패시브 솔라리스 설계에서는 창문, 벽 및 바닥이 겨울에 열 형태로 태양 에너지를 수집, 저장, 반사 및 분배하여 여름에 태양열을 거부합니다. 이것은 활성 태양열 시스템과는 달리 기계 및 전기 장치를 사용하지 않기 때문에 수동 태양 설계라고합니다.
수동 태양 건물을 설계하는 열쇠는 정확한 지역 분석을 수행하는 지역 기후를 최대한 활용하는 것입니다. 고려해야 할 요소로는 창 배치 및 크기, 유약 유형, 단열재, 열 질량 및 음영이 있습니다. 패시브 솔라 설계 기술은 새로운 건물에 가장 쉽게 적용 할 수 있지만 기존 건물은 적용하거나 “개장”할 수 있습니다.
패시브 에너지 게인
적극적인 태양 기술은 능동적 인 기계 시스템없이 태양 광을 사용합니다 (활성 태양과 대조). 이러한 기술은 햇빛을 사용 가능한 열 (물, 공기 및 열 질량)로 변환하고, 다른 에너지 원을 거의 사용하지 않고 통풍 용 또는 향후 사용을 위해 공기 이동을 일으 킵니다. 일반적인 예는 건물의 적도면에있는 일광 욕실입니다. 패시브 쿨링은 여름철의 냉각 요구 사항을 줄이기 위해 동일한 설계 원칙을 사용합니다.
일부 수동 시스템은 댐퍼, 셔터, 야간 단열 및 태양 에너지 수집, 저장 및 사용을 향상시키고 원치 않는 열 전달을 줄이는 기타 장치를 제어하기 위해 적은 양의 기존 에너지를 사용합니다.
패시브 솔라 기술은 공간 난방을위한 직접 및 간접 태양 광 증가, 열 사이펀을 기반으로하는 태양열 온수 시스템, 실내 공기 온도 변화를 늦추기위한 열 질량 및 상 변화 물질의 사용, 태양열 조리기, 자연 환기 향상을위한 태양열 굴뚝 및 지구 쉼터.
보다 광범위하게, 수동형 태양 광 기술은 태양열로를 포함하지만, 일반적으로 집중 형 거울이나 수신기를 정렬하기 위해 외부 에너지가 필요하며, 역사적으로 광범위하게 사용하기에는 실용적이지 않거나 비용면에서 효과적이지 않습니다. 우주 및 온수 난방과 같은 ‘저급’에너지 수요는 태양 에너지의 수동적 사용에 대한 더 나은 응용 분야로 시간이 지남에 입증되었습니다.
과학으로서
수동 태양 건물 설계의 과학적 기초는 기후학, 열역학 (특히 열전달 : 전도 (열), 대류 및 전자기 복사), 유체 역학 / 자연 대류 (공기와 물을 사용하지 않고 수동적으로 움직이는 것) 태양열, 일광 욕실 및 온실 식물에 의해 거주되는 건물에 대한 열 지수, 습도 계 및 엔탈피 제어에 기초한 인간의 쾌적한 안락함을 제공합니다.
건축물의 위치, 위치 및 태양 방향, 지역 태양 광선 경로, 일사량 (위도 / 일조 / 구름 / 강수량), 설계 및 건축 품질 / 재료, 창 배치 / 크기 / 유형으로 세분화되어 있습니다. 벽, 태양 에너지 저장 열 질량과 열용량의 통합 등이있다.
이러한 고려 사항은 모든 건물을 대상으로 할 수 있지만 이상적인 최적화 된 비용 / 성능 솔루션을 얻으려면 신중하고 전체적인 시스템 통합 엔지니어링이 필요합니다. 컴퓨터 모델링을 통한 현대적인 개선 (포괄적 인 미국 에너지 부 “Energy Plus”빌딩 에너지 시뮬레이션 소프트웨어)과 (1970 년대의 에너지 위기 이후로) 수십 년간 배운 교훈을 적용하면 에너지 절약과 환경 피해를 줄일 수 있습니다. 기능 또는 미학을 희생합니다. 사실 온실 / 일광 실 / 일광 욕실과 같은 패시브 솔라 패널 디자인은 공간 단위당 저렴한 비용으로 집의 거주 가능성, 일광, 전망 및 가치를 크게 향상시킬 수 있습니다.
1970 년대의 에너지 위기 이후 수동 태양 건물 설계에 대해 많은 것을 배웠습니다. 많은 비과학적이고 직관에 기반한 고비용의 건설 실험들이 난방 및 냉각 에너지 법안을 완전히 없애기 위해 제로 에너지를 달성하려 시도했지만 실패했습니다.
