KR20180136970A - 열 수집기로 기능할 수 있는 지붕 패널 - Google Patents

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Abstract

본 출원의 주제는 태양 복사 및 주변 열을 수집하여 지붕 밖으로 이 에너지를 전달할 수 있도록 하는 방식으로 건물에서 이미 사용되는 샌드위치 패널 장치이다. 본 발명의 구조 요소는, 공지된 내-하중 샌드위치 패널의 구성과 유사한 내-하중 성능을 갖는 외측 및 내측 시트 사이에 샌드위치된 단열재 코어로 구성된다. 시트 프로파일이 마룻대 또는 서까래의 방향으로 놓여 있는지 여부에 관계없이, 적절한 세트를 사용하여, 기상 재료를 위한 통로(에어 덕트(1, 4))로서 기능하는, 지붕의 전체 길이에 걸쳐서, 패널의 표면과 코어에서 서까래 방향으로 중공 구조가 생성된다. 외부 및 코어 양쪽 모두에서, 이들 덕트가 서로를 향하는 단부, 즉, 상부 에어 역전 챔버(8)에서 연결된다면, 그 내부의 물질은, 패널의 외부 표면, 즉 외부 프로파일 금속 시트(2)에 도달하는 열에 반응하여, 중력에 의한 힘만을 이용하여 자체 유동을 시작한다. 패널의 주어진 지점이 열교환기(6)에 의해 냉각되면, 자발적인 유동은 계속 유지된다. 냉각은 에어 덕트(고온 에어 덕트(1) 및 저온 에어 덕트(4))에서 수집된 열을 시스템 밖으로 운반하며, 이 열은 우리의 에너지 요구를 제공하기 위해 활용된다. 따라서, 본 출원의 주제는, 건물의 지붕 구조 또는 지붕 구조의 일체화된 부분으로서 작용하여, 지붕 구조에 필요한 모든 보호 요구사항들을 빠짐없이 충족하는, 열 수집기로서 기능하는 샌드위치 패널, 이하 열 수집기 샌드위치 패널(3)이다. 특별한 설계로 인해 주위의 열을 모아서 이 열을 호환 가능한 공지의 보조 기기를 사용하여 축열기로 전달할 수 있다.

Description

열 수집기로 기능할 수 있는 샌드위치 지붕 패널
본 출원의 주제는, 건물에서 이미 이용되는 샌드위치 패널을, 태양 복사 및 주위 열 에너지를 획득하여 지붕 밖으로 에너지를 전달할 수 있도록 배열하는 것이다.
당해 구조 요소는, 공지된 내-하중(load-bearing) 샌드위치 패널과 유사하게, 내-하중 성능을 갖는 시트들 사이에 배열된 단열재를 포함한다. 시트 프로파일이 마룻대(ridge beam) 또는 서까래(rafters) 방향으로 배치되는지 여부와 관계없이, 적절한 조립으로, 중공 구조는 서까래 방향으로 패널의 코어 내에 및 표면 상에 형성되고, 지붕의 전체 서까래 길이에 걸쳐, 기체 형태의 물질(aeriform material)이나 에어 덕트를 위한 통로로서 기능한다. 이러한 에어 덕트가, 외측 및 코어 내부의 양쪽 모두에서, 서로 마주하는 단부에서 연결된다면, 그것들 내부의 물질(substance)은 패널의 외부 표면에 도달하는 열에 반응하여 중력만을 이용하여 스스로 유동하기 시작할 것이다. 패널의 주어진 지점이 냉각되면, 자발적 유동은 계속해서 유지될 것이다. 냉각은 에어 덕트에서 모여진 열을 시스템 밖으로 운반하며, 이 열은 우리의 에너지 요구를 충족시키기 위해 활용된다.
그러므로 본 출원의 주제는, 물리적으로 건물의 지붕 구조를 형성하고 지붕 공사에 필요한 모든 보호 요구사항을 모두 만족시키는 지붕 구조의 일체부분을 형성하는, 열 수집기로서 기능하는 샌드위치 패널(이하, 열 수집기 샌드위치 패널)이다. 이는 특별한 디자인으로 인해 주변의 열을 흡수하여, 호환 가능한, 공지의 보조 기기를 사용함으로써 이 열을 열 저장부(heat storage)로 전송할 수 있다.
