수동형 태양열 건물 설계

Passive solar building design

수동형 태양열 건물 설계에서 창문, 벽, 바닥은 겨울에는 열의 형태로 태양 에너지를 모으고, 저장하고, 반사시키고, 여름에는 태양열을 제거하도록 만들어졌다.능동형 태양열 난방 시스템과 달리 기계 및 전기 장치의 [1]사용을 수반하지 않기 때문에 이것은 수동형 태양열 설계라고 불립니다.

수동형 태양열 건물을 설계하는 열쇠는 정확한 현장 분석을 수행하는 지역 기후를 가장 잘 활용하는 것이다.고려해야 할 요소에는 창문 배치 및 크기, 유리 타입, 단열재, 열질량, [2]차양 등이 포함된다.수동형 태양열 설계 기술은 새 건물에 가장 쉽게 적용될 수 있지만, 기존 건물은 개조하거나 "재설치"할 수 있다.

수동 에너지 게인

직접 이득 적용에 나타난 수동 태양 설계 요소

수동 태양 기술은 능동적인 기계 시스템 없이 햇빛을 사용합니다(열 수집기사용하는 능동 태양과 대조적으로).이러한 기술은 햇빛을 사용 가능한 열(물, 공기 및 열량)로 변환하여 다른 에너지원을 거의 사용하지 않고 환기를 위한 공기 이동을 유발합니다.일반적인 예는 건물의 적도 에 있는 솔라리움이다.수동 냉각은 여름 냉각 요건을 줄이기 위해 유사한 설계 원칙을 사용하는 것입니다.

일부 수동 시스템은 댐퍼, 셔터, 야간 단열재 및 태양 에너지 수집, 저장 및 사용을 강화하고 바람직하지 않은 전달을 줄이기 위해 소량의 재래식 에너지를 사용합니다.

패시브 솔라 기술에는 공간 난방을 위한 직간접 태양광 이득, 서모시폰에 기반한 태양열 온수 난방 시스템, 실내 온도 변동을 늦추기 위한 열질량상변화 재료의 사용, 태양열 조리기, 자연 환기를 향상시키기 위한 태양열 굴뚝, 그리고 지구 보호 시설이 포함됩니다.

더 넓게는 태양광 기술에는 태양광로가 포함되지만, 일반적으로 집광경이나 리시버를 정렬하기 위해 외부 에너지가 필요하며, 역사적으로 널리 사용하기에 실용적이거나 비용 효율적인 것으로 입증되지 않았습니다.공간 및 온수 난방과 같은 '저급' 에너지 수요는 시간이 지남에 따라 태양 에너지의 수동적 사용에 더 적합한 것으로 입증되었습니다.

과학으로서

수동형 태양열 건물 설계의 과학적 근거는 기후학, 열역학(특히 열전달: 전도(열), 대류, 전자파 복사), 유체역학/자연대류(전기, 팬 또는 펌프를 사용하지 않고 공기와 물의 수동적 이동), 그리고 인간의 체온을 조합하여 개발되었다.l 사람 또는 동물이 거주하는 건물의 열 지수, 심리 측정학엔탈피 제어에 기초한 쾌적성, 일광욕실, 식물 사육용 온실.

구체적인 주의사항은 건물의 부지, 위치 및 태양 방향, 국소 태양 경로, 일반적인 일사 수준(위도/햇살/구름/침전), 설계 및 시공 품질/재료, 창문과 벽의 배치/크기/유형, 열용량 포함 태양 에너지 저장 열질량의 통합으로 구분된다.

이러한 고려사항은 어느 건물에나 적용될 수 있지만, 이상적인 비용/성능 솔루션을 실현하기 위해서는 이러한 과학적 원리에 대한 신중하고 종합적시스템 통합 엔지니어링이 필요합니다.컴퓨터 모델링(종합 미국 에너지부와 같은"에너지 플러스"[3]건물 에너지 시뮬레이션 소프트웨어)을 통해 현대하고 수업 수 십년 동안의 응용 프로그램(1970년대 에너지 위기 이후), 기능이나 aest을 희생하지 않고 중요한 에너지 절약과 환경 피해의 감축을 성취하면 안 된다.그틱스.[4] 사실 온실/태양실/태양광과 같은 패시브 솔라 디자인 기능은 낮은 공간 단위당 비용으로 주택의 거주성, 일광, 전망 및 가치를 크게 향상시킬 수 있다.

1970년대 에너지 위기 이후 수동형 태양열 건물 설계에 대해 많은 것을 배워왔다.많은 비과학적이고 직관적인 고가의 건설 실험들이 에너지 제로(난방 및 냉방 에너지 요금 총액 제거)를 시도했지만 실패했습니다.

수동형 태양광 건물 건설은 어렵거나 비용이 많이 들지 않을 수 있지만(기존 기성 재료와 기술을 사용), 과학적 수동형 태양광 건물 설계는 이전의 반직관적인 교훈을 유의하게 연구해야 하며 시뮬레이션에 입력, 평가 및 반복적으로 세분화할 시간을 필요로 하는 사소한 공학적 노력이다.울레이션 입력 및 출력.

시공 후 평가 도구 중 가장 유용한 것은 공식적인 정량적 과학 에너지 감사에 디지털이미징 카메라를 사용한 서모그래피입니다.서멀 이미징을 사용하면 추운 겨울밤이나 더운 여름날 루프 앵글 글라스나 천창의 열영향 등 열성능이 낮은 영역을 기록할 수 있습니다.

지난 30년 동안 배운 과학적 교훈은 정교한 종합 빌딩 에너지 시뮬레이션 컴퓨터 소프트웨어 시스템(미국 DOE Energy Plus 등)에 담겨 있습니다.

양적 비용 편익 제품 최적화를 통한 과학적 수동형 태양열 건물 설계는 초보자에게 쉽지 않다.복잡성의 수준은 현재 진행 중인 잘못된 아키텍처와 많은 직관에 기초한 비과학적인 건설 실험으로 인해 설계자를 실망시키고 건설 예산의 상당 부분을 부적절한 [5]아이디어로 낭비하고 있습니다.

과학 설계와 공학에 대한 경제적 동기는 중요하다.만약 1980년에 시작된 새로운 건물 건설에 포괄적으로 적용되었다면, 미국은 [5]오늘날 고가의 에너지와 관련 오염에 대해 연간 2억 5천만 달러 이상을 절약할 수 있었을 것이다.

1979년 이후, Passive Solar Building Design은 교육 기관과 미국 에너지부를 포함한 전 세계 정부, 그리고 수십 년 동안 에너지 연구 과학자들을 포함한 전 세계 정부들의 실험에 의해 제로 에너지 달성에 중요한 요소가 되어 왔습니다.비용 효율적인 개념 증명수십 년 전에 확립되었지만, 건축, 건설업, 건물주 의사결정에서의 문화적 변화는 매우 느리고 어려웠다.[5]

건축과학건축기술과 같은 새로운 과목들이 건축학파에 추가되고 있으며, 미래의 목표는 위의 과학 및 에너지 공학 [citation needed]원리를 가르치는 것이다.

수동 설계에서의 태양 경로

1년 이상 태양 고도, 뉴욕기준으로 한 위도

이러한 목표를 동시에 달성할 수 있는 능력은 기본적으로 하루 종일 태양 경로의 계절적 변화에 달려 있습니다.

이것은 지구의 자전축이 궤도에 비해 기울어진 결과입니다.태양 경로는 주어진 위도에 대해 고유합니다.

적도에서 23.5도 이상 떨어진 북반구 비열대 위도:

  • 태양은 남쪽(적도 방향)으로 가장 높은 지점에 도달합니다.
  • 동지가 다가올수록 해가 뜨고 지는 각도가 점차 남쪽으로 이동하고 낮 시간은 짧아진다.
  • 여름에는 해가 뜨고 북쪽으로 더 지고 낮 시간이 길어지는[6] 것으로 알려져 있다.

남반구에서는 그 반대가 관찰되지만, 태양은 어느 반구에 있든 상관없이 동쪽으로 뜨고 서쪽으로 진다.

23.5도 미만의 적도 지역에서는 태양 정오의 태양의 위치가 1년 [7]동안 북쪽에서 남쪽으로 다시 진동할 것이다.

북극이나 남극에서 23.5도 이상 떨어진 지역에서는 여름 동안 태양이 지는 일 없이 하늘에 완전한 원을 그리게 되지만 6개월 후 겨울의 [8]절정기에는 결코 수평선 위에 나타나지 않을 것이다.

