자연형 태양열 설계의 개념 및 종류(직접취득, 축열벽, 지붕연못, 태양공간, 열사이폰)

자연적 태양열 냉난방 시스템은 건물을 통하거나 주변에 있는 자연스러운 에너지의 흐름에 의존하는 다음과 같은 세 가지 범주로 나누어집니다. 

1. 직접 흡수 / 손실: 열이 공간 내부에서 직접 집진되며 냉방 시는 공간으로부터 직접 손실되거나 분산됩니다. 

2. 간접 흡수 / 손실: 열 흡수나 손실은 Weather skin에서 이루어집니다. 

3. 독립 흡수 / 손실: 열 흡수나 손실은 Weather skin으로부터 떨어져서 발생합니다. 예를 들어 냉방은, 지구의 집합체(냉기관) 또는 냉기연못으로부터 미리 냉각된 유도공기를 포함합니다. 

시스템은 열 요구에 따라 조합될 수 있습니다. 

 

공간 난방 개념

어느 인공 시스템의 개발 부분에서고, 에너지 절약 요소는 고려되어야 합니다. 인공태양열 난방에서, 열 손실을 방지하고 그것을 최소한으로 유지하는 것은 난방시스템이 가장 효과적이라는 것을 확신시키는데 기본적인 것입니다. 이러한 요소들은, 충분한 절연, 건물방향, 표면대 체적비, 적당한 재료, 재질, 마감선택 등을 포함합니다. 공간난방의 성공은 충분한 태양에너지의 집진, 저장, 분배, 조절 자연적으로 발생하는 모든 것과 전도, 대류, 복사를 이용해 모든 비 기계적인 수단들에 달려있습니다. 효과적인 인공시스템의 운전은 종종 건물 안에서의 지배적인 에너지 흐름입니다. 그것은 바꾸려는 사용자의 조절을 포함합니다. 

 

1. 태양열 집진 표면은 일반적으로 남쪽을 향하고 있는 투명하거나 반투명의 플라스틱, 유리섬유 또는 유리입니다. 재질 저하는 태양 노출이나 기타 요소에 의해 초래될 수 있습니다. 밤시간의 손실을 조절하기 위해 이러한 집진 면적을 절연하는 것이 극한 기후에서는 특히 중요합니다.

2. 열 저장소 재질은 콘크리트, 벽돌, 모래, 타일, 돌 그리고 물 또는 다른 액체를 포함합니다. 공용소금이나 파라핀과 같은 위상 교환 재료들 역시 적합합니다. 저장소는 직접 또는 간접으로 최대 태양노출을 받도록 위치해야만 합니다. 충분한 열저장 용량은 태양열이 흡수되고 필요할 때까지 남아 있도록 해주면 내부 온도 변동이 감소되도록 도와줍니다. 

3. 전도, 대류, 복사에 의해 자연스럽게 열 분배가 발생합니다. 일반적으로 팬이나 기타 기계적인 에너지 분배기구들은 피해야 하지만 때때로 정말 운전에 그러한 것들이 필요합니다. 

4. 통풍구, 완충기, 이동식 절연장치, 차단장치와 같은 조절기계장치는 균형 있는 열분배에 도움이 됩니다.  

 

공간 냉방 개념

자연적 난방과 같이 자연적 태양냉방은 자연적인 열 현상을 이용하여 실내 공간온도를 조절합니다. 자연 냉방을 위해 설계된 구조물은 외부열 흡수를 줄이며, 내부 열 흡수를 분산시키고, 충분한 절연, 차단방향, 표면색깔, 구조 통과 같은 특징을 지녀야 합니다. 가능하다면, 외부열 흡수는 Weather skin에 달거나 통과하기 전에 조절되어야 합니다. 

냉방이 필요할 때, 열 분산은 냉방실내 열 매 체나 공기에 의해 전도, 대류, 복사로 이루어집니다. 뜨겁고 냉방실내 열 매 체나 공기에 의해 전도, 대류, 복사로 이루어집니다. 뜨겁고 건조한 지역에서의 증발과 뜨겁고 습한 지역에서의 습기제거는 주 냉방설계 관심사항입니다. 많은 인용 냉방 방법들이 존재합니다. 

 

1. 위치 냉방: 식물조절, 물, 그리고 인접된 땅의 형태와 재료에 의해 이루어집니다. 

2. 지표 냉방: 지표 차단이나 "냉기"관으로 지하수나 지표매체에 의해 이루어집니다.

3. 복사 냉방: 하늘이나 더 차가운 대상으로의 열손실입니다.

4. 통풍 냉방: 공간, 이중지붕, 다락방, 또는 벽을 통한 횡단 통풍이나 압력이나 온도차에 의한 강제 통풍입니다.

5. 증발 냉방: 감지 가능한 열을 제거하기 위한 증발냉방, 잠복열을 제거하기 위한 습기제거로 냉방이 이루어집니다. 

6. 플라이 휘일 냉방: 내부 열 매 체나 암석층에 의한 냉방입니다.  