패시브 태양 광 건물 건설은 기존의 자재 및 기술을 사용하여 기존의 자재 및 기술을 사용하여 어렵거나 비용이 많이 들지 않을 수 있지만 과학적인 수동 태양 광 건물 설계는 이전 반 직관적 인 교훈을 중요하게 연구해야하는 사소한 엔지니어링 노력이며 시뮬레이션 입력 및 출력을 입력, 평가 및 반복 할 수있는 시간.
가장 유용한 사후 평가 도구 중 하나는 정량적 인 과학적 에너지 감사를 위해 디지털 열 화상 카메라를 사용하는 열 화상 장치를 사용하는 것입니다. 열 이미징은 추운 겨울 밤이나 더운 여름날에 지붕이 달린 유리의 부정적인 열 영향이나 천창과 같은 불량한 열 성능 영역을 문서화하는 데 사용할 수 있습니다.
지난 30 년 동안 얻은 과학적 교훈은 정교한 포괄적 인 빌딩 에너지 시뮬레이션 컴퓨터 소프트웨어 시스템 (미국 DOE 에너지 플러스와 같은)에서 수집되었습니다.
양적 비용 절감 제품 최적화를 통한 과학 수동 태양 건물 설계는 초보자에게는 쉽지 않습니다. 복잡성의 수준은 설계자를 실망시키고 건설 예산의 상당 부분을 부적절한 아이디어에 낭비하는 진행중인 나쁜 아키텍처 및 많은 직감 기반의 비과학적인 건설 실험을 초래했습니다.
과학적 설계 및 엔지니어링에 대한 경제적 동기는 중요합니다. 1980 년부터 시작된 새로운 건축물 건설에 포괄적으로 적용 되었다면 (1970 년대의 교훈을 바탕으로) 미국은 오늘날 고가의 에너지와 관련 오염에 대해 연간 2 억 5 천만 달러를 절약 할 수있었습니다.
1979 년 이래로 Passive Solar Building Design은 교육 기관 실험 및 미국 에너지 성을 포함한 전 세계 정부와 그들이 수십 년 동안지지해온 에너지 연구 과학자들에 의한 제로 에너지 달성의 핵심 요소였습니다. 비용 효율적인 개념 증명은 수십 년 전에 창안되었지만 건축, 건설 거래 및 건물 소유주의 의사 결정에 대한 문화 동화는 매우 느리고 변경하기 어려웠습니다.
위의 과학 및 에너지 공학 원리를 가르치는 미래의 목표를 가진 새로운 건축학 용어 인 “건축 과학”과 “건축 기술”이 일부 건축 학교에 추가되고 있습니다.
수동 설계의 태양 경로
이러한 목표를 동시에 달성 할 수있는 능력은 근본적으로 하루 종일 태양 경로의 계절적 변화에 달려 있습니다.
이것은 궤도와 관련하여 지구의 자전축이 기울어 진 결과로 발생합니다. 태양 경로는 주어진 위도에 대해 고유합니다.
적도에서 23.5도 이상 떨어진 북반구 비 열대성 위도 :
태양은 남쪽을 향해 가장 높은 지점에 도달하게됩니다 (적도의 방향으로)
동지가 접근함에 따라, 태양이 상승하고 점차적으로 남쪽으로 향하는 각도는 낮아질 것이다.
여름은 태양이 상승하여 북쪽으로 갈수록 낮아지고 낮 시간은 길어질 것입니다
그 반전은 남반구에서 관찰되지만, 태양은 동쪽으로 상승하고 어느 반구와 관계없이 서쪽으로 향하게됩니다.
23.5도 미만의 적도 지역에서는 태양 정오에있는 태양의 위치가 북에서 남으로 진동하고 일년 중 다시 진동합니다.
북쪽 또는 남쪽 기둥에서 23.5도에 가까운 지역의 여름에는 태양이 하늘 아래에서 완전한 원을 따라 가며, 겨울이 지나면 6 개월 후에는 수평선 위에 결코 나타나지 않습니다.
겨울과 여름 사이의 태양 정오에 태양 고도의 47도 차이가 수동 태양 디자인의 기초를 형성합니다. 이 정보는 지역의 기후 데이터 (학위 요일) 난방 및 냉방 요구 사항과 결합되어 태양 광 발전이 열 쾌적성에 도움이 될 때와 차광으로 막아야하는시기를 결정합니다. 유약 및 차광 장치와 같은 품목을 전략적으로 배치함으로써 건물에 들어오는 태양 광의 비율을 일년 내내 조절할 수 있습니다.
