KR20150109452A - 제어 가능한 열전달 계수를 갖는 구조적 요소 - Google Patents

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KR20150109452A
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니콜라우스 네슬레
안드레아스 다이스
클라우스 한
랄프 뇌렌베르그
요한 마르틴 스체이페르트
엘레나 카초바
아힘 뢰플러
틸만 쿤
크리슈토프 마우러
티바울트 프루크
잔 비에놀트
안드레 그뤽
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바스프 에스이
프라운호퍼-게젤샤프트 츄어 푀르더룽 데어 안게반텐 포르슝에.파우.
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Abstract

본 발명은 제어 가능한 열전달 계수(U)를 갖는 구조적 요소(1)에 관한 것으로서, 구조적 요소는,
- 프레임(7),
- 서로 대향하고 프레임(7) 내에서 서로로부터 거리(A)를 두고 배치되는 제1 시트(3) 및 제2 시트(5)로서, 상기 제1 시트(3), 제2 시트(5) 및 프레임(7)은 적어도 하나의 가스로 충전되는 폐쇄 용적(V)을 형성하는 효과를 갖는 것인 제1 시트(3) 및 제2 시트(5),
- 폭이 프레임(7)의 수직 안목 폭(W)에 대응하고 높이가 프레임(7)의 안목 높이(H)보다 작은 적어도 하나의 이차원 요소(9)로서, 프레임(7)의 내측면과 측방향으로 마감되도록 제1 시트(3)와 제2 시트(5) 사이에 배치되는 것인 이차원 요소,
- 수직 상방으로 이차원 요소(9)와 프레임(7) 사이에 형성되는 상부 중간 공간(11) 및 수직 하방으로 이차원 요소(9)와 프레임(7) 사이에 형성되는 하부 중간 공간(13),
- 간격(X)을 두고 제1 시트(3)와 이차원 요소(9) 사이에 형성되는 제1 공동(15),
- 간격(Y)을 두고 이차원 요소(9)와 제2 시트(5) 사이에 형성되는 제2 공동(17), 및
- 상부 중간 공간(11)을 위해 및/또는 하부 중간 공간(13)을 위해 배치되는, 대류 유동을 제어하는 적어도 하나의 제어 수단
을 포함하고, 제1 공동(15)과 제2 공동(17)은 상부 중간 공간(11) 및 하부 중간 공간(13)을 통해 연결되어, 대류 유동이 제1 공동(15)과 제2 공동(17) 사이에서 상부 중간 공간(11)과 하부 중간 공간(13)을 통해 유동될 수 있다.
빌딩에서 벽 요소 및/또는 루프 요소로서의 본 발명에 따른 구조적 요소(1)의 용도뿐만 아니라 본 발명에 따른 구조적 요소(1)에서 열전달 계수(U)를 제어하는 방법이 또한 설명된다.

Description

제어 가능한 열전달 계수를 갖는 구조적 요소{CONSTRUCTION ELEMENT HAVING A CONTROLLABLE HEAT-TRANSFER COEFFICIENT U}
본 발명은 제어 가능한 열전달 계수(U)를 갖는 구조적 요소, 및 빌딩 또는 차량에서의 벽 및/또는 지붕 요소로서의 그 용도에 관한 것이고, 또한 그러한 구조적 요소에서 열전달 계수(U)를 제어하는 방법에 관한 것이다.
건설에 있어서, 열전달 계수(U)는 원칙적으로 그 단열 특성을 나타내는 복합 유닛 또는 건축 재료의 특정한 특징값이다. 열전달 계수(U)가 높을수록, 복합 유닛 또는 건축 재료의 단열 특성이 저하된다.
열전달 계수(U)는, 이전에 그렇지 않았지만, 수정된 에너지 절약 규정[Energieeinsparverordnung(EnEV)]이 2009년도에 독일에서 발효된 이래로, 연간 일차 에너지 요건 및 건설될 빌딩의 특정한 전열 손실이 특정한 한계값 내에서 유지되어야 한다는 점에서 특히 중요해졌다. 이에 의해, 열전달 계수(U)는 전열 손실의 계산에 포함되고, 다시 일차 에너지 요건의 계산에 포함된다. 더욱이, 에너지 절감 규정은, 특정한 복합 유닛이 기존의 빌딩에서 대체될 때에 또는 새로 건설된 구조물에 포함될 때에 특정한 복합 유닛에 대한 열전달 계수(U)의 한계값을 규정하고 있다.
빌딩의 단열에 사용되는 다수의 절연 요소가 종래 기술로부터 공지되어 있다. 이들 절연 요소는 일반적으로 절연 재료(예컨대, 발포재, 팽창된 폴리머 재료)의 하나 이상의 절연층으로 이루어진다. 절연 재료의 특성에 따라, 보호층이 그러한 절연 요소의 외측면에 부착된다. 이들 절연 요소는 특히 빌딩의 내측으로부터 외측으로 열의 유출을 방지하는 역할을 한다. 동시에, 빌딩 내로 흐르는 열이 마찬가지로 감소될 수 있다. 종래 기술에 따르면, 대부분의 절연 요소는 절연 특성이 고정되어 있다. 즉, 절연 특성은 오직 절연 요소의 두께 및/또는 갯수를 변경시킴으로써만 제어될 수 있다. 그러나, 이 방식으로는 빌딩의 내측 및 외측에서 소정 시간에 조성되는 온도에 대해 융통성 있게 반응할 수 없다.
그러나, 그 동안 고도의 절연 재료의 사용은, 자연적인 외측 온도의 변동이 낮 동안에 태양 복사선에 의해 빌딩 내로 도입된 열을 다시 밤에 발산시키는 데에 더 이상 사용될 수 없는 상황을 초래하였다. 능동 냉각 디바이스의 에너지 요건은 이에 의해 생기는 열 축적에 의해 증가된다.
따라서, 절연 특성이 변경될 수 있는 절연 요소가 요구된다. 종래 기술에서, 이 요구를 만족시키기 위한 다수의 초기 방안이 존재한다.
예컨대, DE 10 2006 024 067 A1호는 특히 빌딩의 내측 절연 및/또는 외측 절연에 적합한 절연 요소를 설명하고 있다. 설명된 절연 요소의 절연 특성은, 특히 절연 요소 자체의 열전달 계수(U) 및/또는 반사 특성을 변화시킴으로써 빌딩의 원하는 내측 온도에 따라 또는 외측 온도 및/또는 태양 조사에 따라 변경될 수 있다. 기술적 해법으로서, 이 경우에 절연 요소에는, 사용된 절연 재료가 빌딩의 절연에 완전히 또는 부분적으로 기여하거나 또는 전혀 기여하지 않도록 그 위치가 변화될 수 있는 절연 재료가 제공된다. 이를 위해, 예컨대, 절연 재료는 완전히 또는 부분적으로 압축되어 절연 요소를 통해 열 흐름을 완전히 또는 부분적으로 방출시킬 수 있다. 종래 기술의 모든 실시예의 주요 단점은, 요소의 표면 영역이 절연 재료로 거의 충전되거나 요소의 표면 영역에 절연 재료가 없어야 되기 때문에 많은 양의 재료가 이동 또는 압축되어야 한다는 것이다.
더욱이, US 4,058,109호에는 절연 및/또는 태양열 가열을 위한 디바이스가 개시되어 있다. 이 디바이스는 기존 빌딩의 파사드(facade)에 적용되고 투명 패널로 이루어지는데, 투명 패널은 벽의 앞쪽에 세팅되고 이에 의해 벽과 함께 정해진 공간을 둘러싼다. 정해진 공간 내에, 폐쇄 셀 절연 재료의 열 흡수부가 배치된다. 이 열 흡수부는 온도 조건에 따라 설명된 디바이스 내에서 대류 유동이 형성될 수 있도록 하기 위해 개구를 갖는다. 이는, 한편으로는 절연 재료의 존재를 통해 빌딩의 단열을 달성하도록, 그리고 다른 한편으로는 디바이스 내에 포함된 가스의 용적을 가열하기 위해 그리고 이 열을 대류 유동에 의해 빌딩의 기존 벽에 대해 특정한 범위까지 방출하기 위해 열 흡수부의 태양 조사가 사용되도록 의도된다.
종래 기술에서 취한 다른 방안은 DE 196 47 567 A1호에 설명되어 있다. 여기서, 특히 태양 에너지 활용을 위해 사용하도록 전환 가능한 진공 절연이 실현되고, 거친(coarse) 다공질 또는 거친 구조적 절연 재료가 기밀식으로 둘러싸이고 탈기된다. 필요하다면, 이 요소에는 수소 가스가 가득 채워질 수 있고, 이에 의해 엔클로저(enclosure) 내에는 전기적으로 가열 가능한 게터 재료(getter material)가 존재하는데, 이 게터 재료는 수소의 흡착 및 탈리에 적합하고 단열 재료에 의해 둘러싸이며, 단열 재료의 열 전도도는 구조적 요소 내의 가스 압력에 따라 좌우되지 않거나 약간만 영향을 받는다.
더욱이, US 2003/0061776 A1호는, 팽창 가능한 구조를 기초로 하고 이에 따라 그 용적을 변화시킴으로써 주변 온도의 변화에 반응하는, 가변적인 열전달 계수를 갖는 절연 시스템을 개시하고 있다. 이는 절연 시스템을 통해 열전달률이 제어될 수 있도록 한다.
