이 보고서는 오늘날, 건축가들이 가장 범용적으로 사용하는 현재의 시뮬레이션도구를 검토한 내용을 담고 있다. 이 자료는 국제에너지기구의 태양열 냉난방 프로그램(IEA-SHC Program) task 41 ‘Solar Energy and Architecture'의 방법과 도구에 관한 작업계획의 일부분이다. 이 보고서에서는 크게 3가지 분류로 구분된 56개의 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램에 대한 검토를 수행하였다. 첫째는 CAAD(computer-aided architectural design)도구, 두 번째는 시각화도구, 세 번째는 시뮬레이션 도구이다.

이 보고서의 목표는 건물프로젝트의 초기설계단계에서 초점을 맞추고, 건축가들이 적용할만한 현재의 소프트웨어 환경을 분석하고, 건물의 태양에너지설계를 고취시키고, 태양열시스템과 기술의 통합에 필요한 소프트웨어 도구와 기능들이 누락되었는지를 확인하는 것이다. 이 검토보고서의 초점은 초기설계단계에 맞춰져 있다. 그 이유는 초기설계단계 절정이 어떤 프로젝트이던지 내구성과 성능에 가장 큰 영향을 주기 때문이다. 건물에너지 성능에 영향을 미치는 설계를 결정하는데 대략 80%가 건물프로젝트 설계를 시작하는 1주 동안 건축가에 의해 수행 결정된다.

CAAD 도구

최근까지, Autodesk Revit, Bentley Architecture, Graphisoft ArchiCAD, Vectorworks Architect 와 같은 빌딩정보모델링(BIM) 소프트웨어는 모델링과 건물형상을 상세하게 표현하는 기법에 가장 초점을 맞추었다. 건물에너지소비를 분석하기위한 Green Building Studio, Ecotect, Hevacomp, IES VE와 같은 검증소프트웨어를 사용자들은 신뢰하였다. 지난 2008년 이후 지난 몇 년 동안 개발된 소프트웨어가 업데이트되고 있다. : 오늘날, 패시브 태양에너지 생산을 적용하도록 만들어진 에너지시뮬레이션 프로그램과 연결된 형태를 포함한 CAAD 소프트웨어가 많다. 검토된 CAAD 도구들 중에서, Allplan, ArchiCAD, DDS-CAD PV, MicroStation, Revit, Vectorworks 와 같은 빌딩정보모델링을 적용하는 경우가 패시브 태양에너지를 예측하는 에너지 시뮬레이션 중에서 가장 흥미롭다. 빌딩정보모델링에 적용되지 않은 Google SketchUp 또한 열성능 시뮬레이션을 수행하는 IES VE-Ware, OpenStudio, Google SketchUp Demeter와 같은 프로그램과 통합되어있다. Google SketchUp 프로그램은 초기설계단계에서 폭넓게 인식되어있으며, 좀 더 복잡한 건물정보모델링이나 非건물정보모델링을 위한 사전 소프트웨어로써 건축가들의 작업에 종종 사용되고 있다.

어떤 종류의 CAAD 소프트웨어라도 초기설계단계 또는 상세설계단계에서 패시브 태양열획득을 예측하지 못한다. AutoCAD의 (.dwg)포멧이 광범위하게 사용되는 파일 포멧으로 인정된 이후로, AutoCAD는 Ecotect 나 다른 시뮬레이션 소프트웨어로 전환이 가능하게 되었다. EnergyPlugged plugin은 EnergyPlus를 AutoCAD로 운영하는 초기 버전으로 적용가능하다. 그러나 AutoCAD는 상세설계단계에 더욱 적당한 소프트웨어이다.

초기설계단계에서 사용이 편리한 ArchiCAD, Google SketchUp과 같은 소프트웨어를 제외하고, 이 연구보고서에서 검토된 모든 프로그램은 초기설계단계보다 상세설계에 더 적합하였다. 초기설계단계에서, 건축가가 건물전체의 체적, 형상과 방향을 손쉽게 수정할 수 있는 작업능력을 사람의 손(‘free’ hand)으로 그리는 것처럼 느끼도록 한 것은 매우 중요하다.

시각화 도구

어떤 종류의 시각화를 위한 소프트웨어라도 패시브 태양열 획득 예측을 위한 알고리즘의 형태를 포함하지 않았다. 그러나 시각화를 위한 모든 소프트웨어는 조명이나 주광조명과 같은 시뮬레이션에 대해서는 아주 훌륭한 알고리즘을 갖고 있다. 하지만, 이 소프트웨어가 항상 조명의 자연법칙을 따르거나, 겉으로만 그럴듯하게 보이는 건지에 대한 평가는 아직까지 확실치 않다. 오직 하나의 프로그램, LuxRender 만 명백하게 스케치 작업효과를 선택할 수 있는 기능이 있다. 사용자는 물리적인 정확성과 속도의 관계에서 어느 하나를 선택할 수 있다.

