Co2배출 줄이는 그린빌딩(Green Building)설계(16)난방: 직접획득

일반적으로 주택의 경우, 매우 무더운 기후를 제외하면 난방이 냉방보다 부하가 더 큰 경향이 있습니다. 보다 큰 건물의 경우, 건물표면비가 매우 큰경우, 냉방부하가 큰 경향도 있습니다.

건물난방의 가장 단순한 방법은 난방을 필요로 하는 시기에 태양복사를 받아들이고, 그것을 축열하여 저장한 태양복사열을 내부에서 활용하는 방법입니다. 이를 직접획득이라 합니다. 직접획득은 창호의 긴밀성이 매우 중요하며, 눈부심이나 태양빛으로 인한 내부마감이나 가구의 품질저하(색바램) 등에 주의해야 합니다.

또 다른 난방 방식은 간접획득입니다. 내,외부 벽에 태양열을 축적했다가 다시 내부에 난방열로 사용하는 축열벽이나 지붕연못 등을 이용하는 방법입니다. 축열재의 열을 내부로 복사와 대류를 통해 전달하는 방식입니다.

그외 썬 스페이스(흔히, 윈터가든 Winter Garden, Sunken Garden 등이 있습니다만)도 쾌적한 수준의 열을 내부로 제공하는 효과적인 방법이며, Active난방시스템은 태양열 집열판을 설치하여 실내에 따뜻한 물을 공급할수 있으며, 지열원 열펌프는 겨울에는 열원으로 여름에는 냉각원으로 땅속 지반을 이용하는 방법입니다. 지반의 온도를 이용하는 지열원 열펌프는 태양열을 이용하는 Active 난방시스템보다 더 효율적인 방법입니다.

먼저, 난방방식을 직접획득을 알아보겠습니다.

직접획득은 가장 기초적이고 단순하며 비용대비 효과가 뛰어납니다. 모터나 열가동 기기를 이용하지 않고 남측으로 향한 유리창(글레이징)을 통해 태양복사열을 실내로 흡수하는 방식입니다. 냉방기(여름)에는 적절한 차양장치를 이용할 필요가 있습니다.

아래 그림은 직접획득을 통한 태양열 에너지를 흡수, 저장해서 축열재를 통해 다시 대류를 통해 난방을 하는 방식을 나타냅니다.

이는 소규모 건물에서는 이상적인 방식입니다.

그린빌딩설계에서 직접획득의 효율을 높이기 위해서는 건물축은 일반적으로 동서방향이어야 합니다. 즉, 정남향으로 부터 15도 이상 벗어나지 않아야 동절기에 최대 90%까지 태양으로부터 열획득이 가능합니다.

또 직접획득의 효과를 높이기 위해서는 내부 공간의 배치도 무척 중요합니다. 남측으로 향한 공간은 태양열 난방의 효과를 보겠지만, 복측으로 향한 공간은 그렇지 못합니다. 북측으로는 열획을 많이 필요로 하지 않은 공간을 배치합니다. 가령, 화장실, 욕실, 환기통로 및 각종 서비스공간들입니다. 다시말해, 남측으로 생활공간들을 배치해야 하는 것입니다.

직접획득으로 넓은 창문이 있는 남측공간으로 눈부심이 야기될 수 있습니다. 이를 완화시키기 위해서 창문 근처에 밝은 색상의 표면과 가구를 사용하면 그 대비가 줄어들어 눈부심을 줄일 수 있습니다. 하지만 유의해야 할 점은 직사광선이 닿는 곳의 가구와 카펫 등이 오랜시간 노출되면 색이 바래져 태양열 에너지 흡수와 저장을 저해할 것입니다.

경사진 유리창문을 이용하면 직접적으로 태양열을 더욱 많이 흡수할 수 있습니다. 하지만 차양장치와 같은 솔루션을 같이 계획해야 합니다. 태양열을 획득하지 않아야 하는 여름철을 위해서입니다. 태양열을 적절하게 계절적으로 제어하는 방법으로 낙엽수를 창문앞에 식재하는 방법도 있습니다.

직접획득의 계획내용은 크게 앞서 설명된 유리창문과 실내공간배치가 있으며, 또한 축열재의 두께가 매우 중요합니다. 그 두께는 100~125mm 를 초과하지 않아야 합니다. 너무 두꺼운 경우 점진적으로 효율성이 떨어뜨릴수 있습니다. 그에 대한 해결방안으로 축열재를 분산배치하는 방식이 있습니다. 분산된 축열재는 고르게 내부로 열을 전달합니다.

직접획득의 설계절차는 다음과 같습니다.

1. 태양열이 실내로 들어오게되는 개구부의 크기를 추정한다. 적당히 추운기후에서는 바닥면적 20~40%정도의 남측 개구부를 두며, 적당히 온화한 기후에서는 10~20%정도의 개구부를 둡니다.

2. 유리창 크기가 정해지면 축열재량을 추정합니다. 100~150mm 콘크리트 축열재를 제공하면 됩니다.

3. 비 남향(동,서,북측)의 열손실값을 도출한다.

4. 전체 부하계수에 따라 바닥면적과 창문크기를 조정한다.

아래사진은 워싱턴 베인브릿지섬 아일랜드우드 캠퍼스내 식당의 태양열 직접획득 난방 사례입니다. 식당바닥으 콘크리트가 태양열을 흡수하게 됩니다.

다음 사례(뉴멕시코 Taos Shaw주택)는 경사진 유리창(글레이징)을 통해 태양열을 흡수하는 사례로, 내부에 축열재가 되는 크고 두꺼운 콘크리트 벽이 있습니다.

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