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Journal of the Korean Solar Energy Society Vol. **, No. **, 2016

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Journal of the Korean Solar Energy Society

Vol.**, No.**, pp.**-**, *** 2017

https://doi.org/10.7836/kses.2017.**.**.**

pISSN : 1598-6411

eISSN : 2508-3562

OPEN ACCESS

Journal of the Korean Solar Energy Society Vol. **, No. **, 2016

에너지절약형 건축설계를 위한 기후설계 도구 개발

진달래* ･ 김미래**† ･ 개나리***

***해운대대학교 건축학과, 박사과정
***단군대학교 기계공학과, 석사과정
***낙농대학교 기계공학과, 교수

The Development of the Climatic Design Tool for Energy Efficient Building Design

Jin Dal-Rae* ･ Kim Mi-Rae**† ･ Gae Na-Ri***

***Department of Architecture Engineering, Haeundae University, Ph.D. Candidate
***Department of Mechanical Engineering, DanKoon University, MS Candidate
***Department of Mechanical Engineering, Naknong University, Professor

†Corresponding author: kimmirae@dankoon.ac.kr

Abstract

It is essential to know climatic characteristics of the site for energy efficient building design. However, it is difficult to obtain a climate data. Even if the climate data is obtained, it is difficult to be applied to the building design since it is usually consisted of just series of numbers........

제목, 저자, 소속, 텍스트, 키워드 및 해당 저자를 포함한 정보는 첫 페이지에 입력해야합니다.

Also, designers cannot know the effective climatic design strategies suitable for the site with ease. Thus, this study aims to develope the climatic design tool working on the personal computer operated by windows 95/98/2000. WYEC weather data and building bioclimatic chart are adopted for the climate analysis.

Keywords: 건물생체기후도(Building bioclimatic chart), 기후설계(Climatic design), 컴퓨터 프로그램(Computer program), 에너지절약(Energy conservation)

기호설명

T	: 건구온도 (℃)

Twb	: 습구온도 (℃)

Temp	: 직전 건구온도 (℃)

그리스 문자

Journal of the Korean Solar Energy Society Vol. **, No. **, 2016

한국태양에너지학회 논문집

Journal of the Korean Solar Energy Society Vol. **, No. **, 2016

에너지절약형 건축설계를 위한 기후설계 도구 개발 _ 진달래  외

ρ : 밀도 [kg/m3]

상첨자

* : 무차원 변수

하첨자

∞ : 파이프로의 유입냉매

1. 서 론

1995년 기준 국내에서는 총 121,850천TOE의 최종에너지가 소비되었으며, 이 중 29,339천TOE가 건물에서 소비되었다. 이는 총 최종에너지 소비량의 24%를 차지하는 막대한 양이며, 국내의 에너지 수입 의존도가 96.79%에 달하는 점을 감안할 때 건물에서의 에너지 절약은 매우 중요한 과제이다.  건물 에너지 절약을 위해서는 에너지절약형 건축․설비설계 및 운전시의 효율 향상이 필요하다.  이 중 특히 에너지절약형 건축설계의 경우 ...... 에너지 성능을 결정한다는 점에서 가장 우선적이고 필수적으로 고려되어야 할 사항이다.

에너지절약형 건축설계를 위해서는 우선 건물이 위치할 지역의 기후특성 파악이 필수적이다.  왜냐하면 ...... 이루어지지 못하고 있는 실정이다.

따라서 본 연구에서는 표준 기후데이터 및 건물생체기후도(building bioclimatic chart)를 이용, 설계자로 하여금 손쉽게 국내 주요 도시의 기후특성을 파악, 분석할 수 있고, 또한 이를 통해 에너지절약형 건축설계 기술의 적용 우선순위를 알 수 있게 하는 도구(컴퓨터 프로그램)를 개발함으로써, 효과적 기후설계를 가능하게 하고자 하였다.

2. 기후설계 도구개발을 위한 예비적 고찰

기후설계 도구 개발을 위해 표준 기후데이터와 건물생체기후도에 관해 고찰하였으며, 각 내용은 다음과 같다.

2.1 표준 기후데이터

동일 지역이라 하더라도 기후는 매년 달라지므로 해당 지역의 기후특성을 대표하기 위해서는 다년간의 기후데이터에 대한 통계처리가 필요하게 된다.  ...... 통계처리 방식에 따라 TRY, TMY, WYEC, CTZ 등 여러가지 형식이 있을 수 있다.

이외에도 여러 가지 다른 형식이 있을 수 있으며 주로 미국 주도의 형식이 이용되고 있다.

Group WX-4, DOE-2 Reference Manual Part 2 Version 2.1, U.S. Department of Energy, 1980.5, pp.VIII.1~VIII.2.

