선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서 본 논문은 동일 면적의 단독주택에서 외피 구성에 따른 냉⋅난방 부하량과 에너지 요구량에 미치는 영향을 분석하고자 하였다.
- 본 연구는 ECO2를 이용하여 냉⋅난방 에너지 요구량에 대한 결과를 분석하였다.
- 본 연구는 동일 면적을 지닌 단독주택의 벽체, 지붕, 바닥과 같은 외피 구성이 조적조, 콘크리트조, 목조에 따른 표준주택의 냉⋅난방 부하량과 에너지 요구량을 분석하고자 하였다.
- 본 연구는 표준주택의 냉⋅난방 부하 및 에너지 요구량 산출에 있어 구조방식을 기반으로 구성된 레이어에 의한 영향을 평가하기 위해 두 가지 프로그램을 이용하였다.
- 본 연구는 한국에너지공단에서 제시한 냉⋅난방 부하 산출방법에 따라 벽체, 지붕, 바닥, 창, 틈새바람 등에 의한 열 취득과 손실을 계산하여 건물의 총 냉⋅난방 부하를 산출 및 분석할 수 있는 엑셀 기반 프로그램을 개발하였다.
제안 방법
- CHLC을 통하여 세 가지 구조(조적, 콘크리트, 목조)와 스터드를 고려하지 않은 목조의 냉⋅난방 부하를 산출하여 Fig. 4와 같이 단위면적당 냉⋅난방 부하량을 정리하였다.
- ECO2를 이용하여 네 가지 구조방식에 따른 냉⋅난방 에너지 요구량을 산출하였다.
- ECO2는 건축물의 에너지성능을 정량적으로 평가하기 위하여 2009년 국토교통부와 산업통상자원부가 공동으로 개발한 건축물 에너지 평가 프로그램이다. ISO 13790과 DIN V 18599를 기반으로 월별 평균 기상데이터를 적용하여 건물의 단위면적당 에너지 요구량과 소요량을 산출한다. 난방, 냉방, 급탕, 조명, 환기 등 5가지 시스템에 대한 설정이 가능하며, 건물 형상, HVAC, 신⋅재생 에너지시스템 등의 입력 또한 가능하다(Park, 2015; Kim, 2016).
- 그리고 실내 온⋅습도 조건을 온도 25℃, 상대습도 50%로 각각 설정하였다.
- 냉방 부하는 태양 복사와 외벽, 내벽, 지붕, 바닥, 창 등의 전도에 의한 열 취득과 환기 및 틈새바람, 인체와 조명으로 인한 부하량을 계산하여 준다. 난방 부하는 전도에 의한 열 손실과 틈새바람으로 인한 부하량을 계산하여 주었다. 그리고 부하 계산 시 외부 기후 조건은 기상청(2014년 기준)에서 제공되는 서울의 여름철(6-9월), 겨울철(12-3월)의 평균 기온과 상대습도 데이터를 적용하였다.
- 본 연구는 동일 면적을 지닌 단독주택의 벽체, 지붕, 바닥과 같은 외피 구성이 조적조, 콘크리트조, 목조에 따른 표준주택의 냉⋅난방 부하량과 에너지 요구량을 분석하고자 하였다. 또한 목조 벽체의 스터드에 의한 차이를 비교하고자 PHPP 열관류율 계산법을 활용하여 스터드를 고려하지 않은 경우를 함께 비교 분석하였다. 표준주택의 냉⋅난방 부하량과 에너지 소요량 분석은 자체 개발한 엑셀 기반 냉⋅난방 부하 산출(CHLC) 프로그램과 ECO2를 이용하였다.
- 본 연구는 구조방식에 따라 조적조, 콘크리트조, 목조형 단독주택의 냉⋅난방 부하량과 에너지 요구량을 분석하였다.