하나의 수동 태양 태양 경로 설계 문제는 비록 태양이 지구의 열 질량으로부터의 “열적 지연”으로 인해 6 주 전과 6 주 후에 동일한 상대 위치에 있지만 온도와 태양 광 요구 조건 여름 또는 동지 전후에 상당히 다릅니다. 움직일 수있는 셔터, 그늘, 그늘 스크린, 또는 창문 퀼트는 매일 매일 그리고 시간당 태양 광 증가 및 절연 요구 사항을 수용 할 수 있습니다.
조심스럽게 객실을 정렬하면 패시브 솔라 디자인이 완성됩니다. 주거용 주거에 대한 일반적인 권장 사항은 반대편에 태양 정오기 및 수면 구역이있는 거실을 배치하는 것입니다. 헬리오 던 (heliodon)은 건축가와 디자이너가 태양 경로 효과를 모델링하는 데 사용하는 전통적인 이동식 조명 장치입니다. 현대에서는 3D 컴퓨터 그래픽이 시각적으로이 데이터를 시뮬레이션하고 성능 예측을 계산할 수 있습니다.
패시브 태양 열 전달 원리
개인적 열 쾌적 성은 개인 건강 요소 (의학적, 심리적, 사회 학적 및 상황 적), 대기 온도, 평균 복사 온도, 공기 이동 (풍속, 난기류) 및 상대 습도 (사람의 증발 냉각에 영향을 미침)의 함수입니다. 건물의 열 전달은 지붕, 벽, 바닥 및 창을 통해 대류, 전도 및 열 방사를 통해 발생합니다.
대류 열전달
대류 열 전달은 유익하거나 해로울 수 있습니다. 열악한 내후성 / 날씨 스트리핑 / 통풍 방지로 인한 제어되지 않은 공기 침투는 겨울철 열 손실의 40 %까지 기여할 수 있습니다. 그러나 작동 가능한 창이나 환기구를 전략적으로 배치하면 외부 공기가 쾌적한 온도 및 상대 습도를 유지할 때 대류, 교차 환기 및 여름철 냉각을 향상시킬 수 있습니다. 필터링 된 에너지 회수 환기 시스템은 여과되지 않은 환기 공기에서 바람직하지 않은 습기, 먼지, 꽃가루 및 미생물을 제거하는 데 유용 할 수 있습니다.
온난 한 공기가 상승하고 차가운 공기가 떨어지는 자연 대류로 인해 고르지 않은 열 계층화가 발생할 수 있습니다. 이는 상부 및 하부 조건 공간에서 불편한 온도 변화를 일으키거나, 뜨거운 공기를 배출하는 방법으로 사용되거나, 수동 태양열 분배 및 온도 평형화를위한 자연 대류 공기 흐름 루프로 설계 될 수 있습니다. 팬에 의한 자연 대류 또는 강제 대류 공기 이동을 통해 땀과 증발에 의한 자연적 인 인간의 냉각이 촉진 될 수 있지만 천장 선풍기는 층계의 단열 공기층을 방해하고 뜨거운 다락방 또는 근처의 창문을 통한 열 전달을 가속시킬 수 있습니다 . 또한 높은 상대 습도는 인체의 증발 냉각을 억제합니다.
복사열 전달
열전달의 주요 원천은 복사 에너지이며, 주요 원천은 태양입니다. 태양 복사는 주로 지붕과 창문 (벽을 통과)을 통해 발생합니다. 열 방사는 더 따뜻한 표면에서 더 시원한 표면으로 이동합니다. 지붕은 집으로 전달되는 태양 복사의 대부분을받습니다. 시원한 옥상 또는 녹색 지붕이 빛나는 장벽 외에도 옥외 여름철 최고 기온보다 더워지는 것을 방지 할 수 있습니다 (알베도, 흡수율, 방사율 및 반사율 참조).
Windows는 열 방사능을위한 예측 가능하고 예측 가능한 사이트입니다. 방사선으로 인한 에너지는 낮 시간에 창문 안으로 들어올 수 있고 밤에는 같은 창문 밖으로 나갈 수 있습니다. 방사선은 진공 또는 반투명 매체를 통해 전자기파를 전송하기 위해 광자를 사용합니다. 차가운 맑은 날에도 태양열의 증가가 중요 할 수 있습니다. 창을 통한 태양열의 증가는 절연 유리, 음영 및 방향에 의해 감소 될 수 있습니다. Windows는 지붕과 벽에 비해 절연하기가 특히 어렵습니다. 창 덮개를 통한 대류 열 전달은 또한 절연 특성을 저하시킵니다. 창문을 차광 할 때 외부 차양은 내부 창문보다 열효율을 줄이는 데 더 효과적입니다.
