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과제기본정보

건축기계설비설계용 실내환경평가 소프트웨어개발1년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 도시건축연구사업 과제번호 05CHUD-C042185-01
국가과학표준분류 1순위 None | None | None 적용분야 -
2순위 None | None | None 실용화대상여부 -
3순위 None | None | None 과제유형 -
과제명 건축기계설비설계용 실내환경평가 소프트웨어개발
주관연구기관 국민대학교 산학협력단
총괄연구 책임자 성명 한화택
소속 국민대학교 직위 교수
전화번호 02-910-4529 FAX 02-910-4939
총 연구기간 2005-07-29 ~ 2007-07-28
당해연도 연구기간 2005-07-29 ~ 2006-07-28

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
1차년도 139,000,000 5,100,000 45,879,000 50,979,000 189,979,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 건축기계설비의 효율적인 설계를 위해서는 단순 작도기능에 추가하여 설계에 의하여 결과적으로 나타나는 실내기류의 해석은 물론 온열쾌적감 및 환기성능에 대한 해석을 수행할 수 있어야 한다. 설계단계에서 직접 실내환경에 대한 평가를 수행하고 해석결과를 다시 설계에 피드백함으로써 보다 에너지 효율적이면서 쾌적한 실내환경을 제공하는 설계기술이 정보기술의 기반하에서 발전할 수 있을 것으로 기대된다.
최종목표 본 연구과제의 목표는 건축물에 설계된 공조시스템이 실내 온열쾌적감과 실내 공기질에 미치는 영향을 설계단계에서 초급 및 중급기술자가 손쉽게 분석, 예측할 수 있도록 하기 위하여 현재 국내에서 널리 사용되고 있는 3차원 기계설비 작도프로그램인 Free Shop에 열유체유동 해석 및 가시화 기능이 추가된 건축기계설비 설계용 실내환경 평가 프로그램을 개발하는 것이다.
연구내용 및 범위 본 연구과제에서는 CAD기반에서 작업할 수 있는 Free Shop과 연동되어 활성화할 수 있는 3차원 실내환경평가 프로그램을 개발하기 위해, 협동연구기관인 신흥대학과 참여기업인 (주)DCS와 공동으로 연구를 수행한다. 국민대학에서는 그동안 환기효율 및 실내온열쾌적감에 관한 이론적 연구결과를 바탕으로 실제 건축환경에 적용할 수 있도록 관련 알고리즘을 개발하여 적용시키고 신흥대학에서는 전산유체역학적 배경과 기계설비업체에서의 실무경험을 바탕으로 시뮬레이션 프로그램을 개발하며, (주)DCS에서는 Free Shop, CO-Me 등 그동안 기계설비 관련 소프트웨어 개발 경험을 바탕으로 실내환경평가 프로그램의 그래픽 유저 인터페이스를 개발한다.
본 프로그램은 범용 CFD 프로그램과 차별화하여 기류 및 온습도분포 해석은 물론 환기효율, 쾌적온열감, 기류확산성능, 기류불만족률 등 실내환경을 평가할 수 있는 기능을 갖도록 한다. 프로그램은 3단계(경계조건 입력, 주 프로그램, 계산결과 확인)로 구분하여 구성되며 1차년도에는 결과출력창을 제외한 경계조건입력창, 경계조건입력파일, 사용자정의, 주 프로그램 알고리즘 개발, 계산조건 입력창 및 계산과정 점검창의 기능을 개발할 것이다. 2차년도에는 벡터형태의 기류해석결과를 포함한 환기성능 및 실내의 온열쾌적감, 국부 불만족률 등을 콘투어 형태로 표시할 수 있는 결과출력창을 개발하여 프로그램을 완성하고 유동가시화 모델실험을 통하여 프로그램을 검증하는 작업을 수행한다. 또 사용자 그룹과 전문가 그룹을 활용하여 개발된 프로그램에 대한 평가를 바탕으로 사용자 편의성을 제고한다.
경계조건의 입력은 시판중인 건축기계설비 3차원 작도 프로그램인 Free Shop에서 구성된 실의 형상 데이터(벽체, 창 및 출입문의 위치) 그리고 급기구와 배기구의 위치, 치수, 풍량 및 풍속 데이터를 3차워 기류해석 시뮬레이션을 위한 3차원 형상 경계조건 입력창으로 구성한다. 주 프로그램은 시뮬레이션 변수를 설정하고 변수별 소스항(부력항 등), 이완계수, 확산계수를 선정하여 계산이 수행되도록 구성한다. 또한 계산과정 중에 임의 지점에서의 변수 값의 변화율을 GUI환경으로 표현하며 계산중에 이완계수와 입력계수를 변경할 수 있는 기능을 포함시킨다. 기류분포 결과를 바탕으로 실내의 평균연령 개념에 근거한 국소환기효율 및 실평균환기효율을 계산하며, 온도분포와 벽체의 평균복사온도, 그리고 기류속도를 기반으로 열적쾌적성을 평가하는 기능을 갖도록 한다.
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
1차년도 전처리기 구성 - Freeshop과 연동된 경계조건입력창. - 경계조건 입력변수 선정 - 경계조건 입력 형상구현 - 격자계 구현 - view기능 구현 - freeshop과 연동하여 입력창에 경계조건계산영역 형상을 생성시킨다. - 경계조건입력변수를 경계조건변수를 3차원속도성분(u, v, w),온도, 농도 및 난류에너지, 난류소산율 에너지방정식으로 구분하여 선택 창을 구성하였다. - 경계조건 형상은 급/배기구, 블록, 벽체로 구분하고 형상이 구성되면 격자계를 구성하는 region이 자동으로 구성되도록 격자계 구성하였다. - 3차원입체형상을 관찰하게 수월하도록 회전/줌/확대기능을 구현하였다
연구성과 기술적 기대성과 국내 최초로 건축 기계설비분야 전용 시뮬레이션 프로그램을 Free Shop과 연동할 수 있도록 개발함으로써 전산유체역학 비전공자도 쉽게 활용하여 환기성능, 쾌적온열감 등 실내환경을 평가할 수 있는 기술을 보유하게 됨으로써 에너지절약적인 공조시스템을 구성할 수 있는 엔지니어의 응용기술력이 향상되고 이 분야의 국가 경쟁력 향상에 기여한다.
사회 경제적 파급효과 국외에서 제작된 고가의 범용 CFD프로그램을 본 실내환경평가 프로그램으로 대체함으로써 외화를 절약하고 Free Shop과 연계하여 수출도 가능할 것으로 판단된다. 열악한 공조시스템 설계분야의 인텔리전트 디자인 기법을 사용함으로써 지식기반산업에 진입할 수 있는 가능성을 제공하게 될 것으로 판단된다.
활용방안 건축기계설비분야에서 상용 CFD프로그램을 사용하는 현황은 250개의 설계사 중에서 15개회사, 시공사는 10개회사 그리고 TAB업무를 수행하는 2개사에 이르고 있다. 3차원 시공도를 작성하기 위해 시공사에서 일반적으로 사용되고 있는 Free Shop프로그램에 실내환경평가 기능을 추가하고 사용자 편리성을 제공하여 시판하면 많은 설비설계 기술자가 활용하게 됨으로써 설계업무효율 향상에 기여할 것으로 기대한다.
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 건축기계 설비설계 정보기술 전산유체역학 쾌적온열감 환기성능
영문 building mechanical design Information technology computational fluid dynamics thermal comfort ventilation performance
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