복사 난방 패널의 건물 외주부 적용을 위한 열쾌적성 평가 및 방열 조건 설정

Abstract

복사 난방 패널은 자연 대류의 원리에 의한 방열로 차가운 기류와 열교환을 하기 때문에 부하 변동에 대한 빠른 대응과 외주부에서 담당해야 하는 난방 부하를 처리하기에 충분한 열량을 공급하지 못할 수도 있으므로 이로 인해 외주부에서 발생할 수 있는 downdraft와 같은 불쾌적 문제를 유발하지 않는지 선행적으로 검토가 필요하다. 또한 복사 난방 패널의 방열은 실내 기류의 흐름에 민감하게 반응할 수 있으므로 침기나 내부발열과 같은 건물 실내외 환경의 영향을 고려해야 하며, 복사 난방 패널의 방열로 인한 복사불쾌적의 문제가 발생하지 않아야 한다. 이에 본 연구에서는 열쾌적성 측면에서 복사 난방 패널이 외주부에 적용 가능한지 평가하였다. 이를 위해 건물 외주부에서의 열쾌적성 및 복사 난방 패널의 방열 특성에 대해 고찰하고 외주부에 적용된 복사 난방 패널의 열쾌적성을 평가할 수 있는 모델을 구축하여 CFD 시뮬레이션을 통하여 열쾌적성을 평가하였다, 그리고 열쾌적성 평가 결과를 바탕으로 복사 난방 패널을 건물 외주부에 적용할 수 있는 방열 조건을 제시하였다. 본 논문의 결과를 요약하면 다음과 같다.

1) 복사 난방 패널의 외주부 적용 시, 외부 환경의 영향이 반영된 창문 내측 표면의 온도와 건물의 실내 환경 요소 그리고 패널의 방열량에 따라 열쾌적성이 달라질 수 있다. 따라서 패널의 복사열로 인한 열공급 및 열손실에 따른 창문의 온도 구배에 대한 해석이 가능하며, 침기나 내부발열과 같은 건물의 실내외 환경 조건이 반영되고 복사 난방 패널의 자연대류를 통한 방열 현상을 모사할 수 있는 시뮬레이션 모델을 구축하였다. 2) 복사 난방 패널의 열쾌적성 평가결과, 외부 환경 조건의 기준이 완화될수록 창문의 내표면 온도와 패널의 표면온도와의 차이가 감소하여 단위 면적당 상대적으로 작은 방열량으로 재실영역으로 유입되는 draft rate의 수치 가 저감되고 decay ratio가 향상되었다. 이러한 경향은 패널의 방열면적 변화에 따른 열쾌적성 평가 결과에도 유사하게 나타났다. 그리고 복사 난방 패널의 배치 위치에 따른 decay ratio와 radiant temperature asymmetry를 비교해봤을 때, 복사 난방 패널의 외주부 적용 시 천장에 적용하는 것이 downdraft의 저감 및 복사불쾌적의 방지를 위해 유리하다.

3) 복사 난방 패널의 표면 온도와 창문의 실내 측 표면의 대표 온도간의 차이를 바탕으로 외부 환경 조건의 변화에 따른 복사 난방 패널의 방열 조건을 천장 복사 난방과 바닥 복사 난방으로 구분하여 그래프 및 예측식과 보정계수로 제시하였다. 그리고 이를 기본으로 내부 발열의 영향 및 복사 냉방 패널의 적용에 따른 방열 조건 변화를 도출하였다. 또한 복사 난방 패널의 외주부 적용을 위한 방열 조건을 종합적으로 판단할 수 있도록 외부 환경 조건에 따른 복사 난방 패널의 방열 조건을 기본으로 한 복사 난방 패널의 배치 위치별 방열 조건 차트를 제시하였다. 제시된 차트를 통해 열쾌적성 측면에서 복사 난방 패널의 외주부 적용 가능성을 평가할 수 있다.