Passive solar design/ko
패시브 솔라 설계는 비기계적, 비전기적 수단을 통해 태양 에너지를 활용하거나 유도하는 것입니다. 이는 친환경 건축 의 핵심 원리로 , 추운 겨울에는 태양열을 최대로 활용하고 더운 여름에는 태양열로부터 최대한 보호하기 위해 건물 설계에 자주 적용됩니다. 패시브 솔라 설계는 작동 가능한 장치가 없다는 점에서 액티브 솔라 설계와 구별됩니다.
수동형 태양열 설계에는 6가지 주요 유형이 있습니다. [ 1 ] 이러한 유형은 열 수집기(또는 소산기)와 구조물 내부 공간 간의 관계 측면에서 3가지 일반 범주로 분류할 수 있습니다. [ 2 ] 이러한 범주에는 직접 이득 , 간접 이득 및 분리형 시스템이 있습니다 . 각 범주 내에는 2가지 뚜렷한 접근 방식이 있습니다. [ 2 ]
직접 이득
직접 이득(Direct Gain)은 직접 태양 복사열을 이용하여 건물을 가열하는 수동형 태양열 난방 시스템 의 한 유형입니다 . 이러한 시스템에서는 열 전달이 건물 내부에서 발생하며, 건물 전체 (예: 바닥과 기둥이 마주 보는 벽)에 분산되거나, 특정 공간에 집중될 수 있습니다 . [ 2 ]
직접 채광 시스템을 사용하는 건물은 남향의 큰 창문을 통해 햇빛을 유입합니다. 그러나 직접 채광 시스템을 사용하려면 건물에 열 저장 재료를 사용하여 복사열을 흡수해야 합니다 . 그렇지 않으면 실내 온도가 섭씨 32도(화씨 90도) 이상으로 상승합니다.
간접 이득
간접 이득 시스템 에서 열 전달은 건물 봉투에서 발생합니다. [ 2 ] 간접 이득 시스템의 2가지 유형은 열 벽 또는 트롬베 벽 과 지붕 연못 입니다 . [ 2 ]
트롬베 벽
트롬 브 벽 은 패시브 솔라 설계 에 사용되는 햇빛을 받는 벽입니다 . 1881년 발명가 에드워드 모스가 특허를 취득했고, 1964년 프랑스 엔지니어 펠릭스 트롬브와 건축가 자크 미셸에 의해 대중화되었습니다. 트롬브 벽은 유리와 공기층으로 외부와 분리된 거대한 벽으로, 태양 에너지를 흡수하여 밤에는 선택적으로 실내로 방출합니다.
단판 유리도 이 과정에 적합합니다. 유리는 가시광선에는 투명하지만 적외선(열)에는 덜 투명하기 때문입니다. 최근의 유리에는 저장된 태양열을 더 많이 보존하기 위한 단열 유리와, 대류를 통해 실내로 열을 전달하기 위한 높고 낮은 통풍구(때로는 작동 가능)가 있습니다.
격리된 시스템
분리된 시스템의 2가지 접근 방식은 태양 공간 과 열 사이펀 입니다 . [ 2 ]
열 사이펀
열사이퍼닝(thermosiphoning)은 적절한 기술 로 간주됩니다 . 이 공정은 천연 재생 자원과 열역학의 기본 법칙을 활용하여 가열된 공기 또는 물의 흐름을 생성합니다. 이 공정의 에너지원은 태양 복사(또는 다른 열원)입니다. 태양 에너지는 태양열 집열 장치에 포집되어 전도를 통해 공기 또는 물로 전달됩니다. 이 전체 과정은 열사이퍼닝 효과 로 설명할 수 있습니다 . 공기나 물이 가열되면 열원으로부터 운동 에너지를 얻어 여기됩니다. 결과적으로 물은 밀도가 낮아지고 팽창하여 상승합니다. 반대로 물이나 공기가 냉각되면 분자에서 에너지가 추출되어 물은 활동성이 떨어지고 밀도가 높아지며 "가라앉는" 경향이 있습니다. 열사이퍼닝은 차가운 유체와 뜨거운 유체 사이의 자연적인 밀도 차이를 활용하여 자연스러운 유체 흐름을 생성하는 시스템에서 이를 제어합니다. 현재 이 기술을 기반으로 하는 여러 시스템이 출시되어 있으며, 다음 글에서 더 자세히 알아볼 수 있습니다.
