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배우는 도시이야기

Co2배출 줄이는 그린빌딩(Green Building)설계(17)난방: 간접획득

by urbandesign 2012. 4. 20.

간접획득 시스템은 태양열이 집열되는 매체가 거주하는 공간과 분리되어 있는 방식입니다.

모아진 열은 복사, 전도 및 대류 등을 통해 건물 공간으로 재분배되는 것으로 이에는 기본적으로 세가지 유형이 있습니다. 축열벽(Trombe) , 물(축열벽에 설치), 축열지붕입니다.

다음 그림은 축열벽을 통해 태양열을 축열하여 거주공간으로 전달하는 방식의 간접획득 시스템의 개념도입니다.

축열벽은 유리층 바로 밑에 열을 저장할 수 있는 매개체(무거운 조적이나 상당한 양의 물 등)를 삽입하여 남측 창의 유리벽면으로 배치한 것입니다. 태양복사가 유리를 통과하여 서서히 가열되었다가 조적이나 물을 통과하여 흡수된 열이 내부 공간으로 재가열되는 것입니다.

대류를 통한 추가적인 열이동을 허용하기 위해(작은 연돌효과를 위한 의도) 축열벽 꼭대기와 바닥에는 환기시설(벤트)를 설치해야 합니다. 일반적으로 물을 이용한 물벽의 경우가 조적보다는 물벽 내의 대류성 흐름이 일어나므로 그 효율성이 더욱 촉진됩니다.

축열지붕은 지붕에 위치한다는 점으로 축열벽과 같은 원리입니다. 지붕의 축열재는 드물긴하지만 조적을 사용할수도 있지만, 대부분, 물저장 또는 얕은 연못을 이용합니다.

다음 사례는 아이다호 Ketchum에 위치한 소매점의 글레이징으로 축열벽을 이용한 사례입니다.

 이 건물의 하부에는 다음 사진과 같이 원현의 공기 유입구를 뚫어 이 공동(구멍)을 통해 흘러들어온 공기가 축열벽을 지나면서 데워져, 내부로 전달되게 됩니다.

 내부에서 보면 축열벽을 통해 내부로 들어오는 유입구의 모습을 다음 사진으로 볼 수 있습니다.

간접획득과 같은 Passive 태양열 난방 시스템을 적용하기 위해서는 설계꽈정에서 현장기후, 건물 방향 및 태양접근 가능성 등을 고민해야 합니다.

간접획득 난방 시스템은 평면도 및 단면도에 대한 의사결정이 통합적으로 이뤄져야 합니다.(단면 = 축열벽 ~ 내부공간과의 관계)

배치에 있어서는 정남향에서 5도 이상 삐뚤어지지 않도록 하여 성능이 저하되지 않도록 해야 합니다. 만일 45도 비뚤어진다면 30% 이상의 성능이 저하될 것입니다. 더불어 계절적 성능제어를 하기 위해서는 차양장치를 포함해야 합니다. 다시말해, 여름 너무 뜨거운 햇볕을 피하기 위해서 차양장치가 필요한 것입니다.

또한 중요한 것은 차양장치를 설치하게 되더라도, 글레이징(유리)를 청소할 수 있도록 되어있어야 합니다.

간접획득의 설계절차는 다음과 같습니다. 

1. 태양열 개구부(글레이징)의 요구된 크기를 추정한다.

    - 추운 기후의 축열벽은 바닥면적의 40~100%면적으로 제공

    - 추운기후의 물벽은 바닥면적의 30~85%면적으로 제공

    - 온화한 기후에서는 바닥면적의 60~90%면적으로 제공

2. 제안된 글레이징을 지원하는데 필요한 축열재량을 추정한다.

    - 축열벽 규격 : 토양부산물벽(짚벽)은 200~300mm, 조적(벽돌)은 250~350mm, 콘크리트벽일 경우 300~460mm의 규격정도가 필요.

    - 물벽은 최소 150mm이상

    - 지붕연못은 150~300mm의 물깊이로 제공

3. 온도차이에 대한 고려를 위해 건물 외피 및 침투 열손실율을 추정한다.

4. 열손실에 대한 고려후, 열손실이 크다면... 건물 외피성능을 개선시킨다.

  

** 난방의 가장 중요한 원칙은 "고립보다 단열이 우선한다"는 묘사가 있습니다.

아래 사진은 노스캐롤라이나 애쉬빌소재의 Blue Ridge Parkway Destination Center로 남쪽으로 면한 톱니형 축열벽으로 여름철 과열을 막기 위한 외부차양이 같이 설치되어 있는 것을 볼 수 있습니다.

 위 건물의 시스템을 보면, 난방 및 환기, 그리고 봉충적인 HVAC를 통합하는 요소로 작용하게 됩니다.

다음사진은 축열벽 측면에 자연채광용 개구부의 모습을 잘 볼 수 있습니다.

다음사례는 축열벽과 고창층(직접획득) 창문을 보여주는 유타주 스프링데일 소재 시온국립공원의 방문객 센터입니다.

 


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