겨울과 여름의 태양 정오에 태양의 고도 차이가 47도나 나는 것은 수동 태양 설계의 기본이 된다.이 정보는 지역 기후 데이터(도일) 난방 및 냉방 요건과 결합되어 1년 중 언제 태양열 이득이 열 쾌적성에 이로운지, 그리고 언제 그늘로 차단되어야 하는지를 판단한다.유리나 차양 장치 등의 아이템을 전략적으로 배치함으로써 건물에 들어가는 태양광 이득의 비율을 1년 내내 제어할 수 있다.

가지 수동 태양 경로 설계 문제는 태양이 지구의 열 질량으로부터 "열적 지연"으로 인해 동지 이전과 6주 후에 동일한 상대 위치에 있지만, 여름이나 동지 이전과 후의 온도와 태양 이득 요구 사항은 상당히 다르다는 것이다.이동식 셔터, 차양, 차양 스크린 또는 윈도우 퀼트는 매일매일 및 시간당 태양광 이득 및 단열 요건을 수용할 수 있습니다.

방을 세심하게 배치하면 패시브 솔라 디자인이 완성됩니다.주거용 주택에 대한 일반적인 권장사항은 태양 정오를 마주하는 거주 지역과 수면 공간을 반대편에 [9]배치하는 것이다.헬리오돈은 태양 경로 효과를 모형화하기 위해 건축가들과 디자이너들이 사용하는 전통적인 이동식 조명 장치이다.현대에는 3D 컴퓨터 그래픽이 이 데이터를 시각적으로 시뮬레이션하고 성능 [4]예측을 계산할 수 있습니다.

수동형 태양열 전달 원리

개인의 온열 쾌적성은 개인의 건강 요인(의료, 심리, 사회 및 상황), 주변 기온, 평균 복사 온도, 공기의 움직임(바람의 냉기, 난기류) 및 상대 습도(인간의 증발 냉각에 영향을 미치는)의 함수입니다.건물의 열전달은 지붕, 벽, 바닥 및 창문을 [10]통한 대류, 전도열방사를 통해 발생합니다.

대류 열전달

대류전달은 유익하거나 해로울 수 있습니다.악천후화/내풍/내풍으로 인한 공기 침투는 [11]겨울 동안 열 손실의 최대 40%에 기여할 수 있습니다. 단, 작동 가능한 창문 또는 환기구 설치는 외부 공기가 쾌적한 온도와 상대 [12]습도일 때 대류, 교차 환기 및 여름 냉각을 향상시킬 수 있습니다.여과된 에너지 회수 환기 시스템은 여과되지 않은 환기 공기의 바람직하지 않은 습도, 먼지, 꽃가루 및 미생물을 제거하는 데 유용할 수 있습니다.

상승하는 따뜻한 공기와 하강하는 차가운 공기의 자연 대류는 열의 불균일한 성층화를 초래할 수 있습니다.이는 상부 및 하부 조건 공간에 불편한 온도 변화를 일으킬 수 있으며, 뜨거운 공기를 배출하는 방법 또는 수동적인 태양 열 분배 및 온도 균등화를 위한 자연 순환 공기 흐름 루프로 설계될 수 있습니다.증발로 인한 인간의 자연 냉각은 팬에 의한 자연 대류 또는 강제 대류 공기의 이동을 통해 촉진될 수 있지만, 천장 팬은 실내 상부의 층상 단열 공기층을 교란시키고 뜨거운 다락방이나 인근 창문을 통해 열을 빠르게 전달할 수 있습니다.또한 높은 상대습도는 사람의 증발 냉각을 방해한다.

복사열전달

전달의 주요 원천은 복사 에너지이고, 주요 원천은 태양입니다.태양 복사는 주로 지붕과 창문(벽으로도)을 통해 발생한다.열복사는 따뜻한 표면에서 차가운 표면으로 이동한다.지붕은 집에 전달되는 대부분의 일사선을 받는다.시원한 지붕 또는 녹색 지붕과 복사 장벽은 다락방이 여름 최고 실외 공기 온도보다[13] 뜨거워지는 것을 방지하는 데 도움이 됩니다(알베도, 흡수율, 방사율반사율 참조).

창문은 열방사[14]위한 준비가 되어 있고 예측 가능한 장소입니다.방사선의 에너지는 낮에는 창문으로, 밤에는 같은 창문 밖으로 이동할 수 있습니다.방사선은 광자를 사용하여 진공 또는 반투명 매체를 통해 전자파를 전달합니다.태양열의 증가는 춥고 맑은 날에도 상당할 수 있다.창문을 통한 태양열 이득은 단열 유리, 음영 및 방향을 통해 감소시킬 수 있습니다.창문은 지붕이나 벽에 비해 단열하기가 특히 어렵다.창문 덮개를 통한 대류전달도 단열 특성을 [14]저하시킵니다.창문에 음영 처리를 할 경우, 내부 [14]창문 덮개보다 외부 음영이 열 발생을 줄이는 데 더 효과적입니다.

서양과 동양의 태양은 따뜻함과 빛을 제공하지만, 그늘이 지지 않으면 여름에 과열되기 쉽습니다.이와는 대조적으로, 낮의 태양은 겨울 동안 빛과 따뜻함을 쉽게 허용하지만, 여름과 가을에 잎을 떨어뜨리는 여름 그늘 나무와 잎을 맺는 동안 적절한 길이의 돌출부나 각진 창으로 쉽게 그늘질 수 있습니다.수신되는 복사열의 양은 위치 위도, 고도, 구름 덮개 및 계절/시간별 입사 각도와 관련이 있다(태양 경로와 램버트의 코사인 법칙 참조).

또 다른 수동형 태양 설계 원리는 열에너지를 특정 건축자재에 저장했다가 열 이득이 완화되면 다시 방출해 주간(낮/밤) 온도 변화를 안정화할 수 있다는 것이다.열역학 원리의 복잡한 상호작용은 처음 보는 설계자에게는 직관에 반할 수 있습니다.정밀한 컴퓨터 모델링은 비용이 많이 드는 건설 실험을 피하는 데 도움이 됩니다.

설계 시 사이트 고유의 고려 사항

온대 기후 주거용 건물의 설계 요소

  • 방형, 내부 문과 벽, 그리고 집안 내 장비의 배치.
  • 건물의 적도를 향하도록 배치(또는 아침 [9]해를 포착하기 위해 동쪽으로 몇 도)
  • 동서축을 따라 건물 치수 확장
  • 겨울에는 한낮의 태양과 마주하고 여름에는 그늘이 지도록 창의 크기를 적절하게 조정하십시오.
  • 다른 쪽, 특히 서쪽[14] 창문의 최소화
  • 올바른 크기의 위도별 지붕 돌출부 [15]또는 차양 요소(수목, 나무, 트렐리스, 울타리, 셔터 등)를 세운다.[16]
  • 계절적 과도한 열 이득 또는 손실을 최소화하기 위해 복사 장벽 및 벌크 단열재를 포함한 적절한 양과 유형의 단열재를 사용한다.
  • 겨울 동안 여분의 태양 에너지를 저장하기 위해 열량을 사용(야간에 [17]다시 방사됨)

적도에 면한 유리와 열질량의 정확한 양은 위도, 고도, 기후 조건 및 냉난방 도수 요건의 신중한 고려에 기초해야 한다.

열성능 저하 요인:

  • 이상적인 방향과 남북/동/서쪽 가로세로비와의 편차
  • 과도한 유리 영역("과잉 글레이징")으로 인해 과열(또한 연질 가구의 눈부심 및 퇴색) 및 외기 온도가 떨어지면 열 손실이 발생합니다.
  • 낮에는 태양광이 증가하고 밤에는 열손실을 쉽게 제어할 수 없는 유리창 설치.서향, 각진 유리, 천창[18]
  • 비절연 또는 비보호 유리를 통한 열 손실
  • 태양 이득이 높은 계절 기간(특히 서벽) 동안 적절한 음영 부족
  • 일별 온도 변화를 조절하기 위해 열량을 잘못 적용함
  • 개방된 계단으로 인해 온기가 상승함에 따라 상층과 하층 사이에 온기가 불균등하게 분배됨
  • 부피 대비 건물 표면적이 높다– 모서리가 너무 많다
  • 부적절한 풍화현상으로 인해 높은 공기 침투로 이어짐
  • 무더운 계절에 방열벽이 없거나 잘못 설치되었습니다.(냉각 지붕 및 녹색 지붕 참조)
  • 주요 열 전달 모드에 일치하지 않는 단열재(예: 바람직하지 않은 대류/전도/방사성전달)

수동형 태양열 가열의 효율과 경제성

기술적으로 PSH는 매우 효율적입니다.직접 이득 시스템은 (즉, "유용한" 열로 변환) 구멍이나 집열기에 부딪히는 태양 복사 에너지의 65-70%를 사용할 수 있다.

