​​자연형 태양열시스템 종류 장단점 등 -아키타운

​​자연형 태양열시스템 종류 장단점 등
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1. 자연형 태양열시스템 구성

① 집열부: 건물 남측면에 태양 에너지 집열용 남향창 설치. 일반적으로 투명한 유리, 플라스틱 또는 섬유유리가 사용될 수 있다.

② 축열부: 건물 내부의 구조체를 이용하여 태양열 저장물 또는 기타 액체 등과 함께 조적구조도 사용된다.

③ 이용부: 난방효과는 집열부 혹은 축열부로부터의 자연적인 열전달 방법에 의하여 이루어짐.
그리고 열조절을 위하여 통기구(VENT), 댐퍼(DAMPER), 가동단열및 차양장치 등이 부수적으로 사용

④ 기타: 자연형 태양열시스템은 난방을 위해 사용되지만 여름철에 과열을 방지하고 냉방효과를 도모할수 있는 방법이 도모 되어야 하며, 자연냉방 방식에는 자연통풍과 구조체에 의한 냉각효과, 주․야간 개구부 개폐, 냉각공기의 유입, 실내공기의 야간냉각, 지중냉각 효과, 증발효과 그리고 건습재등의 이용과 같은 방식들이 있다.

2. 자연형 태양열시스템과 설비형 태양열시스템과 비교시 장점
① 설계및 시공의 단순
② 작동 및 사후관리 용이
③ 건물자체를 시스템 요소로 이용함으로써 초기투자비 저렴
④ 시스템의 수명이 반영구적(건물수명과 동일)
⑤ 우수한 외관미
⑥ 기존건물에 대한 개수의 용이성
⑦ 양호한 열적환경(환경의 쾌적성)

3. 자연형 태양열시스템 분류

​​1) 직접획득형(DIRECT GAIN)

남향면의 집열창을 통하여 겨울철 많은 양의 햇빛이 실내로 유입되도록 하여 얻어진 태양에너지를 바닥이나 실내벽에 열에너지로 저장하여 야간이나 흐린날 난방에 이용할 수 있도록 한다, 또한, 냉방효과를 위하여 실내의 환기를 원활히 할 수 있도록 환기창을 두어야 한다.

– 일반화되고 추가비가 거의 없다
– 계획 및 시공이 용이하다
– 창의 재배치로 일반 건물에 쉽게 적용할 수 있다
– 집열창이 조망, 환기, 채광 등의 다양한 기능을 유지 한다
– 주간에 햇빛에 의한 눈부심이 발생하고 자외선에 의한 열화현상이 발생하기 쉽다
– 실온의 변화폭이 크고 과열현상이 발생하기 쉽다
– 유리창이 크기 때문에 프라이버시가 결핍되기 쉽다
– 축열부가 구조적 역할을 겸하지 못하면 투자비가 증가된다
– 효과적인 야간 단열을 하지 않으면 열손실이 크게 된다.

​​2) 간접획득형(INDIRECT GAIN)

