KR980010188A - 태양열 환기장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양열 환기장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 투명단열재의 외기쪽에는 유리를 대어 투명단열재가 비바람에 보호되도록 하고 투명 단열재의 안쪽에는 수열면(1)으로 얇은 판상의 검정 금속판을 대어 벽체의 구조물로부터 3∼8㎝ 간격을 두어 공기층이 형성되도록 고안되어 여름에는 제1도에 도시된 바와같이 흡입구(6)와 배기구(7)를 열어 수열면의 온도가 상승함에 따라 공기층의 온도가 상승하여 굴뚝효과에 의해 가열된 공기가 외기로 빠져나가고 이에따라 실내공기가 흡입되도록 고안되어 구조물을 통한 외기열의 실내쪽으로의 차단은 물론 실내환기 작용에 의한 냉방효과가 있도록 고안됐으며, 겨울에는 흡입구와 배기구를 차단하여 공기층이 또다른 단열역할을 하는 한편 수열면에 공급된 태양열을 복사와 대류에 의해 구조물의 표면으로 공급하여 실내쪽으로의 에너지 취득효과와 취득된 에너지의 단열효과가 함께 작용될 수 있도록 고안된 태양에너지의 이용을 위해 경제적으로 태양열에 의해 태양열의 배기 및 차단을 가능케한 태양열 환기장치에 관한 것이다.

Description

태양열 환기장치

제1도는 본 발명에 따른 여름철의 태양열 환기장치의 단면도를 나타낸 것이다.

제2도는 본 발명에 따른 외기에서 본 태양열 환기장치의 정면도를 나타낸 것이다.

제3도는 본 발명의 태양열 환기장치를 통한 겨울철의 난방기능을 나타낸 것이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 수열면(예：검정 알미늄 박판) 2 : 투떵단열재

3 : 유리 4 : 공기층

5 : 외피 구조물 6 : 흡입구(실내공기를 흡입)

7 : 배기구(흡입된 실내공기의 외기로의 배기)

본 발명은 태양열 환기장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 투명단열재의 외기쪽에는 유리를 대어 투명단열재가 비바람에 보호되도록 하고 투명 단열재의 안쪽에는 수열면(1)으로 얇은 판상의 검정 금속판을대어 벽체의 구조물로부터 5㎝ 간격을 두어 공기층이 형성되도록 고안되어 여름에는 제1도에 도시된 바와같이 흡입구(6)와 배기구(7)를 열어 수 열면의 온도가 상승함에 따라 공기층의 온도가 상승하여 굴뚝효과에 의해 가열된 공기가 외기로 빠져나가고 이에따라 실내공기가 흡입되도록 고안되었으며, 겨울에는 흡입구와 배기구를 차단하여 공기층이 또다른 단열역할을 하는 한편 수열면에 공급된 태양열을 복사와 대류에 의해 구조물의 표면으로 공급하여 에너지 취득효과와 취득된 에너지의 단열효과가 함께 작용되어 태양 에너지 이용효율이 배가 되도록 고안된 태양열 환기장치이다.

인류는 유사이래 에너지를 효율적으로 이용하고 절약하는 경제적인 방법을 끊임없이 연구해 오고 있다. 이러한 에너지의 효율적 이용차원에서 사용되는 단열재로서 종래에는 불투명 외피에 전부 불투명단열재가 사용되어 실내열을 외기로부터 잘 차단시킬수 있었으나 태양에너지를 실내로 끌어들이는 취득 기능이 없고 오히려 이러한 에너지까지도 잘 차단시키는 문제점이 있었다.

모든 건축물은 외피에 싸여있다. 일반적으로 외피는 비, 바람, 먼지, 소음, 추위, 더위 등으로부터 재실자를 보호하는 역할을 한다. 그러나 어떤 경우에는 주어진 주위환경으로부터 에너지를 받아들여 건물내로 공급해주는 외피도 있다. 이러한 외피의 기능을 가장 효과적으로 충족시켜주는 재료중의 하나가 투명단열재이다.