표준 기후데이터는 기간부하 계산시 입력자료로 많이 사용되며, 미국의 경우 60개 도시에 대한 TRY, 234개 도시에 대한 TMY, 44개 도시에 대한 WYEC 기후데이터가 확보되어 있다.  일본의 경우 HASP(일본에서 개발된 기간부하 계산용 프로그램)용 표준 기후데이터로서 25개 도시에 대한 평균년 기후데이터가 확보되어 있다.  국내의 경우에는 1989년에 공기조화냉동공학회에서 서울지역의 표준 기후데이터를 선정한 바 있으며 현재는 13개 도시에 대한 WYEC 및 HASP용 평균년 기후데이터가 확보되어 있다. 보다 정확한 기후설계를 위해서는 실제 건물이 위치할 대지의 미기후(microclimate) 데이터를 적용하는 것이 ......  충분히 유효한 정보를 제공해 줄 수 있을 것으로 판단된다.

공기조화냉동공학회, 건물의 공조부하계산용 표준 전산프로그램 개발 및 기상자료의 표준화 연구에 관한 최종보고서, 통상산업부, 1996.9, p.118.

획득이 가능하다면 미기후데이터를 적용하는 것도 가능하며, 소프트웨어내 기후파일 변환 기능을 이용하여 변환할 수 있다.

2.2 건물생체기후도

건물생체기후도란 인체가 느끼는 생체기후적 요구에 의거하여, 특정 기후조건에 대해 인체를 쾌적한 상태로 만들어주기 위해 필요한 건축설계 기술(이후 기후설계 지침)들의 죤을 습공기선도 상에 표시하고, 기후데이터를 plotting 하여 쓸 수 있게 만든 차트이다(Fig 1 참조).  사용법을 예를 들어 설명하면, 만약 기후조건이 Fig. 1의 점에 ...... 있다.

건물생체기후도를 ...... 기후특성 및 기후설계 지침의 적용 우선순위를 파악할 수 있다.

Fig. 1 Schematic diagram of a solar hybrid CO2 heat pump system

(1) 기존 연구

기후특성을 표현, 분석하고 기후설계 지침의 적용 우선순위를 파악하기 위한 연구는 Victor Olgyay의 연구가 최초라고 할 수 있다. 이 연구는 생체기후도(bioclimatic chart)를 이용, 기후특성과 기후설계 지침을 도식화하여 표현한 최초의 연구라고 할 수 있다.  생체기후도는 이후 여러 연구자들에 의해 수정, 보완되었으며 지금도 활용되고 있다.

Baruch Givoni는 생체기후도의 단점을 보완, 습공기선도 상에 기후특성과 기후설계 지침을 도식화하여 표현한 건물생체기후도를 제안하여 설계자가 보다 손쉽게 이용할 수 있게 하였다.  이후 건물생체기후도는 ...... 하였다.

(2) 기후설계 지침의 분류체계

기존 연구들에 대한 고찰 결과 나타난 기후설계 지침의 분류체계는 Table 3과 같다.  분류체계들 중 건물생체기후도를 이용하는 경우(Table 3의 번호 2~6 참조)에는 각 세부 지침들에 있어 큰 차이는 없는 것으로 판단된다.  ...... 하였다.

(1)

3. 기후설계 도구 개발

이상의 자료를 바탕으로 기후특성 파악, 분석 및 기후설계 ...... 다음과 같다.

3.1 표준 기후데이터 처리

(1) 원 자료

건물생체기후도를 이용한 년간 시간별(8760시간) 분석이 가능하게 하기 위해, 기존 연구를 통해 작성된 국내 13개 도시(인천, 서울, 강릉, 대전, 청주, 전주, 광주, 목포, 대구, 포항, 진주, 부산, 제주)의  ......  Table 1은 WYEC 기후데이터 파일의 내용을 나타낸 것이다.

Table 1 Properties of materials

Category

Materials

Thermal conductivity

(W/m℃)

Density

(㎏/m3)

Specific heat

(J/㎏℃)

Existing wall structure of test cell

Wood

0.12

700

1,880

EPS board

0.031

40

1,470

Glass wool

0.029

43

1,220

Steel stud

50

7,800

450

Prefabricated steel wall panel for radiant heating and cooling

Gypsum board

0.18

600

1,000

Pipe

0.041

60

1,800

Sealant

0.35

20

840

Steel

50

7,800

450

Pipe

PB

0.387

930

2,093

Water

-

1,000

4,200

(2) 원 자료의 변환 및 처리

Table 1과 같은 WYEC 기후데이터의 총 30개 기후 요소 중 7개 요소(건 ․ 습구온도, 풍향, 풍속, 기압, 운량, 일사량)를 추출하여 단위를 일부 변환하였으며, 추출된 기후요소를 가지고 4개 기후요소(절대습도, 수증기분압, 상대습도, 비체적)를 계산하여 사용하였다.

이상과 같이 개발된 기후설계 도구를 이용하여, 기후특성 반영에 의한 효과적 건축설계, 즉 기후설계를 하기 위해 요구되는 프로세스를 요약 정리하면 ...... 같다.

