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문제 정의
- 본 연구에서는 상기에서 고찰한 이론적인 차이를 비교하여 평가법에 따른 전체 창세트의 열관류율 차이를 분석하기 위하여 두 가지 창세트에 대하여 열성능 시뮬레이션 해석이 실시되었다.
- 본 연구에서는 창세트의 에너지소비효율등급 제도 운영 시 창세트 전체의 열관류율 산출을 위한 시뮬레이션 평가법을 비교하기 위하여 두 가지 국제표준에 대한 이론적 고찰 및 평가 결과의 비교 분석이 실시되었으며, 실험 결과와의 상응도를 비교하기 위하여 별도의 창세트에 대한 실물 실험이 실시되었다.
- 본 연구에서는 창세트의 열관류율(Uw) 산출을 위하여 국제 표준화 기구(ISO)에서 제시하는 두 가지 방법의 차이를 이론적으로 비교 분석하여 각 평가법의 적용 시 실험 결과 대비 상응하는 정확도의 확보 여부 및 제도 적용 가능성을 분석하여 제도의 활성화를 위한 기초 자료를 제시하는 것을 목적으로 하였다.
제안 방법
- 국내에서 시행되고 있는 창세트 에너지소비효율등급 표시제도와 유사한 제도를 운영하고 있는 해외 사례를 조사하여 각 국에서 적용하고 있는 창세트의 열관류율 산출 방법을 비교하였다.
- 본 연구에서 비교하고자 하는 국제표준 평가 방법 중 현재 국내 제도에서 활용되고 있는 기준인 ISO 15099와 비교 대상인 ISO 10077에서 제시하고 있는 평가 방법의 이론적 차이를 정리하였다. 다음의 식(1)은 ISO 15099와 ISO 10077에서 공통적으로 제시하고 있는 전체 열관류율(Uw) 산출식이다.
- 본 연구에서 비교한 두 가지 프레임 재질에 따른 유리 및 간봉의 단열성능을 조합한 총 16가지 Case 중 시뮬레이션에 의한 전체 창세트의 열관류율 평가방법에 따른 평가 결과 차이가 상대적으로 크게 나타난 알루미늄 프레임 Case중 (단열 간봉+LE+AR+CL)를 대상으로 물리적 실험을 통하여 시뮬레이션과의 평가 결과 차이를 확인하였다. 다음은 본 연구에서 수행한 물리적 실험의 결과를 정리한 것이다.
- 시뮬레이션은 프레임의 종류에 따라 알루미늄 재질 프레임으로 구성된 창세트와 PVC 재질 프레임 창세트로 구분하여 실시되었으며, 각각의 창세트에 대하여 알루미늄 간봉과 단열 간봉을 적용한 경우와 4가지 서로 다른 성능의 유리를 조합하여 각 프레임 종류에 따라 8가지 Case를 해석하여 비교 분석하였다.
- 대상 창세트에 대한 실물 실험은 KS F 2278을 활용하여 실험을 진행하였다. 앞서 제시한 시뮬레이션 결과는 CEN 기준에 따른 경계조건으로 실시되어, 실물 실험과 경계조건에 차이가 있으며, 이에 비교 대상 Case에 대해서는 ISO 15099 및 ISO10077에 준한 평가방법을 적용하고 경계조건은 KS 기준에 제시된 조건을 적용하여 추가적인 시뮬레이션을 실시하였다. 다음의 Table 8은 실물 실험 결과와 시뮬레이션 결과를 비교한 것이다.
- 창세트 전체의 열관류율을 산출하기 위한 평가 방법으로 두 가지 평가 방법이 국제 표준(ISO 15099와 ISO 10077)에서 제시되고 있으며, 평가방법에 따른 결과의 차이를 확인하기 위하여 각각의 방법을 적용하여 총 16 Case의 창세트 조합에 대하여 시뮬레이션이 실시되었다. 시뮬레이션 결과, 유리 및 간봉의 단열성능에 따라 다소간 결과의 차이가 발생하였으나 본 연구에서 실시한 분석 Case에서는 최대 5.
- 해석 시 적용된 경계 조건 및 유리, 간봉의 단열성능은 알루미늄 프레임 창세트 시뮬레이션 시 적용된 것과 동일하게 적용하였으며, 알루미늄 창세트를 해석할 때와 동일한 평가방법을 적용하여 시뮬레이션을 실시하였다.