투명 단열재란 단파의 태양빛이 통과될 수 있는 건축 재료로서 그 뒤에 있는 벽이나 실내공간의 물체에의해 통과된 단파의 태양빛이 장파의 열로 변화되어 외기로는 다시 빛의 복사를 통해서는 투명단열재를 통과 할수 없게 되어 구조물에 같히게 되는데 (온실효과) 이렇게 같힌 태양열은 열전도에 의해 외기로 나가려 하겠지만 재료의 높은 열 차단 효과에 힘입어 실내쪽으로 열이 흐르도록 되있는 건축재료를 말한다. 이 투명단열재에서 에너지의 흐름은 구조물을 통해 5% 정체된 공기충을 통해 35%, 빛의 방사를 통해65%가 이루어진다.

이러한 투명단열재의 특성이라면 재료의 투명성과 단열성이 제일 중요하므로 가능한 투명성(여기서는 총 에너지 투과율로 정의) 즉 총 에너지 투과율g 값이 1이 되면 가장 좋을 것이고 단열성 즉 열 관류율이 0이되면 가장 좋은 재료라 할 수 있다.이러한 투명 단열재는 지금까지 독일, 영국, 불란서 등지에서 주로 PC(Polycarbonate)와 PA(Polyamid)로 만들어진 벌집형태의 것이 이용되고 있으며 유럽같이 기후조건이 나쁜 곳에서도 이러한 투명 단열재를 건축물에 시공하여 난방 에너지 절약에서 큰 효과를 거두고 있다.

이 투명단열재의 공통된 특징은 대류나 전도에 의한 열의 이동을 막기위한 공기의 비율이 높다는 것이며, 이 공기층의 대류를 억제하기 위해 박판의 합성수지에 의해 가능한 작은 체적으로 공간이 구획되어 있는데, 이 경우 총 에너지 투과율과 열관류 계수와는 서로 상반관계에 있어 재료의 종류에 관계없이 단열을 잘해야 할 것인지, 에너지 투과율을 좋게 할 것인지는 그 지역 특성에 맞게 조절이 되어야만 효율적으로 투명단열재를 사용할 수 있는 문제점이 있다.

그러나 무엇보다도 이러한 효율적인 투명 단열재의 사용에 있어 가장 큰 걸림돌이 되고 있는 것은 과열 차단장치에 따른 막대한 추가비용이 든다는 것이다. 이러한 제반 문제점이 보완되도록 하여 투명단열재의

이용을 원만하게 그리고 경제적으로 가능하게 하는 것이 바로 새로 연구 고안된 태양열 환기장치이다.

본 발명자는 상기한 종래 투명단열재의 문제점을 보완하고, 불투명 외피를 통하여 태양에너지를 취득할수 있는 단열재가 갖추어야 할 제반조건을 만족시킬 수 있는 새로운 과열차단장치를 개발하고자 노력한결과, 본 발명의 단열능력은 투명 단열재의 높은 단열능력과 공기층이 있는 수열면을 같이 구성시켜 겨울에는 공기층이 정체되도록 하여 태양 에너지 취득은 물론 취득된 에너지의 손실을 더욱 적게하여 그 에너지 절약효을을 높였으며, 여름에는 급기구와 배기구를 열어 공기층의 공기가 가열되어 외기로 빠져나가게 하여 실내공기의 환기효과를 갖어와 실내온도 저하효과를 가져올 수 있는 태양열 환기장치를 고안하게 되었다.

본 발명은 투명 단열재의 안쪽에 수열면을 부착한 후 구조물과의 사이에 일정간격의 공기층을 두고 설치하여 급기구와 배기구의 개폐에 의해 환기효과 혹은 단열효과를 볼 수 있어 매우 저렴한 가격으로 그 리고 태양열을 년중 이용하여 기존의 비 경제성의 원인이었던 과열 차단 장치를 대체시킬 수 있는 태양열 환기장치이다

