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형민 방
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1 대한설비공학회 20 계학술발표대회논문집 pp. ~ 창의종류및차폐계수변화에따른 단독주택의에너지사용량분석 정수희, 박효순 *, 김상아 **, 이병연 충북대학교건축학과, * 한국에너지기술연구원 ** 경북대학교건축공학과 A study on analysis of energy consumption of Detached house by U-value and SCs of window Su-Hui Jeong, Hyo-Sun Park *, Sang-A Kim **, Byung-Yun Lee Department of Architecture, ChungBuk National University * Building Energy Research Center, KIER ** Department of Architectural Engineering, Kyungpook University ABSTRACT: Annual energy consumption in detached houses are affected mainly by thermal performance of envelope. In particular the performance of glasses are critical due to global warming and climatic change. Therefore, this research analyzes consumption of cooling and heating energy for a year with various combination of U-value and shading coefficient. The simulation results shows that shading coefficient of glazing mainly contributes to the changes of proportion of heating and cooling energy demand. Key words: Energy consumption( 에너지소비 ), Glass( 유리 ), Detached house( 단독주택 ), Shading Coefficient( 차폐계수 ) 1. 서론최근무분별한자원소비로인해지구온난화라는세계적이슈를초래하였다. 이에따른대처방안으로국제사회는온실가스를줄이기위한대안들을찾기위해기후변화협약및교토의정서를채택하는등많은노력을하고있다. 국내의표준기상데이터비교분석관련자료 (1) 에의하면지난 40년간냉방이필요한일수는약 25일증가하 Corresponding author Tel.: address: ecojeongsh@gmail.com 였고, 난방이필요한일수는약 40일감소한것으로나타났다. 이는주택설계시난방에너지사용량에만중점을두어설계할것이아니라냉방에너지의사용량도고려해야할시기가도래했음을의미한다. 냉방일수가증가함으로인해냉방부하를줄이기위한효율적인방안으로먼저건물계획시외피로부터유입되는일사를적절하게조절해야한다. 이는하절기실내취득열량중일사에의한영향이가장많은부분을차지하여실내냉방부하의주된원인으로작용하기때문이다

건물에서주택의경우창호에서열의이동이가장많다. 현재주택이난방위주로설계되어열관류율에만초점이맞추어져있다. 현재난방에초점이맞추어진주택은 Fig. 1과같이열관류율이좋고, 차폐계수가높을수록난방에효율적이라고알려져있다. 이상과같이국내의경우창호의종류에따라에너지소비에미치는영향및오피스에서 SHGC 의변화에대한연구등다양하게검토되고있다.

