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철골 건축에서 에너지 및 열 개선(14)

출처: https://constructalia.arcelormittal.com/files/KINA26010ENN_002aadd4dee607cb8b70e8bac8ff70618a1.pdf

 

 

 

4. 실제 건물 성능 데이터

 

 

 1) 개요

 

     WP4의 목표는 철골 건물의 에너지성능 및 열적 편안함에 대한 자세한 조사입니다. 목표는 에너지 효율적인 철골 건물의 긍정적인 사례를 제공하고 추가 개선을 위한 영역을 식별하는 것입니다. 다음 목록은 모니터링 프로그램의 연구, 테스트 및 개발을 위한 특정 건물을 요약한 것입니다.

 

 

[다양한 모니터링 프로그램을 위해 선택된 건물]

     프로젝트 초기 단계에서 모니터링 개념에 대해 논의되었고 보고 방식에 대한 템플릿이 개발되었습니다. 난방 목적을 위한 에너지소비는 도일법(어느 날의 평균 기온의 표준 온도와의 차)”에 따라 표준화되어야합니다. 이 방법은 대부분의 건물(벨기에, 프랑스, 필란드, 독일, 영국 주거용 건물)에 사용되었습니다. 그럼에도 불구하고 일부 프로젝트의 경우 ETHICS 프로젝트가 시작되기 전에 측정된 데이터가 수집되었으며, 일부 다른 건물의 경우 측정 장비가 고정되어 데이터베이스가 다른 프로젝트에 완전히 일치하지 않았습니다. 모니터링된 에너지 데이터의 용약은 끝의 표에 나와있습니다.

 

     이러한 프로젝트 중 일부는 세부 사항(WP1의 기밀성, WP2의 열 성능, WP3의 열 안락함)을 조사하는 데 사용되었습니다.

 

 2) 유럽 전역에서 시도하기 위해 8개의 철골 건물의 전체 건물 에너지 사용

 

     WP4.2는 모니터링 레벨1에 따른 다른 에너지 데이터 소비를 수집하고 분석하는 것을 목표로 합니다. 이 수레벨의 모니터링에는 건물의 월별 및 연간 에너지 사용이 포함됩니다.

 

 3) 6개 철골 건물의 모니터링 및 에너지 성능

 

     WP4.3은 레벨2 모니터링입니다. 이 레벨의 모니터링에는 건물의 월별 및 연간 에너지 사용이 포함되어야합니다. 또한 레벨2에는 공간 난방/냉각 수요, DHW 에너지 수요(주거 건물 전용), 전체적인 전기, 실외 조건(외부 온도와 태양 복사), 내부 조건(온도 및 습도)을 포함하는 시간별 측정을 포함합니다.

 

 4) CRM4-건물의 상세한 모니터링

 

     WP4.4는 레벨3 모니터링입니다. 이 모니터링에는 건물의 월별 및 연간 에너지 사용이 포함됩니다. 또한 레벨3에는 공간 난방/냉방 수요, 전체 전기, 실외 조건(외부 온도, 태양 복사, 풍속), 내부 조건(온도 및 습도)을 포함한 시간별 측정이 포함됩니다. 2년 이상 장기간 모니터링합니다.

 

     다음 표에는 프로젝트 내 모니터링된 모든 건물의 에너지성능 데이터에 대한 개요를 제공합니다(사용 가능한 경우 도일법에 따른 표준화를 고려한 난방 수요).

 

[모니터링 결과 요약]

 5) 경량 철골 건물의 열적 쾌적성

 

  (1) 요약

 

       열적 쾌적함이 계산되고 측정되었습니다. 측정과 계산 연구 모두에서 경량 철골 건물의 성능이 우수함을 보여주었습니다. 여름철 열적 쾌적함의 주요 측면에서 음영을 사용하여 실내에서 과도한 태양열을 피하는 것입니다. 또한 환기 및 공조시스템의 공기 속도는 작업/생활 영역에서 충분히 낮아야합니다. 겨울철 주요 측면에서는 난방시스템과 환기 공기 속도입니다. 실내공기 온도 측정에서 설정 지점과 작동 온도는 지침에 따른 것입니다.

 

       시뮬레이션에서 경량 및 중량의 사무실 건물은 동적 시뮬레이션에서 상세한 인체 모델을 사용하여 열 쾌적성과 관련하여 비교되었습니다. 결과는 의복 수준이 열감과 쾌적함에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 보였으며, 구조물의 열 질량은 사소한 역할만 하고 있었습니다. 연구된 구조물은 크고 중량 구조물이 아니라 건물에 사용되는 전형적인 구조물이었습니다. 모든 경우 계절에 맞는 의복에 대한 불만족(PPD) 예측 비율이 상대적으로 낮습니다.

 

  (2) 열 쾌적함의 평가

 

       열 쾌적함은 헨센(Hensen)에 의해 행동에 의해 환경을 바로잡기 위한 운전 충동이 없는 상태라고 정의되었습니다. 미국 냉난방공조협회(ASHRAE)는 이것을 열 환경에 만족이 표현되는 마음의 상태로 정의했습니다. 따라서 이것은 분위기, 문화 및 기타 개별, 조직 및 사회적 요인의 개인적 차이에 영향을 받습니다. 위의 정의에 따르면, 쾌적함은 상황의 상태가 아니라 마음의 상태입니다. 열적 쾌적함의 정의는 마음이나 만족의 조건에 의해 무엇을 의미하는지에 대해 개방되어 있지만, 쾌적함의 판단은 신체적, 생리적, 심리적 그리고 다른 요소들의 영향을 받는 많은 입력을 수반하는 인지적인 과정이라는 것을 정확하게 강조합니다.

