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문제 정의
- 따라서 창호의 단열성능과 일사차단성능의 상관관계에 대한 분석 필요성이 제기되고 있다. 본 연구는 로이코팅이 적용된 고단열 창호를 대상으로 SHGC의 수준에 따른 사무소건물의 냉난방에너지의 변화를 평가하는데 그 목적이 있다.
- 본 연구는 이중로이, 3중로이유리를 적용한 창호의 일사획득계수(SHGC)를 상중하로 구분하고 사무소건물에 적용할 경우 건물에 미치는 냉, 난방에너지를 평가하기 위해 다음과 같이 진행하였다.
- 본 연구에서는 사무소건물의 냉난방 에너지소비량 분석을 위해 선행연구”의 사무소 냉난방 에너지 소비량 자료를 이용하여 해석모델의 사용 타당성을 검토하였다. 국내의 사무소 건물의 냉난방에너지 부하는 대전을 기준으로 난방의 경우 약 64.
제안 방법
- 2) 해석 대상 창호로 창호의 성능 지표 중 SHGC를 High Solar Gain, Mid Solar Gain, Low Solar Gain의 3가지 케 이 스로 나누어 각 창호의 단열성능을 평가하였다. 3) 분석된 창호를 사무소건물에 적용하여 연간 냉난방 에너지를 평가하였.
- 3) 분석된 창호를 사무소건물에 적용하여 연간 냉난방 에너지를 평가하였.다.
- 도구를 사용하였다. ESP-re EU에서 자연형태양열 시스템 해석을 위한 유럽 내 표준프로그램으로 지정된 바 있으며, BEST TEST를 통해 신뢰성에 대한 세부적 검증도 실시하였다.
- Window5.0과 Therm5.0 프로그램을 이용한 SHGC에 따른 창호의 열성능 평가에 있어 그 해석대상을 표 1과 같이 24mm 투명유리와 이중로이유리, 52mm 삼중 로이유리로 하였으며, 본 연구에서는 SHGC에 따른 창호를 3가지로 구분하여 해석을 하였다. 즉, SHGC가 70% 이상이 되는 High Solar Gain, 50%는 Mid Solar Gain, 이하를 Low Solar Gain으로 정의하였다.
- 본 연구에서는 이 중 및 삼중창호에 있어 SHGC에 따른 단열성능을 평가하기 위해 미국의 LBNL에서 개 발한 Window 5.0과 Therm 5.0 프로그램을 사용하였다。이들 프로그램은 ASHRAE의 기준 조건하에서 사용자가 명시한 환경조건에 대하여 창호 구조체의 2 차원 정상상태에서 전열 해석이 가능한 프로그램으로 전 세계적으로 학계, 연구기관은 물론 창호를 생산하는 기업체 등에서 폭 넓게 사용되고 있는 브로그램이다.
- 앞서 분석된 창호를 사무소건물에 적용하여 창호의 일사취득계수에 따른 냉난방 에너지 소비량을 분석하였다. 분석결과 표 7에서 보는 바와 같이 난방에너지와 냉방 에너지를 합한 총에너지 소비량은 이중로이창호를 적용하였을 경우 HSG 약 124.
대상 데이터
- 로이창호의 일사획득 계수에 따른 사무소 건물의 냉난방에너지 소비량 평가를 위한 해석모델은 그림 2와 같으며 15층 규모의 사무소를 선정하였다. 해석모델은 남측을 향하고 있으며 사무공간과 북측의 코어, E/V 계단실의 3개 공간으로 구분된다.
- 사무소건물의 냉난방에너지 해석에 사용된 기상 데이터는 서울 30년 시간별 표준데이터로서 외기온도, 상대습도, 수평면전일사량, 풍속 등의 월별 및 연간 평균값을 적용하였다. 또한 해석에 사용된 실내외 조건은 표 6 에서 보는 바와 같이 재실자 70명, 조명 및 기기 발열 부하가 각각 16W/m!, 18W/m!, 난방온도 24℃, 냉방온도 26℃로 설정하였다.
- 선정하였다. 해석모델은 남측을 향하고 있으며 사무공간과 북측의 코어, E/V 계단실의 3개 공간으로 구분된다.
이론/모형
- 한편, 본 연구에서는 사무소건물의 냉난방 에너지를 평가하는데 ESRU의 ESP-r 시뮬래이션 도구를 사용하였다. ESP-re EU에서 자연형태양열 시스템 해석을 위한 유럽 내 표준프로그램으로 지정된 바 있으며, BEST TEST를 통해 신뢰성에 대한 세부적 검증도 실시하였다.
성능/효과
- . 일사획득계수에 따른 창호의 광학 및 열적 특성 분석 결과, 일사획득계수에 관계없이 이 중 투명 창호의 열관류율은 모두 약 L886 W/m'K로 나타났으며 삼중투명창호의 열관류율은 약 L19 W/rrfK로 나타났다. 하지만 일사획득계수 평가 결과, HSG의 이 중 및 삼중로이창호의 일사획득계수는 각각 약 72%, 71%로 나타났으며 MSG의 경우 각각 약 55%, 52%로 나타났고 LSG의 경우에는 각각 약 26%, 약 22%로 나타나 분석대상이 되는 창호는 일사획득계수만 각각 다를 뿐 열관류율은 일정한 것으로 분석되었다.