2 건물에서주택의경우창호에서열의이동이가장많다. 현재주택이난방위주로설계되어열관류율에만초점이맞추어져있다. 현재난방에초점이맞추어진주택은 Fig. 1과같이열관류율이좋고, 차폐계수가높을수록난방에효율적이라고알려져있다. 이상과같이국내의경우창호의종류에따라에너지소비에미치는영향및오피스에서 SHGC 의변화에대한연구등다양하게검토되고있다. SHGC와차폐계수가실내태양유입량에영향을미치는요소로비슷한개념이라할수있다. 하지만주택의차폐계수값의다양한변화에따른에너지성능에대한분석이미흡함을알수있다. 3. 창의종류및차폐계수에따른연간냉 난방에너지사용량분석 3.1 시뮬레이션기준설정 Fig. 1 U-value and SC (shading coefficient) Index. 하지만난방에너지사용량이줄어들수록냉방에너지사용량은증가하게되는것을감안할때냉방부하도무시할수없는요소이다. 따라서건물의난방에너지사용량과냉방에너지사용량을통합적으로고려한연구가이루어져야한다. 본연구에서는주택창의종류에따른단열성능및차폐계수변화에따른연간냉난방에너지소비특성을분석하고자한다. 2. 열관류율및차폐계수관련연구현황이승복 (2) 의연구결과에따르면한국의단독주택에서냉방부하는유리의종류 (single, double clear 및 low-e clear glazing) 에따라서는영향이적었으나, 난방부하는상당히크며, 남향의경우 double 및 low-e glazing의난방부하가 single glazing의절반수준으로나타났다. 또한냉난방을종합할경우에너지절약을위해서는 low-e의사용이필요함을언급하였다. 박률 (3) 의연구에따르면국내주택에서 U-factor의변화보다 SHGC 의변화에따른에너지소비량의차이가보다많은것으로나타났다. 문선혜 (4) 는사무소건축물을대상으로유리종류에따라에너지성능분석을했으며, 김효중 (5) 은사무소건물에서 SHGC에따른창호종류의냉난방에너지성능을평가했다 시뮬레이션프로그램본연구에서는영국에서개발된동적시뮬레이션프로그램중영국뿐만아니라미국 ASHRAE 기준을동시에충족하는건축물에너지성능분석소프트웨어인 TAS를사용하였다. EU 국가에서는 EPBD(Energy Performance of Building Directive) 에서규정하는에너지소비량평가를의무적으로실시하고있다. 그중 TAS는에너지시뮬레이션분야중에서최상위등급인 Dynamic Simulation Modelling(DSM) 에속해있으며, 2008 년건물에너지성능기준인 Part L과각종에너지소비량평가에공식적으로사용될수있다는인증을받았다. 또한 TAS는영국정부최초로건설된 BRE Headquarter 빌딩설계과정에사용되었고, 이후의시뮬레이션결과와예측값이거의일치하고있음을실증적으로보여주고있어서, 현재공식적인검증도구가공표되지않는건축물에너지효율등급상의에너지소비량검증에적합한프로그램 (6) 이다 해석모델개요해석모델은한국농어촌공사에서제공하는표준주택설계도 (7) 를활용하여모델중남측의창면적비가큰一자두방형모델을선택하였다. 모델의연면적은 85.77m 2 이고, 정남향이며, 기후데이터는한국태양에너지학회에서제공하는서울기후데이터를기준으로하였다. 외피의조건은건축물의설비기준등에관한규칙에지역별건축물부위의열관류율표 ( 개정 ) 중중부지역 (8) 을기준으로하였다. 모델링은 Fig. 2와같고, 실내조건은 Table 1 과같다

에대한연간냉난방에너지사용량을분석한결과는 Fig.2, Table 3 와같다. (a) Plane modeling Fig. 3 Annual heating and cooling energy consumption by Window Type and SC. (b) 3D Modeling Fig.

3 에대한연간냉난방에너지사용량을분석한결과는 Fig.2, Table 3 와같다. (a) Plane modeling Fig. 3 Annual heating and cooling energy consumption by Window Type and SC. (b) 3D Modeling Fig. 2 Modeling image Table 1 Summary of modeling indoor condition for standard house. Parameter Condition Thermostat setting 20 (Heating) Thermostat setting 26 (Cooling) Infiltration 0.5ACH Internal loads 3.76W/m 2 (Equipment+lighting) Internal loads 146W (peole) Schedule 24hour 창호의프레임은 PVC로동일하고, 유리는일반복층 ( 열관류율 2.843W/ m2 K), 로이복층 ( 열관류율 1.808W/ m2 K), 삼중일면로이 ( 열관류율 1.369W/ m2 K) 로구분하여시뮬레이션을하였다. 또한차폐계수를 0.2~0.8까지변경하여시뮬레이션을실시하였다. Table 2 Annual heating and cooling energy consumption(kwh/m 2 ) by Window Type and SC. 차폐계수유리종류 일반복층 로이복층 삼중일면로이 일반복층유리는차폐계수가높을수록일사량이실내로많이유입되어결과적으로난방에너지의감소로인한연간냉난방에너지사용량이줄어드는것을볼수있다. 하지만로이코팅이된로이복층유리와삼중일면로이유리는차폐계수값이각각 0.6, 0.4일경우에연간냉난방에너지사용량이가장낮음을알수있다. 난방에너지사용량은차폐계수가높을수록감소하는것이맞다. 하지만냉방에너지사용량이급격히증가하므로오히려연간냉난방부하가늘어난다는것을 Fig. 4에서볼수있다. 3.2 창의종류및차폐계수변화에따른결과 및 분석 창의종류및차폐계수변화에따른결과창의종류와차폐계수값의변화에따른에너지소비특성을분석하기위해시뮬레이션을실시하였다. 위의시뮬레이션조건을바탕으로세가지대안 (a) Double glazing

