 공법을 적절히 선택할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
도 2에 나타내는 구성에서, 냉각제습면(301) 대신(혹은 그것과 함께) 마루면(200)을 열전도에 의해 냉각하는 냉각수단을 설치하여 마루면(200)을 냉각하여도 된다. 마루면(200)은 석재를 정형가공하여 얻은 석재 마루판 패널(205)(도 3 참조)로 구성되어 있고, 그 원적외선 흡수기능은 다른 부분보다 크며, 또한 열용량도 크다. 따라서, 냉방시에 마루면(200)을 식힘으로써 마루면(200)의 원적외선 흡수능력을 높이고, 실내의 원적외선을 마루면(200)에 흡수시킴으로써 보다 높은 냉방효과를 얻을 수 있다. 단, 마루면(200)이 결로하는 것은 바람직하지 않으므로, 결로가 발생하지 않을 정도의 냉각으로 할 필요가 있다. 이와 같은 냉각을 하는 냉각수단으로는, 지하수나 수돗물을 흘린 배관을 석재 마루판 패널(205)의 이면측에 접촉시켜서 배치하고, 석재 마루판 패널(205)을 이면측으로부터 냉각하는 구성을 들 수 있다. 물론, 이 냉각수단은 전기나 다른 에너지를 이용한 강제냉각수단이어도 된다. 또한, 상기 마루면(200)을 냉각하는 경우, 마루면 이외에서의 제습을 병용함으로써 실내습도를 낮추고, 마루면(200)으로의 결로를 억제하도록 하여도 된다.
냉각제습면을 구성하는 핀의 면이 마루면, 벽면 및 천장면에 구석구석 향하도록 핀(304)(도 4a 참조)의 형상이나 배치 구조를 궁리함으로써, 냉각제습면에서의 방사열의 흡수효율을 보다 높일 수 있다. 이러한 구조로는, 복수개의 핀의 면의 방향이 서로 다르게 하거나, 복수개의 핀을 비스듬하게 배치하거나, 핀을 만곡시키거나, 핀을 굴곡시키는 등의 구조를 들 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 하나의 실시예로서, 본 발명을 이용한 실내환경 조정시스템을 구비한 방의 개요를 나타내는 개념도이다. 도 12에는 위쪽에서 내려다본 상태가 개념적으로 도시되어 있다. 도 12에는 제1 방의 일례인 거실(1)이 도시되어 있다. 거실(1)에 인접하여 제2 방의 일례인 다다미방(2)이 배치되어 있다. 거실(1)과 다다미방(2)은 개폐가 가능한 장지(3)에 의해 나뉘어져 있다. 또한, 다다미방(2)에는 맹장지(21)를 통하여 수납(벽장)(22)이 배치되어 있다. 또한, 거실(1)에는 문(11)을 통하여 수납(12)이 배치되어 있다.
거실(1)에는 개폐가능한 유리문(4)을 통하여 제2 방의 다른 일례인 복도(5)가 이어져 있다. 복도(5)로부터 출입이 가능한 방으로, 화장실(6)과 탈의실을 겸하는 세면소(7), 더욱이 세면소에 인접하여 적당한 문을 통하여 배치된 욕실(8)이 있다. 화장실(6)과 세면소(7)의 복도(5)측의 문은 통상의 목제 문이다. 또한, 화장실(6)과 세면소(7)의 내장은 하지의 석고보드에 통상의 벽지를 바른 구조이다. 한편, 부호 9는 현관문이다. 또한, 거실(1)에는 냉열방사장치(110)가 배치되어 있다. 냉열방사장치(110)에 대한 자세한 내용은 후술한다.
도 12에 나타내는 냉열방사장치(110)는 냉방사와 열방사를 전환하여 실시할 수 있는 장치이다. 냉방사라는 것은, 냉각됨으로써 주위로부터의 열방사를 흡수하는 작용을 말하고, 열방사라는 것은, 가열됨으로써 주위를 향하여 열방사를 하는 작용을 말한다.
도 12에 나타내는 바와 같이, 냉열방사장치(110)는 실외기인 냉온수 발생장치(111)에 접속되어 있다. 냉온수 발생장치(111)는 히트펌프 기능을 가지고, 냉수 또는 온수를 발생한다. 이 히트펌프 기능은 통상의 에어콘 등에 사용되고 있는 것과 같은 원리에 의해 동작한다. 한편, 냉방효과만을 얻는 것이라면, 냉수 발생 기능만 있어도 된다. 또한, 난방효과만을 얻는 것이라면, 온수 발생 기능만 있어도 된다.
냉열방사장치(110)에 냉온수 발생장치(111)로부터 냉수가 공급되면, 후술하는 핀이 식혀지고, 결로에 의한 제습이 이루어진다. 또한, 냉각됨으로써 핀의 표면은 냉방사를 하는 냉각제습면으로서 기능한다. 또한, 냉열방사장치(110)에 냉온수 발생장치(111)로부터 온수가 공급되면, 상기 핀이 데워지고, 그 핀의 표면이 가열면(열방사면)으로서 기능한다. 한편, 냉수라는 것은, 냉온수 발생장치(111)의 냉각기능에 의해 냉각된 물이고, 온수라는 것은, 냉온수 발생장치(111)의 가열기능에 의해 가열된 물이다. 한편, 상기 핀에 결로한 물방울은 홈통에 떨어져서 모이고 옥외로 배수된다.
도 13a는 냉열방사장치(110)를 위쪽에서 본 평면도이고, 도 13b는 도 13a에서 화살표 112의 방향에서 본 정면도이다. 냉열방사장치(110)는 거실(1)(도 12 참조)의 마루면(113)과 벽면(114)에 고정되어 있다. 냉열방사장치(110)는 알루미늄으로 구성되고, 상하방향으로 뻗은 2그룹의 핀(115, 116)을 구비하고 있다. 냉열방사장치(110)는 열전도가 양호한 다른 금속 또는 합금재료, 예를 들어 철이나 동, 그것들의 합금 등으로 제작할 수도 있다. 핀(115, 116)은 각각 복수개 배치되고, 벽면(114)에 대하여 비스듬한(이 예에서는 45°) 각도로 되어 있다. 이 각도는 15~75° 정도의 범위에서 선택가능하다. 이 예에서는, 핀(115, 116)의 표면이 결로에 의한 제습을 하는 냉각제습면, 또는 가열되는 가열면으로서 기능한다. 즉, 핀(115, 116)은 냉열방사원으로서 기능한다. 도 13a에는 벽면(114)에 대하여 비스듬하게 한 2그룹의 핀을 포함하는 냉각방사장치(110)를 도시하고 있는데, 본 발명에서 냉각방사장치는, 벽면(114)에 대하여 직각으로 배치한 1그룹의 핀(모두 평행하게 배열한 1그룹의 핀)을 구비할 수도 있다.
핀(115)과 핀(116)은 서로 90° 다른 각도로 되어 있다. 핀(115, 116)은 세로로 가늘고 긴 판형상으로 되어 있다. 도 14는 핀(115, 116)의 단면형상을 나타내는 개념도이다. 도 14에 나타내는 바와 같이, 핀(115, 116)은 가늘고 긴 판형상의 알루미늄판(115a)에 의해 구성되고, 그 표면에는 원적외선의 방사율이 0.9를 넘는 수치를 나타내는 화강암을 분쇄한 분쇄물(이하, 석분이라고 함)을 섞은 백색 도료에 의해 구성된 두께 약 200㎛의 코팅층(115b)이 형성되어 있다. 코팅층(115b) 중의 석분의 입경은 50㎛ 이하로 되어 있다. 이 석분의 코팅층(115b)에서의 함유율은 도료의 경화상태(건조상태)에서 20중량%로 되어 있다. 이 코팅층이 냉각제습면 및 가열면으로서 기능한다. 또한 알루미늄판(115a)의 내부에는 상하방향으로 뻗은 수로(115c)가 설치되어 있다.
도 13b에 나타내는 바와 같이, 핀(115, 116)의 상부에는 급수 파이프(117)가 관통하고, 그 하부에는 배수 파이프(118)가 관통하고 있다. 급수 파이프(117)와 배수 파이프(118)는 핀(115, 116)을 지지하는 지지부재로서도 기능하고 있다. 급수 파이프(117)는 각 핀의 수로(115c)(도 14 참조)의 위끝으로 이어지고, 배수 파이프(118)는 각 핀의 수로(115c)(도 14 참조)의 아래끝으로 이어져 있다. 또한, 급수 파이프(117)와 배수 파이프(118)는 각각 옥외에 배치된 냉온수 발생장치(111)(도 12 참조)에 접속되어 있다.
도 12에 나타내는 냉온수 발생장치(111)로부터 공급된 냉수 또는 온수는, 급수 파이프(117)로부터 핀(115, 116) 내부의 수로(115c)로 공급되고, 핀(115, 116) 내부의 수로(115c)를 아래쪽을 향하여 흘러서, 배수 파이프(118)를 통하여 냉온수 발생장치(111)로 회수된다. 이 회수된 냉수 또는 온수는 냉온수 발생장치(111)에서 다시 냉각 또는 가열되고, 급수 파이프(117)로 공급된다. 이러한 냉수 또는 온수의 순환에 의해 핀(115, 116)의 온도조정이 이루어진다.
도 13b에 나타내는 바와 같이, 핀(115, 116)을 상하로부터 지지한 급수 파이프(117)와 배수 파이프(118)는 모두 지지기둥(119, 120)에 의해 지지되어 있다. 지지기둥(119, 120)의 아래끝은 마루면(113)에 고정되고, 지지기둥(119, 120)의 상부가 벽면(114)에 고정되어 있다. 핀(115, 116)의 아래쪽에는 단면이 위쪽을 향하여 오목한 형상 또는 V형상을 가지는 홈통(121)이 배치되어 있다. 홈통(121)은 결로하는 물방울을 모으는 물방울 수집수단의 일례이다. 홈통(121)은 지지기둥(119, 120)에 의해 지지되고, 도면의 왼쪽방향으로 경사진 구조로 되어 있다. 홈통(121)의 왼쪽 끝은 옥외로 연장한 배수관(122)에 접속되어 있다. 이 예에서는 결로에 의해 핀에 부착한 물방울이 홈통(121)으로 떨어지고, 그에 의해 홈통(121)에 모여서 최종적으로 배수관(122)으로부터 옥외로 배수된다.
도시하는 바와 같이, 핀(115, 116)은 벽면(114)에 대하여 45° 경사져 있고, 거실(1)(도 12 참조)의 실내공간에 대하여 90° 다른 경사진 2방향으로 그 면이 향하여 있다. 이렇게 함으로써, 거실(1) 안의 어느 장소에서 보아도 핀(115) 및/또는 핀(116)의 면을 볼 수 있다. 바꾸어 말하면, 거실(1) 안의 어느 부분으로부터의 원적외선도 핀(115) 및/또는 핀(116) 면에 효율적으로 도달한다. 혹은, 거실(1) 안의 어느 부분에 대해서도 핀(115) 및/또는 핀(116)으로부터의 원적외선이 효율적으로 도달한다. 또한, 핀(115)과 핀(116)은 각각 평행하게 나열되어 복수개 배치되어 있기 때문에, 점유하는 면적 및 체적과 비교하여 핀의 총면적을 늘릴 수 있다. 핀의 총면적을 늘리는 것은, 원적외선의 흡수량 또는 방사량을 늘리기 위하여, 또한 제습 효율을 높이기 위하여 유리하다.
도 12에 나타내는 거실(1)의 마루면은 일반적인 재료를 이용하여 판자를 댄 것(소위 플로어링(flooring))이다. 도 15a 내지 도 15h는 본 실시예에서 사용한 건재의 구조를 나타내는 개념도이다. 도 15a에는 거실(1)의 마루의 단면구조가 개념적으로 도시되어 있다. 도 15a에 나타내는 바와 같이, 거실(1)의 마루는, 건물의 몸체(601) 위에 알루미늄박(603)에 의한 반사면을 구비한 단열패널(602), 및 판재(604)를 적층한 단면구조를 가지고 있다.
판재(604)의 표면은 2층의 바니시층(605, 606)이 표면보호층으로서 형성되어 있다. 판재(604)에 접한 바니시층(605)은 상술한 핀의 표면에 부착시킨 것과 같은 석분을 0.5㎛ 이하로 더욱 분쇄한 것을 건조상태에서 10중량% 포함하고 있다. 이 바니시층(605)은 바니시의 원료에 석분을 섞고 잘 교반하여, 그것을 통상의 바니시와 마찬가지로 도포하고 건조시킴으로써 얻었다. 바니시층(606)은 가장 표면의 보호층이며, 바니시층(605)과 동일한 바니시의 원료에 석분을 섞지 않은 것을 사용하여 형성되어 있다.
도 12에 나타내는 거실(1)의 벽(13)은 두께 약 3mm의 회반죽의 벽면을 구비하고 있다. 이 회반죽의 벽면에는 회반죽의 원료에 상술한 석분(입경 5㎛ 이하)을 경화상태에서 5중량%가 되도록 섞었다. 도 15b에 이 벽(13)의 단면구조를 나타낸다. 도 15b에는 벽(13)의 기초가 되는 몸체(131)가 도시되어 있다. 몸체(131)에는 알루미늄박(132)을 몸체(131)측에 구비한 석고보드(133)가 부착되어 있다. 석고보드(133)의 실내측에는 상술한 석분이 들어간 회반죽이 발라져서 두께 약 3mm의 회반죽 벽면(134)이 형성되어 있다.
거실(1)의 천장면도 벽(13)과 같은 구조의 회반죽 면으로 되어 있다. 거실(1)의 천장부분의 단면구조를 나타내는 도 15c에는, 천장의 기초가 되는 몸체(141)가 도시되어 있다. 몸체(141)의 실내측에는 몸체(141)측에 알루미늄박(142)을 구비한 석고보드(143)가 부착되고, 석고보드(143)의 실내측에 상술한 석분이 들어간 회반죽이 발라져서, 두께 약 3mm의 회반죽의 천장면(144)이 형성되어 있다.
도 12에 나타내는 바와 같이, 거실(1)에는 개폐가능한 유리창(14)이 설치되어 있다. 유리창(14)의 실내측에는 해가리개로서 금속제 블라인드(15)(베니션 블라인드(venetian blind))가 배치되어 있다.
도 12에 나타내는 다다미방(2)의 마루면은 보통의 다다미이다. 다다미방(2)의 벽(23)은 벽(13)과 마찬가지의 회반죽 벽을 구비하고 있다. 상세한 구조는 벽(13)과 같다. 또한, 다다미방(2)에서 도시를 생략한 천장은 도 15c에 나타내는 구조로 되어 있다.
다다미방(2)에는 개폐가능한 유리창(24)이 설치되고, 유리창(24)의 실내측에는 개폐가능한 장지(25)가 배치되어 있다. 다다미방(2)의 장지(3)와 대향하는 면측에는 개폐가능한 맹장지(21)를 통하여 수납(22)이 배치되어 있다. 한편, 장지(3)와 장치(25)는 나무틀에 장지종이를 붙인 일반적인 장지이다.
맹장지(21)는, 벽(23)과 같은 원적외선의 방사흡수 특성을 발휘시키기 위하여, 상술한 석분과 같은 것을 포함하고 있다. 도 15d는 맹장지(21)의 단면구조를 나타내는 단면도이다. 맹장지(21)는 목제의 골조(151)에 종이(152, 153)를 붙인 기본구조를 가지고 있다. 더욱이 이 예에서는, 실내측 종이(153)의 표면에 원적외선의 반사면이 되는 알루미늄박(154)을 붙이고, 그 위(실내측)에 상기 석분을 포함한 화장지(155)를 붙이고 있다. 이 화장지(155)는 종이를 떠서 형성할 때, 원료를 포함한 혼합액(슬러리) 안에 상기 석분을 섞고, 통상의 방법과 마찬가지로 종이뜨기를 함으로써 형성된다. 이 예에서는, 그 석분이 건조상태에서 5중량% 포함된 것이 채용되었다. 맹장지의 표지에 석분을 포함시킴으로써, 수납 면적을 확보하면서 상기 원적외선 방사물질을 함유한 벽면의 유효면적을 벌 수 있다.
도 12에 나타내는 복도(5)의 마루의 구조는 도 15a에 나타내는 구조와 같다. 복도(5)의 벽의 구조는 도 15b에 나타내는 구조와 같다. 복도(5)의 천장의 구조는 도 15c에 나타내는 구조와 같다.
도 12의 거실(1)의 수납(12)의 문(11)의 구조에 대하여 설명한다. 도 15e에 문(11)의 단면 구조가 도시되어 있다. 문(11)의 실내측 표면에는 상기 석분이 포함되어 있다. 구체적으로 설명하면, 문(11)은 목제 골조(161)의 양쪽에 합판(162, 163)을 붙인 기본구조를 가지고 있다. 합판(163)은 거실(1)의 실내측에 배치되고, 그 거실(1)측의 면에는 원적외선을 반사하는 알루미늄박(164)이 붙으며, 그 알루미늄박(164) 위에는 화장지(155)와 같은 재질로 엇결모양의 화장지(165)가 부착되어 있다. 문(11)의 표면에 상기 석분을 포함시킴으로써, 거실(1)에서의 원적외선 방사물질을 함유한 벽면의 유효면적을 벌 수 있다. 이러한 구성은 문(11)의 면적이 큰 경우에 특히 유효하다.
도 16a 및 도 16b는 본 실시예에서의 냉방효과의 원리를 설명하는 개념도이다. 도 16a에는 도 12와 같은 평면도가 도시되고, 도 16b에는 도 16a의 A-A'로 나타내는 선으로 자른 단면도가 도시되어 있다. 냉온수 발생장치(111)에서 냉수를 생성하고, 그것을 냉열방사장치(110)에 공급함으로써 냉방이 이루어진다.