- .사무소건물과 같이 상대적으로 냉방이 중요시 되는 건물에서 냉방에너지 소비량은 이 중 투명 창호를 기준으로 이중로이창호의경우 HSG의 창호를 적용했을 때 약 10% 증가하였으나, MSG의 창호를 적용한 경우 약 1%, LSG를 적용한 경우 약 9% 감소된 것으로 나타났다. 삼중로이창호의 경우 HSG 창호를 적용했을 때 약 2% 증가되었으나, MSG 를 적용했을 때 약 8%, LSG를 적용했을 때 약 12%가 감소되는 것으로 나타났다.
- HSG(High Solar Gain)는 이중유리, 삼중 유리 모두 SHGC가 71.9%, 70.8%로 70% 이상이고, MSGCMid Solar Gain)는 SHGC가각각 549%, 51.5%로 50%대였으며, LSG (Low Solar Gain)는 SHGC가 각각 26.4%, 21.7%로 나타났다. 각 창호의 열관류율은 일사획득계수에 따라 l%(0.
- 이를 이 중 투명유리와 비교했을 때 HSG의 경우 약 19%. MSG의 경우 약 14%, LSG의 경우 약 9%가 감소하는 것으로 나타났다.
- 69.48kWh/m!yr, MSG 약 63.07kWh/m'yr, LSG 약 57.56kWh/m'yr로 나타났으며 이를 기준이 되는 이중투명창호를 적용시켰을 경우의 연간 냉방에너지 소비량 63.43kWh/m! yr와 비교하여 보면 HSG 경우 약 9%가 오히려 증가하였으나 MSG, LSG의 경우 각각 약 1%, 약 10%가 감소하는 것으로 나타났다.
- 78kWh/m!yr, 약 60.49kWh/m!yr, 약 56.81 kWh/nfyr로 나타났으며, 이를 기준이 되는 이중투명창호와 비교하여 보면 HSG의경우 약 2% 증가하였으나 MSG와 LSG의 경우에는 각각 약 5%, 약 11%가 감소하는 것으로 나타났다.
- 나타났다. 따라서 냉방위주의 에너지 소비패턴을 가지고 있는 사무소 건물의 경우 냉방 에너지소비량을 절감시키기 위해서는 일사획득계수가 낮은 로이창호를 적용하는 것이 에너지 절감 효과가 우수한 것으로 분석되었다.
- 삼중로이창호의 경우 HSG 창호를 적용했을 때 약 2% 증가되었으나, MSG 를 적용했을 때 약 8%, LSG를 적용했을 때 약 12%가 감소되는 것으로 나타났다. 따라서 사무소 건물에서 냉방에너지 절감을 위해서는 투명창호보다 로이창호를 적용하는 것이 효과적이며 특히 일사획득계수가 낮은 LSG계열의 창호를 적용하였을 때 에너지 절감 효과가 보다 큰 것으로 나타났다.
- 6kWh/m!, yr 로 그 차이는 약 2%로 나타나 창호의 일사획득계수에 따른 총에너지 소비량은 거의 비슷한 것으로 나타났다. 또한 삼중로이창호를적용하였을 경우에는 HSG 약 H9kW成此yr, MSG 약 118kWh/m!, yr, LSG 약 117.5kWh/ rtf, yr로 그 차이는 약 1%로 나타나 이중로이창호의 경우와 마찬가지로 창호의 일사획득계수에 따른 총에너지 소비량은 거의 비슷한 것으로 나타났다. 이를 이중투명창호를 적용하였을 경우의 총에너지 130.
- 본 연구는 로이창호의 일사획득계수에 따른 사무소건물의 냉난방에너지 소비량을 평가하여 결과를 제시함으로써 창호의 일사획득계수 또한 창호의 성능에 중요한 요소라는 것을 정량적으로 제시하였으며, 단열성능을 나타내는 U값과 일사획득 또는 일사차단 성능을 나타내는 SHGC간에 상호관계에 기준하여 건물 용도별로 적정한 창호를 선정하는 것이 매우 중요한 것으로 나타났다.
- 소비량을 분석하였다. 분석결과 표 7에서 보는 바와 같이 난방에너지와 냉방 에너지를 합한 총에너지 소비량은 이중로이창호를 적용하였을 경우 HSG 약 124.4kWh/m!, yr, MSG 약 122.6 kWh/m5, yr, LSG 약 121.6kWh/m!, yr 로 그 차이는 약 2%로 나타나 창호의 일사획득계수에 따른 총에너지 소비량은 거의 비슷한 것으로 나타났다. 또한 삼중로이창호를적용하였을 경우에는 HSG 약 H9kW成此yr, MSG 약 118kWh/m!, yr, LSG 약 117.