서양과 동부의 태양은 온기와 조명을 제공 할 수 있지만 음영 처리되지 않으면 여름 과열에 취약합니다. 대조적으로, 한낮의 해가 낮을 때 겨울에는 가볍고 따뜻함을 쉽게 알 수 있지만, 여름에는 적절한 길이의 돌출부 또는 각진 루브르로 쉽게 그늘을 지을 수 있으며, 가을에는 잎을 깎은 여름 그늘 나무가있는 잎이 있습니다. 수신 된 복사열의 양은 위치 위도, 고도, 구름 표지 및 계절 / 시간별 발생 각과 관련됩니다 (Sun 경로 및 Lambert의 코사인 법 참조).
또 다른 수동적 인 태양 설계 원리는 열에너지가 특정 건축 자재에 저장 될 수 있고 일광 (일 / 밤) 온도 변화를 안정화시키기 위해 열 발생이 완화 될 때 다시 방출된다는 것입니다. 열역학적 원리의 복잡한 상호 작용은 최초 설계자에게는 직관력이 떨어질 수 있습니다. 정확한 컴퓨터 모델링은 값 비싼 건설 실험을 피할 수 있습니다.
디자인 중 사이트 별 고려 사항
위도, 태양 경로 및 일사량 (햇빛)
예 : 태양 광 발전의 계절적 변화. 냉각 또는 난방 학위 일, 일사량, 습도
온도의 주간 변화
산들 바람, 습도, 식물 및 토지 윤곽과 관련된 미세 기후 세부 정보
장애물 / 오버 섀도우 – 태양 광 증가 또는 지역 교차점 바람
온화한 기후의 주거용 건물 설계 요소
객실 유형, 내부 문과 벽, 그리고 장비를 집에 배치.
적도와 마주하고있는 건물을 향해 있거나 (아침 태양을 포착하기 위해 동쪽으로 몇도 정도)
동 / 서 축을 따라 건물 치수 확장하기
겨울철 한낮의 태양을 마주보고 창을 사이징하며 여름에 그늘을 드리십시오.
다른 쪽, 특히 서쪽 창에 창 최소화
올바른 크기의 위도 지정 지붕 오버행 또는 음영 요소 (관목, 나무, 격자, 울타리, 셔터 등)를 세우십시오.
계절적으로 과도한 열 발생 또는 손실을 최소화하기 위해 방사 장벽과 벌크 단열재를 포함한 적절한 양과 단열재 유형 사용
겨울철에 과도한 태양 에너지를 저장하기 위해 열 질량을 사용 (밤 중에 다시 방출 됨)
적도 정면 유리 및 열 질량의 정확한 양은 위도, 고도, 기후 조건 및 난방 / 냉각 등급 요일 요건을 신중하게 고려하여 결정해야합니다.
열 성능을 저하시킬 수있는 요소 :
이상적인 방향과 북 / 남 / 동 / 서 종횡비의 편차
과열로 인한 과도한 유리 영역 ( “오버 글레이징”) 및 주변 온도가 낮아지면 열 손실이 발생합니다 (부드러운 가구의 섬광 및 퇴색이 발생 함).
낮 시간 동안의 태양 에너지와 야간 열 손실이 쉽게 제어 될 수없는 유약 설치. 서향, 각진 유약, 채광창
비 절연 또는 비보호 유리를 통한 열 손실
햇빛이 많이 나는 계절의 계절 (특히 서쪽 벽)에는 적절한 음영이 부족합니다.
일일 온도 변화를 조절하기위한 열량의 잘못된 적용
온난 한 공기가 상승 할 때 상층과 하층 사이의 따뜻한 공기의 불평등 분배로 이어지는 개방 계단
높은 건물 표면적 – 너무 많은 코너
불충분 한 내후성으로 인해 높은 공기 침투가 일어남
더운 계절에 복사 장벽이 없거나 잘못 설치되었습니다. (시원한 지붕과 녹색 지붕도 참조하십시오)
주된 열 전달 방식 (예 : 바람직하지 않은 대류 / 전도 / 복사 열 전달)과 일치하지 않는 절연 재료
수동 태양열 가열의 효율성 및 경제성
기술적으로 PSH는 매우 효율적입니다. 직접 이득 시스템은 애 퍼처 또는 콜렉터에 충돌하는 태양 복사 에너지의 65-70 %를 활용할 수있다 (즉, “유용한”열로 변환).