4 (b) Low-E glass Double glazing (a) SE 30 (c) Low-E glass Triple glazing Fig. 4 Annual heating and cooling energy consumption(kwh/m 2 ) 건물의향및차폐계수변화에따른결과추가적으로주택의향을정남향에서동향및서향으로각각 30, 60 로변경하여시뮬레이션을실시하였다. 아래의 Fig. 5를보면알수있듯이건물이향에상관없이각각 60 로변경하였을경우에차폐계수가커질수록연간냉난방에너지사용량이커짐을알수있다. 이는기후데이터분석결과직달일사가동향과서향으로유입되는양과시간이정남향에비해많기때문인것으로판단된다. 또한남동향보다남서향의연간냉난방에너지사용량이크게나타났다. 냉방에너지사용량이특히크게나타났는데이또한기후데이터분석결과서향이동향에비해태양입사량이많기때문인것으로판단된다. (b) SE 60 (c) SW 30 (d) SW 60 Fig. 5 Annual heating and cooling energy consumption by diretion

5 4. 결론주택건물모델을대상으로창의종류및차폐계수가연간냉난방에너지사용량에미치는영향을 TAS에의한동적해석시뮬레이션을통해분석한결과를정리하면다음과같다. (1) 창의종류에따른연간냉난방에너지소비량을분석한결과, 창의열관류율이낮을수록연간냉난방에너지소비량또한낮아짐을알수있다. 하지만통상적으로알고있는 창의차폐계수가높아질수록연간냉난방에너지소비량은줄어든다 라는예측과는달리난방부하는감소하나냉방부하량이급격히많아짐에따라연간냉난방에너지소비량이증가하는결과가나타났다. 따라서창의열관류율만이아닌차폐계수도고려해야할것으로판단된다. (2) 건물의방향이정남향이아닌남향과서향으로각도가커질수록연간냉난방에너지사용량이증가하였다. 이것은차폐계수가커짐에따라난방에너지사용량의감소보다냉방에너지사용량의급격한증가로보인다. 건물의향이정남향이아닐경우차폐계수는더욱무시할수없는요소로판단된다. 본연구의시뮬레이션조건은 24시간동안사람이거주한다는가정하에서실시한시뮬레이션결과이다. 따라서추후실제주택건물에서사용되는스케쥴이나사용패턴에따른연구가필요할것으로판단된다. 또한냉방에너지사용량을절감하기위한외부 차양장치를적용시킨복합창을대상으로차폐계수 에의한영향을연구해야할것으로판단된다. 참고문헌 1. Yoo H. C., Kang H. G., 2010, Comparative Analysis of Temperature Change Trend and Standard Meteorological Data in Korea over 40 Years. 2. Leigh S. B., Won J. S., 2004, An analysis of demand for environmental controls on different residentaial building types, Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering, Vol. 16 No. 1, pp Park Y., 2010, A study of energy use impacts by SHGCs of windows in detached house. 4. Mun S. H., Kwon H. S. and Huh J. H., 2006, Methods to improved the cooling energy performance of low-e glazing, Proceedings of 2006 Architectural Institute of Korea, Vol. 26 No. 1, pp Kim H. J., Park J. S., Shin, U. C. and Yoon, J. H., 2008, Heating and cooling energy performance analysis of an office building according to SHGC level of the double and triple glazing with low-e coating, The proceeding of the Korea Solar Energy Society 2008, pp Regulation for facility in building, 2010, Minister of land, transport and Maritime affairs

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DBPIA-NURIMEDIA 한국소음진동공학회 2015추계학술대회논문집년 Study of Noise Pattern and Psycho-acoustics Characteristic of Household Refrigerator * * ** ** Kyung-Soo Kong, Dae-Sik Shin, Weui-Bong Jeong, Tae-Hoon Kim and Se-Jin Ahn Key Words