전 세계적으로 화석연료의 고갈과 지구온난화 등의 환경문제가 부각되면서 건물의 과다한 에너지 소비를 완화하려는 움직임이 활발해 지고 있다. 이를 위해 건물일체형태양광발전(BIPV : Building Integrated Photovoltaic System)은 외벽, 창호, 지붕 등 외피에 PV를 적용하여 마감재의 역할을 하면서 전기발전을 하는 시스템으로 외장재의 절약과 ...
전 세계적으로 화석연료의 고갈과 지구온난화 등의 환경문제가 부각되면서 건물의 과다한 에너지 소비를 완화하려는 움직임이 활발해 지고 있다. 이를 위해 건물일체형태양광발전(BIPV : Building Integrated Photovoltaic System)은 외벽, 창호, 지붕 등 외피에 PV를 적용하여 마감재의 역할을 하면서 전기발전을 하는 시스템으로 외장재의 절약과 태양전지의 설치공간의 확보가 필요하지 않아 경제성이 뛰어나다는 장점을 갖고 있다. 그 중 염료감응형 태양전지(DSC : Dye-Sensitized Solar Cell)는 기존의 반도체 태양광전지와 달리 광합성의 원리를 이용해 전기를 생산하는 방식으로 실리콘 태양전지보다 복사선의 입사각에 민감도가 작고 생산 비용이 낮으며 유독가스 방출 염려가 적어 친환경적인 생산이 가능하다. 또한 온도변화와 부분적인 그늘에도 효율이 급감하지 않기 때문에 건물에 적용했을 때 활용도가 뛰어나다. 하지만 채광 시 실내로 색상이 비칠 경우 재실자의 감정변화와 피로감이 생길 수 있다. 또한 DSC를 설치했을 때 표면온도가 변화하여 실내온도 변화와 나아가 건물의 에너지소비에 영향을 미치게 된다. 이에 본 논문에서는 DSC를 창호에 적용했을 때 재실자의 감정에 대해 조사하기 위하여 학생들을 대상으로 모형과 Mock-up을 통한 선호도 조사를 실시하였다. 이 결과를 토대로 적정한 설계안을 제시하고 교육시설에 적용하여 시뮬레이션으로 에너지소요량 증감에 대해 분석하여 다음과 같은 결과를 도출하였다. 모형을 통한 선호도 조사는 파란색이 상부에 위치할 경우 대부분 문항에서 7점 척도 중 5.5점 이상으로 재실자에게 가장 자연스럽게 다가간 것으로 판단된다. 반면 적색의 경우 위치와 관계없이 대부분 문항에서 3점대에 그치는 낮은 값을 나타내었다. 그리고 위, 아래 모두 DSC 창을 적용했을 때 선호도가 낮은 값을 보이는데 이는 투명 창에 익숙한 응답자들의 색상에 대한 거부감으로 해석된다. Mock-up을 통한 선호도 조사에서 실 밝기의 느낌에 대한 문항은 녹색계열이 적색계열보다 높은 만족도를 보였다. 또한 조망상태에 대한 느낌에서 녹색은 대부분 4점 이상의 결과값을 보였으며 문항 중 편안함에서 5.06으로 가장 높은 값을 보여 외부를 바라볼 때 자연스럽게 다가간 것으로 판단된다. 반면 적색은 3점이하의 낮은 점수를 보여 외부와의 색상과 조화롭지 못하여 이와 같은 결과를 나타냈다고 판단하였다. 앞서 진행한 설문의 결과를 바탕으로 DSC설치를 가정하고 시뮬레이션을 진행하여 기존창호와 에너지에 대한 비교를 진행하였다. 기존 건물의 연간 에너지 소요량은 53.96kWh/㎡이고 그 중 가장 많은 비중을 차지하는 부분은 냉방에너지로 16.84kWh/㎡로 나타났다. 다음으로 난방에너지, 조명에너지, 기기이용 에너지로 각각 15.11kWh/㎡, 11.45kWh/㎡, 10.55kWh/㎡로 나타났다. 또한 6월의 에너지 사용량이 7.09kWh/㎡로 가장 높게 나타났고 2월에 1.11kWh/㎡로 가장 낮게 나타났다. DSC설치를 Case1(상부 설치), Case2(창호 양단 설치), Case3(창호 전체 설치)으로 분류하고 각 연간 에너지 소비량은 53.72kWh/㎡, 52.27kWh/㎡, 52.50kWh/㎡로 나타났으며 Case2에서 절감양이 가장 높은 것으로 확인 되었다. DSC설치 시 냉방에너지 소요량은 절감하는 것으로 보였으며 난방에너지 소요량은 증가하였다. DSC의 발전량과 함께 고려한다면 각 Case별로 0.44kWh/㎡, 1.99kWh/㎡, 1.96kWh/㎡가 절감된다. DSC 통합창호의 설치는 단열성능과 일사차단의 효과로 냉방에너지의 절감이 가능하다. 하지만 난방에너지의 증가와 투과율 저하로 인한 실내 폐쇄성 증가를 불러일으킬 수 있기 때문에 색상 및 위치에 따른 재실자의 선호도를 고려한 설계가 실시되어야 한다. 따라서 냉방에너지 사용량이 많은 곳에 Case2와 같이 DSC설치가 따른다면 에너지 절약효과가 우수하며 어느 정도 개방감으로 폐쇄성에 대한 부분도 해소 가능할 것으로 판단된다.
