[ 논문 ] 한국태양에너지학회논문집 [ 논문 ] 한국태양에너지학회논문집 Journal of the Korean Solar Energy Society Vol. 30, No. 6, 2010 ISS N 1 5 9 8-6 4 1 1 부하계산프로그램에서적용되는인천지역의시간당일사량에관한연구 유호천 *, 이선동 * * 울산대학교건축학부 (hcyoo@mail.ulsan.ac.kr),** 울산대학교건축학부대학원 (guli3651@hanmail.net) The study of the solar radiation emitted per hour in Incheon applied in load calculation programs Yoo,Ho-Chun* Lee,Seon-Dong* *SchoolofArchitecture,UniversityofUlsan(hcyoo@mail.ulsan.ac.kr), **SchoolofArchitectureGraduateSchool,UniversityofUlsan(guli3651@hanmail.net) Abstract Althoughmanyresearchesofsimulationprogramstopredictclimateunderthecurentclimatechangehavebeen performedbutmoredetailedstudiesofweatherdatewhichmightinfluencetheloadofbuildingsseem insuficient. Inthisstudy,inIncheonareanalyzedIES(IntegratedEnvironmentalSolutions)6.0,Ecotect2010,EnergyPlusv4.0's IWECfileandISO-TRY,theKoreanstandardweatherdataprovidedbytheKoreanSolarEnergySocietyfordirect normalradiationwhichisusedinloadcalculationprograms.theresultsshow thattheradiationoftheprogramsis thesameasthatofdirectnormalradiationpermonthbuthasamerediference,comparedwiththeradiationper hourandiwechasalso77.12% whencomparedwithiso-try,meaningthatitcouldafectloadvaluesofbuildings whenappliedtothem.andincaseofiso-try,itcouldbejudgedthattheapplicationoftestreferenceyearapplied bythedatameasuredhashigherreliabilitythaniwec file. Keywords: 기상자료 (Weatherdata), 표준년 (Testreferenceyear), 법선면직달일사량 (DirectNormalRadiation) 1. 서론국내에서는기온, 습도, 바람등현대기상관측을시행한것은 20 세기초 (1904 년부터 ) 시작되었고, 기후변화에따른연구가활발히진행 되고있으나국내표준년데이터를선정하는연구는미미하였다. 최근지구의이상기온의영향으로기후를예측하고자시뮬레이션프로그램에대한연구가진행되고있으나건물의부하에영향을줄수있는기상데이터요소들에 투고일자 :2010 년 11 월 2 일, 심사일자 :2010 년 11 월 11 일, 게재확정일자 :2010 년 12 월 21 일교신저자 : 유호천 (hcyoo@mail.ulsan.ac.kr) 108 한국태양에너지학회논문집 Vol. 30, No. 6, 2010
부하계산프로그램에서적용되는인천지역의시간당일사량에관한연구 / 유호천외 대한세부적인연구는미비하였다. 본연구에 서는표준년기상데이터를부하계산프로그램 (Ecotect,Eegeryplus,VirtualEnvironment) 에적용시건물부하에영향을줄수있는법 선면직달일사량에대해기초자료를제공하 는데그목적이있다. 2. 연구방법및범위 2.1 선행연구및이론적고찰 표준기상데이터는주로 TRY 와 TMY 형식 등산출형식에따른연구로분류할수있으며 G.J.Levermore(2006) 1) 는영국을중심으로 새로운 TRY 산출형식을개발하였으며 I.A. Rahman(2007) 2) 은 TRY 형식중불분명한가중계 수를상관분석을통한방법론을제시하였다. 반면 LiuYang(2007) 3) 은중국의도시들을 TMY 형식 으로산출하여도시별로비교한연구를하였다. 국외에서개발된표준기상데이터의형식은 TRY(TestReferenceYear),TMY(Typical MeteorologicalYear),WYEC(WeatherYear forenergycalculations),hasp 용표준기상 데이터등다양하게제시되고있는실정이다. (1)TRY(TestReferenceYear) 는 1975 년중 반에미국 NCDC( 미국국립기상데이터센 터 ;NationalClimaticDataCenter) 에의 해제안된형식으로건구온도, 습구온도, 노점온도, 풍향, 풍속, 기압, 상대습도, 운 량및구름종류총 9 개의기상요소로구 성되며 4) 최근의연구에서는일사량의측 1)G.J.Levermore,J.B.Parkinson,Analysesand algorithmsfornew TestReference Years and Design Summer Years for the UK, BuildingServiceEngineeringResearchandTechnology,Vol.27,No. 4,pp.311~325,2006. 