DBPIA-NURIMEDIA

Size: px

Start display at page:

Download "DBPIA-NURIMEDIA"

정호 전
6 years ago
Views:

1 J. Korean Soc. Living Environ. Sys. Vol. 19, No. 4, pp 472~478(2012) 한국생활환경학회지제 19 권제 4 호 2012 년 베네시안블라인드가통합된이중창호의난방기야간단열성능분석 성욱주 * 조수 ** 송규동 *** * 한양대학교건축공학과, ** 한국에너지기술연구원, *** 한양대학교건축공학부 An Analysis on the Thermal Performance of The Venetian Blind Integrated with Double-Window System at Night of Heating Period Uk-Joo Sung*, Soo Cho** and Kyoo-Dong Song* *Department of Architectural Engineering, Graduate School, Hanyang University, Seoul, Korea **Korea Institute of Energy Research, Daejeon, Korea ***Department of Architectural Engineering, Hanyang University, Seoul, Korea Abstract : This is a study of analyzing the thermal and energy performance of venetian blinds integrated doublewindow systems during the winter nights. The analyses were proceeded at the laboratory under the Test methods of thermal resistance for windows(ks F 2278), and with a full-scale mockup; analyzing the differences between opening and closing the blinds. The laboratory results show that the U-factor, when the blinds were all closed, was reduced by approximately 9.21% compared to when the blinds were opened; the radiant heat was blocked and reflected by the blinds from the inside to the outside. In addition, the temperature of the inner surface rose about 3, which helps preventing the dew condensation. Meanwhile, the results of a mockup test show that, when the ambient temperature was from -2 o C to -9 o C, heating energy consumptions were reduced by approximately 10.55% when the blinds were all closed. Key words : Venetian blind, Thermal performance, Heating energy, Double-window system, Shading device 1. 서론 1.1. 연구배경건물에너지절약을위한대안기술분야중외피는기계및전기분야대비건물에너지절감효과가상대적으로높은분야이다. 건물외피는크게벽체와창호의두분야로분류된다. 그중창호는조망, 환기, 채광등의복합기능을수행함으로써일사열취득과관류열손실등의건물냉난방부하를발생시키는주요경로가된다. 하절기창호를통하여발생되는일사열취득과실내냉방부하를감소시키기위하여다양한일사차폐기술이제시되고있다. 그중베네시안블라인드는운 교신저자 : 성욱주 ( 우 ) 대전광역시유성구가정로 152 번한국에너지기술연구원전화번호 : , suj21c@kier.re.kr 용및효과면에서우수하므로창호적용일사차폐기술중대표기술로활용되고있다. 공동주택의발코니확장평면이합법화되면서일사가거주공간으로직접유입되는현상을차단하기위하여블라인드적용영역이주거형건물까지확대되고있다. 창호를통한유입일사의차단은차폐장치의위치에따라다르며입사되는일사가창호에도달하기전외부측에적용하는것이에너지절감효과가가장크게나타난다 (ASHRAE, 2005). 하지만, 창호적용베네시안블라인드는외부풍압에노출되었을경우유지보수와내구성측면에서불리하기때문에일반적으로실내측에설치되어운용되고있다. 기존의베네시안블라인드관련연구는주로창호의실내측설치를대상으로진행되었으며유입직달일사로인한현휘축소와자연채광제어등의실내빛환경에미치는효과를분석하였다. 김봉균등 (2006) 은사 472

