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문제 정의
- 블라인드 내장형 창호시스템은 복층유리의 단열성능을 결정하는 중간 공기층의 두께를 27mm로 하여 드]열효과를 최대한 확보하고, 중간공기층 내에 원격조정이 가능한 자동 블라인드를 내장시킨 것으로서 일사차단성능 및 단열성능에따른 에너지 성능평가를 위하여 일반 창호시스템과 비교 검토기존연구1)를 바탕으로 창호시스템의 에너지 성능평가를 분석하기 위하여 전열해석과 창호별 구성 재료의 열적특성과 해석조건을 결정하기 위한 MOCK-UP시험을 실시하였다. 또한 컴퓨터시뮬레이션을 통한 결과를 바탕으로 공동주택 기준층 1개 세대 (33평형)를 대상으로 냉난방 에너지 절감효과의 경제성를 평가함으로써 개발시스템의 성능을 검증하고 향후 창호시스템의 에너지 성능평가의 기초자료로 제공하고자 한다.
- 이러한 추세에 맞추어 본 연구에서는 건물 에너지절약을 위한 실용하 기술개발의 일환으로 블라인드 내장형 창호시스템을개빌하고자 한다. 블라인드 내장형 창호시스템은 복층유리의 단열성능을 결정하는 중간 공기층의 두께를 27mm로 하여 드]열효과를 최대한 확보하고, 중간공기층 내에 원격조정이 가능한 자동 블라인드를 내장시킨 것으로서 일사차단성능 및 단열성능에따른 에너지 성능평가를 위하여 일반 창호시스템과 비교 검토기존연구1)를 바탕으로 창호시스템의 에너지 성능평가를 분석하기 위하여 전열해석과 창호별 구성 재료의 열적특성과 해석조건을 결정하기 위한 MOCK-UP시험을 실시하였다.
가설 설정
- 4) 창호시스템 종류별 연간 냉.난방 부하량은 블라인드 내장형 창호 시스템에서는 146.
제안 방법
- 단위면적당 냉난방 부하량은 일반창호시스템(S)과 블라인드 내장형 창호시스템(D)에 대해서 하계 냉방시 부하랑과 동계 난방 시 열 손실 부하량을 검토하였다. 블라인드 내장형 창호시스템의 냉난방 부하량 검토 조건으로는 동계에는 블라인드 UP, 하계에는 블라인드 DOWN결과를 적용하였다.
- 외측 내면과 외면을 측정하였다. 또한 시뮬레이션 실험은 블라인드 내장형과 일반 창호시스템에 대해서 동일조건으로 해석하였으며, 각 위치별 해석값이 실험값에 근접하였을 때의 사입일사량 표면온도 및 표면 열전도율을 피지 벨 해석의 해석조건으로 결정하였다.
- 3m(D))에 본 시험체를 설치한 후 시험체 부착틀과 시험체 사이의 틈새는 우레탄 폼으로 충진한 후 실리콘으로 실링처리 하였다. 또한 시험체의 표면온도 측정용 센서는 시험체를 9등분하여 각 지점의 중앙부 총 9지점에 T-type열전대를 부착하여측정하였다.
- 본 연구에서는 블라인드 내장형 창호시스템의 블라인드 UP(D-BU) 및 DOWN(D-BD)시와 일반 창호시스템(3)의 1년간월별 전열량 분포를 검토하였으며, 그림 7에 창호시스템 조건별월평균 전열량 분포를 나타내었다.
- 본 연구에서는 전열해석 프로그램인 피지벨(PHYSIBEL)을 사용하여 블라인드 내장형 창호시스템의 일사차단성능 및 단열성능에 따른 에너지 성능을 평가하였다. 피지벨 해석시 창호별 구성 재료의 열적특성과 해석조건을 결정하기 위해서 Mock-up시험을 실시하였으며, 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 결과를 바탕으로 공동주택 기준층 1개 세대(33평형)를 대상으로 연간에너지 소비특성, 연간전열량, 연간 냉난방 비용을 분석하였다.
