차양 장치와 건축물 투과체 간의 이격거리에 따른 SHGC 값의 변화 연구

Abstract

최근 건축물의 냉방부하 저감 요소로 주목받고 있는 일사조절장치 중 냉방부하 관점에서 에너지 성능이 가장 우수한 외부차양의 SHGC 값에 대하여 건축물의 투과체와의 이격거리에 따른 그 값의 변화에 대한 연구를 하였다. 국내외 표준으로 차양 장치의 SHGC 값을 계산법을 담고 있는 ISO 15099 표준과 실제 측정법을 표준으로 삼고 있는 KS L 9107 두가지 방법이 있으나 본 연구에서는 ISO 15099의 알고리즘을 기반으로 한 EnergyPlus 프로그램을 이용하여 건축적 관점에서의 차양, 즉 Local Shading 과 창호 결합형 차양, 즉 Window Shading 두 가지 해석을 가지고 차양 장치의 반사율과 차양장치의 위치와 형태로 인한 형태 계수 간의 상관 관계를 도출하여 동일한 차양 장치에서 건축물 투과체 간의 이격거리에 따른 SHGC 값의 변화를 예측할 수 있는 간략한 추정식을 도출하였다. 추후 KS L 9107 실험을 통한 분석 결과를 이용해 합리적인 EVB의 SHGC를 추정할 수 있는 방법론을 개발해 보급하고자 한다.

본 논문은 총 6장으로 구성되어 있으며 각 장의 내용은 다음과 같다.

제 1장에서는 본 연구의 배경 및 목적과 범위에 대하여 기술하였다.

제 2장에서는 이론적 배경으로 SHGC 계산식에 대한 개념과 창호 및 차양장치의 성능 관련 표준에 대하여 분석하였다.

제 3장에서는 차양의 열적 성능을 계산할 수 있는 SHGC 계산법과 차양장치와 투과체 간의 이격거리를 수식화 할 수 있는 형태계수에 대하여 분석하였다.

제 4장에서는 EenergyPlus 프로그램을 이용하여 시물레이션 결과를 분석하였다.

제 5장에서는 시물레이션 결과를 토대로 Local Shading과 Window Shading 두가지 경우의 결과를 종합적으로 분석하여 차양장치와 투과체간의 이격거리에 대한 변수를 포함하는 간이 계산식을 개발하였다.

제 6장에서는 본 연구를 통한 결론을 도출하였으며, 주요 내용은 다음과 같다.

1) ISO 15099 계산 알고리즘은 슬랫의 이격거리에 대한 변수를 고려하지 않으며, 수계산으로 분석하는데 한계가 있다.

2) KS L 9107 실험법은 인공광원의 법선면 입사로 인하여 EVB, 수평차양장치 등의 분석에 있어 한계가 있으며, 많은 비용이 소요된다. 3) EnergyPlus는 기본적으로 ISO 15099 계산 알고리즘을 따르는 Window Shaing과 외부 장애물로 인식하는 Local Shading 분석법이 있다. 4) Window Shading은 표면 반사율 등의 EVB의 물성값은 분석하지만 이격거리에 따른 영향은 분석하지 못하는 한계가 있다. 5) Local Shaing은 EVB의 기하학적 형상에 대한 분석은 가능하지만 물성값을 고려한 분석은 불가능하다. 6) 두 방식의 장점을 모두 활용할 수 있도록 시뮬레이션 분석한 결과 Local Shaing의 표면 반사율은 약 0.591로 분석되었다. 7) Window Shaing 분석을 통해 표면 반사율에 따른 SHGC 추정을 위한 추정식을 도출하였다.

8) Local Shaing 분석을 통해 형태계수에 따른 SHGC 추정을 위한 추정식을 도출하였다.

9) 두 추정식을 이용해 표면 반사율과 형태계수를 동시에 고려한 SHGC 추정식을 도출하였다.

10) 창호 크기와 이격거리에 따른 형태계수 도표 분석을 통해 손쉽게 형태계수를 계산할 수 있도록 하였다.

본 논문을 통해 선행연구들에서 동시에 고려하지 못한 표면반사율과 이격거리에 따른 영향을 종합적으로 반영한 새로운 SHGC 계산식을 도출하였으며, 이를 통해 현업에서 손쉽게 EVB의 SHGC를 산정할 수 있는 길을 제시한 의미있는 연구로 판단된다.