2 베네시안블라인드가통합된이중창호의난방기야간단열성능분석 473 무소건물을대상으로한 Mock-up 모형을제작하고창호부실내측에베네시안블라인드를설치하여슬랫각도에따른실내조도분포를분석하였다. 구혜연등 (2007) 은일반개인용사무실을대상으로하여하절기실내작업면과직달일사의실내유입각 (Profile Angle) 이작은시점에서블라인드자동제어성능을평가하였다. 김정태등 (2006) 은사무소건물대상 Mock-up 실험실을활용하여일반창호와광선반및베네시안블라인드가통합된창호에대한실내주광환경의특성을비교분석하였다. 박병철등 (2007) 은 Radiance 시뮬레이션프로그램을활용하여롤러쉐이드와베네시안블라인드적용에따른실내주광분포및창면글레어평가를실시하였다. 실내열환경및건물에너지절감과관련하여블라인드에대한요구성능이증가하면서건물적용베네시안블라인드는실내주광성능에서열환경및에너지성능관련연구로그범위가확대되고있다. 김종헌등 (2010) 은 EnergyPlus 시뮬레이션모델을활용하여창호실내측베네시안블라인드의슬랫각도조절에따른실내열부하와창호인접공간의열쾌적 (PPD) 을분석하였다. 또한, 박상린등 (2010) 도 EnergyPlus 시뮬레이션모델을통하여창호실내측베네시안블라인드의두께, 표면반사율, 창호와의이격거리, 건물의방위각에따른연간에너지사용량을분석하였다. 최근에는주로창호내부측에설치되는베네시안블라인드에서외부및 Glazing 중공층통합블라인드등의다양한형태를갖는베네시안블라인드의성능평가연구가이루어지고있다. 최경석등 (2010) 은 Glazing 중공층에베네시안블라인드가통합된창호의관류열손실및일사차폐성능을실험및시뮬레이션을통하여분석하였으며그효과에대한경제성평가를실시하였다. 관련선행연구종합해보면, 창호적용베네시안블라인드의성능은주로사무소건물을대상으로일사차폐를통한주광성능및냉방성능에초점을맞추어진행되었다. 일부베네시안블라인드의연간에너지사용량을평가한연구가선행되었지만냉방에너지와난방에너지를합산한총량위주의접근이주를이루고있으며동절기주간동안의블라인드에의한일사차폐는개방상태대비난방부하가증가한다는결론을도출하고있다. 하지만, 최근공동주택의발코니확장이활성화되면서주거형건물에서일사차폐기술적용이증가하고있으며차폐기술의동절기에너지성능에대한보다상세한정보가요구되고있다. 또한, 창호와차폐장치의 별도설치가아닌창호내부로의통합방안이제시되고있으나적용및운용상의성능자료가부족한실정이다 연구범위및목적공동주택발코니확장의활성화로인하여외피에접한창호는기존대비높은단열성능을확보해야하므로이중창호의적용을증가시키고있다. 주거형건물에적용되는이중창호는내부창과외부창이분리된이중창호 (4 Track Sliding) 형식으로단열성능확보를위한구성사양의향상과함께창틀폭이증가하고있으며, 내외부창사이의중공층공간에복합기능을갖을수있는차폐기술이통합되고있다. 사무소건물을대상으로한일사차폐기술은운영스케쥴이주로근무시간인주간에집중되므로일사를통한실내주광및열성능을복합적으로고려하여적용성검증을실시해왔다. 하지만, 주거형건물은 24 시간상시거주가발생하므로주간은문론야간동안의적용성이함께평가되어야한다. 공동주택에블라인드가적용되는경우주간에는사무소건물과마찬가지로일사차폐를통한실내빛과열환경측면에서검토가필요하지만, 야간에는세대별프라이버시확보를위하여주로블라인드를폐쇄시킴으로써나타나는창호를통한실내외부열전달효과및메카니즘측면에서성능이분석되어야한다. 따라서본연구에서는주거형건물을대상으로하는중공층베네시안블라인드적용이중창호의동절기야간의자체단열성능평가및난방에너지절감성능을분석하였으며, 분석된결과를창호와차폐장치의통합화방안에대한적용및운용상의기술적자료로제시하고자한다. 2. 연구방법 2.1. 평가대상시료자체단열성능평가및난방에너지절감성능평가를위한중공층블라인드내장형이중창시스템은 4 Track Sliding 형식으로전체면적 4m 2 ( 가로 2m 세로 2m) 로제작되었다. Fig. 1 은평가대상창호의수평, 수직방향단면도를나타내고있다. Table 1 은평가대상창호의구성을나타내고있다. 평가대상창호는내 외부창짝사이의중공층에블라인드가통합되어있으며중공층상부의모터부에의해블라인드의개폐및슬랫각도를조정할수있는구조로구성되어있다. 제 19 권제 4 호 2012 년

474 성욱주 조수 송규동 Fig. 1. Venetian blinds integrated with double-window system for evaluation. 2.2. 단열성능평가방법블라인드내장형이중창시스템의단열성능은 KS F 2278 창호의단열성시험방법 에의하여실시했으며블라인드의개폐에따른열관류저항및열류방향을기준으로구성부위별온도분포를비교분석하였다.