냉열방사장치(110)의 핀(115, 116)(도 13a, 도 13b 참조)이 냉수에 의해 냉각되면, 핀 표면의 코팅층에 포함되는 석분의 온도가 떨어진다. 그 결과, 냉열방사장치(110)의 핀으로부터의 원적외선의 방사에너지 밀도(방사에너지 양)는, 동일한 조성의 석분을 포함한 거실(1)의 마루(41), 벽(13) 및 천장(42)으로부터의 방사에너지 밀도와 비교하여 낮아진다(구체적으로 말하면, 열방사량계의 측정값이 작아진다). 이러한 차이에 기인하여, 거실(1)의 마루(41), 벽(13) 및 천장(42)으로부터 냉열방사장치(110)의 핀을 향하여 상대적인 열방사가 발생한다. 이 때, 양쪽에 같은 원적외선 방사물질(석분)이 포함되어 있기 때문에, 거실(1)의 마루(41), 벽(13) 및 천장(42)(이하, 이것들을 합하여 내면이라고 표현함)과, 냉열방사장치(110)의 핀 사이에서 이루어지는 원적외선을 통한 열에너지의 이동이 고효율로 이루어진다. 도 16a, 도 16b에는 이 때의 열방사(원적외선)가 화살표로 개념적으로 도시되어 있다.
이 때, 동일 분자종 사이에서의 열방사 에너지의 교환효율이 높은 원리가 작용하기 때문에, 양자 사이에서 이루어지는 방사에너지 밀도는 동일 분자로 하지 않은 경우와 비교하여 크다. 이렇게 하여, 거실(1)의 석분을 포함한 내면 부분은, 냉열방사장치(110)에 원적외선이 흡수된 만큼, 실내공간을 향하여 방출하는 열방사량이 떨어진 상태가 된다. 그 결과, 인체가 발하는 열방사량과의 차이가 커져서, 인체로부터 방사된 원적외선이 거실(1)의 석분을 포함한 내면 부분에 흡수되기 쉬운 상태가 된다. 물론, 거실(1) 안에 있는 사람의 인체로부터 냉열방사장치(110)에 직접 흡수되는 열방사도 있다. 이렇게 하여 냉방효과가 얻어진다.
도 17a 및 도 17b는 냉방작용을 설명하는 개념도이다. 도 17a는 평면도를 나타내고, 도 17b는 도 16b와 같은 단면도를 나타내고 있다. 상술한 바와 같이, 거실(1)의 내면이 거실(1) 안에 있는 사람의 인체로부터의 열방사를 흡수하기 쉬운 상태가 됨으로써, 도 17a 및 도 17b의 화살표로 나타내는 바와 같이, 인체(43)로부터 주위로의 열방사가 벽(13)이나 천장(42), 더욱이 마루(41)에 흡수된다. 이에 의해, 인체(43)로부터 열방사의 형태로 열이 빼앗기고, 시원하다고 느끼는 냉방효과가 얻어진다. 이 냉방효과는 방의 내면 전체로부터 열방사의 형태로 인체로부터 열이 흡수되는 형태가 된다. 이 때문에, 벽 등에서의 단위면적당 열흡수능력이 냉열방사장치(110)보다 작아도, 그 방 내면의 면적 및 인체를 둘러싸는 각도 범위에서 효과가 나타난다. 사람은 주위로 골고루 열방사를 하기 때문에, 방 내면의 전체에서 열을 열방사의 형태로 흡수하도록 함으로써, 인체(43)로부터 효율적으로 열이 흡수되고, 높은 냉방효과(낮은 체감온도)가 얻어진다.
한편, 거실(1)의 내면에 포함되는 석분과 다른 종류의 석분(조성이 다른 석분)을 핀(115, 116)(도 13 참조)의 코팅층(115b)에 사용하였을 경우, 서로 다른 분자 사이에서의 방사를 통한 열교환이 되기 때문에, 공진주파수가 어긋난 공진회로 사이에서의 전자 에너지의 교환작용의 경우와 마찬가지로, 에너지의 교환효율은 동일 재료를 사용한 경우와 비교하여 떨어진다. 이 때문에, 상기 냉방효과는 떨어진다.
상기 냉방작용에 있어서, 금속제 블라인드(15)(도 12 참조)가 차폐면이 되어, 유리창(14)으로부터의 열방사가 냉열방사장치(110)에 흡수되는 현상이 억제된다. 이 때문에, 옥외로부터의 열방사를 냉열방사장치(110)가 흡수하고, 쓸데없이 에너지가 소비되는 현상이 억제된다.
또한, 이 때 효율은 낮지만, 장지(3)로부터도 냉열방사장치(110)에 대한 원적외선의 방사가 발생한다(장지(3)는 닫혀 있는 것으로 함). 도 16a에는 화살표로 이 모습이 개념적으로 도시되어 있다. 장치(3)로부터 냉열방사장치(110)에 대한 원적외선의 방사가 발생함으로써 장지(3)의 온도가 떨어진다. 그 결과, 장지(3)로부터의 열방사량이 떨어진다. 이 때, 장지(3)는 얇기 때문에, 장지(3)의 다다미방(2)측으로의 열방사량도 떨어진다. 그 결과, 벽(23), 맹장지(21) 및 도시하지 않은 다다미방(2)의 천장면(이하, 다다미방(2)의 내면)으로부터 장지(3)로의 열방사량이 증대되고, 다다미방(2) 내면의 온도가 떨어진다. 그 모습이 도 16a의 다다미방(2) 안에 도시한 화살표로 개념적으로 도시되어 있다. 한편, 장지(3)는 얇기 때문에, 이러한 현상은 다다미방(2) 내면으로부터의 열방사가 장지(3)를 투과하여, 냉열방사장치(110) 및 거실(1)의 내면에 흡수되는 현상으로서 이해할 수도 있다.
상기 작용에 의해, 다다미방(2) 내면의 온도가 떨어지면, 다다미방(2)의 내면으로부터 다다미방(2) 안으로의 열방사량이 떨어진다. 그 결과, 도 17a에서 화살표로 개념적으로 도시하는 바와 같이, 다다미방(2)에 있는 사람의 인체(44)로부터 다다미방(2) 내면으로의 열방사량이 증대된다. 그 결과, 인체(44)는 상기 일련의 작용이 없는 경우와 비교하여 보다 많은 열을 빼앗기고, 냉방효과가 얻어진다. 물론, 이 때 인체(44)로부터 도시하지 않은 천장면으로의 열방사도 이 냉방효과에 기여한다. 한편, 이 냉방효과는 사이에 장지(3)가 개재하기 때문에, 거실(1)에서의 효과와 비교하면 떨어지게 된다.
한편, 장지(3)가 열려 있으면, 다다미방(2) 내면으로부터 직접 냉열방사장치(110) 및 거실(1) 내면으로의 열방사가 발생한다. 이 경우, 장지(3)가 개재하는 것에 기인하는 손실이 줄어들기 때문에, 다다미방(2) 내면의 온도 저하는 장지(3)를 닫은 경우와 비교하여 보다 현저해지고, 냉방효과도 높아진다.
본 실시예에서는, 냉열방사장치(110)가 보이지 않는 장소에서도 냉방효과를 얻을 수 있다. 이하, 그 원리를 설명한다. 도 18에는 도 12에 나타내는 구성에서의 복도(5)와 거실(1) 사이의 유리창(4)을 연 상태에서 냉열방사장치(110)를 냉각동작시켰을 경우가 개념적으로 도시되어 있다.
냉열방사장치(110)가 냉각되면, 복도(5)의 벽면A 부분으로부터 냉열방사장치(110)를 향하여 열방사가 이루어지고, 벽면A의 온도가 떨어진다. 벽면A의 온도가 떨어지면, 보이는 범위내에 있는 벽면B와의 사이에서 온도차가 발생하고, 그 온도차를 해소하도록 벽면B로부터 벽면A로 열방사가 발생하여, 벽면B의 온도가 떨어진다. 또한, 마찬가지 이유에 의해, 벽면C로부터 벽면B로 열방사가 발생하고, 벽면C의 온도가 떨어진다. 이러한 열에너지의 이동작용은, 동일 분자종 사이에서의 열방사를 통한 것이기 때문에 고효율로 이루어진다.
또한, 냉열방사장치(110)가 냉각되면, 거실(1)의 벽면D 부분으로부터 냉열방사장치(110)를 향하여 열방사가 이루어지고, 벽면D의 온도가 떨어진다. 벽면D의 온도가 떨어지면, 보이는 범위 내에 있는 벽면E와의 사이에서 온도차가 발생하고, 그 온도차를 해소하도록 벽면E로부터 벽면D로 열방사가 발생하여, 벽면E의 온도가 떨어진다. 또한, 마찬가지 이유에 의해, 벽면F로부터 벽면E로 열방사가 발생하고, 벽면F의 온도가 떨어진다. 또한, 마찬가지 이유에 의해, 벽면G로부터 벽면F로 열방사가 발생하고, 벽면G의 온도가 떨어진다.
이상의 작용은 마루나 천장에서도 마찬가지로 발휘된다. 이와 같은 작용에 의해, 복도(5)의 부호 5'의 장소에서도 인체가 방사하는 원적외선이 복도(5)의 마루면, 벽면 및 천장면에 흡수되기 쉬운 상태가 실현되고, 그 장소에서의 냉방효과가 발휘된다. 즉, 냉열방사장치(110)로부터 보이는 범위내에 없는 장소에서도, 동일한 원적외선 방사물질을 함유하는 건재를 통한 열방사의 냉열방사장치(110)로의 경로가 형성되고, 인체로부터의 열방사가 주위로 흡수되기 쉬운 환경이 만들어진다. 한편, 상기 효과는 원적외선이 흩어져 없어지거나 다른 재료의 영향에 의한 손실에 의해 거실(1) 안에서의 냉방효과보다는 떨어진다.
또한, 상기 효과는 거실(1)이나 다다미방(2) 내부에서도 유효하게 기능한다. 예를 들어, 거실(1)에서, 도시하지 않은 가구에 의해 냉열방사장치(110)가 보이지 않는 장소의 벽면으로부터의 열방사는, 냉열방사장치(110)가 보이는 장소의 벽면을 통하여 냉열방사장치(110)에 간접적으로 흡수된다. 이에 의해, 냉열방사장치(110)가 보이지 않는 장소의 벽면의 원적외선을 흡수하는 능력이 높아지고, 그 벽면 부분은 냉방기능에 기여한다. 또한, 장지(3)를 열었을 경우, 다다미방(2) 안에서 냉열방사장치(110)로부터 보이지 않는 벽면이 존재하는 경우가 있는데, 그 경우에도, 냉열방사장치(110)가 보이는 장소의 벽면을 통하여 냉열방사장치(110)로의 열방사가 발생하고, 다다미방(2) 안에서의 냉열방사장치(110)로부터 보이지 않는 벽면도 냉방효과에 기여한다.
한편, 냉열방사장치(110)의 핀의 코팅층(115b)(도 14 참조)에 포함시킨 석분과, 벽면D에 포함시킨 석분과, 벽면E에 포함시킨 석분의 종류가 서로 다른 경우, 도 18에 관련하여 설명한 열방사의 전달이 이루어질 때의 손실이 다단에 걸쳐서 발생하여, 유효한 냉방효과가 얻어지지 않는다.
이상이 냉방효과의 경우에 관한 설명인데, 난방효과의 경우에는 열방사의 방향이 반대가 되고, 원적외선 방사물질을 함유한 벽면 등의 온도가 상승하여, 이에 의해 난방효과가 얻어진다.
도 12에서의 장지(3) 대신 아래에서 설명하는 맹장지를 이용할 수 있다. 도 15f에는 장지(3) 대신 이용할 수 있는 맹장지(31)가 도시되어 있다. 맹장지(31)는 목제 골조(32)의 양측에 화장지(33, 34)를 붙인 구조로 되어 있다. 화장지(33, 34)는 화장지(155)(도 15d 참조)와 마찬가지 석분을 건조상태로 5중량% 포함시킨 것으로 되어 있다.
맹장지(31)는 양면에 상기 석분을 포함하고 있기 때문에, 거실(1)과 다다미방(2) 사이의 원적외선을 통한 열에너지 이동을 낮은 손실로 실시할 수 있다. 이하, 냉방시를 예로 들어 맹장지(31)의 작용을 설명한다. 여기서는, 화장지(33)가 다다미방(2)측이고, 화장지(34)가 거실(1)측인 것으로 한다. 또한, 맹장지(31)가 닫혀 있는 것으로 한다.
냉방시에 맹장지(31)의 화장지(34)로부터 방사된 원적외선이 거실(1)측의 냉열방사장치(110) 및 거실(1)의 내면(벽면 등)에 흡수된다. 이 때, 동일 분자 사이에서의 열방사의 전달이 고효율로 이루어지는 원리에 의해, 맹장지(3)의 경우보다 상기 열방사 에너지의 이동은 고효율로 이루어진다.
상기 현상에 의해 온도가 떨어진(열적인 에너지 상태가 저하된) 화장지(34)는 화장지(33)로부터의 열방사를 흡수하기 쉬워지고, 그 결과, 화장지(33)로부터 방사되는 원적외선이 화장지(34)에 흡수되어 화장지(33)의 온도가 떨어진다. 이 때의 열에너지의 이동도 동일 분자종 사이에서의 열방사 에너지의 이동이 저손실로 이루어지는 원리에 의해 저손실로 이루어진다.
그리고, 온도가 떨어진 화장지(33)에 다다미방(2)의 벽(23) 및 맹장지(21)로부터의 원적외선이 흡수된다. 이 때의 열에너지의 이동도 동일 분자종 사이에서 이루어지기 때문에 낮은 손실로 이루어진다. 그리하여, 다다미방(2)의 벽(23) 및 맹장지(21)의 온도가 떨어지고, 도 17a에 나타내는 경우와 마찬가지 원리에 의해 다다미방(2)에 들어간 사람의 인체(44)로부터 주위로 흡수되는 열방사량이 증대되어 냉방효과가 발휘된다.
맹장지(3)의 맹장지 종이로서는 석분이 들어간 것을 사용하여도 된다. 이 경우, 화장지(33)나 화장지(34)와 같은 재질의 종이를 맹장지 종이로 채용한다. 이 맹장지 종이는 상기 석분을 포함하고 있기 때문에, 상기 맹장지(31)와 같은 작용이 얻어진다.
거실(1)이나 복도(5)의 마루면을, 석분의 원료가 되는 화강암을 패널형상으로 성형한 석재 패널에 의해 구성한 돌마루로 하여도 된다. 또한, 돌마루에 마루난방장치를 조립하여 난방시에 마루난방을 이용하여도 된다. 이 경우, 돌마루로부터 방사되는 원적외선이 돌마루와 동일 재료의 석분을 포함하는 벽면이나 천장면으로부터 2차적으로 재방사되어, 방 전체로부터 원적외선이 방사되는 난방효과를 얻을 수 있다. 또한, 마루면에 더하여(혹은 마루면은 플로어링 등의 통상의 마루면이고), 벽면이나 천장면을 석재 패널로 구성하여도 된다. 물론, 석재는 화강암으로 한정되지 않는다.
본 발명에서의 결로에 의한 제습을 하는 냉각제습면, 또는 가열되는 가열면의 예로는, 도 13a, 도 13b에 나타내는 핀(115, 116)과 같은 형태 외에, 단순한 면이어도 된다. 이 경우, 예를 들어, 제1 방의 벽면의 일부가 금속면의 표면에 상기 세라믹 재료의 분쇄물을 섞은 코팅층을 설치한 냉각제습면이 된다. 이 면을 냉각함으로써 결로에 의한 제습을 하는 냉각제습면으로서 기능하게 하고, 또는 가열함으로써 가열면으로서 기능하게 한다. 이 면은 표면적을 확보하기 위하여 요철(凹凸)이나 주름을 형성한 구조로 하여도 된다. 또한, 이 면에는 부착한 물방울을 모으는 홈통(121)과 같은 물방울 배출수단을 설치한다. 이 물방울 배출수단의 구조로는, 이 면에 홈을 형성하고, 이 홈을 따라서 물방울이 모여서 배수가 이루어지는 디자인을 들 수 있다.
또한, 판형상의 핀 대신, 각기둥이나 원기둥의 표면을 이용하여 냉각제습면이나 가열면을 구성하여도 된다. 이 경우, 각기둥이나 원기둥의 금속 파이프의 표면에 상기 원적외선 방사물질을 함유한 코팅층을 형성하고, 그 금속 파이프 안에 냉수나 온수를 흘리는 구조로 하면 된다.
도 12에 나타내는 예에서는, 유리창(14)의 실내측에 금속제 블라인드(15)를 배치하여, 냉방시에 유리창(14)으로부터의 열방사가 냉열방사장치(110)에 흡수되지 않도록 하고, 또한 난방시에는 유리창(14)에 냉열방사장치(110)로부터의 열방사가 흡수되지 않도록 하고 있다. 이 블라인드(15)의 실내측 면에, 앞서 설명한 판형상의 핀(115, 116)의 표면에 설치한 코팅층(115b)(도 14 참조)과 마찬가지의 코팅층을 형성하여도 된다. 이와 같이 함으로써, 블라인드(15)의 실내측에 벽(13)과 마찬가지의 기능을 부여시킬 수 있다.
블라인드(15) 대신 롤커튼을 사용할 수도 있다. 이 롤커튼의 단면구조의 일례를 도 15g에 나타낸다. 도 15g에는 롤형상으로 감긴 상태로부터 끌어낸 상태의 롤커튼(170)의 단면구조가 도시되어 있다. 롤커튼(170)은 옥외측(창문측)에 화장시트(171)가 위치하고, 실내측에 석분이 들어간 화장시트(173)가 배치되며, 이것들의 사이에 열방사에 대한 반사층으로서 기능하는 알루미늄박(172)이 배치되어 있다. 화장시트(171, 173)는 수지재료를 기재로 하고 있다. 화장시트(173)는 실내측으로 노출하고 석분이 10중량% 배합되어 있다. 석분은 핀(115, 116)의 코팅층(115b)에 포함시킨 것과 같은 것을 이용한다. 이 예에 따르면, 롤커튼(170)이 벽면(134)과 마찬가지로 기능하게 할 수 있다.