AT 380 946 B1호는 열 교환 벽으로서 지칭되는 것을 개시하고 있는데, 열 교환 벽은 튜브 시스템에 의해 둘러싸이는 절연 시트로 실질적으로 이루어지고, 절연 시트 내에서 기상의 열전달 매체가 순환될 수 있으며, 그 순환은 특별한 구조의 튜브 시스템의 결과로서 자동적으로 차단될 수 있다. 자동적인 차단은 전환 가능한 절연 거동을 갖는 절연 요소에 반드시 바람직하지는 않은데, 그 이유는 기후 상황에 따라, 동일한 온도차라도 강력한 절연 아니면 감소된 절연이 바람직한 것으로 보이게 할 수 있기 때문이다. 더욱이, AT 380 946 B1 호에 설명된 절연 요소는 비교적 복잡한 구성으로 이루어지고, 이에 따라 단지 열악하게만 생산될 수 있다.
게다가, 예컨대 EP 0 317 425 A2호, FR 2 478 800 A1호, EP 2 366 845 B1호 및 DE 10 2006 037 741 A1호에 설명된 바와 같이 일련의 다중 쉘 벽, 창 및 지붕 요소가 존재한다. 이들 요소에서, 다양한 쉘들 사이이 중간 공간을 통해 외기의 유동이 허용 또는 방지됨으로써 열 흐름의 변화가 달성된다. 요소를 통한 공기의 교환은 또한 부분적으로 내부 공간에서 발생된다. 이들 방안 모두는, 외기가 통과할 때에, 공기로부터의 먼지가 중간 공간으로 들어와서 중간 공간에서 원치 않는 오염을 유발할 수 있고, 이는 특히 반투명한 요소 및 투명한 요소의 경우에, 그 광학적인 기능을 악화시킨다는 단점을 공유한다. 공기를 내부 공간과 추가적으로 교환할 때에, 이 위생 관련 문제가 추가적으로 악화되는데, 그 이유는 원치 않는 세균 또는 해충이 또한 공기 스트림에 의해 혼입될 수 있기 때문이다.
마지막으로, FR 2 798 991 A1호는, 벽이 장사방형(rhomboidal) 셀로 분할되는 경우의 요소를 제시하는데, 이러한 요소에서는 셀 내에 끼워진 절연 요소의 기울기에 의해 대류 스트림이 요소 둘레에서 유동하거나 유동하지 못하게 할 수 있다. 다수의 세그먼트 및 개별적인 셀의 비입방형 외측 형태를 고려하면, 이 요소는 또한 제조가 비교적 복잡하다.
특정한 한계값 내에서 제어될 수 있는 열전달 계수(U)를 갖는, 종래 기술에 설명된 절연 요소는, 통상적인 절연 재료에 비해 이점을 갖지만, 이들 모두는 건설 산업에서 그 유용성에 관하여 상당한 단점을 수반하고 몇몇의 경우에 제조가 매우 복잡하다.
따라서, 본 발명의 목적은 빌딩의 열 균형을 제어하는 것에 공헌함으로써 빌딩의 에너지 요건을 최소화하는 신규한 구조적 요소를 제공하는 것이다.
이 목적은, 제어 가능한 열전달 계수(U)를 갖게 하고 아래와 같이 구성함으로써 서두에 언급한 타입의 구조적 요소의 경우에 달성된다.
제어 가능한 열전달 계수(U)를 갖는 구조적 요소(1)로서,
- 프레임(7),
- 서로 대향하고 프레임(7) 내에서 서로로부터 거리(A)를 두고 배치되는 2개의 시트(3, 5)로서, 상기 시트(3, 5)들 및 프레임(7)은 적어도 하나의 가스로 충전되는 폐쇄 용적(V)을 형성하는 효과를 갖는 것인 2개의 시트(3, 5),
- 폭이 프레임(7)의 수직 안목 폭(W; vertical clear width)에 대응하고 높이가 프레임(7)의 안목 높이(H; clear height)보다 작으며, 프레임(7)의 내측면과 측방향으로 마감되도록 시트(3, 5)들 사이에 배치되는 적어도 하나의 이차원 요소(9),
- 수직 상방으로 이차원 요소(9)와 프레임(7) 사이에 형성되는 상부 중간 공간(11) 및 수직 하방으로 이차원 요소(9)와 프레임(7) 사이에 형성되는 하부 중간 공간(13),
- 간격(X)을 두고 제1 시트(3)와 이차원 요소(9) 사이에 형성되는 제1 공동(15),
- 간격(Y)을 두고 이차원 요소(9)와 제2 시트(5) 사이에 형성되는 제2 공동(17), 및
- 적어도 중간 공간(11, 13) 중 하나를 위해 배치되는, 대류 유동을 제어하는 적어도 하나의 제어 수단
을 포함하고, 제1 공동(15)과 제2 공동(17)은 중간 공간(11) 및 중간 공간(13)을 통해 연결되어, 대류 유동이 제1 공동(15)과 제2 공동(17) 사이에서 중간 공간(11)과 중간 공간(13)을 통해 유동될 수 있는 것인 구조적 요소(1)가 마련된다.
본 발명의 제1 양태에서, 본 발명의 목적은, 제어 가능한 열전달 계수(U)를 갖는 구조적 요소(1)로서,
- 프레임(7),
- 서로 대향하고 프레임(7) 내에서 서로로부터 거리(A)를 두고 배치되는 제1 시트(3) 및 제2 시트(5)로서, 제1 시트(3), 제2 시트(5) 및 프레임(7)은 적어도 하나의 가스로 충전되는 폐쇄 용적(V)을 형성하는 효과를 갖는 것인 제1 시트 및 제2 시트,
- 폭이 프레임(7)의 수직 안목 폭(W)에 대응하고 높이가 프레임(7)의 안목 높이(H)보다 작은 적어도 하나의 이차원 요소(9)로서, 이차원 요소(9)는 프레임(7)의 내측면과 측방향으로 마감되도록 제1 시트(3)와 제2 시트(5) 사이에 배치되는 것인 이차원 요소,
- 수직 상방으로 이차원 요소(9)와 프레임(7) 사이에 형성되는 상부 중간 공간(11) 및 수직 하방으로 이차원 요소(9)와 프레임(7) 사이에 형성되는 하부 중간 공간(13),
- 간격(X)을 두고 제1 시트(3)와 이차원 요소(9) 사이에 형성되는 제1 공동(15),
- 간격(Y)을 두고 이차원 요소(9)와 제2 시트(5) 사이에 형성되는 제2 공동(17), 및
- 상부 중간 공간(11)을 위해 및/또는 하부 중간 공간(13)을 위해 배치되는, 대류 유동을 제어하는 적어도 하나의 제어 수단
을 포함하며, 제1 공동(15)과 제2 공동(17)은 상부 중간 공간(11) 및 하부 중간 공간(13)을 통해 연결되어, 대류 유동이 제1 공동(15)과 제2 공동(17) 사이에서 상부 중간 공간(11)과 하부 중간 공간(13)을 통해 유동될 수 있는 것인 구조적 요소(1)에 의해 달성된다.
제2 양태에서, 전술한 목적은 빌딩 또는 차량에서 벽 요소 및/또는 지붕 요소로서의 본 발명에 따른 구조적 요소(1)의 사용에 의해 달성된다.
본 발명의 제3 양태는 본 발명에 따른 구조적 요소(1)에서 열전달 계수(U)를 제어하는 방법에 의해 기저가 되는 목적을 달성하고, 상기 방법은,
- 구조적 요소(1)를 제공하는 단계,
- 구조적 요소(1)의 제1 측면 상의 제1 시트(3) 또는 제2 시트(5)에 의해 열 에너지를 흡수함으로써, 용적(V)을 채우고 있는 가스가 제1 공동(15) 또는 제2 공동(17) 내에서 가열되어 수직 상방으로 상승하는 단계,
- 수직 상부 중간 공간(11) 및/또는 수직 하부 중간 공간(13)을 개방시킴으로써, 공동(15, 17) 중 하나로부터 중간 공간(11)을 통해 공동(15, 17) 중 다른 하나로의 대류 유동이 가능해지는 단계,
- 용적(V)을 채우고 있는 가스에 의해 열 에너지를 구조적 요소(1)의 제2 측면 상의 제1 시트(3) 또는 제2 시트(5)로 발산시킴으로써, 공동(15, 17) 중 다른 하나에서 용적(V)을 채우고 있는 가스가 냉각되어 수직 하방으로 떨어져, 대류 유동이 이 공동(15, 17)으로부터 하부 중간 공간(13)을 통해 공동(15, 17) 중 하나의 내부로 유동하는 단계
를 포함하고, 상기 대류 유동의 세기는 하부 중간 공간(11) 및/또는 상부 중간 공간(13)의 개방 및/또는 폐쇄에 의해 세팅된다.
본 발명은 내부 대류 유동을 형성 및 조절함으로써 전술한 타입의 구조적 요소(1)를 통한 열전달이 제어될 수 있다는 인식을 기초로 한다.
본 발명에 따른 구조적 요소(1)에 의해 빌딩의 에너지 요건을 상당히 최소화시키고 이에 따라 빌딩 내외측에 조성된 온도를 최적으로 이용하며 심지어는 기술적으로 간단한 방식으로 그렇게 하는 것이 가능하다는 것을 알아낸 점은 놀라운 일이다. 본 발명에 따르면, 열전달 계수(U)가 요건에 따라 그리고 조성된 내측/외측 온도에 상관없이 제어될 수 있다.
