[논문]판상형 아파트의 창문개폐율에 따른 열쾌적도 분석

김성길

doi:10.12813/kieae.2013.13.6.093

[국내논문] 판상형 아파트의 창문개폐율에 따른 열쾌적도 분석
Study on Thermal Comfort in according to Rate of Opening Windows of Flat-type Apartment 원문보기

生態環境建築 = Journal of the Korea Institute of Ecological Architecture and Environment, v.13 no.6, 2013년, pp.93 - 98

김성길 (Dept. of Civil & Environment Engineering, Urban Future Institute of Convergence Technology, Kongju National Univ.)

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study is to analyze the rate of opening windows that makes residents of a flat-type apartment feel pleasant in summer time. A few conditions were simulated on the wind flow that pass through internal and external spaces of the flat-type apartment, utilizing CFX program. The simulation was made with the criteria for the rates of opening window at 20%, 50%, 70% and 100%. When the rate of window opening was more 50%, the wind speed(more than 1m/s) that makes the residents feel pleasant was observed in more 60% of the internal space. When the all windows of the apartments were opened, the heat island phenomenon was almost disappeared and the pleasant wind flow was more evenly distributed in the external spaces. If residents of apartments recognize the result of this study and practice in agrement on opening windows in summer, it is expected to contribute to minimizing the energy consumption for air conditioning.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구의 목적은 단지 내 판상형 아파트의 창문개폐율에 따른 바람의 흐름을 시뮬레이션(simulation)하여 여름철 거주자들이 쾌적하게 느끼는 창문의 개폐정도를 분석하는 것이다. 본 연구의 결과는 여름철 아파트 단지내 자연바람에 대한 인식 제고와 냉방에너지소비를 감소시키는데 기여할 것으로 기대된다.
본 연구는 단지 내 판상형 아파트들의 창문개폐율에 따른 바람의 흐름을 시뮬레이션(simulation)하여 여름철 거주자들이 쾌적하게 느끼는 창문의 개폐정도를 분석하는데 목적이 있다.
아파트 창호와 주거내부의 공기흐름에 대한 논문들은 일반적 PC(Personal Computer)의 수행능력과 관련하여 내부의 세밀한 유체흐름에 대한 분석은 드문 편이다. 본 연구는 선행연구들을 바탕으로 창호의 개폐율에 따른 아파트 단지 전체의 공기흐름과 더불어 주거공간 내부의 공기흐름과 쾌적성을 분석하였다.

가설 설정

분석대상 아파트는 전형적인 판상형 아파트 단지이고 용적은 2,500,000㎥이다. 우선 창문이 100% 닫혀있거나 100% 열려있다고 가정하고 바람의 흐름을 분석하였다. 시뮬레이션 설계 시 아파트의 높이는 54m, 장변 60m, 단변 16m로 하였다.