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 태양열 환기장치에 있어 첨부된 도면 제1도와 같이 5㎝ 두께의 투명단열재(2)의 내부쪽에 박판의 수열면(1)을 부착하고 투명 단열재의 외부쪽에는 보호막(유리)(3)을 부착하여 건물의 구조물(5) 외기 쪽에 약 5 cm 정도의 간격을 두고 고정을 시키면 구조물과 수열면 사이에 공기층(4)이 형성되게 된다. 그리고 구조물의 하부에 개폐(開閉)가 가능한 개구부(6)를 만들고 투명단열재의 상부에 개폐가 가능한 개구부(7)를 첨부된 도면의 제2도와 같이 두면 여름에 해가 비칠 경우 수열면이 가열되어 수열면에 접한 공기층(4)의 공기가 가열되어 가열된 공기는 위로 상승하게 되어 가열된 공기는 배기구(7)를 통해 외기로 배출되며 이렇게 배출된 공기를 공기층에 채우기 위해 흡입구(6)를 통해 실내의 공기가 공기층(4)으로 흡입되어해가 비치는 동안과 외기온도가 높을때는 지속적으로 이러한 환기작용이 발생되어 구조물이 외기의 태양빛과 높은 온도에 의해 가열되는 것을 식혀주는 한편 실내공기를 흡입하므로 실내의 공기가 순환되어 재실자로부터 피부의 수증기를 증발시키는 효과가 발생되어 실내의 냉방효과를 갖어오게 되도록 고안된 태양열 환기장치인 것이다.

겨울에는 흡입구(6)와 배기구(7)를 차단하면 태양빛에 의해 수열면이 가열되면 이렇게 가열된 열은 첨부된 도면의 제3도와 같이 일부는 대류에 의해 또 다른 일부는 복사에 의해 구조물로 열이 이동되어 구조물이 가열되어 구조물 내에서는 전도에 의해 열이 실내쪽으로 이동되어 막대한 에너지 취득효과를 갖게 고안되어진 태양열 환기장치인 것이다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 열전도율(λ)값이 50.0W/m℃ 이상으로 열 전도가 매우 잘되는 두께 3mm 이하의 금속 박판을 투명 단열재(2)의 내부쪽(1)에 부착시키고 외부쪽에는 두께 3∼5 mm 정도의 유리(3)를 부착시켜 외기의 비 바람에 대처토록 한 후 이것을 건축물의 구조물 외기쪽에 3∼8 cm 정도의 간격을 두고 고정을 시키면 구조물(5)의 표면과 금속박판(1) 사이에 3∼8 cm 폭의 공기층이 형성된다. 여름과 환절기에 열이 필요없을 경우, 태양 광선이 유리와 투명단열재를 통과하여 수열면(1)에서 열로 변하면 수열면이 가열되는데 이렇게 수열면이 가열됨으로 해서 공기층(4)의 공기도 가열되므로 제1도에 도시한 바와같이 수열면과 접한 공기층의 공기는 상부로 상승하게 된다. 이때 상승하는 공기의 속도는 수열면의 높이와 밀접한 관계를 갖고 있어 높이가 높을수록 상승속도는 빨라지게 되어 시간당 환기량은 많아지게 된다. 이렇게 가열되어 상승된 공기는 배기구(7)를 통하여 외기로 배기가 되며 이렇게 배기된 공기를 공기층에 채우기 위해 흡입구(6)를 통해 실내에서 공기가 흡입된다. 이와같은 공기의 배기 작용이 지속되므로 해서 외기의 열이 구조물을 통해 실내로 들어가는 것을 차단시킴은 물론, 실내에는 유속이 발생되어 이 유속에 의해 인체의 피부에 있는 땀을 증발시키므로 재실자에게 냉방의 효과를 유발시켜 여름철의 냉방효과를 갖어오게 한다.

이와는 반대로 겨울철에는 급기구(6)와 배기구(7)를 차단하면 유리와 투명단열재를 통과한 태양빛에 의해 수열면에 발생된 태양열은 수열면과 접한 공기층(4)의 공기를 가열시켜 대류작용을 통해 수열면의 열을 구조물에 이동시키는 한편, 열복사를 통해 수열면의 고체표면에서 직접 구조물의 표면으로 열을 이동시켜 구조물을 가열시키게 되며 이렇게 구조물에 취득된 열은 열 전도에 의해 서서히 실내쪽으로 이동되어 실내공기의 온도를 상승시켜 막대한 난방에너지의 소비를 줄여주게 할 수 있는 태양열 환기장치에 관한 것이다.