2)I.A.Rahman,J.Dewsbury,Selection oftypicalweatherdata(test referenceyears)forsubang,malaysia,building andenvironment, Vol.42,Issue10,pp.3636 3641,2007. 3)LiuYanga,JosephC.Lamb,andJiapingLiua,Analysisoftypical meteorological years in diferent climates of China, Energy ConversionandManagementVol.48,Issue2,pp.654 668,2007 4) 윤종호, 건물에너지성능평가를위한표준기상자료의국내외현황, 대한설비공학회설비저널 p.7~14,2003.8. 정값을포함하고있다. 5) (2)TMY(TypicalMeteorologicalYear) 는미국 의 NCDC 와 Sandia 연구소가공동으로 1981 년 에개발한형식이 TMY 이다.TMY 는기존의 TRY 에수평면전일사와법선면직달일사의일 사량데이터를추가하여미국내 234 지역에대 한데이터를작성하였다. TMY2 의표준기상데이터는 30 년간의데이 터를통해각각의대표월을찾아 12 개월을 조합하여산정한다. 대표월의선택은 TMY 에서사용된 Sandia 방법이적용되며 6) 통계 처리될기상요소로는 TMY 의경우최대, 최소, 평균건구온도와노점온도, 최대, 평균 풍속, 수평면전일사량의총 9 개의기상항목 이며,TMY2 는 TMY 의기상항목에법선면 직달일사량을추가한 10 개의기상항목이다. (3)WYEC (Weather Year for Energy Calculations) 7) 는 1985 년미국 ASHRAE ( 미국공조냉동공학회 ) 에서개발된 WYEC 형식은기본적으로 TRY 의데이터구조 에일사량데이터가추가되어구성되며 캐나다 5 개지역을포함하여북미 51 개 지역의데이터를제공하였다. 이는에너 지계산과작동비용을계산하기위해북 미평균년도에사용되어진장기간의기온 의평균값에해당되는월을선정한다음 일부일자와시간의자료를다른해의같 은달의자료로대치하는방법으로작성 된다. 이후 ASHRAE 는 TMY2 를제작했 던 NREL 과함께 51 개의 WYEC 기상파 일및 26 개의주요 TMY 기상파일을업데 이트하여 WYEC2 를제작하였다.WYEC2 5)I.A.Rahman,J.Dewsbury(2006),Selection oftypicalweather data(testreference years)forsubang,malaysia,building and Environment,doi:10.1016/j.buidenv.2006.10.004. 6) Wiliam Marion and Ken Urban, User's Manualfor TMY2s TypicalMeteorologicalYears,NREL,1995.6. 7)G.J.Levemore,N.Doylend,BEng, North American and European Houly-hased weather data and methods for HVAC, building energy analyses and design by simulation,ashrae Transactions;,Symposia,vol.108,pp.1053~1062,2002. Journal of the Korean Solar Energy Society Vol. 30, No. 6, 2010 109
[ 논문 ] 한국태양에너지학회논문집 데이터에서는기존 WYEC 의 TRY 포맷대신 TMY2s 포맷으로변경하였으며조도관련데이터도추가로포함되었다. (4)HASP/ALCD 용표준기상데이터는일본의공기조화 위생공학회에서개발한열부하프로그램인 HASP/ACLD-8001 에적용되는표준기상데이터는 3종류의기상데이터가있다. 그중의하나는연간부하량이 10 년간의평균이되는실제의 1년으로그지방의기후를가장특징적으로대표하는대표년이며, 둘째는부하계산결과가월별로가장평균적인것만을모아서조립한인위적인 1년간의기상데이터인평균년그리고난방부하가최대가되는동계의 4 개월과냉방부하가최대가되는하계 3개월을실제기상자료중에서선정한극단계가있다. 평균년의선정에는 3가지기상요소인외기온도, 절대습도및수평면전일사량의월평균치가필요하며, 대표년과극단계는평균년선택과정에서산출된수치지표 DM 값을사용하여선정한다. 2.2 직달일사량태양으로부터복사에의한에너지를말하며자외선, 가시광선및적외선으로구성되어있으며지구의지표면에도달하는평균일사량은약 1373W/ m2이며이값은대기권을통과하면서크게감소하게된다. 