[논문]블라인드형 외부차양의 종류 및 반사율에 따른 건물에너지 저감효과 분석

김진아; 윤성환

doi:10.7836/kses.2013.33.2.028

문제 정의

본 연구에서는 외부차양장치의 성능에 영향을 미치는 주요인자인 위치,각도,반사율중 선행연구가 비교적 이루어지지 않은 반사율을 중심으로 이에 따른 차폐효과를 분석하여 정량적 참고자료를 제시하는 데에 그 목적을 두고 있다.반사율에 대한 선행연구로는 오명환 외⁴⁾가 있다.
반사율에 대한 선행연구로는 오명환 외⁴⁾가 있다. 선행연구는 실내 블라인드의 전면과 후면의 반사율을 다르게 적용하여 자동제어에 의한 에너지저감율을 파악하였다면, 본 연구논문에서는 건축계획가의 입장에서 블라인드형 외부차양을 설치할 때 반사율이 다른 루버를 설치 시 건물에너지가 얼마나 줄어드는지를 정량적으로 분석하는데 중점을 두었다.효과적인 참고데이터가 되기 위해서 본 논문에서 사용된 건물에너지란 용어는 건축물의 에너지절약설계기준 해설서에서 정의하는 연간 단위면적당 1차 에너지소요량으로 설정하였다.

가설 설정

실내설정 온도는 건물에너지효율등급 인증제도 운영규정의 업무용건축물 프로필을 따랐다.내부발열 요소 중 재실자밀도는 대한설비공학회의 사무실용도에 따라 설정하였고,조명밀도는 32W 형광등을 설치한다고 가정하여 해당면적으로 나누어 구하였다. 기기발열밀도는 ASHRAE핸드북에서 제시하는 기기별 발열량을 재실자 밀도를 고려하여 계산한 값이다.
이는 슬랫과 창의 유리가 이루는 각도로, 블라인드가 최대로 개방되어 있어 반사율에 따른 실내환경의 변화를 관찰하기에 가장 용이한 상태이다.블라인드형 외부 차양장치와 유리사이의 거리는 50mm로 정하였다.
현재 업무용건축물이 유리외피로 계획되는 경우가 많으므로 본 연구에서도 이를 반영하여 플레넘의 높이를 제외한 모든 외피면적을 유리로 정하였다. 이때의 창면적비는 약 70%이다.

제안 방법

침기량은 참고문헌에 제시된 값 중 콘크리트 구조의 값을 사용하였다. 급탕량은 사무실의 1인 1일당 급탕량을 기준으로 계산하여 입력하였다. 조명 제어시스템으로는 연속형 조광제어(디밍제 어)를 실시하여 블라인드형 외부차양의 변수에 따라 실내밝기변화를 에너지측면에서 검토 가능하도록 하였다.
5m (가로×세로× 높이)이다.방위별 외부차양의 효과를 분석하기 위해서 정방형의 기준층을 선정하여 향별로 등분하였다.이때의 외주부의 깊이는 5m로 선정하였다⁵⁾.
차양 장치의 반사율은 슬랫의 형태와 표면마감상태 그리고 색깔에 의해 결정되는 값이다. 본 연구에서는 반사율을 크기에 따라 세 가지 (High형-0.8, Medium형-0.5, Low형-0.2)로 나누어 시뮬레이션 하였다.
블라인드의 종류는 수평형과 수직형 두 가지 경우를 고려하였으며, 슬랫의 각도는 90°로 입력하였다.
블라인드형 외부차양의 종류 및 반사율에따른 수치시뮬레이션을 실시하기 위해 본 연구에서는 에너지플러스를 이용하였다. 에너지 플러스(EnergyPlus)는 동적열부하계산프로그램으로 건물에너지를 정밀하게 분석할 수 있다.
3은 수직형 블라인드형 외부차양의 방위별 일사투과량을 나타낸다.여름철 일사환경에 따른 차폐효과를 파악 하기 위해 태양의 고도가 가장 높은 하지의 일사투과량을 분석하였다.
급탕량은 사무실의 1인 1일당 급탕량을 기준으로 계산하여 입력하였다. 조명 제어시스템으로는 연속형 조광제어(디밍제 어)를 실시하여 블라인드형 외부차양의 변수에 따라 실내밝기변화를 에너지측면에서 검토 가능하도록 하였다. 조명제어를 위한 센서는각 외주부 존별로 2개씩 총 8개가 설치되었으며, 작업면의 높이(0.
하지일의 일사투과량과 연간 건물에너지 소요량이라는 두 가지 측면에서 블라인드형 외부차양의 차폐효과를 분석하였다.
선행연구는 실내 블라인드의 전면과 후면의 반사율을 다르게 적용하여 자동제어에 의한 에너지저감율을 파악하였다면, 본 연구논문에서는 건축계획가의 입장에서 블라인드형 외부차양을 설치할 때 반사율이 다른 루버를 설치 시 건물에너지가 얼마나 줄어드는지를 정량적으로 분석하는데 중점을 두었다.효과적인 참고데이터가 되기 위해서 본 논문에서 사용된 건물에너지란 용어는 건축물의 에너지절약설계기준 해설서에서 정의하는 연간 단위면적당 1차 에너지소요량으로 설정하였다.이는 블라인드형 외부 차양 설치 시 건축물에너지효율등급의 기준에서 몇 등급의 상승효과가 있는지를 쉽게 파악할 수 있다는 점에 의미가 있다.