제안 방법

창문개폐율에 따른 기류의 흐름을 시뮬레이션하기 위하여 창문의 개방율을 달리하여 분석하였다. 20%, 50%, 70%, 100% 순으로 분석하였으며, 분석된 기류의 모습은 벡터값으로 나타난다.
시뮬레이션 분석도구로서 ANSYS CFX 시뮬레이션 프로그램¹⁾을 사용하여 입력값을 넣어주고 100회에 걸친 시뮬레이션을 수행하였다. CFX 프로그램에서 3D 모델링 후 모델링 메쉬(modeling mesh)구성을 하였다. 메쉬를 구성하고 나서 시뮬레이션 결과값을 확인하는 과정을 거쳤다.
다음으로 메쉬(Mesh)를 이용해 해석의 대상에 대하여 기류 유입조건을 입력하기 위해서 가상의 육면체 공간내부에 대상이 들어 있는 것으로 모델링하였다. 이 때 모델링의 경계가 되는 가상의 박스가 계산영역인 도메인이 되는데, 그림 4와 같이 나타났다.
일반적으로 아파트 가구 뒷면 창호는 일조, 프라이버시, 활용도 등 여러 측면에서 전면 창호들보다 용적이 적고 활용도도 낮은 편이다. 또한 전면과 뒷면의 창호개폐율의 불필요한 조합을 배제하기 위하여 아파트 가구 뒷면 창호의 개폐율은 고정시켰다.
바람흐름의 분석을 위한 대상 아파트 배치유형은 판상형 아파트로서 경기도 안양시 평촌동에 건설된 대원아파트 6동이 표본으로 선정되었다. 먼저, 아파트 내 하나의 가구를 샘플(sample)로 선정하여 시뮬레이션(simulation)하고 다음 단계로 아파트 여섯 동 전체를 대상으로 시뮬레이션을 실시하였다.
메쉬를 구성하고 나서 시뮬레이션 결과값을 확인하는 과정을 거쳤다. 바람의 입력값은 경기지역 웨더아이(www.weatheri.co.kr)의 기상자료와 경기지역 기상청 자료에 따라 대상지에 6~8월 동안의 풍속을 평균하여 입력하였다.
창문의 개폐율을 20%, 50%, 70%, 100%로 선정하여 가구 내 들어가는 바람값을 입력하고 시뮬레이션(simulation)하였다. 시뮬레이션 분석도구로서 ANSYS CFX 시뮬레이션 프로그램¹⁾을 사용하여 입력값을 넣어주고 100회에 걸친 시뮬레이션을 수행하였다. CFX 프로그램에서 3D 모델링 후 모델링 메쉬(modeling mesh)구성을 하였다.
조사기간의 평균 온도와 습도는 통제하고 평균속도 2m/s를 입력하였다. 아파트내부의 공기흐름을 분석하기 위해 내부모습을 도면화하여 3D로 입체화시킨 후 창문의 개폐율을 20%, 50%, 70%, 100%로 구분하여 ANSYS CFX 프로그램으로 각각 가구 내 들어가는 바람 값을 입력하고 시뮬레이션하였다.
아파트 내부의 생활가구는 시뮬레이션에 고려되지 않았다. 우선 해석의 대상에 대하여 기류 유입조건을 입력하기 위해서 가상의 육면체 공간 내부에 대상이 들어 있는 것으로 모델링 되었다. 이 모델링의 대상이 되는 평면도는 그림 1과 같다.
경기도 안양시 평촌동에 있는 판상형 아파트를 대상으로 6월에서 8월까지 아파트 내부와 외부의 바람흐름을 각각 분석하였다. 조사기간의 평균 온도와 습도는 통제하고 평균속도 2m/s를 입력하였다. 아파트내부의 공기흐름을 분석하기 위해 내부모습을 도면화하여 3D로 입체화시킨 후 창문의 개폐율을 20%, 50%, 70%, 100%로 구분하여 ANSYS CFX 프로그램으로 각각 가구 내 들어가는 바람 값을 입력하고 시뮬레이션하였다.
창문개폐율에 따른 기류의 흐름을 시뮬레이션하기 위하여 창문의 개방율을 달리하여 분석하였다. 20%, 50%, 70%, 100% 순으로 분석하였으며, 분석된 기류의 모습은 벡터값으로 나타난다.
판상형 아파트의 한 가구 내부공간에 대한 공기흐름을 시뮬레이션하기 위해서 아파트 내부의 모습을 도면화하여 3D로 입체화하였다. 창문의 개폐율을 20%, 50%, 70%, 100%로 선정하여 가구 내 들어가는 바람값을 입력하고 시뮬레이션(simulation)하였다. 시뮬레이션 분석도구로서 ANSYS CFX 시뮬레이션 프로그램¹⁾을 사용하여 입력값을 넣어주고 100회에 걸친 시뮬레이션을 수행하였다.
판상형 아파트의 한 가구 내부공간에 대한 공기흐름을 시뮬레이션하기 위해서 아파트 내부의 모습을 도면화하여 3D로 입체화하였다. 창문의 개폐율을 20%, 50%, 70%, 100%로 선정하여 가구 내 들어가는 바람값을 입력하고 시뮬레이션(simulation)하였다.