- 해석 시 적용된 경계 조건(Boundary condition)은 CEN(ISO 10077) 조건이 적용되었으며, 각각의 시뮬레이션 Case는 유리 성능 및 간봉 성능 대안을 조합한 모델과 단열 패널만을 적용한 모델을 시뮬레이션 하여 적용된 표준별 평가 방법에 따른 차이를 비교하였다.
대상 데이터
- 상기의 Table 3과 같이 프레임 2개 종류, 유리 4개 종류, 간봉 2개 종류를 조합한 총 16개 Case에 대하여 시뮬레이션을 실시하였다. 시뮬레이션은 16개 Case에 대하여 두 가지 국제 표준 방법이 활용되었으며, 특히 ISO 15099 적용 시는 선택적 접근법(Alt.
데이터처리
- 본 연구에서 비교하고자 하는 국제표준(ISO Standard)은 ISO 15099와 ISO 10077-2로서 각 표준에서 제시하고 있는 창세트 전체의 열관류율(Uw)의 산출 방법에 따른 결과 비교 및 시뮬레이션 평가법과 실물 실험 결과와의 비교 분석이 실시되었다.
- 이에 각 방법에 따른 해석 결과와 동일 창세트에 대한 실물실험 결과의 비교를 통하여 각 방법의 차이점이 비교 분석되었다.
이론/모형
- 7은 본 연구에서 선택한 비교 대상 Case 창세트에 대한 형상을 알 수 있는 단면과 해당 창세트에 대한 실물 실험 장면이다. 대상 창세트에 대한 실물 실험은 KS F 2278을 활용하여 실험을 진행하였다. 앞서 제시한 시뮬레이션 결과는 CEN 기준에 따른 경계조건으로 실시되어, 실물 실험과 경계조건에 차이가 있으며, 이에 비교 대상 Case에 대해서는 ISO 15099 및 ISO10077에 준한 평가방법을 적용하고 경계조건은 KS 기준에 제시된 조건을 적용하여 추가적인 시뮬레이션을 실시하였다.
- 2)이 활용되었다. 본 연구에서 각 Case에 대한 시뮬레이션은 THERM(LBNL2), 미국) 프로그램이 사용되었다.
- 상기의 Table 3과 같이 프레임 2개 종류, 유리 4개 종류, 간봉 2개 종류를 조합한 총 16개 Case에 대하여 시뮬레이션을 실시하였다. 시뮬레이션은 16개 Case에 대하여 두 가지 국제 표준 방법이 활용되었으며, 특히 ISO 15099 적용 시는 선택적 접근법(Alt.2)이 활용되었다. 본 연구에서 각 Case에 대한 시뮬레이션은 THERM(LBNL2), 미국) 프로그램이 사용되었다.
성능/효과
- (1) 해석 대상 알루미늄 프레임 창세트의 경우 유리 성능 및 간봉 성능에 따라 다소간의 시뮬레이션 결과의 차이를 보이나 평가 방법간 최대 약 5.4%의 차이를 나타내고 있으며, PVC 창호는 약 2.3%의 차이를 나타내어 알루미늄 프레임 창호에서 보다 큰 차이를 보였다.
- (2) 유리의 단열성능 변화에 따른 평가 방법별 시뮬레이션 결과의 차이를 살펴보면, 유리의 단열성능이 향상 될수록 평가방법간의 결과 차이가 커지는 경향을 나타내고 있으며, 유리 단열성능 향상에 따른 평가 방법간 결과 차이의 증가 경향은 알루미늄 프레임 창세트에서 보다 큰 경향을 나타내었다.
- (3) 간봉의 단열성능에 따른 평가 방법별 시뮬레이션 결과의 차이를 살펴보면, 간봉의 단열성능이 좋은 경우 ISO 15099의 평가법보다 ISO 10077의 평가법의 열관류율이 크게 평가되는 경향을 나타내었다. 이는, 유리가 고성능일 경우 간봉에 의한 열교의 영향은 커지게 되는데, 유리 및 간봉이 변화되면 각 조합을 별도로 다시 계산하는 ISO 15099의 평가법에 비하여 간봉에 따른 선형열관류율(Ψ) 을 제시하는 ISO 10077의 평가법이 이러한 영향을 민감하게 반영하지 못하기 때문으로 사료된다.