- 본 연구에서 사용된 두 가지 프로그램은 건물의 평면을 각 실에 따라 존을 나누어 부하량과 요구량을 산출하기 때문에 Table 2와 같이 평면 구성을 실 번호로 구분한 후 방위에 따라 벽체, 지붕, 창의 면적을 계산 하여 정리하였다.
- 세 가지 구조방식에 따른 냉⋅난방 부하량과 에너지 요구량 비교 분석을 위하여 자체 개발한 냉⋅난방 부하 산출 프로그램(CHLC; Cooling and Heating Load Calculation program)과 ECO2 프로그램을 이용하였다.
- 따라서 본 논문은 동일 면적의 단독주택에서 외피 구성에 따른 냉⋅난방 부하량과 에너지 요구량에 미치는 영향을 분석하고자 하였다. 외피는 조적조, 콘크리트조, 목조 세 가지 구조형식에 따라 나누어 구성하였으며, 목조 벽체의 경우 스터드로 인한 열관류율 차이를 확인하고자 스터드를 고려하지 않은 경우의 벽체 구조를 비교 분석하였다.
- 2배 이상 높은 것을 확인하였다. 이에 본 연구는 스터드를 고려하지 않은 목조 벽체의 경우를 추가 분석하였다. 창호 및 현관문은 구조방식과 상관없이 각각 2.
- 3(b)에서 Section 2와 Section 3은 스터드와 같은 한 레이어에 두 개의 자재가 결합된 경우에 스터드의 열전도율과 스터드의 간격에 따라 비율을 입력하면 설정된 계산식에 따라 열관류율 값을 계산된다. 이와 같이 본 논문은 PHPP 열관류율 계산법을 이용하여 세 가지 구조별 벽체, 지붕, 바닥 레이어 열관류율을 계산하였고, 스터드를 고려하지 않은 경우의 열관류율에 의한 에너지 요구량 비교 분석을 위하여 목조 벽체에서 스터드를 제외한 레이어를 구성 및 열관류율 계산을 실시하였다. Table 3과 같이 각 레이어의 벽체, 지붕, 바닥 열관류율 값과 창호 및 현관문의 열관류율 값을 정리하였다.
- 표준주택의 냉⋅난방 부하량과 에너지 소요량 분석은 자체 개발한 엑셀 기반 냉⋅난방 부하 산출(CHLC) 프로그램과 ECO2를 이용하였다.
- 프로그램 설정 조건은 냉⋅난방 부하 산출 프로그램과 거의 동일하며, 추가적으로 건물의 축열 성능을 고려하기 위하여 구조에 따라 단위면적당 유효 열저장능력 값을 입력해주었다.
대상 데이터
- 난방 부하는 전도에 의한 열 손실과 틈새바람으로 인한 부하량을 계산하여 주었다. 그리고 부하 계산 시 외부 기후 조건은 기상청(2014년 기준)에서 제공되는 서울의 여름철(6-9월), 겨울철(12-3월)의 평균 기온과 상대습도 데이터를 적용하였다.
- 그리고 분석 시 사용된 기상데이터는 서울로 ECO2 프로그램에 있는 데이터를 설정하였으며, 동일한 환기, 냉⋅난방 시스템을 적용하였다.
- 세 가지 구조방식에 따라 구성되는 벽체, 지붕, 바닥 레이어는 농어촌공사에서 제시한 농촌주택 표준설계 상세도를 참고하여 Table 1과 같이 각각의 레이어를 구성하였다.
이론/모형
- 세 가지 구조방식에 따른 냉⋅난방 부하량과 에너지 요구량 비교 분석을 위하여 자체 개발한 냉⋅난방 부하 산출 프로그램(CHLC; Cooling and Heating Load Calculation program)과 ECO2 프로그램을 이용하였다. 이때, 건물 외피 면적 및 창호 크기 등으로 인한 변수를 제어하기 위하여 2012 농촌주택 표준설계도서(국토교통부 공고 제2014-1548호)의 농림-12-20-가-1을 기반으로 실의 크기, 외피 면적, 창호 면적, 조명밀도 등을 동일하게 설정하였다. 건물의 연면적은 57.