대상 데이터

경기도 안양시 평촌동에 있는 판상형 아파트를 대상으로 6월에서 8월까지 아파트 내부와 외부의 바람흐름을 각각 분석하였다. 조사기간의 평균 온도와 습도는 통제하고 평균속도 2m/s를 입력하였다.
연구의 시간적 범위로 더운 여름기간인 6월에서 8월까지의 3개월 동안의 기간의 날씨를 조사하여 활용하였다. 바람흐름의 분석을 위한 대상 아파트 배치유형은 판상형 아파트로서 경기도 안양시 평촌동에 건설된 대원아파트 6동이 표본으로 선정되었다. 먼저, 아파트 내 하나의 가구를 샘플(sample)로 선정하여 시뮬레이션(simulation)하고 다음 단계로 아파트 여섯 동 전체를 대상으로 시뮬레이션을 실시하였다.
3. 창문개폐에 따른 아파트 외부공간의 공기흐름 분석
분석대상 아파트는 전형적인 판상형 아파트 단지이고 용적은 2,500,000㎥이다. 우선 창문이 100% 닫혀있거나 100% 열려있다고 가정하고 바람의 흐름을 분석하였다.
0m/s를 기본값으로 주어졌다. 시뮬레이션 대상으로서 대원아파트중 하나의 형태가 표본으로 선정되었는데 전체용적은 675.0㎥이고 내부구조가 약간 단순화되었다. 아파트 내부의 생활가구는 시뮬레이션에 고려되지 않았다.
우선 창문이 100% 닫혀있거나 100% 열려있다고 가정하고 바람의 흐름을 분석하였다. 시뮬레이션 설계 시 아파트의 높이는 54m, 장변 60m, 단변 16m로 하였다. 그리고 풍속은 2.
연구대상지역은 경기도 안양시 평촌동 일대이며 6~8월 3개월 동안의 평균 온도와 습도는 수원기상대의 자료를 사용하여 각각 25.5℃, 75.8%로 주어졌다. 그리고 기류의 평균속도는 6월, 7월, 8월 각각 2.
연구의 시간적 범위로 더운 여름기간인 6월에서 8월까지의 3개월 동안의 기간의 날씨를 조사하여 활용하였다. 바람흐름의 분석을 위한 대상 아파트 배치유형은 판상형 아파트로서 경기도 안양시 평촌동에 건설된 대원아파트 6동이 표본으로 선정되었다.

데이터처리

아파트의 실내 모습을 설계 후 조사된 평균풍속을 입력하였다. 바람이 실내 공간으로 들어가는 INLET 조건과 바람이 바깥으로 빠져나가는 OUTLET 조건은 그림 3과 같다.

