Uncertainty and Sensitivity Analyses of Dynamic Solar Heat Gain Coefficient for Window System with External Venetian Blind

Abstract

The thermal properties of the window system have been treated in a deterministic fashion and physically calculated under static boundary conditions. However, the stochastic variation of thermal performance is known to be caused by environmental conditions as well as blind slat angles. This study investigates the stochastic characteristics of SHGC of a double-glazing system with an external Venetian blind. A virtual environment was constructed to simulate dynamic thermal behavior. It primarily relies on the pyWinCalc program, which is a stand-alone tool. Design, control, and environmental variables are parameterized to account for the system's different configurations and operational strategies under various conditions. By sensitivity analysis, the influence of each environmental variable on SHGC was determined, and it was found that its ranking varied depending on the slat control angle. Uncertainty analysis revealed that the uncertainty in SHGC is significant and influenced by environmental variables and slat angles. The degree of variations and distribution of SHGC depending on the slat control angles were analyzed by considering seasonal differences and diurnal variations. This study suggests the importance of a stochastic assessment of the thermal performance of window systems and the implementation of dynamic control for external Venetian blinds. It also can contribute to developing guidelines for manual slat control by occupants.

투명 외피를 통한 열전달을 조절하는 차양 장치의 정량적인 평가 지표로 SHGC가 사용되고 있고, 이는 건물 에너지 소비량 평가의 중요한 인자로 작용한다. 기존 정적 조건의 실험을 통해 구해진 차양 시스템의 SHGC는 동적으로 변화하는 환경 조건과 차양의 제어 방법에 의해 실제 성능과 차이가 있을 수 있다. 이에 따라 본 연구에서는 pyWinCalc를 이용하여 환경 변수, 슬랫 각도, 태양의 위치를 파라미터화하여 외부 베네시안 블라인드가 설치된 창호 시스템의 동적 SHGC를 별도의 건물 모델링 없이 독립적으로 분석하였다. 물리 수식으로부터 SHGC에 영향을 미치는 환경 변수를 선정하고, 전역 민감도 분석 방법을 적용하여 각 환경 변수가 SHGC에 미치는 영향을 확인하였으며 슬랫의 제어 각도에 따른 민감도의 크기와 순위가 변화함을 확인하였다. 또한, 한 시점, 계절별, 그리고 하루를 기준으로 환경 조건과 슬랫의 각도에 따른 SHGC의 확률적 특성과 불확실성을 확인하고, 변화하는 SHGC의 범위와 분포를 분석하였다. 연구를 통해 가변형 차양 시스템이 설치된 창호 시스템의 SHGC에 대한 확률적 접근의 필요성과 차양 동적 제어의 중요성을 확인하였다. 연구의 결과는 차양의 운영 단계에서 직관적인 이해를 돕는 지표가 되어, 동적 블라인드 제어뿐만 아니라 재실자의 수동 제어에서도 활용되기를 기대한다.