따라서, 빌딩으로부터의 열의 격렬한 방출이 보다 시원한 밤 시간 중에 가능해지는 것, 그리고 적절한 단열 사양을 준수하는 절연 효과가 여름의 낮 동안에 외측 온도가 높을 때에 그리고 겨울에 외측 온도가 낮을 때에 보장될 수 있다는 것이 구조적 요소(1)의 발명에 따른 구성에 의해 달성될 수 있다.
본 발명은 아래에서 더 상세하게 특정된다.
제1 양태에서, 본 발명은 제어 가능한 열전달 계수(U)를 갖는 구조적 요소(1)에 관한 것으로서, 구조적 요소는,
- 프레임(7),
- 서로 대향하고 프레임(7) 내에서 서로로부터 거리(A)를 두고 배치되는 제1 시트(3) 및 제2 시트(5)로서, 상기 제1 시트(3), 제2 시트(5) 및 프레임(7)은 적어도 하나의 가스로 충전되는 폐쇄 용적(V)을 형성하는 효과를 갖는 것인 제1 시트(3) 및 제2 시트(5),
- 폭이 프레임(7)의 수직 안목 폭(W)에 대응하고 높이가 프레임(7)의 안목 높이(H)보다 작은 적어도 하나의 이차원 요소(9)로서, 프레임(7)의 내측면과 측방향으로 마감되도록 제1 시트(3)와 제2 시트(5) 사이에 배치되는 것인 이차원 요소,
- 수직 상방으로 이차원 요소(9)와 프레임(7) 사이에 형성되는 상부 중간 공간(11) 및 수직 하방으로 이차원 요소(9)와 프레임(7) 사이에 형성되는 하부 중간 공간(13),
- 간격(X)을 두고 제1 시트(3)와 이차원 요소(9) 사이에 형성되는 제1 공동(15),
- 간격(Y)을 두고 이차원 요소(9)와 제2 시트(5) 사이에 형성되는 제2 공동(17), 및
- 상부 중간 공간(11)을 위해 및/또는 하부 중간 공간(13)을 위해 배치되는, 대류 유동을 제어하는 적어도 하나의 제어 수단
을 포함하고, 제1 공동(15)과 제2 공동(17)은 상부 중간 공간(11) 및 하부 중간 공간(13)을 통해 연결되어, 대류 유동이 제1 공동(15)과 제2 공동(17) 사이에서 상부 중간 공간(11)과 하부 중간 공간(13)을 통해 유동될 수 있다.
이 경우에, 프레임(7) 및 대향하는 시트(3, 5), 즉 제1 시트(3)와 제2 시트(5)는 폐쇄 용적(V)을 획정하는 3차원 본체를 형성한다. 본 발명에 따른 구조적 요소(1)의 프레임(7)은 특히, 구조적 요소(1)를 둘러싸고 기계적으로 안정화시키며 제1 시트(3) 및 제2 시트(5)를 수용하는 역할을 한다. 제1 시트(3) 및 제2 시트(5)의 구성은 아래에서 더 상세하게 설명된다.
구조적 요소(1)의 형태는 자유롭게 선택될 수 있고 광범위한 한계값 내에서 설치 위치 및/또는 용도의 요건에 맞춰질 수 있다. 바람직한 실시예는 대략 직육면체 요소이다. 그러나, 설치 상황에 따라 본 발명에 따른 구조적 요소(1)로 다른 기하학적 형태, 예컨대 삼각형, 오각형 등의 기본적인 형태가 또한 실현될 수 있다. 프레임의 다른 구성은 아래에서 정의된다.
구조적 요소(1)는 이차원 요소(9) 둘레에서 내부 대류 유동이 가능하게 되도록 실질적으로 중앙에 배치되는 적어도 하나의 이차원 요소(9)를 포함하고, 대류 유동은 열이 공급되는 구조적 요소(1)의 측면으로부터 상부 중간 공간(1)을 통해 이차원 요소(9)의 다른 측면으로 안내되며, 대류 유동은 열을 대향 측면으로 발산할 수 있고, 이후에 하부 중간 공간(13)을 통해 다시 열 공급 측면으로 유동한다. 이차원 요소(9)는 특히 절연 재료로 이루어진다.
내부 대류 유동을 조절하기 위하여, 본 발명에 따른 구조적 요소(9)는 적어도 하나의 수단을 포함하는데, 이 수단에 의해 중간 공간(11, 13)들 중 하나의 개방 및/또는 폐쇄가 수행됨으로써, 이에 따라 대류 유동이 제어된다.
본 경우에 사용될 때에, "수단"이라는 용어는 대류 유동이 제어될 수 있도록 하는, 한편으로는 조치 그리고 다른 한편으로는 디바이스를 설명한다. 바람직한 구성이 아래에 정의된다. 수단이 디바이스이면, 수단은 본 발명에 따른 방식으로 대류 유동을 제어하도록 프레임(7) 상에 및/또는 내에 그리고 이차원 요소(9) 상에 및/또는 내에 배치될 수 있다. 더욱이, 수단은 또한 대류 유동의 본 발명에 따른 제어를 달성하기 위한 보조 구조를 포함한다.
여기에 사용되는 바와 같이, "구조적 요소"라는 용어는 본 발명의 목적을 위해 구조적 요소(1)가 벽 표면 및 지붕 표면 모두에 적합하다는 의미로서 이해되어야 한다. 구조적 요소(1)는 자가 지지형(self-supporting)이고 이에 따라 자체가 벽 요소 및/또는 지붕 요소로서 빌딩의 쉘 내에 조립될 수 있다.
열전달 계수(U)(또한 이전의 "k 값")는 상이한 에너지 시스템들 간에 온도차의 결과로서의 열 평형을 말한다. 따라서, 열전달 계수(U)는 열전달률의 척도이다. 벽의 2개의 측면 상의 공기 간에 온도차가 1 켈빈일 때에 1 제곱 미터의 표면적을 통해 흐르는 파워(단위 시간 당 에너지의 양)가 열전달 계수(U)로서 주어진다. 열전달 계수(U)는 국제적으로 표준 EN ISO 6946에서 정의된다. 그 측정 단위는 W/(m2ㆍK)이다.
상이한 재료의 정확한 열전달 계수(U)의 결정은 당업자에게 공지되어 있다. 열전달 계수는 열전달 저항(RT)의 평균값으로부터 계산된다.
Figure pct00001
열전달 계수(U)에 필수적인 치수값은 표준 EN 12524 및 DIN 4108-4에서 규정된다.
열전달 계수는 사용되는 재료의 열 전도성 및 두께에 의해 실질적으로 결정되지만, 추가적으로 또한 복합 유닛의 표면에서의 열 복사 및 대류에 의해 결정된다. 따라서, 열전달 계수(U)는 2개의 측면 상의 온도가 상이할 때에 재료의 싱글-플라이(single-ply) 층 또는 멀티-플라이 층을 통한 열전달률을 나타낸다. 본 발명에 따른 구조적 요소(1)의 경우에, 열전달 계수(U)는 구조적 요소(1)에 포함된 층들에서의 절연 재료들에 의해 결정된 값과 이들 재료 주위에서의 대류에 의해 결정된 값 사이에서 변동될 수 있다.
"공동"이라는 용어는 시트(3, 5), 즉 제1 시트(3) 또는 제2 시트(5)와 이차원 요소(9) 사이에서 그 치수가 실질적으로 변하지 않는 공간을 의미하는 것으로 이해되고, "중간 공간"은 적절한 방식으로 폐쇄될 수 있는, 이차원 요소(9)와 프레임(7) 사이의 공간을 가리킨다.
"수직 상방" 및 "수직 하방"이라는 것은 본 발명의 문맥에서 수직으로 정렬된 구조적 요소(1)뿐만 아니라 수직에 대해 소정 각도로 배치된 구조적 요소(1)와 관련된 것이라는 점을 이해해야 한다. "수직 상방"이라는 것은 상부 중간 공간(11)이 실질적으로 하부 중간 공간(13) 위에, 특히 그 위에 비스듬히 배치된다는 것을 의미한다.
용적(V)을 채우는 가스는 구조적 요소의 절연 효과 또는 열전달 규모 정도에서의 추가적인 향상을 달성하기 위해, 아르곤, 크립톤, 제논, 이산화탄소, 탄화수소, 부분적으로 할로겐화된 탄화수소, 칼코겐 및/또는 피크노젠의 할로겐화물 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 대류 열 전도성이 보다 높기 때문에 다원자 가스들의 사용이 특히 바람직하다.
본 발명에 따른 구조적 요소(1)의 개량에 있어서, 시트(3, 5)들 중 적어도 하나, 즉 제1 시트(3) 및/또는 제2 시트(5)가 적어도 부분적으로 투명하거나 반투명하다.
대향하는 시트(3, 5), 즉 제1 시트(3) 및/또는 제2 시트(5)가 투명하거나 적어도 반투명하고, 더욱이 이차원 요소(9)가 마찬가지로 투명하거나 적어도 반투명한 구조적 요소(1)의 본 발명에 따른 구성은, 구조적 요소(1)가 또한 부분적으로 투명한 또는 적어도 반투명한 창 요소 형태로 사용되게 한다. 특히, 이 구성의 본 발명에 따른 구조적 요소(1)는 과거에 예컨대 계단통(stairwell)에 흔히 사용되었기 때문에 종래에 사용된 유리 블럭의 대체에 적합하다. 여기서, 본 발명에 따른 구조적 요소(1)는 양호한 단열의 종래의 유리 블럭에 비해 큰 이점을 갖는 동시에 예컨대 계단통의 조명을 위해 충분한 광 투과율을 갖는다.