지면에도달하는일사량은대지의위도,1 년중의계절, 하루중의시간에의해결정되 는태양의위치에따라변하게되는데일반 적으로일사계로측정된지역별자료를설계 에이용한다. 설계관련자료로는지역별수 평면과수직면일사량이있다. 8) 대기권내에입사하는태양빛은대기를구 성하는분자에따라흡수, 산란되어감퇴해서 지구표면위에도달되며이중지표면상에떨 어질때까지입사방향이직각인면으로입사 하여그방향이변하지않고직접도달되는성 분을직달일사랴이라고한다. 9) 대기권밖일사 량 ( ) 및직달일사대기투과율 ( ) 과입사각 ( ) 의함수로대기중을통과하는직달일사 량 ( ) 를계산하면다음의식과같다. 2.3 법선면직달일사량 (DirectRadiation) 대기권내에입사하는태양빛은대기를구성하는분자에따라흡수및산란되어감퇴해서지구표면위에도달되며, 이중지표면상에떨어질때까지입사방향이직각인면으로입사하여그방향이변하지않고직접도달되는성분을법선면직달일사량 10)11) 이라고한다. 법선면직달일사량은넓은면적에입사하는태양에너지를한곳으로모아고온의에너지를얻도록하는데사용된다. 12)13) 일본의 Watanabeet al.(1983) 공식을적용하여분석하였다. 14)15) 그림 1. 입사태양에너지의평균분포 (%) 8) 이언구의 9 인공저, 건축환경게획론, 태림문화사, 서울,1997,p.5. 9) 조덕기외 6 인, 국내직달일사량자원의평가연구, 한국태양에너지학회논문집, 제 13 권제 1 호,1993.05.p59~67. 10)LundeP.J,SolarThermalEngineering,JohnWiley & SonsNew York,1980. 11)Edward E,Anderson,Fundamentals ofsolarenergy conversion, AddisonWesley,1982. 12) 박영칠, 태양추적장치 / 집중기획 : 건축설비의자동제어기술, 대한설비공학회, 설비저널제 39 권제 3 호,2010.03.,P29~34. 13)ProceduresforSeparating DirectandDifuseInsolation on a HorizontalSurface and Prediction of Insolatioin on Tilted SurfacesWatanabe,T.,Urano,Y.andHayashi,T.(1983) 14)ProceduresforSeparating DirectandDifuseInsolationona 110 한국태양에너지학회논문집 Vol. 30, No. 6, 2010
부하계산프로그램에서적용되는인천지역의시간당일사량에관한연구 / 유호천외 sinh sinh sinh sin sinh sin 상대습도는 1998.7.21 이전은 3 시간당,1998. 7.22 이후는 1~24 시매시간당데이터로측 정된자료를적용시켜분석하였다. sinh sinh 청명도 수평면전일사량 수평면직달일사량 태양상수 태양고도 산란일사량 청명도에따른운량 청명도에따른일조량 3. 표준년기상데이터및법선면직달일사량 태양에너지는수평면전일사량과법선면직달 일사량으로구분되어사용된다. 수평면전일사량 에서우리나라는년평균으로하루에 3.58kWh/ m2의에너지를받고있으며청명 ( 淸明 ) 한날하 루에연평균 5.40kWh/ m2의직달일사에너지를 받고있다. 16) 본연구에서는프로그램에서제공하 고있는인천, 울산, 광주, 강릉등의 4 개지역중 측정데이터의확보가쉽고, 수도권이인접한인천 지역을대상으로하였으며한국태양에너지학회에 서제공하는대한민국표준기상데이터 (ISO-TRY) 를활용하여분석하였다. 3.1 표준년기상데이터 (ISO-TRY) 표준년적용시대한민국기상청 (KMA) 에 서측정된건구온도, 상대습도, 풍속, 일사량 측정데이터를 1986 년 1 월 1 일 ~ 2005 년 12 월 31 일 20 년간측정된자료를적용하였다. 표준년산정시일사및풍속은 1~24 시매 시간당데이터를적용하였으며건구온도및 HorizontalSurface and Prediction of Insolatioin on Tilted SurfacesWatanabe,T.,Urano,Y.andHayashi,T.(1983) 15)MoncefKrarti,PhD,PE,JoeHuang,DonghyunSeo,JaymeDark, ASHRAERrojectRP-1309,DevelopmentofSolarRadiationModels fortropicallocationsdraft FINALREPORT,2006.6.30.pp14. 16) 박영칠, 태양추적장치 / 집중기획 : 건축설비의자동제어기술, 대한설비공학회, 설비저널제 39 권제 3 호,2010.03.,P29~34. 그림 2. 기상청수평면전일사량데이터 표준년산정방법은 Finkelstein-schafer(FS) 통계방법을사용하였으며실측된데이터에서 12 달을산정하여가상의 1 년을대표년으로 선정하는방법으로데이터가누락된부분은 선형보간법을적용, 일사는운량을이용하여 일사량을산출하여비교분석하였다. 표 1. 