대상 데이터

조명 제어시스템으로는 연속형 조광제어(디밍제 어)를 실시하여 블라인드형 외부차양의 변수에 따라 실내밝기변화를 에너지측면에서 검토 가능하도록 하였다. 조명제어를 위한 센서는각 외주부 존별로 2개씩 총 8개가 설치되었으며, 작업면의 높이(0.85m)에서 측정되었다.
해석모델은 업무용건축물의 한 개 층이다. 기준층 크기는 24m×24m×3.

이론/모형

시뮬레이션 운전에 필요한 재실, 조명, 기기스케쥴은 미국공조냉동공학회의 사무소기준을 따랐다.
2와 같다.실내설정 온도는 건물에너지효율등급 인증제도 운영규정의 업무용건축물 프로필을 따랐다.내부발열 요소 중 재실자밀도는 대한설비공학회의 사무실용도에 따라 설정하였고,조명밀도는 32W 형광등을 설치한다고 가정하여 해당면적으로 나누어 구하였다.

성능/효과

(1) 반사율이 낮은 색채와 재료를 사용한 블라인드형 외부차양일수록 건물에너지를 저감하는 효과가 크다.동일한 형태의 외부차양에서 반사율 0.
(2) 수평형 블라인드 외부차양은 수직형 블라인드 외부차양보다 전 방위에서 성능이 뛰어났다.수직형에 비해 수평형은 평균 16%의 향상된 차폐효과를 나타내었다.
(3) 본 연구에서 해석된 차양장치 중 가장 뛰어난 성능을 가진 것은 저반사율(0.2)을 가진 수평형 외부차양이었으며,이는 차양이 없는 경우와 비교하여 약 18%의 건물에너지 절감효과를 나타내었다.
(4) 결과를 종합하여 볼 때,본 연구의 시뮬레이션 조건을 만족하고 차양장치가 없는 창면적비 70%인 서울지역의 업무용건축물에 반사율이 0.8인 수평형 블라인드 외부차양을 설치할 경우 약 1.6등급, 반사율이 0.5인 경우 약 1.9등급, 반사율이 0.2인 경우 약 2.0등급의 건축물 에너지효율등급 상승 효과가 있음을 확인 할 수 있었다.
(5) (4)와 같은 조건에서 수직형 블라인드 외부차양을 설치한 경우 반사율이 0.2인 경우에도 약 0.5등급의 건축물에너지 효율 등급 상승효과를 보여 수평형이 수직형 보다 건물에너지 저감에 더 효과적임을 파악 할 수 있었다.
01%의 일사가 차단되었다. 또, 수직형 블라인드 외부차양은 차양이 없는 상태와 비교하여 반사율이 0.8(High형) 일 때는 평균 33.82%,반사율이 0.5(Medium형) 일 때에는 평균 44.68%,반사율이 0.2(Low형) 일 때에는 평균 51.74%의 일사가 차단되었다.(Fig.
90%의 일사가 차단되었다. 또, 수평형 블라인드 외부차양은 차양이 없는 상태와 비교하여 반사율이 0.8(High형) 일 때는 평균 41.73%, 반사율이 0.5(Medium형) 일 때에는 평균 53.88%,반사율이 0.2(Low형) 일 때에는 평균 61.71%의 일사가 차단되었다.(Fig.