본 발명의 다른 구성에서, 구조적 요소(1)는 단열 유리 유닛(IGU; insulating glass unit)으로서 공지된 것으로 형성될 수 있다. 그러한 단열 유리 유닛은 대응하는 변경된 종래의 창 프레임 구조물에 설치될 수 있다. 여기서, 특히 눈 레벨에서 관습적인 단열 글레이징 유닛과 결합될 수 있는 채광창 구역 및 난간 구역에서 본 발명에 따른 요소들의 설치에 관심이 있다. 채광창 구역에서 투명한 이차원 요소(9, 9a, 9b)를 갖는 본 발명에 따른 구조적 요소(1)의 설치는, 투명한 이차원 요소(9, 9a, 9b)에서 입사 복사선의 등방성의 결과로서, 특히 채광창 구역에서 입사하는 광이 투명한 채광창 요소를 통한 광 입사의 경우에 가능한 것보다 실내에서 더 후방 영역에 부분적으로 도달할 수 있다는 이점을 수반한다.
전술한 수단의 본 발명에 따른 한 가지 구성은 적어도 하나의 이차원 요소(9)의 수평 축선 둘레에서의 수직 변위 또는 틸팅을 포함함으로써, 중간 공간(11, 13)들 중 적어도 하나, 즉 상부 중간 공간(11) 및/또는 하부 중간 공간(13)은 이차원 요소(9)에 의해 폐쇄되고 이에 의해 대류 유동이 완전히 또는 부분적으로 방지된다. 이러한 방식으로, 단지 적어도 하나의 이차원 요소(9)를 이동시킴으로써 간단하게 대류 유동을 제어하는 것이 가능하다.
이 경우에, 언급한 수단은 또한 적어도 하나의 이차원 요소(9)를 변위시키는, 바람직하게는 서보모터, 공압 시스템, 자기 시스템 또는 압전 시스템, 기계적 레버, 케이블 또는 바이메탈 구조로부터 선택된 디바이스(19)를 포함할 수 있다. 따라서, 선택은 구조적 요소의 외부 조건에 맞도록 이루어질 수 있다.
전술한 수단의 본 발명에 따른 다른 구성은 적어도 하나의 이차원 요소(9)의 수직 범위의 변화를 포함함으로써, 중간 공간(11, 13)들 중 적어도 하나, 즉 상부 중간 공간(11) 및/또는 하부 중간 공간(13)이 이차원 요소(9)에 의해 폐쇄되고 이에 의해 대류 유동이 완전히 또는 부분적으로 방지된다. 이 구성은 또한 단지 적어도 하나의 이차원 요소(9)를 이동시킴으로써 간단한 방식으로 대류 유동을 제어하는 이점을 갖는다.
본 발명에 따른 다른 구성에서, 전술한 수단은 또한 바람직하게는 플랩, 팽창 가능한 튜브 또는 벨로우즈, 실린더 콕 또는 변위 가능하거나 회전 가능한 웨지(wedge) 형태의 폐쇄구로부터 선택되는, 상부 중간 공간(11) 및 하부 중간 공간(13) 중 적어도 하나를 위한 폐쇄 디바이스를 포함할 수 있다. 구조적 요소(1)의 치수 디자인 및 적어도 하나의 이차원 요소(9)에 사용되는 재료에 따라, 대류 유동이 효과적으로 제어되게 하도록 이들 추가의 폐쇄 디바이스를 제공하는 것이 유리할 수 있다. 적절한 구성의 팽창 가능한 벨로우즈는 또한 구조적 요소(1)의 내부 공간에 조성되는 음압의 결과로서, 외측 온도가 매우 낮을 때에 본 발명에 따른 구조적 요소(1)를 단열 상태로 자동적으로 전환시키기 위해 사용될 수 있다. 이는 연중 추운 시기에 일부 다른 대류 제어가 고장난 경우에도 항상 적절한 단열이 존재하는 것을 보장하는 데에 유리하다.
시트(3, 5), 즉 제1 시트(3) 및/또는 제2 시트(5)가 투명하고 이들 시트의 재료가 유리 및/또는 폴리머를 포함하며, 그리고 또한 이차원 요소 또는 요소들(9, 9a, 9b)이 투명한 재료로 이루어지면, 본 발명에 따른 구조적 요소(1)를 통해 일광이 추가적으로 빌딩에 진입할 수 있다.
이 경우에, 유리는 바람직하게는 규산염 유리, 붕규산염 유리, 납-규산염 유리로부터 선택되고 및/또는 폴리머는 바람직하게는 PET(polyethylene terephthalate), PVB(polyvinyl butyral), EVA(ethylene vinyl acetate), 폴리올레핀, 스티렌 폴리머, 폴리카보네이트, PMMA(polymethyl methacrylate), 폴리우레탄, PVC(polyvinyl chloride) 또는 그 혼합물이나 다층 시스템으로부터 선택된다. 특히, 폴리머는 시트 또는 압출된, 블로우 성형된 또는 캐스팅된 필름 또는 패널로서 형성될 수 있다. 본 발명에 따른 구조적 요소(1)의 적용 영역에 따라, 적절한 재료, 예컨대 경량 용례에는 폴리머를 또는 화합물 노출이 큰 용례에는 특별한 유리를 이용할 수 있다. 더욱이, 특별한 기능을 갖는 하나 이상의 층, 예컨대 열 보호층 또는 크로모트로픽 층(chromotropic layer)을 제공할 수 있다.
전술한 유리를 이용하는 것과 별도로, 구조적 요소(1)를 또한 광 투과 창 요소로서 이용되게 하기 위해서는, 적어도 하나의 이차원 요소(9)를 바람직하게는 유기, 무기 또는 혼성의 폐쇄 셀 발포재 또는 개방 셀 발포재 또는 코팅되거나 코팅되지 않은 텍스타일(textile)로부터 선택된 반투명한 재료로 형성하는 것이 적절한 것으로 입증되었다.
전술한 실시예의 변형예로서, 적어도 하나의 이차원 요소(9)는 미네랄, 금속, 폴리머 및/또는 생물-유기 재료로부터 형성될 수 있다. 이는, 구조적 요소(1)가 광 투과 복합 유닛으로서 사용되도록 의도되지 않는다면, 예컨대 더 큰 기계적 부하에 노출되는 경우(금속 재료, 섬유 보강 폴리머), 또는 오로지 단열의 역할만을 하도록 의도되는 경우(미네랄 및/또는 폴리머 재료)에 유리하다. 더욱이, 이 실시예를 이용하여 또한 생태학적으로 특히 양립 가능한 구조적 요소(1)(생물 유기 화학 재료)를 안출할 수 있다. 이 경우에, 사용된 재료는 개방 셀 또는 폐쇄 셀일 수 있다. 게다가, 구조적 요소(1)의 외측 제1 시트(3) 또는 제2 시트(5)가 입사하는 태양 조사를 직접적으로 또는 분산 방식으로 반사할 수 있도록 코팅되거나 달리 적절한 방식으로 변경된다면, 구조적 요소(1)는 특히 낮 동안에 태양 조사에 의해 거의 온도 상승이 유발되지 않도록 하는 것을 담당한다.
본 발명에 따른 구조적 요소(1)의 광범위한 요건에 융통성 있게 응답하기 위하여, 프레임(7)의 재료를 콘크리트, 석고, 점토, 유리, 천연 석재, 세라믹, 폴리아미드, 폴리에스테르, 목재, 금속, 특히 강철 및 알루미늄과 이들의 합금, PVC, 폴리카보네이트, PMMA, 스티렌 폴리머, 폴리우레탄 및 섬유 복합 재료와 이들 재료 중 2개 이상의 복합 재료로부터 선택하고, 또한 개방 셀 발포재 또는 폐쇄 셀 발포재 및 합성 또는 재생 원료의 섬유 보드로부터 선택하는 것이 유리한 것으로 입증되었다. 프레임(7)의 재료가 가스 및/또는 습기에 불투과성으로 제조되면 특히 바람직하다.
특히, 광 투과성을 갖지 않아도 되는 본 발명에 따른 구조적 요소(1)의 실시예의 경우에, 전술한 재료는 또한 한쪽 또는 양쪽 시트(3, 5), 즉 제1 시트(3) 및/또는 제2 시트(5)에 사용될 수 있다. 바람직하게는 낮은 열 전도도를 갖는 재료가 사용되어야 한다. 더욱이, 다른 실시예에서, 프레임(7)은 광전지 요소 또는 태양열 요소로부터 구성될 수 있다. 그러한 요소는 당업자에게 공지되어 있고 불투명한 요소로서 또는 부분적으로 반투명한 구조로서 제조될 수 있다. 그러한 요소는 또한 프레임의 표면적 중 일부만을 취하도록 사용될 수 있다.
