허지운
(Ji Un Her)
1
서장후
(Jang Hoo Seo)
2
김용성
(Yong Seong Kim)
1
이행우
(Heang Woo Lee)
1†
-
국민대학교 테크노디자인전문대학원
(Graduate School of Techno Design, Kookmin University, 77 Jeongneung-ro, Seongbuk-gu,
Seoul, 02707, Korea)
-
국민대학교 건축대학
(School of Architecture, Kookmin University, 77 Jeongneung-ro, Seongbuk-gu, Seoul,
02707, Korea)
Copyright © 2016, Society of Air-Conditioning and Refrigeration Engineers of Korea
Key words
에어캡(Aircap), 롤링타입(Rolling type), 탈부착형(Detachable type), 성능평가(Performance evaluation), 에너지저감(Energy saving)
1. 서론
2014년 국토교통부에서 발표한 건축물관리시스템(BEMS) 산업 기술동향 조사 및 활성화 방안연구
(1)에 따르면 건물부분의 에너지 소비량은 전체 에너지 소비량의 약 21%로 높게 나타나고 있으며, 건물부문의 에너지 소비량은 지속적으로 증가하고 있는
추세이다. 이러한 건물부문의 높은 에너지 소비는 단열성능이 취약한 건물의 외피와 밀접한 연관성을 가지고 있으며, 특히 건물외피 중 창호는 2012년
국토교통부가 발표한 건축물에너지 절약을 위한 창호설계 가이드라인
(2)에서 보고된 자료에 의하면 일반벽체에 비하여 6~7배 이상의 열손실이 발생하며, 이에 따라서 창호의 단열성능 개선을 위한 다양한 기술개발과 연구는
지속적으로 증가하고 있다. 그러나 최근에 이루어진 창호부문의 성능을 개선하기 위한 고성능 창호, 이중외피 및 PCM 내장 창호 등은 건물에너지 저감에는
효율적이나 초기 구축비용과 기축 건물에 적용하기는 제한적이다.
에어캡은 최초 완충 포장재의 용도로 개발되었으나, 최근에는 단열성능이 입증되어 건물의 단열성능을 높이는 소재로 연구가 진행되고 있다. 그러나 에어캡
관련 선행 연구는 에어캡을 부착시 창호 전면에 부착함에 따라서 창호의 단열 성능개선에는 유리할 수 있으나 조망권 훼손과 자연광의 유입을 차단하여 실내
조명에너지를 증가시키는 문제를 가진다. 또한, 에어캡 관련 선행 연구는 에어캡의 부착시 물 또는 비닐형 양면테이프를 사용함에 따라서 탈부착의 불편함
및 탈착된 에어캡의 보관 등의 문제가 발생된다.
이에 본 연구는 창호에 에어캡을 손쉽게 탈부착 가능하며, 롤링을 통하여 창호에 부착되는 에어캡의 면적을 조정할 수 있는 롤링을 통한 창호부착형 에어캡
모듈을 개발한다. 이후 실스케일의 테스트베드를 기반으로 조명 및 냉난방에너지 저감 성능평가를 실시함으로써 그 유효성 검증을 목적으로 한다.
1.1 에어캡 개념 및 연구동향
에어캡은 포장을 위한 용도로 두 장의 폴리에틸렌 필름을 포개어 그 사이 규칙적인 공기층이 만들어진 형태로 미국의 Sealed Air Corperation
(3) 회사에서 개발한 제품이다. 최근 에어캡은 완충포장을 위한 용도 이외에도 창호의 유리면에 부착하여 창호의 단열성능 개선을 위한 재료로 활용되고 있다.
에어캡의 규격은
Table 1에서 나타나듯이 다양하게 나타나고 있으며, 본 연구는 일반적으로 구매가 가능한 지름 10 mm의 원형 공기층의 타입 2를 적용하여 성능평가를 진행하였다.
Table 1. Size and structure of aircap
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Type
|
D
(Diameter of Air Layer)
|
t
(Thickness of Coating Layer)
|
Cross-section of Aircap
|
|
1
|
10 mm
|
0.2 mm
|
|
|
2
|
0.3 mm
|
|
3
|
20 mm
|
0.6 mm
|
|
4
|
30 mm
|
창호에 부착되어 단열성능을 개선하는 에어캡 관련 선행연구는
Table 2와 같으며, 선행연구 고찰결과는 에어캡을 창호에 부착시 기밀성 및 단열성능을 확보하기 위하여 창호의 유리면 또는 프레임 전면에 부착하고 있다. 이는
창호가 가지는 고유한 기능인 조망권 훼손을 야기하며, 나아가 유입되는 자연광량을 저하시켜 실내의 조도저하 및 조명에너지 사용량을 증가시키는 문제가
발생할 수 있다.
