[논문]에너지절약형 주택에서의 단열차양 적용과 제어방법에 따른 냉난방부하 분석

박선효; 권경우; 손장열

[국내논문] 에너지절약형 주택에서의 단열차양 적용과 제어방법에 따른 냉난방부하 분석
An Analysis of Heating and Cooling Loads by Insulated Shades and Control Method in an Energy Saving Apartment 원문보기

박선효 (한양대학교 건축공학부) , 권경우 (대림산업 기술연구소) , 손장열 (한양대학교 건축공학부)

Energy loss from windows accounts for large scores of heating and cooling loads also in energy saving apartments that is reduced over 30% of total energy consumption. Movable reflective insulations, insulation shutters, blinds, insulated shades are used to reduce energy loads from windows. In this study, energy saving performance of insulated shades was simulated by control methods. According to installation of insulated shades, heating loads were decreased about 10.5~11.3%, and cooling loads are decreased about 29.1~38.3% on an energy saving apartment. The heating peak load was reduced about 9.5% by insulated shades and the cooling peak load was reduced about 25.7~31.5%. In the case of insulated shades with automatic control system, simple time schedule control system would be more efficient than outdoor detection control system that should use several sensors.

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문제 정의

따라서 본 연구에서는 에너지절약형 주택에서 단 열차양을 적용하였을 경우 냉난방에너지 부하저감 가능성을 확인하고, 열취득 조건에 따른 효과적인 제어방법을 도출하고자 한다.
Yim et al®은 창면적비가 큰 유리 사무소 건축물에 외부차양장치를 적용하여, 과열기간동안의 냉 방부하를 52%까지 절감할 수 있다는 결과를 도출하였고, An et al.⑵은 창호의 열관류율별 난방에너지 변화에 대한 연구를 실시하였다. Kim and Kim® 는 차양 운영에 따른 실내 빛환경 특성에 대한 연구를 하였다.
선행연구고찰을 통해 창호시스템의 부하저감 효과 향상을 위해 단열차양이 효과가 있음을 확인하였고, 단열차양의 효율적인 활용을 위한 제어방법에 대한 검토가 필요하다고 판단된다. 따라서 본 연구에서는 창호에 의한 열취득 조건에 따른 효과적인 제어방법을 도출하였다.
본 연구에서는 열부하해석 시뮬레이션(Trnsys 16)을 통해 단열차양을 설치했을 경우 냉난방 부하를 평가하였다. 대상주택은 에너지절약형 주택으로 선정하였으며.

제안 방법

대상주택은 에너지절약형 주택으로 선정하였으며. 단열차양의 제어는 시간입력에 따라 작동하는 스케쥴제어와 외기온도, 일사량을 검출하여 제어하는 방식으로 나누어 평가하였다.
본 연구에서는 주택 전체의 기밀성능의 변화는 배제하고 단열차양으로 인한 창호의 R-value 및 Shading factor 값의 변화만을 입력하였다. 단열 차양의 R-value는 0.
단열차양의 제어는 냉방과 난방을 구분하여 Table 5와 같이 4개의 case를 구성하였다. 일정한 시간에 On/Off를 반복하는 스케쥴제어 (Casel, Case3)와 난 방조건에서 주간에 태양일사의 유입이 있더라도 창 호를 통한 열 손실이 더 클 경우 단열차양을 작동시키는 조건(Case2), 냉방조건에서 냉방설정온도 보다 외기온도가 낮더라도 일사유입이 창호를 통 한 열손실량보다 큰 경우 단열차양을 작동하는 조건(Case4)을 설정하였다. Fig.
본 연구에서는 동적열부하해석 프로그램을 이용하여 에너지절약형주택에 단열차양을 설치하였을 경우 제어방법에 따른 냉난방부하를 평가하였다.
3) 단열차양 제어는 스케쥴제어와 외기온도, 일사량 검출 제어를 비교하였다. 난방에너지절감량 은 각각 4.