성능/효과

시뮬레이션 결과를 종합하여 보면, 50%이상 창호를 개방하였을 때 거주자가 체감상 느낄 수 있을 정도인 쾌적한 바람(1m/s이상)이 총 용적 60%이상을 차지하며 실내의 기류흐름이 원활한 것을 확인할 수 있다. 50% 개방율보다 높은 70%, 100% 창호 개방시, 기류의 흐름은 더욱 원활하였고, 실내 공간과 공간사이들이 환기되는 모습을 확인할 수 있다. 즉, 기온이 일정하다고 하였을 때 창호를 50%이상 개방해 놓는다면 실내 환기효과와 냉방효과를 기대할 수 있다.
9㎥로서 전체용적의 80%이상의 값으로 나타난다. 70% 개방 시 시뮬레이션 결과값과 많은 차이가 생기진 않았지만, 주방을 제외한 침실과 거실의 쾌적한 바람의 통과율은 90%이상의 결과값을 보인다.
시뮬레이션 결과, 50%이상 창호를 개방하였을 때 거주자가 체감상 느낄 수 있을 정도인 쾌적한 바람(1m/s이상)이 총 용적 60%이상을 차지하며 실내의 기류흐름이 원활한 것으로 나타났다.
시뮬레이션 결과를 종합하여 보면, 50%이상 창호를 개방하였을 때 거주자가 체감상 느낄 수 있을 정도인 쾌적한 바람(1m/s이상)이 총 용적 60%이상을 차지하며 실내의 기류흐름이 원활한 것을 확인할 수 있다. 50% 개방율보다 높은 70%, 100% 창호 개방시, 기류의 흐름은 더욱 원활하였고, 실내 공간과 공간사이들이 환기되는 모습을 확인할 수 있다.
시뮬레이션 결과인 벡터값은 화살표 모양이며, 붉은색에서 푸른색으로 갈수록 바람의 속도값은 증가한다. 붉은색 화살표는 0.
창문을 전혀 개방하지 않았을 때 열섬현상이 나타나던 1동과 2동, 2동과 3동 사이에 창문을 100% 개방하였을 때 원활한 기류의 흐름이 나타났다. 열섬현상이 일어날 수 있는 부분이 거의 보이지 않고 아파트단지 전체적으로 양호한 공기흐름의 분포를 보였다.
전체적인 기류의 흐름은 양호하게 나타나는 모습이지만 쾌적함을 느낄 수 있는 1.0m/s이상의 바람값은 384.7㎥로서 전체 용적의 60% 미만의 값으로 나타났다.
전체적인 기류의 흐름은 양호하며 쾌적함을 느낄 수 있는 1.0m/s이상의 바람값은 522.9㎥로서 전체용적의 80%이상의 값으로 나타난다. 70% 개방 시 시뮬레이션 결과값과 많은 차이가 생기진 않았지만, 주방을 제외한 침실과 거실의 쾌적한 바람의 통과율은 90%이상의 결과값을 보인다.
전체적인 기류의 흐름이 양호하게 나타나는 모습이고 쾌적함을 느낄 수 있는 1.0m/s이상의 바람값은 409.8㎥로서 전체용적의 70%이상의 값으로 나타났다.

후속연구

그리고 아파트 내부 창호의 높이에 따른 다양한 입체적인 공기흐름의 분석과 더불어 바람이 가지는 온도와 습도의 변화에 따른 쾌적성에 대한 상세한 분석이 필요하다. 또한 단기간 분석이 아닌 지속적인 관찰을 통해 창호를 개방하지 않고 냉방시설로만 여름을 지냈을 때와 그렇지 않을 때의 데이터값을 분석하여 실제 냉방에너지의 저감효과에 대한 연구가 필요하다.
본 연구는 아파트단지 내외부의 공기흐름 시뮬레이션을 위해 주변 여건을 단순화 시켰는데, 컴퓨터 처리능력의 개선에 따라 보다 현실적인 조건하에 분석이 앞으로 필요하다. 그리고 아파트 내부 창호의 높이에 따른 다양한 입체적인 공기흐름의 분석과 더불어 바람이 가지는 온도와 습도의 변화에 따른 쾌적성에 대한 상세한 분석이 필요하다.
따라서 본 연구의 목적은 단지 내 판상형 아파트의 창문개폐율에 따른 바람의 흐름을 시뮬레이션(simulation)하여 여름철 거주자들이 쾌적하게 느끼는 창문의 개폐정도를 분석하는 것이다. 본 연구의 결과는 여름철 아파트 단지내 자연바람에 대한 인식 제고와 냉방에너지소비를 감소시키는데 기여할 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	판상형 아파트의 특징은 무엇인가?	우리나라의 일반적인 주거양식으로 되어있는 아파트의 유형 중에서 구조가 단순하고 선호되는 남향배치의 건축이 용이한 판상형 아파트가 많은 수를 차지한다. 탑상형 아파트에 비해서 판상형 아파트의 일률적인 외관뿐만 아니라 단지내 바람흐름에 대한 관점에서 상대적으로 좋지 않다는 연구들이 주를 이루고 있다.
	열섬현상의 원인은 무엇인가?	인구와 건물이 밀집되어 있는 주거지는 일반적으로 다른 지역보다 온도가 높게 나타나는데, 이처럼 주변의 온도보다 높은 특별한 기온현상을 나타내는 영역을 열섬이라 한다. 열섬현상을 일으키는 요인들은 각종 오염원과 복사열이 강한 아스팔트와 콘크리트 등의 인공시설물, 냉난방기의 배출열 등 다양하다. 열섬현상이 발생하는 영역에는 공기의 흐름에 문제가 발생하여 공기정체로 인한 대기오염이나 냉·난방 에너지 소비증가를 가져온다.
	열쾌적의 객관적 지표는 무엇인가?	크게 객관적 지표와 주관적 지표로 나뉘어지며 총 6가지 지표로 나타낸다. 객관적 지표로는 건구온도(DBT : Dry Bulb Temperature), 평균복사온도(MRT : Mean Radiant Temperature), 습도, 기류속도이며 주관적 지표로는 착의량과 활동량이다.