PSF(passive solar fraction)는 PSH에 의해 충족되는 필수 열부하의 백분율이며, 따라서 난방 비용의 잠재적 감소를 나타낸다.RETScreen International은 PSF가 20~50%라고 보고했습니다.지속가능성 분야에서는 15% 정도의 에너지 절약이 상당한 것으로 간주되고 있습니다.

그 외의 소스에서는, 다음의 PSF가 보고되고 있습니다.

  • 보통 시스템의 경우 5~25%
  • 40%의 '최적화' 시스템용
  • '매우 부하 높은' 시스템의 경우 최대 75 %

미국 남서부 등 기후가 좋은 환경에서는 고도로 최적화된 시스템이 [19]PSF의 75%를 초과할 수 있습니다.

자세한 내용은 솔라 에어 히트를 참조하십시오.

주요 수동형 태양열 건물 구성

세 가지 개별 수동형 태양 에너지 [20]구성이 있으며, 이러한 기본 구성의 주목할 만한 하이브리드가 하나 이상 있습니다.

  • 직접 태양계
  • 간접 태양계
  • 혼성 직접 태양계/직접 태양계
  • 고립된 태양계

직접 태양계

직접 이득 수동 태양계에서 실내 공간은 태양열 집열기, 열 흡수기 및 분배 시스템 역할을 합니다.북반구의 남향 유리(남반구의 북향)는 건물 내부에 태양 에너지를 받아들여 콘크리트 또는 석조 바닥 및 벽과 같은 건물의 열량을 직접 가열(방사성 에너지 흡수)하거나 간접적으로 가열(대류를 통해)합니다.열질량 역할을 하는 바닥과 벽은 건물의 기능적인 부분으로 통합되며 낮 동안의 난방 강도를 완화합니다.밤에는 가열된 열 덩어리가 실내 [20]공간으로 열을 방출합니다.

추운 기후에서, 태양 성질의 건물은 열 질량을 추가하지 않고 단순히 남쪽을 향한 유리 영역을 증가시키는(약간) 직접적인 이득 수동 태양 구성의 가장 기본적인 유형이다.건물 외피가 잘 단열되고 동서 방향으로 연장되며 남쪽에 큰 부분(~80% 이상)의 창문이 있는 직접 이득 시스템입니다.건물에 이미 있는 것(프레임, 벽판 등)을 넘어서는 열량은 거의 추가되지 않았습니다.햇볕이 잘 드는 건물에서는 남쪽을 향한 창문 면적이 총 바닥 면적의 약 5~7%로 제한되어야 하며, 햇볕이 잘 드는 환경에서는 더 적게 해야 합니다.열질량이 추가되는 경우에만 남쪽을 향한 추가 유리를 포함할 수 있습니다.이 시스템에서는 에너지 절약은 그다지 크지 않으며, 일광 절약은 매우 [20]저비용입니다.

진정한 직접 이득 수동 태양 시스템에서는 실내 공기의 큰 온도 변동을 방지하기 위해 충분한 열량이 필요합니다. 즉, 태양 강화 건물보다 더 많은 열량이 필요합니다.건물 내부가 과열되면 열량이 부족하거나 설계가 불량할 수 있습니다.바닥, 벽 및 천장 내부 표면적의 약 1/2 ~ 2/3가 축열재로 구성되어야 합니다.축열 재료는 콘크리트, 어도비, 벽돌 및 물이 될 수 있습니다.바닥과 벽의 열질량은 기능적으로나 미적으로나 가능한 한 노출되지 않도록 해야 합니다.열질량은 직사광선에 노출되어야 합니다.벽에서 벽으로 카펫을 깔고, 대형 스로우 러그, 넓은 가구, 대형 벽걸이 등은 피해야 합니다.

일반적으로 남향 유리의 약 1피트마다2 열질량(5~10m당 1m)에 대해 약 52~10피트의33 열질량이 필요합니다.최소에서 평균까지 벽과 바닥 덮개와 가구를 고려할 때, 이는 햇빛이 지표면에 직접 닿는지 여부에 따라 일반적으로 남쪽을 향한 유리의 ft당2 약 5~10ft2(m당2 5-10m2)에 해당한다.가장 간단한 경험칙은 열질량 영역의 면적이 직접 이득 수집기([20]유리) 영역의 5배에서 10배여야 한다는 것입니다.

고체 열질량(예: 콘크리트, 석조, 석재 등)은 두께가 약 4인치(100mm) 이하인 비교적 얇아야 한다.노출 면적이 넓은 열 덩어리와 하루 중 일부(최소 2시간) 동안 직사광선을 쬐는 열 덩어리가 가장 잘 작동합니다.직사광선을 받는 열질량 요소 표면에는 흡수율이 높은 중간에서 어두운 색상을 사용해야 합니다.햇빛에 닿지 않는 열질량은 어떤 색상이라도 상관없습니다.경량 요소(예: 드라이월 벽 및 천장)는 모든 색상이 될 수 있습니다.어둡고 흐린 기간 및 야간 시간대에 유리를 꽉 끼우고 움직이는 절연 패널로 덮으면 직접 이득 시스템의 성능이 크게 향상됩니다.플라스틱 또는 금속 격납 용기 내에 포함되어 직사광선에 놓인 물은 자연 대류 열 전달로 인해 고체 질량보다 더 빠르고 균일하게 가열됩니다.또한 대류 과정은 어두운 색상의 고체 질량의 표면이 직사광선을 받을 때처럼 표면 온도가 너무 극단적으로 되는 것을 방지합니다.

기후와 적절한 열질량에 따라 직접 이득 시스템에서 남쪽을 향한 유리 영역은 바닥 면적의 약 10~20%로 제한해야 합니다(예: 100피트2 바닥 면적의 경우 10~20피트2).이것은 그물 유리 또는 유리 영역에 근거해야 합니다.대부분의 창에는 전체 창 단위 면적의 75~85%에 해당하는 순 유리/유리 영역이 있습니다.이 수준을 넘으면 패브릭 과열, 눈부심 및 페이딩 문제가 발생할 [20]수 있습니다.

간접 태양계

간접 이득 수동 태양계에서는 열 질량(콘크리트, 석조 또는 물)이 남쪽을 향한 유리 바로 뒤와 가열된 실내 공간 앞에 위치하기 때문에 직접 난방이 이루어지지 않습니다.질량의 위치는 실내 공간에 햇빛이 들어오는 것을 막고 유리를 통해 시야를 가릴 수도 있습니다.간접 이득 시스템에는 축열벽 시스템과 옥상 연못 시스템의 [20]두 가지 유형이 있습니다.

서멀 스토리지(Trombe) 벽면

흔히 트롬베 벽이라고 불리는 축열벽 시스템에서는 거대한 벽이 남쪽을 향한 유리 바로 뒤에 위치해 태양 에너지를 흡수하고 밤에 선택적으로 건물 내부로 방출합니다.벽은 현장 타설 콘크리트, 벽돌, 어도비, 석재 또는 단단한(또는 채워진) 콘크리트 석조 유닛으로 구성될 수 있습니다.햇빛은 유리를 통해 들어와 질량벽 표면에서 즉시 흡수되어 물질 질량을 통해 저장되거나 내부 공간으로 전달된다.열 덩어리는 질량과 창문 영역 사이의 공간에 빠르게 들어갈 수 없습니다.이 공간의 공기 온도는 49°C(120°F)를 쉽게 초과할 수 있습니다.이 뜨거운 공기는 벽 상단에 열 분배 통풍구를 내장함으로써 벽 뒤쪽 내부 공간으로 유입될 수 있습니다.이 벽 시스템은 발명가인 에드워드 모스에 의해 1881년에 처음 구상되고 특허를 받았습니다.펠릭스 트롬브는 1960년대 프랑스 피레네 산맥에서 이 설계를 사용하여 여러 채의 집을 지은 프랑스 엔지니어였다.