일반적으로, 시각화 소프트웨어는 기술적으로 태양에너지 계산 값을 제공하지 못하지만, 대부분은 건물입면과 건물실내에서 직접 또는 확산된 빛의 투과형태와 그늘효과를 연구하는데 사용될 수 있다. 몇몇 시각화 프로그램은 광도(光度)의 수학적결과를 제공하고 있다. 초점은 명백하게 수학적인 부분보다는 시각적인 부분에 관한 것이다. 대부분의 경우, 3D 스케치는 초기설계단계에서 설계결정을 하는데 도움이 되지 못한다. 스케치는 설계도구라기 보다 오히려 설계이후과정이라는 생각이다. 많은 시각화 소프트웨어(LightWave, LuxRender)는 전기조명효과의 시뮬레이션을 위한 상세 알고리즘을 내장하고 있다.

시뮬레이션 도구

이 보고서에서는 패시브 태양열획득을 예측하는데 사용될 수 있는 시뮬레이션 소프트웨어가 많다는 점을 지적하고 있다. 대부분의 경우, 패시브 태양열획득에 관한 견적은 전체건물의 열적균형계산에서 고려한다. 패시브 태양열획득을 포함한 시뮬레이션 프로그램은 다음과 같다. : bSol, DesignBuilder, DPV (Design Performance Viewer), Ecotect, EDGII, ENERGIEplaner, eQUEST, IDA ICE, IES VE, LESOSAI, VisualDOE.

bSol, EDG II, LESOSAI와 같은 소프트웨어는 실질적으로 3D환경을 지원하지 못하며, 따라서 건축설계를 진행하는데 제한적이다. 그러나 LESOSAI 7.0는 2010년9월에 3D 마법사 기능을 가지고 있어서 2010년 연말이전에, 3D Google SketchUp와 호환이 가능하다.

추가적으로, 주광조명의 연구에 사용될 수 있는 소프트웨어가 많이 있으며, 그중 몇몇 소프트웨어는 주광이용을 예측하는 설계로 사용된다. 가장 흥미로운 주광조명계산 시뮬레이션 소프트웨어는 DAYSIM, DesignBuilder, Ecotect, eQUEST, IDA ICE, IES VE, Radiance들이 있다. 이 소프트웨어 중 3개, DAYSIM, Ecotect, IES VE는 Radiance 소프트웨어 알고리즘에 근거한 주광조명분석을 수행한다. Radiance는 가장 훌륭한 주광조명시뮬레이션 도구이지만, 건물에 대한 많은 정보가 누락되어있는 경우, 초기설계단계에서는 적합하지 않다. DesignBuilder, Ecotect, IES VE 와 같은 소프트웨어는 주광조명의 관점에서 볼 때, 초기설계단계에 더 적합한 프로그램이다. 위에서 언급한 3개의 소프트웨어가 3D환경을 지원하는 사실에도 불구하고, DAYSIM, eQUEST, IDA-ICE와 같은 소프트웨어는 상세설계단계에 더욱 적합한 프로그램이다.

태양광발전과 태양열 시스템에 관한 소프트웨어도 많다. ENERGIEplaner, LESOSAI는 Polysun 소프트웨어 기술에 바탕을 둔 능동적 태양시스템을 지원한다. 예비설계 수준을 제공하는 태양광발전 시스템과 달리, 위에서 언급한 모든 소프트웨어는 초기설계단계보다 상세설계단계에 더욱 적합하다. 그러나 3D환경은 태양광발전시스템 적용에 극단적으로 단순화하였기 때문에 이 도구는 건축설계를 진행하는데 실질적인 도움이 되지 못한다. 또한, 대부분의 시뮬레이션 소프트웨어는 시각화하는 능력이 충분히 개발되지 못하였기 때문에, 실질적으로 태양에너지 능동형시스템의 건축적인 통합에 적합하지 않다.

결 론

이 보고서 검토결과, 건축가가 오늘날 적용 가능한 CAAD, 시각화 도구와 시뮬레이션도구들이 매우 많다는 점을 보여주고 있다. 이 검토보고서는 건축분야에서 가장 폭넓게 알려지고 사용 중인 소프트웨어를 그 대상으로 하였다. 이 보고서에서는 광범위하게 검토는 했지만, 아직도 완전하게 검토를 하지 못했다. 다음단계 보고서에서는 실질적으로 대상건물을 설정하고 실제 적용했던 프로그램들을 시험하고, 태양에너지 설계의 성공적인 미래를 위한 개선사항을 결정하도록, 사용자들의 대담을 포함하도록 할 것이다.