바닥공조시스템은 냉방시 실내 공기의 성층화 현상을 통하여 실내를 거주역과 비거주역으로 분할하고 거주역만을 집중적으로 공조함으로써 에너지 절감이 가능하다. 따라서 바닥공조시스템의 시뮬레이션에 있어 에너지 절감의 핵심 원리인 성층화의 구현은 가장 중요한 인자중의 하나라고 할 수 있다. 바닥공조시스템의 경우 바닥공간을 통하여 실내를 공조하게 되며, 이에 따라 공급 플래넘의 구현 및 이를 통한 바닥공간으로의 ...
바닥공조시스템은 냉방시 실내 공기의 성층화 현상을 통하여 실내를 거주역과 비거주역으로 분할하고 거주역만을 집중적으로 공조함으로써 에너지 절감이 가능하다. 따라서 바닥공조시스템의 시뮬레이션에 있어 에너지 절감의 핵심 원리인 성층화의 구현은 가장 중요한 인자중의 하나라고 할 수 있다. 바닥공조시스템의 경우 바닥공간을 통하여 실내를 공조하게 되며, 이에 따라 공급 플래넘의 구현 및 이를 통한 바닥공간으로의 열전달, 공급 공기의 온도 상승의 구현은 바닥공조시스템의 정확한 묘사를 위한 또 하나의 핵심 요소이다. 하지만 다수의 연구에서 바닥공간의 영향을 간과하는 경우가 빈번히 발생하며, 이에 따라 부정확한 시뮬레이션 평가가 진행되었을 가능성이 농후하다. 따라서 본 연구에서는 천장공조시스템, 비현실적인 바닥공조시스템, 오설계된 바닥공조시스템, 실제의 바닥공조시스템을 비교분석하였으며, 바닥공조시스템의 모델링 방법이 냉방에너지 성능 평가에 있어 미치는 영향에 대한 연구를 수행하였다.
본 논문의 주요 연구결과를 요약하면 다음과 같다.
(1) 바닥공간이 고려된 건물 외피 모델이 적용된 경우 바닥공간의 낮은 단열성능에 기인하여 공급 공기의 열 획득 현상이 나타나는 것으로 확인되었으며, 이에 기인하여 열 파괴 현상, 공급 풍량 상승이 동반되었다. 또한 이는 성층화의 붕괴 및 거주역과 비거주역 사이의 온도차 감소 등을 유발함으로써 HVAC시스템의 각 요소에 부정적인 영향을 미치는 것으로 사료된다. (2) 액세스플로어 패널이 흡수한 열의 상당 부분이 바닥공간으로 전달되며, 이에 따라 상당량의 실내 부하가 감소하는 것으로 확인되었다. 하지만 이는 바닥공간의 안에서 냉방에너지를 소비하는 것으로 사료되며, 따라서 바닥공간으로 전달되는 열 또한 일종의 실내 부하로써 고려되어야 할 것으로 판단된다. (3) 공급 플래넘의 구성이 시리즈인 특성상 외주부의 경우 2차례에 걸친 열 파괴 현상이 나타나는 것으로 확인되었다. 이에 의한 풍량 상승은 거주역에 공급된 공조 공기가 보유한 냉방에너지를 완전히 소비하기 이전에 비거주역으로 밀려나게 하는 것으로 사료되며, 불필요한 냉방에너지의 소비가 발생할 것으로 판단된다. (4) 바닥공조시스템이 적용되었음에도 불구하고 바닥공간의 영향을 간과한 시스템 용량 산정은 바닥공조용 디퓨저 개수를 현저히 감소시켰다. 