? 제로에너지 빌딩 구현을 위해서는 패시브 기술 관점에서 외피 성능의 고효율화가 선행되어야 하는바, 외피의 열관류율 기준이 꾸준히 강화되는 한편, 과도한 창호 및 커튼월 적용이 지양되고 있음에도 불구하고 건축 디자인 측면에서 일정 수준 이상의 창면적비 또는 전면 커튼월의 적용은 불가피한 상황임? 이러한 상황에서 외피를 통한 열의 흐름을 제어해야 하는 필요성...

? 제로에너지 빌딩 구현을 위해서는 패시브 기술 관점에서 외피 성능의 고효율화가 선행되어야 하는바, 외피의 열관류율 기준이 꾸준히 강화되는 한편, 과도한 창호 및 커튼월 적용이 지양되고 있음에도 불구하고 건축 디자인 측면에서 일정 수준 이상의 창면적비 또는 전면 커튼월의 적용은 불가피한 상황임? 이러한 상황에서 외피를 통한 열의 흐름을 제어해야 하는 필요성...

1. TAIS 시스템 기본 구조 설계 및 해석 ◦ 기본 구조 설계 - 기본 형상 설계: 배관 재질/규격(관경, 두께), 슬랫 재질/형상(폭, 길이, 두께) - 열전달 촉진 대안 검토: 열전도 레이어, 배관-슬랫 접합 위치 조정 - Slat 간접부착형 (슬랫에 열전도레이어를 매개로 배관을 부착), Slat 직접부착형 (배관 고정을 위한 saddle이 부착된 Slat을 이용), Fin형(배관이 슬랫 중앙에 위치) - 기초 Mock-up 제작: Slat+배관으로 Mock-up 제작, 냉온수 순환 시스템 구성 2. TAIS 시스템 Prototype 제작 및 Test-bed 구축 ◦시스템 Prototype 제작 - Slat 간접부착형, Slat 직접부착형, Fin형 TAIS 시스템의 Prototype 제작 - 배관을 중심축으로 슬랫을 회전시킬 수 있는 접촉면 처리 방법 고안 - 관망해석 시뮬레이션 활용 다중회로 냉온수 공급을 위한 순환 시스템 설계 및 제작 ◦성능 검증용 Test-bed 구축 및 Pre-test - 일반 내부차양과 TAIS 시스템의 성능 비교를 위한 Mock-up Test-bed 구축 - 외피 및 냉난방 시스템 구성, TAIS 시스템 설치 - Test-bed 시운전 및 성능평가 Case 도출을 위한 Pre-test 3. TAIS 시스템 Mock-up test 및 Prototype 보완 ◦실험실 스케일에서의 Mock-up test - TAIS 적용에 따른 실온(작용온도) 제어 성능, 냉난방 에너지 소비량 분석 - TAIS 운영대안(슬랫 각도 및 개방율 조절)에 따른 열성능 검토 - 냉난방 시스템 가동 없이 TAIS 단독 운용에 의한 실온 변화를 분석하여 열환경 제어 가능성 평가 ◦에너지 시뮬레이션 모델 구축 - 에너지 시뮬레이션 해석 범위 및 적용 시뮬레이션 Tool 선정 - 입출력 변수 및 파라미터 정리, TAIS 시스템 해석 모듈 개발 ◦TAIS 시스템 Prototype 보완 - Mock-up test 결과에 기반하여 TAIS 시스템 Prototype 보완/개선 - Slat 각도 조절 및 개방율 조절 (상하 이동) 디테일 개선 - 메인배관-지관 분기지점 및 배관 연결부위 누수 방지 디테일 개선 4. TAIS 시스템 적용성 실증 및 성능데이터 최종 도출 ◦Field test를 통한 적용성 실증 - 개선된 Prototype을 실사용공간에 설치하여 적용성 실증 - 물리적 측정을 통한 열 및 빛환경 개선 여부 평가 - 주관적 평가(재실자 만족도 평가)를 통한 TAIS 적용성 평가 및 개선사항 도출 ◦성능데이터 및 운용방안 도출 - 실험 데이터를 이용한 에너지 시뮬레이션 Validation 수행 - 계절별·향별 TAIS 시스템 운용 방법에 따른 냉난방 및 조명 에너지 소비량 평가 ◦기존 설비와의 연계 방안 도출 - 기존 공조설비와 냉온수 열원을 공유하는 TAIS 시스템 구성 대안 - 기존 공조설비와의 연계운전 방안 (하절기 결로방지를 위한 냉수온도 제어, 동절기 과열 방지를 위한 온수온도 제어 등)