수동 태양 분율 (PSF)은 PSH로 충족되는 필요한 열부하의 백분율이므로 가열 비용의 잠재적 인 감소를 나타냅니다. RETScreen International은 20-50 %의 PSF를보고했습니다. 지속 가능성 분야에서 15 %의 에너지조차도 상당한 것으로 간주됩니다.
다른 출처는 다음과 같은 PSF를보고합니다.
겸손한 시스템의 경우 5-25 %
“고도로 최적화 된”시스템의 경우 40 %
“매우 강렬한”시스템의 경우 최대 75 %
미국 남서부와 같은 유리한 환경에서 고도로 최적화 된 시스템은 75 % PSF를 초과 할 수 있습니다.
조경 및 정원
신중한 수동적 인 태양열 선택을위한 에너지 효율적인 조경 재료는 hardscape 건축 재료와 “softscape”식물을 포함합니다. 포도 나무로 나무, 울타리 및 격자 – pergola 특징의 선정을위한 조경 디자인 원리의 사용; 모두 여름 쉐이딩을 만드는 데 사용할 수 있습니다. 겨울철 태양 에너지를 얻기 위해서는 낙엽 식물을 사용하는 것이 바람직합니다. 낙엽 식물은 가을에 잎을 떨어 뜨리면 일년 내내 수동적으로 태양 에너지를 얻을 수 있습니다. 낙엽이 아닌 상록수 관목과 나무는 다양한 높이와 거리에서 방풍림이되어 겨울철의 바람이 불어 오는 바람으로부터 보호와 보호소를 조성 할 수 있습니다. ‘성숙한 크기의 적절한’원산지 종 및 가뭄에 견디는 식물, 물방울 관개, 멀칭 및 유기농 원예 관행을 반복적으로 사용하면 에너지 및 물 집약적 인 관개 시설, 가스 구동 식 정원 장비의 필요성을 줄이거 나 없애고 매립 쓰레기를 줄입니다. 발자국. 태양 광 가로등 및 분수 펌프, 태양열 온수기가있는 수영장 및 플 런지 풀은 이러한 편의 시설의 영향을 줄일 수 있습니다.
지속 가능한 원예
지속 가능한 조경
지속 가능한 조경 건축술
기타 수동 태양 원리
수동 태양 광 조명
패시브 솔라 조명 기술은 자연 조명을 실내 인테리어에 활용하고 인공 조명 시스템에 대한 의존도를 줄입니다.
이는 빛을 모으기위한 창 부분의 건물 설계, 방향 및 배치를 신중하게 고려하여 수행 할 수 있습니다. 다른 창의적인 솔루션은 반사 표면을 사용하여 건물 내부에 일광을 허용하는 것입니다. 창 섹션은 적절한 크기 여야하며 과도한 조명이 Brise soleil, 차양, 잘 배치 된 나무, 유리 코팅 및 기타 수동 및 능동 장치로 차폐 될 수 없도록해야합니다.
많은 창 시스템의 또 다른 주요 문제점은 과도한 열 발생 또는 열 손실의 잠재적으로 취약한 사이트가 될 수 있다는 것입니다. 높게 설치된 창문과 전통적인 채광창은 건물의 부실한 구역에 일광을 도입 할 수 있지만 원하지 않는 열 전달은 제어하기 어려울 수 있습니다. 따라서 인위적인 조명을 줄임으로써 절약되는 에너지는 종종 열 쾌적 성을 유지하기 위해 HVAC 시스템을 작동시키는 데 필요한 에너지로 상쇄됩니다.
오크 리지 국립 연구소 (Urban Ridge National Laboratory)에서 창 덮개, 절연 글레이징 및 에어로겔 반투명 절연, 벽 또는 지붕에 내장 된 광섬유 또는 하이브리드 태양 조명과 같은 새로운 재료를 포함하여 다양한 방법으로이를 해결할 수 있습니다.
조명 선반, 더 가벼운 벽 및 바닥 색상, 거울 벽 섹션, 위쪽 유리 패널이있는 내부 벽 및 투명 또는 반투명 유리 힌지 도어 및 슬라이딩 유리 도어와 같은 능동 및 수동 일광 수집기에서 반사되는 요소는 캡처 된 빛을 받아 들여 수동적으로 반영합니다 더 안에. 빛은 패시브 창문이나 채광창, 태양 광 튜브 또는 활성 일광에서 얻을 수 있습니다. 전통적인 일본 건축에서는 쇼지 (Shōji) 슬라이딩 패널 도어가 반투명 한 와시 스크린과 함께 원래의 선례입니다. 국제 스타일, 근대주의 및 Mid-century 근대 건축은 산업, 상업 및 주거용 응용 분야에서 수동적 인 침투와 반영의 초기 혁신가였습니다.