축열벽은 일반적으로 4~16인치(100~400mm) 두께의 석조벽으로 구성되어 있습니다.이 벽은 어둡고 열을 흡수하는 마감재(또는 선택적인 표면)로 코팅되어 있으며, 투과성이 높은 유리 1층 또는 2층으로 덮여 있습니다.유리는 일반적으로 벽에서 µ in에서 2 in까지 배치되어 작은 공역을 형성합니다.일부 설계에서는 질량이 유리에서 1~2피트(0.6m) 떨어진 곳에 위치하지만 공간은 여전히 사용할 수 없습니다.열 덩어리의 표면은 그것을 때리는 태양 복사를 흡수하여 밤에 사용하기 위해 저장합니다.직접 이득 시스템과 달리, 축열벽 시스템은 과도한 창문 영역과 실내 공간의 눈부심 없이 수동형 태양열 난방을 제공합니다.단, 뷰와 채광 기능을 이용할 수 없습니다.벽 내부를 내부 공간에 개방하지 않으면 트롬베 벽의 성능이 저하됩니다.벽면에 가구, 책장, 벽장 등을 설치하면 성능이 떨어진다.

통풍식 축열벽이라고도 불리는 고전적인 Trombe 벽에는 질량벽의 천장 및 바닥 레벨 근처에 작동 가능한 통풍구가 있어 실내 공기가 자연 대류에 의해 통풍할 수 있습니다.태양 복사가 유리와 벽 사이에 갇힌 공기를 가열하면 공기가 상승하기 시작합니다.공기는 아래쪽 통풍구로 유입된 후 유리와 벽 사이의 공간으로 유입되어 태양 복사에 의해 가열되어 온도가 상승하고 위쪽(천장) 통풍구를 통해 실내 공간으로 다시 빠져나갑니다.이를 통해 벽은 가열된 공기를 공간으로 직접 유입할 수 있습니다(일반적으로 약 90°F(32°C) 온도).

환기구멍을 야간(또는 흐린 날)에 열어두면 대류 기류가 역류하여 실외로 방산하여 열을 낭비하게 됩니다.통풍구는 야간에 닫아야 하며 보관벽 내부 표면에서 나오는 복사열이 실내 공간을 데울 수 있습니다.일반적으로 환기구도 열량이 필요하지 않은 여름철에는 폐쇄됩니다.여름철 벽면 상단에 설치된 외부 배기구멍을 개방하여 외부로 환기할 수 있습니다.이러한 환기는 시스템이 낮 동안 건물을 통해 공기를 내보내는 태양열 굴뚝 역할을 하게 합니다.

내부로 통풍되는 열 저장 벽은 주로 온화한 날씨와 여름철에 너무 많은 열을 전달하기 때문에 다소 효과가 없는 것으로 판명되었습니다. 단순히 과열되어 쾌적성에 문제가 생깁니다.대부분의 태양열 전문가들은 축열벽을 내부로 환기하지 말 것을 권고했다.

트롬베 벽 시스템에는 많은 변형이 있습니다.통풍되지 않은 축열벽(기술적으로는 Trombe 벽이 아님)은 외부 표면에서 태양 에너지를 포착하여 가열하고 내부 표면으로 열을 전달하며, 내부 벽 표면에서 내부 공간으로 그날 오후 방사됩니다.수벽은 열 덩어리로 사용되는 물의 탱크나 튜브로 구성된 일종의 열 덩어리를 사용합니다.

통풍이 되지 않는 일반적인 축열벽은 남쪽을 향한 석조 건물 또는 콘크리트 벽으로 구성되며, 외부 표면에는 어두운 색상의 흡열재가 있으며, 1층 또는 2층 유리로 되어 있습니다.높은 투과 유리는 질량벽에 대한 태양 이득을 극대화한다.유리는 작은 공역을 만들기 위해 벽으로부터 †에서 6인치(20~150mm)까지 배치된다.유리 프레임은 일반적으로 금속(예: 알루미늄)입니다. 비닐이 부드러워지고 벽의 유리 뒤에 존재할 수 있는 180°F(82°C) 온도에서 목재가 초건조되기 때문입니다.유리를 통과하는 햇빛의 열은 어두운 표면에 흡수되어 벽에 저장되고 석조물을 통해 천천히 안쪽으로 전달됩니다.건축 세부 사항으로서, 패턴 유리는 태양 투과율을 희생시키지 않고 벽의 외부 가시성을 제한할 수 있습니다.

수벽은 고체 질량 벽 대신 열 질량으로 물 용기를 사용합니다.수벽은 일반적으로 고체 질량 벽보다 약간 더 효율적입니다. 왜냐하면 수벽이 가열될 때 액체 상태의 물에서 대류가 발생하기 때문에 열을 더 효율적으로 흡수하기 때문입니다.이러한 전류는 고체 질량 벽이 제공할 수 있는 것보다 빠르게 혼합되고 건물 내부로 열을 빠르게 전달합니다.

외부 벽면과 내부 벽면 사이의 온도 변화로 인해 열이 질량 벽을 통과합니다.그러나 건물 내부에서는 낮의 열 획득이 지연되어 해가 지기 때문에 필요한 저녁에만 열 덩어리의 내부 표면에서 사용할 수 있게 됩니다.시차는 햇빛이 벽을 처음 비추는 시점과 열이 건물 내부로 들어오는 시점의 차이입니다.시차는 벽에 사용되는 재료의 유형과 벽 두께에 따라 달라지며, 두께가 클수록 시차가 커집니다.온도 변동의 완화와 결합된 열 질량의 시간 지연 특성은 다양한 주간 태양 에너지를 보다 균일한 야간 열원으로 사용할 수 있게 한다.자연광이나 미관상의 이유로 벽에 윈도우를 설치할 수 있지만, 이로 인해 효율성이 다소 저하되는 경향이 있습니다.

축열벽의 두께는 벽돌의 경우 약 10~14인치(250~350mm), 콘크리트의 경우 12~18인치(300~450mm), 흙/애도의 경우 8~12인치(200~300mm), 물의 경우 최소 6인치(150mm)여야 한다.이러한 두께는 늦은 저녁 시간에 실내 표면 온도가 최고조에 달할 정도로 열의 이동을 지연시킵니다.열은 건물 내부에 도달하는 데 약 8시간에서 10시간이 소요됩니다(열은 시간당 약 1인치 속도로 콘크리트 벽을 통과합니다).내부 공간에 대한 열 전달을 최대화하기 위해서는 내부 벽 마감재(예: 드라이월)와 열 질량 벽 사이에 적절한 열 연결이 필요합니다.

보온벽의 위치는 실내 공간의 주간 과열을 최소화하지만, 잘 단열된 건물은 기후에 따라 가열되는 바닥 면적의 피트당2 약 0.2~02.3피트(바닥 면적의2 0.2~0.3m2)로 제한해야 한다.수벽은 바닥 면적의 피트(m당 0.15~02.2m2)당2 약 0.15~0.2ft의2 수벽 표면을 가져야 한다.

열질량벽은 주간(낮-밤) 온도 변동이 큰 햇볕이 잘 드는 겨울 기후에 가장 적합합니다(예: 남서부, 산-서쪽).구름이 많거나 매우 추운 기후 또는 일주일의 온도 변동이 크지 않은 기후에서는 성능이 좋지 않습니다.벽의 열량을 통한 야간 열 손실은 흐리고 추운 기후에서도 여전히 심각할 수 있습니다. 벽은 저장된 열을 하루도 안 되어 손실하고 열이 누출되므로 백업 난방 요구 사항이 크게 증가합니다.긴 흐림 기간과 야간 시간 동안 꽉 끼는 이동식 단열 패널로 유리를 덮으면 열 저장 시스템의 성능이 향상됩니다.

축열벽의 주요 단점은 외부로의 열 손실입니다.대부분의 기후에서 열 손실을 줄이려면 이중 유리(유리 또는 플라스틱)가 필요합니다.온화한 기후에서는 단일 유리가 허용됩니다.축열벽의 외부 표면에 도포된 선택적 표면(고흡수/저방출 표면)은 유리를 통해 역방향으로 방사되는 적외선 에너지를 줄여 성능을 향상시킵니다.일반적으로 절연 패널을 매일 설치하거나 분리할 필요 없이 동일한 성능 향상을 달성합니다.선택적 표면은 벽의 외부 표면에 접착된 금속박으로 구성됩니다.그것은 태양 스펙트럼의 가시적인 부분의 거의 모든 방사선을 흡수하고 적외선 범위에서는 거의 방출하지 않는다.흡광도가 높으면 벽면의 빛이 열로 바뀌고, 방사율이 낮으면 열이 [20]유리 쪽으로 역산하는 것을 막을 수 있습니다.

