최근 오피스 건물은 1970년대 석유 파동이 이후, 에너지 절약을 위해 밀폐화, 무창화 되어가고 있으며, 이는 실내 공기질 측면에서 공조시스템에 의존도를 더욱 높이고 있다. 하지만 공조 시스템은 에너지 절약상의 문제로 인해 최소의 외기량만을 실내로 공급하며, 실내 공기질 악화 문제를 대두시키고 있다.
이러한 에너지 절약과 실내 공기질 유지 측면에서 1960년대 도입된 바닥급기 시스템은 최근 그 사용이 늘고 있다. 바닥급기 시스템은 공조기에서 송풍되는 공조 공기를 억세스 플로어 하부의 바닥공간을 통해 전달하고, 바닥급기구를 통해 실내로 송풍하는 시스템을 말한다. 국내의 경우 아직 보편화되지 못했으나, 현재 미국 및 일본을 중심으로 실내 환경 및 바닥급기 성능에 영향을 미치는 설계 인자 평가 등의 연구가 진행 중이다. 연구의 결과는 바닥급기 시스템이 천장급기 시스템에 비해 양호한 실내 공기질 및 에너지 절감 가능성을 가진다는 것을 보여준다.
이때 에너지 절감은 온도 성층화에 의한 공조 구역의 감소와 외기 도입 가능성 증대에 따른 ...
최근 오피스 건물은 1970년대 석유 파동이 이후, 에너지 절약을 위해 밀폐화, 무창화 되어가고 있으며, 이는 실내 공기질 측면에서 공조시스템에 의존도를 더욱 높이고 있다. 하지만 공조 시스템은 에너지 절약상의 문제로 인해 최소의 외기량만을 실내로 공급하며, 실내 공기질 악화 문제를 대두시키고 있다.
이러한 에너지 절약과 실내 공기질 유지 측면에서 1960년대 도입된 바닥급기 시스템은 최근 그 사용이 늘고 있다. 바닥급기 시스템은 공조기에서 송풍되는 공조 공기를 억세스 플로어 하부의 바닥공간을 통해 전달하고, 바닥급기구를 통해 실내로 송풍하는 시스템을 말한다. 국내의 경우 아직 보편화되지 못했으나, 현재 미국 및 일본을 중심으로 실내 환경 및 바닥급기 성능에 영향을 미치는 설계 인자 평가 등의 연구가 진행 중이다. 연구의 결과는 바닥급기 시스템이 천장급기 시스템에 비해 양호한 실내 공기질 및 에너지 절감 가능성을 가진다는 것을 보여준다.
이때 에너지 절감은 온도 성층화에 의한 공조 구역의 감소와 외기 도입 가능성 증대에 따른 냉동기 에너지에 의한 것으로 보고하고 있다.
하지만, 천장급기 시스템과 비교한 바닥급기 시스템의 외기 도입에 따른 에너지 절감에 관한 연구는 미흡한 실정이며, 절감 가능성은 건물의 기후, 지역, 건물의 열적 특성에 따라 달라질 수 있기 때문에 우리나라 기후에서의 외기도입량에 따른 시스템별 비교 평가가 요구된다.
본 연구에서는 우리나라 기후에서의 천장급기 시스템과 바닥급기 시스템의 외기 도입량에 따른 에너지 사용량을 분석하고, 바닥급기 시스템의 외기도입에 따른 에너지 절감 가능성을 제시하고자 하였다.
이를 위해서 우리나라의 바닥급기 시스템이 도입되어 있는 실험공간의 동․하계 실내환경을 측정․분석하고, 실험 결과를 바탕으로 TRNSYS시뮬레이션의 입력값으로 활용하였다.
시뮬레이션 분석을 통하여, 바닥급기 시스템(UF시스템)과 천장급기 시스템(OH시스템)의 외기 도입에 따른 에너지 절감 비율을 분석하였다. 이 후, 외기 도입량에 따른 에너지 소비량에 영향을 주는 변수로서, 성층화 높이 및 냉방 설정온도, 건물의 방위, 창면적비를 선정하여, 이를 대상으로 에너지 사용량을 분석하고, 이들 변수가 시스템별 에너지 소비량에 미치는 영향을 평가하였다.
본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.
1) 최대 풍량 조건에서 S실험실의 OH실험실은 완전 혼합에 가까운 실내 온도 분포를 보이며, UF실험실은 약 0cm～190cm에서 온도 성층화를 보이는 것으로 나타났다. 또한 풍량을 감소시킴에 따라 성층화 경향이 보다 뚜렷해지는 것으로 나타났다.
2) UF시스템이 적용된 K실험실에서 겨울철에 비해 여름철에 뚜렷한 성층화 경향을 보였으며, 겨울철 재순환 공기의 온도는 거주역에 비해 약 0.8℃ 낮으며, 여름철은 1.3℃정도 높게 나타났다.