벽면에 냉각제습면과 같은 원적외선 방사물질을 함유시키는 구성의 일례로서, 벽지에 원적외선 방사물질을 함유시키는 예를 들 수 있다. 이하, 이 예를 설명한다. 도 15h는 벽지가 붙은 벽의 단면구조의 일례를 나타내는 개념도이다. 도 15h에는 벽(13')이 도시되어 있다. 벽(13')은 도 15b의 벽(13) 대신에 이용할 수 있다.
도 15h에는 몸체(131)가 도시되고, 이 몸체(131)의 실내측에, 알루미늄박(132)이 붙은 석고보드(133)가 설치된 상태가 도시되어 있다. 그리고, 석고보드(133)의 실내측 면에 더욱이 알루미늄박(181)이 부착되고, 알루미늄박(181)의 실내측 면에 벽지(182)가 부착되어 있다.
벽지(182)는 도 14의 핀(115)의 코팅층(115b)에 포함되어 있는 석분을 3중량% 함유하고 있다. 벽지(182)는 종이뜨기에 의한 제조시에 원료가 되는 혼합물인 슬러리 안에 상기 석분을 섞은 것을 사용함으로써 석분을 포함한 것으로 할 수 있다. 도 15h에서 알루미늄박(181)은 벽지(182)로부터 방사되는 원적외선이 석고보드(133)측으로 가지 않게 하고, 또한 석고보드측으로부터의 원적외선이 벽지(182)에 도달하지 않도록 하는 반사시트로서 기능한다. 석고보드(133)는 벽지(182)의 열이 몸체(131)로 빠져나가지 않도록, 혹은 몸체(131)의 열이 벽지(182)에 도달하지 않도록 하는 단열층으로서 기능한다.
이 구성에서는, 벽지(182)의 열교환용량을 늘릴 수 있기 때문에, 벽면을 간접적인 냉열방사원 또는 열방사원으로서 활용한 경우에 높은 기능을 기대할 수 있다. 또한, 벽지를 붙인 벽 구조이기 때문에, 저가 및 적은 노력으로 실시할 수 있다. 한편, 벽지를 수지시트로 구성할 때는 수지시트의 원료에 석분을 함유시키면 된다.
이 예는, 원적외선 방사물질을 함유하는 냉각제습면과, 냉각제습면에 원적외선 방사물질을 구성하는 분자와 동일한 분자로 이루어지는 물질을 포함하는 벽지와, 이 벽면의 이면측에 배치된 원적외선의 반사면(금속시트)과, 이 반사면의 이면측에 배치된 단열재를 포함하는 실내환경 조정시스템의 일례가 된다. 벽지 안에서의 상기 물질의 함유비율은 1중량% 이상, 20중량% 이하로 하는 것이 바람직하다.
이상의 예에서는, 천연석인 화강암을 원적외선 방사물질로서 사용하는 경우를 설명하였는데, 원적외선 방사물질은 다른 천연석(예를 들어, 현무암 등)이나 세라믹 재료(예를 들어, 탄화규소, 질화규소, 글라스 등)이어도 된다. 또한, 벽면이나 천장에 원적외선 방사물질을 패널형상으로 가공한 것을 붙여도 된다. 물론, 이 패널형상으로 가공한 건재는, 원적외선 방사물질 이외의 성분으로서 골재나 첨가재료를 포함하고 있어도 된다. 또한, 원적외선의 방사 및 흡수를 효율적으로 하기 위하여, 원적외선 방사물질이 최대한 실내공간으로 노출하도록 하는 것이 바람직하다. 한편, 원적외선 방사물질이 실내공간으로 직접 노출하지 않아도, 1mm 정도 이하의 보호층(예를 들어, 도장층, 바니시층, 벽지 등)으로 덮여있는 것이면 큰 문제는 없다.
원적외선 방사물질은 여러 종류를 섞어서 사용하여도 된다. 이 경우, 마루면, 벽면 및 천장면으로부터 선택된 적어도 일면과 핀의 표면층에 원적외선 방사물질의 배합비율을 동일하다고 한다.
또한, 창문이나 문 등에 사용되는 일반적인 유리도 양호한 원적외선 방사물질이며, 본 발명의 원적외선 방사물질로서 사용할 수 있다. 예를 들어, 도 12에 나타내는 구성에서, 장지(3) 대신 유리판을 끼워넣은 미닫이문으로 하고, 냉열방사장치(100)의 핀에 이 미닫이문에 끼워넣은 유리판의 분쇄물을 코팅한다. 더욱이, 이 미닫이문에 끼워넣은 유리의 분쇄물을 포함한 회반죽에 의해, 거실(1), 다다미방(2) 및 복도(5)의 벽면 및 천장면을 구성한다. 한편, 회반죽에서의 상기 유리의 분쇄물의 함유량은, 도 12 내지 도 15h에 관련하여 설명한 경우와 같게 한다. 이 구성에 따르면, 장지(3) 대신 배치한 유리판을 끼워넣은 미닫이문을 통한 열에너지의 이동에 의해, 거실(1)에서의 냉방효과 또는 난방효과가 다다미방(2)에 미친다.
핀(115, 116)이나 혹은 핀(115, 116) 대신 사용할 수 있다고 하여 앞서 설명한 단순한 면을, 원적외선 방사물질의 (또는 그것을 포함하는) 일체물로 구성하여도 된다. 이와 같은 일체물로는, 판형상으로 한 세라믹 도자기류를 들 수 있다. 또한, 핀(115, 116)에 부착한 물방울을 실외로 배출하지 않고, 모아서 배수탱트 등으로 회수하여도 된다. 또한, 핀의 표면이나 회반죽의 벽면을 연마하고, 원적외선 재료의 분쇄물을 노출시켜서, 열방사를 보다 효율적으로 전달할 수 있게 하여도 된다.
상술한 실시예에서는, 주거용 방에 본 발명을 적용한 예를 설명하였는데, 교실, 사무실, 스포츠 시설, 도서관, 점포, 그 밖의 사람이 활동이나 생활을 하는 방 전반에 본 발명을 이용할 수 있다. 상기 실시예는 예시이며, 물건이나 시공현장에 맞추어서 각종 건재나 공법을 적절히 선택할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
상술한 실시예에서는 방의 내면에 포함시킨 석분이 1종류인 경우를 설명하였는데, 예를 들어, 벽면의 제1 면에 제1 종류의 석분을 포함시키고, 벽면의 제2 면에 제2 종류의 석분을 포함시키는 구성도 가능하다. 이 경우, 냉열방사장치(110)의 핀(115, 116)에 상기 제1 종류의 석분과 상기 제2 종류의 석분을 섞은 것을 코팅하면 된다.
도 12의 냉온수 발생장치(111)에서는 매질로서 물을 사용하였는데, 물 이외의 매질을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 냉방전용이면 매질로서 암모니아 등의 공지의 냉매를 사용할 수 있다. 또한, 난방전용이면 오일이나 증기를 매질로서 사용할 수 있다.
또한, 상술한 실시예는, 내면의 적어도 일부에 원적외선 방사물질을 함유하는 방과, 상기 방에 배치되고 상기 원적외선 방사물질을 구성하는 분자와 동일한 분자로 이루어지는 물질을 포함하며, 냉각됨으로써 결로에 의한 제습을 실시하는 냉각제습면과, 상기 방에 인접하는 다른 방을 구비하고, 상기 다른 방의 내면의 적어도 일부가 상기 원적외선 방사물질을 구성하는 분자와 동일한 분자로 이루어지는 물질을 포함하는 구성의 실내환경 조정시스템으로서 파악할 수도 있다. 또한, 이 구성에서 다른 방의 내면에 상기 냉각제습면으로부터 보이는 제1 부분과 보이지 않는 제2 부분이 있으며, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분에는 상기 원적외선 방사물질을 구성하는 분자와 동일한 분자로 이루어지는 물질이 포함되고, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분은 서로 보이는 관계에 있는 실내환경 조정시스템으로서 파악할 수도 있다.
이어서, 상술한 실시예의 여러가지 응용예를 설명한다.
예를 들어, 공공시설이나 호텔의 로비 등에서 벽면이나 마루면에 석재가 이미 사용되어 있는 경우가 있다. 이와 같은 기존의 설비에 본 발명을 적용하는 예를 설명하면, 이와 같은 경우, 기존의 실내공간에 그 석재(벽면이나 마루면에 사용된 석재)의 분쇄물을 코팅한 핀을 구비한 냉열방사장치(110)(도 13a, 도 13b 및 도 14 참조)를 배치하기만 하면 된다.
본 발명을 이용한 냉방효과의 원리를 응용한 다른 일례로서, 원적외선 방사물질을 함유한 섬유나 직포(또는 부직포)를 사용한 의복을 사용하는 사례를 들 수 있다. 이 경우, 냉방동작시에 인체로부터 이 의복으로의 열방사가 일어나고, 이 의복으로부터 냉열방사장치의 핀 및 방 내면으로의 열방사가 일어나서, 최종적으로 인체의 열이 냉열방사장치의 핀에 흡수되고 냉방효과가 발휘된다. 즉, 도 12의 거실(1)과 같은 구조를 구비한 실내환경 조정시스템에 있어서, 상기 의복이 그 시스템의 일부로서 기능함으로써, 인체의 열을 열방사의 형태로 흡수한다. 이 의복을 입은 경우, 난방시에는 이것과는 반대 작용에 의해 인체로부터 주위 환경으로 빠져나가는 열방사량이 줄어들어서 난방효과가 높아진다.
예를 들어, 이와 같은 의복의 구성을 이용한 잠옷을 준비하면, 도 12의 거실(1)이나 다다미방(2)의 구성과 같은 구조를 침실에 이용하였을 경우, 고온일 때는 시원하고, 저온일 때는 따뜻한 환경에서 잘 수 있다. 또한, 침구에 응용하면, 베개, 요 등에 그 원적외선 방사물질과 동일한 재료를 포함시킴으로써 마찬가지 효과를 얻을 수 있다. 이는, 소파, 쿠션, 무릎덮개 등에 대해서도 마찬가지라고 할 수 있다. 한편, 상기 원적외선 방사물질을 함유시키는 비율은 벽면 등의 경우와 같다.
이 응용예는, 내면의 적어도 일부에 원적외선 방사물질을 함유하는 제1 방과, 이 제1 방에 배치되고 상기 원적외선 방사물질을 구성하는 분자와 동일한 분자에 의해 구성되는 물질을 포함하며, 냉각됨으로써 결로에 의한 제습을 하는 냉각제습면을 구비한 환경에서, 상기 냉각제습면을 냉각함으로써 상기 원적외선 방사물질을 구성하는 분자와 동일한 분자로 이루어지는 물질을 포함한 의복을 입은 사람으로부터의 열방사를 상기 의복에 포함되는 상기 물질에 흡수시키고, 이 의복에 포함되는 상기 물질로부터의 열방사를 상기 내면 및 상기 냉각제습면에 흡수시키는 것을 특징으로 하는 인체의 냉각방법 또는 시스템의 일례가 된다. 또한, 여기서는 의복을 침구로 바꾸어 발명을 파악할 수도 있다. 이 응용예에 대해서는 아래에서 더욱 상세히 설명한다.
상술한 실시예의 다른 응용예를 설명하면, 본 발명에서의 방은 사람이 생활에서 이용하는 방으로 한정되지 않고, 물품을 보관하는 방(예를 들어, 창고)이나 진열하는 공간(예를 들어, 쇼케이스)이어도 된다. 식품 등 중에는, 고온을 피해야 하지만 냉기에 닿으면 좋지 않은 것이 있다. 또한, 고온은 피해야 하지만 한편으로 과도한 냉기가 좋지 않은 것이 있다. 이와 같은 것을 보관하거나 진열하는데 본 발명의 시스템을 적용한 방이나 공간을 이용할 수 있다.
또한, 동물을 사육하는 방에 본 발명을 이용한 냉방 시스템(또는 난방 시스템)을 도입할 수도 있다. 예를 들어, 가축을 사육하는 방에 본 발명을 이용한 냉방 시스템을 도입함으로써, 기온이 높은 계절에 가축에게 가해지는 부담을 줄일 수 있다.
본 발명에서의 방은 집이나 빌딩이라는 건축물 안의 방으로 한정되지 않고, 이동체가 구비하는 방이어도 된다. 이동체로는 자동차, 버스, 철도차량, 선박, 항공기를 들 수 있다. 본 발명을 이용한 냉방기능은 에어콘의 냉방과 비교하여 저소비전력으로 동작하기 때문에, 전원용량이 한정된 자동차의 냉방에 적용하기에 적합하다. 특히, 소형차나 전기자동차에 이용하기에 적합하다.
또한, 본 발명은, 냉열원이 보이지 않는 장소라도 간접적인 열방사를 통하여 열에너지를 주고받음으로써 그것을 2차적인(혹은 간접적인) 냉열원으로서 이용할 수 있으므로, 승용차와 같이 시트의 등받이 등에 의해 실내 전체가 잘 보이지 않는 구조의 실내에서도 냉방효과를 효과적으로 발휘시킬 수 있다. 한편, 승용차의 실내에 본 발명을 적용하는 것이면, 실내의 벽면으로서 문의 내측 등의 면을 이용하면 된다. 또한, 시트의 노출면 등에 상기 원적외선 방사물질을 함유시켜서, 가능한 한 원적외선 방사물질을 함유하는 면의 면적을 크게 확보하도록 하면 좋다.
본 발명을 사무실에 적용할 수도 있다. 이와 같은 경우, 방의 벽면 등의 내면 뿐만 아니라, 사무 공간 등을 나누는 칸막이(칸막이 장지, 칸막이벽, 파티션이라고도 불림)의 표면에 원적외선 방사물질을 함유시킴으로써, 칸막이를 벽면 등과 같은 2차 냉방사원(혹은 2차 열방사원)으로서 활용할 수 있다. 칸막이에 이와 같은 기능을 부여하기 위해서는, 예를 들어, 칸막이의 표면을 덮는 표면재(예를 들어, 직포에 의해 구성되는 표면재)에 원적외선 방사물질의 분쇄물을 포함한 바인더를 함침시키면 된다.
도 12에 나타내는 실시예에서 냉열방사장치(110)의 핀(115)(도 13a, 도 13b 참조), 부호 [1]~[9]의 벽면 부분, 및 사람의 열방사량을 열방사량계로 측정한 결과를 아래의 표 3에 나타낸다. 여기서, 열방사량계는 OPTEX사 제품 ER-1PS(측정파장범위 7~20㎛)를 사용하고, 피측정부분까지의 거리는 1m로 하였다. 또한, 핀(115)에 대한 측정은 핀(115)이 나열된 부분의 중심부분에 대하여 이루어졌다. 또한, 측정은 태양광의 영향을 피하기 위하여 야간에 실시하였다. 또한, 핀의 온도는 냉온수 발생장치(111)에 부속되어 있는 컨트롤러의 설정온도의 설정값으로 하였다. 또한, 인체 측정에 있어서, 대상이 되는 사람은 성인 남성(체중 64kg)이며, 복장은 위에는 면 티셔츠를, 아래에는 면 반바지를 입었다. 또한, 각 측정은 온도설정을 하고 나서 1시간이 경과한 후에 실시하였다. 또한, 도 12의 장지(3)는 닫고, 유리문(4)은 연 상태로 하고, 화장실(6) 문은 닫은 상태로 하였다. 또한, 바깥기온은 약 28℃였다. 또한, 핀의 총면적과 거실(1)의 (벽면+천장면)의 면적비율은 약 1:20이었다. 한편, 마루는 통상의 플로어링 마루로 하였다.
열방사량계의 계측값은 열방사량계에 부속된 디스플레이에 표시된 값이고, 방사율에 따른 교정이 이루어지지 않은 원래 데이터이다. 또한, 그 값은 임의값이며, 그 절대값이 열방사의 에너지값을 직접 나타내는 것은 아니다. 하지만, 설명을 이해하기 쉽게 하기 위하여, 아래에서 편의적으로 표 3에 나타내는 열방사량계의 표시를 열방사량이라고 한다. 또한, 표 3의 열방사량은 열방사량계가 측정할 수 있는 범위내(이 조건에서는 수십 cm 평방)에서의 것이기 때문에, 단위면적당 열방사량에 대응하고 있다고 볼 수 있다.
핀 온도
9℃		 핀 온도
11℃		 핀 온도
20℃		 핀 온도
25℃
핀 248 253 285 318
거실[1] 298 300 304 308
거실[2] 300 300 306 309
장지 거실측[3] 301 305 307 309
장지 다다미실측[4] 300 305 307 308
다다미실 벽면[5] 305 307 309 309
다다미실 벽면[6] 305 306 308 308
다다미실 벽면[7] 305 305 308 308
복도 벽면[8] 302 306 308 309
화장실 벽면[9] 309 310 310 310
사람 321 320 325 327
거실 실내기온 약25℃ 약25℃ 약27℃ 약28℃
여기서, 핀 온도 9℃와 11℃가 냉방동작을 시켰을 경우에 상당하고, 핀 온도 20℃가 냉방을 매우 약하게 하였을 경우에 상당하며, 핀 온도 25℃가 여름에 냉열방사장치(110)의 동작을 오프로 한 경우에 상당한다. 여기서는, 냉온수 발생장치(111)의 전원을 오프로 하여도, 냉열방사장치(110) 안의 순환수가 실온이 될 때까지의 시간이 길게 걸리기 때문에, 25℃로 설정함으로써 유사하게 여름철 냉열방사장치(110)의 동작 오프 상태를 만들어 내고 있다.
표 3으로부터 명백한 바와 같이, 핀이나 벽면의 열방사량과 비교하여, 사람의 열방사량은 그 값이 크다. 그 값의 차에 기인하여 인체로부터 핀이나 벽면에 상대적으로 열방사가 발생하고, 인체로부터 방사되는 열방사의 에너지가 핀이나 벽면에 흡수된다.