수동 태양열 온수 난방기
가정에서 사용하기 위해 태양열 에너지를 사용하는 많은 방법이 있습니다. 다른 능동 및 수동 태양열 온수 기술은 위치 별 경제적 비용 편익 분석의 의미가 다릅니다.
기본적인 수동 태양열 온수 가열에는 펌프 나 전기 장치가 전혀 필요하지 않습니다. 매우 추운 기후 또는 매우 흐린 기후 조건이없는 기후에서는 매우 비용 효율적입니다. 다른 활성 태양열 온수기 기술 등은 일부 지역에 더 적합 할 수 있습니다.
활성 태양열 온수는 “그리드 (grid)”가 될 수 있고 지속 가능한 것으로 인정받을 수 있습니다. 태양의 에너지를 사용하여 펌프에 동력을 공급하는 광전지를 사용하면됩니다.
기후와 편안함
모든 건물은 내부 환경을 조성하는 외부 환경으로부터 우리를 보호하고 보호하기 위해 건설됩니다. 외장의 조건이 실내 공간의 편안함을 방해 할 때, 가열 또는 냉각 시스템이 사용된다.
가장 효과적인 방법은 단열재를 사용하여 에너지를 절약하는 것입니다. 그러나 에너지를 보존한다는 것은 외부에서 우리를 격리시키는 것을 의미합니다. 패시브 설계는 자연 조건을 달성 할 수있는 방식으로 건물을 외부로 개방하려고합니다.
따라서 건물이 위치해야하는 기후는 온도, 습도 수준, 풍속의 속도와 방향 및 현장의 햇빛에 의해 정의됩니다. 그렇다면 기후 조건은 주택의 적절한 에너지 효율에 대한 단점 또는 이점을 구성 할 수 있습니다. 그런 다음 일상 생활의 간단한 개념을 적용합니다.
편한 느낌이 들기가 너무 추운 경우, 우리는 = 단열재를 포장합니다.
바람이 부는 날이되고 우리가 추워지면 우리는 우리를 보호하고 편안함으로 돌아 오는 어떤 물건을 찾습니다. = 바람 보호
태양이 너무 뜨겁고 태양 아래에 있으면 우리는 그늘을 찾습니다. 태양 보호
뜨겁다면, 그늘에서도 우리는 바람을 피하여 우리를 환기시킵니다. = 환기
뜨거워지고 공기가 매우 건조하면 약간의 그늘을 찾아 시원한 지하실 = 열기 질량
마운틴 하우스
매우 차가워 바람이 많은 장소에 위치한 산악 하우스의 경우, 바람으로부터 보호되는 햇볕이 잘 드는 경사면에 위치해야하며, 천장, 벽 및 창문에 단열재를 설치해야합니다. 선호 한낮의 태양쪽으로 창문을 찾으십시오. 차가운 공기가 침투하여 내부의 열을 방출하는 슬릿이 가장 적은 방식으로 제작하십시오.
사막의 집
사막에있는 집은 일사 광선으로부터 보호되어야합니다. 반면에, 주야간의 온도 변화는 공기 중 습도가 부족하기 때문에 높기 때문에, 두꺼운 벽을 국부적 인 재료로 만들어 열 질량을 사용하는 것이 좋습니다. 환기를 허용하는 전략적으로 위치한 개구부를 통해 건물의 질량을 냉각시키기 위해 낮은 야간 온도를 이용하는 것이 필요합니다.
효과적 이도록 의도 된 모든 환경 의식 디자인의 기초는 그 장소의 기후의 불편 함과 이점에 대한 적절한 대응입니다. 이것이 고려되지 않았다면 우리는 에너지 소비와 그에 따른 온실 가스 배출과 함께 열 컨디셔닝의 기계 시스템으로 가야 할 것입니다.
유럽 패시브 하우스 표준 비교
독일의 패시브 하우스 (Passivhaus in German) 연구소가지지하는 접근법에 대한 유럽의 성장 추세가 있습니다. 기존의 수동적 인 태양 설계 기술에 의존하는 대신,이 접근법은 모든 수동적 인 열원을 이용하고, 에너지 사용을 최소화하며, 열 브리징을 다루기 위해 세심한주의를 기울여 보강 된 높은 수준의 단열재에 대한 필요성을 강조하고 냉기 침투. 패시브 하우스 (Passive House) 표준에 따라 건축 된 대부분의 건물에는 작고 (일반적으로 1kW) 통합 난방 장치가 있거나없는 능동 열 회수 환기 장치가 통합되어 있습니다.
