| 연구개발개요 |
(1) 연구 개발 목표？ 복사냉방시스템은 기존의 전공기 공조방식에 비해 정숙성, 높은 쾌적성, 팬동력 및 냉방에너지 절감의 장점을 가져 제로 에너지 건축물 구현에 필수적인 요소로 주목 받고 있으며, 그 중 천장에 설치되는 천장복사냉방패널(CRCP:Ceiling Radiant Cooling Panel) 시스템은 건축 디자인과의 통합, 모듈화 시공 등의 장점으로 다양한 상업건물에 적용되고 있음 ？ 이에 따라 국내에서도 LH공사 신사옥, 한전 신사옥 등 높은 수준의 에너지 절약성능이 요구되는 공공기관 건물을 중심으로 천장복사냉방패널이 적용되고 있으나, 하절기의 고온 다습한 기후 특성으로 인해 결로 발생 위험이 상존하여 주로 냉수온도 제어를 통해 결로 문제에 대응하고 있음？ 높은 온도의 냉수를 천장복사냉방패널에 공급할 경우, 결로 방지에는 효과적이나 필연적으로 패널이 제거하는 열량, 즉 냉방용량이 감소하여 냉방부하를 효과적으로 처리하기에는 어려움이 있으므로 천장복사냉방패널 시스템의 확대 적용을 위해서는 패널의 냉방용량 증대 기술에 대한 연구 개발이 요구됨？ 따라서 본 연구에서는 기존의 복사냉방시스템이 다소 낮은 냉방용량과 높은 결로 위험으로 인해 적용에 한계가 있는 점을 감안하여, 패널표면의 기류속도 증가를 통해 냉방용량을 증대시킬 수 있는 하이브리드 천장복사냉방패널 시스템을 제안하고 그 성능을 검증하고자함(2) 연구 개발 주요 내용？ 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 - 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 - 에어 서큘레이터, 플레넘과 같이 협소한 공간에 설치될 수 있는 소형팬, 실내공기의 유인에 적합한 칠드빔을 CRCP와 결합할 경우 각 구성요소의 용량 결정이나 설치 위치 선정 가이드라인 개발？ 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
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| 최종목표 |
본 연구는 제로에너지 건축물의 공조 대안으로 검토되고 있는 복사냉방시스템의 성능을 개선하기 위한 연구로서, 기존의 복사냉방시스템이 다소 낮은 냉방용량과 높은 결로 위험으로 인해 적용에 한계가 있는 점을 감안하여, 상대적으로 높은 온도의 냉수로도 냉방용량을 증대시킬 수 있는 하이브리드 천장복사냉방패널 시스템을 제안하고 그 성능을 검증하는 것을 목표로 하며 아래의 세부 목표를 설정.○ 하이브리드 천장복사냉방패널 시스템 대안 개발 - 패널간 개구부를 통한 자연적인 공기유동 또는 기류순환 장치를 활용한 기류 유도를 통해 냉방용량을 증대시키는 하이브리드 천장복사패널 시스템 개발○ 하이브리드 천장복사패널 시스템 성능 데이터 도출 - Test-bed 실증을 통한 온열 환경, 냉방용량 및 에너지소비량 데이터○ 하이브리드 천장복사냉방패널 시스템 설계 가이드라인 개발 - 냉방용량 확보를 위한 패널 면적, 배치 방안 및 시스템 구성요소 조합 방안
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| 연구내용 및 범위 |
？ 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
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