Table 2. Advance research of light-shelf
|
Title of Study
(Year)
|
Aircap Attachment Position
|
Aircap Attachment Method
|
Consideration of the Prospect Right of Window
|
|
A Comparative Evaluation on the Thermal Insulation Performance of Windows according
to the Temporary Improvement Method.(4) (2015)
|
Frame, glass surface
|
Attach it to the front surface of window
|
×
|
|
Thermal Performance Evaluation of the Window Systems with Air-bubble Sheets(5) (2015)
|
Glass surface
|
Attach it to the front surface of window
|
×
|
|
Comparative Evaluation of Thermal Insulation and Solar Heat Gain in Bubble Wrap attached
Window(6) (2016)
|
Glass surface
|
Attach it to the front surface of window
|
×
|
|
Development of detachable air-cap module for improving the performance of windows(7) (2017)
|
Frame, glass surface
|
Attach it to the front surface of window
|
×
|
1.2 실내 적정온도 및 조도
본 연구는 롤링을 통한 창호부착형 에어캡 모듈의 성능평가를 진행하기 위하여 관련연구
(8)를 근거하였으며,
Table 3에서 나타나듯이 국내외 적용되고 있는 실내외 적정 온도 기준에 대하여 고찰하였다. 각국에서 제시하는 실내 권장 온도기준은 상이하게 나타나고 있으나
온도 범위는 유사하게 나타나고 있으며, 이에 따라서 본 연구에서는 국제적인 표준화 기구인 ISO 기준
(9)에 근거하여 실내 적정 온도를 하지 및 동지에 대하여 각각 26℃, 20℃로 설정하여 성능평가를 진행하였다.
Table 3. Thermal environment standards of various countries
|
Proper Indoor Temperature Standard(Country)
|
Summer
|
Winter
|
|
ANSI/ASHRAE Standard 55-2013(USA)
|
23.0~26.0
|
20.0~23.5
|
|
ISO Standard(Europe)
|
23.0~26.0
|
20.0~24.0
|
|
Korea Energy Agency(Republic of Korea)
|
26.0~28.0
|
18.0~20.0
|
또한, 본 연구의 성능평가는 에어캡을 창호에 부착시 유입되는 자연광량의 감소로 인하여 추가적인 조명제어가 요구될 수 있다는 것을 착안하여 실내 적정조도를
유지하기 위한 조명에너지 사용량을 도출하였다. 이에 본 연구는
Table 4에서 나타나듯이 실내의 적정 조도기준을 고찰하였으며, 이후 성능평가시의 적정 조도 기준 및 조명제어를 위한 조도기준은 일반휘도 대비 시작업의 표준조도인
400 lx로 설정하여 진행하였다.
