열용량과 다이렉트 게인(직접 획득)

유리를 투과해서 실내로 침투하는 일사열을 다이렉트 게인(Direct gain; 직접 획득)이라고 합니다. 보통 판유리는 단열 성능이 매우 부족하기 때문에 열손실이 매우 크지만 잘 활용하기만 하면 열요율을 높일 수도 있습니다.

 

■ 유리의 종류 - 판유리

■ 유리의 단열성능 강화

 

투명유리의 일사투과율은 입사각이 45˚ 정도가 될 때까지는 85∼90% 정도로 거의 일정하지만, 60∼70% 정도부터는 투과율이 급격하게 떨어집니다. 따라서 고도가 높은 여름의 일사는 실내로 들어오기 어렵지만, 겨울철의 고도가 낮은 일사는 실내로 잘 들어온다는 의미입니다. 따라서 겨울철에 들어오는 이 일사광선을 잘 이용하면 열효율을 높일 수 있습니다.

 

열용량

어떤 재료의 열용량(heat capacity)은 어떤 물질의 온도를 1℃ 높이는데 필요한 열량을 의미합니다. 열용량은 재료의 질량과 비열의 곱으로 나타낼 수 있습니다. 왜냐하면 비열은 어떤 물질 1kg의 온도를 1℃ 높이는 데 필요한 열량을 의미하기 때문입니다. 

 

어떤 재료의 열용량이 크면 온도를 높이는 데도 많은 에너지가 필요하지만, 거꾸러 식는 데도 많은 시간이 걸립니다. 그러니까 겨울철에 실내로 유입된 태양열을 이용해서 열용량이 높은 재료를 가열해 놓으면 이 재료는 밤에 천천히 식으면서 실내에 열을 내뿜게 되고, 에너지 효율을 높일 수 있게 됩니다. 

 

그럼 어떤 재료가 열용량이 높을까요? 천연재료 중 물이 열용량이 높습니다.

 

15℃의 물의 비열은 4.2kJ/kg·K(= 1kcal/kg·℃)입니다. 물과 비교해서 목재의 비열은 1/3, 콘크리트는 1/5, 강재는 1/10 정도밖에 되지 않습니다. 

 

따라서 1m³으로 동일한 부피일 때의 열용량으로 비교해보면 물은 4.2MJ/K, 목재는 0.7MJ/K, 콘크리트는 2.2MJ/K, 강재는 3.8MJ/K이 됩니다. 이처럼 물은 열용량이 매우 높아 동일한 용적이라면 콘크리트의 2배, 동일한 중량이라면 5배 정도 열을 축적할 수 있습니다.

 

다이렉트 게인(직접 획득)

이처럼 유리를 투과해서 실내로 침투하는 일사열을 직접 이용하면 열효율을 높일 수 있습니다.

 

 

위 그림처럼 남쪽에 있는 유리 안쪽 바로 안쪽에 열용량이 높은 벽을 설치해서 축열체로 사용하면 열효율을 높일 수 있습니다. 이 축열벽체와 유리 사이의 공기는 일사열에 의해 높은 온도가 되고 대류현상으로 실내 공기를 따뜻하게 만들어 줍니다. 또 축열벽체는 낮동안 열을 축적했다가 밤이 되면 열을 방사해서 실내 온도를 높이게 됩니다. 

 

이 축열벽체 두께는 30mm 정도, 명적은 바닥면적의 3/1 정도로 검정색에 가까운 것이 좋습니다.

 

특별히 축열벽체를 설치하지 않더라고 큰 통에 물을 담아두는 것만으로도 효과를 볼 수 있습니다. 다만 물통을 여러 개 놓아야 한다는 문제가 있긴 하지만요. 디자인 문제를 해결한다면 물을 담아두는 축열벽체를 설치하는 것도 효과를 볼 수 있습니다.

 

■ 열의 이동 - 열전도율, 열관류율, 열전도저항

 

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