- 각국에서 적용하고 있는 평가 방법에 대한 조사 결과 미국과 국내의 평가방법은 ISO 15099에 기초하고 있으며, 유럽과 일본의 경우 ISO 10077에 기초하고 있음을 알 수 있어, 본 연구에서 비교하고자 하는 두 가지 국제표준의 평가법이 다소간의 차이에도 불구하고 각국의 판단에 따라 활용되고 있음을 알 수 있다.
- 두 표준간의 산출방법의 차이는 두 방법의 결과가 충분한 정확도의 결과를 도출할 수 있다면 ISO 10077에서 제공하는 방법이 시뮬레이션 부하의 저감, 유리 또는 간봉의 성능 변화에 따른 전체 창세트 열관류율 변화에 대한 빠른 산출, 그리고 전체 창세트의 열성능 평가를 위한 프레임, 유리, 간봉의 성능에 대한 축적 및 활용 등에서 유리하며, 이러한 이점으로 제도에서 활용하기에 유리한 방법으로 판단된다.
- 4%의 차이가 발생하여 방법간의 결과 차이는 크지 않은 것으로 나타났다. 또한 실물 실험을 통하여 시뮬레이션 결과와 비교한 바, 약 2.4%의 오차가 발생하였다. 그러므로 단창의 창세트에 대해서는 시뮬레이션 평가법에서 ISO 15099와 ISO 10077에서 제시하는 평가법을 병용하는 것이 가능할 것으로 사료된다.
- 창세트 전체의 열관류율을 산출하기 위한 평가 방법으로 두 가지 평가 방법이 국제 표준(ISO 15099와 ISO 10077)에서 제시되고 있으며, 평가방법에 따른 결과의 차이를 확인하기 위하여 각각의 방법을 적용하여 총 16 Case의 창세트 조합에 대하여 시뮬레이션이 실시되었다. 시뮬레이션 결과, 유리 및 간봉의 단열성능에 따라 다소간 결과의 차이가 발생하였으나 본 연구에서 실시한 분석 Case에서는 최대 5.4%의 차이가 발생하여 방법간의 결과 차이는 크지 않은 것으로 나타났다. 또한 실물 실험을 통하여 시뮬레이션 결과와 비교한 바, 약 2.
- 실물 실험과 시뮬레이션에 의한 결과를 비교하면, 시뮬레이션 결과가 실험 대비 ISO 15099 평각법의 결과는 약 +2.4%, ISO10077 평가법의 결과는 약 +4.8%의 오차를 나타내어 현행 등급제도에서 제시하는 실물실험과 시뮬레이션 평가법의 오차 한계(±10%, 실물 실험 Uw 1.4W/㎡k 이상의 경우)내의 오차를 나타내었다.
- 이는, 유리가 고성능일 경우 간봉에 의한 열교의 영향은 커지게 되는데, 유리 및 간봉이 변화되면 각 조합을 별도로 다시 계산하는 ISO 15099의 평가법에 비하여 간봉에 따른 선형열관류율(Ψ) 을 제시하는 ISO 10077의 평가법이 이러한 영향을 민감하게 반영하지 못하기 때문으로 사료된다. 이에 따라, 알루미늄 간봉이 적용된 경우 유리가 고성능일수록 ISO 10077의 결과가 ISO 15099의 평가 결과보다 상대적으로 작게 평가되고, 단열간봉이 적용된 경우 유리가 고성능일수록 상대적으로 크게 평가되는 경향을 나타내었다.
후속연구
- 4%의 오차가 발생하였다. 그러므로 단창의 창세트에 대해서는 시뮬레이션 평가법에서 ISO 15099와 ISO 10077에서 제시하는 평가법을 병용하는 것이 가능할 것으로 사료된다. 단, 이중창에 대해서도 평가방법의 차이에 따른 결과의 차이를 확인하고 용이한 평가법을 확보할 수 있도록 추가 연구가 필요한 것으로 판단된다.
- 그러므로 단창의 창세트에 대해서는 시뮬레이션 평가법에서 ISO 15099와 ISO 10077에서 제시하는 평가법을 병용하는 것이 가능할 것으로 사료된다. 단, 이중창에 대해서도 평가방법의 차이에 따른 결과의 차이를 확인하고 용이한 평가법을 확보할 수 있도록 추가 연구가 필요한 것으로 판단된다.
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