Table 4. Standard illuminance of KS A 3011
|
Type of Activity
|
Scope(lx)
|
|
Minimum Allowed Illumination
|
Standard Allowed Illumination
|
Maximum Allowed Illumination
|
|
Visual Performance According to the Degree of High-brightness
|
150
|
200
|
300
|
|
Visual Performance According to the Degree of General-brightness
|
300
|
400
|
600
|
|
Visual Performance According to the Degree of Low-brightness
|
600
|
1,000
|
1,500
|
2. 연구방법
2.1 롤링을 통한 창호부착형 에어캡 모듈 제안
본 연구에서 제안하는 롤링을 통한 창호부착형 에어캡 모듈은
Fig. 1에서 나타나듯이 에어캡을 롤링하여 말아 올릴 수 있도록 하였으며, 필요에 따라서 창호에 에어캡이 부착되는 범위를 설정할 수 있게 함으로써 에어캡을
창호에 부착시 발생하는 조망권 훼손의 문제를 개선 가능하도록 하였다. 그러나 에어캡이 적용되는 면적의 감소는 창호의 단열성능을 저하시켜 건물에너지를
증가시킬 수 있으며, 이를 보안하기 위하여 본 연구는 다음의 내용을 추가적으로 제시한다. 첫 번째, 본 연구의 롤링을 통한 창호부착형 에어캡 모듈은
창호의 프레임에 부착되도록 하였으며, 이는 에어캡이 창호의 프레임에 부착시 창호의 단열성능 개선률이 가장 높다는 선행 연구결과
(4)를 근거하였다. 두 번째, 에어캡과 창호의 프레임 부착은 벨크로테이프과 단열 양면테이프로 2중 처리하여 창호의 단열성능 개선 및 에어캡이 손쉽게 탈부착
가능하도록 제안하였다. 또한, 롤링을 통한 창호부착형 에어캡 모듈의 하단부는 단열처리된 알루미늄 소재를 부착하여 재실자가 손쉽게 에어캡을 말아 올릴
수 있도록 하였다. 세 번째, 롤링을 통한 창호부착형 에어캡 모듈은 창호의 프레임에 부착됨에 따라서 에어캡과 창호의 유리면이 이격되어 창호의 단열성능
개선에 부적합할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 연구는 에어캡과 창호의 유리면 사이에 단열바를 두어 이격이 발생하지 않도록 하였다. 단열바는
알루미늄 소재로 내부에 단열재의 일종인 아이소핑크를 삽입하여 단열 및 기밀의 역할이 가능하도록 하였으며, 단열바의 양쪽 끝은 스프링을 두어 창호에
견착 및 고정이 용이하게 하였다.
Fig. 1. Concept of the aircap module attached to the window through rolling.
본 연구에서는 롤링을 통한 창호부착형 에어캡모듈을 테스트베드에 설치하여 성능평가를 진행하였으며, 설치되는 과정은
Table 5와 같다.
Table 5. Installation process of the aircap module attached to the window through rolling
|
Picture of Window
(the Insulation Tape is Attached)
|
Attachment of Velcro Tape
|
Attach Velcro Tape to the Aircap
|
|
|
|
|
|
Attach the Aircap to the
Front Surface of Window
|
Aircap Rolling and
Insulating Bar Installation
|
Store the Aircap
|
|
|
|
|
2.2 성능평가 환경설정
본 연구는 롤링을 통한 창호부착형 에어캡 모듈의 성능평가를 위하여
Table 6에서 나타나듯이 실스케일의 테스트베드를 구축하였으며, 테스트베드는 폭 4.9 m, 높이 2.5 m, 깊이 6.6 m의 크기이다. 성능평가를 위하여
에어캡이 부착되는 창호의 크기는 폭 2.2 m, 높이 1.8 m이며, 창호의 크기는 국토교통부에서 발표한 창호 설계 가이드라인
(2)에서 제시하는 창면적비 40%를 근거하여 조정한 결과이다. 본 연구는 성능평가를 위한 외부환경 조성을 위하여 창호의 외측부에 인공기후 챔버를 구축하였으며,
실외의 온도를 -20℃에서 40℃로 설정가능하게 하였다. 단, 본 연구의 성능평가를 위한 외부온도 설정은 동지 및 하지에 대하여 관련연구
(10)를 근거하여 -11.3℃, 36.5℃로 설정하였다. 또한, 인공기후챔버는 인공광원의 높이, 각도, 광량의 조정이 가능한 인공태양광 조사장치를 설치하여
다양한 외부환경 조성이 가능하도록 하였다. 본 연구에서의 인공태양광 조사장치는 측정균일도 관련 A등급으로 유효한 성능평가 결과를 얻을 수 있으며,
인공광원은 실제 태양과는 차이를 보일 수 있으나 성능평가 간 동일한 환경 조성에 용이하여 본 연구는 인공환경에 기인한 성능평가를 진행하였다. 단,
인공태양광 조사장치의 기기적 특성으로 인하여 정남향에 대하여만 성능평가를 진행하였다. 또한, 본 연구는 냉난방기기가 사용되는 동지 및 하지로 국한하여
성능평가를 진행하였으며, 동지 및 하지에 대한 외부조도는
Table 7에서 나타나듯이 관련 연구
(10)를 근거하여 설정하였다. 단, 본 연구에서 설정된 일사량은 인공태양광 조사장치에 의하여 측정되는 값으로 실제 환경조건에 대비하여 낮게 나타나고 있다.