본 발명의 개량에서, 적어도 제1 시트(3) 및/또는 제2 시트(5) 및/또는 적어도 하나의 이차원 요소(9)는 표면 상에 3차원적으로 구조화될 수 있다. 이는, 예컨대 복사되는 광의 각도 분포를 변경시킴으로써 및/또는 그 세기를 변화시킴으로써, 직접적으로 입사하는 광의 눈부심으로부터의 보호를 초래하는 광학적 효과를 달성 가능하게 한다. 다수의 이차원 요소(9, 9a, 9b)가 본 발명에 따른 구조적 요소(1)에 포함된다면, 반투명의 상이한 각도 거동을 갖는 이차원 요소(9, 9a, 9b)의 적절한 조합에 의해 광 지향 효과가 추가적으로 강화될 수 있다. 예컨대, 광을 실내에서 더 후방으로 추가 분할하는 효과를 강화하기 위하여, 외측면에 강하게 등방화된 반투명성을 갖는 이차원 요소(9, 9a, 9b), 그리고 요소 표면에 수직으로 바람직한 복사를 갖는 이차원 요소(9, 9a, 9b)를 서로 조합시키는 것이 특히 유리한 것으로 입증되었다. 3차원적으로 구조화된 표면의 경우와 유사한 효과는, 상이한 반투명 특성을 갖는 이차원 요소(9, 9a, 9b)의 조합에 의해 달성될 수 있다.
게다가, 비기술적인 영역에서, 3차원 구조화는 독창적인 효과가 달성되게 한다. 이에 대한 변형예로서, 제1 시트(3) 및/또는 제2 시트(5) 및/또는 적어도 하나의 이차원 요소(9)는 동일한 효과 또는 유사한 효과를 달성하도록 인쇄 또는 코팅될 수 있다.
특히 바람직한 실시예에서, 본 발명에 따른 구조적 요소(1)는,
- 폭이 프레임(7)의 수직 안목 폭(W)에 각각 대응하고 높이가 프레임(7)의 안목 높이(H)보다 각각 작은 제1 이차원 요소(9a)와 제2 이차원 요소(9b)로서, 제1 이차원 요소(9a)와 제2 이차원 요소(9b)는 프레임(7)의 내측면과 측방향으로 각각 마감하도록 제1 시트(3)와 제2 시트(5) 사이에 배치되는 것인 제1 이차원 요소 및 제2 이차원 요소,
- 제1 이차원 요소(9a) 및 제2 이차원 요소(9b)와 프레임(7) 사이에 수직 상방으로 각각 형성되는 제1 상부 중간 공간(11a) 및 제2 상부 중간 공간(11b), 그리고 제1 이차원 요소(9a) 및 제2 이차원 요소(9b)와 프레임(7) 사이에 수직 하방으로 각각 형성되는 제1 하부 중간 공간(13a) 및 제2 하부 중간 공간(13b),
- 간격(X)을 두고 제1 시트(3)와 제1 이차원 요소(9a) 사이에 형성되는 제1 공동(15),
- 간격(Y)을 두고 제2 이차원 요소(9b)와 제2 시트(5) 사이에 형성되는 제2 공동(17), 및
- 간격(Z)을 두고 제1 이차원 요소(9a)와 제2 이차원 요소 사이에 형성되는 제3 공동(23)
을 포함하고, 적어도 제1 공동(15)과 제2 공동(17)은, 대류 유동이 제1 상부 중간 공간(11a)과 제2 상부 중간 공간(11b) 그리고 제1 하부 중간 공간(13a)과 제2 하부 중간 공간(13b)을 통해 적어도 제1 공동(15)과 제2 공동(17) 사이에서 유동할 수 있도록, 제1 상부 중간 공간(11a)과 제2 상부 중간 공간(11b) 그리고 제1 하부 중간 공간(13a)과 제2 하부 중간 공간(13b)을 통해 연결된다.
이에 따라 형성되는 대류 유동은, 실질적으로 제1 공동(15), 제1 및 제2 상부 중간 공간(11a, 11b), 제2 공동(17), 및 제1 및 제2 하부 중간 공간(13a, 13b)을 통해 유동한다. 제3 공동(23)을 통한 대류 유동은 형성되지 않거나, 그저 무시해도 될 정도이다.
제2 양태에서, 본 발명은 빌딩 또는 차량에서, 특히 레일 차량 또는 선박에서 벽 요소 및/또는 지붕 요소로서의 전술한 구조적 요소(1)의 용도에 관한 것이다. 특히, 벽 표면과 용적 사이의 비율이 크고 태양 조사가 큰 지점에서의 정체 시간이 긴 레일 차량에서는, 여기서 능동적인 냉각 요구가 감소될 수 있다.
전술한 목적을 달성하는 본 발명의 제3 양태는 전술한 구조적 요소(1)에서 열전달 계수(U)를 제어하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은,
- 구조적 요소(1)를 제공하는 단계,
- 구조적 요소(1)의 제1 측면 상의 제1 시트(3) 또는 제2 시트(5)에 의해 열 에너지를 흡수함으로써, 용적(V)을 채우고 있는 가스가 제1 공동(15) 또는 제2 공동(17) 내에서 가열되어 수직 상방으로 상승하는 단계,
- 수직 상부 중간 공간(11) 및/또는 수직 하부 중간 공간(13)을 개방시킴으로써, 공동(15, 17)들 중 하나로부터 중간 공간(11)을 통해 공동(15, 17)들 중 다른 하나로의 대류 유동이 가능해지는 단계,
- 용적(V)을 채우고 있는 가스에 의해 열 에너지를 구조적 요소(1)의 제2 측면 상의 제1 시트(3) 또는 제2 시트(5)로 발산시킴으로써, 공동(15, 17)들 중 다른 하나에서 용적(V)을 채우고 있는 가스가 냉각되어 수직 하방으로 떨어져, 대류 유동이 이 공동(15, 17)으로부터 하부 중간 공간(13)을 통해 공동(15, 17)들 중 하나의 내부로 유동하는 단계
를 포함하고, 상기 대류 유동의 세기는 상부 중간 공간(11) 및/또는 하부 중간 공간(13)의 개방 및/또는 폐쇄에 의해 세팅된다.
다른 특징, 이점 및 적용 가능성은 본 발명을 제한하지 않는 바람직한 예시적인 실시예에 대한 아래의 설명 및 도면으로부터 분명해진다. 여기에 설명되는 모든 특징은 이들 특징이 청구항에서 함께 나타나는지 또는 청구항이 이전 청구항을 인용하는지에 상관 없이 자체로 또는 임의의 원하는 조합으로 본 발명의 주제를 구성한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에서 구조적 요소의 개략도를 도시하고,
도 2는 본 발명의 제2 실시예에서 구조적 요소의 개략도를 도시하며,
도 2a는 도 2에 마킹된 구역의 상세도를 도시하고,
도 3a는 개략적으로 나타낸 대류 유동과 함께 도 1에 나타낸 구조적 요소의 간략화된 도면을 도시하며,
도 3b는 개략적으로 나타낸 대류 유동과 함께 도 2에 나타낸 구조적 요소의 간략화된 도면을 도시하고,
도 4a는 대류 유동이 방지된 상태를 개략적으로 나타내면서 도 1에 나타낸 구조적 요소의 간략화된 도면을 도시하며,
도 4b는 대류 유동이 방지된 상태를 개략적으로 나타내면서 도 2에 나타낸 구조적 요소의 간략화된 도면을 도시하고,
도 5는 도 1에 나타낸 구조적 요소의 개략적인 사시도를 도시하며,
도 6은 유동 저항이 감소된 본 발명의 실시예에서 구조적 요소의 개략도를 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 구조적 요소(1)의 기본적인 형태를 도시한다. 구조적 요소(1)는 요소의 4개의 면, 구체적으로 상부면과 밑면과 측면들을 형성하는 프레임(7)에 의해 구성된다. 프레임(7)에서 2개의 시트(3, 5), 즉 제1 시트(3)와 제2 시트(5)가 서로 대향하게 배치되고, 이들 시트는 프레임(7)과 함께 폐쇄된 용적을 형성한다. 정해진 용적의 내부에서, 프레임(7)과 측방향으로 각각 마감하도록 이차원 요소(9)가 배치되어, 프레임에 대하여 상단에 상부 중간 공간(11)을 남겨두고 바닥에 하부 중간 공간(13)을 남겨둔다. 더욱이, 이차원 요소(9)는 제1 시트(3)에 관하여 간격(X)으로 그리고 제2 시트(5)에 관하여 간격(Y)으로 배열된다.
도 3a의 간략화된 도면에 나타낸 바와 같이, 대류 유동이 이차원 요소(9) 둘레에 형성될 수 있다. 도 3a의 도면에서, 열은 자유 대류에 의해 제2 시트(5)로부터 제1 시트(3)로 전달되고, 자유 대류는 도면의 좌측 온도(T2)가 도면의 우측 온도(T1)보다 크기 때문에 성립된다. 그 결과, 제2 공동(17) 내의 가스는 온도가 평균적으로 제1 공동(15) 내의 가스 온도보다 높고 이에 따라 밀도가 더 작다. 이는 움직이고 있는 대류 운동을 최종적으로 세팅하는, 하부 중간 공간(13)의 상류측 및 하류측의 압력차를 유발시켜, 보다 따뜻한 가스가 제2 공동(17)으로부터 유출되어 상부 중간 공간(11)을 통해 제1 공동(15) 내로 유입되고, 보다 차가운 가스는 하부 중간 공간(13)을 통해 제2 공동(17)으로 유입된다. 전체적으로, 우측에서 좌측으로 에너지 흐름이 일어난다.
