천장 복사 냉방 패널의 개방형 설치를 위한 냉방 용량 산정 및 설계 프로세스

Abstract

오픈랩 스타일을 선호하는 설계 트렌드와 설비 및 마감 기술의 발전과 함께 천장 냉방 복사 패널을 개방형으로 설치하는 경우가 증가될 것으로 예상된다. 패널을 개방형을 설치하게 되면 개방부를 통하여 거주역과 플레넘 사이의 공기 이동이 활발해져 패널 표면에서의 열전달이 향상되며 패널의 냉방 용량이 증가 하게 된다. 이 공기의 이동은 개방부의 형상에 의해 달라지게 되므로, 개방형 설치에 의해 달라지는 냉방 용량을 반영하여 설계하기 위해서는 냉방 용량 향상에 관하여 객관적인 데이터와 그를 설계 과정에서 활용할 수 있는 개방형 패널을 위한 설계 프로세스가 마련되어야 한다 이를 위하여 개방형 패널의 냉방 용량 분석을 위한 이론적 배경을 도출하고, 냉방 용량에 영향을 미치는 개방부의 형상 요소를 정의하였다. 냉방 용량 평가를 위하여 실험의 장점과 시뮬레이션의 장점을 통합하여 냉방 용량 평가 모델을 구축, 패널의 배치에 따른 냉방 용량 보정 계수를 산정하였다. 그 후 개방부의 형상 요소와 보정 계수 사이의 관계에 대하여 회귀 분석을 실시하여 보정 계수 예측 방정식을 도출하였다. 개방형으로 설치됨으로써 달라지는 실의 상황과 보정 계수 예측 방정식을 설계 단계에 반영하여 개방형 패널을 위한 설계 프로세스를 제안하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.

(1) 개방부의 형상인 단면적과 둘레 길이에 의해 개방부를 통한 공기 이동을 방해하는 저항이 달라지고, 그에 따라 공기 이동의 특성이 달라지며, 이 공기 이동은 냉방 용량을 달라지게 하므로, 결국 개방부의 형상인 단면적과 둘레 길이에 의해 냉방 용량이 영향을 받는다고 할 수 있다. 따라서 개방부의 단면적과 둘레 길이를 유동 특성이 같은 개방부 형상에 대하여 일반화함으로써 형상 요소를 도출하였다. (2) 같은 패널 배치 패턴 케이스들의 경우 형상 요소 중 개방부의 면적 비가 클수록 냉방 용량도 커지는 경향이 있으나 면적비의 크기 순서와 냉방 용량 크기의 순서와 반드시 일치하지는 않았다. 개방부의 면적비가 같은 경우, 개방부의 수력학적 직경이 작을수록, 즉 개방부의 둘레 길이가 길수록, 냉방 용량이 큰 것으로 나타났다. 그러나 면적비가 작을수록 이러한 경향성은 떨어졌다. 따라서, 냉방 용량은 개방부의 면적비 혹은 수력학적 직경 중 하나에 의해 단독적으로 영향 받지 않으며 두 가지에 의해 동시에 영향 받는다는 것을 알 수 있다. (3) 기존의 패널 설계 프로세스를 수정하여 도출된 개방부의 면적비와 수력학적 직경에 따른 냉방 용량 보정 계수 예측 방정식을 포함하여, 개방형 설치를 위한 설계 프로세스를 제안하였다. 이를 활용하며 개방형 설치에 따른 냉방 용량을 설계 단계에서 정확히 예측할 수 있으며, 예측 결과를 바탕으로 패널의 필요 설치 면적을 감소시키거나, 같은 패널 면적으로 할 경우 좀더 높은 온도의 냉수를 사용하도록 설계하여 결로의 가능성을 낮출 수 있다.