표 3의 데이터의 일부를 그래프에 정리한 것을 도 19에 나타낸다. 도 19의 플롯점 ○의 천이는, 핀의 온도를 낮춤으로써 거실(1) 안의 벽(13)으로부터의 열방사량이 떨어지는 현상을 나타내고 있다. 바꾸어 말하면, 이는, 핀의 온도를 낮춤으로써 벽(13)으로부터 냉열방사장치(110)에 흡수되는 열방사 에너지가 보다 많아지고, 그에 따라 벽(13)의 온도가 떨어지며, 벽(13)으로부터 방사되는 원적외선의 양이 떨어지는 현상을 나타내고 있다.
표 3에는 거실 가운데에 서 있는 사람으로부터의 열방사량의 측정값이 나타나 있다. 표 3으로부터 명백한 바와 같이, 핀의 온도를 낮추면, 사람으로부터의 열방사량도 적지만 떨어진다. 이는 주위로부터 흡수되는 인체로부터의 열방사량이 핀의 온도저하에 비례하여 많아지고, 그 때문에 인체가 가지는 열량이 떨어져서, 그것이 인체로부터의 열방사량의 저하로서 나타나는 현상이라고 이해할 수 있다.
체감으로는, 핀 온도 9℃나 11℃에서는 너무 시원하고(즉, 춥고), 핀 온도 20℃에서는 냉방효과가 거의 약하게 느껴졌다. 바깥기온이나 옥외의 습도와도 관련이 있지만, 이 실시예의 경우, 핀 온도 15~17℃ 정도가 쾌적한 냉방환경이었다.
도 19에서 플롯점○과 플롯점●를 비교하면, 장지(3)의 거실측 면은 핀의 온도저하에 대한 열방사량값이 벽(13)과 비교하여 크다. 즉, 핀의 온도에 추종한 차가워짐 정도가 벽(13)에 비하여 낮다.
이는, 장지(3)가 핀의 코팅층에 포함되어 있는 원적외선 방사물질인 화강암을 포함하고 있지 않은 보통의 장지종이로 구성되어 있기 때문에, 동일 분자종 사이에서의 열방사를 통한 열방사 에너지의 전열효율이 최대가 되는 원리를 이용할 수 없고, 그 때문에 열방사에너지의 전열시의 손실이 크기 때문일 것이다.
이와 같이 플롯점○과 플롯점●로 나타내어지는 데이터에는 동일 분자종 사이에서의 열방사를 통한 전열이 고효율로 이루어지는 현상을 이용한 우위성이 현저히 나타나 있다고 할 수 있다.
표 3을 보면, 핀의 온도를 25℃에서 9℃로 낮추면, 핀의 열방사량은 70 떨어진다. 따라서, 핀 온도 25℃의 환경에 있었던 사람(열방사량: 217)이 핀 온도 9℃의 환경으로 이동하면, 인체와 핀 사이의 열방사량의 차는 9에서 79로 증대되고, 그 차인 70만큼 인체로부터 핀에 흡수되는 열방사량이 증대되며, 그만큼 시원함을 보다 느끼게 된다.
한편, 표 3을 보면, 핀의 온도를 25℃에서 9℃로 낮추면, 거실(1)의 벽부분[1]의 열방사량은 308에서 298이 된다. 따라서, 핀 온도 25℃의 환경에 있었던 사람(열방사량: 327)이 핀 온도 9℃의 환경으로 이동하면, 인체와 거실(1)의 벽[1] 부분 사이의 열방사량의 차이가 (327-208)=19에서 (327-298)=29로 증대되고, 그 차인 10만큼 인체로부터 거실(1)의 벽[1] 부분에 흡수되는 열방사량이 증대된다.
이 벽(13)과 사람 사이에서의 열방사량 차의 증대 정도(상기 수치 10)는, 핀과 사람 사이에서의 열방사량 차의 증대 정도(상기 수치 70)와 비교하여 14% 정도이다.
하지만, 핀의 총면적과 거실(1)에서의 (벽면+천장면)의 면적과의 면적비는 약 1:20이고, 열방사 에너지의 총량은 열방사가 이루어지고 있는 부분의 면적에 비례하기 때문에, 거실(1)의 벽면과 천장면 전체가 같게 기능하고 있다고 가정하면, 벽과 천장 전체에서는 냉열방사장치(110)와 같은 정도 이상의 냉열방사작용이 작용하고 있는 것이 예상된다. 게다가, 벽과 천장은 사람을 둘러싸도록 위치하고 있기 때문에, 사람이 방사하는 열방사 에너지를 빠뜨리지 않고 효과적으로 흡수한다. 이상으로부터, 석분을 섞은 벽이나 천장의 냉방효과에 대한 기여가 냉열방사장치(110)와 같은 정도 이상이며, 유효한 것으로 결론지어진다.
도 19에는 핀의 온도저하에 따라서 장지(3)에 의해 나뉘어진 다다미방(2)의 벽[5] 부분의 열방사량도 떨어지는 현상이 나타나 있다. 도 12에 도시되는 이 다다미방(2)의 벽[5] 부분에서의 열방사량의 저하 정도는, 거실(1)과 비교하면 작지만, 도 19로부터는 본 발명의 열방사를 이용한 냉방효과가 완전히 닫힌 장지(3)를 통하여 거실(1)로부터 다다미방(2)에 미치는 현상이 판독된다. 사실, 다다미방(2)에서도 거실(1)만큼은 아니지만 냉방효과를 체감할 수 있다. 도 19의 데이터는 이 체감결과와 정합한다. 한편, 장지(3)를 열면, 동일 분자종 사이의 열방사 에너지의 전열작용이 작용하기 때문에, 다다미방(2)에서의 냉방효과는 더욱 향상될 것으로 예상된다.
도 19에는 냉열방사장치(110)의 핀으로부터 보이지 않는 벽[8] 부분의 열방사량이 떨어지는 데이터가 도시되어 있다. 이 데이터는 도 18에 관련하여 설명한 메커니즘이 작용하고 있기 때문이라고 생각된다. 사실, 복도(5)의 5' 부근(도 18 참조)에서도, 거실(1) 만큼은 아니지만 냉방효과를 체감할 수 있다. 도 19의 데이터는 이 체감결과와 정합한다.
도 11을 보면, 화장실(6)의 벽[9] 부분으로부터의 열방사량은 핀의 온도를 떨어뜨려도 유의한 변화를 나타내지 않는다. 이는, 닫혀있는 상태의 화장실(6) 문이, 양면에 합판(합판 1장의 두께는 5mm 정도로 예상되며, 내부구조는 불명)이 붙여지고, 더욱이 그 노출표면에 도장이 실시된 구조이기 때문에, 열방사의 영향이 화장실(6) 내부로까지 미치지 않았기 때문이라고 생각된다. 또한, 화장실(6)의 벽면이 보통의 벽지이었기 때문이라고 생각된다.
핀 온도 25℃에서, 각 부분의 열방사량이 서로 가까운 값으로 수속되어 있다. 이는, 핀에 의한 열방사의 흡수작용(냉방사 작용)이 유효하게 기능하지 않게 되었기 때문이라고 생각된다. 이러한 경향은 표 3에도 나타나 있다. 즉, 표 3에서 핀 온도 25℃에서는 핀 표면의 열방사량이 사람을 제외한 다른 부분과 비교하여 큰 값으로 계측되고 있다. 이는, 핀이 사람 이외의 표 중의 부분에 대하여 미약하지만 열방사원으로서 기능하고 있는 경향을 나타내며, 냉방사원으로서는 기능하지 않는 현상을 나타내고 있다고 할 수 있다.
도 20은 본 발명의 다른 실시예로서, 본 발명을 이용하여 생활환경을 조정하는 일례를 나타내는 개념도이다. 도 20에는 방(700)이 도시되어 있다. 방(700)은, 플로어링의 마루면(701), 회반죽의 벽면(702), 회반죽의 천장면(703)을 구비하고 있다. 마루면(701)은 25℃에서의 방사율이 0.9를 넘는 화강암을 1㎛ 이하로 분쇄한 석분을 섞은 바니시에 의해 도장되어 있다. 이 바니시층에서의 석분의 함유량은 약 3중량%로 되어 있다. 벽면(702)과 천장면(703)의 회반죽은 두께가 약 3mm이고, 경화한 상태에서 상기 석분을 약 5중량% 포함하는 상태로 되어 있다.
방(700)의 내부에는 냉각제습면 겸 가열면(704)을 가지는 냉각가열장치(705)가 배치되어 있다. 냉각가열장치(705)는 냉각제습면 겸 가열면(704)을 표면에 구비한 복수개의 핀(도시하지 않음)을 평행하게 나열한 구조를 가지고 있다. 냉각제습면 겸 가열면(704)은 이 핀의 표면에 형성된 상기 석분을 코팅한 코팅층으로 구성되어 있다. 핀은 알루미늄제이며, 그 내부에는 냉수 또는 온수를 흘릴 수 있는 구조로 되어 있다. 핀은 열전도가 양호한 다른 금속 또는 합금재료, 예를 들어, 철이나 동, 그들의 합금 등으로 제작하여도 된다. 핀의 내부에 냉수 또는 온수를 흘림으로써 이 핀의 표면에 설치된 상기 석분의 코팅층이 냉각제습면 또는 가열면으로서 기능한다.
이 예에서 상기 코팅층은, 핀의 표면에 상기 석분을 섞은 도료를 바르고, 이 도료가 경화한 층(석분을 포함한 도료의 피막)에 의해 구성되어 있다. 건조상태의 도료 피막 중에서의 석분의 함유량은 15중량%로 되어 있다. 한편, 일반적으로 이 코팅층 안에서의 석분의 함유량은 1중량% 이상이 되도록 한다.
방(700) 밖에는 실외기로서 냉온수 발생장치(706)가 배치되어 있다. 냉온수 발생장치(706)는 공지의 히트펌프 기능을 가지고, 냉각가열장치(705)에 냉수 또는 온수를 공급한다. 예를 들어, 냉수인 경우, 냉각가열장치(705)에 공급된 냉수는 그곳에서 열교환을 하여 상기 핀의 열을 흡수하고, 이 때 상기 핀을 냉각한다. 열교환에 의해 온도가 상승한 냉수(혹은 온도가 상승하여 냉수가 아니게 된 물)는 냉온수 발생장치(706)로 돌아가서 다시 냉각되고, 다시 냉각가열장치(705)에 공급된다. 한편, 온수인 경우, 온수가 냉온수 발생장치(706)로부터 냉각가열장치(705)로 공급된다.
또한, 냉각제습면 겸 가열면(704)의 하부에는 결로한 물방울을 떨어뜨려서 모으는 홈통(711)이 배치되어 있다. 이 홈통(711)에 모인 물방울은 옥외로 배출된다.
도 20에는 의복(707)을 착용한 사람(708)이 베개(709)를 베고 누워있는 상태가 도시되어 있다. 의복(707)은 폴리에스테르 섬유를 혼합한 면직물로 구성되어 있다. 이 폴리에스테르 섬유는 상기 석분을 섞은 원료로 방사(紡絲)되어 있다. 석분의 함유량은 의복(707) 전체에 대하여 3중량%로 되어 있다. 베개(709)는 의복(707)을 구성하는 것과 같은 직물로 표면이 덮여져 있다.
도 21a, 도 21b는 본 실시예에서의 냉방효과를 설명하는 개념도이다. 냉온수 발생장치(706)에서 냉수를 발생시키고, 그것을 냉각가열장치(705)에 공급하면, 냉각제습면 겸 가열면(704)이 냉각된다. 냉각제습면 겸 가열면(704)이 냉각되면, 마루면(701), 벽면(702) 및 천장면(703)에 대하여 냉각제습면 겸 가열면(704)이 상대적으로 저온이 되고, 슈테판-볼츠만의 법칙에 의해, 마루면(701), 벽면(702) 및 천장면(703)으로부터 냉각제습면 겸 가열면(704)에 대하여 열방사가 발생한다. 이 모습이 도 21a에 개념적으로 도시되어 있다. 이 열방사는 동일 분자종 사이에서의 열방사를 통한 에너지 교환이 고효율로 이루어지는 원리에 의해 고효율로 이루어진다.
냉각제습면 겸 가열면(704)에 열방사에 의해 열에너지를 빼앗긴 마루면(701), 벽면(702) 및 천장면(703)은, 열에너지를 잃었기 때문에 그 온도가 약간 떨어진다. 그 결과, 같은 분자종의 원적외선 방사물질을 함유하는 의복(707) 및 베개(709)에 대한 마루면(701), 벽면(702) 및 천장면(703)의 온도가 약간 떨어지고, 의복(707) 및 베개(709)로부터 방사되는 원적외선이 마루면(701), 벽면(702) 및 천장면(703)에 흡수된다. 이 때도, 동일 분자종 사이에서의 열방사를 통한 에너지 교환이 고효율로 이루어지는 원리에 의해 열교환이 고효율로 이루어진다.
이렇게 하여, 의복(707)이나 베개(709)가 가지는 열에너지가 열방사의 형태로 마루면(701), 벽면(702) 및 천장면(703)을 경유하여 냉각제습면 겸 가열면(704)에 흡수되고, 최종적으로 냉온수 발생장치(706)로부터 옥외로 배출된다. 한편, 의복(707)이나 베개(709)로부터 냉각제습면 겸 가열면(704)에 흡수되는 열방사의 성분도 당연히 있다.
의복(707) 및 베개(709)로부터 방사되는 원적외선이 마루면(701), 벽면(702) 및 천장면(703)에 흡수됨으로써, 의복(707) 및 베개(709)의 표면 온도가 약간 떨어지고, 사람(708)으로부터의 열방사를 보다 흡수하기 쉬운 상태가 얻어진다.
구체적으로 말하면, 사람은 36.5℃ 정도로 항상 발열하고 있는 발열체이기 때문에, 항상 주위로 열방사를 하고 있다. 여기서, 상술한 현상에 의해, 의복(707) 및 베개(709)로부터의 열방사가 벽면(702) 등을 통하여 최종적으로 냉각제습면 겸 가열면(704)에 흡수되면, 의복(707) 및 베개(709)로부터의 열방사량이 감소하고(즉, 그 온도가 떨어지고), 사람(708)으로부터의 열방사량과의 차이가 커진다. 그 결과, 냉각제습면 겸 가열면(704)을 냉각하지 않은 경우와 비교하여, 의복(707) 및 베개(709)로부터 사람(708)으로의 열방사량이 감소한다. 바꾸어 말하면, 사람(708)의 열이 열방사의 형태로 의복(707) 및 베개(709)에 흡수되는 경향이 커진다. 이렇게 하여, 냉각제습면 겸 가열면(704)을 냉각하지 않은 경우와 비교하여, 사람(709)이 잃는 열량이 증대되고, 사람(708)이 시원함을 느끼는 환경이 실현된다.
또한, 냉각제습면 겸 가열면(704)이 냉각되면, 냉각제습면 겸 가열면(704)에 결로가 발생하고, 공기 중의 수분이 물방울로서 냉각제습면 겸 가열면(704)에 부착한다. 이 부착한 물방울은 홈통(711)으로 떨어져서 옥외로 배출된다. 이러한 구조에 의해, 방(700) 내부의 제습이 이루어진다. 이 제습도 방(700) 내부의 쾌적성을 높이기 위하여 유효하게 기능한다.
상기 예에 따르면, 냉각제습면(704)을 냉각함으로써 동일 분자 사이에서의 열방사를 통한 열에너지의 교환이 고효율로 이루어지는 원리에 의해, 벽면(702) 및 천장면(703)으로부터의 열방사가 냉각제습면(704)에 흡수되고, 더욱이 의복(707) 및 베개(709)로부터의 열방사가 벽면(702) 및 천장면(703)에 흡수된다. 그 결과, 의복(707) 및 베개(709)의 열방사량이 감소하고, 사람(708)으로부터의 열방사를 흡수하기 쉬운 상태가 실현된다. 그리고, 사람(708)으로부터의 열방사가 의복(707) 및 베개(709)에 흡수됨으로써, 사람(708)이 잃는 열량이 증대되고, 사람(708)이 시원함을 느끼는 환경이 실현된다.
이 원리에서는 냉기를 피부에 닿게 하는 것이 아니기 때문에, 통상의 에어컨 냉방에서 문제되는 냉기에 기인하는 불쾌한 환경이 만들어지지 않는다. 그 때문에, 냉기에 의한 냉증이나 냉기에 의해 호흡기계가 상하는 일이 없다. 또한, 제습이 동시에 이루어지기 때문에, 습도 저하에 의한 상쾌한 환경을 얻을 수 있다. 또한, 냉매에 의해 공기를 식히고, 이 식힌 공기에 의해 인체를 식히는 프로세스를 거치지 않고, 인체로부터 열방사되는 열에너지를 냉각된 냉각제습면 겸 가열면에 흡수시키기 때문에, 에어콘에 비하여 에너지의 이용효율이 높다. 결국, 보다 적은 소비에너지로 냉방효과를 얻을 수 있다.
또한, 의복에 의한 냉방효과 조정이 가능하기 때문에, 더위를 잘 타는 사람은 원적외선 방사물질의 함유율이 높은 의복을 착용하고, 추위를 잘 타는 사람은 원적외선 방사물질의 함유율이 낮은 의복을 착용하는(필요하다면, 통상의 속옷 등을 겹쳐 입음) 사람마다의 감각에 맞춘 조정을 쉽게 실시할 수 있다. 통상의 에어콘 냉방의 경우, 추위를 잘 타는 사람이 옷을 겹쳐 입어도, 냉기가 얼굴이나 손발 등의 노출부분에 닿아서 그에 따른 불쾌감, 더욱이 냉기를 빨아들이는 것에 의해 호흡계에 대한 부담이 발생한다. 하지만, 본 발명을 이용하였을 경우, 냉기에 기인하는 문제가 발생하지 않기 때문에, 상술한 바와 같이 사람 각각의 사정에 따른 환경조정을 간단히 실시할 수 있다.
