R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 202121CTAP-C152248-03 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 리덕션 수치모델을 이용한 열화상 디지털 트윈 기반의 창호시공부위 하자 평가 | |||||
| 총 연구기간 | 2019-04-19 ~ 2021-12-31 | |||||
| 연구책임자 | 김의종 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
5명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
15명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 295,000,000 원 기업 : 98,334,000 원 계 : 393,334,000 원 |
총연구비 | 정부 : 550,000,000 원 기업 : 183,501,000 원 계 : 733,501,000 원 |
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| 연구기관명 | 인하대학교산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
본 연구과제는 창호시공 완료 후 결로 및 열손실의 원인인 접합부 열교를 정량적으로 평가하기 위해 측정된 벽체표면 열화상을 리덕션(Reduction)기반 3차원 수치모델로 구현하는 디지털 트윈(Digital twin) 기술을 개발하는 것으로, 열화상과 수치결과의 최적 맵핑(Mapping)을 통하여 창호 접합부 선형열교계수를 제시하고 이를 위해 필요한 수치모델, 측정방법, 평가도구등을 개발하는 것이 목적임. 이를 달성하기 위해 재연성 확보를 위한 측정방법론 개발, 차수저감을 위한 3차원 리덕션 수치모델 개발, 창호 접합부 선형열교계수 도출을 위한 최적화 기법 개발 및 제안한 하자 평가 프로그램을 이용한 현장 평가 등의 세부 개발 목표를 포함함. [최종목표] 본 연구개발은 창호시공부위 하자로 인한 열교발생으로 주거 쾌적성 저하 및 에너지소비가 증가하는 사회적 이슈를 해결하기 위하여 창호시공부위에서 발생한 하자를 신속하고, 정량적으로 평가하기 위해 건축 설계 도면상의 창호 및 벽체 열 성능 데이터를 토대로 벽체표면 열화상과 3차원 수치모델을 결합하여, 창호 접합부의 선형열관류율 또는 열교평가지표를 제시하는 것으로 이를 위해 필요한 수치모델, 측정방법, 평가도구 등을 개발하여 사회적, 기술적, 경제ㆍ산업적 측면에서 기여하는 것을 최종목표로 함 [연구내용 및 범위] 사회 이슈 해결을 위한 아이디어 1) 정량적인 현장 평가를 위한 디지털 트윈 개념과 리덕션 기술의 접목 - 디지털 트윈 개념 도입으로 선형열교계수 도출 기술 개발: 열화상은 창호시공부위에서 발생하는 하자를 정성적으로 표현하지만, 열화상을 활용하여 선형열교계수의 도출은 어려움. 본 연구에서는 정량적인 창호시공부위 하자 평가를 위해 디지털 트윈 개념을 도입하여 현실 속 열화상과 동일한 수치모델을 생성하여 선형열교계수를 계산하는 아이디어를 제안함. - 리덕션 기술 기반의 고속계산 수치모델 개발: 3차원 디지털 트윈 시뮬레이션 모델과 반복계산이 요구되는 최적 알고리즘을 통합할 때 단일 계산에 수 시간이 걸리는 기존 시뮬레이션 도구를 사용할 수 없음. 정량적인 열교평가의 목적은 즉각적인 진단을 통한 현장 조치임. 이에 계산시간을 획기적으로 줄일 수 있는 리덕션 수치 모델의 사용이 필수적임. (MOR: Model Order Reduction 기법이라고 불리며 건축 이외의 시스템 해석 분야에 폭 넓게 활용되고 있음) 2) 실용화를 위한 열화상 측정 방법론 및 프로그램 개발 - 재연성 구현을 위한 열화상 측정 방법론 개발: 열화상 카메라는 물체가 방출하는 적외선 복사 에너지를 온도로 환산하여 영상으로 제공함. 그러나 열화상은 측정 대상의 방사율, 반사 온도, 습도, 실외 기류 등 다양한 요소에 영향을 받음. 따라서 사용자가 열화상을 활용하여 신뢰할만한 결과를 획득하기 위해서, 재연성 구현을 위한 열화상 측정 방법론의 개발을 제안함. - 사용성 증대를 위한 창호시공부위 하자 분석 프로그램 개발: 창호시공부위의 하자는 전문가뿐만 아니라, 일반인들도 관심이 있는 분야임. 이에, 전문적인 지식이 부족해도 정량적으로 창호시공부위의 하자 분석이 가능하도록 사용자 인터페이스를 포함한 프로그램 형식으로의 개발을 제안함. 연구내용 1) 창호시공부위 하자 평가를 위한 열화상 측정 방법론 개발 - 창호시공부위 하자 열화상 패턴화 - 창호시공부위 하자 평가를 위한 열화상 측정 방법론 제안 - 주요 열화상 및 해석 결과 DB화 - 열화상을 통한 모델기반 선형열교계수 현장 재연성 확인 2) 열화상 매칭이 가능한 고속계산 수치모델 개발 - 3차원 수치모델의 해석 모델 개발 전략 구축 - 열화상 해석을 위한 3차원 수치모델 개발 - 고속계산을 위한 리덕션 기술이 적용된 수치모델 개발 및 적용 3) 최적화기법을 이용한 선형열교계수 도출 기술 개발 - 기존 모델을 통한 최적화 기법 베이스라인 구축 - 선형열교계수 수치 재연성을 위한 필요조건분석 - 최적화를 통한 선형열교계수 도출 4) 열화상을 이용한 창호시공부위 하자 평가 프로그램 개발 - 창과 벽의 3차원 도면 메쉬 생성 기술 개발 - 프로그램 입력/계산/출력 모듈 개발 및 통합 - 선형열교계수에 따른 건물 에너지 성능 영향도 평가 |
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