인천지역직달일사량비교 (1986~2005 년적용 ) 표준년적용 (Wh/m 2 ) 월년도표준기상데이터 (ISO-TRY) 년도 EnergyPlusv4.0 Ecotect2010,VE6.0 1 1990 80,626 1996 66,840 2 1991 87,942 1987 74,857 3 2000 125,491 1993 77,347 4 1991 126,298 1992 90,039 5 1993 118,643 1997 89,567 6 1986 66,495 1983 72,930 7 1989 73,057 1995 33,984 8 2005 95,411 1982 36,022 9 1991 107,531 1991 52,135 10 2000 118,418 1996 65,272 11 2000 97,672 1989 55,327 12 2000 106,130 1994 44,926 합계 - 1,203,714-759,246 3.2 부하계산프로그램내장된직달일사량 IES (VE,Simulation weatherdata)6.0, Ecotect(Ecotect weather data worksheet) 2010,Engergy Plus(Energy Plus weather data) 의홈페이지에서제공하고있는 IWEC 파일과한국태양에너지학회의대한민국표준 기상데이터 (ISO-TRY) 를대상으로분석하였 으며단위는 Wh/m 2 로환산후비교하였다. Journal of the Korean Solar Energy Society Vol. 30, No. 6, 2010 111
[ 논문 ] 한국태양에너지학회논문집 프로그램에내장되어있는대한민국표준기상데이터 (ISO-TRY) 및 IWEC 를비교한결과년간 1,203,714Wh/m 2 와 736,561Wh/m 2 로 467,153 Wh/m 2 의차이를보여 38.8% 로법선면직달일사량이차이를보여일사량에대한데이터보완이요구되어지고있는것으로판단되어진다. 인천지역을대상으로 1년 8,760 시간을각월별로비교분석한결과 IWEC 를적용하고있는 EnergyPlusv4.0,Ecotect2010,VE6.0 에는월별일사량의합계는동일한값으로나타났으며,4 월이 90,039Wh/m 2 로최대일사량을받는것으로나타났으며월별최대오차가 56,055Wh/m 2 로 62.3% 에해당하여 6,7 월의 33,984Wh/m 2 의일사량보다 크게나타났다. 또한일일최대일사량은 9,161 Wh/m 2 로나타났다. 한국태양에너지학회에서제 공하는대한민국표준기상데이터 (ISO-TRY 방식 ) 는년간 1,203,714Wh/m 2 로 4 월이 126,298Wh/m 2 로높게나타났으며월별최대오차가 59,803 Wh/m 2 로 47.4% 에해당하며일일최대일사량은 7,674Wh/m 2 로나타나 EnergyPlusv4.0,Ecotect 2010,VE6.0 에서사용되는일사량과다소차이 가있음을알수있다. 인천지역은 365 일의일사 량중 300Wh/m 2 미만은 IWEC 가 121 일태양학회 는 30 일로차이를보이고있다. 표 2.EnergyPlusv4.0,Ecotect2010,VE6.0 프로그램에서적용되고있는인천지역의표준년기상데이터 (IWEC) 년도 1월 2월 3월 4월 5월 6월 7월 8월 9월 10 월 11 월 12 월 1996 1987 1993 1992 1997 1983 1995 1982 1991 1996 1989 1994 1 3,904 4,945 2,330 1,173 8,994 760 778 3,358 3,750 565 4,865 0 2 1,272 104 5,827 5,820 56 3,136 30 109 1,138 4 2,607 2,561 3 5,381 3,900 431 929 2,890 439 410 4,912 16 469 45 3,672 4 2,541 5,470 2,544 3,619 388 4,268 132 2,083 25 3,086 0 290 5 1 3,245 391 6,210 5,127 102 2,029 25 16 217 0 3,197 6 5,829 80 0 271 20 7,973 1,555 68 230 3 0 129 7 3,936 1,917 108 3,618 25 8,512 116 307 2,269 49 0 3,049 8 605 3,672 6,009 5 476 2,501 29 519 862 4,318 12 508 9 136 3,621 95 3,279 9,161 7,162 29 3,557 2,632 5,701 2,666 525 10 718 0 35 5 1,147 7,583 29 3,980 129 1,584 4,417 1,505 11 53 0 826 940 1,563 1,773 29 2,816 13 1,511 1,050 0 12 3,702 2,329 4,393 1,624 17 23 28 575 13 4,092 0 20 13 6,283 30 6,252 4,264 20 5,699 28 23 6,389 68 4,295 601 14 1,133 315 2 2,436 35 3,520 28 23 2,756 2,724 2,093 0 15 323 6,024 3,095 1,054 1,557 40 27 23 3,245 5,595 946 3,242 16 2,354 604 98 3,330 6,167 8,042 431 246 5,518 1,914 3,525 1,095 17 2,822 9 5,023 