도 22a, 도 22b는 본 실시예에서의 난방효과를 설명하는 개념도이다. 냉온수 발생장치(706)에서 온수를 발생시키고, 그것을 냉각가열장치(705)에 공급하면, 냉각제습면 겸 가열면(704)이 가열된다. 냉각제습면 겸 가열면(704)이 가열되면, 마루면(701), 벽면(702) 및 천장면(703)에 대하여 냉각제습면 겸 가열면(704)이 상대적으로 높은 온도가 되어, 슈테판-볼츠만의 법칙에 의해, 마루면(701), 벽면(702) 및 천장면(703)에 대하여, 냉각제습면 겸 가열면(704)으로부터의 열방사가 발생한다. 이러한 모습이 도 22a에 개념적으로 도시되어 있다. 이러한 열방사는, 동일 분자종 사이에서의 열방사를 통한 에너지 교환이 고효율로 이루어지는 원리에 의해 고효율로 이루어진다.
냉각제습면 겸 가열면(704)으로부터의 열방사에 의해 열에너지가 주어진 마루면(701), 벽면(702) 및 천장면(703)은, 열에너지를 얻기 때문에 그 온도가 약간 상승한다. 그 결과, 같은 분자종의 원적외선 방사물질을 함유하는 의복(707) 및 베개(709)에 대한 마루면(701), 벽면(702) 및 천장면(703)의 온도가 약간 높아지고, 의복(707) 및 베개(709)로부터의 열방사량보다 마루면(701), 벽면(702) 및 천장면(703)으로부터의 열방사량이 큰 값이 되어, 마루면(701), 벽면(702) 및 천장면(703)으로부터 의복(707) 및 베개(709)에 대한 열방사가 발생한다. 이 때도, 동일 분자종 사이에서의 열방사를 통한 에너지 교환이 고효율로 이루어지는 원리에 의해, 열교환이 고효율로 이루어진다. 한편, 의복(707)이나 베개(709)에 대하여 냉각제습면 겸 가열면(704)으로부터 직접 이루어지는 열방사 성분도 있다.
의복(707) 및 베개(709)에 대하여 마루면(701), 벽면(702) 및 천장면(703)으로부터 열방사가 발생함으로써, 의복(707) 및 베개(709)의 표면온도가 약간 상승하고, 냉각제습면 겸 가열면(704)을 가열하지 않은 경우와 비교하여 의복(707) 및 베개(709)로부터의 열방사량이 증가한다. 그 결과, 사람(708)으로부터 의복(707) 및 베개(709)로 빠져나가는 열방사량이 상대적으로 떨어지고, 사람(708)으로부터 주위로 빼앗기는 열량이 감소하여, 사람(708)이 느끼는 추위가 누그러지는 난방효과가 얻어진다.
원적외선 방사물질을 함유한 직물은 깔개나 요 등에 적용할 수도 있다. 또한, 그 원적외선 방사물질을 함유한 직물을 소파 등의 가구에 이용할 수도 있다. 이와 같이 함으로써, 상술한 의류(707)나 베개(709)와 마찬가지의 기능을 발휘하는 깔개, 요, 소파 등을 얻을 수 있다.
마루면을 마루난방구조로 하고, 마루면을 가열하는 구성으로 하여도 된다. 이 경우, 냉각제습면 및 가열면(704)은 가열되지 않아도 된다(물론, 가열하여도 된다). 그 결과, 마루면으로부터의 열이 벽면 및 천장면을 통하여 천에 전해지고, 난방효과가 얻어진다. 또한, 상술한 예에서는 냉방과 난방을 선택할 수 있는 구성을 예시하였는데, 냉방만 또는 난방만 하는 구성으로 하여도 된다.
본 발명에서는 위에서 설명한 여러가지 실시예로 한정되지 않고, 그 밖의 실시예가 가능하며, 그 일례를 아래에 든다.
(1) 마루면, 벽면 및 천장면을 구비한 실내공간과,
원적외선의 방사율이 0.8 이상인 재료를 3중량% 이상 함유하는 재질로 구성되고, 또한 상기 실내공간에 노출한 가열면을 가지는 가열장치와,
상기 원적외선의 방사율이 0.8 이상인 재료를 3중량% 이상 포함하는 재질로 구성되고, 또한 상기 실내공간에 노출한 냉각제습면을 가지는 냉각제습장치를 구비하고,
상기 마루면과 상기 벽면, 또는 상기 마루면과 상기 천장면은 상기 원적외선의 방사율이 0.8 이상인 재료를 3중량% 이상 포함하는 실내환경 조정시스템.
(2) 상기 원적외선의 방사율이 0.8 이상인 재료는 천연석재이고,
상기 마루면은 상기 천연석재를 가공한 석재 마루판 패널로 구성되어 있으며,
상기 마루면은 상기 가열면인 상기 (1)에 기재된 실내환경 조정시스템.
(3) 상기 벽면 또는 상기 천장면은 상기 원적외선의 방사율이 0.8 이상인 재료의 분쇄재를 포함하고 있는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 실내환경 조정시스템.
(4) 상기 마루면과 상기 벽면, 또는 상기 마루면과 상기 천장면은, 그 합계 열용량이 실내공기용적의 열용량의 2배 이상인 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 실내환경 조정시스템.
(5) 상기 냉각제습면은,
냉각되는 금속재료와,
상기 금속재료의 표면을 피복한 상기 원적외선의 방사율이 0.8 이상인 재료를 포함하는 피복층을 구비하는 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 실내환경 조정시스템.
(6) 실내에서 발생하는 원적외선을 흡수하는 원적외선의 방사율이 0.8 이상인 제1 재료를 포함하는 실내의 내면 구성부재와,
상기 제1 재료를 포함하고, 냉각됨으로써 상기 제1 재료가 방사하는 원적외선을 흡수하는 냉각제습면과,
상기 냉각제습면을 냉각하는 냉각제습장치를 구비하는 실내환경 조정시스템.
(7) 내면의 적어도 일부에 원적외선 방사물질을 함유하는 제1 방과,
상기 제1 방에 배치되고 상기 원적외선 방사물질을 구성하는 분자와 동일한 분자로 이루어지는 물질을 포함하며, 냉각됨으로써 결로에 의한 제습을 하는 냉각제습면과,
상기 냉각제습면에 결로하는 물방울을 모으는 물방울 수집수단을 구비하는 실내환경 조정시스템.
(8) 내면의 적어도 일부에 원적외선 방사물질을 함유하는 제1 방과,
상기 제1 방에 배치되고 상기 원적외선 방사물질을 구성하는 분자와 동일한 분자로 이루어지는 물질을 포함하며, 가열되는 가열면을 구비하는 실내환경 조정시스템.
(9) 상기 제1 방에 인접하고, 내면의 적어도 일부에 상기 원적외선 방사물질을 구성하는 분자와 동일한 분자로 이루어지는 물질을 포함하는 제2 방을 구비하는 상기 (7) 또는 (8)에 기재된 실내환경 조정시스템.
(10) 상기 제1 방의 벽면은 상기 원적외선 방사물질과 동일한 재료의 분쇄재를 1중량% 이상 포함하는 도벽(塗壁)인 상기 (7) 또는 (8)에 기재된 실내환경 조정시스템.
(11) 상기 제1 방과 상기 제2 방을 나누는 칸막이 수단을 구비하고,
상기 칸막이 수단은 상기 원적외선 방사물질을 구성하는 분자와 동일한 분자로 이루어지는 물질을 포함하는 상기 (9)에 기재된 실내환경 조정시스템.
(12) 상기 제1 방 및/또는 상기 제2 방은 개폐수단을 통한 수납을 구비하고,
폐쇄상태에서 상기 개폐수단의 상기 제1 방 또는 제2 방의 실내측 면은 상기 원적외선 방사물질을 구성하는 분자와 동일한 분자로 이루어지는 물질을 포함하는 상기 (9)에 기재된 실내환경 조정시스템.
(13) 상기 냉각제습면은 금속의 표면에 형성된 상기 원적외선 방사물질을 함유하는 코팅층에 의해 구성되어 있는 상기 (7)에 기재된 실내환경 조정시스템.
(14) 상기 가열면은 금속의 표면에 형성된 상기 원적외선 방사물질을 함유하는 코팅층에 의해 구성되어 있는 상기 (8)에 기재된 실내환경 조정시스템.
더욱이, 본 발명의 실내환경 조정시스템을 응용하여 생활환경을 조정하는 방법의 예로서, 다음의 것을 들 수 있다.
(15) 내면의 적어도 일부에 원적외선 방사물질을 함유하는 방에 있어서,
상기 방 안에 배치되고 상기 원적외선 방사물질을 구성하는 분자와 동일한 분자로 이루어지는 물질을 포함하며, 냉각됨으로써 결로에 의한 제습을 하는 냉각제습면을 냉각하고,
상기 원적외선 방사물질을 구성하는 분자와 동일한 분자로 이루어지는 물질을 포함하는 천으로부터의 열방사량을 감소시키는 생활환경 조정방법.
(16) 내면의 적어도 일부에 원적외선 방사물질을 함유하는 방에 있어서,
상기 방 안에 배치되고 상기 원적외선 방사물질을 구성하는 분자와 동일한 분자로 이루어지는 물질을 포함하며, 가열이 가능한 가열면을 가열하고,
상기 원적외선 방사물질을 구성하는 분자와 동일한 분자로 이루어지는 물질을 포함하는 천으로부터의 열방사량을 감소시키는 생활환경 조정방법.
(17) 상기 가열면이 마루면인 상기 (16)에 기재된 생활환경 조정방법.
상기 (1)의 시스템은, 마루면, 벽면 및 천장면을 구비한 실내공간과, 원적외선의 방사율이 0.8 이상인 재료를 3중량% 이상 포함하는 재질로 구성되고, 또한 상기 실내공간으로 노출한 가열면을 가지는 가열장치와, 상기 원적외선의 방사율이 0.8 이상인 재료를 3중량% 이상 포함하는 재질로 구성되며, 상기 실내공간으로 노출한 냉각제습면을 가지는 냉각제습장치를 구비하고, 상기 마루면과 상기 벽면, 또는 상기 마루면과 상기 천장면은, 상기 원적외선의 방사율이 0.8 이상인 재료를 3중량% 이상 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (1)의 시스템에 따르면, 가열면이 가열됨으로써 그것에 원적외선의 방사율이 0.8 이상인 재료(이하, 원적외선 방사물질이라고 함)로부터 원적외선 방사의 형태로 열방사(열복사)가 발생한다. 이 때, (a) 가열면이 실내공간에 대하여 노출하고, (b) 동일 재료 사이에서 적외선의 방사 및 흡수를 주고받으며, (c) 마루와 천장, 혹은 마루와 벽과 같이 실내에 방사된 전자파가 반드시 닿는 조합 부분에 원적외선 방사물질이 포함되어 있기 때문에, 가열면으로부터 방사된 열에너지가 효과적으로 마루 혹은 천장, 또는 마루 또는 벽에 흡수된다.
가열면으로부터의 방사열을 흡수한 다른 부분의 원적외선 방사물질은, 흡수한 열을 원적외선으로서 2차방사한다. 이 작용이 반복됨으로써 실내는 다양한 방향으로부터의 열방사에 의해 채워진다. 이렇게 하여 실내의 다양한 방향으로부터 방사열이 방사되고, 실내의 사람이 이 방사열을 받아 따뜻하게 느낀다. 또한, 그것과 함께 이 방사열이 실내공기 중의 원적외선 흡수성분(주로 수분과 이산화탄소)에 흡수되어 실내의 기온이 상승한다.
이러한 구조에 따르면, 가열면의 가열에 필요한 열에너지는 가열면으로부터 방사열로서 실내에 방사된다. 이 방사열은 마루나 벽이나 천장의 가열면에 포함되는 것과 동일한 재료 성분(원적외선 방사물질)에 흡수된다. 이 때의 열에너지의 방사 및 흡수는, 동일 분자 사이의 분자의 진동 에너지의 원적외선을 통한 공명현상을 이용한 에너지 교환이 된다. 이 때문에, 열에너지의 방사 및 흡수는 고효율, 저손실로 이루어진다. 방사열을 받은 마루나 벽이나 천장은 그것을 실내에 2차방사하고, 그것은 실내에 있는 사람의 인체나 실내공간의 공기 중의 원적외선 흡수성분을 방사열에 의해 가열한다.
이 때, 온풍에 의한 가열이 아니기 때문에, 온풍이 피부에 닿는 것에 의한 문제가 발생하지 않는다. 또한, 온풍의 흐름을 이용하지 않고, 더욱이 방사가 실내 전체에 일정하게 이루어지기 때문에, 실내에서 수직방향의 온도분포의 차를 줄일 수 있다. 더욱이, 마루나 벽으로부터 2차방사된 방사열 중 인체나 공기 중의 원적외선 흡수성분에 흡수되지 않은 성분은 마루나 벽의 다른 부분에 다시 흡수되고, 다시 실내로 재방사되어서 마찬가지 작용이 반복된다. 이 때, 인체나 공기 중의 원적외선 흡수성분에 흡수되지 않은 원적외선은 동일 분자 사이의 원적외선의 방사→흡수→재방사의 사이클을 반복하기 때문에, 가열면으로부터 공급되는 열에너지를 낭비없이 인체나 공기 중의 원적외선 흡수성분의 가열에 이용할(바꾸어 말하면 다 써버릴) 수 있다. 또한, 방 전체의 공기 중의 원적외선 흡수성분이 균일하게 데워지고 쓸데없는 가열을 피할 수 있다. 이러한 이유에 의해 에너지 절약 난방을 실현할 수 있다.
한편, 본 발명은 실내에 있는 사람의 몸에 방사열을 흡수시켜서 사람에게 따뜻함을 느끼게 하는 기술이기 때문에, 여기서는 난방이라는 말을 '실내에 있는 사람이 따뜻함을 느끼도록 하는 작용'이라는 의미로 사용한다. 마찬가지로 냉방이라는 말은 '실내에 있는 사람이 시원함을 느끼도록 하는 작용'이라는 의미로 사용한다.
상기 (1)의 시스템에서, 냉각제습면이 냉각되면, 열평형 균형이 크게 무너지고, 그것에 원적외선 방사물질이 방의 내측을 구성하는 마루나 벽이나 천장으로부터의 열방사를 효율적으로 흡수하는 상태가 된다. 이는, 원적외선의 방사특성이 뛰어난 물체는 원적외선의 흡수특성도 뛰어나다는 기본원리를 이용하고 있다. 상기 냉각제습면에서의 방사열의 흡수에 있어서, (a) 냉각제습면이 실내공간에 대하여 결로하고, (b) 동일 재료 사이에서 적외선의 방사 및 흡수를 주고받으며, (c) 마루와 천장, 또는 마루와 벽의 조합에서는, 냉각제습면이 직접 보이는 위치로부터 원적외선이 방사되기 때문에, 마루 혹은 천장, 또는 마루 혹은 벽으로부터의 방사열을 효율적으로 냉각제습면에 흡수시킬 수 있다. 냉각제습면에 방사라는 형태로 열을 흡수시킨 마루나 벽이나 천장은, 실내에 있는 인체나 실내공기 중의 원적외선 흡수성분이 가지는 열에너지를 방사열의 형태로 흡수하는 능력이 높아진다. 이에 의해, 실내에서의 사람이 발하는 열이나 실내공기 중의 원적외선 흡수성분의 열이 방사열의 형태로 마루나 벽이나 천장에 빼앗기고, 사람은 싸늘한 감각을 느끼고, 또한 실내온도가 떨어진다. 이상의 원리에 의해 냉방효과가 얻어진다.
또한, 상기 작용에 따라서, 냉각제습면을 이용한 제습기능이 작용한다. 냉각제습면은 냉각되기 때문에, 그 표면온도를 적절히 선택함으로써 실내의 수증기를 그곳에 결로시킬 수 있다. 이 결로한 물방울을 떨어뜨려서 회수하는 구조로 함으로써 실내를 제습할 수 있다. 공기 중의 수분은 원적외선의 흡수물질이기 때문에, 상술한 방사를 이용한 벽면 등의 원적외선의 흡수기능을 높이는 작용, 및 인체로부터의 벽면 등으로의 원적외선의 흡수작용에 장해가 된다. 따라서, 실내를 제습하여 실내공기 중의 수분을 제거함으로써, 상술한 방사를 이용한 냉방효과의 효율을 높일 수 있다. 또한, 제습을 하면 불쾌지수가 떨어지기 때문에, 이 점에서도 냉방효과를 높일 수 있다. 본 발명의 실내환경 조정시스템의 냉방기능은 방사열을 냉각제습면으로부터 흡수하는 방식이기 때문에, 통상의 대류식 냉방장치와 같이 실온을 5℃ 이상 낮추는 강제냉방효과는 없다. 하지만, 상술한 제습기능을 병용함으로써 인체로부터 실내를 구성하는 건재로의 방사열의 흡수효율을 높이고, 또한 여름철의 고온다습을 완화하여 쾌적한 주거환경을 제공할 수 있다.
이러한 냉방구조에 따르면, 동일 분자 사이의 방사에 의한 열에너지의 이동을 이용하여 실내의 열에너지를 냉각제습면에 흡수시키기 때문에, 열에너지의 이동효율이 높고, 효과적으로 실내의 열에너지를 냉각제습면에 흡수시킬 수 있다. 또한, 냉각제습면은 냉각장치로 직접 냉각할 수 있으며, 높은 냉각효율을 얻을 수 있다. 그 때문에, 냉각제습면을 냉각하는데 필요한 에너지의 이용효율을 높일 수 있다.
