| 연구개발개요 |
○ 광선반(Light Shelf)은 건물의 외피에 설치되어 직사일광의 유입을 차단하여 현휘를 방지하는 한편, 자연광을 천장면으로 반사시켜 실내에 유입되는 자연광을 증가시킴으로써 자연채광의 효과를 개선시키는 친환경 설계요소로서, 업무용 건물, 교육용 건물, 도서관, 주거건물 등 다양한 건물의 에너지 절약기법으로 활용되고 있음○ 광선반은 본래 자연채광성능의 향상이 주목적이므로 빛환경 개선이나 조명에너지 절감 관점에서 연구개발 및 실용화가 이루어져왔으나, 광선반에 의해 유입되는 태양광 또는 일사에너지에 의해 하절기 냉방부하의 증가 우려가 있으며, 광선반이 설치됨으로써 외피 설계？시공이 까다롭게 되거나 외주부 공간의 활용도가 떨어질 수 있다는 한계가 있음.○ 반사면으로서의 본래 기능에 더하여, 광선반을 열적으로 활성화시켜 (Thermally Activated) 광선반의 표면을 복사면(Radiant Surface)으로 활용한다면 하절기 냉방부하의 증가도 완화할 수 있으며, 빛환경 뿐 아니라 열환경 측면도 개선시킬 수 있으므로 광선반의 설치로 인한 외주부 공간의 활용도를 높일 수 있을 것으로 판단됨○ 본 연구에서는 광선반을 열적으로 활성화시키기 위한 수단으로 복사냉난방 패널을 적용한 TALS (Thermally Activated Light Shelf) 시스템을 제안하여, 광선반 본연의 자연채광성능 향상 목적 뿐 아니라 열환경 관점에서 외피부하 저감, 외주부 쾌적성 향상, 냉난방 에너지 절감 목적을 달성하고자 함○ 광선반과 통합되는 복사냉난방 시스템은 최근 높은 쾌적성과 정숙성, 에너지 절감성능으로 인해 제로에너지 건물 구현을 위한 핵심적인 설계요소로 주목받고 있어, 광선반과 통합할 경우 하나의 건축요소로 복합적인 기능을 수행할 수 있어 제로에너지 건축물 달성에 유효하게 활용될 수 있을 것임○ 또한 최근 고성능 창호기술의 지속적인 발전으로, 전면 커튼월이 채용되거나 창면적비가 큰 외피로 계획되는 건물이 많아지는 추세에서 외피부하의 증가, 외주부의 과열 또는 과냉, 콜드드래프트의 발생으로 거주자의 쾌적도가 저하되는 경우가 많음을 감안할 때, 본 과제에서 제안하고자 하는 TALS 시스템은 커튼월 마감 건물의 외주부 환경 제어 및 공조에너지 저감에 기여할 수 있음.
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| 최종목표 |
자연채광 성능 향상, 외피부하 저감을 통해 조명 및 공조에너지 절감이 가능한 복사냉난방 통합형 광선반 (TALS: Thermally Activated Light Shelf) 시스템 개발 및 성능 검증○ 복사냉난방 통합형 광선반 (TALS) 시스템 대안 - 복사면의 위치 및 단면 구성, 패널의 각도 제어 여부, 타 설비 시스템과의 연계 여부에 따라 단계별로 대안 개발 - 1단계: 광선반 기능만 부여 - 2단계: 광선반 기능과 복사냉난방 기능 복합 (패널 단면 다각화) - 3단계: 패널의 각도 제어를 통한 자연채광 및 열환경 세부 조절 기능 추가 - 4단계: 천장복사패널, FCU 등 타 설비와 연계된 TALS 시스템○ 복사냉난방 통합형 광선반 (TALS) 시스템 성능 평가 방법 - 실험 및 시뮬레이션에 의한 열환경/빛환경 평가 방법 - 냉난방용량 및 에너지 성능 평가 방법 - 조광제어시스템 기반 조명에너지 절감량 산정 및 성능평가 - PV 결합형 시스템 신재생에너지 발전량 예측○ 복사냉난방 통합형 광선반 (TALS) 시스템 제어 방법 - 부하변동 상황에서 TALS 시스템 성능 최적화를 위한 제어기술 - 계절별·시각별 태양고도 변화를 고려한 TALS 각도 제어 방법 - 필요 냉난방용량 확보를 위한 공급냉온수 온도 제어 방법 - 병렬 시스템(천장복사패널, FCU, 차양장치 등)과의 연계 방법 - PV 결합형 시스템과의 연계 방법 및 설계방안
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| 연구내용 및 범위 |
○ 주로 빛반사 용도로만 활용해오던 광선반을 열적으로 활성화시켜 빛환경 개선 뿐 아니라 외주부 열환경 개선 및 조명？공조 에너지 절감을 달성하기 위한 ‘복사냉난방 통합형 광선반 (Thermally Activated Light Shelf: 이하 TALS) 시스템 ’을 개발하고자 함○ 세부적인 연구 목표는 TALS 시스템 대안 도출, 프로토타입 개발, 제어방안 도출, 실증 실험을 통한 성능 검증으로 설정하였으며, 이러한 목표 달성을 위해 수행할 연구개발의 주요 내용은 다음과 같음.○ TALS 시스템 대안 개발 및 프로토타입(시작품) 제작 - 패널형 TALS: 패널의 상부는 광선반 기능을 극대화하기 위해 반사율이 높은 반사면, 패널의 하부는 복사열전달을 촉진시키기 위해 열전도율 및 방사율이 높은 복사면으로 제작하되, 경우에 따라 상부 표면에도 복사면의 기능을 부여하거나 PV 부착도 가능하도록 계획함 - 또한, 선형으로 설치되는 광선반의 특성상, 열교환 표면의 면적이 한정될 수 있음을 감안하여 열전달을 촉진시키기 위한 열전도 레이어, 충진재(예: Graphite), 배관 재질(폴리프로필렌 모세유관 등) 적용 - 외피(창호/커튼월 프레임)와의 결합, 수배관 연결, 광선반 각도 조절을 위한 디테일 개발 - 슬랫형 TALS: 통상적으로 단일 패널로 구성되는 광선반을 분절시킨 형태이며, 슬랫 형태의 반사판에 냉온수배관을 부착한 형태로 제작하여 시스템 자중을 경감시키고, 자연채광을 좀더 세밀하게 조절하는 역할과 함께, 슬랫 사이로 공기가 유동할 수 있게 하여 외주부 환경 조절 기능을 향상시킬 수 있는 방식○ TALS 시스템 성능평가 방법 구축 - 다양한 설계조건에서 TALS 시스템 성능평가를 위한 실험 및 시뮬레이션 방법 마련 - 열환경 측면의 성능평가 방법: 냉난방용량, 공조에너지, 온열 쾌적성 평가 방법 - 빛환경 측면의 성능평가 방법: 조도, 균제도, 조명에너지, 시쾌적성 평가 방법 - TALS 시스템 성능 실증을 위한 Mock-up 실험 Test-bed 구성, 실 사용환경에서의 성능 평가를 위한 현장실험 Test-bed 구축○ TALS 시스템 제어 방법 개발 - 부하변동 상황에서 TALS 시스템 성능 최적화를 위한 제어기술 - 냉난방 용량 및 결로방지 성능 확보를 위한 공급냉온수 온도 제어 방법 - 천장복사패널, 팬코일 유닛 등 기존 공조설비 시스템과의 연계 운용 방법 - 태양고도를 고려한 패널 각도 제어 방법 및 내부차양 시스템과의 연계 운용 방법
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