535 4,195 1,711 1,643 1,897 24 28 321 1,747 18 1,146 5,186 2,472 1,661 9,036 5,682 770 543 5,972 1,590 11 3,639 19 3,009 12 4,630 7,317 3,586 163 28 124 4,587 4,034 4,392 144 20 5,677 5,708 6,591 4,558 3,180 28 28 110 335 5,196 3,538 1,662 21 1,575 2,349 4,120 8 3,028 888 3,988 103 2,826 4,320 165 3,021 22 7,567 6,139 6,217 7,348 7,931 635 2,456 594 1,640 4,865 1,367 0 23 3,709 2,006 1,834 7,360 17 261 552 453 172 480 2,454 1,307 24 5,273 2,847 4 5,238 1,196 713 3,486 3,732 121 0 420 408 25 6,722 6,551 4 2,093 6,785 669 1,456 20 10 0 3,947 3,473 26 4,222 4,268 1,944 7,402 3,292 96 7,404 120 6 5,172 2,164 0 27 1,924 2,826 10 7,462 1,985 192 668 18 5 4,356 44 14 28 300 700 6,035 9 23 52 4,132 546 3,997 107 2,291 3,480 29 613-5,432 213 145 161 102 1,658 3,334 2,755 3,778 1,941 30 3-591 258 1,408 146 1,499 2,691 105 469 3,914 0 31 367-4 - 6,117-64 789-0 - 3,696 합계 83,101 74,857 77,347 90,039 89,567 33,984 33,984 36,022 52,135 65,272 55,327 44,926 112 한국태양에너지학회논문집 Vol. 30, No. 6, 2010
부하계산프로그램에서적용되는인천지역의시간당일사량에관한연구 / 유호천외 표 3. 한국태양에너지학회의인천지역의대한민국표준기상데이터 (ISO-TRY) 년도 1월 2월 3월 4월 5월 6월 7월 8월 9월 10 월 11 월 12 월 1990 1991 2000 1991 1993 1986 1989 2005 1991 2000 2000 2000 1 1,430 3,900 5,082 5,617 2,813 476 2,829 1,696 4,938 1,514 1,080 4,189 2 1,272 3,773 4,713 5,680 2,789 2,036 2,312 557 3,183 1,693 5,092 2,875 3 5,381 2,405 3,179 6,070 5,613 4,746 2,310 268 113 6,725 4,477 5,309 4 2,541 4,009 3,994 5,068 2,437 1,369 5,027 6,347 180 4,759 3,121 4,507 5 1 3,986 3,382 5,550 2,939 3,902 2,757 6,582 591 4,893 5,009 4,666 6 5,829 1,030 2,471 2,302 4,612 1,379 2,184 3,130 2,125 4,763 4,150 4,055 7 3,936 29 6,051 4,565 4,567 5,001 5,088 2,485 4,247 4,892 4,014 1,112 8 605 4,994 2,770 4,119 4,840 5,540 147 1,367 5,368 4,246 2,423 4,233 9 136 2,025 6,793 5,639 2,899 3,381 1,833 1,440 5,312 4,555 2,505 3,392 10 718 2,315 4,507 647 4,180 1,502 1,831 457 2,925 104 28 2,827 11 53 2,330 513 1,167 2,322 3,235 322 2,024 1,060 51 4,892 5,374 12 3,702 4,322 3,798 398 46 3,646 2,993 346 3,805 7,231 2,286 5,291 13 6,283 2,390 6,201 878 14 109 5,914 4,200 6,008 5,697 2,604 3,312 14 1,133 2,028 6,257 6,892 7,674 675 4,990 4,405 5,524 4,470 4,440 3,621 15 323 27 1,305 3,490 5,388 8 61 3,613 5,531 5,869 2,030 2,795 16 2,354 3,160 2,725 6,006 327 6 49 5,769 5,539 6,956 109 5,041 17 2,822 3,138 6,157 191 1,502 84 2,131 5,441 2,013 974 3,565 2,513 18 1,146 976 2,042 3,073 5,517 4,134 1,669 2,033 6,226 3,277 4,927 358 19 3,009 