3 474 성욱주 조수 송규동 Fig. 1. Venetian blinds integrated with double-window system for evaluation 단열성능평가방법블라인드내장형이중창시스템의단열성능은 KS F 2278 창호의단열성시험방법 에의하여실시했으며블라인드의개폐에따른열관류저항및열류방향을기준으로구성부위별온도분포를비교분석하였다. Fig. 2 는단열성능및부위별온도분포를평가가하기위해시험체틀에블라인드내장형이중창시스템이설치된모습을나타내고있다. Table 2 는열성능평가방법을나타내고있다. 내부에서외부로의열류방향기준부위별온도분포는유리중앙부위를대상으로표면온도측정을실시하였다. Fig. 3 은블라인드개방및폐쇄시의열류방향기준부위별온도측정위치로서블라인드개방상태 (CASE1) 에서는내부및외부창의유리중앙부위의내 외부표면온도를측정하였으며, 블라인드폐쇄상태 (CASE2) 에서는유리중앙위치의블라인드의내부및외부표면온도를추가적으로측정하였다. 블라인드폐쇄상태는슬랫각도가 90 도로완전폐쇄된상태에서내부측및외부측의블라인드표면온도를측정하였다. Fig. 2. Photograph of installed specimen for evaluation 난방에너지저감성능평가방법주거형건물을대상으로한베네시안블라인드적용이중창호의동절기야간의난방에너지성능평가는단 Table 1. Specification of venetian blinds integrated with double-window system for evaluation Class. Specification Area 4 m 2 (2 m 2 m) Ratio of frame to overall area 0.32 (1.28 m 2 /4 m 2 ) Frame depth 322 mm Type 4 Track sliding Glazing composition Thermal properties of blind 한국생활환경학회지 Inside : 18 mm -6 mmcl + 6 mm Air + 6 mm CL Outside : 24 mm -6 mm CL + 12 mm Air + 6 mm CL Width 50 mm spacing 45 mm Material Aluminum Reflectivity Front : 70%, Back : 30% Table 2. Evaluation methods of thermal performance Class. Operating condition Evaluation items CASE 1 OPEN (slat angle = 0 o ) U-factor, Temperature distribution CASE 2 CLOSE (slat angle = 90 o )

베네시안 블라인드가 통합된 이중창호의 난방기 야간 단열성능 분석 475 Fig. 3. Locations of part-wise temperature for evaluation of thermal performance. Fig. 4. Overview and composition of mock-up house.

실험주택의 외피는 중부지방 건축 물 부위별 열관류율 기준에 의거하여 구성되었으며, 주거형 건물의 동절기 실내 열환경을 구현하기 위하여 동일한 용량 및 제어를 갖는 바닥복사 난방시스템이 각 실험실에 설치되어있다. 베네시안 블라인드적용 이 중창호를 R1에 설치하고 R2에서는 실험진행 시 R1과 동일한 온도설정을 하여 인접 벽체를 통한 열전달을 최소화 하였다.

4 베네시안 블라인드가 통합된 이중창호의 난방기 야간 단열성능 분석 475 Fig. 3. Locations of part-wise temperature for evaluation of thermal performance. Fig. 4. Overview and composition of mock-up house. 열성능 평가 시료를 실험주택에 설치하고 외기온도에 따른 에너지소비량을 분석하였다. Fig. 4는 실험주택의 전경과 실 구성을 나타내고 있 다. 각 실험실의 전면에는 동일 위치와 면적(4 m2)의 개구부가 존재한다. 실험주택의 외피는 중부지방 건축 물 부위별 열관류율 기준에 의거하여 구성되었으며, 주거형 건물의 동절기 실내 열환경을 구현하기 위하여 동일한 용량 및 제어를 갖는 바닥복사 난방시스템이 각 실험실에 설치되어있다. 베네시안 블라인드적용 이 중창호를 R1에 설치하고 R2에서는 실험진행 시 R1과 동일한 온도설정을 하여 인접 벽체를 통한 열전달을 최소화 하였다. 실험은 블라인드의 개방과 폐쇄시의 외기온도에 따른 에너지소비량을 분석하였으며 단파 태양복사열의 간섭이 없는 야간시간대에 12시간(18시 ~06시)동안 진행하였다. 에너지소비량 계측은 실내온도 22oC를 유지하기 위한 R1에 설치된 난방기기의 난방공 급 및 회수 배관의 온도, 공급유량을 계측하여 (식 1)에 의해 산출하였다. Qh = m Cp (Ts Tr) 여기서, Fig. 5. Photographs of measuring devices for evaluation of heating energy applicability. Qh = 난방공급열량 (kcal) m = 물의 질량 (kg) Cp = 비열(kcal/kgoC) Ts = 난방수 공급온도(oC) Tr = 난방수 회수온도(oC) 제 19 권 제 4 호 2012년

