천장 복사 냉방 패널의 방냉량 평가를 위한 경계 조건 설정

Abstract

건물의 하절기 냉방을 위해 천장 복사 냉방 패널을 적용하기 위해서는 천장 복사 패널의 방냉량을 평가해야 하며, 방냉량 평가 시 경계 조건은 실제 건물의 경계 조건을 고려하여 설정해야 한다. 특히 균일하지 않은 환경으로 인해 실제 건물과 실험체에서 발생하는 천장 복사 패널의 방냉량 차이는 냉방 용량의 과다 또는 과소 설계로 이어지게 되므로 정확한 방냉량 평가 경계 조건을 도출하고 해당 경계 조건에서 천장 복사 패널의 방냉량을 구해야 할 것이다. 본 연구에서는 천장 복사 패널 방냉량의 개념과 기존 방냉량 평가 기준으로부터 실제 건물과 실험체에서 방냉량이 차이가 나는 원인에 대하여 고찰하였고, 시뮬레이션 모델을 검증하기 위하여 실험 방법을 통해 경계 조건과 천장 복사 패널의 방냉량을 구하고, 경계 조건을 이용한 천장 복사 패널의 방냉량 평가 방법을 제안하였다. 또한 경계 조건 도출 모델을 이용하여 구한 방냉량 평가 경계 조건을 제시하였다. 본 논문의 결과를 요약하면 다음과 같다.

1) 천장 복사 패널의 방냉량은 강제 대류와, 불균일한 주변 환경에 의해 다르게 평가될 수 있다. 불균일한 주변 환경에 의해 방냉량이 달라질 수 있는 문제를 해결하기 위해서는 실제 건물의 환경을 반영한 경계 조건에서 방냉량을 산정하는 것이 필요하다.

2) 본 연구에서는 천장 복사 패널의 방냉량 평가 경계 조건을 설정하기 위해서 ASHRAE의 열전달 모델을 기본으로 천장 복사 패널이 설치된 공간의 열전달 모델을 수립하고 경계 조건에 영향을 미치는 인자들의 종류, 값 및 범위를 도출하였다.

3) 도출한 경계 조건 영향 인자의 변화에 따른 경계 조건을 도출하기 위하여 천장 복사 패널의 방냉량 평가 경계 조건 도출 모델을 수립하였다. 또한 경계 조건 영향 인자 별로 경계 조건에 미치는 영향도를 분석하였다. 경계 조건 영향 인자는 건물에 관한 인자, 벽체의 구성에 관한 인자, 내부 발열에 관한 인자로 그룹을 구분하여 각 그룹에 해당하는 영향 인자에 따른 표면 온도를 도출하였다.

4) 경계 조건에 따른 천장 복사 패널의 방냉량을 도출하기 위하여 방냉량 평가 모델을 수립하고 표면 온도에 따라 방냉량을 산정하였다. 경계 조건 도출 모델을 검증하기 위하여 대표 케이스에 대하여 실험을 수행하고 시뮬레이션 결과와 비교․분석하였다. 실험 수행을 위해 방냉량 평가 실험체를 구축하였으며, 제어 방안을 마련하였다.

5) 천장 복사 패널의 방냉량 평가 경계 조건을 바탕으로 경계 조건 설정 방법을 구축하고 다양한 경계 조건 영향 인자에 대한 표면 온도를 제안함으로써 추후 천장 복사 패널의 방냉량 평가에 활용할 수 있도록 하였다.

The system known as the Ceiling Radiant Cooling Panel(CRCP) is a type of radiant cooling system which uses a ceiling as a radiant surface. It is an alternative type of conventional air system. Compared to a packaged terminal air conditioning system, a radiant ceiling panel system has advantages in terms of energy savings and improved thermal comfort. To obtain these advantages, it is important to analyze the thermal performance of a radiant ceiling panel system. Due to the non-uniform environment of the actual building, the cooling capacity estimated in the experimental environment leads to over- or under-design of the cooling capacity of the CRCP. To solve the problem, the cooling capacity of the CRCP should be evaluated according to the boundary condition of the actual building. This paper presents the difference of the boundary condition between the actual building and the experiments. Various boundary conditions of the actual building and the cooling capacity of the CRCP developed in this study are estimated using simulation model. To evaluate the simulation result, a test cell is constructed based on the international standard. Using this test cell, the boundary condition and the thermal performance of the CRCP are estimated. Also, the experimental method to evaluate the cooling capacity of the CRCP is proposed. Finally, the boundary condition to evaluate the cooling capacity of the CRCP according to the various building cases are presented from the simulation and experimental results.