전 세계적으로 화석연료의 고갈과 지구온난화 등의 환경문제가 부각되면서 건물의 과다한 에너지 소비를 완화하려는 움직임이 활발해 지고 있다. 이를 위해 건물일체형태양광발전(BIPV : Building Integrated Photovoltaic System)은 외벽, 창호, 지붕 등 외피에 PV를 적용하여 마감재의 역할을 하면서 전기발전을 하는 시스템으로 외장재의 절약과 태양전지의 설치공간의 확보가 필요하지 않아 경제성이 뛰어나다는 장점을 갖고 있다. 그 중 염료감응형 태양전지(DSC : Dye-Sensitized Solar Cell)는 기존의 반도체 태양광전지와 달리 광합성의 원리를 이용해 전기를 생산하는 방식으로 실리콘 태양전지보다 복사선의 입사각에 민감도가 작고 생산 비용이 낮으며 유독가스 방출 염려가 적어 친환경적인 생산이 가능하다. 또한 온도변화와 부분적인 그늘에도 효율이 급감하지 않기 때문에 건물에 적용했을 때 활용도가 뛰어나다. 하지만 채광 시 실내로 색상이 비칠 경우 재실자의 감정변화와 피로감이 생길 수 있다. 또한 DSC를 설치했을 때 표면온도가 변화하여 실내온도 변화와 나아가 건물의 에너지소비에 영향을 미치게 된다. 이에 본 논문에서는 DSC를 창호에 적용했을 때 재실자의 감정에 대해 조사하기 위하여 학생들을 대상으로 모형과 Mock-up을 통한 선호도 조사를 실시하였다. 이 결과를 토대로 적정한 설계안을 제시하고 교육시설에 적용하여 시뮬레이션으로 에너지소요량 증감에 대해 분석하여 다음과 같은 결과를 도출하였다. 모형을 통한 선호도 조사는 파란색이 상부에 위치할 경우 대부분 문항에서 7점 척도 중 5.5점 이상으로 재실자에게 가장 자연스럽게 다가간 것으로 판단된다. 반면 적색의 경우 위치와 관계없이 대부분 문항에서 3점대에 그치는 낮은 값을 나타내었다. 그리고 위, 아래 모두 DSC 창을 적용했을 때 선호도가 낮은 값을 보이는데 이는 투명 창에 익숙한 응답자들의 색상에 대한 거부감으로 해석된다. Mock-up을 통한 선호도 조사에서 실 밝기의 느낌에 대한 문항은 녹색계열이 적색계열보다 높은 만족도를 보였다. 또한 조망상태에 대한 느낌에서 녹색은 대부분 4점 이상의 결과값을 보였으며 문항 중 편안함에서 5.06으로 가장 높은 값을 보여 외부를 바라볼 때 자연스럽게 다가간 것으로 판단된다. 반면 적색은 3점이하의 낮은 점수를 보여 외부와의 색상과 조화롭지 못하여 이와 같은 결과를 나타냈다고 판단하였다. 앞서 진행한 설문의 결과를 바탕으로 DSC설치를 가정하고 시뮬레이션을 진행하여 기존창호와 에너지에 대한 비교를 진행하였다. 기존 건물의 연간 에너지 소요량은 53.96kWh/㎡이고 그 중 가장 많은 비중을 차지하는 부분은 냉방에너지로 16.84kWh/㎡로 나타났다. 다음으로 난방에너지, 조명에너지, 기기이용 에너지로 각각 15.11kWh/㎡, 11.45kWh/㎡, 10.55kWh/㎡로 나타났다. 또한 6월의 에너지 사용량이 7.09kWh/㎡로 가장 높게 나타났고 2월에 1.11kWh/㎡로 가장 낮게 나타났다. DSC설치를 Case1(상부 설치), Case2(창호 양단 설치), Case3(창호 전체 설치)으로 분류하고 각 연간 에너지 소비량은 53.72kWh/㎡, 52.27kWh/㎡, 52.50kWh/㎡로 나타났으며 Case2에서 절감양이 가장 높은 것으로 확인 되었다. DSC설치 시 냉방에너지 소요량은 절감하는 것으로 보였으며 난방에너지 소요량은 증가하였다. DSC의 발전량과 함께 고려한다면 각 Case별로 0.44kWh/㎡, 1.99kWh/㎡, 1.96kWh/㎡가 절감된다. DSC 통합창호의 설치는 단열성능과 일사차단의 효과로 냉방에너지의 절감이 가능하다. 하지만 난방에너지의 증가와 투과율 저하로 인한 실내 폐쇄성 증가를 불러일으킬 수 있기 때문에 색상 및 위치에 따른 재실자의 선호도를 고려한 설계가 실시되어야 한다. 따라서 냉방에너지 사용량이 많은 곳에 Case2와 같이 DSC설치가 따른다면 에너지 절약효과가 우수하며 어느 정도 개방감으로 폐쇄성에 대한 부분도 해소 가능할 것으로 판단된다.
As environmental issues have become global due to the drying up of fossil fuels and global warming, there have been active movements to reduce excess energy consumption through buildings. For this purpose, Building Integrated Photovoltaic System (BIPV) is a system that applies PV on the walls, windo...
As environmental issues have become global due to the drying up of fossil fuels and global warming, there have been active movements to reduce excess energy consumption through buildings. For this purpose, Building Integrated Photovoltaic System (BIPV) is a system that applies PV on the walls, windows, roofs, etc. on the exterior to serve as finishes and generate power. Its benefit is that it saves the cost of exterior finishes and does not need extra space for solar cell installation. Above all, Dye-Sensitized Solar Cell (DSC), unlike the existing semiconductor- type solar cells, uses the principles of photosynthesis to generate power. It is less sensitive to the incidence angle of radiation than silicon-type solar cells with less production cost and less risk of toxic