4,549 2,782 4,825 5,345 5,736 2,379 383 6,357 4,738 3,936 2,568 20 5,677 1,790 5,871 6,519 5,520 1,966 403 3,894 3,862 3,215 861 1,127 21 1,575 4,664 2,952 5,833 111 1,875 2,479 2,505 6,971 5,957 5,865 4,304 22 7,567 4,432 5,724 3,933 6,616 151 3,917 2,466 5,229 816 4,748 1,641 23 3,709 5,561 432 4,949 5,439 1,395 4,849 7,632 1,968 3,120 1,748 2,763 24 5,273 5,785 6,555 4,217 6,021 473 828 345 3,828 146 1,240 1,914 25 6,722 6,991 5,320 1,267 1,827 3,531 2,594 13 1,632 5,250 3,933 5,489 26 4,222 3,040 5,989 6,490 5,268 2,332 3,196 4,515 826 6,141 1,383 4,762 27 1,924 23 1,816 6,029 5,523 973 76 4,803 399 5,366 5,342 3,315 28 300 4,269 691 3,170 2,744 186 396 3,847 6,363 353 5,254 4,163 29 613-5,614 6,305 4,960 1,969 1,032 5,510 4,106 981 4,763 2,952 30 3-5,650 5,409 4,174 4,680 4,361 2,626 1,304 5,573 1,845 1,677 31 367-4,154-4,616-2,099 4,711-4,094-3,988 합계 80,626 87,941 125,490 126,298 118,643 66,496 73,056 95,410 107,533 118,419 97,670 106,133 그림 3. 대한민국표준기상데이터법선면직달일사량 그림 4.EnergyPlus,Ecotect,VE 의법선면직달일사량 Journal of the Korean Solar Energy Society Vol. 30, No. 6, 2010 113
[ 논문 ] 한국태양에너지학회논문집 이값은 EnergyPlusv4.0,Ecotect2010,VE 6.0 의 IWEC 방식은 121 일을포함하여 736,561 Wh/m 2 의일사량이나타나며대한민국표준기상데이터는 30 일을포함하여 1,203,714Wh/m 2 의일사량으로나타나오차는대한민국표준기 상데이터가더적은것으로판단할수있다. 3.3 강릉, 광주, 울산지역의일사량분석 표준기상데이터 (ISO-TRY) 및 IWEC 의자 료에대한개관적검증을위해인천지역에추 가로강릉, 광주, 울산 4 개지역을추가하여직 달일사량을지역별로살펴보면년간강릉은 263,962Wh/m 2 (20.1% 오차 ), 광주는 244,772 Wh/m 2 (21.9% 오차 ), 울산은 53,816Wh/m 2 (5.5% 오차 ) 의법선면직달일사량이차이를보여 데이터보완이요구된다. 표 4. 표준년을적용한년중 300Wh/m 2 미만의일수 IW EC 대한민국표준기상데이터 IW EC 대한민국표준기상데이터 IW EC 대한민국표준기상데이터 구분 1 월 2 월 3 월 4 월 5 월 인천 4 7 10 7 9 강릉 5 9 11 5 11 광주 1 0 0 0 0 울산 9 4 11 7 7 인천 4 3 0 1 3 강릉 2 1 1 0 0 광주 7 4 7 6 3 울산 2 3 7 8 7 구분 6 월 7 월 8 월 9 월 10 월 인천 11 15 13 14 10 강릉 11 16 12 10 8 광주 0 0 0 0 0 울산 14 14 6 11 3 인천 6 4 2 2 3 강릉 0 0 0 0 0 광주 9 10 8 7 5 울산 8 5 6 8 3 구분 11 월 12 월총일수 인천 10 11 121 일 강릉 5 5 108 일 광주 1 0 2일 울산 8 5 99 일 인천 2 0 30 일 강릉 1 1 6일 광주 5 6 77 일 울산 5 2 64 일 표 5. 강릉지역직달일사량비교 (1986~2005 년적용 ) 표준년적용 (Wh/m 2 ) 월년도표준기상데이터 (ISO-TRY) 년도 EnergyPlusv4.0 Ecotect2010,VE6.0 1 2002 72,544 1991 104,673 2 2001 83,628 1994 89,011 3 1999 108,678 1985 83,645 4 1987 148,122 1982 114,837 5 1991 179,094 1989 98,412 6 1994 152,306 1988 79,376 7 1996 131,158 1999 63,810 8 1999 99,675 1983 85,822 9 2004 103,339 1984 78,721 10 1989 96,664 1996 99,772 11 1999 70,325 1992 68,700 12 1994 64,758 1993 79,551 합계 - 1,310,292-1,046,330 표 6. 