본 발명의 바람직한 실시예가 도 2에 개략적으로 도시되어 있다. 이 실시예는 정해진 용적 내에 배치되는 2개의 이차원 요소(9a, 9b), 즉 제1 이차원 요소(9a)와 제2 이차원 요소(9b)를 구비한다. 이들 요소는 원칙적으로 도 1의 이차원 요소(9)와 동일한 방식으로 배치되는데, 그 차이는 이들 요소 사이에 서로로부터 간격(Z)을 두고 제3 공동(23)이 형성된다는 것이다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 내부 대류 유동의 형성은 도 3a에 도시된 실시예와 실질적으로 동일하다.
일 실시예에서 대류 유동을 제어 또는 방지하기 위하여, 이차원 요소(9)가 적절한 수단에 의해, 예컨대 상방으로 이동됨으로써, 도 4a에 도시된 바와 같이 상부 중간 공간(11)을 폐쇄할 수 있다. 열(W1)에 의해 가열된 제1 공동(15) 내의 가스 용적이 상방으로 상승할 수 있지만, 폐쇄된 상부 중간 공간(11)으로 인해 대류 유동의 형성은 가능하지 않다.
도 2에 도시된 특정한 실시예는, 중간 공간(11a, 11b, 13a, 13b)들, 즉 제1 상부 중간 공간(11a), 제2 상부 중간 공간(11b), 제1 하부 중간 공간(13a), 제2 하부 중간 공간(13b) 중 하나의 중간 공간이 폐쇄되도록 제1 및/또는 제2 이차원 요소 또는 요소들(9, 9a, 9b)이 변위될 때에 유사한 방식으로 작용한다. 한 가지 가능한 구성이 도 4b에 도시되어 있는데, 이 구성에서, 제1 이차원 요소(9a)는 제1 상부 중간 공간(11a)을 폐쇄하도록 상방으로 변위되었고, 제2 이차원 요소(9b)는 제2 하부 중간 공간(13b)을 폐쇄하도록 하방으로 변위되었다. 이 실시예에서는 대류 유동이 어느 쪽으로도 형성될 수 없다.
일반적으로, 도 3a 및 도 3b의 구성은 구조적 요소(1)가 최대 열전달 계수(U)를 갖는 상태를 나타내고, 다시 말해서 구조적 요소는 최대 열전달을 가능하게 한다. 다른 한편으로, 도 4a 및 도 4b의 구성은 구조적 요소가 최소 열전달 계수(U)를 갖는 상태를 나타내고, 다시 말해서 최대 단열을 제공한다.
도 5는 도 1에 도시된 구조적 요소(1)의 사시도로서, 이 도면으로부터 특히 이차원 요소(9)가 프레임(7)과 측방향으로 어떻게 마감되는지가 명백해지게 된다.
도 6은 유동 저항이 감소된 본 발명에 따른 구조적 요소의 실시예를 도시하고, 유동 저항의 감소는 이차원 요소(9)의 에지들의 라운딩(25)의 결과로서 그리고 제1 시트(3) 및/또는 제2 시트(5)의 라운드 성형(27)의 결과로서 발생한다. 그러한 실시예의 이점은, 동일한 온도차에서, 더 큰 대류 유동이 생기고, 이에 의해 보다 많은 에너지가 전달될 수 있다는 것이고, 폐쇄된 경우(도 4a, 도 4b)에 절연 효과의 저하는 없다.
구조적 요소(1)의 설치 상황에 따라, 정해진 용적(V) 내에 2개보다 많은 이차원 요소(9, 9a, 9b)가 제공되는 것이 또한 가능하다. 더욱이, 2개의 요소, 즉 제1 이차원 요소(9a)와 제2 이차원 요소(9b) 사이에 형성되는 제3 공동(23)을 최소값으로, 제1 이차원 요소(9a) 및 제2 이차원 요소(9b)가 접촉하는 실시예의 정도까지 감소시키는 것이 유리할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 능동 대류 요소가 제1 공동(15) 내에 및/또는 제2 공동(17) 내에 통합될 수 있다. "능동 대류 요소"는 예컨대 대류 유동의 형성을 촉진시키고 유지하는 작은 로터를 의미하는 것으로 이해된다. 그 결과, 특히 보다 높은 온도(T2)를 갖는 측면과 보다 낮은 온도(T1)를 갖는 측면 사이의 시프트 스트로크(shift stroke)가 증가된다.
도면으로부터 명백한 바와 같이, 종래 기술로부터 공지된 효과와 반대로, 본 발명에 따른 구조적 요소(1)는 원칙적으로 빌딩으로부터 열을 제거할 목적을 위해 사용될 수 있다. 이는, 예컨대 연중 따뜻한 시기에 유리할 수 있다. 산업적 구조물로부터 열의 발산을 위해 본 발명에 따른 구조적 요소(1)를 적용하는 것을 또한 생각할 수 있다.
본 발명에 따른 구조적 요소(1)의 설치 상황에 따라, 제1 시트(3) 및/또는 제2 시트(5)는 수직 구성 또는 경사진 구성으로 제공될 수 있다. 이러한 방식으로, 양 벽 표면 및 기울어진 지붕 표면이 형성될 수 있다. 수직에 관하여 기울어진 지붕 표면의 각도는 실질적으로 0°내지 90°, 바람직하게는 5°내지 60°이다. 본 발명에 따른 구조적 요소(1)의 기울어진 위치에도 불구하고, 제어 가능한 열전달 계수(U)의 원리, 즉 내부 대류 유동을 특별히 제어함으로써 얻어지는 제어가 유지된다.
본 발명에 따른 구조적 요소(1)를 평탄한 지붕 표면에 사용하기 위해, 작은 구조적 변경만이 수행되면 되므로, 내부 대류 유동이 계속 보장된다. 평탄한 지붕 표면에 사용하기 위한 필수 사항은, 이차원 요소(9, 9a, 9b)의 변위 대신에 팽창 가능한 벨로우즈, 슬라이드, 플랩 및 웨지를 사용하는 것인데, 그 이유는 이차원 요소(9, 9a, 9b)에 대해 고도의 마찰 및 이에 따른 손상을 수반하기 때문이다. 구조적 요소가 사용되는 조건에 따라, 구조적 요소(1)의 약간의 상이한 치수 결정은 필요할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 구조적 요소(1)는 추가의 벽 요소 또는 지붕 요소가 제공되야 하는 일 없이 쉘에서 벽 요소 및/또는 지붕 요소로서 사용될 수 있다. 물론, 본 발명에 따른 구조적 요소(1)는 또한 파사드 상에 장착하기 위한 고전적인 절연 요소로서 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 적어도 하나의 이차원 요소(9)는 상표명 Basotect®(BASF SE) 하에 상업적으로 입수 가능한 멜라민 수지 기부 상에 가요성의 개방 셀 발포재로부터 형성된다. Basotect®는 광범위한 온도 범위에 걸쳐 동일한 물리적 특성을 보이는 동시에, 낮은 중량, 양호한 단열 특성 및 높은 흡음 특성을 갖는다. 더욱이, Basotect®는 (난연제의 추가 없이) 난연성을 갖고, 이는 이 재료를 포함하는 본 발명에 따른 구조적 요소(1)가 벽 요소 및/또는 지붕 요소에 특히 적합하게 되도록 한다.
특정한 실시예에서, 프레임(7)에는, 본 발명에 따른 구조적 요소(1)를 어둠 속에서 내부/외부 조명을 위해 또한 사용하도록, 광원(예컨대, LED)이 마련될 수 있다. 더욱이, 구조적 시트(3, 5) 및/또는 구조적 이차원 요소(9, 9a, 9b)의 확산 효과에 의해 광학적 효과 및 창조적 효과가 달성될 수 있다.
구조적 요소(1) 및 그 부품의 바람직한 치수가 아래에 특정된다.
제1 시트(3)와 제2 시트(5) 간의 거리(A)는 50 cm 미만, 바람직하게는 35 cm 미만, 특히 바람직하게는 5 cm 내지 12 cm이다. 일반적으로, 구조적 요소(1)가 높을수록, 작은 온도차에도 자발적인 대류를 발생시키도록 제1 공동(15) 및 제2 공동(17)이 더 넓게 선택되어야 한다. 구조적 요소(1)의 높이 대 제1 공동(15) 및 제2 공동(17)의 폭의 비율은 매우 민감하고 정밀하게 세팅될 필요가 있다.
원칙적으로, 본 발명에 따른 구조적 요소(1)는 어떠한 크기 제한도 받지 는다. 실용적인 관점에서, 최대 1.5 m의 높이가 적절한 것으로 판명되었다. 구조적 요소들의 폭은 사용된 재료의 안정성에 의해 실질적으로 제한되고 최대 5 m가 적절하다. 열적으로 유도되는 압력 변화를 이유로, 구조적 요소(1) 내에 밀폐된 가스 용적은 가능한 한 작게 유지되어야 한다.
컴퓨터 지원 최적화에 의해 결정된 본 발명에 따른 구조적 요소(1)의 치수가 아래에 특정된다.
