건축 계획적 조건에 따른 아트리움 냉난방 부하의 특성변화에 관한 연구

Abstract

도시생활자의 건강함, 여유로움, 윤택함 등 도시생활의 질을 향상시키기 위해서는 도시공원, 광장 등 옥외 공간의 역할을 빼 놓을 수 없다. 최근에는 건물 내에서 자연광의 도입과 휴식공간의 기능, 작업환경의 쾌적함 등을 위해 아트리움과 같은 유리공간의 보급이 널리 확대되어지고 있다. 하지만, 아트리움의 도입에 있어서 디자인적인 요소만을 강조하고 환경문제에 대한 기본적인 이해와 고려가 부족하여 과다한 에너지 소비, 극심한 과열 현상이나 과도한 상하 온도 차이, 결로 현상, 소음의 확산 및 울림 현상, 조경용 수목의 고사 등 부분적인 문제점도 유발되고 있다. 특히 1면형 아트리움은 4면이 유리로 덮인 공간이라는 특성으로 인해 일사 및 외 기온의 영향을 많이 받아 온도 변화폭이 크며, 우리나라와 같이 동계 및 하계의 구분이 뚜렷한 기후 조건에서는 계절별 제어조건이 상이하기 때문에 더욱 열환경 조절에 어려움을 갖게 된다. 이러한 요소는 건축물의 에너지 소비량을 증가시키기 때문에 아트리움의 건축 계획적 조건과 환경공학적 측면의 횡단적 연구를 통한 열환경 조절에 대한 연구는 꼭 필요하다. 따라서, 본 연구에서는 1면형 아트리움을 대상으로 건물에너지성능평가를 실시하고, 건축 계획적 조건에 의한 냉난방 부하를 정량적으로 예측하여 1면형 아트리움 설계시의 기초 데이터를 제시 하고자 한다. 본 논문은 총 5장으로 구성되어 있으며 각 장의 내용은 다음과 같다. 제 1 장 에서는 1면형 아트리움을 대상으로, 연구 배경 및 목적, 기존의 연구, 연구 범위와 방법에 대하여 기술하였다. 제 2 장 에서는 아트리움 관련 문헌조사로 아트리움의 정의, 열환경 특성, 기능, 유형과 아트리움 냉난방 부하에 영향을 미치는 요소에 대하여 기술하였다. 제 3 장 에서는 대상건물, 시뮬레이션 프로그램 개요, 시뮬레이션 모델 및 조건, 시뮬레이션 평가항목에 대하여 기술 하였다. 제 4 장 에서는 건축 계획적 조건에 따른 단위 면적당 연간 냉난방 부하, 최대 냉난방 부하를 비교 분석하였다. 제 5 장 에서는 본 연구에서 도출된 결론을 기술 하였으며, 주요 내용은 다음과 같다. 1) 유리 재질에 따른 단위 면적당 연간 냉난방 부하는 열전도율 값과 차폐계수가 낮은 그린로이유리와 블루로이유리를 적용하여 연간 냉난방 부하를 12%까지 감소할 수 있는 것으로 나타났다. 2) 평면형태 변화에서는 연간 냉난방 부하가 1:2 , 1:3 , 1:4 , 1:5 , 2:4 , 3:4 (깊이 : 폭)의 순으로 낮게 나타났다. 이로써 1면형 아트리움 평면 형태에서는 정방형보다는 장방형이 유리 한 것으로 나타났다. 3) 아트리움의 향을 변화시킨 경우 연간 냉난방 부하가 2% - 16% 범위 내에서 증가 또는 감소되었다. 오후에 많은 일사를 받게 되는 서향, 일사량이 적은 북향을 제외한 향에서 일사량과 실내 조도를 평가하여 최적 향을 결정해야 할 것으로 판단된다.; Recently, supplying glass space like atrium is being extended widely for introducing natural light into a building, improving rest room functions and having a pleasant work environment. However, designed elements are mainly focused without basic appreciation and consideration for environmental problems when atria are constructed. Some problems can occur in atrium such as overheating and excessive vertical temperature difference during the summer time, condensation, diffusion of noise and echo, making people feel unpleasant and increase heating/cooling load. This study estimates heating/cooling load and suggests the basic data according to design conditions through building energy performance evaluation analysis. This thesis consists of a total of five chapters and each chapter is as follows: Chapter 1 writes about the background, the purpose, the range and the method in open-typed atrium. Chapter 2 explains the definition, thermal environment, function, type of the atrium and factors that affect heating/cooling load of the atrium. Chapter 3 shows the objective building, outline of the simulation programs, modeling conditions, and evaluation items Chapter 4 compares and analyzes annual heating/cooling load and peak load according to design conditions. Chapter 5 presents the conclusion of this paper and the principal contents are as follow. 1) In the result of Heating/cooling load according to window's types, green and blue Low-e window which have low thermal conduction rate and shading coefficient(SC) decreased 12% in annual heating/cooing load. 2) In the case of variation in plane types, heating/cooling loads are 1:2 , 1:3 , 1:4 , 1:5 , 2:4 , 3:4 (depth : width) in order. Therefore, it is considered that rectangle-shaped is more advantageous than square-shaped. 3) In the case of variation in orientation, annual heating/cooling loads fluctuate among 2% - 16%. Except facing east and north that have much solar radiation in the afternoon or little solar radiation, it is considered that optimum orientation could be decided with evaluating solar radiation and illumination inside the atrium.