광주지역직달일사량비교 (1986~2005 년적용 ) 표준년적용 (Wh/m 2 ) 월년도표준기상데이터 (ISO-TRY) 년도 EnergyPlusv4.0 Ecotect2010,VE6.0 1 1991 67,442 1987 67,578 2 2003 71,975 1993 90,711 3 2003 97,480 1995 130,806 4 1993 130,135 1986 148,275 5 1988 140,874 1987 160,347 6 1994 92,567 1993 143,061 7 1997 83,855 1985 123,667 8 2005 75,877 1982 140,167 9 2004 100,517 1991 107,522 10 1996 114,668 1996 102,108 11 1998 79,366 1984 79,406 12 2003 64,016 1990 69,897 합계 - 1,118,772-1,363,544 표 7. 울산지역직달일사량비교 (1986~2005 년적용 ) 표준년적용 (Wh/m 2 ) 월년도표준기상데이터 (ISO-TRY) 년도 EnergyPlusv4.0 Ecotect2010,VE6.0 1 1988 78,197 1991 67,425 2 1993 77,886 1994 63,169 3 2003 73,119 1995 67,547 4 1992 80,853 1986 94,283 5 1994 76,994 1986 91,811 6 2000 56,602 1994 60,786 7 1997 65,381 1983 43,407 8 1997 90,843 1997 105,094 9 1999 82,164 1991 62,127 10 1994 113,181 1991 93,324 11 2000 107,543 1987 90,382 12 1994 77,129 1990 86,723 합계 - 979,894-926,078 114 한국태양에너지학회논문집 Vol. 30, No. 6, 2010
부하계산프로그램에서적용되는인천지역의시간당일사량에관한연구 / 유호천외 4. 표준년을적용한시간당법선면직달일사량 4.1 월별법선면직달일사량 대한민국표준기상데이터와 Energy Plus v4.0,ecotect2010,ve 6.0 의 IWEC 의표준 년이적용된시기가각각다르게분포하고있 으나 9 월의경우는 1991 년으로같은년도를 적용하고있으며, 대한민국표준기상데이터 의경우 107,531.17Wh/m 2 의일사량값을나 타내며 EnergyPlusv4.0,Ecotect2010,VE 6.0 의 IWEC 의경우 36,022.00Wh/m 2 로편 차가 71,509.17Wh/m 2 로나타났다. 민국표준기상데이터는 6,283.44Wh/m 2 로나타났으며,Energy Plusv4.0,Ecotect2010, VE 6.0 의 IWEC 방식의경우 31.0Wh/m 2 로나타나 6,252.44Wh/m 2 로편차가큰것으로나타났으며시간별로비교해보면 12 시정오시간대가 777.25Wh/m 2 의편차를보여대한민국표준기상데이터보다 EnergyPlusv4.0, Ecotect2010,VE 6.0 의 IWEC 방식이외부의환경적인요소에영향을받은것으로판단할수있겠다. 그림 6. 인천지역의 1 월 03 일법선면직달일사량비교 그림 5.1991 년 9 월법선면직달일사량표준년비교 대한민국표준기상데이터의경우대한민국기상청 (KMA) 에서 1986~2995 년의실측된자료를근거로하여표준년을산출하고부하계산프로그램에적용하고있으나 Energy Plusv4.0,Ecotect2010,VE 6.0 의 IWEC 방식의경우프로그램에서명확한근거자료가불충분하여대한민국표준기상데이터가신뢰성이높다고판단되어진다. 4.2 일별법선면직달일사량년 365 일의일일일사량을대한민국표준기상데이터와 EnergyPlusv4.0,Ecotect2010, VE6.0 의 IWEC 를비교해보면 1월 13 일대한 그림 7. 인천지역의 1 월 24 일법선면직달일사량비교 비교적일사량의편차가적은 1 월 24 일을 살펴보면대한민국표준기상데이터의경우 5,273.41Wh/m 2 로나타났으며,EnergyPlus v4.0,ecotect2010,ve 6.0 의 IWEC 방식의경우 4,837.0Wh/m 2 로나타나 436.41Wh/m 2 Journal of the Korean Solar Energy Society Vol. 30, No. 6, 2010 115