 

자연형 태양열의 종류

1. 직접 취득 / 손실

직접 흡수는 가장 일반적인 자연적 태양열 건물 접근 방식입니다. 대부분의 구조는 어느 정도까지 그것을 사용합니다. 집진과 저장소는 공간으로 집진됩니다. 남쪽 방향의 유리창은 공간으로의 겨울복사를 초과하여 끌어들입니다. 건물구조 속에 설치된 열 저장과 벽 지붕들은 자연적인 또는 유도된 통풍이 가능하도록 사용 가능하고 열 수 있으며 건물과 공간 모두를 냉방할 수 있어야 합니다. 

 

2. 축열벽-매스벽

열 저장벽은 "태양→매체→공간"개념에 기초를 두고 있습니다. 집열과 저장은 공간으로부터 분리되나 열적으로 이어집니다. 에너지는 벽을 통해서 전도에 의해 전달되고 나서 복사에 의해 공간으로 전달됩니다. 매체벽 시스템에서는 저장소가 대개 남쪽 유리창 바로 위의 조적벽이나 콘크리트벽입니다. 매체벽은 외부로 통풍이 되어야 하고 여름 동안은 차단되어야 합니다.  

 

3. 축열벽-수벽

수벽시스템에는 축열 매개체처럼 작용하는 남쪽 유리 뒤에 배럴 또는 튜브가 포함되어 있습니다. 잠정적으로 발생가능한 물 문제는 부식과 박테리아, 조류의 성장입니다. 태양열은 내장 수를 통하여 흡수합니다. 이 에너지는 내부의 필요에 의해 점진적으로 방출됩니다. 한냉기간 동안 수벽은 그늘지게 하거나 구멍을 냅니다. 필요하다면 동결방지를 할 수 있도록 조치합니다.  

 

4. 지붕 연못

지붕 연못시스템에서는 액체 저장소 매체가 천장으로 지붕에 있습니다. 난방계절에는 낮동안에 저장 매체를 태양에 노출시키기 위해 절연 패널이 이동됩니다. 에너지는 지붕의 연못에 의해 흡수됩니다. 밤에는 저장된 열을 건물 내부로 복사하도록 저장소를 대체합니다. 여름에는 과정이 반대가 됩니다. 지붕 연못을 낮동안에 여름태양으로부터 절연되고, 건물의 내부열을 흡수합니다. 밤에는 저장된 열을 하늘로 복사시키기 위해 절연물이 열립니다. 지붕연못은 개인 사용자에게는 적합하지 않습니다. 

 

5. 태양 공간

태양공간 설계에서 태양열 집열 장치와 열 저장소는 비록 복사가 가능하다 할지라도 이러한 것은 태양 시스템이, 열이 필요한 태양공간으로부터 나왔다 할지라도, 건물내부에 대해 독립적으로 동작할 우 있도록 해줍니다. 주거공간에서의 열저장소는 간접시스템으로 분류됩니다. 많은 겨울낮의 태양공간조차 큰 유리면적으로 인해 때때로 과열될 수 있습니다. 냉방을 위해서, 태양공간은 외부로부터의 전도흐름을 유도하기 위해 쓰일 수 있으며 차단이 되어야 합니다. 

 

6. 열사이폰(Thermosiphon)

자연전도시스템인 열사이폰(Thermosiphon)은 공기와 같이 냉각되고 가열되는 물질의 오르내림에 달려있습니다. 온도가 변화함에 따라 공기는 기계적인 도움이 없이도 움직입니다. 태양이 지열판 표면을 따뜻하게 할 때 따뜻한 공기는 상승합니다. 계속적으로 더 차가운 공기는 자연전도 루프를 형성하면서 저장소 바닥으로 당겨서 내려옵니다. 열은 필요할 때까지 공간으로 전도되거나 열매체에 저장됩니다. 냉방계절에는 집열장치가 열 기둥으로 사용될 수 있습니다. 따뜻한 공기는 그것을 냉각시키기 위해 열매체를 통해 땅이나 다른 근원으로부터의 미리 냉각된 공가를 유도하면서 위로 올라갑니다.  

 

마무리

위 글에서 다룬 자연적 태양열 설계의 다양한 개념과 종류는 건물의 난방 및 냉방에 태양에너지를 활용하는 방법들을 다룹니다. 직접 취득, 축열벽, 지붕 연못, 태양 공간, 열사이폰과 같은 다양한 시스템이 소개되어 있습니다. 

 

자연적 태양열 설계는 건물의 열 요구에 따라 다양한 시스템을 조합하여 사용될 수 있습니다. 이뿐만 아니라, 공간 난방과 냉방을 위한 기본 개념도 다루어졌습니다. 에너지 효율적이고 환경 친화적인 건물 설계를 위해 열 요구, 저장, 분배, 조절 등의 다양한 측면이 고려되어야 합니다. 

 

자연적 태양열 설계의 성공은 충분한 태양에너지의 집진, 저장, 분배, 조절에 의존하며, 이러한 모든 요소들은 건물 내부의 에너지 흐름을 지배하고 사용자의 조절을 포함해야 한다는 것입니다. 또한, 건물의 난방 및 냉방을 위한 다양한 시스템은 공간 난방과 냉방을 위한 다양한 개념들을 소개하며, 태양열을 효과적으로 활용하여 에너지를 절약하고 지속 가능한 건물을 설계하는 것이 중요하다는 메시지를 전달합니다.