gas to allow eco-friendly production. Its efficiency does not fall dramatically due to temperature changes and partial shades, so it is highly applicable to buildings. When the sunshine enters the inside, however, it may affect the people inside and cause fatigue. With DSC the surface temperature changes to change the indoor temperature and the buildings' energy consumption. Therefore, this study surveyed students' preference with models and mock-ups to examine the people's emotions inside a building with DSC on the windows. It suggested a design plan based on the findings and applied it to an educational facility to analyze the increment in energy consumption through a simulation to derive the following findings. The preference survey using models showed that the score was over 5.5 on a scale of 7 for most questions when blue was on top, manifesting that it looked most natural. In case of red, on the other hand, it scored only around 3 for most questions regardless of its position. When DSC windows were applied to both top and bottom, it showed low preference because the responders were familiar with clear windows and reluctant to see colors on the windows. The preference survey using mock-ups showed that the questions on actual brightness earned higher satisfaction for green instead of red. Also, the feeling of the lookout condition showed 4 or higher for most questions with green and the highest score of 5.06 in terms of comfort to manifest that green felt natural when looking outside. Red, on the other hand earned 3 or lower scores because it did not blend with the colors of the outside. Based on the above surveys, a DSC installation was assumed and simulated to compare the energy consumption to that of an ordinary window. An ordinary building consumed 53.96 kWh/㎡ every year and the biggest portion of 16.84 kWh/㎡ was taken by the energy required for cooling, followed by energy for heating, energy for lighting, and energy for equipment (15.11kWh/㎡, 11.45kWh/㎡, and 10.55kWh/㎡, respectively). Also, energy usage reached the highest peak at 7.09 kWh/㎡ in June and the lowest end at 1.11 kWh/㎡ in February. DSC installation was classified into Case 1 (installation on top), Case 2 (installation on both windows), and Case 3 (installation over windows) and annual energy consumption was 53.72 kWh/㎡, 52.27 kWh/㎡, and 52.50 kWh/㎡, respectively. Case 2 saved most energy. With DSC energy consumption for cooling was saved and energy consumption for heating increased. Considering the amount of power generation from DSC, each case saved 0.44kWh/㎡, 1.99kWh/㎡, or 1.96kWh/㎡. Installing DSC windows can save the energy for cooling as they insulate and shield sunlight. However, they can increase energy consumption for heating and reduce permeability to increasing closure inside, and the design should consider the preference of people inside according to color and position. Therefore, DSC installation as in Case 2 at places with high energy consumption for cooling can save a lot of energy and reduce closure with a certain level of openness.