구조적 요소(1)의 제1 실시예의 (상대적인) 값 범위:
X/H: 시트(3)와 이차원 요소(9) 간에 간극의 상대적 두께:
0.001 ≤ X/H ≤ 0.05; 바람직하게는 0.005 ≤ X/H ≤ 0.04
Y/H: 이차원 요소(9)와 시트(5) 간에 간극의 상대적 두께:
0.001 ≤ Y/H ≤ 0.05; 바람직하게는 0.005 ≤ Y/H ≤ 0.04
Y<X이면:
sO/Y: 높은 열전달 계수를 갖는 상태에서 이차원 요소(9)와 상부 프레임(7) 간에 간극의 상대적 두께:
0.3 ≤ sO/Y ≤ 5; 바람직하게는 0.5 ≤ sO/Y ≤ 4; 특히 바람직하게는 1 ≤ sO/Y ≤ 3
sU/Y: 높은 열전달 계수를 갖는 상태에서 이차원 요소(9)와 하부 프레임(7) 간에 간극의 상대적 두께:
0.3 ≤ sU/Y ≤ 5; 바람직하게는 0.5 ≤ sU/Y ≤ 4; 특히 바람직하게는 1 ≤ sU/Y ≤ 3
Y ≥ X이면:
sO/X: 높은 열전달 계수를 갖는 상태에서 이차원 요소(9)와 상부 프레임(7) 간에 간극의 상대적 두께:
0.3 ≤ sO/X ≤ 5; 바람직하게는 0.5 ≤ sO/X ≤ 4; 특히 바람직하게는 1 ≤ sO/X ≤ 3
sU/X: 높은 열전달 계수를 갖는 상태에서 이차원 요소(9)와 하부 프레임(7) 간에 간극의 상대적 두께:
0.3 ≤ sU/X ≤ 5; 바람직하게는 0.5 ≤ sU/X ≤ 4; 특히 바람직하게는 1 ≤ sU/X ≤ 3
H: 구조적 요소(1)의 높이
0.25 m ≤ H ≤ 6 m; 바람직하게는 0.5 m ≤ H ≤ 4 m; 특히 바람직하게는 0.7 m ≤ H ≤ 3 m
구조적 요소(1)의 제2 실시예의 (상대적인) 값 범위:
X/H: 시트(3)와 이차원 요소(9a) 간에 간극의 상대적 두께:
0.001 ≤ X/H ≤ 0.05; 바람직하게는 0.005 ≤ X/H ≤ 0.04
Y/H: 이차원 요소(9b)와 시트(5) 간에 간극의 상대적 두께:
0.001 ≤ Y/H ≤ 0.05; 바람직하게는 0.005 ≤ Y/H ≤ 0.04
Y<X이면:
sO/Y: 높은 열전달 계수를 갖는 상태에서 이차원 요소(9a, 9b)와 상부 프레임(7) 간에 간극의 상대적 두께:
0.3 ≤ sO/Y ≤ 5; 바람직하게는 0.5 ≤ sO/Y ≤ 4; 특히 바람직하게는 1 ≤ sO/Y ≤ 3
sU/Y: 높은 열전달 계수를 갖는 상태에서 이차원 요소(9a, 9b)와 하부 프레임(7) 간에 간극의 상대적 두께:
0.3 ≤ sU/Y ≤ 5; 바람직하게는 0.5 ≤ sU/Y ≤ 4; 특히 바람직하게는 1 ≤ sU/Y ≤ 3
Y ≥ X이면:
sO/X: 높은 열전달 계수를 갖는 상태에서 이차원 요소(9a, 9b)와 상부 프레임(7) 간에 간극의 상대적 두께:
0.3 ≤ sO/X ≤ 5; 바람직하게는 0.5 ≤ sO/X ≤ 4; 특히 바람직하게는 1 ≤ sO/X ≤ 3
sU/X: 높은 열전달 계수를 갖는 상태에서 이차원 요소(9a, 9b)와 하부 프레임(7) 간에 간극의 상대적 두께:
0.3 ≤ sU/X ≤ 5; 바람직하게는 0.5 ≤ sU/X ≤ 4; 특히 바람직하게는 1 ≤ sU/X ≤ 3
H: 구조적 요소(1)의 높이
0.25 m ≤ H ≤ 6 m; 바람직하게는 0.5 m ≤ H ≤ 4 m; 특히 바람직하게는 0.7 m ≤ H ≤ 3 m
유동 저항이 감소된 제1 실시예의 (상대적인) 값 범위:
r/(A-X-Y): 이차원 요소(9)의 상대적 라운딩 반경:
0 ≤ r/(A-X-Y) ≤ 0.5; 바람직하게는 0.1 ≤r/(A-X-Y) ≤ 0.5; 특히 바람직하게는 0.25 ≤ r/(A-X-Y) ≤ 0.5
R/A: 외측 코너부의 상대적 라운딩 반경:
0 ≤ R/A ≤ 0.5; 바람직하게는 0.1 ≤ R/A ≤ 0.5; 특히 바람직하게는 0.25 ≤ R/A ≤ 0.5
중간 공간(23)을 형성하는 이차원 요소(9a, 9b) 간의 거리의 경우, 0.003 m 내지 0.05 m, 바람직하게는 0.005 m 내지 0.04 m, 특히 바람직하게는 0.007 m 내지 0.03 m의 폭이 편리한 것으로 입증되었다.
예
실험적인 셋업에서, 본 발명에 따른 구조적 요소의 프로토타입(prototype)의 특성이 결정되었다. 시트(3, 5)의 경우, 800×800 mm의 크기를 갖는 플렉시글라스 패널(Plexiglass panel)이 사용되었고, 이차원 요소는 반투명한 절연 재료(착색되지 않은 Basotect®)로 이루어졌다. 프레임(7)은 PVC 시트로 제조되었다. 프로토타입의 두께는 96 mm이었다. 공동(15, 17)은 각각 30 mm의 크기(X, Y)를 갖는다.
테스트 셋업은, 가열 가능한 요소가 전술한 타입의 2개의 동일한 프로토타입들 사이에서 압박되도록 하는 한편, 냉각 가능한 요소가 대향 측부에 제공되도록 선택되었다. 가열 가능한 요소로부터 냉각 가능한 요소로의 열 유동은 전기적으로 측정되었다. 따라서, 프로토타입들 중 하나를 통과하는 열 유동은 전체로서 측정된 열 유동의 절반이다. 이 방식에서, 열 전도도(λ)와 열전달 계수(U)가 측정되었다.
제1 측정 셋업(I)에서, 상부 중간 공간(11)의 크기는 60 mm이고 하부 중간 공간(13)의 크기는 0 mm이었고; 제2 측정 셋업(II)에서, 상부 중간 공간(11) 및 하부 중간 공간(13) 양자의 크기는 각각 30 mm이었다. 다른 쌍의 측정 셋업(III 및 IV)들에서, 본 발명에 따른 구조적 요소(1)의 2가지 전환 상태는 2개의 이차원 요소(9a, 9b)를 갖는 구성에서 실현되었다. 측정 셋업에서, 각 경우에 15 mm의 두께를 갖는 Basotect®로부터의 2개의 이차원 요소(9a, 9b)가 사용되었다. 공동(15, 17)의 크기는 각 경우에 15 mm이었고, 중간 공간(23)의 크기는 10 mm이었다. 셋업(III)에서, 중간 공간(11a, 13b)의 크기는 30 mm이었고, 중간 공간(11b, 13a)의 크기는 0 mm이었다. 셋업(IV)에서, 중간 공간(11a, 11b, 13a, 13b)의 크기는 각 경우에 15 mm이었다. 셋업(III) 및 셋업(IV)은 공기 대신에 충전 가스로서 CO2를 이용하여 추가적으로 측정되었다. 이들 측정값은 표 1에서 IIIb 및 IVb로 표시된다.
각 측정 셋업에서는, 가열 가능한 요소와 냉각 가능한 요소 사이의 낮은 온도차에서 2회의 측정이 수행되었고(측정 1 및 측정 3), 가열 가능한 요소와 냉각 가능한 요소 사이의 높은 온도차에서 측정이 수행되었다(측정 2 및 측정 4). 측정 결과는 아래의 표 1에 나타낸다.
측정 셋업 프로토타입들의 양 측부 사이의 온도차 U
[K] [W*m-2*K-1]
1 I 12.8 1.046
2 I 34.7 1.317
3 II 13.7 2.417
4 II 32.7 2.775
5 III 15 0.71
6 III 29 0.8
7 IV 14 1.44
8 IV 28 1.6
9 IIIb 15 0.65
10 IIIb 29 0.74
11 IVb 14 1.45
12 IVb 28 1.67
측정 1 및 측정 3은 프로토타입들에서 실질적으로 동일한 온도차가 존재하는 동안에 이차원 요소(9)의 위치가 변화되면 열전달 계수(U)가 2배 넘게 커진다는 것을 보여준다.
측정 2 및 측정 4는 대류 및 이에 따라 또한 열전달 계수(U)가 온도차와 함께 상승한다는 것을 확인해준다.
실험적 셋업 및 측정에 의해, 본 발명에 따른 구조적 요소의 열전달 계수(U)가 제어될 수 있다는 것을 알았다.