상술한 바와같이 본 발명의 태양열 환기장치는 투명 단열재에 수열면을 부착시켜 구조물과의 사이에 공기층이 형성되도록 하여 겨울에는 태양 에너지 취득효과를 높이는 한편, 여름에는 굴뚝효파를 이용한 환기기능을 갖게하여 실내공간의 냉방효과와 외기 열의 차단효과를 갖게하여 기존의 투명단열 시스템이 갖고 있는 비 경제성의 원인인 과열차단 장치의 문제점이 매우 경제적인 방법으로 해결된 태양열 취득을 위해 투명단열재의 원만한 이용을 위한 태양열 환기장치에 관한 것이다.

또한 본 발명의 태양열 환기장치는 수열면과 투명단열재 및 유리를 일정 크기의 한 유닛트내에 조립되도록 하여 현장시공이 간편하고 설치비가 저렴한 그러나 태양열의 이용을 일년내내 가능하게 하여 건축물에서 막대하게 소비되고 있는 (우리나라 전체 에너지 소비의 약 1/4) 냉방과 난방 에너지의 절약을 가능하게하는 태양열 환기장치에 관한 것이다.

투명단열재 뿐만 아니라 태양에너지 이용 전반에서 가장 큰 걸림돌 중의 하나가 바로 봄, 가을 그리고 여름철의 과열차단 장치일 것이다. 그래서 투명단열재에는 과열차단 장치가 필수적으로 사용되어야 하며 그것으로 인한 여러가지 부수적인 문제가 발생되고 있는데 그 중에서도 다음과 같은 것들을 예로 들수 있다.

- 경제성(과열차단장치를 위해 투명단열 재료비의 거의 8배가 소모됨)

- 부정확한 작동(차단후 이미 축척된 열에 의해 과열현상 발생)

- 운영상의 문제(벽속에 매입된 제반기기의 유지 관리 보수의 어려움)

이러한 문제들이 본 발명의 태양열 환기장치에서는 태양빛이 역으로 이용되여 이 태양열에 의해 공기층에서 굴뚝효과를 유발시켜 가열된 공기를 외기로 배기시켜 외기열의 차단은 물론 실내공기의 환기작용을 유발시켜 실내의 냉방 효과까지 얻을 수 있는 한발 앞선 태양열 이용 기술이며, 더욱이 겨울에의 난방효율도 저하 되지 않고 오히려 밀폐된 공기층에 의해 단열효과가 강화되어 더욱 커진 난방효과에 의해 일년동안 막대한 에너지 절약 효과를 기대할 수 있는 태양열 환기장치인 것이다.이상에서 보듯 새로 연구 개발된 태양열 환기장치는 그 성능면에서나 경제성 등에서 뒤질것이 없으며, 또한 투명단열재의 취약성 문제와 과열 차단장치의 비경제성 문제가 해결되었으며, 무엇보다도 태양열 환기장치는 시공비면에서 매우 경제적이고 여름의 냉방효과 까지도 갖고 있어 건축물의 냉, 난방 에너지를 태양에너지로 대체하는데 필수적인 투명 단열재료의 실용화에 없어서는 안될 태양열 이용을 위한 조절 장치이다.

Claims (2)

1. 구조물과 투명단열재 사이에 공기층을 두고 툰명단열재 내부쪽에 금속박판을 분착하여 온도변화나 태양열에 의해 공기층의 공기가 상승하면 배기구를 통해 가열된 공기가 외기로 배기될 수 있는 기능을 갖는 태양열 환기장치.
2. 제1항에서 공기층의 폭은 2∼10cm이고, 금속박판은 열전도율이 30W/m℃이상이고 두께가 3mm이내의 검은색 판상 재료로 구조물과 평행하게 구성된 것을 특징으로 하는 태양열 환기장치.

   ※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.