옥상 연못 시스템

때때로 태양 지붕이라고 불리는 지붕 연못 수동형 태양 시스템은 지붕에 저장된 물을 사용하여 보통 사막 환경에서 뜨겁고 차가운 내부 온도를 조절합니다.일반적으로 평평한 지붕 위에 6~12인치(150~300mm)의 물을 담을 수 있는 컨테이너로 구성됩니다.물은 대형 비닐봉지나 유리섬유 용기에 저장돼 복사 방출을 극대화하고 증발을 최소화한다.유리를 바르지 않은 채로 두거나 유리로 덮을 수 있습니다.태양 복사는 물을 데우는데, 이것은 열 저장 매체 역할을 한다.야간 또는 흐린 날씨에는 용기를 절연 패널로 덮을 수 있습니다.옥상연못 아래 실내공간은 옥상연못 창고가 뿜어내는 열에너지로 난방된다.이러한 시스템은 우수한 배수 시스템, 가동 단열재 및 35~70lb/ft2(1.7~3.3kN/m2)의 데드하중을 지탱하기 위한 향상된 구조 시스템을 필요로 합니다.

낮 동안의 일조량 발생 각도로 볼 때 지붕 연못은 고온에서 온대 기후의 낮은 위도와 중간 위도에서만 난방에 효과적이다.루프 연못 시스템은 고온 및 저습도 기후에서 냉각에 더 적합합니다.태양광 지붕이 많이 건설되지 않았고 축열 [20]지붕의 설계, 비용, 성능 및 시공 세부 정보에 제한이 있습니다.

하이브리드 직간접 태양계

Kachadorian은 축열벽의 단점을 Trombe 벽을 [21]수직이 아닌 수평으로 배치함으로써 극복할 수 있음을 입증했습니다.축열량을 벽체가 아닌 환기 콘크리트 슬래브 바닥으로 구성하면 햇빛이 가정으로 들어오는 것을 막지 못하지만(Trombe 벽의 가장 명백한 단점) 이중 유리 적도에 면한 창을 통해 직사광선에 노출될 수 있으며, 이는 열 셔터나 그늘에 의해 더욱 단열될 수 있다.밤입니다.[22]Trombe 벽은 열을 실내 공기 공간에 전달하기 위해 벽을 통과할 필요가 없기 때문에 낮 동안의 열 포집 지연이 문제가 되지 않습니다.그 중 일부는 바닥에서 즉시 반사되거나 재방사됩니다.슬래브가 트롬베 벽과 같은 공기 통로를 가지고 있다면, 트롬베 벽은 북쪽과 남쪽 벽 바로 안쪽 콘크리트 슬래브 바닥을 통해 내부 공기로 배출되며, 슬래브를 통한 활발한 공기 열화 작용은 수직 트롬베 벽과 같이 여전히 발생합니다.(그리고 여름엔 역프로세스로 집안을 식힌다.)

통풍이 되는 수평 슬래브는 모든 건물에서 필요한 비용이 드는 집의 기초를 형성하기 때문에 수직 트롬브 벽보다 시공 비용이 저렴합니다.슬래브 대 그레이드 기반은 이국적인 Trombe 벽 구조가 아닌 일반적이고 잘 이해되고 비용 효율적인 건물 구성요소(콘크리트 벽돌 공기 통로 층을 포함함으로써 약간만 수정됨)입니다.이러한 종류의 열질량 태양 구조에서 유일하게 남은 단점은 슬래브 온 그레이드 설계와 같이 지하실이 없다는 것입니다.

카차도리안 바닥 설계는 직접 이득 수동 태양계이지만, 열 질량은 밤에 을 방출하는 간접 난방(또는 냉각) 요소로도 작용합니다.하이브리드 전기 자동차와 같은 교류 사이클 하이브리드 에너지 시스템입니다.

고립 태양계

격리 이득 수동형 태양 시스템에서 구성 요소(예: 수집기 및 열 저장)는 건물의 [20]실내 영역으로부터 격리됩니다.

태양실 또는 솔라리움이라고도 불리는 부속 태양공간건물의 일부이거나 부속된 유리 내부 공간 또는 방을 가진 고립된 이득 태양계의 한 종류로, 주요 점유 지역으로부터 완전히 차단될 수 있습니다.직접 이득과 간접 이득 시스템의 특성을 조합하여 사용하는 부속 온실과 같은 기능을 합니다.태양공간은 온실이라고 불릴 수도 있고 온실처럼 보일 수도 있지만, 온실은 식물을 키우도록 설계되어 있는 반면 태양공간은 건물에 열과 미관을 제공하도록 설계되어 있다.태양공간은 건물의 거주 영역을 확장하고 식물과 다른 식물을 기를 수 있는 공간을 제공하기 때문에 매우 인기 있는 수동적 설계 요소입니다.그러나 온화하고 추운 기후에서는 극도로 추운 날씨 동안 식물이 얼지 않도록 하기 위해 추가 공간 난방이 필요합니다.

부착된 태양 공간의 남쪽 유리는 직접 이득 시스템처럼 태양 에너지를 수집합니다.가장 심플한 선스페이스 디자인은 오버헤드 글레이징이 없는 세로창을 설치하는 것입니다.태양 공간은 풍부한 유리를 통해 높은 열 이득과 높은 열 손실을 경험할 수 있습니다.수평 및 경사 유리는 겨울에 더 많은 열을 모으지만, 여름철에는 과열을 방지하기 위해 최소화됩니다.오버헤드 글레이징은 미관상 쾌적할 수 있지만, 단열 지붕이 더 나은 열 성능을 제공합니다.천창은 채광 가능성을 제공하기 위해 사용될 수 있다.수직 유리는 태양의 각도가 낮은 겨울에는 이득을 극대화할 수 있고 여름에는 열 이득을 덜 낼 수 있습니다.세로형 유리는 가격이 저렴하고 설치 및 단열이 용이하며 누출, 김 서림, 깨짐 및 기타 유리 고장의 위험이 없습니다.여름 음영이 제공되는 경우 수직 유리와 일부 경사 유리의 조합이 허용됩니다.잘 설계된 돌출부만 있으면 여름에 유리를 그늘지게 할 수 있습니다.

열손실과 이득에 의한 온도변화는 열질량과 저방출률 창에 의해 완화될 수 있습니다.열질량에는 석조 바닥, 주택 경계에 있는 석조 벽 또는 물 용기가 포함될 수 있습니다.건물의 열은 천장과 바닥의 환기구, 창문, 문 또는 팬을 통해 분배할 수 있습니다.일반적인 설계에서, 거주 공간에 인접한 태양 공간의 뒷면에 위치한 열 질량 벽은 간접 이득 열 질량 벽과 같은 기능을 합니다.태양공간으로 들어오는 태양에너지는 열질량에서 유지된다.태양열은 태양공간 후면의 공유 질량 벽과 통풍구(환기되지 않은 열 저장벽 등) 또는 대류(환기된 열 저장벽 등)에 의해 태양공간에서 실내공간으로 공기 흐름을 허용하는 벽의 개구부를 통해 건물로 전달됩니다.

추운 기후에서는 이중 유리를 사용하여 유리를 통해 외부로 전달되는 전도 손실을 줄여야 합니다.야간 열 손실은 겨울철에 중요하기는 하지만 건물의 나머지 부분으로부터 태양 공간을 차단할 수 있기 때문에 직접 이득 시스템만큼 태양 공간에서는 필수적이지 않다.온대 기후와 추운 기후에서는 밤에 태양 공간을 건물로부터 열적으로 격리하는 것이 중요합니다.건물과 부속 태양 공간 사이의 대형 유리 패널, 프렌치 도어 또는 슬라이딩 유리 도어는 열린 공간과 관련된 열 손실 없이 열린 느낌을 유지합니다.

석조 열벽이 있는 태양 공간은 기후에 따라 가열되는 바닥 면적 피트(바닥2 면적 0.3m22/m)당 약 0.3피트2 정도의 열 질량 벽 표면이 필요합니다.벽의 두께는 축열벽과 비슷해야 합니다.태양 공간과 생활 공간 사이에 수벽을 사용할 경우 가열되는 바닥 면적 1ft당2 약 0.20ft의2 열 질량 벽면(바닥 면적 0.2m당22)이 적절하다.대부분의 기후에서 여름철에는 과열을 방지하기 위해 환기 시스템이 필요합니다.일반적으로 광대한 오버헤드(수평) 및 동서향 유리 영역은 열 반사 유리 사용 및 여름 차양 시스템 영역 제공과 같은 여름 과열을 위한 특별한 예방 조치 없이 태양 공간에서 사용해서는 안 된다.