태양에너지를 석벽, 벽돌벽 또는 물벽등에 집열하여 열의, 전도, 복사 및 대류와 같은 자연현상에 의하여 실내 난방효과를 얻을 수 있도록 하는 것으로 태양과 실내난방 공간 사이에 집열창과 축열벽을 두어 주간에 집열된 태양이 야간이나 흐린 날 서서히 방출되도록 하는 시스템
​​① 축열벽형(TROMBE WALL)
사용되는 축열재의 재료에 따라 벽돌벽 방식 및 물벽형으로 구분된다
축열벽형이 장․단점
– 거주공간의 온도변화가 적다.
– 일사가 없는 야간에 축열된 에너지의 대부분이 방출되므로 이용 효율이 높다
– 햇빛에 의한 과도한 눈부심이나 자외선의 과다 도입 등의 문제가 없다.
– 우리나라와 같은 추운 기후에서 효과적
– 창을 통한 조망 및 채광이 결핍되기 쉽다
– 벽의 두께가 크고 집열창과 이중으로 구성되어 유효공간을 잠식
– 효과적으로 집열창에 대한 야간 단열을 하기가 용이하지 않다
– 건축디자인에 있어서 조화있는 해결이 용이하지 않다
​​② 축열지붕형(ROOF POND)
지붕연못형이라고도 하며 축열체인 액체가 지붕에 설치되는 유형. 난방기간에는 주간에 단열패널을 열어 축열체가 태양열을 받도록 하며, 야간에는 저장된 에너지가 건물의 실내로 복사되도록 한다.
냉방기간에는 주간에 실내의 열이 지붕 축열체에 흡수되고 강한 여름 태양빛으로 부터 단열되도록 단열 패널을 닫고 야간에는 축열체가 공기중으로 열을 복사 방출하도록 단열패널을 열어 둔다.
축열지붕형 장․단점
– 냉난방에 모두 이용 가능
– 거주공간애의 온도변화폭이 적다
– 열전달효과가 완만하고 공간 전체에 균일하게 분배된다
– 무거운 축열체를 구조적으로 처리가 어렵고 초기투자비가 많이 든다
– 고위도 지방에서 난방에 적용하기 어렵다
– 동파방지 조치 필요
– 가동단열재의 설치및 관리가 어렵다
​​3) 분리획득형(ISOLATED GAIN)
​​집열및 축열부와 이용부(실내 난방공간)를 격리시킨 형태.
이 방식은 실내와 단열되거나 떨어져 있는 부분에 태양 에너지를 저장할 수 있는 집열부를 두어 실내 난방 필요시 독립된 대류작용에 의하여 그 효과를 얻을 수 있다
① 부착온실형(ATTACHED SUN SPACE): 집열창과 기본적인 축열체가 주거 공간과 분리된다.
부착온실형 장․단점
– 거주공간의 온도 변화폭이 적다
– 휴식이나 식물재배 등 다양한 기능을 갖는 여유공간을 확보할 수 있다.
– 기존 건물에 쉽게 적용할 수 있다
– 디자인 요소로서 부착온실을 활용하면 자연을 도입한 다양한 설계가 가능
– 초기투자비가 다른방식에 비해 비교적 높다
– 설계에 따라 열성능에 큰 차이가 나타난다
– 부착온실 부분이 공간 낭비가 될 수 있다
② 자연대류형(THERMOSYPHON): 공기가 데워지고 차가워짐에 따라서 자연적으로 일어나는 공기의 대류에 의한 유동 현상을 이용한 것이다. 태양이 집열판 표면을 가열함에 따라 공기가 데워져서 상승하고 동시에 축열체 밑으로부터 차가운 공기가 상승하여 자연대류가 일어난다.
자연대류형 장․단점
– 집열창을 통한 열손실이 거의 없으므로 건물 자체의 열성능이 우수
– 기존의 설계를 태양열시스템과 분리하여 자유롭게 할 수 있다.
– 온수 급탕에 적용할 수 있다
– 집열부가 항상 건물하부에 위치하므로 설게의 제약조건이 될 수 있다
– 일사가 직접 축열되지 않고 대류공기가 축열되므로 효율이 떨어진다
– 시공 및 관리가 비교적 어렵다
③ 2중외피구조형(DOUBLE ENVELOPE): 건물을 2중 외피로 하여 그 사이로 공기가 순환되도록 하는 형식을 말한다.
주간에 부착온실(남측면에 보통 설치)에서 데워진 공기는 2중외피 사이를 순환하게 되며, 바닥밑의 축열재를 가열하게 된다.
야간에는 역류현상이 일어나 축열조에서 가열된 공기가 북측벽과 지붕을 가열하여 열손실을 막는다.
높은 천장의아트리움과 샤프트를 통하여 굴똑효과 및 바람에 의한 자연환기가 가능하다. 건물의 오른쪽은 북측을 향하고 왼쪽은 남측을 향하고 있으며,북측을 향한 사무공간에서는 자연환기를 원활히 유도하고 교통소음을 차단하기 위하여 이중외피 구조(Double Leaf Facades)로 구성되어 있다.
여름철에는 신선한 외기가 지붕을 통해 유입되고 주변의 콘크리트 구조물에 의해 차가워진 공기는 가라앉으면서 사무공간의 열을 회수하여 북측 개구부를 통하여 배기된다. 겨울철에는 북측의 이중외피구조를 통하여 외기가 유입되고 아트리움 중정의 굴뚝효과에 의해 위로 상승하면서 배기된다.