또한, 본 연구에서 설정한 인공외부환경은 테스트베드의 한계로 인하여 에어캡이 설치되는 창호의 전면에 대하여 인공태양 조사 및 온도설정이 가능하다.
이는 본 연구의 제한사항이다.
Table 6. Overview of testbed, chamber
|
Testbed Overview
|
View of Testbed
|
|
Room Size
|
4.9 m(w)×6.6 m(D)×2.5 m(H)
|
|
|
Wall Material
|
Insulation Panel(Thk 100 mm)
|
|
Window
|
∙Size : 1.9 m(W)×1.7 m(H)
|
|
∙Type : Pair Glass 24 mm(6 mm+12 mm+6 mm)
|
|
∙Thermal Transmittance : Summer : 2.83 W/(m2·K),
Winter : 2.69 W/(m2·K)
|
|
∙Transmissivity : 80%
|
|
Illuminance Sensor
|
∙Sensing Element : Silicon Photo Sensor, with Filter
|
|
∙Detection Range : 0~200,000 lx
|
|
Temperature Sensor
|
∙Sensing Element : NTC 10 ㏀ : AN Type
|
|
∙Detection Range : -40~+90℃
|
|
Meridian Altitude
|
∙Summer : 76.5° ∙Winter : 29.5°
|
|
Directions
|
South Aspect
|
Table 7. External illumination and solar radiation quantity at each time interval
|
Season
|
10:00
|
11:00
|
12:00
|
13:00
|
14:00
|
|
Summer
|
70,000 lx(429 W/m2)
|
80,000 lx(503 W/m2)
|
70,000 lx(429 W/m2)
|
|
Winter
|
20,000 lx(283 W/m2)
|
30,000 lx(340 W/m2)
|
20,000 lx(283 W/m2)
|
본 연구는 성능평가를 위하여
Table 8에서 나타나듯이 테스트베드에 냉난방기기 및 조명기기를 설치하였으며, 냉난방기기 및 조명기기의 자동제어를 위하여 국내의 S사와 협업하여 제어서버를 구축하였다.
냉난방 기기는 홈네트워크 제어가 가능한 모델로, 냉방 및 난방에 따른 정격능력은 각각 11,000 W 및 13,200 W이다. 또한 냉난방기기는 실내의
온도센서와 연동하여 실내 적정온도를 유지하기 위하여 자동으로 ON/OFF 제어가 이루어지도록 하였으며, 성능평가 간 냉난방기기의 OFF는 냉난방기기가
완전히 OFF되는 것이 아니라 실내공간에 대하여 냉난방은 이루어지지 않으며 최소전력으로 가동되는 상태로 설정하였다. 예를 들어 하지의 경우 냉난방기기의
제어는 실내 적정온도인 26℃를 기준으로 26℃ 이상인 경우에는 실내공간에 대하여 냉방을 실시하였으며, 26℃ 이하인 경우에는 실내공간에 대하여 냉방은
실시되지 않으나 냉난방기기의 최소전력으로 가동된다. 반대로 동지의 경우 실내온도가 20℃ 이하 시 실내공간에 대하여 난방을 실시하였으며, 20℃ 이상인
경우에는 실내공간에 대하여 난방은 실시되지 않으나 냉난방기기의 최소전력으로 가동되도록 하였다.
Table 8. Specifications of air conditioner and lighting equipment
|
Air
Conditioner
|
Model
|
AP-SM302(EHP)
|
|
|
Heating/Cooling Capacity
|
13,200 W/11,000 W
|
|
Heating/Cooling Consumption
|
3.90 kW/3.90 kW
|
|
COP
|
Heating : 3.38/Cooling : 2.82
|
|
Lighting
|
Dimming Level/Range
|
8 level/10~100%
|
|
|
Electricity Consumption According to the Level of Dimming Lighting Control
|
lv 1(12 W), lv 2(18 W), lv 3(22 W), lv 4(28 W), lv 5(34 W), lv 6(39 W), lv 7(43 W),
lv 8(51 W)
|
|
Heating Temperature
|
35℃
|
조명은 8단계의 디밍 조명제어가 가능한 LED 타입의 조명을 설치하였으며, 조명의 위치는 IES의 4점법에 의거하였다. 또한, 조명은 실내 조도센서
값에 의하여 제어가 되도록 하기 위해 조도센서 1, 2, 3, 4번에 대하여 각각 조명 1, 2, 3, 4번과 연동하여 조명 디밍제어가 이루어지도록
하였다.