화석 연료의 공급이 유한하기 때문에, 주택과 다른 건물의 에너지 공급원으로 태양 에너지를 포함시키는 것이 적절하다. 이것을 수행하는 것을 목표로 하는 몇 가지 해결책은, 예를 들어, 건물의 외부에 설치될 수 있는 보조 장비의 형태 또는 건물 외부에 형성되고 배열되는 에너지 자원을 활용하는 장비의 형태로 이미 실시되었다.
예컨대, 태양 에너지 수집기, 태양 전지판, 주택 주변의 지면에 놓이거나 천공된 히트 펌프, 또는 양방향 대기 히트 펌프 등과 같은, 태양에 의해 구동되는 재생 에너지의 활용은, 직접적이고 물리적으로 건물 부근에서 수행될 수 있다. 전기 에너지 소비는, 건물의 단열을 개선함(패시브 하우스(passive house))으로써, 또는 현장의 환경에서 얻은 에너지를 활용하는 시스템을 사용하여 주기적으로 상기 에너지 중 일부를 급전망(grid)으로 회복시킴(액티브 하우스(active house))으로써 감소될 수 있다.
아일랜드의 Kingspan, 스웨덴의 Lindab, 헝가리의 Metalsheet와 같은 샌드위치 패널 제조업체의 제품은 "패시브 하우스" 라인에 적합하다. 통상적으로 이들 제품은 넓은 선택폭의 단열값을 갖는다.
또한 "액티브 하우스" 시장에 서비스를 제공하는 여러 제조업체들이 있다. 건물 근처의 현장에서 에너지를 수확하는 많은 해결책 중 하나로서 태양 에너지 수집기가 언급될 수 있을 것이다.
태양 에너지 수집기는 2가지 주요 작동 원리에 따라 그룹화될 수 있다.
a) 일반적으로 사용되는 용액에 따라서, 액체는, 지붕에 나중에 설치되는 다양한 프레임에 배열되는, 다양한 열 흡수 재료 내에 매립되는 배관 내에서 순환하며, 상기 액체는, 가열시, 열을 활용하는 다른 유닛으로 패널로부터의 열을 운반한다. 공지된 제조업체: 독일의 Vaillant (EP 2 015 000 A2 [2009.01.14.] "태양 에너지 흡수 튜브 및 수용 수단을 갖춘 프레임"; DE 10 258 711 A1 [2002.12.12.] "태양 에너지 수집기 유닛은 압출 성형 프로파일식 섹션에 의해 형성된 메인 수집기 본체에 고정되는 복수의 관형 수집기를 가짐")
"재순환 자연 대류 태양 에너지 수집기"라는 명칭의 US 4,135,490에 개시된 해결책에 따르면, 열 교환기는 정면의 투명판 및 다른 면의 불투명판에 의해 덮인 프레임 내의 판에 의해 분리되는 공간을 포함하여 형성된다. 이렇게 형성된 열교환기 내에서 액체 순환이 발생하고, 흡수된 열은 연속적으로 운반되어 이용될 수 있다. 유사한 해결책이 "태양열 홀더"라는 명칭의 US 3,987,782에 제안되어 있다. 특허문헌 양자 모두는 주거용 건물의 지붕에 설치될 수 있는 별도로 적용되는 열교환기 유닛에 대한 기술 및 고육을 포함한다.
b) 진공관 태양 에너지 수집기는 보다 효율적인 해결책을 보여준다. 진공은 2개의 유리관 사이에서 발생하며, 하나의 유리관은 다른 유리관 내에 삽입되고 끝에서 밀봉된다. 2개의 관 사이의 진공은 단열 기능을 제공한다. 내부의 밀폐된 관에는 태양 빛이 비칠 때 증발하는 액체가 들어 있으며, 튜브의 차가운 끝부분에서 응축될 때 열을 전달한다. 열전달은 물질 상태의 변화 에너지에 의해 허용된다. 이 시스템은 또한 패널에 장착된다. 그 많은 장점에 더하여 태양으로부터의 복사 에너지만이 활용되며, 진공의 절연 특성으로 인해 주위의 열을 이용할 수 없다. 유사한 해결책이 "전자기 에너지용 흡수체"라는 명칭의 EP 0 025 305 A1 [1981.03.18.] 에 개시되어 있다.