대상 데이터

본 연구에서는 열부하해석 시뮬레이션(Trnsys 16)을 통해 단열차양을 설치했을 경우 냉난방 부하를 평가하였다. 대상주택은 에너지절약형 주택으로 선정하였으며. 단열차양의 제어는 시간입력에 따라 작동하는 스케쥴제어와 외기온도, 일사량을 검출하여 제어하는 방식으로 나누어 평가하였다.
에너지절약형 주택은 기존 표준주택대비 냉난방 소비에너지가 30% 이상 절감된 주택으로 고단열, 고 성능 창호를 적용한 주택이다. 기준평면은 Fig. 1과 같이 일반적인 판상형 타입으로 4bay로 구성된 142 rrf형(발코니확장 면적포함) 주택으로 선정하였다. 세대 위치는 기준층 중간세대, 지역은 서울, 향은 남향을 기준으로 하였다.

성능/효과

Cheong et al.⑷은 공동주택에서 창호의 단열성능 능향상과 외부 차양의 적용에 따른 부하 저감 효과를 검토하여 냉방기 차양에 의한 부하저감 효과가 있음을 확인하였다.
부하분석결과 난방의 경우 관류열부하가 전체부 하의 49%를 차지하고 있는 것으로 나타났으며 관류열부하 가운데 창호를 통해 손실되는 열이 Fig. 6과 같이 전체의 약 72%인 것으로 나타났다. 이는 외벽의 열관류율이 0.
7 kWh/nf 로 큰 차이를 나타내지 않았다. 기존 난방부하 대 비 Casel, Case2는 각각 10.5%, 11.3% 절감되는 것으로 나타났다. 난방시의 관류열부하는 Casel 23.
3% 절감되는 것으로 나타났다. 난방시의 관류열부하는 Casel 23.0 kWh/m\ Case2 22.5 kWh/m2로 기존대비 각각 16.4%, 18.2% 절감되었다.
냉방부하의 변화를 살펴보면 스케쥴제어를 한 Case3이 7.9 kWh/m2, 외기 온도와 일사량을 검출하여 제어한 Case4가 9.2 kWh/nf로 나타났으며, 기존 냉방부하 대비 Case3, Case4는 각각 38.3%, 29.1.0% 절감되는 것으로 나타났다. 세부적인 부하의 변화를 살펴보면 Fig.
1) 단열차양 적용 시 에너지절약형주택의 난방부 하는 으 10.5-11.3%, 냉방부하는 으 29.1 〜38.3% 절감되는 것으로 나타났다.
2) 단열차양 적용시 난방피크부하는 약 9.5% 줄어 들었으며 냉방피크부하는 25.7-31.5% 감소하는 것으로 나타났다.
3) 단열차양 제어는 스케쥴제어와 외기온도, 일사량 검출 제어를 비교하였다. 난방에너지절감량 은 각각 4.5 kWh/m\ 4.8 kWi/m2로 큰 차이가 없는 것으로 나타났으며 냉방의 경우 스케쥴제어 가 더 우수한 것으로 나타났다. 따라서 단열차양 적용시, 센서를 설치해야하는 외기조건 검출제어 보다 계절별 단순 스케쥴제어가 더 효율적일 것으로 판단된다.
8 kWi/m2로 큰 차이가 없는 것으로 나타났으며 냉방의 경우 스케쥴제어 가 더 우수한 것으로 나타났다. 따라서 단열차양 적용시, 센서를 설치해야하는 외기조건 검출제어 보다 계절별 단순 스케쥴제어가 더 효율적일 것으로 판단된다.

후속연구

본 연구에서는 단일 시간대의 스케쥴제어 만을 분석하였으나, 단열차양 작동 시 인공조명사용에 따른 에너지사용, 조망차단 등의 문제가 발생할 수 있으므로 에너지 절감효과가 높은 시간대에 집중적인 제어가 필요할 것으로 판단된다. 향후 연구에서는 시간대별 단열차양의 부하저감효과를 분석하여 최적제어 방안 도출이 필요하다고 사료된다.
본 연구에서는 단일 시간대의 스케쥴제어 만을 분석하였으나, 단열차양 작동 시 인공조명사용에 따른 에너지사용, 조망차단 등의 문제가 발생할 수 있으므로 에너지 절감효과가 높은 시간대에 집중적인 제어가 필요할 것으로 판단된다. 향후 연구에서는 시간대별 단열차양의 부하저감효과를 분석하여 최적제어 방안 도출이 필요하다고 사료된다.

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