패시브 하우스 건물의 에너지 설계는 정기적으로 업데이트되는 패시브 하우스 계획 패키지 (PHPP)라는 스프레드 시트 기반 모델링 도구를 사용하여 개발됩니다. 현재 버전은 2007 년 문제의 PHPP2007입니다. 건물은 특정 기준을 충족하는 것으로 판명 될 때 “패시브 하우스 (Passive House)”로 인증 될 수 있습니다. 가장 중요한 것은 주택의 연간 비열 요구량이 15kWh / m2a를 초과해서는 안된다는 것입니다.
수동 태양 전지 시스템
수동 태양계는 주로 태양 에너지의 열을 포착하고 저장하는 데 사용됩니다. 다른 전자 기계 장치는 열을 재순환시키는 데 사용되지 않으므로 수동이라고합니다. 이것은 전도, 복사 및 열 대류와 같은 기본적인 물리적 원리 때문에 발생합니다.
직접적인 이득 : 그것은 가장 단순한 시스템이며 각 방향마다 크기가 정해지는 유리 표면에 의해 태양 에너지를 포착하는 것과 관련이 있습니다.이 표면은 가열하려는 건물이나 건물의 열 수요에 따라 다릅니다.
통풍이 잘되지 않는 퇴적 벽 : 돌, 벽돌, 콘크리트 또는 물로 건축 된 벽인 트롬 베 (trombe) 벽은 외부에 검은 색 또는 매우 어두운 색으로 칠해져 있습니다. 캡처를 개선하기 위해 유리의 속성이 사용됩니다.이 속성은 가시 광선이 들어오는 온실 효과를 발생시키고 벽을 만졌을 때 가열하여 유리를 관통 할 수없는 적외선 방사를 방출합니다. 이러한 이유로 어두운 표면과 벽과 유리 사이의 공기 챔버의 온도가 상승합니다.
환기 된 벽 축적 : 이전과 비슷하지만 대류에 의한 벽과 대기 사이의 열교환을 촉진하기 위해 상부와 하부에 오리피스가 통합되어 있습니다.
부착 된 온실 :이 경우 정오의 벽에는 습기가있을 수있는 유약 지역이 통합되어 낮 동안의 열 캡처를 향상시켜 외부의 열 손실을 줄입니다.
열 축적의 지붕 : 특정 위도에서는 지붕 표면을 사용하여 태양 에너지를 포착하고 축적 할 수 있습니다. 태양열로도 알려져 있으며 야간에 열을 방지하기 위해 복잡한 모바일 장치가 필요합니다.
태양열 집열 및 열 축적 : 이것은 더 복잡한 시스템이며 창문에 의한 직접적인 이득을 공기 또는 뜨거운 물의 태양열 집열기와 결합하여 바닥 아래에 축적시킵니다. 그런 다음 환기 된 어큐뮬레이터 벽과 유사한 방식으로 내부 환경으로 열이 전달됩니다. 적절하게 치수가 정해지면 7 일 이상 열을 축적 할 수 있습니다.
거의 모든 경우에 작동 감지를 반전시켜 수동 냉각 시스템으로 사용할 수 있습니다.
디자인 툴
전통적으로 헬리오 던 (heliodon)은 일년 중 언제라도 모델 건물에서 빛나는 태양의 고도와 방위각을 시뮬레이션하는 데 사용되었습니다. 현대에서는 컴퓨터 프로그램이이 현상을 모델링하고 1 년 동안 특정 건물 설계의 태양 광 발전 가능성을 예측하기 위해 지역 기후 데이터 (그림자 효과 및 물리적 장애물과 같은 부지 영향 포함)를 통합 할 수 있습니다. GPS 기반 스마트 폰 애플리케이션은 이제 휴대 기기에서 저렴한 비용으로이를 수행 할 수 있습니다. 이러한 설계 도구는 패시브 솔라 디자이너에게 건설 전 현지 조건, 설계 요소 및 방향을 평가할 수있는 기능을 제공합니다. 에너지 성능 최적화는 일반적으로 반복 – 미세 조정 설계 및 평가 프로세스를 필요로합니다. 모든 장소에서 잘 작동 할 수있는 보편적 인 패시브 태양 광 건물 설계와 같은 것은 없습니다.
신청 수준
많은 분리 된 교외 주택은 외관, 편안함 또는 유용성에 대한 명백한 변화없이 난방 비용을 줄일 수 있습니다. 이것은 양호한 부지와 창 위치, 소량의 열 질량, 양호하지만 종래의 단열, 내후성, 및 때때로 (태양열) 온수기에 연결된 중앙 라디에이터와 같은 보조 열원을 사용하여 수행됩니다. 태양 광선은 주간에 벽에 떨어지고 열 질량의 온도를 올릴 수 있습니다. 그러면 저녁에 건물 안으로 열이 방출됩니다. 바람직하지 않은 여름 태양 게인을 줄이기 위해 외부 음영 또는 복사 장벽과 공기 갭이 사용될 수 있습니다.