참고문헌 (7)

조철희, 아파트 단지의 통풍계획에 관한 연구, 대한국토도시계획학회 40(2) 2005 / (Cho, C.H. A Study on the Planning of Wind Flow in Apartment Housing, Journal of Korea Planners Association Vol. 40, No.2, 2005)
김동호 외 3인, 주택단지 설계 시 바람길 예측에 관한 CFD 활용 기법 연구, 대한건축학회 학술발표논문 26(1) pp.665-668 2006 / (Kim, D.H. and Yook, I.S. and Song, D.S. and Kim, J.M. CFD based Prediction of Wind Road in Site Planning of Apartment Housing, J. of the Architectural Institute of Korea(Planning&Design) workshop presentation file Vol. 26, No. 1, 665-668 2006)
심세라(2012), BIPV창호의 표면온도 특성에 따른 실내온열환경 쾌적 성능 평가 연구, 석사학위논문, 한밭대학교 / (Shim, S.R. Evaluation of Indoor Thermal Comfort Performance depending on the Surface Temperature Characteristic of BIPV Window, Thesis for the Degree of Master, Architectural Engineering, Hanbat National Univ. 2012)
정창헌 외 5인, 공동주택 내 쾌적환기 운전조건에 따른 환기특성 분석, 대한건축학회 26(1) pp. 331-339 2006 / (Jeong, C.H. and Kim, J.Y. and Hwang, S.H. and Park, B.-Y. and Kim, T.Y. and Leigh, S.B. (2010) Verification of Natural Comfort Ventilation Performance by Operation Mode in Korean Apartment, J. of the Architectural Institute of Korea(Planning&Design) 26(1): 331-339 2006)
박지혜(2006), 공동주택단지개발에 따른 바람길 형성 평가, 석사학위논문, 계명대학교 / (Park, J.H.(2006) Evaluation of forming a wind corridor according to the development of an apartment complex, Thesis for the Degree of Master, Environmental Sciences, Keimyung Univ.
서홍석(2007), 바람장 모델을 이용한 도심지내 건물 입지에 따른 바람길 분석 연구, 석사학위논문, 전북대학교 / (Seo, H.S.(2007) A Detailed Analysis of the Wind Current Influence of Building Districts through the Wind Current Models, Thesis for the Degree of Master, Environmental Engineering, Chonbuk National Univ.)
송봉근(2011), 도시기후 및 대기질 개선을 위한 통합적 공간환경평가 및 계획기법의 개발, 석사학위논문, 창원대학교 / (Song, B.G.(2011) Development of Integrated Spatial Environmental Assessment and Planning Methods for Improving the Urban Climate and Air quality, Thesis for the Degree of Master, Environmental Engineering, Changwon National Univ.)

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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