실내의 환경정보 수집 및 성능평가를 위하여
Fig. 2에서 나타나듯이 온도센서와 조도센서를 설치하였으며, 온도센서는 실내공간의 정중앙에 위치시켰다. 또한 조도센서는 실내공간의 평균조도를 측정하기 위한
조도센서의 위치가 채광창으로부터 4.4 m지점이 적합하다는 연구결과
(11)를 근거로 공간의 크기를 고려하여 채광창으로부터 2.2 m 및 4.4 m에 총 4개의 조도센서를 설치하였으며, 작업면 높이를 고려하여 바닥으로부터
750 mm지점에 위치시켰다.
Fig. 2. Plane and cross-section of testbed and sensor position.
2.3 성능평가 방법
본 연구에서 제안하는 롤링을 통한 창호부착형 에어캡 모듈의 성능평가 방법은 다음과 같다.
롤링을 통한 창호부착형 에어캡 모듈의 성능평가를 진행하기 위하여
Table 9에서 나타나듯이 창호 전면 에어캡 부착(Case 1), 앉은 사람의 눈높이를 근거하여 1,200 mm지점 높이부터 에어캡 부착(Case 2), 서있는
사람의 눈높이를 근거하여 1,500 mm지점 높이부터 에어캡 부착(Case 3), 바닥을 기준으로 1,800 mm지점 높이부터 에어캡 부착((Case
4), 바닥을 기준으로 2,100 mm지점 높이부터 에어캡 부착(Case 5) 및 에어캡 미부착(Case 6)으로 총 6가지 Case으로 구분하여
성능평가를 진행하였다.
Table 9. Setting of aircap cases for performance evaluation
|
Attachment to the Front(Case 1) :
Aircap Attachment by 100% of Window Area
|
Attach the Aircap at 1,200 mm or Higher From the Floor(Case 2) :
Aircap Attachment by 73% of Window Area
|
Attach the Aircap at 1,500 mm or Higher From the Floor(Case 3) :
Aircap Attachment by 46% of Window Area
|
|
|
|
|
|
Attach the Aircap at 1,800 mm or Higher From the Floor(Case 4) :
Aircap Attachment by 27.5% of Window Area
|
Attach the Aircap at 2,100 mm or Higher From the Floor(Case 5) :
Aircap Attachment by 9.1% of Window Area
|
No Aircap Attachment(Case 6) :
Aircap Attachment by 0% of Window
Area
|
|
|
|
|
첫 번째, 각 Case별 적정조도를 유지하기 위한 조명제어 단계 및 조명 전력사용량을 도출하였다. 조명 디밍제어는 가장 낮은 값을 보이는 조도 센서의
값이 400 lx 이하일 경우에만 실시하도록 하였으며, 조도센서의 값중 가장 낮은 값을 보이는 조도센서와 연동된 조명부터 순차적으로 디밍단계를 올리도록
하였다. 단, 조명 디밍제어 중 조도센서의 조도값이 모두 400 lx를 만족시 조명제어를 종료하도록 하였으며, 이러한 조명제어를 근거로 조명 전력사용량을
산출하여 성능평가의 지표로 활용하였다.
두 번째, 본 연구는 각 Case별 냉난방에너지 저감 성능평가를 실시하기 위하여 앞서서 언급하였듯이 실내공간의 정중앙에 위치한 온도센서와 냉난방기기를
연동하였으며, 냉난방기기는 실내 적정온도로 설정된 값을 유지하기 위하여 자동제어 되도록 하였다. 본 연구는 이러한 자동제어에 따른 전력사용량을 도출함으로써
정량적인 성능평가 지표로 활용하였다. 단, 본 연구의 냉난방에너지의 도출은 실내공간의 적정조도를 만족시키는 조명 디밍제어를 적용된 상태로 진행하였다.
세 번째, 본 연구에서 제안하는 롤링을 통한 창호부착형 에어캡 모듈은 에어캡을 롤링하여 손쉽게 탈부착이 가능할 뿐만 아니라 가시성이 확보된 상태에서도
창호의 단열성능 개선이 가능하도록 하였다. 그러나 가시성을 확보하기 위하여 에어캡의 적용 면적이 줄어들 경우 창호의 단열성능이 저하될 수 있으며,
이러한 측면에서의 건물에너지의 저감에 유효한 에어캡 적용 높이를 도출함으로써 본 연구에서 제안하는 롤링을 통한 창호부착형 에어캡 모듈의 유효성을 제시하고자
하였다.