또한, 식혀진 공기의 이동을 이용하지 않기 때문에, 대류방식의 냉방에서와 같은 기류가 피부에 직접 닿는 것에 의한 문제가 발생하지 않는다. 또한, 냉기의 이동을 이용하지 않고, 방사가 실내에서 일정하게 이루어지기 때문에, 실내에서 수직방향의 온도분포의 차를 줄일 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에서는, 방의 내면을 구성하는 부재가 발생하는 원적외선의 방사를 이용한 인체로의 열량 공급, 또는 방사열을 흡수하기 쉽게 한 방의 내면을 구성하는 부재로의 인체로부터의 열량 흡수를 실시한다. 이 때문에, 대류식과 비교하여 에너지의 손실이 작고, 에너지의 이용효율이 높다. 대류식인 경우, 공기를 가열 또는 냉각하고, 그 공기에 의해 인체가 가열 또는 냉각되는 2단계의 열교환을 거쳐야 하기 때문에, 열교환시의 손실이 크다. 이에 대하여, 본 발명에서는 공기 중의 원적외선 흡수성분의 가열 또는 냉각도 이루어지는데, 방사를 이용하여 인체와의 사이에서 직접 열교환을 하기 때문에, 열교환시의 손실을 줄일 수 있다. 또한, 마루면이나 벽면을 온열원 또는 냉열원으로서 이용하기 때문에, 실내 전체에 대하여 구석구석 방사의 영향을 미치게 할 수 있다. 이 때문에, 효과의 균일성이 높고, 난방 또는 냉방시의 에너지 이용효율을 높일 수 있다.
상기 (1)의 시스템에서의 원적외선 방사물질로는, 원적외선의 방사율이 0.8 이상인 재료가 바람직하다. 이와 같은 재료로는 천연 석재나 각종 세라믹 재료 안에서 원적외선의 방사율이 0.8 이상인 것을 선택하면 좋다. 한편, 방사율은 더 높은 쪽이 보다 바람직하고, 구체적으로는 0.9 이상이면 보다 높은 효과를 얻을 수 있다. 여기서는, 재료의 방사율은 동일 조건에서의 이상적인 흑체의 원적외선의 방사에너지를 W0이라고 하고, 그 재료의 원적외선의 방사에너지를 W라고 하였을 경우, (W/W0)에 의해 정의된다. 한편, 원적외선은 파장이 3㎛~1000㎛인 전자파를 말한다.
본 발명에서는 동일 재료 사이에서 방사열의 전달이 고효율로 이루어지는 현상을 이용하기 때문에, 원적외선 방사물질의 방사율이 상기 값을 밑돌면, 원적외선의 방사 및 흡수시의 손실이 증대되고, 난방 및 냉방시의 투입 에너지의 이용효율이 떨어진다. 예를 들어, 금속인 경우, 방사율이 낮기 때문에, 방사/흡수를 이용한 열을 교환하는 능력(열교환용량)이 줄고, 열의 전달이 주로 대류에 의존하게 된다. 이 경우, 본 발명의 효과를 얻을 수 없다. 한편, 목재와 같이 열용량이 작은 재료도 열교환용량이 작기 때문에 본 발명에서의 원적외선 방사물질로서는 바람직하지 못하다.
마루면, 벽면 및 천장면에서의 원적외선 방사물질의 함유율은 3중량% 이상인 것이 바람직하다. 실험 데이터에 따르면, 이 함유율이 3중량% 이상이 되면, 상술한 방사현상을 이용한 열교환의 현저한 효과가 얻어지는 것이 판명되었다. 한편, 이 함유율이 20중량%를 넘으면, 열교환 효율의 포화경향이 보인다. 따라서, 원적외선 방사물질의 함유율의 상한은 20~30중량% 정도가 된다. 한편, 원적외선 방사물질을 그 이상의 비율로 함유시켜도 된다. 또한, 원적외선 재료 자체로 마루면이나 벽면이나 천장면을 구성하여도 된다. 한편, 상기 (1)의 시스템에서, 벽 및 천장에 원적외선 방사물질을 함유시켜도 된다. 가열면 및 냉각제습면으로서 기능하게 하는 부분은 방사/흡수에 의한 열교환용량을 확보한다는 관점에서 원적외선 방사물질의 함유량을 더욱 늘리는 것이 바람직하다.
상기 (2)의 시스템은, 원적외선의 방사율이 0.8 이상인 재료로서 천연석재를 사용하고, 마루면을 이 천연석재를 가공한 석재 마루판 패널로 구성하며, 마루면을 상술한 가열면으로서 사용하는 상기 (1)의 시스템에 상당한다. 상기 (2)의 시스템에 따르면, 마루면을 원적외선의 방사특성이 뛰어난 석재 패널로 구성함으로써, 마루면을 열용량이 큰 축열층으로서 기능하게 할 수 있으며, 상술한 난방효과 및 냉방효과를 보다 효과적으로 얻을 수 있다. 또한, 마루면을 가열면으로 함으로써, 난방시에 마루난방 효과를 얻을 수 있다.
상기 (3)의 시스템은, 벽면 또는 천장면이 원적외선의 방사율이 0.8 이상인 재료의 분쇄재를 포함하고 있는 상기 (1) 또는 (2)의 시스템에 상당한다. 예를 들어, 원적외선의 방사율이 높은 석재를 이용하는 경우, 석재 자체를 벽면이나 천장면으로 하는 것은 재료 비용이나 시공 비용의 점에서 어려운 경우가 있다. 이와 같은 경우, 기존의 벽면(예를 들어, 회반죽벽)이나 건재(예를 들어, 석고보드) 중에 해당 석재를 분쇄하고 모래형상으로 한 것을 섞어서, 그 건재에 원적외선 방사물질로서의 기능을 부여한다. 이렇게 함으로써, 종래부터의 주택구조나 건축공법을 이용하여 본 발명을 실현할 수 있다. 또한, 분쇄함으로써 원적외선 방사물질의 표면적이 늘어나고, 원적외선의 방사율이 높아지는 우위성도 얻어진다.
특히, 마루면을 석재의 마루판 패널로 구성하고, 벽면이나 천장면을 통상의 건재에 이 석재를 분쇄한 것을 포함시킨 것으로 구성하면, 난방효과 및 냉방효과의 상승이 빠른 실내환경 조정시스템을 얻을 수 있다. 이 경우, 마루면은 석재 자체로 구성되어 있기 때문에, 열용량이 상대적으로 크다. 이에 대하여, 벽면이나 천장면은 마루면을 구성하는 석재를 분쇄한 것을 포함하는 건재이기 때문에, 마루면에 비하면 상대적으로 열용량은 작다. 따라서, 방사를 통한 마루면의 온도변화의 영향이 벽면과 천장면에 미치기 쉽다. 이 때문에, 원적외선의 방사흡수에 의해 마루면의 온도에 벽이나 천장의 온도가 추종하는 속도는 빠르고, 전원을 켜고나서 난방 또는 냉방의 효과를 느낄 때까지의 시간이 짧아진다. 한편, 이 효과를 얻기 위해서는 벽면이나 천장면의 열용량이 작을수록 유리하기 때문에, 이러한 점에서도 벽면이나 천장면에서의 석재의 분쇄재의 함유량의 상한은 20~30중량% 정도로 하는 것이 바람직하다.
상기 (4)의 시스템은, 마루면과 벽면, 또는 마루면과 천장면은, 그 합계 열용량이 실내 공기용적의 열용량의 2배 이상인 상기 (1)~(3) 중 어느 하나의 시스템에 상당한다. 여기서, 실내 공기용적의 열용량은 기온 20℃, 습도 50%의 조건에서 측정한 값을 이용한다. 상기 (1)~(3)의 시스템에서는, 방을 구성하는 내면의 부재에 원적외선 방사물질을 함유시킴으로써, 상기 원적외선 방사물질로부터의 원적외선의 방사에 의한 난방, 혹은 상기 원적외선 방사재료의 원적외선의 흡수에 의한 냉방이 이루어진다. 이 때, 원적외선의 방사가 이루어지는지 혹은 원적외선의 흡수가 이루어지는지는, 열적인 평형상태로부터의 어긋남 정도, 다시 말해 열구배(熱勾配)의 방향에 따라 결정된다.
이 열구배의 방향은 물체 A와 물체 B가 있을 경우, 상대적으로 고온인 물체로부터 상대적으로 저온인 물체로의 방향이 된다. 열역학의 원리로부터, 가령 양자의 온도가 같다면, 열의 이동은 발생하지 않는다. 또한, 물체 A로부터 물체 B로 열을 주어 물체 B를 가열하는 경우, 양자의 열용량이 같은 정도이면, 바로 열평형에 도달하여 열의 이동이 없어지기 때문에(즉, 가열작용이 약하기 때문에), 물체 A의 열용량은 물체 B의 열용량보다 큰 값인 것이 중요해진다. 이는 물체 A에 열을 흡수시켜서 물체 B를 냉각하는 경우에도 마찬가지이다.
이상으로부터 상기 (4)의 시스템에서는, 상기에서 논의한 물체 A에 상당하는 마루면과 벽면, 또는 마루면과 천장면의 열용량을, 상기에서 논의한 물체 B에 상당하는 실내공기의 열용량의 2배 이상으로 한다. 이렇게 함으로써, 실내공기 중의 원적외선 흡수성분의 가열 또는 냉각을 효과적으로 실시할 수 있다.
상기 (5)의 시스템은, 냉각제습면이, 냉각되는 금속재료와, 이 금속재료의 표면을 피복한 원적외선 방사율이 0.8 이상인 재료를 포함하는 피복층을 구비하는 상기 (1)~(4) 중 어느 하나의 시스템에 상당한다. 상술한 바와 같이, 여기에 개시하는 발명에서는, 원적외선을 통한 열의 전달이 동일 분자 사이(동일 재료 사이)에서 가장 효율적으로 이루어지는 물리학상의 기본원리에 근거하고 있다. 따라서, 실내의 열방사를 흡수하는 냉각제습면의 표면도 통상의 열전도를 우선한 금속재료에서는 방사열의 흡수효율이 낮고(금속면은 양호한 원적외선 반사면임), 상술한 본 발명의 원리는 효과적으로 기능하지 않는다.
상기 (5)의 시스템에 따르면, 냉각제습면의 표면이 마루면과 벽면, 혹은 마루면과 천장면에 원적외선 방사물질에 의해 피복되어 있기 때문에, 냉각제습면과 마루면 및 벽멱과의 사이, 또는 냉각제습면과 마루면 및 천장면과의 사이에서의 방사를 통한 열량의 이동을 고효율로 실시할 수 있다. 또한, 냉각제습면의 하지는 열전도성이 양호한 금속재료(예를 들어, 알루미늄이나 구리)로 구성되기 때문에, 냉각제습면의 표면을 효과적으로 냉각할 수 있다. 한편, 피복층 안의 원적외선 방사물질의 함유량이 적으면, 피복층의 방사열을 흡수하는 기능이 떨어지기 때문에, 피복층 안에서의 원적외선 방사물질의 함유량은 3중량% 이상, 바람직하게는 10중량% 이상으로 한다.
상기 (6)의 시스템은, 실내에서 발생하는 원적외선을 흡수하는 원적외선의 방사율이 0.8 이상인 제1 재료를 포함하는 실내의 내면 구성부재와, 상기 제1 재료를 포함하고 냉각됨으로써 상기 제1 재료가 방사하는 원적외선을 흡수하는 냉각제습면과, 상기 냉각제습면을 냉각하는 냉각제습장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 (6)의 시스템에서, 실내의 내면 구성부재라는 것은 마루, 벽 및 천장을 구성하는 부재의 적어도 일부를 말한다. 상기 (6)의 시스템에 따르면, 냉각제습면을 냉각함으로써, 냉각제습면에 대한 내면 구성부재로부터의 열구배를 의도적으로 형성하고, 그에 의해 내면 구성부재로부터 냉각제습면에 대한 방사열의 흐름을 만들어서 내면 구성부재가 가지고 있는 열량을 떨어뜨리고, 실내에 있는 사람이나 실내의 공기로부터 내면 구성부재로의 열구배를 형성한다. 이렇게 함으로써, 실내에 있는 사람이나 실내공기 중의 원적외선 흡수성분으로부터의 열방사를 내면 구성부재에 적극적으로 흡수하게 하여 냉방효과를 얻는다.
상기 (6)의 시스템에 따르면, 방사를 이용한 인체의 냉각을 함으로써 냉풍을 만들고, 그것을 실내에 공급하는 대류식 냉방시스템과 비교하여, 에너지의 이용효율을 높일 수 있다. 특히, 냉기를 피부에 닿게 하는 방법이 아니기 때문에, 냉기가 피부에 닿아서 불쾌감이 생기거나 건강에 악영향이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
냉기를 피부에 닿게 하는 방식(즉, 종래의 대류식)의 공조 시스템에서는, 냉기를 만들고, 그것을 사람에게 닿게 하여 사람으로부터 열을 빼앗는 2단계의 열교환이 필요하기 때문에, 열교환시의 에너지 손실(변환손실)이 크다. 그 때문에, 변환손실분을 예측하고 과도하게 공기를 냉각해야 하기 때문에 실내의 기온을 과도하게 떨어뜨리는 설정이 되는 경향이 있다. 이것이 소위 냉방병의 원인이 된다.
상술한 방사를 이용한 인체의 냉각에서는 상기 변환손실을 억제할 수 있고, 또한 직접 인체를 냉각하기 때문에 상술한 바와 같이 과도하게 실내공기를 식힐 필요가 없다. 그 때문에, 냉방병 발생을 억제할 수 있다.
본 발명의 시스템은, 방을 구성하는 건재(마루, 벽 및 천장을 구성하는 부재)에서의 원적외선의 방사와 흡수 현상을 이용하고 있다. 따라서, 이 현상을 나타내는 건재의 사용비율이 낮으면, 그 효과도 떨어진다. 그래서, 마루면과 벽면, 또는 마루면과 천장면의 전면적에 대한 원적외선 방사물질을 함유하는 부분의 면적 비율을 50% 이상, 바람직하게는 60% 이상, 보다 바람직하게는 70% 이상으로 한다. 이렇게 함으로써, 방사를 이용한 난방기능과 냉방기능을 효과적으로 얻을 수 있다.
상기 (7)의 시스템은, 내면의 적어도 일부에 원적외선 방사물질을 함유하는 제1 방과, 이 방에 배치되고 상기 원적외선 방사물질을 구성하는 분자와 동일한 분자로 이루어지는 물질을 포함하며, 냉각됨으로써 결로에 의한 제습을 실시하는 냉각제습면과, 상기 냉각제습면에 결로하는 물방울을 모아서 수집하는 물방울 수집수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (8)의 시스템은, 내면의 적어도 일부에 원적외선 방사물질을 함유하는 제1 방과, 이 방에 배치되고 상기 원적외선 방사물질을 구성하는 분자와 동일 분자로 이루어지는 물질을 포함하며, 가열되는 가열면을 구비하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 원적외선 방사물질을 구성하는 분자와 동일한 분자로 이루어지는 물질이라는 것은, 그 원적외선 방사물질과 동일 분자종의 물질(동일 조성 및 동일 분자 구조를 가진 물질)을 말한다.
상기 (7) 및 (8)의 시스템에서, 방 내면에 차지하는 원적외선 방사물질을 구성하는 분자와 동일한 분자로 이루어지는 물질을 포함하는 부분의 비율은 25% 이상이 바람직하고, 또한 40% 이상이 바람직하며, 더욱이 60% 이상이 바람직하다. 이는, 방 내면의 면적을 이용하여 인체로부터의 열방사를 흡수하거나 또는 인체로 열방사를 공급하기 때문에, 열교환에 기여하는 부분의 면적의 비율이 클수록 냉방효과 또는 난방효과가 높아지기 때문이다. 방의 내면은 방 내측의 면이고, 거기에는 마루면, 벽면, 천장면, 더욱이 복도나 다른 방과의 사이의 문, 수납 문, 창문 등의 개구부가 포함된다.
본 발명의 시스템에서는, 벽면, 마루면 및 천자면으로부터 선택된 1개 또는 복수개의 면에 동일한 원적외선 방사물질을 함유시킨 구성이 가능하다. 하지만, 일반적인 주거에서는, 냉각제습면 또는 가열면으로서 기능하는 면에 포함되는 것과 동일한 원적외선 방사물질을 함유시키는 부위로서 벽면이 가장 효과적이다. 이는, 일반적인 주거의 방에서는 벽면의 면적이 실내를 구성하는 면의 가장 큰 면적을 차지하는 경우가 많고, 또한 인체의 자세에 상관없이 인체로부터의 방사를 효과적으로 받는 면이기 때문이다. 한편, 비용이 허용된다면, 마루면, 벽면, 천장면 중 2면 이상, 보다 바람직하게는 모두에 원적외선 방사물질이 포함되도록 하면 가장 큰 효과가 있다.
상기 (7)의 시스템에 따르면, 냉각제습면이 냉각되면, 제1 방의 내면(예를 들어, 벽면)에 포함되는 원적외선 방사물질에 대하여, 냉각제습면에 포함되는 원적외선 방사물질의 온도가 상대적으로 떨어진다. 온도차가 있는 물체 사이에서는, 상대적으로 고온의 물체로부터 저온의 물체로 열방사가 이루어진다. 이 때, 이동하는 방사에너지는 슈테판-볼츠만의 법칙으로부터 온도의 4승의 차에 비례한다. 또한, 이 현상이 동일 물질 사이(동일 분자종 사이)에서 작용하는 경우, 분자진동이 같기 때문에 공명현상을 이용한 에너지 교환의 경우와 마찬가지로 열에너지의 이동이 고효율로 이루어진다.
이러한 현상에 의해, 냉각된 냉각제습면에 제1 방의 내면으로부터 열방사의 형태로 열에너지가 이동한다. 이 열에너지는 냉각제습면을 냉각하는 냉각수단으로부터 계외로 배출된다. 열방사의 형태로 열에너지를 잃은 제1 방의 내면에 포함되는 원적외선 방사물질은 그 만큼 온도가 떨어진다. 가령, 냉각제습면과 제1 방의 내면에 동일한 원적외선 방사물질이 포함되어 있지 않은 경우, 상기 동일 분자종 사이의 열방사를 통한 고효율의 에너지 수송이 발생하지 않고, 온도저하의 효과가 낮아진다.