1: 구조적 요소 3: 제1 시트
5: 제2 시트 7: 프레임
9: 이차원 요소 9a: 제1 이차원 요소
9b: 제2 이차원 요소 11, 11a, 11b: 상부 중간 공간
13, 13a, 13b: 하부 중간 공간
15: 제1 공동 17: 제2 공동
23: 제3 공동 25: 라운딩된 외측 코너
27: 라운딩된 내측 코너 H: 프레임(7)의 안목 높이
W: 프레임(7)의 안목 폭 A: 제1 시트(3)와 제2 시트(5) 사이의 거리
X: 이차원 요소(9, 9a, 9b)에 관한 제1 시트(3)의 간격
Y: 이차원 요소(9, 9a, 9b)에 관한 제2 시트(5)의 간격
S1: 제1 시트(3)의 두께
S2, S2a, S2b: 이차원 요소(9, 9a, 9b)의 두께
S3: 제2 시트(5)의 두께
So: 상부 중간 공간(11, 11a, 11b)의 폭
Su: 하부 중간 공간(13, 13a, 13b)의 폭
r: 내측 코너의 반경
R: 외측 코너의 반경

Claims (15)

  1. 제어 가능한 열전달 계수(U)를 갖는 구조적 요소(1)로서,
    - 프레임(7),
    - 서로 대향하고 프레임(7) 내에서 서로로부터 거리(A)를 두고 배치되는 제1 시트(3) 및 제2 시트(5)로서, 상기 제1 시트(3), 제2 시트(5) 및 프레임(7)은 적어도 하나의 가스로 충전되는 폐쇄 용적(V)을 형성하는 효과를 갖는 것인 제1 시트(3) 및 제2 시트(5),
    - 폭이 프레임(7)의 수직 안목 폭(W)에 대응하고 높이가 프레임(7)의 안목 높이(H)보다 작은 적어도 하나의 이차원 요소(9)로서, 프레임(7)의 내측면과 측방향으로 마감되도록 제1 시트(3)와 제2 시트(5) 사이에 배치되는 것인 이차원 요소,
    - 수직 상방으로 이차원 요소(9)와 프레임(7) 사이에 형성되는 상부 중간 공간(11) 및 수직 하방으로 이차원 요소(9)와 프레임(7) 사이에 형성되는 하부 중간 공간(13),
    - 간격(X)을 두고 제1 시트(3)와 이차원 요소(9) 사이에 형성되는 제1 공동(15),
    - 간격(Y)을 두고 이차원 요소(9)와 제2 시트(5) 사이에 형성되는 제2 공동(17), 및
    - 상부 중간 공간(11)을 위해 및/또는 하부 중간 공간(13)을 위해 배치되는, 대류 유동을 제어하는 적어도 하나의 제어 수단
    을 포함하고, 제1 공동(15)과 제2 공동(17)은 상부 중간 공간(11) 및 하부 중간 공간(13)을 통해 연결되어, 대류 유동이 제1 공동(15)과 제2 공동(17) 사이에서 상부 중간 공간(11)과 하부 중간 공간(13)을 통해 유동될 수 있는 것인 구조적 요소.
  2. 제1항에 있어서, 제1 시트(3) 및/또는 제2 시트(5)는 적어도 부분적으로 투명하거나 반투명한 것인 구조적 요소.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제어 수단은 적어도 하나의 이차원 요소(9)의 수평 축선 둘레에서의 수직 변위 또는 틸팅으로 이루어짐으로써, 상부 중간 공간(11) 및/또는 하부 중간 공간(13)은 이차원 요소(9)에 의해 폐쇄되고 이에 의해 대류 유동이 완전히 또는 부분적으로 방지되는 것인 구조적 요소.
  4. 제3항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제어 수단은, 적어도 하나의 이차원 요소(9)를 변위시키는, 바람직하게는 서보모터, 공압 시스템, 자기 시스템 또는 압전 시스템, 기계적 레버, 케이블 또는 바이메탈 구조로부터 선택된 디바이스(19)를 포함하는 것인 구조적 요소.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제어 수단은 적어도 하나의 이차원 요소(9)의 수직 범위의 변화를 포함함으로써, 상부 중간 공간(11) 및/또는 하부 중간 공간(13)이 이차원 요소(9)에 의해 폐쇄되고 이에 의해 대류 유동이 완전히 또는 부분적으로 방지되는 것인 구조적 요소.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제어 수단은, 바람직하게는 플랩, 팽창 가능한 튜브 또는 벨로우즈, 실린더 콕 또는 변위 가능하거나 회전 가능한 웨지 형태의 폐쇄구로부터 선택되는, 상부 중간 공간(11)을 위한 및/또는 하부 중간 공간(13)을 위한 폐쇄 디바이스를 포함하는 것인 구조적 요소.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 시트(3) 및/또는 제2 시트(5)는 투명하고, 제1 시트(3) 및/또는 제2 시트(5)의 재료는 유리 및/또는 폴리머를 포함하는 것인 구조적 요소.
  8. 제7항에 있어서, 상기 유리는 규산염 유리, 붕규산염 유리, 납-규산염 유리로부터 선택되고 및/또는 상기 폴리머는 PET, PVB, EVA, 폴리올레핀, 스티렌 폴리머, 폴리카보네이트, PMMA, 폴리우레탄, PVC 또는 그 혼합물이나 다층 시스템으로부터 선택되며, 폴리머는 시트 또는 압출된, 블로우 성형된 또는 캐스팅된 필름으로서 형성되는 것인 구조적 요소.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 이차원 요소(9)는 유기, 무기 또는 혼성의 폐쇄 셀 발포재 또는 개방 셀 발포재 또는 코팅되거나 코팅되지 않은 텍스타일(textile)로부터 선택된 반투명한 재료로 형성되는 것인 구조적 요소.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 이차원 요소(9)는 미네랄, 금속, 폴리머 및/또는 생물-유기 재료로부터 형성되는 것인 구조적 요소.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프레임(7)의 재료는 콘크리트, 석고, 점토, 유리, 천연 석재, 세라믹, 폴리아미드, 폴리에스테르, 목재, 금속, PVC, 폴리카보네이트, PMMA, 스티렌 폴리머, 폴리우레탄 및 섬유 복합 재료와 이들 재료 중 2개 이상의 복합 재료로부터 선택되고, 또한 개방 셀 발포재 또는 폐쇄 셀 발포재 및 합성 재료 또는 재생 원료의 섬유 보드로부터 선택되는 것인 구조적 요소.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 시트(3) 및/또는 제2 시트(5) 및/또는 적어도 하나의 이차원 요소(9)는 표면 상에 3차원적으로 구조화된 것인 구조적 요소.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 폭이 프레임(7)의 수직 안목 폭(W)에 각각 대응하고 높이가 프레임(7)의 안목 높이(H)보다 각각 작은 제1 이차원 요소(9a)와 제2 이차원 요소(9b)로서, 제1 이차원 요소(9a)와 제2 이차원 요소(9b)는 프레임(7)의 내측면과 측방향으로 각각 마감하도록 제1 시트(3)와 제2 시트(5) 사이에 배치되는 것인 제1 이차원 요소 및 제2 이차원 요소,
    - 제1 이차원 요소(9a) 및 제2 이차원 요소(9b)와 프레임(7) 사이에 수직 상방으로 각각 형성되는 제1 상부 중간 공간(11a) 및 제2 상부 중간 공간(11b), 그리고 제1 이차원 요소(9a) 및 제2 이차원 요소(9b)와 프레임(7) 사이에 수직 하방으로 각각 형성되는 제1 하부 중간 공간(13a) 및 제2 하부 중간 공간(13b),
    - 간격(X)을 두고 제1 시트(3)와 제1 이차원 요소(9a) 사이에 형성되는 제1 공동(15),
    - 간격(Y)을 두고 제2 이차원 요소(9b)와 제2 시트(5) 사이에 형성되는 제2 공동(17), 및
    - 간격(Z)을 두고 제1 이차원 요소(9a)와 제2 이차원 요소 사이에 형성되는 제3 공동(23)
    을 포함하고, 적어도 제1 공동(15)과 제2 공동(17)은, 대류 유동이 제1 상부 중간 공간(11a)과 제2 상부 중간 공간(11b) 그리고 제1 하부 중간 공간(13a)과 제2 하부 중간 공간(13b)을 통해 적어도 제1 공동(15)과 제2 공동(17) 사이에서 유동할 수 있도록 제1 상부 중간 공간(11a)과 제2 상부 중간 공간(11b) 그리고 제1 하부 중간 공간(13a)과 제2 하부 중간 공간(13b)을 통해 연결되는 것인 구조적 요소.
  14. 빌딩 또는 차량에서의 벽 요소 및/또는 지붕 요소로서의 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 구조적 요소(1)의 용도.
  15. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 구조적 요소(1)에서 열전달 계수(U)를 제어하는 방법으로서,
    - 구조적 요소(1)를 제공하는 단계,
    - 구조적 요소(1)의 제1 측면 상의 제1 시트(3) 또는 제2 시트(5)에 의해 열 에너지를 흡수함으로써, 용적(V)을 채우고 있는 가스가 제1 공동(15) 또는 제2 공동(17) 내에서 가열되어 수직 상방으로 상승하는 단계,
    - 수직 상부 중간 공간(11) 및/또는 수직 하부 중간 공간(13)을 개방시킴으로써, 공동(15, 17) 중 하나로부터 중간 공간(11)을 통해 공동(15, 17) 중 다른 하나로의 대류 유동이 가능해지는 단계,
    - 용적(V)을 채우고 있는 가스에 의해 열 에너지를 구조적 요소(1)의 제2 측면 상의 제1 시트(3) 또는 제2 시트(5)로 발산시킴으로써, 공동(15, 17) 중 다른 하나에서 용적(V)을 채우고 있는 가스가 냉각되어 수직 하방으로 떨어져, 대류 유동이 이 공동(15, 17)으로부터 하부 중간 공간(13)을 통해 공동(15, 17) 중 하나의 내부로 유동하는 단계
    를 포함하고, 상기 대류 유동의 세기는 하부 중간 공간(11) 및/또는 상부 중간 공간(13)의 개방 및/또는 폐쇄에 의해 세팅되는 것인 열전달 계수의 제어 방법.
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