3. 성능평가 결과 및 논의
본 연구는 롤링을 통한 창호부착형 에어캡 모듈을 제안하였으며, 롤링을 통한 창호부착형 에어캡 모듈은 에어캡을 말아 올릴 수 있도록 하여 창호에 적용되는
에어캡의 면적 조절 및 조망권 확보가 가능하도록 하였다. 본 연구는 롤링을 통한 창호부착형 에어캡 모듈의 에어캡 적용 면적 및 에어캡 미부착에 따른
성능평가를 진행하였으며, 이에 대한 결과는 다음과 같다.
첫 번째, 에어캡의 부착면적의 감소는
Table 10 및
Table 11에서 나타나듯이 자연광 유입광량의 증가로 인하여 실내 평균조도를 높이며, 이로 인하여 실내공간의 적정조도인 400 lx를 만족시키기 위한 조명에너지가
감소되고 있다. 조명에너지 사용량은 에어캡 부착시 미부착에 대비하여 하지시 2.8%~16.4%, 동지시 0%~ 76.2%의 조명에너지를 증가시키며,
이는 에어캡을 창호에 부착시 조명에너지 저감에는 부적합하다는 것을 의미한다.
Table 10. Performance evaluation result by case : lighting control and amount of electricity used
|
Summer
|
|
|
External Illuminance(lx)
|
Illumination(lx)
|
Lighting Dimming Control :
Lighting Number(Dimming Level)
|
Power Consumption
(kWh)
|
|
Min.
|
Ave.
|
|
Case 1
|
80,000
|
45.4
|
282.1
|
1(8)+3(8)+2(3)
|
0.654
|
|
70,000
|
30.3
|
188.1
|
1(8)+3(8)+2(5)
|
|
Case 2
|
80,000
|
48.8
|
303.3
|
1(8)+3(8)+2(3)
|
0.635
|
|
70,000
|
32.5
|
202.2
|
1(8)+3(8)+2(4)
|
|
Case 3
|
80,000
|
54.2
|
337.0
|
1(8)+3(8)+2(2)
|
0.611
|
|
70,000
|
36.2
|
224.7
|
1(8)+3(8)+2(3)
|
|
Case 4
|
80,000
|
77.7
|
483.1
|
1(8)+3(8)+2(1)
|
0.588
|
|
70,000
|
38.9
|
241.6
|
1(8)+3(8)+2(3)
|
|
Case 5
|
80,000
|
80.5
|
505.2
|
1(8)+3(8)
|
0.563
|
|
70,000
|
40.2
|
250.0
|
1(8)+3(8)+2(3)
|
|
Case 6
|
80,000
|
90.4
|
561.7
|
1(8)+3(7)
|
0.547
|
|
70,000
|
45.2
|
280.9
|
1(8)+3(8)+2(3)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Winter
|
|
|
External Illuminance(lx)
|
Illumination(lx)
|
Lighting Dimming Control :
Lighting Number(Dimming Level)
|
Power Consumption
(kWh)
|
|
Min.
|
Ave.