제1 방의 내면에 포함되는 원적외선 방사물질의 온도가 떨어지면, 고체 사이의 열전도에 의해 그 모재(기재)인 벽 표면 부분의 온도도 떨어진다. 그 결과, 제1 방의 내면의 원적외선 방사물질을 함유하는 부분의 인체로부터의 원적외선을 흡수하는 기능이 높아진다. 바꾸어 말하면, 제1 방의 내면의 원적외선 방사물질을 함유하는 부분과 인체와의 온도차가 커지고, 각 온도의 4승의 차에 비례하여 인체로부터의 방사에너지가 제1 방의 내면에 흡수되기 쉬운 상태가 된다. 또한, 이 때, 인체로부터 냉각제습면으로 직접적인 열방사의 흡수작용도 작용한다.
제1 방의 내면은 냉각제습면의 면적에 비례하여 큰 면적을 확보할 수 있기 때문에, 제1 방의 내면에 대하여 인체로부터 열방사되는 총량은, 제1 방 내면의 원적외선 재료가 포함되는 부분의 면적으로 효과가 나타난다. 이 때문에, 인체로부터의 열방사가 넓은 면적 부분에서 흡수된다. 이 인체로부터의 열방사는 최종적으로 냉각제습면에 흡수되고, 계외로 배출된다. 이 인체로부터의 열방사가 제1 방의 내면을 통하여 냉각제습면에 흡수되는 현상이, 본 발명에서의 냉방효과의 원리이다. 바꾸어 말하면, 열방사를 통한 열에너지의 이동에 의해 방의 내면을 냉각하고, 그곳을 간접적(2차적)인 냉열원으로서 기능하게 함으로써, 냉각제습면 뿐만 아니라, 방의 내면에도 인체로부터의 열방사를 적극적으로 흡수시키는 것이 본 발명의 원리라고 할 수 있다. 한편, 여기서는 사람이 시원함을 느끼는 효과를 냉방효과라고 표현한다. 또한, 반대로 사람이 따뜻함을 느끼는 효과를 난방효과라고 표현한다.
상술한 제1 방에서의 냉방효과의 원리는, 냉각제습면과 원적외선 방사물질을 함유한 방 내면 부분이 보이는 범위에 존재하지 않고 사이에 장해물이 있어도 작용한다. 이 경우, 서로 보이는 범위에 원적외선 방사물질을 함유한 벽면이나 천장면 등이 있으면, 그것을 경유한 열방사를 이용한 열에너지의 이동이 일어나고, 최종적으로 냉각제습면에 열이 흡수되게 된다. 이 경우에도 방 내면에 포함되는 원적외선 방사물질의 온도저하가 발생하여, 인체로부터의 원적외선을 흡수하는 것에 따른 냉방효과가 발휘된다. 이와 같이, 제1 방의 1차 냉열원(냉각제습면)이 보이지 않는 장소라도, 간접적인 열방사를 통한 열에너지의 이동에 의해, 그곳(예를 들어, 벽)을 간접적인 냉열원으로서 기능하게 할 수 있다.
여기서는, 제1 방의 1차 냉열원(냉각제습면)이 보이지 않는 장소로부터 1차 냉열원이 보이는 면을 경유하는 간접적인 열방사의 이용에 따른 냉방효과를 설명하였는데, 1차 냉열원이 보이지 않는 장소로부터 1차 냉열원에 이르는 열에너지의 이동에는, 원적외선 재료를 포함하는 2개 이상의 면이 관여할 수도 있다. 따라서, 1차 냉열원이 보이지 않는 소정의 장소로부터 보이는 범위에 1차 냉열원이 보이는 면이 없는 경우, 소정의 장소로부터 그 면을 경유하고, 더욱이 1차 냉열원이 보이는 다른 면을 경유하여 열에너지를 이동시키는 것(즉, 다단으로 전해지는 열방사의 이동)이 가능하다.
이 간접적인 방사를 통한 열에너지의 이동은, 동일 분자종 사이의 방사를 통한 에너지의 이동이 고효율로 이루어지는 원리에 의해 현저한 현상으로서 기능한다. 따라서, 서로 다른 분자종의 재료 사이에서는, 그것들이 0.6 이상의 방사율을 가지는 원적외선 방사물질이어도 상술한 간접적인 열에너지의 이동이 유효해지지 않는다.
또한, 냉각제습면은 결로에 의한 제습을 하기 때문에, 상기 냉방효과와 함께 제습에 따른 쾌적성을 얻을 수 있다. 공기 중의 수분은 원적외선의 양호한 흡수재료이기 때문에, 공기 중의 수분을 제거함으로써 상술한 열방사를 이용한 냉방효과를 더욱 효과적으로 작용시킬 수 있다. 또한, 냉각제습면의 기재는 냉각효율(또는 가열효율)의 점에서 열전도가 양호한 금속(알루미늄, 철, 동, 그 밖에 합금 등)으로 구성하는 것이 바람직한데, 금속은 방사율이 낮기 때문에, 그대로는 냉각하여도 결로에 의한 제습효과가 충분히 발휘되지 않는다. 이는, 금속의 낮은 방사율에 기인하여 금속 표면 근방의 공기 중에 포함되는 수분으로부터의 그 금속 표면에 대한 열방사의 흡수효율이 낮기 때문에, 그 수분을 결로에 의해 그 금속의 표면에 물방울로서 부착시키는 효율이 낮기 때문이다. 이에 대하여, 본 발명에서는 냉각제습면에 방사율이 높은 원적외선 방사물질을 함유시키고 있기 때문에, 냉각제습면의 방사율을 높일 수 있으며, 냉각제습면 근방의 공기 중에 포함되는 수분으로부터의 냉각제습면에 대한 열방사의 흡수효율을 높일 수 있다. 이 때문에, 결로에 의해 냉각제습면에 공기 중의 수분을 물방울로서 부착시키는 효율을 높일 수 있다. 즉, 제습효과를 높일 수 있다.
이상이 냉방효과에 관한 설명인데, 난방효과는 그 반대가 된다. 즉, 냉각제습면으로서 기능한 면을 가열하면 그것이 가열면이 되고, 그 가열면의 열이 제1 방의 내면의 원적외선 방사물질에 흡수되어 그 온도가 상승한다. 그리고, 제1 방의 내면의 원적외선 방사물질의 온도가 상승함으로써, 그곳으로부터의 원적외선의 방사량이 증가하고, 그에 의해 제1 방 안에 있는 사람으로부터 방의 내면에 흡수되는 열방사량이 줄어, 그에 따라 난방효과가 작용한다. 한편, 이 난방시에 원적외선 방사물질을 함유한 방 내면의 온도가 체온보다 높아지면, 그 부분으로부터 인체에 대하여 열방사가 발생하고, 보다 높은 난방효과가 얻어진다.
이상의 냉방효과 혹은 난방효과를 얻기 위해서는, 원적외선 방사물질을 함유한 방 내면에서의 원적외선 방사물질의 함유량을 1중량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 더욱이 3중량% 이상으로 하면 보다 더 효과를 얻을 수 있다. 이는, 상기 원적외선 방사물질을 구성하는 분자와 동일한 분자로 이루어지는 물질을 포함하는 냉각제습면이나 가열면에서도 같다. 이 함유량값이 1중량%를 밑돌면, 열방사의 이동이 고효율로 이루어지는 효과가 떨어진다. 또한, 그 함유량의 상한은 방의 내면(벽면 등)이면 20~30중량% 정도이다. 한편, 냉각제습면이나 가열면은 포함시킬 수 있는 범위에서 보다 많은 원적외선 방사물질을 함유시키는 것이 바람직하다.
상기 (7)의 시스템을 이용하는 경우, 고효율의 에너지 이동을 이용하기 때문에, 냉각제습면이 차지하는 면적을 억제할 수 있다. 이 때문에, 시공비용을 억제할 수 있고, 또한 인테리어나 실내면적의 유효이용이라는 관점에서도 이익이 된다. 더욱이, 열방사를 통한 열에너지의 이동에 의한 냉방효과이기 때문에, 공기를 식히고, 그 공기를 사람에게 닿게 하여 인체를 시원하게 하는 에어콘에 의한 냉방과 비교하여, 에너지 형태의 변형을 동반한 열교환의 횟수가 줄어서, 그만큼 열교환시의 교환손실이 줄기 때문에, 소비 에너지도 억제할 수 있다.
방의 용도는 한정되지 않고, 복도, 통로, 세면소, 화장실, 현관의 실내측 공간, 광 등이어도 되고, 또한 점포, 공공시설의 방, 창고, 사무실, 동물을 사육하는 방, 창고, 식품 등의 보관실이어도 된다. 또한, 방은 탈 것의 승원실이나 짐칸이어도 된다.
원적외선 방사물질로는 원적외선의 방사율이 0.6 이상이면 이용가능하고, 0.8 이상인 재료가 바람직하다. 이와 같은 재료로는 천연석재나 각종 세라믹 재료 안에서 원적외선의 방사율이 0.6 이상인 것을 선택하면 된다. 한편, 방사율은 더욱 높은 쪽이 보다 바람직하고, 구체적으로는 0.9 이상이면 보다 높은 효과를 얻을 수 있다. 여기서, 재료의 방사율은 동일 조건에서의 이상적인 흑체의 원적외선의 방사에너지를 W0이라고 하고, 그 재료의 원적외선의 방사에너지를 W라고 하였을 경우, (W/W0)에 의해 정의된다. 방사율값은 실제 사용온도에 가까운 실온(예를 들어, 25℃)에서 측정하는 것이 바람직하고, 예를 들어, 인체에 대한 열적인 작용이 큰 10㎛ 부근에서의 값을 채용하면 좋다.
원적외선 방사물질의 방사율이 상기 값을 밑돌면, 투입 에너지의 이용효율이 떨어진다. 예를 들어, 금속의 경우, 방사율이 낮기 때문에, 방사/흡수를 이용한 열 교환을 하는 능력(열교환용량)이 작고, 열의 전달이 주로 대류에 의존하게 된다. 이 경우, 본 발명의 효과가 얻어지지 않는다. 또한, 목재와 같이 열전도율이 작은 재료는 냉각제습면의 냉각효율, 또는 가열면에서의 가열효율이라는 점에서 불리해진다. 예를 들어, 목재를 식혀서 결로에 의한 제습을 하는 것은 효율이 낮고, 현실적이지 않다. 따라서, 본 발명에 이용하는 원적외선 방사물질은 천연석이나 세라믹 재료인 것이 바람직하다. 한편, 열교환용량은 그 재료의 (방사율/열용량)에 비례하는 파라메터이다.
한편, 원적외선 방사물질을 구성하는 분자와 동일한 분자로 이루어지는 물질의 형태는 서로 달라도 된다. 예를 들어, 동일 분자종이면, 한쪽이 일체물이고 다른 쪽이 분체이어도 된다. 또한, 양쪽 모두 분체이나, 입경이나 입자의 형태가 달라도 된다. 또한, 기재에 대한 배합량이 달라도 된다. 상기 (7)의 실시예와 상기 (8)의 실시예는 하나의 시스템 중에서 전환하여 이용하여도 되고, 개별적으로 이용하여도 된다.
상기 (9)의 시스템은, 제1 방에 인접하여 내면의 적어도 일부에 원적외선 방사물질을 구성하는 분자와 동일한 분자로 이루어지는 물질을 포함하는 제2 방을 구비하는, 상기 (7) 또는 (8)의 시스템에 상당한다.
상기 (7)의 시스템에 관한 설명에서 설명한, 동일한 원적외선 방사물질 사이의 열방사의 이동을 이용한 냉방효과는 제1 방에 인접한 제2 방에도 미친다. 예를 들어, 제1 방과 제2 방이 개구를 통하여 연결되어 있으면, 그 개구를 통한 열방사의 이동이 일어나고, 제2 방에서의 원적외선 방사물질을 함유한 부분의 온도저하가 발생한다. 이 때, 두 방을 잇는 개구의 면적이 작고, 제1 방 안의 냉각제습면이 보이지 않는 제2 방에서의 원적외선 방사물질을 함유하는 부분이 있어도, 상술한 간접적인 열에너지의 이동현상에 의해 두 방의 내면 사이의 온도차가 시정되어, 제2 방에서의 냉방효과가 작용한다. 이 점은 난방효과에서도 마찬가지이다.
또한, 제1 방과 제2 방이 원적외선을 흡수하는 재질의 칸막이 부재에 의해 나뉘어져 있어도, 그것이 원적외선의 반사성 재료(예를 들어, 금속)가 아니면, 그 칸막이 부재를 통한 열방사에 의한 열에너지의 이동이 냉각제습면 및 제1 방 내면과 그 칸막이 부재와의 사이, 더욱이 그 칸막이 부재와 제2 방 내면과의 사이에서 일어난다. 즉, 제2 방에서의 원적외선 방사물질을 함유한 부분의 열이 열방사의 형태로 칸막이 부재를 통하여 최종적으로 냉각제습면에 흡수되는 작용이 작용한다. 이에 의해 제2 방에서의 냉방효과가 작용한다. 한편, 이러한 효과는, 칸막이 부재에서의 열방사 이동시의 손실이 있기 때문에, 그 칸막이 부재가 없는 경우와 비교하면 효과의 정도는 낮아진다. 이 점은 난방효과에서도 마찬가지이다.
상기 (9)에서는 제1 방과 제2 방의 관계밖에 나타나 있지 않지만, 더욱이 제1 방에 인접하여 제3 방이나 제4 방이 있어도 된다. 또한, 제2 방에 인접하여 제3 방이 있어도 된다. 후자의 경우, 제2 방을 통하여 제2 방의 냉방효과(또는 난방효과)가 제3 방에 미치기 때문에, 얻어지는 냉방효과(난방효과)는 제2 방의 경우보다 떨어진다.
또한, 제2 방이 굴곡되어 있는 경우에도, 그 굴곡한 앞 부분에 원적외선 방사물질을 함유한 내면(예를 들어, 벽면 등)이 있고, 상술한 다단에 걸친 열방사의 이동이 가능하면, 그 굴곡한 앞 부분까지 냉방효과(또는 난방효과)를 작용시킬 수 있다.
또한, 제1 방과 제2 방에서의 원적외선 방사물질의 이용상황은 같아도 되고, 그렇지 않아도 된다. 예를 들어, 제1 방에서는 마루면과 벽면과 천장면의 3곳에 원적외선 방사물질을 함유시키고, 제2 방에서는 벽면과 천장면 2곳에 원적외선 방사물질을 함유시키는 구성도 가능한다. 한편, 제2 방의 내면에서의 원적외선 방사물질의 함유량에 관한 한정은 제1 방과 같다. 또한, 내면의 정의도 제1 방의 경우와 같다.
상기 (9)의 시스템에 따르면, 냉방효과를 위한 에너지 소비를 필요로 하는 냉각제습면은 제1 방에 있으면 되고, 제2 방에는 필요없다. 칸막이 수단에 의해 제1 방과 제2 방을 물리적으로 나눈 상태에서도 상술한 바와 같이 냉방효과가 발휘된다. 즉, 제1 방과 제2 방을 나누고, 사생활나 독립성을 확보한 상태에서도, 제1 방에서의 냉각제습면을 냉각함으로써 제1 방에서의 냉방효과와 제2 방에서의 냉방효과를 동시에 얻을 수 있다.
단순히 냉방사를 이용한 냉방효과를 얻고 싶은 것이면, 제1 방과 제2 방의 내벽 전체를 냉각하고, 그것을 냉방사면으로 하면 가능하지만, 설비가 커지고 시공비가 크게 올라가며, 더욱이 소비 에너지도 팽대해진다. 또한, 냉각설비를 벽의 실내측에 배치해야 하기 때문에, 방의 유효 이용면적이 감소한다. 이 점에서, 상기 (9)의 시스템은 유리해진다. 이들의 우위성은 난방효과를 얻는 경우도 마찬가지이다.
상기 (10)의 시스템은, 제1 방의 벽면이 상기 원적외선 방사물질을 구성하는 재료의 분쇄재를 1중량% 이상 포함하는 도벽인 상기 (7) 또는 (8)의 시스템에 상당한다. 상기 (10)의 시스템에 따르면, 도벽의 원료에 원적외선 방사물질의 분쇄물을 섞으면 되기 때문에, 시공에 종래부터의 공법을 채용할 수 있고, 시공 비용을 억제할 수 있다. 또한, 도벽은 종래부터 일반주택 등에서 채용되고 있는 벽면이기 때문에, 종래의 주택에 친숙한 사람에 대한 친화성이 높다는 우위성이 있다.
도벽은 벽을 구성하는 재료를 벽의 하지의 위에 바름으로써 형성한 벽으로, 구체적인 예로는 회반죽벽, 규조토벽, 플라스터(plaster)벽, 섬유벽(경벽(일본의 전통적인 도벽의 일종으로, 교토를 중심으로 발달한 덧칠기법에 의한 벽)이나 쥬라쿠벽(일본의 전통적인 토벽의 일종으로, 쥬라쿠다이 지역에서 산출된 흙을 이용함) 등), 모래벽, 흙벽 등을 들 수 있다. 도벽은 벽면으로 한정되지 않고, 천장벽이어도 된다.
원적외선 방사물질과 동일한 재료의 분쇄재를 도벽에 배합하는 비율을 3중량% 이상으로 하면 더욱 현저한 효과가 얻어진다. 이 분쇄재의 배합비율의 상한은 20~30중량% 정도이다. 그 이상 배합비율을 늘려도 효과가 포화하고, 또한 도벽의 시공성이나 재질에 악영향이 온다. 한편, 배합비율은 시공후의 건조상태에서의 값이다.
원적외선 방사물질과 동일한 재료의 분쇄재를 배합하는 대상은, 도벽 이외에 석고패널 등의 내장용 패널(내장용 보드), 벽지로 대표되는 내장용 시트형상의 건재(재질은 수지이어도 가능), 도료층(도장면), 장지나 맹장지의 종이 등의 방 안에 노출하는 면을 구성하는 부재, 벽지 등을 붙이기 위한 접착층, 마루를 덮는 시트형상의 부재, 나무결 등의 인쇄가 실시된 화장시트, 글라스 등이어도 된다. 한편, 이 재료들에서의 상기 분쇄물의 배합비율의 하한은 도벽의 경우와 같다. 또한, 그 상한은 각 재료에 따라 다르지만, 대체로 도벽의 경우와 같다. 한편, 분쇄물의 형상은 입자형상이어도 되고, 섬유형상이어도 된다. 또한, 부정형 형상으로 분쇄한 것이어도 된다.