[ 논문 ] 한국태양에너지학회논문집 의편차를보였으나그래프의양상은유사한 것으로나타났다. 한국태양에너지학회에서제공하는대한민 국표준기상데이터 (ISO-TR) 와 Ecotect2010, VE6.0,EnergyPlusv4.0, 의 IWEC 방식을 일 24 시간일사량을비교하기위하여 1 월 24 일을분석해본결과최대편차가 09 시가 375.50 Wh/m 2 로나타났으나대한민국표준기상데이터 의일사량보다 Ecotect2010,VE6.0,EnergyPlus v4.0 의 IWEC 의편차가크게나타났으며그중 5 월 14 일의경우는 17 시가 1,006.92Wh/m 2 로 일사량의차이가큰것으로나타나대한민국 표준기상데이터가 EnergyPlusv4.0,Ecotect 2010,VE 6.0 의 IWEC 방식보다시간별일사 량이좀더신뢰성을가질수있을것으로판 단되어진다. 표 8. 인천지역 1 월 24 일 24 시간법선면직달일사비교 표준년법선면직달일사량비교 시간 표준기상데이터 (ISO-TRY) EnergyPlusv4.0 (Ecotect2010) V E 6.0 (IWEC) 6 0.00 0.00 0.00 7 0.00 0.00 0.00 8 71.71 0.00 31.00 9 437.30 62.00 230.50 10 638.53 399.00 494.00 11 672.62 589.00 678.50 12 721.21 768.00 790.50 13 750.36 813.00 806.50 14 689.41 800.00 760.00 15 638.10 720.00 587.50 16 502.90 455.00 343.00 17 151.29 231.00 115.50 18 0.00 0.00 0.00 19 0.00 0.00 0.00 20 0.00 0.00 0.00 합계 5,273.41 4,837.00 4,837.00 일 EnergyPlusv4.0,Ecotect2010,VE 6.0 의 IWEC 방식의경우 1 월 24 일의일일일사량 값은 4,837.00Wh/m 2 로동일한값을가지나시 간별로분석해보면 168.50Wh/m 2 의미미한값 의차이를보이나시간대별로건물의부하를 산정하는 Ecotect2010,VE 6.0,EnergyPlus v4.0 의프로그램외에부하산정프로그램에서는일사량값에따라부하값에영향을줄것으로판단되어진다. 5. 결론본연구는프로그램에사용되어지고있는법선면직달일사량에대해 IES (Integrated EnvironmentalSolutions)6.0,Ecotect2010, EnergyPlusv4.0 의 IWEC 파일과한국태양에너지학회에서제공하는대한민국표준기상데이터를대상으로인천지역을분석하였다. 첫째,Ecotect2010,EnergyPlusv4.0,IES (Integrated EnvironmentalSolutions)6.0 의홈페이지에서제공하는인천지역의 IWEC 방식의경우시간별일사량의차이로건물부하값에영향을줄수있다고판단되어향후보완된연구가필요하다. 둘째, 한국태양에너지학회에서제공하는한국표준기상데이터 (ISO-TRY 방식 ) 에서는년중최고 7,674Wh/m2, 평균 3,297Wh/m2 로나타난반면 EnergyPlus 홈페이지에서제공하는 IWEC 방식의경우는최고 9,951Wh/m2, 평균 3,417Wh/m2 로나타나고있어한국태양에너지학회제공하는표준기상데이터가신뢰도좋으나향후일사량에대한지속적인연구가필요하다판단된다. 셋째,Ecotect2010,EnergyPlusv4.0,IES (IntegratedEnvironmentalSolutions)6.0 프로그램에내장된 IWEC 방식에서의일사량은운량과일조시간을근거로하여제작된반면한국태양에너지학회에서제공하고있는대한민국표준기상데이터의경우현장측정된데이터에 Watanabeetal.(1983) 공식을적용하여제공하고있다. 현재적용되고있는대한민국표준기상데이터의경우 ISO-TRY 방식을채택하고있으나향후선진각국에서채택하고있는방식으 116 한국태양에너지학회논문집 Vol. 30, No. 6, 2010
부하계산프로그램에서적용되는인천지역의시간당일사량에관한연구 / 유호천외 로도작성하여서로상호간의비교분석이필요하다. 이러한노력이명실상부한표준년기상자료가될수있을것으로본다. 또한건물에너지전문가들이대한민국표준기상데이터를사용하고문제점을지적하고지속적인보완이이루워져야하겠다. 후 기 본연구는 2010 년도정부 ( 교육과학기술부 ) 의재원으로한국연구재단의지원을받아수 행된연구임.(No.20100016982) 참고문헌 1. 유호천외, 서울지역의표준기상데이터산출방법론비교, 한국태양에너지학회논문집,28(2),pp.10-18,2008. 2. 유호천외, 건축물성능평가프로그램의표준기상데이터비교연구, 한국생태학회하계학술발표대회,pp.153-156,2008. 3. 유호천외, 건물에너지성능평가용서울 울산표준기상데이터에관한연구, 한국건축환경설비학회논문집,1(1),pp.23-29, 2007. 4. 유호천외, 표준기상데이터형식분석및 TRY 가중치적용, 한국태양에너지학회논문집,27(4),pp.157-165,2007. 5.MoncefKrarti,PhD,PE,JoeHuang, Donghyun Seo,Jayme Dark,ASHRAE RrojectRP-1309,DevelopmentofSolar RadiationModelsforTropicalLocations DRAFTFINALREPORT,2006.6.30.pp14. 6.ProceduresforSeparating Directand DifuseInsolationonaHorizontalSurface and Prediction ofinsolatioin on Tilted Surfaces Watanabe,T,Urano,Y.and Hayashi,T.1983. Journal of the Korean Solar Energy Society Vol. 30, No. 6, 2010 117