태양 에너지를 직접 전기 에너지로 변환하는 태양 전지판도 언급될 수 있을 것이며, 이는 20세기에 개발된 반도체의 응용 방법에 따라 널리 사용된다. 그 중에서도 "태양 에너지로부터 전력을 생산하는 방법 및 장치"라는 명칭의 US 2005081908 A1 [2005.04.21] 은 그러한 해결책을 개시한다.
상기 해결책의 단점은 에너지를 얻기 위하여 이용할 수 있는 빌딩의 표면 중 단지 작은 일부만을 활용한다는 것이다 나아가서, 이는 주로 태양의 복사 에너지를 이용하는 한편 주변 에너지가 이용되지 않거나, 또는 매우 작은 정도로 이용되는 점에서도 불리하다.
상기 해결책의 또 다른 단점은 그것이 건물의 일부를 구성하지 않고, 기존 건물에 장착할 수 있는 유닛들과, 이것들에 부착시킬 수 있는 다른 장비로 만들어진다는 점이다. 그것의 사용은 건설비 절감을 허용하지 않는다.
상기 언급된 단점을 제거하기 위해서, 이하에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 수집기로서 기능하며 요소들을 위하여 설정된 모든 구조적인 요구 사항들을 충족할 수 있으며, 동시에 방출된 열뿐만 아니라 주위의 열을 흡수하여 활용할 수 있는 열교환 샌드위치 패널로, 지붕 표면의 대부분 또는 지붕 표면 전체가 구성되도록 건물의 지붕 구조가 설계될 수 있다는 인식에 기초하여 새로운 해결책이 제안된다. 나아가서, 어떠한 투명 외장 커버 플레이트도 사용할 필요가 없으며; 열 흡수 장치로서 기능하는 프로파일된 금속 시트 커버 플레이트의 사용 또는 열 전도성 리브 금속 폼(foam)의 사용에 의해, 주위의 열이 또한 활용될 수 있다.
방출된 에너지는, 동굴인이 태양 쪽으로 등을 돌렸을 때, 동굴인에 의해 이미 사용되었고, 재순환하는 열교환기의 원리는 수백 년 동안 인류가 사용해 왔다. 다른 공지된 태양 전지판 특허와 비교할 때, 본 발명의 본질은 - 건물의 전통적인 지붕 구조 대신에 - 신규한 열 수집기 샌드위치 패널 장치의 도움으로 태양 복사 및 주변 에너지를 전송할 뿐만 아니라 수집할 수 있는, 완전히 다르고 신규하고 특별한 장치이다.
건물의 로프트(loft)는 새롭게 개발된 열 수집기 샌드위치 패널로 덮인다. 그 측면을 따라 함께 끼워맞춰지고 조립되어, 패널은 지붕, 즉 건물의 구조적인 일부를 형성한다. 히트 펌프를 사용하여, 넓은 표면 상에서 열을 흡수하면, 흐린 날씨에도, 보통의 온도 차이에서도, 상당한 양의 열에너지를 제공한다.
본 발명은 이하에서 보다 상세히 기술될 것이다:
도면의 참조 부호의 목록
1: 고온 에어 덕트(hot air duct)
2: 외부 (제한) 프로파일 금속 시트(external (limiting) profiled metal sheet)
3: 열 수집기 샌드위치 패널(heat collector sandwich panel)
4: 저온 에어 덕트(cold air duct)
5: 단열재(heat insulation)
6: 냉각 장치(cooling device)
7: 하부 에어 역전 챔버(lower air reversing chamber)
8: 상부 에어 역전 챔버(upper air reversing chamber)
9: 응축물 배출구(condensate drain hole)
a: 저온 에어 덕트들 사이의 거리(distance between cold air ducts)
b, c, e: 사다리꼴 시트의 치수(dimensions of trapezoid sheet)
d: 단열 패널의 두께(thickness of heat insulated panel)
f: 패널 구조물의 총 두께(total thickness of the panel structure)
S1: 고온 에어 덕트의 단면(cross-section of the hot air duct)
S2: 저온 에어 덕트의 단면(cross-section of the cold air duct)
도 1은 건물의 지붕 구조를 이루는 열 수집기 샌드위치 패널(3)의 배열을 도시한다.
도 2는 건물의 지붕 구조를 이루는 열 수집기 샌드위치 패널(3)의 작동 원리를 도시한다.