이에 따라 성층화 현상의 붕괴가 빈번하게 관찰되었으며, 이는 열 파괴 현상에 의한 풍량 상승 뿐만 아니라 성층화 붕괴에 따른 추가적인 풍량 상승을 야기 할 것으로 판단된다. (5) 바닥공간의 영향에 의하여 추가적인 실내 부하의 감소가 확인됬다. 하지만 이는 시스템의 에너지 성능에 있어 긍정적인 효과가 없는 것으로 사료된다. 또한 바닥공간의 영향에 의한 풍량 상승은 냉동기, 냉각탑, 펌프, 팬 등 HVAC시스템 전반에 걸쳐 각 구성요소의 에너지 소비량에 악영향을 미치는 것으로 확인되었다. 결과적으로 바닥공조시스템에서 중앙공조기의 공급 공기가 열 파괴 현상을 동반하지 않고 안정적으로 공급 될 시 실내 공기의 성층화 현상을 통한 에너지 성능의 향상이 확인되었다. 하지만 바닥공조시스템의 적용과 함께 실 하부의 바닥공간에서 발생하는 열 파괴 현상 및 HVAC시스템 각 요소에서의 악영향은 바닥공조시스템의 에너지 성능에 지대한 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 또한 바닥공간의 영향을 간과한 경우 성층화의 붕괴 현상이 빈번하게 관찰되었으며, 이로 인한 추가적인 에너지 성능의 저하가 확인되었다. 이에 따라 바닥공조시스템의 평가 및 적용에 있어 바닥공간의 영향을 간과 할 시 실제와 괴리된 평가 혹은 오설계에 의한 과도한 에너지 소비를 초래할 것으로 판단된다. 또한 중앙공조기의 공급 공기 온도가 안정적으로 실내에 전달될 시 긍정적인 결과를 나타내었으며, 이에 따라 바닥공조시스템의 에너지 성능을 저하시키는 주요인인 바닥공간으로의 열 전달 및 그로 인한 열 파괴 현상의 영향을 저감시킴으로써 바닥공조시스템 본래의 에너지 성능 발현이 가능할 것으로 사료된다.
바닥공조시스템은 냉방시 실내 공기의 성층화 현상을 통하여 실내를 거주역과 비거주역으로 분할하고 거주역만을 집중적으로 공조함으로써 에너지 절감이 가능하다. 따라서 바닥공조시스템의 시뮬레이션에 있어 에너지 절감의 핵심 원리인 성층화의 구현은 가장 중요한 인자중의 하나라고 할 수 있다. 바닥공조시스템의 경우 바닥공간을 통하여 실내를 공조하게 되며, 이에 따라 공급 플래넘의 구현 및 이를 통한 바닥공간으로의 열전달, 공급 공기의 온도 상승의 구현은 바닥공조시스템의 정확한 묘사를 위한 또 하나의 핵심 요소이다. 하지만 다수의 연구에서 바닥공간의 영향을 간과하는 경우가 빈번히 발생하며, 이에 따라 부정확한 시뮬레이션 평가가 진행되었을 가능성이 농후하다. 따라서 본 연구에서는 천장공조시스템, 비현실적인 바닥공조시스템, 오설계된 바닥공조시스템, 실제의 바닥공조시스템을 비교분석하였으며, 바닥공조시스템의 모델링 방법이 냉방에너지 성능 평가에 있어 미치는 영향에 대한 연구를 수행하였다.
본 논문의 주요 연구결과를 요약하면 다음과 같다.