계절 태양 수집 및 열 및 냉각의 저장에 대한 “수동 태양”접근법의 확장. 이러한 디자인은 따뜻한 계절의 태양열을 포착하여 추운 계절에 추후 개월 동안 사용하기 위해 계절 열 저장소로 전달합니다 ( “연례화된 수동 태양열”). 대량의 열 질량 또는 대지 결합을 사용하면 저장 공간이 증가합니다. 일화 학적 보고서는 효과적 일 수 있지만 그 우월성을 입증하기위한 공식적인 연구는 없다고 제안합니다. 이 접근법은 또한 따뜻한 계절로 냉각을 이동시킬 수 있습니다. 예 :
패시브 연간 열 스토리지 (PAHS) – John Hait
연례 지열 태양열 (AGS) 가열 – Don Stephen
접지 된 지붕
“순전히 수동적 인”태양열 집에는 햇빛에서 포착 된 에너지에 의존하는 기계적 용광로 장치가 없으며 조명, 컴퓨터 및 기타 작업 별 설비 (예 : 요리, 오락 등), 샤워, 사람과 애완 동물. 공기를 순환시키기 위해 자연 대류 기류 (팬과 같은 기계 장치가 아닌)를 사용하는 것은 태양 설계와는 관계가 있지만 관련이 있습니다. 패시브 솔라리스 설계는 때때로 댐퍼, 절연 셔터, 차양, 차양 또는 반사경을 작동시키기 위해 제한된 전기 및 기계적 제어 장치를 사용합니다. 일부 시스템은 대류 공기 흐름을 개선하기 위해 작은 팬이나 태양열 굴뚝을 동원합니다. 이러한 시스템을 분석하는 합리적인 방법은 성능 계수를 측정하는 것입니다. 열 펌프는 4 J마다 4 J마다 1 J를 사용할 수 있습니다. 전체 집을 통해 10 kW의 태양열을 균일하게 분배하기 위해 30 W 팬만 사용하는 시스템의 COP는 300입니다.
패시브 솔라리스 디자인은 종종 비용 효율적인 제로 에너지 빌딩의 기본 요소입니다. ZEB는 여러 개의 수동 태양 건물 설계 개념을 사용하지만 ZEB는 일반적으로 순수한 수동이 아니며 풍력 터빈, 광전지, 마이크로 하이드로, 지열 및 기타 신흥 대체 에너지 원과 같은 능동적 인 기계적 재생 에너지 생성 시스템을 갖추고 있습니다.
고층 건물에 수동적 인 태양 디자인
전체 에너지 효율을 높이기 위해 마천루에서 다량의 표면적 영역을 사용하는 것에 최근 관심이있었습니다. 고층 건물은 도시 환경에서 점점 더 보편적으로 사용되고 있지만 많은 양의 에너지가 필요하기 때문에 패시브 솔라 설계 기술을 사용하여 많은 양의 에너지를 절감 할 수 있습니다. 런던에서 제안 된 22 Bishopsgate 타워를 분석 한 한 연구에 따르면, 이론적으로 간접적 인 태양 에너지 증가, 최적의 환기 및 일광 침투를위한 건물 회전, 높은 열 질량 바닥재 사용 등을 통해 35 %의 에너지 감소가 이론적으로 달성 될 수 있음이 발견되었습니다 건물 내부의 온도 변동을 줄이고, 직접 태양 에너지를 얻기 위해 이중 또는 삼중 유약을 사용하는 저 방사율 창 유리를 사용합니다. Indirect solar gain techniques included moderating wall heat flow by variations of wall thickness (from 20 to 30 cm), using window glazing on the outdoor space to prevent heat loss, dedicating 15–20% of floor area for thermal storage, and implementing a Trombe wall to absorb heat entering the space. Overhangs are used to block direct sunlight in the summer, and allow it in the winter, and heat reflecting blinds are inserted between the thermal wall and the glazing to limit heat build-up in the summer months.
Another study analyzed double-green skin facade (DGSF) on the outside of high rise buildings in Hong Kong. Such a green facade, or vegetation covering the outer walls, can combat the usage of air conditioning greatly – as much as 80%, as discovered by the researchers.
In more temperate climates, strategies such as glazing, adjustment of window-to-wall ratio, sun shading and roof strategies can offer considerable energy savings, in the 30% to 60% range.