도 3, 도 4 및 도 5는 본 발명의 유리한 구현예를 나타내는 3개의 상이한 열 수집기 샌드위치 패널의 단면을 도시한다. 당연히, 본 발명의 사용에 의해 추가의 시트 프로파일이 형성될 수 있다.
도 6은, 내부 열 교환기에 의해 부분적으로 은폐되고 양호한 새들 루프 장치(favourable saddle roof arrangement)에 있어서 점선으로 표시되는, 상부 에어 역전 챔버(8) 및 그 위치를 도시한다.
도 7은 하부 에어 역전 챔버(7) 및 그 위치를 도시한다.
열 수집기 샌드위치 패널(3)의 평면에는, 서까래 방향으로 평행하게 배열된, 2개의 덕트의 열(rows), 바람직하게는 에어 덕트(1, 4)의 열이 있다. 건물에 대한 관점에서, 외부의 고온 에어 덕트(1)는, 태양 복사 및 주변 열을 흡수할 수 있는 공지의 구조 재료, 바람직하게는 주름진 금속 시트, 더욱 유리하게는 사다리꼴 프로파일 금속 시트(trapezoid profiled metal sheet) 또는 알루미늄 폼 형상(aluminum foam shape)으로 만들어지는 외부 표면을 갖는 외부 프로파일 금속 시트(2)로 덮여있다. 2개의 덕트(1, 4)의 열 사이에는 단열재(5)가 배열되어 있다. 또한 지붕에 대한 관점에서, 열 수집기 샌드위치 패널(3)의 내측에도 단열재(5)가 있다(도 3, 4 및 5). 열 수집기 샌드위치 패널(3)의 각각의 단부에는, 에어 역전 챔버(7, 8)가 있다(도 6 및 7).
열 수집기 샌드위치 패널(3)의 상부 에어 역전 챔버(8)에는, 시스템으로부터 열을 방출하기 위하여 유동하는 냉각 매체를 포함하는 냉각 장치(6)가 배열된다(도 2 및 6).
본 발명의 기능의 상세한 설명:
건물의 지붕 구조에 대한 관점에서 외측면인, 외부의 고온 에어 덕트(1)의 일 측면은, 외부 프로파일 금속 시트(2)를 통해 태양 복사 및 주변 열을 흡수하도록 기능한다. 또 다른 열(row)의 저온 에어 덕트(4)는, 열 수집기 샌드위치 패널(3)의 내측에 위치되며, 그에 따라 추가의 단열재(5) 층에 의해 건물의 내부와는 분리된다. 덕트(1, 4)는 지붕면의 하단으로부터 마루(ridge)까지, 서까래 방향으로 패널을 관통하는 에어 덕트인 것이 바람직하다.
열 수집기 샌드위치 패널(3)의 하단부 및 상단부에는 에어 역전 챔버(7, 8)가 형성되고, 이는 패널의 내부에서 매체의 순환을 가능하게 한다. 에어 덕트 내에서의 매체의 순환은 중력에 의해 또는 필요시 강제-순환에 의해 바람직하게 발생한다.
냉각 장치(6)는, 상부 에어 역전 챔버(8)(고온 지점)에 위치되고, 열을 추출할 목적으로 기능하며, 널리 공지된 냉각 매체가 그 내부에서 순환하고, 여기에는 바람직하게는 히트 펌프의 저온 측이 연결될 수 있다.
가열된 매체는 외부의 고온 에어 덕트(1) 내에서 상승하고, 냉각된 매체는 내부의 저온 에어 덕트(4) 내에서 하강한다.
열 수집기 샌드위치 패널(3)은, 금속, 프로파일 시트 및 단열재료와 같은 다양한 구조 재료를 사용하여 형성될 수 있으며, 건물의 외부와 내부 사이의 단열 구획에 적합하고, 자립형(self-supporting) 샌드위치 패널 구조를 형성하며, 적절한 치수를 갖는 상태로, 정역학적인 요구사항에 따라서 중도리(purlin) 또는 서까래에 의해 지지되는 지붕 요소들로도 기능한다. 따라서 지붕 구조에 있어서 추가적인 서까래 또는 중도리의 설치는 불필요하다.
외부 제한 프로파일 금속 시트(2)는, 적절한 열전도도의 금속 시트인 것이 바람직하며, 입사되는 복사 에너지로 가열되어 에어 덕트의 인접부로 외부 열을 전달하며, 나아가서 열팽창을 견디고 강성을 증가시키기 위해 단면 및/또는 리브 프로파일 시트(sectional and/or ribbed profile sheet)로서 형성된다. 물론, 프로파일 시트의 사용은 열전달 표면을 더욱 증가시키고, 지붕면에 비-수직인 복사는 더욱 높은 효율로 더욱 양호하게 활용될 수 있다.