- 한다. 블라인드 내장형 창호시스템은 복층유리의 단열성능을 결정하는 중간 공기층의 두께를 27mm로 하여 드]열효과를 최대한 확보하고, 중간공기층 내에 원격조정이 가능한 자동 블라인드를 내장시킨 것으로서 일사차단성능 및 단열성능에따른 에너지 성능평가를 위하여 일반 창호시스템과 비교 검토기존연구1)를 바탕으로 창호시스템의 에너지 성능평가를 분석하기 위하여 전열해석과 창호별 구성 재료의 열적특성과 해석조건을 결정하기 위한 MOCK-UP시험을 실시하였다. 또한 컴퓨터시뮬레이션을 통한 결과를 바탕으로 공동주택 기준층 1개 세대 (33평형)를 대상으로 냉난방 에너지 절감효과의 경제성를 평가함으로써 개발시스템의 성능을 검증하고 향후 창호시스템의 에너지 성능평가의 기초자료로 제공하고자 한다.
- 부하량을 검토하였다. 블라인드 내장형 창호시스템의 냉난방 부하량 검토 조건으로는 동계에는 블라인드 UP, 하계에는 블라인드 DOWN결과를 적용하였다. 이것은 하계에는 블라인드 DOWN상태가 일사를 차단하므로 실내로 유입되는 열이 적어지고, 동계에는 블라인드 UP상태에서 블라인드와 관계없이 유리의 우수한 열전도 저항값으로 인하여 일반유리에 비하여 열 손실이 적어지기 때문이다.
- 블라인드 내장형 창호시스템의 에너지 성능 및 경제성 평가를위해 Mock-UP시험을 실시하여 전열해석 프로그램인 피지벨을사용하여 시스템의 연간 에너지 소비특성, 연간 전열량 및 경제성검토를 위한 연간 냉난방 비용을 검토한 결과 다음과 같은 결론을얻었다.
- 상기 내용을 바탕으로 하여 피지벨 해석을 통한 블라인드 내장형 창호시스템과 일반창호시스템의 에너지 성능 평가를 실시하였다
- 시험체의 설치는 시험체 부착틀 전열 개구부(2.0m(H)x2.0m (W)xO.3m(D))에 본 시험체를 설치한 후 시험체 부착틀과 시험체 사이의 틈새는 우레탄 폼으로 충진한 후 실리콘으로 실링처리 하였다. 또한 시험체의 표면온도 측정용 센서는 시험체를 9등분하여 각 지점의 중앙부 총 9지점에 T-type열전대를 부착하여측정하였다.
- 사입일사량은 창호의 외측 내.외면, 내측 내, 외면 블리인드 내장형과 일반 창호시스템으로 구분하여 표 2와 같이 사입일사량조건을 선정하였다.
- 이와 같이 블라인드 내장형 창호시스템의 에너지 성능 평가를 위한 피지벨의 해석조건은 MOCK—財실험 결과 창호 각 위치별 온도 데이터를 근거로 결정하였으며, 경계조건인 사입일사량과 표면 온도 및 표면열전도율의 해석조건은 다음과 같다.
- 창호시스템 종류에 따른 연간 냉난방 비용 산출은 일반적인 33 평형 타입의 공동주택 단위세대를 기준으로 유리 면적은 10 必로 적용하였으며, 신출 기준은 다음과 같다.
- 창호시스템의 에너지 성능평가를 위한 전열해석시 요구되는 창호별 구성재료의 열적특성과 해석조건을 결정하기 위하여 MOCK-UP시험을 실시하였다’
- 표면온도 및 표면열전도율은 표 3과 같이 아간과 주간에 대해 실내, 실외, 외기온도, 사입일사량, 흡수율 등의 설정을 근거로 표면 열전도율을 계산하였으며 , 피지벨 해석시에는 설정 표면 열전도율을 사용하였다.
- 따른 에너지 성능을 평가하였다. 피지벨 해석시 창호별 구성 재료의 열적특성과 해석조건을 결정하기 위해서 Mock-up시험을 실시하였으며, 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 결과를 바탕으로 공동주택 기준층 1개 세대(33평형)를 대상으로 연간에너지 소비특성, 연간전열량, 연간 냉난방 비용을 분석하였다.