(1) 바닥공간이 고려된 건물 외피 모델이 적용된 경우 바닥공간의 낮은 단열성능에 기인하여 공급 공기의 열 획득 현상이 나타나는 것으로 확인되었으며, 이에 기인하여 열 파괴 현상, 공급 풍량 상승이 동반되었다. 또한 이는 성층화의 붕괴 및 거주역과 비거주역 사이의 온도차 감소 등을 유발함으로써 HVAC시스템의 각 요소에 부정적인 영향을 미치는 것으로 사료된다. (2) 액세스플로어 패널이 흡수한 열의 상당 부분이 바닥공간으로 전달되며, 이에 따라 상당량의 실내 부하가 감소하는 것으로 확인되었다. 하지만 이는 바닥공간의 안에서 냉방에너지를 소비하는 것으로 사료되며, 따라서 바닥공간으로 전달되는 열 또한 일종의 실내 부하로써 고려되어야 할 것으로 판단된다. (3) 공급 플래넘의 구성이 시리즈인 특성상 외주부의 경우 2차례에 걸친 열 파괴 현상이 나타나는 것으로 확인되었다. 이에 의한 풍량 상승은 거주역에 공급된 공조 공기가 보유한 냉방에너지를 완전히 소비하기 이전에 비거주역으로 밀려나게 하는 것으로 사료되며, 불필요한 냉방에너지의 소비가 발생할 것으로 판단된다. (4) 바닥공조시스템이 적용되었음에도 불구하고 바닥공간의 영향을 간과한 시스템 용량 산정은 바닥공조용 디퓨저 개수를 현저히 감소시켰다. 이에 따라 성층화 현상의 붕괴가 빈번하게 관찰되었으며, 이는 열 파괴 현상에 의한 풍량 상승 뿐만 아니라 성층화 붕괴에 따른 추가적인 풍량 상승을 야기 할 것으로 판단된다. (5) 바닥공간의 영향에 의하여 추가적인 실내 부하의 감소가 확인됬다. 하지만 이는 시스템의 에너지 성능에 있어 긍정적인 효과가 없는 것으로 사료된다. 또한 바닥공간의 영향에 의한 풍량 상승은 냉동기, 냉각탑, 펌프, 팬 등 HVAC시스템 전반에 걸쳐 각 구성요소의 에너지 소비량에 악영향을 미치는 것으로 확인되었다. 결과적으로 바닥공조시스템에서 중앙공조기의 공급 공기가 열 파괴 현상을 동반하지 않고 안정적으로 공급 될 시 실내 공기의 성층화 현상을 통한 에너지 성능의 향상이 확인되었다. 하지만 바닥공조시스템의 적용과 함께 실 하부의 바닥공간에서 발생하는 열 파괴 현상 및 HVAC시스템 각 요소에서의 악영향은 바닥공조시스템의 에너지 성능에 지대한 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 또한 바닥공간의 영향을 간과한 경우 성층화의 붕괴 현상이 빈번하게 관찰되었으며, 이로 인한 추가적인 에너지 성능의 저하가 확인되었다. 이에 따라 바닥공조시스템의 평가 및 적용에 있어 바닥공간의 영향을 간과 할 시 실제와 괴리된 평가 혹은 오설계에 의한 과도한 에너지 소비를 초래할 것으로 판단된다. 또한 중앙공조기의 공급 공기 온도가 안정적으로 실내에 전달될 시 긍정적인 결과를 나타내었으며, 이에 따라 바닥공조시스템의 에너지 성능을 저하시키는 주요인인 바닥공간으로의 열 전달 및 그로 인한 열 파괴 현상의 영향을 저감시킴으로써 바닥공조시스템 본래의 에너지 성능 발현이 가능할 것으로 사료된다.
In a building equipped with UFAD(Underfloor Air Distribution) system, only occupied region is controlled through the room air stratification which divides a zone into the occupied region near the floor and the non-occupied region near the ceiling, thereby the energy saving can be realized. Therefore...
In a building equipped with UFAD(Underfloor Air Distribution) system, only occupied region is controlled through the room air stratification which divides a zone into the occupied region near the floor and the non-occupied region near the ceiling, thereby the energy saving can be realized. Therefore description of the room air stratification which is the core principle of energy saving performance is one of the most important factor when the UFAD system is modeled in simulation environment. And in order to simulate the UFAD system accurately, the supply plenum in which the heat transfer into plenum and the thermal decay occur must be modeled. However, it seems that the supply plenum was ignored in many studies, which may incur inexact evaluation of UFAD system. Thus in this study, comparative analysis on the CBAD(Ceiling Based Air Distribution) system, fake UFAD system, misdesigned UFAD system and realistic UFAD system was conducted, through that, research on cooling energy performance variation depending on modeling method was conducted.
The major conclusions are summarized as follows;
(1) In the case of the building envelope model including supply plenum, the heat transfer into supply air which passes along the plenum was confirmed due to low thermal performance, by which the thermal decay and supply air temperature rise accompanied. Finally disappearance of the room air stratification and decrease of the temperature difference between occupied and non-occupied region were incurred, thereby each factor of HVAC system was affected negatively.