열사이펀 시스템의 원리는 찬물이 따뜻한 물보다 비중(밀도)이 더 크기 때문에 무거울수록 가라앉는다는 것입니다. 따라서 수집기는 항상 물 저장 탱크 아래에 설치되어 탱크의 찬물이 하강하는 수도관을 통해 수집기에 도달합니다. 수집기가 물을 가열하면 물은 다시 상승하여 수집기 상단에 있는 상승하는 수도관을 통해 탱크에 도달합니다. 탱크 → 수도관 → 수집기의 순환은 물이 평형 온도에 도달할 때까지 가열되도록 합니다. 그런 다음 소비자는 탱크 상단의 뜨거운 물을 사용할 수 있으며, 사용된 물은 바닥의 찬물로 대체됩니다. 그런 다음 수집기는 찬물을 다시 가열합니다. 높은 일사량에서는 온도 차이가 더 크기 때문에 따뜻한 물은 낮은 일사량보다 더 빨리 상승합니다. 따라서 물의 순환은 일사량 수준에 거의 완벽하게 적응합니다. 열사이펀 시스템의 저장 탱크는 집열기보다 훨씬 위에 위치해야 합니다. 그렇지 않으면 밤 동안 사이클이 역회전하여 모든 물이 식어버릴 수 있습니다. 또한, 높이 차이가 매우 작으면 사이클이 제대로 작동하지 않습니다. 일사량이 많고 평지붕 구조인 지역에서는 저장 탱크를 일반적으로 지붕에 설치합니다.
열 사이펀 시스템은 가정용 온수 시스템으로 매우 경제적입니다. 원리는 간단하여 펌프나 제어 장치가 필요하지 않습니다. 그러나 열 사이펀 시스템은 일반적으로 집수면이 10m²가 넘는 대형 시스템에는 적합하지 않습니다. 또한, 경사진 지붕이 있는 건물에서는 집수면 위에 탱크를 설치하기 어렵고, 단일 회로 열 사이펀 시스템은 서리가 내리지 않는 지역에만 적합합니다.
주요 설계 기술
주요 건물 설계 기술은 다음과 같습니다.
- 낙엽수나 낙엽 또는 한해살이 덩굴로 덮인 격자를 심습니다 . 울타리나 차양막 역할을 할 수 있으며, 여름에는 그늘을, 겨울에는 빛과 온기를 제공합니다.
- 계절에 따른 태양의 위치 변화와 이것이 구조물에 닿는 빛의 각도와 강도에 미치는 영향을 고려하여 구성요소를 설계하고 제작합니다. 다음과 같은 예시가 있습니다.
- 넓은 처마는 여름에는 햇빛이 창문으로 들어오는 것을 막지만, 겨울에는 태양이 하늘의 높이가 낮아 햇빛이 들어올 수 있게 해줍니다.
- 그늘벽(흔하지 않음): 집 경계 너머에 설치하여 그늘을 제공하는 벽이나 울타리입니다. 이 벽은 동서 방향으로, 집의 동쪽 및/또는 서쪽을 따라 설치되며, 북반구에서는 집의 북쪽, 남반구에서는 남쪽(즉, 적도에서 멀리 떨어진 곳)에 위치합니다. 이 벽의 각도와 배치는 여름에는 이른 아침이나 늦은 오후의 햇볕을 차단하도록 설계되었지만, 겨울에는 차단되지 않습니다. 그러나 이러한 차단에는 상당한 자원이 필요하며, 벽을 설치해야 할 다른 이유가 없는 한 낙엽수나 차양과 같은 다른 방법을 사용하는 것이 일반적으로 더 좋습니다. 특히 큰 창문이 있는 경우에는 더욱 그렇습니다.
- 열용량 : 모든 수동형 태양열 설계의 핵심 요소입니다. 열에너지를 흡수하고 재방출하는 것이 열용량의 목적입니다. 이를 통해 일일 최고 기온과 최저 기온의 평균을 구하는 효과가 있습니다. 열용량은 일반적으로 수동형과 능동형, 두 가지 범주로 나뉩니다. 수동형 열용량 축열 시스템은 다음과 같습니다.
- 두꺼운 석조 벽과 바닥
- 상변화 물질: 이러한 물질은 가열되면 상(일반적으로 고체에서 액체로)이 변하여 온도 변화 없이도 많은 열에너지를 저장합니다. 다양한 첨단 콘크리트 첨가제와 남부 황송에서 발견되는 천연 수지가 그 예입니다.
- 가열(또는 냉각)될 공간 내부의 대형 액체 저장 탱크
- 공기와 열용량 사이의 열을 전달하는 파이프(예: 집 아래 지면, 자연 대류 또는 저전력 팬 사용)
- 흰색 지붕
- 어두운 색상의 지붕은 많은 양의 태양 에너지를 흡수하여 건물 내부로 전달합니다. 흡수되는 열량이 증가하면 건물, 주택, 작업장의 열을 제거하고 냉방하며 쾌적한 환경을 유지하기 위해 더 많은 전기 에너지가 필요합니다. 또한 어두운 색상은 추운 날씨에 열을 더 쉽게 방출하여 건물의 열 손실이 증가하고 난방비가 증가합니다.
- 흰색 표면은 표면의 반사율인 알베도(albedo) 또는 "백색도"가 높습니다. 지붕의 반사율이 높을수록 건물로 흡수되어 전달되는 에너지가 줄어듭니다.