열질량의 내부 표면은 어두운 색이어야 합니다.가동 단열재(예: 창문 덮개, 차양, 셔터)를 사용하여 해가 진 후와 흐린 날씨 모두에 태양 공간에 따뜻한 공기를 가둘 수 있습니다.매우 더운 날에 창문을 닫으면 햇빛이 과열되는 것을 막을 수 있습니다.

쾌적함과 효율성을 극대화하기 위해 유리 이외의 태양 공간 벽, 천장 및 기초는 잘 절연되어야 합니다.기초 벽 또는 슬래브 둘레는 프로스트 라인 또는 슬래브 둘레에 대해 절연되어야 한다.온대 또는 추운 기후에서는 태양 공간의 동쪽과 서쪽 벽이 절연되어야 한다(유리가 없음).

추가 조치

야간 열 손실을 줄이기 위한 조치를 취해야 한다(예: 창문 덮개 또는 이동 가능한 창문 단열재).

축열

태양은 항상 빛나지는 않아요.열 저장고 또는 열 덩어리는 햇빛이 건물을 데울 수 없을 때 건물을 따뜻하게 유지합니다.

주간 태양열 주택에서는 저장공간이 하루 또는 며칠간 설계되어 있습니다.일반적인 방법은 맞춤형 열질량입니다.여기에는 트롬베 벽, 환기된 콘크리트 바닥,[23] 저수조, 수벽 또는 지붕 [24]연못이 포함됩니다.지구 자체의 열질량을 그대로 사용하거나, 토양을 쌓거나,[25] 구조 매체로 사용하여 구조물에 통합하는 것도 가능하다.

아한대 지역 또는 장기간 태양 이득이 없는 지역(예: 몇 주간의 동파 안개)에서 특수 제작된 열 질량은 매우 비싸다.Don Stephens는 지면을 연간 열 저장에 충분히 큰 열 덩어리로 사용하는 실험 기술을 개척했습니다.그의 디자인은 집 아래 3m의 고립된 보온시폰을 작동시키고, 6m의 [26]방수 스커트로 땅을 단열한다.

단열재

단열재 또는 초단열재(타입, 배치 및 양)로 불필요[10]열 누출을 줄일 수 있습니다.일부 수동식 건물은 실제로 단열재로 건설된다.

특수 유리 시스템 및 창문 덮개

직접 태양광 이득 시스템의 효과는 절연성(예: 이중 유리), 스펙트럼 선택 유리(낮은 유리) 또는 이동식 창문 절연(창가 퀼트, 분기형 내부 절연 셔터, 그늘 등)[22]에 의해 크게 향상된다.

일반적으로 적도를 향한 창문은 태양 이득을 저해하는 유리 코팅을 사용해서는 안 된다.

German Passive House 표준에는 초절연창이 광범위하게 사용되고 있습니다.다른 스펙트럼으로 선택되는 창문 코팅의 선택은 설계 위치의 난방 대 냉방 도수의 비율에 따라 달라집니다.

유리 선택

적도에 면한 유리

수직 적도에 면한 유리의 요건은 건물의 다른 세 면과는 다릅니다.반사창 코팅과 여러 개의 유리 패널은 유용한 태양 이득을 줄일 수 있습니다.그러나 직접 이득 시스템은 열 손실을 줄이기 위해 지리 위도가 높은 곳에서는 이중 또는 삼중 유리 또는 심지어 4중 유리에 더 많이 의존한다.간접 게인 및 격리 게인 구성은 단일 창 유리만으로 여전히 효과적으로 작동할 수 있습니다.그러나 최적의 비용 효율 솔루션은 위치와 시스템에 따라 달라집니다.

루프 앵글 글라스 및 천창

천창은 직사광선을 투과하고 수평[27](평탄한 지붕) 또는 지붕 경사면과 동일한 각도로 반사한다.경우에 따라 수평 천창은 반사체와 함께 사용되어 지붕 입사 각도에 따라 태양 복사 강도(및 거친 눈부심)를 증가시킨다.겨울 태양이 지평선에 낮을 때, 대부분의 태양 복사는 지붕의 각진 유리에서 반사됩니다(입사각은 아침과 오후에 지붕의 각진 유리와 거의 평행합니다).여름 태양이 높으면 지붕이 있는 유리와 거의 수직이 되어 일년 중 잘못된 시기에 태양 이득을 최대화하며 태양로처럼 작용한다.추운 겨울밤의 자연 대류(따뜻한 공기 상승) 열 손실을 줄이고, 온천/여름/가을 낮에는 강한 태양열을 줄이기 위해 천창을 덮고 잘 단열해야 합니다.

건물의 적도에 면한 쪽은 북반구에서는 남쪽이고 남반구에서는 북쪽이다.적도에서 떨어진 지붕의 천창은 태양이 건물의 등화기(일부 위도)가 아닌 쪽에서 뜰 수 있는 여름 날을 제외하고 대부분 간접 조명을 제공합니다.동쪽을 향한 지붕의 천창은 여름 아침의 직사광선과 태양열을 극대화합니다.서쪽을 향한 천창은 낮의 가장 더운 시간 동안 오후의 햇빛과 열을 제공합니다.

일부 천창에는 여름 태양열을 부분적으로 감소시키는 고가의 유리창이 있지만 가시광선 투과도 가능하다.그러나 가시광선이 통과할 수 있으면 복사열도 얻을 수 있습니다(둘 다 전자파입니다).

낙엽성(잎을 덮는) 나무 그늘에 천창을 설치하거나 천창 안쪽 또는 바깥쪽에 이동 가능한 단열 불투명한 창을 추가하여 원치 않는 지붕 모서리 유리의 여름 태양열을 부분적으로 줄일 수 있습니다.이것은 여름에 일광 절약 효과를 없앨 것이다.만약 나뭇가지가 지붕 위에 드리워져 있다면, 그것들은 빗물 홈에 있는 나뭇잎의 문제를 증가시키고, 지붕을 손상시키는 얼음 댐을 야기하고, 지붕의 수명을 단축시키고, 해충이 여러분의 다락방에 쉽게 들어올 수 있는 길을 제공할 것입니다.천창에 있는 나뭇잎과 잔가지들은 매력적이지 않고, 청소하기가 어려우며, 폭풍우 시 유리 파손 위험을 증가시킬 수 있습니다.

수직 유리만 있는 "톱니 지붕 유리"는 지붕 모서리 유리나 천창 없이 상업용 또는 산업용 건물의 핵심부에 수동형 태양열 건물 설계 이점 중 일부를 가져올 수 있습니다.

천창은 햇빛을 제공한다.대부분의 응용 프로그램에서는 기본적으로 똑바로 위로만 표시됩니다.단열된 전등관은 천창 조명 없이 북쪽 방에 햇빛을 가져다 줄 수 있다.수동형 태양열 온실은 건물의 적도 쪽에 풍부한 일조량을 제공합니다.

적외선 서모그래피 컬러 서멀 이미징 카메라(공식 에너지 감사에 사용)는 추운 겨울 밤이나 더운 여름 날에 지붕 모서리가 있는 유리 또는 천창이 주는 부정적인 열 영향을 신속하게 기록할 수 있습니다.

미국 에너지부는 "수직 유리는 태양 [28]공간에 대한 전반적인 최선의 옵션"이라고 말한다.수동형 태양 태양 공간에는 루프 앵글 글라스와 사이드월 글라스를 사용하지 않는 것이 좋습니다.

미국 DOE는 지붕이 있는 유리의 단점을 설명하고 있습니다.유리와 플라스틱은 구조 강도가 거의 없다는 것입니다.수직으로 설치할 경우, 유리(또는 플라스틱)는 작은 면적(유리의 상단 가장자리)만이 중력의 영향을 받기 때문에 자체 중량을 지탱합니다.그러나 유리가 수직축에서 기울어짐에 따라 유리의 증가된 면적(현재의 경사 단면)이 중력을 견뎌야 합니다.유리는 깨지기 쉬우므로 깨지기 전에 잘 휘어지지 않습니다.이 문제를 해결하려면 일반적으로 유리의 두께를 늘리거나 유리를 고정하는 구조 지지대 수를 늘려야 합니다.둘 다 전반적인 비용을 증가시키고, 후자는 태양 공간으로 들어가는 태양 이득의 양을 감소시킬 것이다.

