2.친환경 주택: 태양에너지의 이용
태양에너지의 이해와 적용
-일조, 채광: 온열환경, 생리적, 심리적 측면에 영향
-건축환경에서 태양에너지를 활용하려는 노력: 1970년대 부터 시작 -독일: 친환경주택시스템 개발
“1000지붕 프로그램”
“전력매입법”
■그리스시대부터 태양 에너지의 효용을 알았고 로마시대에 와서 유리의 사 용을 통해 온실을 만들어 태양 에너지를 효율적으로 사용할 수 있게 되었다.
■이후 Sun Room이라는 형태로 태양에너지를 이용하게 되었으며 20세기초 에 와서는 태양열 디자인의 연구가 본격적으로 발전하게 되었다
History
Solar in America
■남서부의 인디언 정작지-Pueblo Bonito(1000 AD)
- 충분한 일사 획득을 위해 남향으로 활처럼 휜 모양으로 주거 단지를 세움 - 밤에 낮 동안의 획득한 열을 사용하기 위해 중량체 사용.
■ 뉴잉글랜드의 식민지 풍의 건물-saltbox
- 겨울철 태양열을 획득하기 위해 남측에 많은 창을 만듬
- 겨울철 열 손실을 줄이기 위해 북측에는 창의 면적을 줄이고, 차가운 바 람의 영향을 피하기 길게 내밀어진 지붕을 만듬.
■active solar system - 초기 비용이 비싸고, 효율이 떨어지며, 일사를 끌어 들이지 못함
■passive solar system - 초기 비용이 없고, 실내를 쾌적하게 할 수 있다.
Passive Solar
■Passive Solar란 팬, 펌프 또는 복잡한 제어장치를 사용하지 않고 태양 에너지를 모으고 저장하고 분배하는 시스템을 말한다.
■모든 Passive Solar System은 남쪽으로 면한 유리로 된 집열기와 암석 과 물과 같이 태양열을 저장할 수 있는 축열체로 이루어져 있다.
■자연형 태양열 시스템의 3가지 개념
-직접획득형(Direct Gain): 남향에 설치된 창
-간접획득형(Indirect Gain): 축열벽(Thermal Wall) -분리획득형(isolated gain system):온실(Sun space)
직접획득형: Direct Gain
■남쪽으로 면한 모든 창은 직접취득 시스템을 만든다.
■축열메스를 사용하면 실내온도를 효과적으로 조절할 수 있다.
■북쪽에 면한 실에서는 천장을 사용하면 태양열을 획득할 수 있다. 또
한 반사판을 이용하면 효과적이고 이 반사판이 기간의 변화에 따라 조절이 가능하면 더욱 좋다.
Design Guidelines for Dirct Gain Systems
■남쪽창의 크기
-바닥면적에 대한 남쪽창의 면적비가 작더라도 주목할만한 양의 열을 공급받을 수 있다.
-낮 시간에 과열이 발생하지 않는다면 큰 창도 사용할 수 있다.
■실에는 적절한 축열체가 있어야 한다.
■아주 온화한 기후대를 제외하고는 반드시 이중창이어야 한다.
■Low-e 코팅을 한 고효율의 창문은 야간의 단열수단 대신 사용될 수 있다.
:에너지 절약형 유리인 로이유리(Low-E) . 로이유리는 저방사 코팅(low- emissivity coating)법을 이용
Design Guidelines for Dirct Gain Systems
■건물을 잘 단열이 되어 있어야 한다.
■만약에 낮에 아주 많은 양의 빛이 요구되어지지 않는다면, 창의 면적은 20%를 초과하지 말아야 한다.
■축열체의 크기
-콘크리트, 벽돌 그리고 돌로 만들어진 벽과 지붕의 두께는 4∼6인치의 두께는 되어야 한다.
-6인치 이상의 두께는 직접취득형에서는 큰 차이가 없다.
-모든 축열체는 직접광이든 반사광이든 빛을 받아야만 한다.
간접획득형(Indirect Gain): 축열벽(Thermal Storage Wall)
■축열벽은 남측창의 안쪽에 위치하며 낮 동안 태양으로부터 열을 온실효과를 이용하여 축적한 다음 야간에 time lag에 의해서 실내로 발산한다.
■축열체의 종류에 따라 석재를 이용한 벽은 Trombe Wall이라 하고, 물을 이 용한 벽은 Drum Wall이라 부른다.
■축열벽은 채광과 View에 대해서 단점을 가지고 있다. 따라서, 축열과 채광 그리고 View를 동시에 만족시키기 위하여 대부분의 축열벽은 창은 가지고 있고 창의 아래부분에만 축열체를 두는 파라펫벽이 고안 되었다.
■여름철의 과열을 방지하기 위해 창의 외부에 스크린을 설치한다.
■Textured Glass를 사용하여 외관상 보기 안 좋은 축열체를 숨길수 있다.