As environmental issues have become global due to the drying up of fossil fuels and global warming, there have been active movements to reduce excess energy consumption through buildings. For this purpose, Building Integrated Photovoltaic System (BIPV) is a system that applies PV on the walls, windows, roofs, etc. on the exterior to serve as finishes and generate power. Its benefit is that it saves the cost of exterior finishes and does not need extra space for solar cell installation. Above all, Dye-Sensitized Solar Cell (DSC), unlike the existing semiconductor- type solar cells, uses the principles of photosynthesis to generate power. It is less sensitive to the incidence angle of radiation than silicon-type solar cells with less production cost and less risk of toxic gas to allow eco-friendly production. Its efficiency does not fall dramatically due to temperature changes and partial shades, so it is highly applicable to buildings. When the sunshine enters the inside, however, it may affect the people inside and cause fatigue. With DSC the surface temperature changes to change the indoor temperature and the buildings' energy consumption. Therefore, this study surveyed students' preference with models and mock-ups to examine the people's emotions inside a building with DSC on the windows. It suggested a design plan based on the findings and applied it to an educational facility to analyze the increment in energy consumption through a simulation to derive the following findings. The preference survey using models showed that the score was over 5.5 on a scale of 7 for most questions when blue was on top, manifesting that it looked most natural. In case of red, on the other hand, it scored only around 3 for most questions regardless of its position. When DSC windows were applied to both top and bottom, it showed low preference because the responders were familiar with clear windows and reluctant to see colors on the windows. The preference survey using mock-ups showed that the questions on actual brightness earned higher satisfaction for green instead of red. Also, the feeling of the lookout condition showed 4 or higher for most questions with green and the highest score of 5.06 in terms of comfort to manifest that green felt natural when looking outside. Red, on the other hand earned 3 or lower scores because it did not blend with the colors of the outside. Based on the above surveys, a DSC installation was assumed and simulated to compare the energy consumption to that of an ordinary window. An ordinary building consumed 53.96 kWh/㎡ every year and the biggest portion of 16.84 kWh/㎡ was taken by the energy required for cooling, followed by energy for heating, energy for lighting, and energy for equipment (15.11kWh/㎡, 11.45kWh/㎡, and 10.55kWh/㎡, respectively). Also, energy usage reached the highest peak at 7.09 kWh/㎡ in June and the lowest end at 1.11 kWh/㎡ in February. DSC installation was classified into Case 1 (installation on top), Case 2 (installation on both windows), and Case 3 (installation over windows) and annual energy consumption was 53.72 kWh/㎡, 52.27 kWh/㎡, and 52.50 kWh/㎡, respectively. Case 2 saved most energy. With DSC energy consumption for cooling was saved and energy consumption for heating increased. Considering the amount of power generation from DSC, each case saved 0.44kWh/㎡, 1.99kWh/㎡, or 1.96kWh/㎡. Installing DSC windows can save the energy for cooling as they insulate and shield sunlight. However, they can increase energy consumption for heating and reduce permeability to increasing closure inside, and the design should consider the preference of people inside according to color and position. Therefore, DSC installation as in Case 2 at places with high energy consumption for cooling can save a lot of energy and reduce closure with a certain level of openness.
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