경사 유리의 또 다른 일반적인 문제는 날씨에 대한 노출이 증가한다는 것이다.햇빛이 강한 곳에서는 지붕 모서리가 있는 유리를 잘 밀봉하기 어렵다.우박, 진눈깨비, 눈, 바람은 재료의 고장을 일으킬 수 있습니다.승객의 안전을 위해 규제 기관은 일반적으로 태양광 이득 가능성을 감소시키는 안전 유리, 라미네이트 또는 이들의 조합으로 경사 유리를 만들 것을 요구한다.크라운 플라자 호텔 올란도 공항 일광의 지붕 모서리 유리는 대부분 단 한 번의 폭풍으로 파괴되었다.지붕이 있는 유리는 공사비를 증가시켜 보험료를 인상할 수 있다.수직 유리는 지붕이 있는 유리보다 날씨 손상에 덜 취약합니다.

여름은 물론 한겨울의 온화하고 화창한 날씨에도 경사진 유리창이 있는 태양공간에서 태양열을 조절하기 어렵다.천창은 에어컨 요건이 있는 기후에서 제로 에너지 빌딩 수동형 태양열 냉각과는 반대되는 것입니다.

입사 방사선의 각도

유리를 통해 전달되는 태양 이득의 양은 입사하는 태양 방사선의 각도에 의해서도 영향을 받습니다.수직 45도 이내에서 유리 한 장에 부딪히는 햇빛은 대부분 투과되며(10% 미만 반사) 70도에서 부딪치는 햇빛은 20% 이상의 빛을 반사하며 70도 이상에서는 반사율이 [29]급격히 상승한다.

이러한 모든 요소는 사진 광도계헬리오돈 또는 광학 벤치로 보다 정확하게 모델링할 수 있으며, 이는 입사각에 따라 투과율에 대한 반사율을 정량화할 수 있습니다.

또는 수동형 태양열 컴퓨터 소프트웨어는 태양 경로와 냉난방 도수에너지 성능에 미치는 영향을 결정할 수 있다.

작동 가능한 차양 및 절연 장치

적도에 면한 유리가 너무 많으면 겨울, 봄 또는 가을 낮 난방, 연중 특정 시간대에 불편할 정도로 밝은 생활 공간, 겨울 밤과 여름 낮에는 열이 과도하게 전달될 수 있습니다.

태양은 동지 전후 6주 동안 고도가 동일하지만 동지 전후로 난방과 냉방 요건은 크게 다르다.지구 표면의 열 저장은 "열 지연"을 일으킨다.가변 구름 덮개는 태양 이득 전위에 영향을 미칩니다.즉, 위도별 고정 창문 돌출부는 중요하지만 완전한 계절별 태양 이득 제어 솔루션은 아니다.

제어 메커니즘(수동 또는 전동식 내부 절연 커튼, 셔터, 외부 롤다운 차양 스크린 또는 접이식 차양막 등)은 열 지연 또는 구름 커버로 인한 차이를 보상하고 일일/시간별 태양 이득 요구 사항 변화를 제어하는 데 도움이 될 수 있다.

온도, 햇빛, 시간대 및 객실 점유율을 감시하는 홈 오토메이션 시스템은 전동식 창문 가리개 및 단열 장치를 정밀하게 제어할 수 있습니다.

외부 색상 반사 – 흡수성

태양열에너지를 반사하거나 흡수하기 위해 재료와 색상을 선택할 수 있다.전자파 복사용 색상의 정보를 사용하여 반사 또는 흡수의 열 방사 특성을 판단하면 선택에 도움이 됩니다.
로렌스 버클리 국립연구소 오크리지 국립연구소 참조: "Cool Colors"

겨울 날이 짧은 추운 기후에서는 반사된 직사광선뿐만 아니라 반사된 직사광선이 집안으로 들어와 [30]열로 포착되기 때문에 적도를 향한 창을 이용한 직접 이득 시스템이 실제로 더 잘 작동될 수 있습니다.

조경 및 정원

신중한 수동 태양 선택을 위한 에너지 효율적인 조경 재료에는 하드스케이프 건축 재료와 "소프트스케이프" 식물포함됩니다.가로수, 생울타리 및 덩굴이 있는 트렐리스-퍼골라 피쳐를 선택하기 위한 조경 설계 원칙 사용. 모두 여름 음영을 만드는 데 사용할 수 있습니다.겨울 태양 발전을 위해서는 가을에 잎을 떨어뜨리는 낙엽식물을 사용하면 일년 내내 수동 태양 효과를 얻을 수 있다.비낙엽성 상록수 관목과 나무는 다양한 높이와 거리에서 방풍제가 될 수 있으며, 겨울의 한기를 막아주고 보호해준다.'적절한 크기'의 토종 식물과 가뭄에 견딜 수 있는 식물, 드립 관개, 멀칭 및 유기농 원예 실습과 함께 제리스케이핑은 에너지 및 물 집약적인 관개, 가스 동력으로 작동하는 정원 장비의 필요성을 줄이거나 제거하며 매립지 폐기물 발자국을 줄입니다.태양광으로 움직이는 조경 조명과 분수 펌프, 태양열 온수기덮인 수영장과 급탕장은 이러한 편의 시설의 영향을 줄일 수 있습니다.

기타 수동태양 원리

수동형 태양광 조명

수동형 태양광 조명 기술은 실내에서 자연 조명활용도를 높여 인공 조명 시스템에 대한 의존도를 낮춥니다.

이는 빛을 모으기 위해 창문 단면을 신중하게 설계, 방향 및 배치함으로써 달성할 수 있습니다.다른 창의적인 해결책으로는 반사 표면을 사용하여 햇빛을 건물 내부에 들여보내는 방법이 있습니다.창문 섹션은 적절한 크기를 유지해야 하며 과도한 조명을 방지하기 위해 브리즈 솔릴, 천막, 잘 배치된 나무, 유리 코팅 및 기타 수동적이고 능동적인 [31]장치로 차폐할 수 있습니다.

많은 윈도우 시스템의 또 다른 주요 문제는 과도한 열 이득 또는 열 손실이 발생할 수 있는 잠재적으로 취약한 사이트일 수 있다는 것입니다.높은 설치형 클레스토리 창문과 전통적인 천창은 건물의 방향이 좋지 않은 부분에 햇빛을 도입할 수 있지만 원치 않는 열 전달은 [32][33]통제하기 어려울 수 있습니다.따라서 인공조명을 줄임으로써 절약되는 에너지는 열적 쾌적성을 유지하기 위해 HVAC 시스템 작동에 필요한 에너지로 상쇄되는 것보다 더 많은 경우가 많습니다.

이를 해결하기 위해 다양한 방법을 사용할 수 있습니다. 여기에는 창문 덮개, 단열 유리에어로겔 반투명 단열재, 벽이나 지붕에 내장된 광섬유, Oak Ridge 국립 연구소의 하이브리드 태양 조명 등 새로운 재료들이 포함됩니다.

조명 선반, 밝은 벽 및 바닥 색상, 미러 벽 섹션, 상부 유리 패널이 있는 내부 벽, 투명 또는 반투명한 유리 힌지 슬라이딩 유리 문과 같은 능동형 수동형 채광 수집기에서 나오는 반사 요소는 포착된 빛을 흡수하여 더 안쪽으로 수동적으로 반사합니다.그 빛은 수동적인 창문이나 천창, 태양 광관 또는 능동적인 채광원으로부터 나올 수 있다.일본 전통 건축에서는 반투명 와시 스크린이 있는 쇼지 슬라이딩 패널 도어가 선례입니다.국제적 양식, 모더니스트중세기 현대 건축은 산업, 상업 및 주거 응용 분야에서 이러한 수동적 침투와 반성의 초기 혁신가였습니다.

수동형 태양열 온수 가열

가정용 물을 데우기 위해 태양열 에너지를 사용하는 많은 방법들이 있다.능동형 및 수동형 태양열 온수 기술마다 위치별 경제적 비용 편익 분석 영향이 다르다.

기본적인 수동형 태양열 온수 가열에는 펌프나 전기적인 어떤 것도 필요하지 않습니다.장시간 영하의 날씨 [34]조건이 없거나 구름이 많이 끼지 않는 기후에서 매우 비용 효율적입니다.일부 장소에서는 다른 활성 태양 온수 가열 기술 등이 더 적합할 수 있다.