- 열관류율 계산 시 스터드를 고려하지 않을 경우 실제 레이어의 열관류율 값과 차이가 크게 날 수 있으며, 본 연구에서 이용한 냉⋅난방 부하 산출 프로그램(CHCL)과 ECO2에서도 스터드가 고려되지 않는 것을 확인하였다. 이에 본 논문은 이를 보완할 수 있도록 PHPP (Passive House Planning Package)의 열관류율 계산식을 이용하였다. PHPP는 엑셀 기반으로 DIN EN 832와 많은 DIN 규정과 EN 규정에 근거하여 에너지 총량을 계산하는 프로그램이다(Passive House Institute, 2007).
성능/효과
- 결론적으로 냉⋅난방 부하와 에너지 요구량은 스터드를 고려하지 않은 목조 구조에서 가장 낮은 결과 값을 보였고, 스터드를 고려한 목조에서 가장 높은 결과를 보였다.
- 결론적으로 냉⋅난방 부하와 에너지 요구량은 스터드를 고려하지 않은 목조 구조에서 가장 낮은 결과 값을 보였고, 스터드를 고려한 목조에서 가장 높은 결과를 보였다. 그리고 콘크리트 구조에서는 가장 높은 결과를 보이지는 않았으나 조적 구조에 비하여 높은 값을 유지하고 있는 것을 확인하였다. 이를 통하여 동일한 조건에서는 본 연구에서 구성한 조적 구조인 경우 다른 구조방식에 비하여 냉⋅난방 부하 및 에너지 요구량에 있어 유리하다고 판단하였다.
- 냉⋅난방 에너지 요구량 결과를 통하여 냉방 에너지 요구량은 비슷한 결과가 나왔으나 난방 에너지 요구량에서 구조에 따른 차이가 보이는 것을 확인하였다. 난방 에너지 요구량 결과에 따라 구조방식에 따른 차이는 난방 부하 결과와 비슷한 결과임을 확인하였고, 목구조 방식에서 에너지 요구량 값이 크게 산출되었다.
- 냉⋅난방 부하 결과를 통하여 목조의 경우, 단위 면적당 냉방 부하와 난방 부하가 각각 283.47 W/m2와 288.58 W/m2로 다른 구조방식에 비하여 부하량이 높게 산출되었으며, 냉방 부하보다는 난방 부하가 더 높게 산출되는 것을 확인하였다.
- 냉⋅난방 에너지 요구량 결과를 통하여 냉방 에너지 요구량은 비슷한 결과가 나왔으나 난방 에너지 요구량에서 구조에 따른 차이가 보이는 것을 확인하였다.
- 따라서 각 부분의 열관류율은 전도열로 인하여 냉⋅난방 부하에 많은 영향을 미치고, 냉방 부하보다는 난방 부하에 많은 영향을 미치는 것을 확인하였다.
- 58 W/m2로 다른 구조방식에 비하여 부하량이 높게 산출되었으며, 냉방 부하보다는 난방 부하가 더 높게 산출되는 것을 확인하였다. 또한 벽체, 지붕, 바닥, 창호를 통한 열 취득과 손실량을 비교를 통하여 열관류율에 의한 전도열 영향을 많이 받는 것을 확인하였다. 냉⋅난방 에너지 요구량 결과를 통하여 냉방 에너지 요구량은 비슷한 결과가 나왔으나 난방 에너지 요구량에서 구조에 따른 차이가 보이는 것을 확인하였다.
- 4와 같이 단위면적당 냉⋅난방 부하량을 정리하였다. 여름철의 냉방 부하와 겨울철의 난방 부하 모두 목조 구조에서 각각 283.47 W/m2와 288.58 W/m2로 가장 큰 부하량이 걸리는 것을 확인하였다. 그러나 스터드로 인한 열전도를 제외한 구조에서는 냉방 부하와 난방 부하가 각각 280.