외부, 내부와 마찬가지로, 열 수집기 샌드위치 패널(3)의 구성요소를 상호-연결하는 것은, 플라스틱 나사 또는 성형 요소(shaped elements)와 같은 기계적이고, 비-열-전도성 재료에 의해 시트와 고온 및 저온 에어 덕트(1, 4)를 덮으며, 열 수집기 샌드위치 패널(3)의 구조적인 강도는 현저하게 증가하여, 시트 두께를 최적화하고 보다 넓은 스팬을 가능하게 하는 패널 구조를 형성할 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 열 수집기 샌드위치 패널(3)의 치수를 정하는 2가지 예가 아래에 제시될 것이다. 본 발명은 실시예에서 주어진 형상, 치수, 크기로 제한되지 않으며, 사용된 재료의 특성을 고려하여, 주어진 요구 사항에 따라 간단한 계산 및 실험을 이용하여 치수를 재조정할 수 있다
실시예 1 (도 3)
외부 및 내부의 에어 덕트(1, 4)는 육각형 단면을 가짐
저온 에어 덕트들 사이의 거리 a 23.5 ㎝
사다리꼴 시트의 치수 b 12 ㎝
c 6 ㎝
e 6 ㎝
단열 패널의 두께 d 21 ㎝
패널 구조의 전체 두께 f 27 ㎝
고온 에어 덕트의 단면적 S1 105 ㎠
저온 에어 덕트의 단면적 S2 205 ㎠
실시예 2 (도 4)
외부 열의 에어 덕트(1)는 육각형 단면의 덕트로 구성되고, 내부 열의 에어 덕트(4)는 원형 단면의 덕트로 구성됨
저온 에어 덕트들 사이의 거리 a 23.5 ㎝
사다리꼴 시트의 치수 b 12 ㎝
c 6 ㎝
e 6 ㎝
단열 패널의 두께 d 20 ㎝
패널 구조의 전체 두께 f 26 ㎝
고온 에어 덕트의 단면적 S1 105 ㎠
저온 에어 덕트의 단면적 S2 53 ㎠
에어 덕트(1, 4) 내의 열전달 매체는 바람직하게는 중력 또는 힘에 의해 순환하는, 대기압 또는 다른 것 아래에 있다. 순환하는 열전달 매체는 다양한 물질들 중에서 선택될 수 있다. 바람직하게는 이것은 기상 물질이어야 하며, 더욱 바람직하게는 대기가 사용될 수 있다.
하부 에어 역전 챔버(7)의 바닥에는 작은 구멍이 천공되어, 응축물이 시스템으로부터 자유롭게 배출될 수 있도록 한다.
열 전달 매체로서 에어를 사용하는 본 발명의 동작:
고온 에어 덕트(1) 내의 매체는 외부 제한 프로파일 금속 시트(2), 바람직하게는 리브 금속 시트(ribbed metal sheet)의 온도를 인계받는다. 이 열로 인해, 매체는 팽창하고 밀도가 감소한다. 저온 에어 덕트(4) 내의 보다 무거운 매체는 하부 에어 역전 챔버(7)를 통하여 고온 매체의 자리를 차지하고자 노력하여 패널의 상부 에어 역전 챔버(8)로 고온의 매체를 밀어 낸다.
상부 에어 역전 챔버(8) 내에서, 고온의 에어는 그 열을 냉각 장치(6)로 흘려보내, 냉각되는 한편 그 부피는 감소한다. 밀도가 증가하기 때문에 매체는 저온 에어 덕트(4)로 가라앉는다. 따라서 연속적인 가열 및 냉각은 고온 및 저온 에어 덕트(1, 4) 내에서 매체의 자체-순환을 초래한다. 얻어진 열, 뿐만 아니라 냉각 장치(6) 내의 액체는, 공지된 활용, 바람직하게는 온수 탱크 내의 추가적인 저장, 온수를 가정에 공급하기 위한 또 다른 기술에의 이용, 건물 난방, 또는 전기 에너지 발생에 사용될 수 있다.