3) K실험실의 여름철 최대 풍량 조건에서 실내 발열체를 증가시킨 경우, 0cm～195cm에서 온도 성층화를 나타냈으며, 최대 풍량 조건에 경우 급기구에서 토출되는 기류속도가 커, 실내 부하의 영향을 덜 받는다는 것을 확인할 수 있었다.
4) TRNSYS 프로그램을 사용하여 S실험실의 OH 및 UF 시스템을 구성하였으며, 이때 실험결과를 바탕으로 OH는 1개의 존으로, UF는 1.9m를 기점으로 2개의 수직존으로 구분하였다.
5) 시뮬레이션에서 필요 외기량을 최대 설계풍량까지 증가시킴에 따라, OH과 비교한 UF 시스템의 여름철 에너지 절감율은 15%～25.6%, 중간기는 12.8%～19%로 변화하였으며 겨울철은 약 9%로 일정하게 나타났다.
6) UF 시스템의 성층화 높이 및 냉방 설정온도, 건물의 방위, 창면적비를 변수로 외기 도입량을 변화시켜 시뮬레이션을 수행한 결과, 성층화 높이가 낮을수록, 냉방설정온도가 높을수록, UF시스템의 외기도입량 변화에 따른 냉방 에너지 절감율이 큰 것으로 나타났다.
또한 건물의 방위가 동향 내지 서향일수록, 창면적비가 클수록 외기 도입량 변화에 따른 UF 시스템의 냉방 에너지 절감율이 큰 것으로 나타났다.
결론적으로, 우리나라 소재의 실험실을 대상으로 바닥급기 시스템의 외기 도입에 따른 에너지 사용량을 분석 한 결과, 천장급기 시스템과 비교하여 외기 도입량에 따른 에너지 절감 가능성이 크다는 것을 확인할 수 있었다. 이것은 국내에서 바닥급기 시스템이 천장급기 시스템에 비해 외기 도입 가능성이 크며, 보다 개선된 실내 공기 환경을 제공할 수 있음을 보여준다.
그러나 본 시뮬레이션의 대상공간이 되는 S실험실은 실험실의 한계로 인해 시뮬레이션 입력 조건과 실험실의 실제 조건이 실내 발열 측면에서 다르며, 이로 인해 시뮬레이션과 대상건물의 실험 데이터와의 직접적인 비교가 불가능하였다. 따라서 향후 실제 S실험실을 대상으로 한 동일 조건에서의 실험 및 검증이 요구된다.
최근 오피스 건물은 1970년대 석유 파동이 이후, 에너지 절약을 위해 밀폐화, 무창화 되어가고 있으며, 이는 실내 공기질 측면에서 공조시스템에 의존도를 더욱 높이고 있다. 하지만 공조 시스템은 에너지 절약상의 문제로 인해 최소의 외기량만을 실내로 공급하며, 실내 공기질 악화 문제를 대두시키고 있다.
이러한 에너지 절약과 실내 공기질 유지 측면에서 1960년대 도입된 바닥급기 시스템은 최근 그 사용이 늘고 있다. 바닥급기 시스템은 공조기에서 송풍되는 공조 공기를 억세스 플로어 하부의 바닥공간을 통해 전달하고, 바닥급기구를 통해 실내로 송풍하는 시스템을 말한다. 국내의 경우 아직 보편화되지 못했으나, 현재 미국 및 일본을 중심으로 실내 환경 및 바닥급기 성능에 영향을 미치는 설계 인자 평가 등의 연구가 진행 중이다. 연구의 결과는 바닥급기 시스템이 천장급기 시스템에 비해 양호한 실내 공기질 및 에너지 절감 가능성을 가진다는 것을 보여준다.
이때 에너지 절감은 온도 성층화에 의한 공조 구역의 감소와 외기 도입 가능성 증대에 따른 냉동기 에너지에 의한 것으로 보고하고 있다.
하지만, 천장급기 시스템과 비교한 바닥급기 시스템의 외기 도입에 따른 에너지 절감에 관한 연구는 미흡한 실정이며, 절감 가능성은 건물의 기후, 지역, 건물의 열적 특성에 따라 달라질 수 있기 때문에 우리나라 기후에서의 외기도입량에 따른 시스템별 비교 평가가 요구된다.
본 연구에서는 우리나라 기후에서의 천장급기 시스템과 바닥급기 시스템의 외기 도입량에 따른 에너지 사용량을 분석하고, 바닥급기 시스템의 외기도입에 따른 에너지 절감 가능성을 제시하고자 하였다.