 

       널리 사용되는 두 가지 표준인 ANSI/ASHRAE 표준 55-1992(인체에 대한 열 환경 조건) ISO 7730(중간 열 환경-PMV PPD 지표의 결정 및 중간 열 쾌적조건 지정)은 중간 열 환경 평가에 필요한 방법을 제시합니다. 이 방법을 사용할 때, 사람의 열 감각은 신체 전체의 열 균형과 관련이 있습니다. 이 균형은 대기 온도, 평균 복사 온도, 공기 속도 및 공기 습도 등 환경 매개 변수뿐만 아니라 거주자의 신체 활동 및 의복에 영향을 받습니다[ISO 7730]. 이 방법은 정상 상태 조건을 위해 도출되며, 인체를 전체적으로 다루기 때문에 공간적으로 통일되지 않은 조건에서는 추정할 수 없습니다.

 

       현재 일시적이고 통일되지 않은 경계 조건에서 사람의 열 감각과 쾌적함을 예측하는 새로운 방법이 있습니다. 의복을 포함한 신체뿐만 아니라 일시적이고 불균일한 열 환경은 우리의 열 감각에 영향을 미치고 따라서 우리의 쾌적함에 영향을 줍니다. 생리학이나 열 쾌적성 모두 인체 전체에 균일하지 않기 때문에 현실적인 열 감각을 추정하기 위해서는 세밀한 모델이 필요합니다. 열 감각과 쾌적함을 추정하기 위해 여기에 사용된 모델은 [Hui]를 기초로 합니다. 기본적으로 이 모델은 국소 인체 부분의 열 감각과 국소 열 쾌적성을 계산하며, 그 정보에 기초하여 전체적인 열 쾌적성을 추정할 수 있습니다.

 

       열 감각과 쾌적함을 추정하기 위해서는 열 환경과 상호 작용을 하는 인체 모델이 필요합니다. 여기에 사용된 인체 모델은 Smith의 모델을 기초로 합니다. 이 모델에서 신체는 15부분으로 나뉘며, 각 신체 부위에는 혈액 순환뿐만 아니라 뼈, 근육, 지방, 피부 층을 가지고 있습니다. 혈액 순환 및 체온은 실제 조절시스템과 같은 역할을 하는 인체 조절 모델에 의해 조절됩니다. 예를 들어, 인체 코어 온도가 중립 값 이상으로 올라가면 혈관 확장이 발생하고 심박동량은 크게 증가합니다. 이 증가의 거의 100%가 피부 조직으로 갑니다. 이러한 개발을 위해 코어 온도가 37.2에 도달하면 최대 혈관 확장 상태가 달성됩니다. 이 상태에서 총 피부 혈류량은 기본 값의 7배일 수 있습니다. 이러한 심박동량 증가는 표면적에 따라 개별 신체 부위에 분배됩니다.

 

[신체 모델의 15부위 분할]

       이 연구에 사용된 모델은 UC 버클리 조절환경 챔버에서 불균일하고 일시적인 조건 하에서 수행된 109명의 사람을 대상으로 실험한 결과를 포함하는 Hui의 연구를 기초로 합니다. 이들 실험에서 대상자의 국소 신체 표면은 독립적으로 가열 또는 냉각되는 반면, 신체의 나머지는 따뜻하거나 중립적이거나 또는 시원한 환경에 노출되었습니다. 피부 온도, 코어 온도, 열 감각 및 쾌적함 반응은 1~3분 간격으로 수집되었습니다. 그림은 전체 열 쾌적도를 계산하는 방법을 나타내는 순서도입니다.

 

[전체 열 쾌적도 계산 흐름도]

 

       국부적 감각 모델은 피부와 코어 온도와 그 변화율의 함수입니다. 이 모델에는 각 신체 부위에 대한 하위 모델이 있으며, 이 모델들은 함께 열 조건의 비대칭성을 포착합니다. 국소적 쾌적함은 모든 신체의 국소적 감각과 평균으로부터 예측되며, 전체적인 감각 모델은 국소적 감각을 통합합니다. 전체 신체의 쾌적함 모델은 국소적 쾌적함 값을 통합합니다. 전체적인 열 감각은 국소 감각에서 가중 평균으로 모델링됩니다.

 

       일부 신체 부위(가슴과 등)의 경우 무게가 다른 부위보다 높습니다. 체중은 신체 부위 크기 또는 감도로 인해 더 높습니다. 일부 신체 부위는 국부적인 감각이 평균적인 열 감각과 비교하여 높거나 낮은 경우 유사하게 작동하지 않습니다. 한 신체 부위가 따뜻한 감각보다 차가운 느낌을 결정하는 데 더 중요할 수 있습니다. 무게는 모든 감각의 국소적 평균과 기하학적 평균의 차이 사이의 함수로서, 국소적 열 감각이 신체의 나머지 열 감각과 반대일 때 더 큰 가중치를 할당합니다.

 

       감각은 4~4까지의 값을 가질 수 있습니다.4는 매우 뜨겁고, 3은 뜨겁고, 2는 따뜻하고, 1은 약간 따뜻하고 0은 중립에 해당합니다. 국부적 쾌적함은 국부적 감각 및 전체적 감각의 함수이고, 전체적인 열 감각은 국부적 열 쾌적함의 함수입니다. 쾌적함은 4에서 4사이의 값을 가질 수 있으며, 4는 매우 쾌적하고, 2는 쾌적하며, 0은 중립에 해당합니다.