- 태양열 옷장
- 어두운 색상의 천으로 안감을 댄 얕은 유리벽 옷장은 햇빛에 노출되면 매우 뜨거워집니다. 일방향 밸브(철망 위에 비닐 시트를 씌운 것처럼 간단한 형태)를 사용하면 차가운 공기는 아래쪽으로 들어오고 따뜻한 공기는 위쪽으로 나옵니다. 이 밸브는 온수를 데우는 데 사용할 수 있을 뿐만 아니라 난방에도 사용할 수 있습니다.
- 이러한 조치를 적절히 활용하고 결합하면 건물의 에너지 효율성은 보다 전통적인 설계 조치보다 훨씬 높아질 수 있습니다.
수동형 태양열 주택 vs 수동형 주택
패시브 솔라 디자인(Passive Solar Design)과 패시브 하우스(Passive House) 라는 용어는 종종 혼동됩니다. 두 용어는 친환경 건축 기술을 의미하며 밀접한 관련이 있습니다. [ 3 ]
수동형 태양열 설계는 사용 가능한 자연광과 열을 최대한 활용하는 것입니다. 태양열은 수집됩니다(난방이 필요한 경우, 즉 시원한 기후에서). 수동형 태양열 설계의 주요 부분은 태양에 대한 주의 깊은 방향입니다. [ 3 ] 수동형 주택 설계는 열 손실과 열 획득(태양뿐만 아니라 모든 열원)을 관리하는 것입니다. 의도된 결과는 난방과 냉방에 최소한의 에너지만 필요한 구조를 갖는 것입니다. [ 3 ] 따라서 태양에 대한 방향이 절대적으로 필요하지 않기 때문에 수동형 주택 설계가 태양열 설계보다 더 적용 가능하다고 말하는 사람도 있습니다. 수동형 주택 설계는 반드시 적도를 향한 면에 광범위한 유리창이 있는 동서 축을 따라 길쭉한 구조를 필요로 하지 않습니다. 실제로 수동형 주택의 이상적인 형태는 정육면체(낮은 표면적 대 부피 비율)입니다. [ 3 ] 수동형 태양열 주택은 설계가 더 복잡하다고도 하며, 잘못 설계하면 내부 온도가 불편하게 변동할 수 있습니다. [ 4 ] 초단열 지지자들은 태양열 주택과 비교했을 때 벽에 단열재를 많이 넣고 R값이 높은 창문을 사용하여 기밀하게 건축하면 더 많은 비용을 절감할 수 있다고 주장합니다. [ 4 ] 따라서 일부에서는 수동 태양열과 초단열 간의 논쟁으로 인해 초단열이 더 널리 받아들여졌다고 생각하는 반면, [ 4 ] 더 효율적인 접근 방식은 수동 태양열과 수동 주택 설계 요소를 모두 활용하는 것일 수 있으며, 이를 "태양열 수동 주택" 이라고 합니다 . [ 3 ] 따라서 이 기사의 나머지 부분에서는 70년대와 80년대의 원래 수동 태양열 개념이 아닌 수동 주택 설계의 의미와 겹치는 현대적 의미의 수동 태양열에 대해 다룹니다.
수동 연간 열 저장
수동 연간 열 저장 (PAHS)은 수동 태양열 난방과 열 배터리 효과 를 통해 지구 쉘터에서 연중 거주 가능한 온도를 생성하는 건축 개념입니다 . PAHS 원칙에 따라 설계된 지구 쉘터는 여름에 태양열을 저장하고 겨울에는 다른 난방 수단 없이 천천히 방출합니다. 이 방법은 발명가 존 하이트가 1983년 저서에서 처음 설명했습니다. [ 5 ] 최근 프랑스에서 기록된 사례는 여기에서 확인할 수 있으며 , 여기에는 수년간 기록된 온도가 포함되어 있습니다.
관련 프로젝트
또한 참조
외부 링크
- 수동형 태양열 설계 (MP3 오디오 파일). OurCoolHouse 팟캐스트 에서 제공하는 명확하고 기본적인 설명
참고문헌
- ↑ 수동형 태양열 건축 포켓 참고 자료. 켄 해거드, 데이비드 A. 베인브리지, 레이첼 알질라니. 국제 태양에너지학회/라우틀리지, 2016
- ↑다음으로 이동:2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 패시브 솔라 건축: 자연 흐름을 활용한 난방, 냉방, 환기, 채광 등. D 베인브리지, K 해거드. 첼시 그린 출판사, 2011
- ↑다음으로 이동:3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 수동형 태양열 건축 포켓 참고 자료. D Thorpe. Routledge의 Earthscan, 2018
- ↑다음으로 이동:4.0 4.1 4.2 태양열 대 초단열: 30년 된 논쟁 . 마틴 홀러데이. 친환경 건축 자문위원, 2010
- ↑ 수동 연간 열 저장: 지구 대피소 설계 개선. 존 하이트, 2013