Fig. 2 Schematic diagram of a solar hybrid CO2 heat pump system

5. 결   론

표준 기후데이터와 건물생체기후도를 이용, 설계자로 하여금 국내 주요 도시의 기후특성을 파악, 분석하고, 기후설계....알 수 있게 하는 컴퓨터 프로그램을 개발함으로써, 효과적 기후설계를 가능하게 하고자 한 본 연구의 결론은 다음과 같다.

(1) 표준 기후데이터에   대한 조사 결과, 국내의 경우 13개 도시에 대한 ......  경우 데이터 포맷이 동일하며 본 연구에서는 국내 및 미국내 도시의 기후분석이 가능하도록 WYEC 기후데이터를 적용하였다.

(2) 건물생체기후도에 대한 조사 결과, 기후설계 지침의 분류체계는 연구자별로 조금씩 다르나 큰 차이는 없고 ...... 본 연구에서는 이를 적용하였다.

(3) Fig. 2와 같이 자연형 기후설계 자료 및 추가기능을 제공하는 컴퓨터 프로그램을 개발하였다.  또한 ...... 이를 이용한 기후설계시 요구되는 프로세스를 제시하였다.

(4) 본 컴퓨터 프로그램의 경우 WYEC 혹은 TRY 형식의 표준 기후데이터 파일만 있으면 전 세계 어느 ...... 기대된다.  또한 학부 및 대학원 강의의 보조자료로 활용이 기대된다.

후    기

본 연구는 에너지관리공단의 연구비지원으로 수행되었음(과제번호: R0001-21-1234 5).

REFERENCES

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3. Yoon, J. I., Son, C. H., Ye, B. H., Heo, J. H., Kim, H. J., and Lee, H. S., Performance Characteristics of a Mixed Refrigerant OTEC Power Cycle Using Hot Waste Water, Journal of the Korea Society for Power system Engineering, Vol. 17, No. 8, pp. 103-108, 2013.

4. Hunga, T. C., Wanga, S. K., Kuob, C. H., Peic, B. S., and Tsaid, K. F., A study of organic working fluids on system efficiency of an ORC using low-grade energy sources, Journal of the Korea Society for Power system Engineering, Vol. 35, No. 3, pp. 1403-1411, 2013.

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6. Aspen HYSYS. Version 8.0, Aspen Technology Inc, 2014.

논문분류

Title: Font, 나눔고딕; Size, 19.5;
Style, Bold; 왼쪽 정렬;

스타일(국문제목)

Authors: Font, 나눔고딕; Size, 9;
Style, Bold; 왼쪽 정렬;

스타일(국문저자) - †교신저자표시

Affiliations:  Font, 나눔고딕; Size, 8;
왼쪽 정렬;

스타일(소속) - 각 소속 *표시 정렬

Title: Font, 나눔고딕 ExtraBold; Size, 17;
왼쪽 정렬;

스타일(영문제목) - 모든 단어의 첫 글자는
대문자

Authors: Font, 나눔고딕; Size, 9;
Style, Bold; 왼쪽 정렬;

스타일(영문저자) - †교신저자표시

Affiliations:  Font, 나눔고딕; Size, 8;
왼쪽 정렬;

스타일(소속) - 각 소속 *표시 정렬

Corresponding author:  Font, Times New Roman;
Size, 8.5; 왼쪽 정렬;

†교신저자 mailing address

Abstract: Font, 나눔고딕 ; Style, Bold; Size, 13

Text: Font, Times New Roman; Size, 10

Keywords: Font, 나눔명조(Times New Roman);
Size, 10; 양쪽 정렬;

국,영문 혼영으로 사용

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그리스 문자: Font, 나눔고딕; Size, 12;
Style, Bold;

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문자설명: Font, 나눔명조; Size, 11; 양쪽 정렬;

수식 Size 10pt, 기호설명은 필수 아님

상첨자: Font, 나눔고딕; Size, 12; Style, Bold;

스타일(대제목)

첨자설명: Font, 나눔명조; Size, 11; 양쪽 정렬;

수식 Size 10pt, 기호설명은 필수 아님

하첨자: Font, 나눔고딕; Size, 12; Style, Bold;

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첨자설명: Font, 나눔명조; Size, 11; 양쪽 정렬;

수식 Size 10pt, 기호설명은 필수 아님

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본문내용: Font, 나눔명조; Size, 11;

*본문 적용내용

수식 Size 10pt  / 단위 띄우기 / ℃, ％ 붙이기 / 국문괄호 붙이기, 영문괄호 띄우기

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특히, 하지만, 또한, - 컴마 삭제

( )을, 를 ; ( )와, 과 ; Fig. 3은, 는 - 확인

단위, ℃, ％ - 조사(보다) 붙이기, 명사(정도, 미만, 이내) 띄우기

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각주내용(하단): Font, 국문(나눔명조),
영문(Times New Roman) ; Size, 9;

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