반사율이 0.2(Low형)인 수직형 블라인드 외부차양을 설치할 경우 차양없음 대비 4.59%의 1차 에너지소요량 저감효과가 있었다. 수평형블라인드 외부차양일 경우, 반사율이 0.
수직형 블라인드 외부차양에서는 차양이 없는 상태와 비교하여,남향에서는 평균 49.15%, 동향에서는 평균 39.66%,북향에서는 평균 51.94%, 서향에서는 평균 39.01%의 일사가 차단되었다. 또, 수직형 블라인드 외부차양은 차양이 없는 상태와 비교하여 반사율이 0.
(2) 수평형 블라인드 외부차양은 수직형 블라인드 외부차양보다 전 방위에서 성능이 뛰어났다.수직형에 비해 수평형은 평균 16%의 향상된 차폐효과를 나타내었다.
수평형 블라인드 외부차양의 차양이 없는 상태와 비교하여, 남향에서는 평균 55.15%, 동향에서는 평균 53.31%,북향에서는 평균 49.40%, 서향에서는 평균 53.90%의 일사가 차단되었다. 또, 수평형 블라인드 외부차양은 차양이 없는 상태와 비교하여 반사율이 0.
이는 실내를 밝혀 조명에너지의 저감이 가능하고, 감소된 양만큼의 조명발열량이 제거되므로 냉방에너지가 줄어드는 매커니즘을 가지게 된다. 하지만 시뮬레이션 결과에 따르면 해석대상 전범위의 반사율에서 반사율증가에 따른 조명에너지 저감량보다, 실내유입 일사량 증가에 냉방에너지 증가량이 큰 것으로 나타났다. 따라서 반사율에 따른 실내밝기 변화를 반영한 조명제어를 고려하더라도 반사율이 낮은 외부차양의 차폐효과가 더 효과 적임을 파악할 수 있다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	2010년 우리나라의 부문별 최종에너지 소비량에서 어느 부문이 가장 많은 부분을 차지하는가?	2010년 우리나라의 부문별 최종에너지 소비량을 살펴보면,산업부문에서 59.5%,건물 부문에서 19.2% 그리고 수송부분에서 19.
	외부차양장치의 성능에 영향을 미치는 주요인자에는 무엇이 있는가?	본 연구에서는 외부차양장치의 성능에 영향을 미치는 주요인자인 위치,각도,반사율중 선행연구가 비교적 이루어지지 않은 반사율을 중심으로 이에 따른 차폐효과를 분석하여 정량적 참고자료를 제시하는 데에 그 목적을 두고 있다.반사율에 대한 선행연구로는 오명환 외4)가 있다.
	에너지플러스는 무엇이고 어떤 것의 입력이 가능한가?	블라인드형 외부차양의 종류 및 반사율에따른 수치시뮬레이션을 실시하기 위해 본 연구에서는 에너지플러스를 이용하였다. 에너지 플러스(EnergyPlus)는 동적열부하계산프로그램으로 건물에너지를 정밀하게 분석할 수 있다.또한 블라인드형 차양의 종류, 위치, 슬랫폭, 간격, 두께, 반사율 등의 입력이 가능하다.

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