5 476 성욱주 조수 송규동 Table 3. Results on thermal performance of specimen Class. CASE1 CASE2 Air temp. of cooling chamber ( o C) Air temp. of hotbox ( o C) Fan electric power in hotbox (W) Heater electric power in hotbox (W) Specimen area(m 2 ) 4 U-factor(W/m 2 K) 난방에너지성능저감성능평가계측인자는실내외공기온도와난방기기의난방투입열량으로구성된다. Fig. 5 는난방에너지저감성능평가계측기및분석대상이중창호시스템의설치사진을나타내고있다. 3. 연구결과 3.1. 단열성능평가결과 Table 3 은블라인드내장형이중창시스템의열관류저항분석결과를나타내고있다. 내장형블라인드가완전개방상태 (CASE1) 의경우히터전력투입량이 W, 열관류율이 1.66 W/m 2 K 로나타났으며, 블라인드를내리고슬랫각도를 90 도로완전폐쇄상태 (CASE2) 에서는히터전력투입량이 W, 열관류저항은 1.51 W/m 2 K 로나타났다. 평가결과, CASE1 에비하여블라인드를완전폐쇄한 CASE2 의가열상자전력이 W 적게투입되는것을확인할수있었으며약 9.21% 단열성능이향상되는것을확인하였다. 블라인드개폐에따른전열현상을분석하기위하여열관류저항실험과함께열류방향을기준으로구간부위별온도분포를분석하였다. 부위별온도분석은블라인드의개방및폐쇄에따른열류차단영향성분석을위한것으로 Fig. 3 과같이구간별온도를측정하였다. Fig. 6 은블라인드개폐에따른부위별온도측정결과를나타내고있다. 전체시스템상에서의내 외부표면온도차 ( 내부창내표면온도 - 외부창외표면온도 ) 는블라인드개방시 o C, 블라인드폐쇄시 o C 로나타났으며내표면온도만을기준으로상대비교를했을경우블라인드폐쇄시약 3 o C 의높은온도분포를나타냈다. 블라인드적용에따른내 외부창사이의중공층온도차 ( 내부창외표면온도 - 외부창내표면온도 ) 는블라인드개방시 7.3 o C, 폐쇄시 9.3 o C 로나타났다. 또한, 블라인드자체의내 외부표면온도차는 1.1 o C 로나타났다. Fig. 6. Temperature distributions in each path of specimen. Fig. 7. Absolute temperature difference of each glazing surface(closing blind - opening blind). Fig. 7 은블라인드개방대비폐쇄시의부위별측정온도의차를절대값으로표현한것이다. 중간블라인드의개방대비폐쇄시내 외부온도차가전반적으로높게형성되며외부창대비내부창부위의온도차분포가 1~3 로상대적으로높게나타났다. 한국생활환경학회지