|
|
Case 1
|
30,000
|
307.9
|
5133.5
|
1(2)
|
0.151
|
|
20,000
|
156.3
|
3726.8
|
1(6)
|
|
Case 2
|
30,000
|
323.5
|
5260.9
|
1(1)
|
0.127
|
|
20,000
|
169.1
|
3802.0
|
1(5)
|
|
Case 3
|
30,000
|
341.7
|
5393.1
|
-
|
0.083
|
|
20,000
|
193.4
|
4069.1
|
1(4)
|
|
Case 4
|
30,000
|
349.2
|
5478.7
|
-
|
0.054
|
|
20,000
|
231.5
|
4144.7
|
1(2)
|
|
Case 5
|
30,000
|
352.6
|
5686.6
|
-
|
0.036
|
|
20,000
|
282.1
|
4549.3
|
1(1)
|
|
Case 6
|
30,000
|
358.3
|
5801.0
|
-
|
0.036
|
|
20,000
|
290.2
|
4698.8
|
1(1)
|
Table 11. Image of performance evaluation by case
|
Summer
|
|
Case 1
|
Case 2
|
Case 3
|
Case 4
|
Case 5
|
Case 6
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Winter
|
|
Case 1
|
Case 2
|
Case 3
|
Case 4
|
Case 5
|
Case 6
|
|
|
|
|
|
|
|
두 번째, 냉난방에너지 저감 측면에서 유효한 에어캡의 부착 방법은
Table 12에서 나타나듯이 창호 전면 에어캡 부착(Case 1)이 가장 우수하게 나타나며, 조망권 확보를 위하여 에어캡이 창호의 일부분에 부착되는 Case 2,
3, 4, 5 및 에어캡 미부착의 경우에는 창호 전면 에어캡 부착(Case 1)에 대비하여 하지시 6.0%~35.7%, 동지시 2.7%~41.6%의
냉난방에너지가 증가된다. 특히 하지의 경우에는 바닥을 기준으로 1,800 mm지점 높이부터 에어캡이 부착되는 Case 4의 경우 냉방에너지가 급속하게
증가하며, 동지의 경우에는 바닥을 기준으로 1,500 mm지점 높이부터 에어캡이 부착되는 Case 3의 경우 난방에너지가 급속하게 증가하고 있다.
그러나 에어캡이 부착되는 Case 2, 3, 4, 5는 에어캡 미설치인 Case 6에 대비하여 냉난방에너지 저감이 가능하며, 이는 본 연구에서 제안하는
롤링을 통한 창호부착형 에어캡 모듈은 조망권 확보를 위한 에어캡 부착면적을 조정하여도 에너지 저감에는 유효함을 의미한다. 또한, 롤링을 통한 창호부착형
에어캡 모듈은 실내공간의 재실자에게 조망권 확보 및 냉난방에너지 저감의 수준을 상황에 따라서 선택할 수 있다는 측면에서 의미를 가진다.
Table 12. Performance evaluation result by case : amount of electricity used for air conditioner
|
|
Case 1
|
Case 2
|
Case 3
|
Case 4
|
Case 5
|
Case 6
|
|
Summer
|
1.954
|
2.072
|
2.129
|
2.479
|
2.598
|
2.651
|
|
Winter
|
2.595
|
2.665
|
3.095
|
3.194
|
3.368
|
3.675
|
세 번째, 본 연구에서 제안하는 롤링을 통한 창호부착형 에어캡 모듈의 적정 안은 조명기기 및 냉난방에너지의 저감만을 고려시 전면 부착되는 Case
1로 나타나고 있으나, 이는 앞서서 언급하였듯이 조망권 확보에 부적합하다. 본 연구는 롤링을 통한 에어캡이 적용되는 면적을 조정할 수 있도록 하여
재실자가 필요에 따라 조망권을 확보할 수 있도록 하였으며, 에어캡이 적용되는 창호의 면적에 따른 성능평가를 진행하였다. 그 결과 롤링을 통한 창호부착형
에어캡 모듈은 조망권 확보를 위하여 에어캡이 적용되는 면적을 줄일수록 에너지 저감에는 부적합하며, 특히
Fig. 3에서 나타나듯이 하지시 바닥을 기준으로 1,800 mm 이상 지점 높이부터 에어캡이 부착되는 Case 4와 동지시 바닥을 기준으로 1,500 mm지점
높이부터 에어캡이 부착되는 Case 3의 경우 에너지 사용량이 급증하여 부적합하게 분석된다. 이는 동지 및 하지시의 롤링을 통한 창호부착형 에어캡
모듈의 에너지 저감 및 가시성 확보 측면을 고려할 경우 바닥을 기준으로 1,500 mm 이상 지점 높이부터는 에어캡을 부착되는 것이 적정할 것으로
판단된다.
Fig. 3. Performance evaluation result by case : Energy consumption of air conditioner and lighting.
4. 결 론
본 연구는 창호에 에어캡을 적용한 선행 연구가 가지는 조망권 훼손의 문제와 건물에너지 저감을 달성하기 위한 방안으로 롤링을 통한 창호부착형 에어캡
모듈을 제안하였으며, 실스케일의 테스트베드를 통한 성능평가를 진행하였다. 이에 대한 결과는 다음과 같다.