- 열관류율 계산 시 스터드를 고려하지 않을 경우 실제 레이어의 열관류율 값과 차이가 크게 날 수 있으며, 본 연구에서 이용한 냉⋅난방 부하 산출 프로그램(CHCL)과 ECO2에서도 스터드가 고려되지 않는 것을 확인하였다.
- Table 3과 같이 각 레이어의 벽체, 지붕, 바닥 열관류율 값과 창호 및 현관문의 열관류율 값을 정리하였다. 이때, 목조 벽체의 스터드 열전도율(0.15 W/mK)이 단열재 열전도율(0.038 W/mK)보다 약 4배 높기 때문에 목조 벽체의 열관류율은 0.193 W/m2K로 조적 벽체 0.159 W/m2K, 콘크리트 벽체 0.149 W/m2K에 비하여 약 1.2배 이상 높은 것을 확인하였다. 이에 본 연구는 스터드를 고려하지 않은 목조 벽체의 경우를 추가 분석하였다.
- 이를 통하여 동일한 조건에서는 본 연구에서 구성한 조적 구조인 경우 다른 구조방식에 비하여 냉⋅난방 부하 및 에너지 요구량에 있어 유리하다고 판단하였다.
- 85 W/m2 낮아지는 것을 확인하였다. 이를 통하여 스터드를 통한 부하량 차이는 냉방보다는 난방에서 크게 나타난다는 것을 확인하였다. 이는 부하량 산출 방법 중 외벽, 지붕, 바닥으로부터 전도열에 의한 열 취득 및 손실은 각 열관류율과 실내⋅외 온도차에 의해 발생하는데, 본 연구에서는 실내 설정 온도가 25℃로 설정되어 있어 여름철 실내⋅외 온도차는 4.
- 5는 냉방 부하와 난방 부하에서 외벽, 지붕, 바닥, 창호에서 산출되는 부하가 전체 부하에서 차지하는 비율을 나타낸 그래프이다. 전체적으로 냉방 부하에는 난방 부하와 다르게 인체, 조명 등으로 인한 열 획득량이 크기 때문에 외벽, 지붕, 바닥, 창호로 인한 열 획득량보다 크게 나타나는 것을 확인하였다. 이때, 콘크리트 구조의 냉⋅난방 부하에서는 다른 구조방식에 비하여 지붕에 의한 영향이 크게 나타났다.
후속연구
- 이때, 입력 조건에 구성 레이어의 열용량을 각각 고려할 수 없으므로 ECO2 프로그램의 경우에는 매뉴얼에 따라 구조방식에 따른 열용량 값을 입력하여 표준주택의 냉⋅난방 부하 및 에너지 요구량 산출한 결과로 이에 대한 한계점은 존재한다. 따라서 추후 연구에서는 각 레이어의 다양한 물성치 및 열적 성능(축열과 단열)을 고려할 수 있도록 다양한 변수에 따른 전체적인 에너지 분석을 통하여 건물 에너지 소비를 줄일 수 있는 상세 디자인에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다.
- 본 연구는 표준주택의 냉⋅난방 부하 및 에너지 요구량 산출에 있어 구조방식을 기반으로 구성된 레이어에 의한 영향을 평가하기 위해 두 가지 프로그램을 이용하였다. 이때, 입력 조건에 구성 레이어의 열용량을 각각 고려할 수 없으므로 ECO2 프로그램의 경우에는 매뉴얼에 따라 구조방식에 따른 열용량 값을 입력하여 표준주택의 냉⋅난방 부하 및 에너지 요구량 산출한 결과로 이에 대한 한계점은 존재한다. 따라서 추후 연구에서는 각 레이어의 다양한 물성치 및 열적 성능(축열과 단열)을 고려할 수 있도록 다양한 변수에 따른 전체적인 에너지 분석을 통하여 건물 에너지 소비를 줄일 수 있는 상세 디자인에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.