상기 (11)의 시스템은, 제1 방과 제2 방을 나누는 칸막이 수단을 구비하고, 이 칸막이 수단은 원적외선 방사물질을 구성하는 분자와 동일한 분자로 이루어지는 물질을 포함하는, 상기 (9)의 시스템에 상당한다. 상기 (11)의 시스템에 따르면, 동일 분자종 사이에서의 열방사를 통한 열에너지의 이동이 고효율로 이루어지는 원리에 의해, 칸막이 수단을 통한 제1 방과 제2 방 사이에서의 열방사 에너지의 이동효율이 높아진다. 이 때문에, 제1 방과 제2 방이 나뉘어져 있어도, 제1 방에서의 냉방효과 또는 난방효과를 효과적으로 제2 방에 미치게 할 수 있다. 한편, 칸막이 수단으로는 각종 문, 벽, 커튼 등을 들 수 있다. 또한, 칸막이 수단에서의 원적외선 방사물질을 구성하는 분자와 동일한 분자로 이루어지는 물질의 함유량은, 벽면 등의 경우와 마찬가지로 1중량% 이상이 바람직하고, 3중량% 이상이 보다 바람직하다.
상기 (12)의 시스템은, 제1 방 및/또는 제2 방은 개폐수단을 통한 수납을 구비하고, 폐쇄상태에서 개폐수단의 제1 방 또는 제2 방의 실내측 면은, 원적외선 방사물질을 구성하는 분자와 동일한 분자로 구성되는 물질을 포함하는, 상기 (9)의 시스템에 상당한다. 수납공간을 확보하였을 경우, 제1 방 및/또는 제2 방의 벽면에서의 수납 개구부가 차지하는 면적이 발생한다. 이 부분의 실내측 표면에 원적외선 방사물질을 구성하는 분자와 동일한 분자로 구성되는 물질을 포함시킴으로써, 이 부분을 원적외선 방사물질을 구성하는 분자와 동일한 분자로 구성되는 물질을 포함한 벽면과 마찬가지로 기능시킬 수 있다. 한편, 그 면에서의 원적외선 방사물질을 구성하는 분자와 동일한 분자로 구성되는 물질의 함유량은, 벽면 등의 경우와 마찬가지로 1중량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 3중량% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
수납문으로는 미닫이문, 도어와 같은 여닫이문, 롤형상으로 감을 수 있는 구조(롤스크린), 접이식 구조를 가지는 문을 들 수 있다. 또한, 그 재질은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 서양식 방의 수납이면 목제 문을 들 수 있고, 다다미방의 수납이면 장지나 맹장지를 들 수 있다.
본 발명에서는, 방 내면의 가능한 한 많은 부분에 냉열원(또는 온열원)에 포함시킨 원적외선 방사물질과 동일한 재료를 포함시키고, 그에 의해 방 내면을 열방사를 주고받는 면(2차 냉방사면 또는 2차 열방사면)으로서 이용하여, 효과적인 냉방효과 또는 난방효과를 얻고 있다. 상기 (12)의 시스템에 따르면, 수납문을 이용하여, 효율적으로 이 열방사를 주고받는 면을 확보할 수 있다.
상기 (13)의 시스템은, 냉각제습면이 금속의 표면에 형성된 원적외선 방사물질을 함유하는 코팅층에 의해 구성되어 있는 상기 (7)의 시스템에 상당한다. 금속의 표면에 원적외선 방사물질을 함유하는 코팅층을 형성함으로써, 금속이 가지는 높은 냉각효율(냉각하기 쉬운 성질)을 이용하는 동시에, 원적외선 방사물질 사이의 열에너지 이동에 의한 효과적인 냉방사 기능(열방사를 흡수하는 기능)을 얻을 수 있다. 또한, 코팅층의 방사율을 높일 수 있기 때문에, 공기 중의 수분으로부터의 열방사를 흡수하는 능력을 높일 수 있고, 결로에 의한 제습효율을 높일 수 있다. 즉, 높은 제습효과를 얻을 수 있다.
상기 (14)의 시스템은, 가열면이 금속의 표면에 형성된 원적외선 방사물질을 함유하는 코팅층에 의해 구성되어 있는 상기 (8)의 시스템에 상당한다. 상기 (14)의 시스템에 따르면, 금속이 가지는 높은 가열효율(가열하기 쉬운 성질)을 이용하는 동시에, 원적외선 방사물질 사이의 열에너지 이동에 따른 효과적인 열방사 기능을 얻을 수 있다.
상기 (13) 및 (14)에서의 코팅층 안의 원적외선 방사물질의 함유비율은 1중량%, 바람직하게는 3중량% 이상, 보다 바람직하게는 20중량% 이상으로 한다. 이 코팅층을 구성하는 원적외선 방사물질 이외의 재료로는, 도료, 유기 바인더, 무기 바인더, 각종 접착제나 퍼티(putty), 각종 충전제 등을 들 수 있다. 예를 들어, 도료나 무기 바인더에 원적외선 방사물질의 분쇄물을 섞고, 그것을 금속면에 바름으로써 상기 코팅층을 얻을 수 있다. 이 때, 경화상태에서 원적외선 방사물질이 코팅층 안에 1중량%, 바람직하게는 3중량% 이상, 보다 바람직하게는 20중량% 이상 포함되도록 혼합량을 조정하면 된다.
상기 (7)~(14) 중 어느 한 시스템에서, 방 내면의 원적외선 방사재료를 포함시킨 층의 바깥쪽(실내의 반대쪽)에 금속박 등의 원적외선을 반사하는 반사부재를 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 이 반사부재의 바깥쪽에 더욱이 단열재를 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 (7)~(14) 중 어느 한 시스템에서, 방에 창문 등의 개구부가 있고, 그곳에 금속제 블라인드 등을 배치하여, 외부로부터 방 안으로의 열방사를 억제하는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 이 창문에는 바깥쪽에 금속박 등의 원적외선의 반사층을 구비하고, 안쪽에 원적외선 방사물질을 함유시킨 층을 구비한 부재(예를 들어, 그와 같은 구조를 가진 롤스크린)를 배치하여, 창의 개구부에 원적외선 방사물질을 함유시킨 벽면과 같은 기능을 부여하는 것이 바람직하다.
상기 (15)~(17)에 기재된 생활환경의 조정방법은, 동일 분자종 사이에서의 열방사를 통한 전열이 동일 분자종 사이가 아닌 경우와 비교하여 고효율로 이루어지는 현상을 이용한 것으로, 냉각되는 면과 방 내면의 적어도 일부에 동일한 원적외선 방사물질을 함유시킴으로써, 방의 내면(예를 들어, 벽면)을 원적외선의 흡수부재(2차적인 냉방사원)로서 기능하게 한다. 더욱이, 의류 등을 구성하는 천에 원적외선 방사물질을 함유시킴으로써, 그 천에서 방사되는 원적외선을 상기 방의 내면 및 냉각되는 면에 흡수시키고, 그에 의해 상기 천으로부터의 열방사량이 감소한 상태를 만들어낸다. 이렇게 함으로써, 인체로부터의 열방사가 그 천을 이용한 의류 등에 흡수되기 쉬운 환경을 만들어낸다. 또한, 냉각면을 가열면으로 변경함으로써, 인체로부터 열방사의 형태로 잃는 열량을 줄이는 환경을 만들어낸다.
구체적으로 말하면, 상기 (15)에서는, 내면의 적어도 일부에 원적외선 방사물질을 함유하는 방에 있어서, 상기 방 안에 배치되고 상기 원적외선 방사물질을 구성하는 분자와 동일한 분자로 이루어지는 물질을 포함하며, 냉각됨으로써 결로에 의한 제습을 하는 냉각제습면을 냉각하여, 상기 원적외선 방사물질을 구성하는 분자와 동일한 분자로 이루어지는 물질을 포함하는 천으로부터의 열방사량을 감소시킨다.
상기 (16)에서는, 내면의 적어도 일부에 원적외선 방사물질을 함유하는 방에 있어서, 상기 방 안에 배치되고 상기 원적외선 방사물질을 구성하는 분자와 동일한 분자로 이루어지는 물질을 포함하며, 가열이 가능한 가열면을 가열하여, 상기 원적외선 방사물질을 구성하는 분자와 동일한 분자로 이루어지는 물질을 포함하는 천으로부터의 열방사량을 증가시킨다.
여기서, 내면이란, 방의 안쪽을 구성하는 마루면, 벽면, 천장면의 적어도 일부이다. 원적외선 방사물질은 실온(25℃)에서의 방사율이 0.6 이상, 바람직하게는 0.8 이상, 보다 바람직하게는 0.9 이상인 물질을 말한다. 원적외선 방사물질로는 세라믹이나 천연석재가 바람직하다.
방의 내면에 원적외선 방사물질을 함유시키는 방법으로는, 방의 내면을 도벽(회반죽벽이나 모래벽)으로 구성하고, 그 원료 안에 원적외선 방사물질의 분쇄재를 섞는 방법, 도료에 원적외선 방사물질의 분쇄재를 섞고, 그 도료에 의해 도장면을 형성하는 방법, 석고보드 등의 건재를 구성하는 원료 안에 원적외선 방사물질의 분쇄재를 섞는 방법, 벽지에 원적외선 방사물질의 분쇄재를 섞는 방법 등을 들 수 있다. 또한, 원적외선 방사물질을 패널형상으로 가공한 것으로 방의 내면을 구성하여도 된다.
방의 내면에서의 원적외선 방사물질의 함유량은 바람직하게는 1중량% 이상이고, 보다 바람직하게는 3중량% 이상이며, 더욱 바람직하게는 10중량% 이상이다. 이 점은 냉각제습면이나 가열면에서도 마찬가지이다.
천은 직포이어도 부직포이어도 된다. 또한, 이용하는 섬유는 천연섬유이어도 합성섬유이어도 되고, 천연섬유와 합성섬유를 섞은 것이어도 된다. 천에 원적외선 방사물질을 함유시키기 위해서는, 천 혹은 천을 구성하는 섬유에 원적외선 방사물질을 미세하게 분쇄한 것을 코팅하는 방법, 합성섬유의 원료에 원적외선 방사물질을 미세하게 분쇄한 것을 섞고, 그 원료로부터 방사함으로써 얻은 섬유를 이용하는 방법을 들 수 있다. 또한, 천을 염색하는 염료에 원적외선 방사물질을 미세하게 분쇄한 것을 섞는 방법도 있다. 천에서의 해당 원적외선 방사물질의 함유량도 1중량% 이상, 바람직하게는 3중량% 이상, 보다 바람직하게는 10중량% 이상으로 한다.
천은 실내에서 사용되는 의류, 침구, 가구, 그 밖의 일용품에 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 천을 이용한 파자마나 셔츠, 그 천을 이용한 깔개나 침구(예를 들어, 요나 베개), 그 천을 이용한 침대나 소파 등의 가구, 그 천을 이용한 쿠션이나 방석, 그 천을 이용한 침대커버나 테이블보 등의 각종 커버, 그 천을 이용한 커튼 등을 들 수 있다. 또한, 본 발명에서는 니트제품을 구성하는 편물도 천에 포함되는 것으로 한다.
본 발명은, 사람이 활동이나 생활을 하는 각종 방이나 시설, 물품을 보관하는 방(예를 들어, 창고의 방)이나 진열하는 공간(예를 들어, 쇼케이스) 등을 제공하는 건축·건설분야에서, 방이나 공간을 환경조정하는데 널리 이용할 수 있다.
1: 거실 2: 다다미방
3, 25: 장지 4: 유리문
5: 복도 7: 세면소
8: 욕실 11: 문
12, 22: 수납 13, 23: 벽
14, 24: 유리창 15: 블라인드
21, 31: 맹장지 41: 마루
42: 천장 43, 44: 인체
51: 방사된 원적외선 52, 708: 사람
53: 재방사된 원적외선
61: 냉각제습면을 향하여 방사되는 원적외선
62: 인체로부터 흡수되는 원적외선
100, 700: 방 101: 실내공간
110: 냉열방사장치 111: 냉온수 발생장치
115, 116, 304: 핀 200, 701: 마루면
204: 히터제어장치 205: 석재 마루판 패널
300, 702: 벽면 301: 냉각제습면
302: 냉매냉각장치 304a: 원적외선 흡수층
313: 회반죽층 400, 703: 천장면
403: 석고보드 704: 냉각제습면 겸 가열면
705: 냉각가열장치 707: 의복
709: 베개

Claims (28)

  1. 원적외선을 방사·흡수하고 원적외선의 방사율이 0.6 이상인 원적외선 방사물질을 함유하는 재료로 구성된 실내면 구성부재와,
    상기 실내면 구성부재의 상기 원적외선 방사물질과 동일한 원적외선 방사물질을 함유하는 재료로 구성된 냉각면 및/또는 가열면을 가지는 냉각원 및/또는 가열원을 구비하고,
    상기 냉각원의 상기 냉각면이 냉각되면, 그 냉각면의 상기 원적외선 방사물질이 상기 실내면 구성부재의 상기 원적외선 방사물질이 방사하는 원적외선을 흡수하고, 및/또는
    상기 가열원의 상기 가열면이 가열되면, 그 가열면의 상기 원적외선 방사물질이 방사하는 원적외선을 상기 실내면 구성부재의 상기 원적외선 방사물질이 흡수하는 것을 특징으로 하는 실내환경 조정시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 실내면 구성부재가 상기 원적외선 방사물질로 이루어지는 석재로 구성되거나, 상기 원적외선 방사물질을 혼입한 재료로 구성되거나, 또는 상기 원적외선 방사물질로 이루어지는 피막을 가지는 것이고, 상기 냉각원 및/또는 가열원의 상기 냉각면 및/또는 가열면이 상기 원적외선 방사물질로 이루어지는 석재로 구성되거나, 상기 원적외선 방사물질을 혼입한 재료로 구성되거나, 또는 상기 원적외선 방사물질로 이루어지는 피막으로 구성되는 실내환경 조정시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 실내면 구성부재와 상기 냉각원 및/또는 가열원이 동일한 방에 존재하는 실내환경 조정시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    서로 인접하거나 또는 서로 연결된 제1 방과 제2 방이 존재하고, 상기 냉각원 및/또는 가열원이 상기 제1 방에 배치되며, 상기 실내면 구성부재가 상기 제1 방과 상기 제2 방 중 한쪽 또는 양쪽에 배치되어 있는 실내환경 조정시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 실내면 구성부재가 환경을 조정하는 실내의 벽면, 천장면 및 마루면 중 어느 하나의 적어도 일부를 구성하고 있는 실내환경 조정시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 실내면 구성부재가 상기 원적외선 방사물질을 1중량% 이상 함유하는 실내환경 조정시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 실내면 구성부재가 상기 원적외선 방사물질을 3중량% 이상 함유하는 실내환경 조정시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각원 및/또는 가열원의 상기 냉각면 및/또는 가열면이 상기 원적외선 방사물질을 1중량% 이상 함유하는 피복층으로 구성되는 실내환경 조정시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 피복층이 상기 원적외선 방사물질을 3중량% 이상 함유하는 실내환경 조정시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 피복층이 상기 원적외선 방사물질을 20중량% 이상 함유하는 실내환경 조정시스템.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 냉각원 및/또는 가열원이, 내부에 형성한 유로에 매체를 흘림으로써 상기 냉각면 및/또는 가열면을 냉각 및/또는 가열하는 장치인 실내환경 조정시스템.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 피복층이 금속재료의 열교환 핀의 표면에 형성되어 있는 실내환경 조정시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각면이 결로에 의한 제습을 하는 실내환경 조정시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 냉각면에서 결로한 물을 모으는 수단을 더욱 포함하는 실내환경 조정시스템.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 실내면 구성부재 및/또는 상기 냉각원 및/또는 가열원이 석재 마루판 패널인 실내환경 조정시스템.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열원이 상기 원적외선 방사물질을 함유하는 핫 카페트인 실내환경 조정시스템.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 원적외선 방사물질의 원적외선의 방사율이 0.8 이상인 실내환경 조정시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 원적외선 방사물질의 원적외선의 방사율이 0.9 이상인 실내환경 조정시스템.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 원적외선 방사물질을 함유하는 상기 실내면 구성부재는, 그 표면적의 합계가 상기 실내면 구성부재가 배치된 방의 내면적의 25% 이상을 차지하는 실내환경 조정시스템.
  20. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 방과 상기 제2 방을 나누는 수단이 존재하는 경우, 상기 칸막이 수단이 상기 원적외선 방사물질을 함유하는 실내환경 조정시스템.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 칸막이 수단이 개폐수단인 실내환경 조정시스템.
  22. 제 1 항에 있어서,
    실내에 존재하는 물품의 적어도 하나가 상기 원적외선 방사물질을 함유하는 실내환경 조정시스템.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 물품이 가구, 침구, 의류, 실내비품, 실내장식품 또는 수납문인 실내환경 조정시스템
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 물품이 의자, 소파, 테이블, 책상, 침대, 요, 모포, 잠옷, 배게, 쿠션, 깔개, 파티션, 커튼, 테이블보 또는 침대커버인 실내환경 조정시스템.
  25. 제 1 항에 있어서,
    사람이 활동 또는 생활하는 밀폐공간, 물품을 보관 또는 진열하는 밀폐공간, 동물 사육용 밀폐공간, 혹은 수송용 이동체의 밀폐공간의 환경조정에 사용되는 실내환경 조정시스템.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 사람이 활동 또는 생활하는 밀폐공간이 개별 혹은 집합주택, 사무실, 교육시설, 스포츠 시설, 도서관 또는 점포에서의 밀폐공간인 환경 조정시스템.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 물품을 보관 또는 진열하는 밀폐공간이 창고, 쇼케이스 또는 전시케이스에서의 밀폐공간인 환경 조정시스템.
  28. 제 25 항에 있어서,
    상기 수송용 이동체가 자동차, 철도차량, 선박 또는 항공기인 환경 조정시스템.
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