■석조건물에서는 남쪽의 유리 커튼월을 설치하고 석재를 어두운 색으로 칠하 므로서 축열벽으로 사용할 수 있다.
Design Guidelines for Thermal Storage Wall Systems
■창의 면적은 직접취득형과 같은 방식으로 산정할 수 있다.
■축열벽의 면적은 남측창의 단위 평방피트당 1평방피트의 면적이 필요하 고 대신 두께는 직접취득형보다 두꺼워야 한다.
■축열벽은 적어도 창과 1인치정도 떨어져 있어야 한다.
■창에 면한 벽은 반드시 고효율의 코팅이 되어 있어야 하고 그렇지 못할 경우 반드시 이중창이어야 한다.
■실내측에 면한 벽은 어떠한 마감도 가능하다.
축열벽 설계지침
-축열벽은 흡수된 태양열을 건물 내로 방출하는 역할을 함. 태양열을 잘 흡수하기 위해 검은색 유리를 사용하거나 콘크리트 벽에 검은 색을 칠하 기도 함
- 겨울에 태양열을 최대한 받을 수 있도록 남측에 큰 유리창을 설치하고 유 리면에서 10cm이상 떨어진 곳에 축열벽을 설치.
- 축열벽의 재료와 두께
축열벽의 축열체
흙다짐벽 돌
물병 죄측 벽돌벽
분리획득형(isolated gain system): Sun Space
■온실은 준 생활 공간으로 사용될 뿐만 아니라 건물의 주요 부분을 위한 열 취 득의 역할을 위해 설계된 공간이다.
■낮 시간에 더워진 공기의 일부는 문과 통풍구를 통하여 실내로 유입되고 나머 지는 온실의 축열체에 저장된다. 밤에는 실에 면한 온실의 축열체를 통하여 복 사난방이 되며 온실의 축열체에 의해서 온실이 차가워지는 것을 방지한다.
Sunspace Design Guidelines
■유리면의 경사-난방을 최대로 하기위해서는 50°∼60°의 경사로, 구조적인 측 면과 과열을 방지하기위한 SHADING을 위해서는 직각으로 한다.
■유리의 면적-다른 시스템과 같은 면적으로 한다.
■통기구의 크기-흡입과 배기 각각 채광창 면적의 5%(팬이 있는 경우 작아진다.) Sunspace과 실내사이는 채광창 면적의 10%이상이어야 한다.
■축열체의 크기-난방이 목적이면 열이 집안으로 유입되도록 축열체의 매스를 작게 하고 Sunspace가 유용한 용도로 사용되어 질 때는 매스가 커야한다.
일반적으로 보통의 축열체를 사용한다.
Active Solar system
■ 태양열을 이용하기 위해 인공적인 기계나 에너지를 사용하는 방식
:태양에너지를 열전달매체인 물이나 공기에 전달하여 가열한 후 저장하고 이를 필요시에 이용하는 것
■ 집열부는 건물의 지붕이나 옥상에 설치
■ 설비형 시스템의 원리: 집열판, 열전달매체, 축열조
■ 사용목적: 온수나 난방 (급탕용시스템, 태양열 온수난방시스템, 태양열 공 기난방시스템)
급탕용시스템 domestic hot water system
■ 비용절감효과
■ 오픈루프시스템 :집열기에서 만들어진 온수가 집에 직접공급, 겨울동파위험
■ 클로즈드 루프시스템: 열매를 집열판에 순환시키고 이 열원을 열교환기를 통 해 집에 공급될 물에 전달하여 온수공급
태양열 온수난방시스템 solar water heating system
■ 집열부에서 얻어진 열매인 온수를 이용하여 건물을 난방하는 방식 태양열 공기난방시스템 solar air heating system
■ 집열부에서 열매인 공기가 가열되어 실내공간의 난방에 사용되는 방식
태양광 발전시스템 photovoltaics: PV system
■ 건물의 외벽면, 창호, 발코니 ,지붕 등 건물의 외관에 태양광발전 모듈(전 지판)을 장착해 자체적으로 전기를 생산, 건축물에서 바로 활용할 수 있도 록 구성한 건축 외장 시스템
■ 태양에너지인 일사량을 직접 전기에너지로 전환하는 기술 혼합형시스템 hybrid system
■ 태양열시스템과 태양광발전시스템을 혼합사용
가정용 태양광주택 지원(2016년)
태양에너지 이용기술의 효과적 적용
■ 건축물의 초기단계부터 에너지 절약기술과 미기후조절법을 도입하여 건물 의 부하자체를 줄이는 것
■ 남측면을 이용한 자연형 에너지 이용수법 도입
■ 추가적으로 설비형 태양열 에너지를 계획
태양에너지 시스템의 건축적 적용
■ 독립형
■ 부착형
■ 일체형
출처: 친환경주거, 주거학연구회, 교문사