본 연구에서는 ‘하이브리드 천장복사냉방패널(Hybrid CRCP: 이하 h-CRCP) 시스템 ’의 대안 개발 및 성능 검증을 목표로 설정하였으며, 이의 달성을 위해 다음의 내용으로 연구 개발을 진행할 예정임 하이브리드 천장복사냉방패널 시스템 대안 개발 - 패시브형: 별도의 추가 설비 없이, CRCP 시스템을 구성하는 패널 사이의 개구부를 통한 공기유동으로 플레넘의 냉각공기를 거주역으로 하강시킴으로써 냉방용량을 증대하는 방식 - 액티브형: CRCP 시스템이 설치된 공간의 기류순환을 촉진할 수 있는 별도의 설비(예: 실내에 설치되는 에어서큘레이터, 패널과 천장사이의 소형팬, 천장에 부착되는 기류 유인장치)를 병용하여, 패널 표면에서의 대류열전달을 촉진시켜 냉방용량을 증대하는 방식 하이브리드 천장복사냉방패널 시스템 설계 가이드라인 개발 - 패시브형 h-CRCP의 경우, 패널 상부의 냉각 공기가 패널 간 개구부를 통해 하강하여 실내 발열을 흡수, 가열된 후 thermal plume의 형태로 다시 패널 간 개구부로 상승하여 일종의 순환기류를 이루면서 냉방부하를 제거하는 것이 기본 원리임 - 실내공간 내의 부하 (재실자, 기기 등) 위치에 따라 thermal plume의 형성과 공기유동이 변화하므로, 내부 부하 특성을 고려한 패널과 개구부의 위치 선정 가이드라인 도출 - 개구부 계획 시 공기유동이 증가하여 대류열전달량은 증가하나, 패널 표면적 감소로 복사열전달량은 감소할 수 있으므로, 총냉방용량을 최대화할 수 있는 패널 면적 산출 가이드라인 도출 - 액티브형 h-CRCP의 경우, 별도의 기류순환용 설비를 활용하여 패널 상부 또는 하부 표면의 공기유동을 촉진, 대류열전달 성분을 증가시킴으로써 냉방용량을 증대시키는 것이 기본 원리임 - 이러한 용도의 설비로는 저가 고효율의 기류순환 장비로 널리 활용되고 있는 에어 서큘레이터, 플레넘과 같이 협소한 공간에 설치될 수 있는 소형팬, 실내공기의 유인에 적합한 칠드빔을 들 수 있으며, CRCP와 결합할 경우 각 구성요소의 용량 결정이나 설치 위치 선정 가이드라인을 개발하고자 함 하이브리드 천장복사패널 시스템 성능 데이터 도출 - 냉방부하를 재현할 수 있는 Test-bed를 구축하고, 실제 CRCP 대안을 설치하여 냉방용량, 실내온열환경, 에너지 소비량을 측정 - 제안된 h-CRCP 시스템의 설계변수 (패널 및 개구부 면적, 기류순환 보조 설비 위치 및 풍량 등) 조절에 따른 기류 분포와 온열환경은 전산유체역학(CFD)으로 분석하되, CFD 모델의 타당성은 Test-bed의 측정결과와 비교하여 검증 - Test-bed 실험과 CFD 분석을 통해, h-CRCP 시스템의 패널 단위면적당 냉방용량, 온열환경 수준, 에너지 소비량을 기존의 천장복사냉방패널 시스템과 비교한 데이터 제시