이를 위해서 우리나라의 바닥급기 시스템이 도입되어 있는 실험공간의 동․하계 실내환경을 측정․분석하고, 실험 결과를 바탕으로 TRNSYS 시뮬레이션의 입력값으로 활용하였다.
시뮬레이션 분석을 통하여, 바닥급기 시스템(UF시스템)과 천장급기 시스템(OH시스템)의 외기 도입에 따른 에너지 절감 비율을 분석하였다. 이 후, 외기 도입량에 따른 에너지 소비량에 영향을 주는 변수로서, 성층화 높이 및 냉방 설정온도, 건물의 방위, 창면적비를 선정하여, 이를 대상으로 에너지 사용량을 분석하고, 이들 변수가 시스템별 에너지 소비량에 미치는 영향을 평가하였다.
본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.
1) 최대 풍량 조건에서 S실험실의 OH실험실은 완전 혼합에 가까운 실내 온도 분포를 보이며, UF실험실은 약 0cm～190cm에서 온도 성층화를 보이는 것으로 나타났다. 또한 풍량을 감소시킴에 따라 성층화 경향이 보다 뚜렷해지는 것으로 나타났다.
2) UF시스템이 적용된 K실험실에서 겨울철에 비해 여름철에 뚜렷한 성층화 경향을 보였으며, 겨울철 재순환 공기의 온도는 거주역에 비해 약 0.8℃ 낮으며, 여름철은 1.3℃정도 높게 나타났다.
3) K실험실의 여름철 최대 풍량 조건에서 실내 발열체를 증가시킨 경우, 0cm～195cm에서 온도 성층화를 나타냈으며, 최대 풍량 조건에 경우 급기구에서 토출되는 기류속도가 커, 실내 부하의 영향을 덜 받는다는 것을 확인할 수 있었다.
4) TRNSYS 프로그램을 사용하여 S실험실의 OH 및 UF 시스템을 구성하였으며, 이때 실험결과를 바탕으로 OH는 1개의 존으로, UF는 1.9m를 기점으로 2개의 수직존으로 구분하였다.
5) 시뮬레이션에서 필요 외기량을 최대 설계풍량까지 증가시킴에 따라, OH과 비교한 UF 시스템의 여름철 에너지 절감율은 15%～25.6%, 중간기는 12.8%～19%로 변화하였으며 겨울철은 약 9%로 일정하게 나타났다.
6) UF 시스템의 성층화 높이 및 냉방 설정온도, 건물의 방위, 창면적비를 변수로 외기 도입량을 변화시켜 시뮬레이션을 수행한 결과, 성층화 높이가 낮을수록, 냉방설정온도가 높을수록, UF시스템의 외기도입량 변화에 따른 냉방 에너지 절감율이 큰 것으로 나타났다.
또한 건물의 방위가 동향 내지 서향일수록, 창면적비가 클수록 외기 도입량 변화에 따른 UF 시스템의 냉방 에너지 절감율이 큰 것으로 나타났다.
결론적으로, 우리나라 소재의 실험실을 대상으로 바닥급기 시스템의 외기 도입에 따른 에너지 사용량을 분석 한 결과, 천장급기 시스템과 비교하여 외기 도입량에 따른 에너지 절감 가능성이 크다는 것을 확인할 수 있었다. 이것은 국내에서 바닥급기 시스템이 천장급기 시스템에 비해 외기 도입 가능성이 크며, 보다 개선된 실내 공기 환경을 제공할 수 있음을 보여준다.
그러나 본 시뮬레이션의 대상공간이 되는 S실험실은 실험실의 한계로 인해 시뮬레이션 입력 조건과 실험실의 실제 조건이 실내 발열 측면에서 다르며, 이로 인해 시뮬레이션과 대상건물의 실험 데이터와의 직접적인 비교가 불가능하였다. 따라서 향후 실제 S실험실을 대상으로 한 동일 조건에서의 실험 및 검증이 요구된다.
Modern office buildings have faced with the problem of unadequate indoor air quality. As a result, outdoor air flow was becoming more important in building management system. But, while outdoor air flow was improving indoor air quality, it was increasing energy consumption. So, the new ventilation s...
Modern office buildings have faced with the problem of unadequate indoor air quality. As a result, outdoor air flow was becoming more important in building management system. But, while outdoor air flow was improving indoor air quality, it was increasing energy consumption. So, the new ventilation systems such as underfloor air distribution system were needed in buildings.
The underfloor air distribution(UF) system is a new technology that uses the underfloor plenum below a raised floor system in order to deliver space conditioning in office buildings. This system has more improved indoor air quality and reduced energy consumption than conventional overhead system in buildings. Energy savings of the underfloor air distribution system are associated with outdoor air flow.
The purpose of this study is to analyze the energy performance of UF system according to outdoor air flow rate in domestic climate.