(2) Large portion of the heat which was absorbed into access floor panel was transferred into plenum, according to that, the zone cooling load was decreased significantly. But the decrease of load did not mean the decrease of cooling energy, and the cooling energy was consumed in the plenum instead of zone by the transferred heat. Therefore the heat which is transferred into plenum should be considered as one of cooling load.
(3) Due to the series configuration, the thermal decay occurred twice, and the air flow was increased by that. The raised air flow made the cool supply air move up into non-occupied zone before its own cooling energy was used all in occupied zone. Thus it is supposed that the unnecessary energy consumption will be occurred.
(4) It is confirmed that there was a lack of the number of underfloor diffusers when the effect of supply plenum is ignored in system sizing, and thus disappearance of the room air stratification was observed frequently. Therefore it is supposed that the air flow rise is expected by not only thermal decay but also disappearance of the room air stratification.
(5) The effect of supply plenum decreased zone load, but there was no positive effect on system energy performance. And it is confirmed that the air flow rise by the effect of supply plenum has negative effect on the system energy performance.
The improved energy performance was confirmed when the cool air from AHU is delivered stably without thermal decay. However the negative effect of supply plenum such as the heat transfer, thermal decay, air flow rise and etc. had significant effect on the system energy performance, and the misdesigned system sizing occurred disappearance of the room air stratification, and thus additional decrease of energy performance occurred. Consequentially, The heat transfer into supply plenum and negative effect due to that, the major factor of energy performance decrease, needs to be resolved for the optimized performance of UFAD system.
In a building equipped with UFAD(Underfloor Air Distribution) system, only occupied region is controlled through the room air stratification which divides a zone into the occupied region near the floor and the non-occupied region near the ceiling, thereby the energy saving can be realized. Therefore description of the room air stratification which is the core principle of energy saving performance is one of the most important factor when the UFAD system is modeled in simulation environment. And in order to simulate the UFAD system accurately, the supply plenum in which the heat transfer into plenum and the thermal decay occur must be modeled. However, it seems that the supply plenum was ignored in many studies, which may incur inexact evaluation of UFAD system. Thus in this study, comparative analysis on the CBAD(Ceiling Based Air Distribution) system, fake UFAD system, misdesigned UFAD system and realistic UFAD system was conducted, through that, research on cooling energy performance variation depending on modeling method was conducted.
The major conclusions are summarized as follows;
(1) In the case of the building envelope model including supply plenum, the heat transfer into supply air which passes along the plenum was confirmed due to low thermal performance, by which the thermal decay and supply air temperature rise accompanied. Finally disappearance of the room air stratification and decrease of the temperature difference between occupied and non-occupied region were incurred, thereby each factor of HVAC system was affected negatively.
(2) Large portion of the heat which was absorbed into access floor panel was transferred into plenum, according to that, the zone cooling load was decreased significantly. But the decrease of load did not mean the decrease of cooling energy, and the cooling energy was consumed in the plenum instead of zone by the transferred heat. Therefore the heat which is transferred into plenum should be considered as one of cooling load.
(3) Due to the series configuration, the thermal decay occurred twice, and the air flow was increased by that. The raised air flow made the cool supply air move up into non-occupied zone before its own cooling energy was used all in occupied zone. Thus it is supposed that the unnecessary energy consumption will be occurred.
(4) It is confirmed that there was a lack of the number of underfloor diffusers when the effect of supply plenum is ignored in system sizing, and thus disappearance of the room air stratification was observed frequently. Therefore it is supposed that the air flow rise is expected by not only thermal decay but also disappearance of the room air stratification.
(5) The effect of supply plenum decreased zone load, but there was no positive effect on system energy performance. And it is confirmed that the air flow rise by the effect of supply plenum has negative effect on the system energy performance.
The improved energy performance was confirmed when the cool air from AHU is delivered stably without thermal decay. However the negative effect of supply plenum such as the heat transfer, thermal decay, air flow rise and etc. had significant effect on the system energy performance, and the misdesigned system sizing occurred disappearance of the room air stratification, and thus additional decrease of energy performance occurred. Consequentially, The heat transfer into supply plenum and negative effect due to that, the major factor of energy performance decrease, needs to be resolved for the optimized performance of UFAD system.
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