6 베네시안블라인드가통합된이중창호의난방기야간단열성능분석 477 Table 4. Results on heating energy applicability Operating condition OPEN CLOSE Outdoor temp.( o C) Average air temp. of R1( o C) Average air temp. of R2( o C) Quantity of heat input during 12 hours(kcal) Quantity of heat input per a hour(kcal) , , , , , , , , , , , , , , , , 난방에너지저감성능평가결과블라인드설정 ( 개방, 폐쇄 ) 에따른상대적인소비난방에너지평가를위해서각설정별외기온도가유사한 4 일의대표일을선정하였으며그결과는 Table 4 와같다. 난방에너지성능평가결과, 전반적으로브라인드폐쇄시난방기기의공급열량이개방시보다감소하는것을확인하였으며, Fig. 8 과같이동절기야간평균외기온도분포약 2~ 9 o C 범위에서약 10.55% 의난방에너지절감율을나타냈다. 4. 결론 Fig. 8. Quantity of heat input with respect to outdoor temperature. 블라인드개폐에따른중공층블라인드내장형이중창시스템의열관류율및부위별온도를분석한결과, 창호표면에서발생되는대류이외에복충유리중공층이나 2 중창시스템의내 외부창중간공기층, 또는창틀의 Cavity 의공기에서발생하는대류현상은그다지활발하지못하므로창호자체에서발생하는전열은전도및복사메카니즘이대부분을차지한다. 중공층블라인드폐쇄상태열관류율의감소및전열구간부위의온도상승현상은중공층의알루미늄재질의블라인드가공기대비높은열전도율로전도에의한전열측면에서는불리하나내부에서외부로전달되는복사열을차단하여내부창의온도를약 3 o C 높게유지시켰으며단열성능이약 9.21% 향상되었다. 추가적으로, 이중창호의중공층블라인드적용에의한창호내표면온도의향상으로인하여결로방지측면에서도유리하게작용하는결과를단열성능실험을통해확인하였다. 본연구에서는중공층에베네시안블라인드가설치된이중창호를대상으로블라인드의개방및폐쇄에따른상대적인단열성능과실험주택을통한난방에너지성능을분석하였다. 분석결과, 블라인드에의해내부에서외부로전달되는복사열을차단및반사시켜약 9.21% 의열관류율이저감되었으며, 반사된복사열에의해창호내표면온도를약 3 o C 상승시켜결로방지측면에서도유리하게작용하는것을확인하였다. 또한, 실험주택을통한동절기야간난방에너지성능에서는외기온도 2~ 9 o C 범위에서블라인드폐쇄상태가개방보다약 10.55% 의에너지를절감하는것으로나타났다. 분석결과를종합하여볼때, 주거형건물의동절기야간시간동안블라인드를폐쇄시킴으로서세대별프라이버시확보함과동시에단열성능도향상되어난방에너지절감이가능할것으로판단된다. 향후, 슬랫각도에따른단열성능및에너지성능분석과관련한보다세부적인기술자료에대한추가적인연구를통하여기존열성능예측모델에대한검증이이루어져야할것으로사료된다. 제 19 권제 4 호 2012 년

7 478 성욱주 조수 송규동 후기 본연구는 2010 년도지식경제부의재원으로한국에너지기술평가원 (KETEP) 의지원을받아수행한연구과제입니다. (No. 2010T ) 인용문헌 구혜연, 박영준, 구소영, 김지현, 여명석, 김광우. (2007). 하절기베네시안블라인드의자동제어방안에관한연구. 대한건축학회학술발표대회논문집, 김봉균, 김정태. (2006). 강블라인드의슬랫각도변화가실내빛환경특성에미치는영향. 한국생태환경건축학회학술발표대회논문집, 김정태, 신화영. (2006). Mock-up 을이용한일반창호및경사형광선반창호의채광성능에관한비교실험. 한국생태환경건축학회논문집, 9(2), 김종헌, 박철수. (2010). 슬랫각도조절이에너지절감과쾌적감에미치는영향. 한국생태환경건축학회학술발 표대회논문집, 박병철, 김유신, 정근영, 최안섭, 이정호. (2007). RADI- ANCE 소프트웨어를이용한롤러쉐이드와베니션블라인드에의한실내주광분포분석및창면글레어 (DGI) 평가. 대한건축학회학술발표대회논문집, 박상린, 박철수. (2010). 설계와제어에따른블라인드에너지성능분석. 한국생태환경건축학회학술발표대회논문집, 최경석, 손장렬. (2010). 전동블라인드내장형창호시스템적용에따른공동주택에너지성능평가연구. 설비공학논문집, 22 (7), KS F 2278 창호의단열성시험방법 ASHRAE. (2005). ASHRAE Handbook - Fundamentals ch. 31 Fenestration. 투고일 : 수정접수일 : 게재승인일 : 한국생활환경학회지

14(4) 09.fm

14(4) 09.fm J. Korean. Soc. Living. Environ. Sys. Vol. 14, No. 4, pp 343~350(2007) w y y w z 14 «4 y 2007 yw» l s p»xá ³ *w w w œw, **w w w The Property of Pressure Distribution of Hybrid Underfloor Air Distribution