데이터처리
- 블라인드 내장형 창호시스템의 일사 차단성능 및 단열성능평가를 위하여 전열해석 프로그램인 피지벨(Physibel Voltra)을 사용하였으며, 실질적인 에너지 절감효과 비교를 위하여 부하량을 에너지 비용으로 환산하였다. 에너지 해석 모델링에 사용된 블라인드 내장형 및 일반 창호시스템의 유리적용 대안은 다음과 같다.
이론/모형
- 난방비용 산정은 도시가스에 의한 개별난방 적용을 전제로 산정하였으며, 열원 효율은 건축물의 에너지 절약설계기준 에너지성능 지표에 준하였다. 또한 열원의 단가는 서울지역 일반 주택의난방/취사용 도시가스 요금 단가인 679.
- 냉방비용 산정은 전기에 의한 개별 냉방을 전제로 산정하였으며, 열원 효율은 건축물의 에너지 절약설계기준 에너지성능 지표에 준하였다. 또한 열원의 단가는 주택부문 호당 전력사용량 연간 5, 007 kWh/yeai를 사용하였다.
성능/효과
- 1) 실험 및 해석 온도의 비교검토 결과 동계 주야 조건과 하계 주야 조건에 관계없이 측정위치별 최저 0℃에서 최고 1. 5。。의 오차범위로 근접하고 있어 해석을 통한 냉난방 에너지성능 평가는 타당성이 있는 것으로 판단된다.
- 2) 창호시스템 조건에 따른 연평균 전열량은 블라인드 창호 시스템의 경우 일반 창호시스템에 비해 블라인드를 올린 경우 약 12% 감소하였으며, 블라인드를 내린 경우 약 32% 감소하는 것으로 나타났다.
- 3) 일반 창호시스템 대비 블라인드 내장형 창호시스템의 연간전열량은 블라인드를 올린 경우 냉방시 10%, 난방시 11% 절감할 수 있으며, 블라인드를 내린 경우 냉방시 25%, 난방시 30%정도를 절감할 수 있는 것으로 나타나 에너지 절감효과가 우수한 것으로 나타났다.
- 5) 블라인드 내장형 창호시스템은 일반창호시스템에 비해 냉. 난방 에너지 부하량을 359.
- 이와 같이 블라인드 내장형 창호시스템은 일반창호시스템에 비해 연간 냉.난방 부하량을 36 KWh/m2 감소시키는 것으로 나타났으며, 이것은 연간약 20%정도의 전열량을 감소시킬 수 있어 에너지 절감에 효과적인 것으로 판단된다. 또한 에너지 절감에 따른 이산화탄소 배출량을 감소시킬 수 있어 최근의 녹색에너지 환경 개선에도 유리할 것으로 사료된다.
- 난방비용 절감액은 일반창호시스템과 비교하여 연간 냉방비용 10만원, 난방비용 5 만원으로 연간 냉.난방 비용을 약 15만원 정도 절감시킬 수있는 것으로 나타났다.
- 난방비용 절감액은 일반창호시스템과 비교하여 연간 냉방비용 10만원, 난방비용 5 만원으로 연간 냉.난방 비용을 약 15만원 정도 절감시킬 수있는 것으로 나타났다.
- 냉. 난방 에너지 부하량을 359.6KWh 절감시킬 수 있는 것으로 나타났다. 이것은 단위세대당 연간 에너지원단위(TOE) 로 약 0.
- 3KWh 로 냉. 난방 에너지 절감효과는 단위세대당 359.6KW11 절감시킬 수 있는 것으로 나타났으며, 이것은 단위세대당 연간 에너지원단위 (TOE) 약 0.078toe, 이산화탄소톤(too) 0.16tco2< 절감시킬 수 있어 온실가스 저감에도 유리할 것으로 판단된다.
- 3 KWh로 냉.난방 에너지 절감효과는 단위세대당 359.6KWh 절감시킬 수 있는 것으로 나타났다.