(1) 본 연구는 벨크로테이프를 사용하여 에어캡을 말아 올릴수 있는 에어캡 부착모듈을 개발하였으며, 창호 프레임에 에어캡을 부착함에 따라서 발생하는
에어캡과 창호 유리면의 이격 문제를 해결하기 위하여 단열바를 제작 및 적용함으로써 에어캡을 롤링하여 말아 올린 상태에서도 창호의 단열성능 개선 및
건물에너지 저감이 가능하도록 하였다.
(2) 롤링을 통한 창호부착형 에어캡 모듈의 조명에너지 저감 성능평가 결과 에어캡이 적용된 Case는 에어캡 미부착에 대비하여 하지시 2.8%~16.4%,
동지시 0%~76.2%의 조명에너지를 증가시켜 조명에너지 저감에는 부적합하게 분석된다.
(3) 냉난방에너지 저감 측면에서 유효한 에어캡의 부착 방법은 창호 전면에 에어캡이 부착되는 Case 1로 나타나며, 에어캡이 창호의 일부에 부착되는
Case 2, 3, 4, 5 및 에어캡 미부착(Case 6)의 경우에는 창호 전면 에어캡 부착(Case 1)에 대비하여 하지시 6.0%~35.7%,
동지시 2.7%~41.6%의 냉난방에너지가 증가되고 있어서 냉난방에너지를 저감하기 위해서는 창호에 부착되는 에어캡의 면적을 증가시키는 것이 유리하다.
또한, 하지시 바닥을 기준으로 1,800 mm 이상 지점 높이부터 에어캡이 부착되는 Case 4의 경우와 동지시의 바닥을 기준으로 1,500 mm
이상 지점 높이부터 에어캡이 부착되는 Case 3의 경우 냉난방에너지 사용량이 급증하여 에너지 저감에는 부적합할 것으로 판단된다.
(4) 조명에너지 및 냉난방에너지를 고려시 롤링을 통한 창호부착형 에어캡 모듈의 적정 규격은 에너지 저감을 위해서는 창호 전면으로 부착하는 것이 유리하며,
조망권 확보 및 에너지 저감을 위해서는 바닥을 기준으로 1,500 mm 이상 지점 높이부터 에어캡이 부착되는 것이 바람직하다. 그러나 본 연구에서
제안하는 롤링을 통한 창호부착형 에어캡 모듈은 에어캡 미부착(Case 6)에 대비하여 에너지 저감을 유도할 수 있으며, 이는 본 연구에서 제안하는
롤링을 통한 창호부착형 에어캡 모듈의 유효성을 의미한다.
본 연구는 에어캡 적용의 편의성 및 창호의 조망권 확보를 위한 롤링을 통한 창호부착형 에어캡 모듈을 개발하여 성능평가를 진행하였으며, 에어캡 적용의
편의성 및 창호 전면 부착으로 인한 조망권 훼손의 문제를 해결할 수 있다는 측면에서 유의미하다. 그러나 본 연구는 성능평가를 진행함에 있어서 인공환경
및 특정 변인에 의하여 성능평가를 진행하였다는 한계를 가진다. 이에 본 연구를 개선하기 위한 방법으로 에어캡 규격 및 열류, 타임랙, 재료 등의 다각적
변인을 고려한 연구가 후속되어야 할 것이다. 또한, 본 연구는 에어캡 부착시의 조망권 개선을 위한 연구를 수행하였으나, 다양한 외부환경 요인에 의한
실내의 조망권 분석 내용이 부재하여 향후 연구에서는 이를 개선하기 위한 연구가 진행되어야 할 것이다.
후 기
This work was supported by the National Research Foundation of Korea Grant funded
by the Korean Government (NRF-2016R1C1B1006807).
References
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started., Ministry of Land, Infrastructure and Transport
2012, Building energy saving window design guide., Ministry of Land, Infrastructure
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Method, The International Journal of The Korea Institute of Ecological Architecture
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Hwang J., Jeon A. H., Ahn B, H., 2015, Thermal Performance Evaluation of the Window
Systems with Air-bubble Sheets, Korean Jornal Of Air-Conditioning and Refrigeration
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Zhang X. W., Jun G. J., Rhee K. N., 2016, Comparative Evaluation of Thermal Insulation
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Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, Vol. 17, No.
5, pp. 8-14