건물 내에서의 활용이 더 이상의 열 흡수를 요구하지 않는다면, 상부 및 하부 에어 역전 챔버(7, 8)의 단부에 위치한 환기 창은 조절되는 방식으로 개방되어, 패널로부터 상부 창을 통해 따뜻한 매체, 즉 공기의 자유로운 유동을 초래한다. 이러한 방식으로 공기 유동은 패널로부터 주변환경으로 열을 운반하여, 건물의 열 부하 증가는 회피될 수 있다.
물론 열 수집기 샌드위치 패널(3)은 상이한 경사각을 갖는 지붕에 사용될 수 있다. 잘 알려진 바와 같이, 지붕의 기울기 및 방향은 잠재적인 최대 생산량에 큰 영향을 미친다.

Claims (11)

  1. 열 수집가로서 건물의 지붕 구조로 사용되는 샌드위치 패널 장치로서,
    열 수집기 샌드위치 패널(3)의 평면에는, 서까래 방향으로 평행하게 배열된 2개의 덕트의 열(rows), 바람직하게는 에어 덕트(1, 4)의 열이 있으며;
    건물에 대한 관점에서, 외부 열(row)의 고온 에어 덕트(1)는 태양 복사 및 주변 열을 흡수할 수 있는 공지의 구조 재료로 만들어지는 외부 표면을 갖는 금속 시트(2)로 덮여 있으며;
    분리하는 단열재(5)가 덕트(1, 4)의 평면 사이에 배열되며;
    또 다른 단열재(5)가 지붕에 대한 관점에서 열 수집기 샌드위치 패널(3)의 내측에 배열되며;
    역전 챔버(7, 8), 바람직하게는 에어 역전 챔버가 열 수집기 샌드위치 패널(3)의 각각의 단부에 형성되며;
    열 수집기 샌드위치 패널(3)의 상부 에어 역전 챔버(8)에는 열을 방출하기 위하여 유동하는 냉각 매체를 포함하는 냉각 장치(6)가 배열되는 것을 특징으로 하는 샌드위치 패널 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 열 수집기 샌드위치 패널(3) 내의 챔버는 하부 및 상부 에어 역전 챔버(7, 8)이고, 이들 상부 및 하부 에어 역전 챔버(7, 8)에서는 모든 고온 및 저온 에어 덕트(1, 4)를 공동으로 연결하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    지붕의 내측을 향하는 상기 열 수집기 샌드위치 패널(3)의 단열재(5)는, 공지된 단열재(heat insulation), 합성물(composite) 및/또는 석조 재료(masonry material)인 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 따른 열 수집기 샌드위치 패널 지붕 구조물의 사용 방법으로서,
    복사 태양 에너지 및/또는 주변 열 에너지의 활용을 목적으로 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    물 또는 다른 공지된 열 저장 물질(heat storing substance)을 가열하기 위하여 상기 열 수집기 샌드위치 패널(3)을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 청구항 4 또는 5에 있어서,
    상기 열 수집기 샌드위치 패널(3)의 덕트(1, 4) 내에서 열을 전달하기 위하여 기상 매체가 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 기상 매체는 대기압의 공기인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 청구항 4 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
    경사도가 90도보다 작은 지붕 면에 상기 열 수집기 샌드위치 패널(3)을 활용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    건물의 내부를 향하는 상기 열 수집기 샌드위치 패널(3)의 단열재(5)는 공지 된 단열재 및/또는 공간 구분 재료(space delimiting material)로 되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 청구항 4 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
    건물의 지붕 구조로서 및/또는 지붕 구조 자체의 일체화된 부분으로서 상기 열 수집기 샌드위치 패널(3)을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 청구항 4 내지 10 중 어느 한 항에 있어서,
    서까래(rafter) 또는 마룻대(ridgepole)와 평행하게 지붕에서 길이방향으로 상기 열 수집기 샌드위치 패널(3)을 설치하며, 여기서 상기 고온 및 저온 에어 덕트(1, 4)는 항상 상기 서까래와 평행한 것을 특징으로 하는 방법.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109057136A (zh) * 2018-09-03 2018-12-21 西安异聚能科技研究院有限公司 一种带真空保温层的新型节能建材
CN108867993A (zh) * 2018-09-03 2018-11-23 西安异聚能科技研究院有限公司 一种带风力自循环系统的新型节能建材
CN111910852A (zh) * 2020-08-31 2020-11-10 清华大学 一种智能可调的新型被动式屋顶

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4135490A (en) * 1976-12-14 1979-01-23 Soleau Bertrand S Jr Recirculating natural convection solar energy collector
US4284066A (en) * 1980-06-04 1981-08-18 Brow Robert J Solar liquid heater
KR20090021278A (ko) * 2006-05-18 2009-03-02 홀릭 솔라 시스템즈 리미티드 건물의 환기 공기 냉각 방법 및 장치

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH257348A (de) * 1947-05-17 1948-10-15 Sutter Jann Vorrichtung zur Nutzbarmachung von Sonnenwärme.