- 이것은 태양의 고도가 높은 한여름에 비해 냉난방이 필요하지 않는 봄과 가을에 실내외 온도 차가 거의 없어 창호의 일사열 획득이 높아졌기 때문인 것으로 판단된다. 또한 창호시스템의 영향으로는 일반 창호시스템의 경우 최고 140.6W, 최저 75.2W로 나타났으며, 블라인드 내장형 창호 시스템의 경우 블라인드를 올렸을 때 최고 124.9W, 최저 64.9W, 블라인드를 내렸을 때 최고 97W, 최저 47.6W로 나타났다.
- KWh/m?로일반 창호시스템에 비해 각각 약 11%와 30% 절감되는 것으로 나타났다. 또한 하계 냉방 기간의 열 획득 즉 냉방부하의 증가는 일반창호시스템의 114 KWh/n?에 비해 블라인드를 내린 블라인드 내장형 창호시스템인 경우 85 KWh/m15로 약 25%절감시킬 수 있는 것으로 나타났다.
- 본 연구 분석에서는 FYamei- 제외한 면적으로 높이는 약 200mm, 폭은 400mm가 줄어들게 되어 순수 유리의 면적은 약 7.6~8.4元로 평균 이다. 그러나 평형의 종류에 따라 거실 창호의 크기는 가감될 수 있으며, 이를 감안하여 유리 면적은 약 10 nf로 적용하였다.
- 감소율을 나타낸 것이다. 블라인드를 올린 D-BU의 경우 전열량은 냉방시 10%, 난방시 11%정도 감소하는 것으로 나타났으며, 블라인드를 내린 D-BD의 경우 전열량은 냉방시 25%, 난방시 30%정도를 감소하는 것으로 나타났다.
- 실험결과, 연간전열량은 일반 창호시스템 대비 블라인드 내장형 창호시스템에서 블라인드를 올린 경우 냉방시 10%, 난방시 11% 절감할 수 있으며, 블라인드를 내린 경우 냉방시 25%, 난방시 30%정도를 절감할 수 있는 것으로 나타났다.
- 또한 하계 냉방 기간의 열 획득 즉 냉방부하의 증가는 일반창호시스템의 114 KWh/n?에 비해 블라인드를 내린 블라인드 내장형 창호시스템인 경우 85 KWh/m15로 약 25%절감시킬 수 있는 것으로 나타났다. 그림 &를 바탕으로 한 일반 창호 시스템 대비 전열량 감소율을 그림 10에 나타내었다.
- 그림에 따르면 연평균 전열량은 일반 창호시스템(S)의 경우 112W, 블라인드 창호시스템인 블라인드를 올렸을 경우①-BU) 99W, 블라인드를 내렸을 경우(D-BD) 76W 로 나타났다. 이와 같이 블라인드 창호시스템의 경우 일반 창호시스템에 비해 연평균 전열량은 블라인드를 올린 D-BU에서 약 12% 감소하였으며, 블라인드를 내린 D-BD에서 약 32%정도 감소하는 것으로 나타났다.
- 절감전력량 359.6KW11 를 석유환산톤인 에너지원단위CTOE)로계산하면 단위세대당 약 0.078toe/year을 절감할 수 있으며, 이것을 이산화탄소 배출되는 무게인 이산화탄소톤(too)으로 환산하면 단위세대당 연간 0.16 to®을 점감할 수 있어 온실가스 저감에도 유리할 것으로 판단된다.
- 표 6의 냉난방 비용은 일반창호시스템에 비해 블라인드 내장형 창호시스템의 경우 냉방 시 절감액이 연간 약 10만원 난방 시절감액이 연간 약 5만원으로 연간 냉난방 비용을 약 15만원 절감할 수 있는 것으로 나타났다.
후속연구
- 난방 부하량을 36 KWh/m2 감소시키는 것으로 나타났으며, 이것은 연간약 20%정도의 전열량을 감소시킬 수 있어 에너지 절감에 효과적인 것으로 판단된다. 또한 에너지 절감에 따른 이산화탄소 배출량을 감소시킬 수 있어 최근의 녹색에너지 환경 개선에도 유리할 것으로 사료된다.
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