- 사무소 건물의 경우 일사획득계수가 25% 미만인 LSG를 적용하였을 경우 이 중 투명 창호보다 이 중 및 삼중로이창호를 적용하였을 경우의 연간 냉방에너지 소비량 절감효과가 뚜렷이 나타났지만 일사획득계수가 50%인 MSG의 경우 이중투명창호와 연간 냉방 에너지 소비량은 거의 비슷해지며, 일사획득계수가 70% 이상의 HSG는 이 중로이 창호와 삼중로이창호가 이중투명창호보다 냉방 에너지소비량이 오히려 증가하는 것으로 나타났다. 따라서 냉방위주의 에너지 소비패턴을 가지고 있는 사무소 건물의 경우 냉방 에너지소비량을 절감시키기 위해서는 일사획득계수가 낮은 로이창호를 적용하는 것이 에너지 절감 효과가 우수한 것으로 분석되었다.
- 사무소건물과 같이 상대적으로 냉방이 중요시 되는 건물에서 냉방에너지 소비량은 이 중 투명 창호를 기준으로 이중로이창호의경우 HSG의 창호를 적용했을 때 약 10% 증가하였으나, MSG의 창호를 적용한 경우 약 1%, LSG를 적용한 경우 약 9% 감소된 것으로 나타났다. 삼중로이창호의 경우 HSG 창호를 적용했을 때 약 2% 증가되었으나, MSG 를 적용했을 때 약 8%, LSG를 적용했을 때 약 12%가 감소되는 것으로 나타났다. 따라서 사무소 건물에서 냉방에너지 절감을 위해서는 투명창호보다 로이창호를 적용하는 것이 효과적이며 특히 일사획득계수가 낮은 LSG계열의 창호를 적용하였을 때 에너지 절감 효과가 보다 큰 것으로 나타났다.
- 시뮬레이션 해석모델의 분석결과 난방은 약 59.73kWh/m!, yr, 냉방은 70.12kWh/rrf, yr 로 나타나 전체적인 결과의 오차율은 8% 이내로 나타났다. 이 결과는 시스템의 효율 및 기상 데이터의 오차에 따른 결과로 평가할 수 있으며 추후 진행되는 시뮬레이션에 사용할 수 있을 것으로 판단된다.
- 앞서 언급한 바와 같이 사무소건물은 야간난방을 하지 않는 특성으로 인해 냉방 위주의 건물로 분류되기 때문에 이를 난방에너지와 냉방 에너지로 나누어 분석해보면 HSG의 이중로이창호를 적용한 경우의 연간 난방에너지 소비 량은 약 54.95kWh/rrf, yr로 나타났으며, MSG의 이중로이창호를 적용한 경우의 연간 난방에너지 소비량은 약 59.65kWh/ E, yr, LSG의 이중로이창호를 적용한 경우의 연간 난방에너지 소비량은 약 64.06kWh/ nf, yr로 나타났다. 이를 기준이 되는 이중투명창 호를 적용했을 경우의 연간 난방에너지소비량과 비교하면 HSG 약 18%, MSG 약 11%, LSG 약 4%가 감소되었다.
- 06kWh/ nf, yr로 나타났다. 이를 기준이 되는 이중투명창 호를 적용했을 경우의 연간 난방에너지소비량과 비교하면 HSG 약 18%, MSG 약 11%, LSG 약 4%가 감소되었다.
- 5kWh/ rtf, yr로 그 차이는 약 1%로 나타나 이중로이창호의 경우와 마찬가지로 창호의 일사획득계수에 따른 총에너지 소비량은 거의 비슷한 것으로 나타났다. 이를 이중투명창호를 적용하였을 경우의 총에너지 130.3kWh/irf, yr와 비교하여 보면 이중로이창호를, 적용하였을경우 약 6%, 삼중로이창호를 적용하였을 경우 약 10%의 에너지 절감효과가 있는 것으로 나타났다.
- 일사획득계수에 따른 창호의 광학 및 열적 특성 분석 결과, 일사획득계수에 관계없이 이 중 투명 창호의 열관류율은 모두 약 L886 W/m'K로 나타났으며 삼중투명창호의 열관류율은 약 L19 W/rrfK로 나타났다. 하지만 일사획득계수 평가 결과, HSG의 이 중 및 삼중로이창호의 일사획득계수는 각각 약 72%, 71%로 나타났으며 MSG의 경우 각각 약 55%, 52%로 나타났고 LSG의 경우에는 각각 약 26%, 약 22%로 나타나 분석대상이 되는 창호는 일사획득계수만 각각 다를 뿐 열관류율은 일정한 것으로 분석되었다.
후속연구
- 12kWh/rrf, yr 로 나타나 전체적인 결과의 오차율은 8% 이내로 나타났다. 이 결과는 시스템의 효율 및 기상 데이터의 오차에 따른 결과로 평가할 수 있으며 추후 진행되는 시뮬레이션에 사용할 수 있을 것으로 판단된다.
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