활성 태양열 온수는 "오프 그리드"가 가능하고 지속 가능한 것으로 간주될 수 있습니다.이것은 태양 에너지를 사용하여 [35]펌프에 전력을 공급하는 광전지를 사용하여 이루어집니다.

유럽 패시브 하우스 표준과의 비교

유럽에서는 패시브 하우스(독일어로는 패시브 하우스)가 지지하는 어프로치의 추진력이 높아지고 있다.독일에 있는 연구소.이 접근방식은 기존의 수동형 태양열 설계 기법에만 의존하지 않고 모든 수동형 열원을 활용하고 에너지 사용을 최소화하며 열 브리징과 냉기 침투를 다루기 위해 세세한 부분까지 세심한 주의를 기울임으로써 강화된 높은 수준의 단열재의 필요성을 강조한다.Passive House 표준에 따라 지어진 대부분의 건물은 또한 소형(일반적으로 1kW) 통합 난방 구성 요소를 포함하거나 포함하지 않는 능동형 열 회수 환기 장치를 통합한다.

패시브 하우스 건물의 에너지 설계는 정기적으로 업데이트되는 패시브 하우스 계획 패키지(PHP)라고 불리는 스프레드시트 기반 모델링 도구를 사용하여 개발됩니다.현재 버전은 PHP 9.6(2018)입니다.건물이 특정 기준을 충족한다는 것을 증명할 수 있을 때 "패시브 하우스"로 인증될 수 있으며, 가장 중요한 것은 주택의 연간 비열 수요가 15kWh2/ma를 초과하지 않아야 한다는 것입니다.

무난방 건물과의 비교

초저 U-값 유리가 발전함에 따라 패시브 하우스 기반(거의) 제로 난방 건물이 EU의 거의 고장난 에너지 건물을 대체하도록 제안된다.무난방 빌딩은 수동적인 태양열 설계를 줄이고 건물을 전통적인 건축 설계에 더 개방적으로 만듭니다.제로 난방 주택의 연간 비열 수요는 3 kWh/ma를2 초과해서는 안 됩니다.무난방 빌딩은 설계와 조작이 더 간단합니다.예를 들어, 난방이 전혀 되지 않는 주택에서는 변조된 햇빛 가리개가 필요하지 않습니다.

설계 도구

전통적으로 헬리오돈[36]1년 중 어느 날에나 모형 건물을 비추는 태양의 고도와 방위각을 시뮬레이션하기 위해 사용되었습니다.현대에는 컴퓨터 프로그램이 이 현상을 모델링하고 지역 기후 데이터(무광 및 물리적 장애물 등의 현장 영향 포함)를 통합하여 1년 동안 특정 건물 설계에 대한 태양열 이득 가능성을 예측할 수 있습니다.GPS 기반의 스마트폰 애플리케이션은 이제 휴대용 기기에서 저렴하게 이것을 할 수 있다.이러한 설계 도구는 수동형 태양 설계자에게 건설 전에 지역 조건, 설계 요소 및 방향을 평가할 수 있는 능력을 제공합니다.에너지 성능 최적화를 위해서는 일반적으로 반복 정제 설계 및 평가 프로세스가 필요합니다.모든 장소에서 잘 작동하는 "일률적인" 범용 수동형 태양열 건물은 없습니다.

응용 프로그램 수준

많은 단독 교외 주택은 외관, 쾌적함 또는 사용 [37]편의성에 뚜렷한 변화 없이 난방비를 절감할 수 있습니다.이는 양호한 시트 및 창 위치 설정, 소량의 열 질량, 우수한 단열재, 풍화 및 (태양광) 온수기에 연결된 중앙 라디에이터와 같은 때때로 보조 열원을 사용하여 수행됩니다.태양 광선은 낮 동안 벽에 떨어져 열 덩어리의 온도를 높일 수 있다.그러면 저녁이 되면 건물 으로 열을 방출하게 됩니다.외부 음영 또는 복사 장벽 + 공기 갭을 사용하여 바람직하지 않은 여름 태양 이득을 줄일 수 있습니다.

계절적 태양 채집과 열 및 냉각 저장에 대한 "수동 태양" 접근법의 확장.이러한 설계는 따뜻한 계절의 태양열을 포착하여 몇 달 후 추운 계절("연간 수동 태양") 동안 사용하기 위해 계절별 열 저장소로 전달하려고 시도한다. 많은 양의 열 질량 또는 접지 결합을 사용하여 저장량을 증가시킨다.일화적인 보고에 따르면 그것들은 효과적일 수 있지만 그들의 우수성을 입증하기 위한 공식적인 연구는 이루어지지 않았다.이 접근법은 또한 따뜻한 계절로 냉각을 이동시킬 수 있습니다.예:

"순수히 수동적인" 태양열 집에는 기계식 화로 장치가 없고, 대신 햇빛으로부터 포착된 에너지에 의존하며, 조명, 컴퓨터 및 기타 특정 업무용 기구(요리, 엔터테인먼트 등), 샤워기, 사람 및 애완동물에 의해 방출되는 "우발적인" 열에너지로 보충될 뿐이다.공기를 순환시키기 위해 (팬과 같은 기계 장치가 아닌) 자연 대류 기류를 사용하는 것은 엄격히 태양 설계는 아니지만 관련이 있다.수동형 태양열 건물 설계는 때로 댐퍼, 절연 셔터, 차양, 블라인드 또는 반사경을 작동시키기 위해 제한된 전기 및 기계 제어 장치를 사용합니다.일부 시스템은 대류 기류를 개선하기 위해 소형 팬이나 태양열 굴뚝을 사용합니다.이러한 시스템을 분석하는 합리적인 방법은 성능 계수를 측정하는 것입니다.열 펌프는 4J마다 1J를 사용할 수 있으며 COP는 4입니다.30W 팬을 사용하여 10kW의 태양열을 집 전체에 균일하게 분배하는 시스템은 COP가 300입니다.

수동형 태양열 건물 설계는 종종 비용 효율적인 제로 에너지 [38][39]건물의 기본 요소이다.ZEB는 다중 수동형 태양열 건물 설계 개념을 사용하지만, ZEB는 일반적으로 순수하게 수동적이지 않으며 풍력 터빈, 태양광 발전, 마이크로 수력, 지열 및 기타 새로운 대체 에너지원과 같은 능동적 기계 재생 에너지 생성 시스템을 가지고 있다.또한 수동 태양광은 다른 [40]수동적 전략과 함께 수동적 생존성을 위한 핵심 건물 설계 전략이다.

초고층 건물의 수동태양광 설계

최근 초고층 빌딩의 대규모 표면적 활용에 대한 관심이 높아져 전체적인 에너지 효율이 개선되고 있다.초고층 빌딩은 도시 환경에서 점점 더 흔해지고 있지만 운영에 많은 에너지가 필요하기 때문에 수동형 태양광 설계 기법을 사용하여 많은 양의 에너지 절약을 할 수 있다.런던에서 제안된 22Bishopsgate 탑을 분석했다 어느 study,[41],은 수요의 35%에너지 감소 이론적으로 간접 태양 이익을 얻을 수 있어,기 위해서는 안에 온도차를 줄이기에 최적의 환기 및 일광 보급률, 고등 열식 질량 바닥재의 사용을 위해 건물 회전에 의해서 이루어질 수 있다는 것을 알았습니다그직접 태양 발전을 위해 이중 또는 삼중 유리로 된 저방사율 창문 유리를 사용한다.간접 태양광 이득 기술에는 벽 두께의 변화(20~30cm)로 벽 열 흐름을 조절하고, 열 손실을 방지하기 위해 실외 공간에 유리창을 사용하고, 열 저장을 위해 바닥 면적의 15-20%를 할당하고, 공간에 들어오는 열을 흡수하기 위한 트롬베 벽 구현이 포함되었다.여름에는 직사광선을 차단해 겨울에 사용할 수 있도록 돌출부를 사용하고, 여름에는 열벽과 유리 사이에 열반사 블라인드를 삽입하여 발열량을 제한한다.

또 다른 연구는[42] 홍콩의 고층 건물 외부에 있는 이중 녹색 피부 표면(DGSF)을 분석했다.이러한 녹색 전면, 즉 외벽을 덮고 있는 초목은 연구자들에 의해 발견된 것처럼 에어컨의 사용을 80%까지 억제할 수 있습니다.

보다 온화한 기후에서는 유리창, 윈도우 대 월 비율 조정, 햇빛 가리개 및 루프 전략과 같은 전략을 통해 30% [43]~ 60%의 상당한 에너지 절약을 실현할 수 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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