태양, 기후 및 편안함
출처: http://www.aprbuildingservices.com.au/C1_Energy_Smart_Housing.html
이 장의 내용은 태양의 움직임과 주어진 장소에서 위치를 결정하는 방법, 기후대와 그들의 특별한 에너지 요구 사항, 열 쾌적성에 대한 우리의 인식에 영향을 미치는 요소들에 관한 배경 정보를 개략적으로 보여줍니다.
1. 태양과 계절
지구 축의 기울기는 태양의 궤도를 도는 동안 여름부터 겨울까지 각기 다른 경로와 각도를 만듭니다. 해마다 반 년 동안 북반구는 남반구보다 많은 태양을 받으며, 그 반기는 다른 해에 일어납니다. 이 그 극단 사이에는 양쪽 반구가 같은 양의 햇빛을 받는 춘분(equinox)이 있습니다.
1) 춘분(equinox)
춘분(3월21일과 9월21일)에, 태양은 동쪽에서 정확하게 상승하고 정확하게 서쪽에 위치합니다. 관측자 바로 위의 점을 천정(zenith)이라고 부릅니다.
[멜버른의 태양 정오 고도 각]
천정과 정오(태양 정오)에 태양의 위치 사이의 각도는 현장 위도와 같습니다.
아래 그림은 멜버른의 관찰자에게 태양이 겉으로 보이는 움직임과 이로 인한 여름과 겨울의 그림자를 보여 줍니다. 태양의 상대 각도와 위치는 위도에 따라 다릅니다.
[태양의 가현 운동에 여름과 겨울 그림자]
2) 동지(winter solstice)
6월21일 동지는 일조가 가장 적습니다.(약 9시간) 멜버른의 태양은 동쪽에서 약 30° 북쪽에 있는 지평선에서 상승하며, 하늘을 가로 질러 서쪽에서 약 30° 북쪽에 위치합니다. 태양 고도에서의 최대 고도 각은 약 29°입니다.
3) 하지점(summer solstice)
12월 21일의 하계는 그 해의 가장 많은 햇빛을 가지고 있습니다.(약 14.5시간) 멜버른에서 태양은 동쪽에서 약 30° 남쪽으로 수평선을 향하여 올라가고, 서쪽에서 약 30° 남쪽에 위치합니다. 태양 정오에서의 최대 고도 각은 약 75°입니다.
2. 기후대
참고(쾨펜 기후 구분): https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1150686&cid=40942&categoryId=32299
편안함과 에너지 효율성을 위한 주거용 설계는 기후 고려 사항의 영향을 받습니다. 여름과 겨울의 최고 기온과 최저 기온, 주간 온도 범위(주간/야간 차이) 및 호주 전역의 난방 및 냉방 계절의 길이에는 상당한 차이가 있습니다.
단순화를 위해, 호주는 난방 및 냉방의 필요성에 따라 5개의 넓은 기후대가 확인되었습니다. 이 지역의 기후 데이터는 Nationwide House Energy Rating Scheme(NatHERS)에 사용됩니다. 참고(NatHERS): http://www.nathers.gov.au/
영역 내에는 약간 다른 온도 범위와 가열 및 냉각 요구 사항이 있는 위치가 있지만, 상대적인 요구 사항은 함께 그룹화해 유사합니다.
[호주 기후대]
1) 냉대
고산지를 포함하지 않는 Great Dividing Range에 포함된 지역은 온대성 연안 지역보다 따뜻한 여름과 추운 겨울이 특징입니다. 주간 온도 범위는 일년 내내 크며, 겨울철의 평균 최저 기온은 종종 0℃까지 떨어집니다.
2) 온대
호주 북서쪽 지역을 덮고 있는 따뜻한 내륙 지역은 다른 모든 지역보다 더 따뜻하고 온화한 내륙 지역보다 약간 더 온난한 겨울을 특징으로 합니다. 큰 일교차는 연중 계속되며, 최대 여름 기온은 평균 30℃를 넘는 경우가 많습니다.
3) 온대 해안대
Great Dividing Rang 온대 해안 지역은 따뜻하고 건조한 여름과 시원하고 습기가 많은 겨울이 특징이며, 겨울보다 여름에 더 큰 일교차를 가집니다. 연안 바람의 영향으로 온도가 급격히 떨어지고 날씨는 종종 바뀔 수 있습니다.
4) 온대 기후대
Great Dividing Range의 북쪽 지역을 덮고 있는 온화한 내륙 지대는 빅토리아/사우스 오스트레일리아 국경의 서쪽과 북쪽의 Ouyen 지역까지 이어집니다. 이 지역은 온대 해안 지대보다 낮은 평균 최저 겨울 온도를 특징으로 하며, 온화한 연안과 시원한 내륙 지역보다 평균 최고 기온이 높습니다. 온도 차는 겨울보다 여름에 더 큽니다.
5) 고산대
이것은 Great Dividing Range의 가장 높은 지역을 포함하며, 다른 지역보다 시원한 연중 조건을 특징으로 합니다. 겨울의 온도는 밤에 동결점 이하가 종종 있으며, 1년 내내 높은 태양 복사와 구름이 많습니다. 일부 높은 지역은 폭설이 내립니다.