US3987782A (en) 1975-06-16 1976-10-26 Meier Jr Herman Solar heat holder
JPS5280640A (en) * 1975-12-26 1977-07-06 Toshiba Corp Solar energy collecting device of hot wind type
CA1103539A (en) * 1977-08-19 1981-06-23 Queen's University At Kingston Solar heater
CA1161324A (en) 1979-08-29 1984-01-31 Jacques M. Hanlet Electromagnetic energy absorber
DE3006974C2 (de) * 1980-02-25 1985-07-25 Manfred 8598 Waldershof Helfrecht Energiedach
IE50822B1 (en) * 1981-03-05 1986-07-23 Paul T Sikora Heat recovery glazing
US4437456A (en) * 1981-06-29 1984-03-20 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Heat collector
FR2536156A1 (fr) * 1982-11-12 1984-05-18 Synopsis Inst Rech Altern Capteur d'energie calorifique a circulation d'un gaz comportant un echangeur au contact dudit gaz
FR2622961A1 (fr) * 1985-11-27 1989-05-12 Andelfinger Jean Capteur solaire
AU1293688A (en) * 1987-02-13 1988-09-14 Hans Josef May Structural element for surface heating and cooling systems and process for manufacturing such elements
NO175115C (no) * 1991-04-04 1994-08-31 Legabeam Norge As Bygningsdel, særlig for lavenergihus, samt bygning oppbygget av slike bygningsdeler
DE10144148A1 (de) * 2001-09-07 2003-04-03 Hake Thomas Solarenergieanlage für ein Gebäude, insbesondere ein Wohnhaus
AT410715B (de) 2001-12-21 2003-07-25 Vaillant Gmbh Sonnenkollektoreinheit
CN1389632A (zh) * 2002-07-12 2003-01-08 江苏大学 太阳能建筑采暖用薄膜组合
US20050081908A1 (en) 2003-03-19 2005-04-21 Stewart Roger G. Method and apparatus for generation of electrical power from solar energy
DE20308205U1 (de) * 2003-05-22 2003-09-11 Helmstaedter Werner Moduldach, insbesondere für Hallen und Wohngebäude
WO2006081630A1 (en) * 2005-02-04 2006-08-10 Terrence Robert Oaten Roof assembly
DE102005034970A1 (de) * 2005-07-22 2007-01-25 Krecké, Edmond Dominique Gebäudewandung mit Fluiddurchführung als Energiebarriere
IE86172B1 (en) * 2007-05-01 2013-04-10 Kingspan Res & Dev Ltd A composite insulating panel having a heat exchange conduit means
AT505444B1 (de) 2007-07-09 2009-07-15 Vaillant Austria Gmbh Fixierung eines solarabsorberrohres in einem rahmen
DE102007044252A1 (de) * 2007-09-17 2009-03-19 Puren Gmbh Luftsonnenkollektorvorrichtung
EP2182269A1 (en) 2008-10-31 2010-05-05 Rockwool International A/S Composite insulating product
GB2547658A (en) * 2016-02-24 2017-08-30 Nasibov Emin A sandwich panel

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4135490A (en) * 1976-12-14 1979-01-23 Soleau Bertrand S Jr Recirculating natural convection solar energy collector
US4284066A (en) * 1980-06-04 1981-08-18 Brow Robert J Solar liquid heater
KR20090021278A (ko) * 2006-05-18 2009-03-02 홀릭 솔라 시스템즈 리미티드 건물의 환기 공기 냉각 방법 및 장치

Also Published As

Publication number Publication date
EA038162B1 (ru) 2021-07-16
AU2017252608A2 (en) 2018-12-13
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US20180252439A1 (en) 2018-09-06
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AU2017252608A1 (en) 2018-08-09
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