For this, the two laboratories(K lab., S lab.) in korea are selected for measuring the thermal environments of UF system and overhead system. Based on measured data, the TRNSYS simulation is used to evaluate the energy performance of UF system over the overhead system according to outdoor air flow rate.
The major results of this research are summarized as follows.
1) Under the maximum air flow rates, OH system of S lab.'s has well-mixing temperature profile and UF system has stratification height of 0cm～190cm. By reducing air flow rate, the stratification profile is revealed more increasing.
2) As a result of K lab.'s summer/winter experiments, the stratification profile of summer season has been revealed more clearly than in winter. The return air temperature is 0.8℃ lower than on the occupied zone in winter but, 1.3℃ higher than in summer.
3) Under the maximum air flow rate and high thermal load condition in summer, the stratification height is 0cm～190cm. Because the velocity of supply air in diffuser is so fast that stratification height are nearly not related to thermal load.
4) For the energy consumption analysis of UF system and overhead system, the zone of the UF system is divided into two horizontal zone to simulate the temperature stratification(0~190cm) and the overhead system consists of one zone considering full mixing. The lower zone(occupied zone) of UF system is coupled to its upper zone(unoccupied zone) and can be applied to heat and mass transfer.
5) By increasing outdoor air flow rates from required outdoor flow rate(100CMH) to maximum air flow rates, the energy savings of UF system comparing with overhead system are varied 15%～25.6% in summer, 12.8%~19% in fall/spring and not varied in winter(9%).
6) As a result of parameter simulation study on stratification height, cooling set temperature, window area ratio, direction of building, the lower the stratification height and the higher cooling set temperature and the larger the window area ratio, the larger cooling energy savings of UF comparing with overhead system according to air flow rate. Also, it is large in east or west direction of building.
This study showed that the UF system has more efficient energy performance comparing with overhead system according to air flow rate. Also UF system has possibility to introduce of lager outdoor air flow and improve of indoor air quality in domestic buildings.
Hereafter, under the same conditions as thermal load of simulation, laboratory experiment should be performed.
Modern office buildings have faced with the problem of unadequate indoor air quality. As a result, outdoor air flow was becoming more important in building management system. But, while outdoor air flow was improving indoor air quality, it was increasing energy consumption. So, the new ventilation systems such as underfloor air distribution system were needed in buildings.
The underfloor air distribution(UF) system is a new technology that uses the underfloor plenum below a raised floor system in order to deliver space conditioning in office buildings. This system has more improved indoor air quality and reduced energy consumption than conventional overhead system in buildings. Energy savings of the underfloor air distribution system are associated with outdoor air flow.
The purpose of this study is to analyze the energy performance of UF system according to outdoor air flow rate in domestic climate.
For this, the two laboratories(K lab., S lab.) in korea are selected for measuring the thermal environments of UF system and overhead system. Based on measured data, the TRNSYS simulation is used to evaluate the energy performance of UF system over the overhead system according to outdoor air flow rate.
The major results of this research are summarized as follows.
1) Under the maximum air flow rates, OH system of S lab.'s has well-mixing temperature profile and UF system has stratification height of 0cm～190cm. By reducing air flow rate, the stratification profile is revealed more increasing.
2) As a result of K lab.'s summer/winter experiments, the stratification profile of summer season has been revealed more clearly than in winter. The return air temperature is 0.8℃ lower than on the occupied zone in winter but, 1.3℃ higher than in summer.
3) Under the maximum air flow rate and high thermal load condition in summer, the stratification height is 0cm～190cm. Because the velocity of supply air in diffuser is so fast that stratification height are nearly not related to thermal load.
4) For the energy consumption analysis of UF system and overhead system, the zone of the UF system is divided into two horizontal zone to simulate the temperature stratification(0~190cm) and the overhead system consists of one zone considering full mixing. The lower zone(occupied zone) of UF system is coupled to its upper zone(unoccupied zone) and can be applied to heat and mass transfer.
5) By increasing outdoor air flow rates from required outdoor flow rate(100CMH) to maximum air flow rates, the energy savings of UF system comparing with overhead system are varied 15%～25.6% in summer, 12.8%~19% in fall/spring and not varied in winter(9%).
6) As a result of parameter simulation study on stratification height, cooling set temperature, window area ratio, direction of building, the lower the stratification height and the higher cooling set temperature and the larger the window area ratio, the larger cooling energy savings of UF comparing with overhead system according to air flow rate. Also, it is large in east or west direction of building.
This study showed that the UF system has more efficient energy performance comparing with overhead system according to air flow rate. Also UF system has possibility to introduce of lager outdoor air flow and improve of indoor air quality in domestic buildings.
Hereafter, under the same conditions as thermal load of simulation, laboratory experiment should be performed.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.