3. 다른 기후대 주택 설계
겨울 난방은 전체에 걸쳐 주요 관심사이며, 여름철 냉방 요구 사항은 더욱 다양합니다. 아래 표는 호주 전체에 걸친 중요한 일일 온도 범위를 보여줍니다.
[평균 밤낮의 온도]
최상의 결과를 얻기 위해서는 주택 설계 및 건축 자재가 지역 기후(거시 기후)에 적합해야합니다. 5개의 기후 구역마다 서로 다른 난방 및 냉방 요구 사항이 있지만 에너지 효율이 높은 주택 설계 원칙, 예를 들어 단열 또는 열 질량 또는 창 크기의 변화는 동일하게 적용됩니다. 겨울철 난방은 온화한 연안 및 시원한 내륙 지역에서 가장 중요한 관심사이며, 여름철의 냉방은 다양하지만 대체로 이차적으로 중요합니다. 일반적으로 에너지 효율적 설계 원칙 외에도, 이 지역의 주택 설계는 높은 단열 수준, 겨울 창 보호, 외폼 차단 및 여름 음영에 대한 주의가 필요합니다.
Divide의 북쪽 온난하고 내륙 지역과 내륙 온대 지역은 난방에 중점을 둘 필요가 있습니다. 심지어 보충 난방이 가장 적게 필요한 위치로 분류된 Mildura 조차도 여전히 난방 요구 사항을 가지고 있으며, 멜버른의 난방 요구량은 약 80%입니다. 이 지역에서는 냉각의 필요성이 가장 큽니다. 더운 여름 기온 (특히 따뜻한 내륙 지역)과 큰 일교차로 인해, 이 지역의 주택 설계는 열 질량, 교차 환기 및 여름 음영을 특별히 고려해야합니다.
고산 지대에서 가장 중요한 관심사는 실내에서 편안하고 따뜻한 상태를 유지하는 것입니다. 난방 요구량은 고산 지대에서 멜버른보다 3배 더 큽니다. 일년 중 많은 시간 동안 하루 24시간 난방이 필요 할 수 있습니다. 여름철의 냉각 요구 사항은 무시할 수 있습니다. 그러므로 주택 설계는 겨울에 편안함에 초점을 맞추어야합니다.
4. 열 쾌적성
열 쾌적성은 대다수의 사람들이 편안함을 느낄 수 있는 조건의 범위를 나타냅니다. 이것은 37℃의 비교적 안정한 체온을 유지하기 때문에 제한된 범위입니다. 우리의 몸은 주로 활동 수준에 따라 열을 발생시키지만, 주변 환경 조건에 따라 열을 발산합니다.
열은 세 가지 주요 방법으로 몸에서 손실됩니다.
① 방사 45%
② 대류 30%
③ 증발 25%
아래 그림은 건물 내 체온 상승과 손실에 영향을 미치는 주요 요인을 보여줍니다.
[체열 증가와 손실]
1) 열 쾌적 변수
편안함은 아래에 나열된 여섯 가지 주요 변수의 영향을 받습니다.
① 대기 온도(Air temperature, 건구 온도): 열쾌적의 가장 일반적인 척도
② 평균 방사 온도(Mean radiant temperature): 한 공간에서 노출된 모든 표면의 가중 평균 온도. 내부 표면 온도(예: 커튼이 없는 창문)와 내부 공기 온도 사이에 큰 차이가 있을 때, 불쾌감이 생겨 복사열이 몸체에서 더 차가운 표면으로 손실될 수 있습니다.
③ 상대 풍속(Relative air velocity): 따뜻한 날씨에서 중요하며, 공기가 피부를 가로 질러 이동하면 대류에 의한 열 손실이 증가하여 감지 공기 온도가 낮아집니다.
④ 습도(Humidity): 공기의 수분 함량은 상대 습도로 정의되며, 70% 이상 또는 30% 미만에서는 불편함을 유발할 수 있습니다.
⑤ 활동 수준(Activity levels): 공간의 사용자가 활동 수준이 높을 때 난방 요구가 줄어들며, 더 낮은 온도가 허용됩니다.
⑥ 의류의 내열성(Thermal resistance of clothing): 공간의 사용자가 따뜻한 옷을 입거나 난방 요구를 낮추기에 충분한 담요(예: 밤에 침실)를 사용하면 더 낮은 온도를 허용합니다.
건물 설계는 이러한 열 쾌적 변수의 처음 네 가지에 영향을 미치며, 마지막 두 가지는 사람들의 행동과 행위에 의존합니다. 건물의 설계 변경이 열 쾌적함에 미치는 영향을 이해하면, 설계는 특정 편안한 조건을 달성 하기 위해 변경될 수 있습니다.
2) 편안함의 인식
편안함에 대한 인식에는 상당한 개인 차이가 있습니다. 사람들이 나이가 들거나 성별에 따라 다른 난방 요구 조건이 있습니다. 이러한 차이는 가정의 에너지 비용 변동에 종종 반영됩니다. 편안함과 에너지 효율성을 결합한 일반적인 규칙은, 겨울에 가장 낮은 기온이고 여름철에는 최고 기온입니다.
멜버른의 거주 지역에 권장되는 겨울 난방 온도 범위는 18~21℃이며, 여름철에는 24~27℃입니다.