ECOTECT을 이용한 창문 및 차양 요소의 건물에너지 영향 비교

김진호 부경대학교 2013 국내석사

현재 지구상에 소비되는 에너지의 40%를 차지하고, 배출되는 온실가스의 50%를 배출하는 것이 우리가 일하고 살고 있는 건물이므로, 선진국에서는 온실가스를 줄이기 위해 신재생에너지, 친환경디자인, Green Building 등 지속가능한 친환경 건축을 달성하기 위하여, 다양한 시도들이 행하여지고 있다. 지속가능한 친환경건축을 실현하는 방식으로 환경부하, 환경성능 검토가 필수적으로 필요하지만, 기존 건축설계프로세스에서는 그러한 객관화, 수치화된 데이터를 분석 검증하여 디자인을 수정하는 시스템이 부족했었다. 건물의 친환경 전략 혹은 에너지 절약 설계 방안 없이는 시대 흐름, 건축주 및 사용자의 요구 및 정부의 규제에 따라갈 수 없다. 하지만 정확한 친환경적 분석 없이는 쉽지 않은 것이 현실이다. BIM(Building Information Modeling)을 통하여, 자재 분석도 가능하고, 스케줄도 파악할 수 있으며, 한 번의 모델링으로 수천가지의 도면도 가능하고 비용 분석 또한 가능하다. 하지만, 기존 연구에서는 BIM과 건물에너지 혹은 각종 건물 성능 평가 시뮬레이션에 대한 언급은 많지 않다. 시뮬레이션이 이루어지더라도, 구체적인 분석 결과보다는, 대부분 좋은 이미지, 화살표나 다이어그램 등으로 중요한 친환경적 개념을 대변하고 있는 것이었다. 초기 설계단계에서 미적인 평가와 더불어 건물의 환경적 성능 평가까지 이루어 진다면, 보다 BIM을 이용한 친환경 건축에 한 걸음 더 다가선 것이라 할 수 있을 것이다. 또한, 이를 반영하여, 중간 및 최종 단계까지 지속적인 친환경 분석과 평가가 요구된다고 할 수 있다. 이에 BIM통합프로세스의 속성정보와 객체정보를 활용하여 환경성능 및 환경부하 분석에 적용한다면, 보다 친환경적인 건축을 진행할 수 있을 것으로 보여진다. 김미경외 3인(2011), 문현준외 3인(2008) 등 다수의 연구자들이 BIM과 초기설계단계에서의 환경성능 및 환경부하와의 관계를 분석하고, 설계프로세스를 도출하여 제안하는 연구를 수행한 사례가 있으나, BIM 기반 환경성능과 환경부하 분석이 필요하다는 이유와 당위성을 문헌조사와 이론적 고찰을 통하여 제시하는 경우가 많았으며, 실제 BIM툴을 이용하여 시뮬레이션을 통한 구체적인 에너지 성능 분석을 실시한 연구 사례가 부족하여, 실제 BIM툴의 실무에서의 실용성에 대한 검증에는 한계가 있는 것으로 보였다. 따라서 본 연구에서는 부산지역의 기상데이터와 대상건물의 데이터를 기반으로, BIM 툴인 Ecotect 프로그램을 이용한 창문, 차양 요소의 건물에너지 에 대한 분석을 실시하여 설계 초기단계에서의 에너지 효율적 건축을 위한 가능성을 파악하고자 하였다.

실적자료에 의한 대학건물의 용도별 전력에너지 원단위 분석

위은재 부경대학교 2013 국내석사

우리나라의 에너지 수입 의존도는 2011년도에 96%, 에너지 수입비용은 195조원에 이르렀으며, 이는 국내 대표 수출산업 중 3대 주요 제품인 반도체, 자동차, 선박의 수출액인 172조원보다 23조원 더 많은 금액이다. 에너지 소비 주체인 인구수는 줄어들고 있는데 반해, 에너지 소비량이 지속적으로 증가하고 있는 현상은 급속도로 다가올 에너지문제에 대한 국가적인 대책이 시급함을 시사한다. 에너지 사용량 세계 10위, 특히 전력소비량 세계 9위인 우리나라는 에너지 사용 효율화와 절약 운동에도 불구하고 선진국에 비해 30배나 높은 연평균 6.02%의 전력소비 증가율을 나태내고 있다. 이는 2007년 대비 20.9%가 상승한 것으로 에너지 소비량 중에서 특히, 전력소비가 지속적으로 증가하고 있음을 보여 준다. 우리나라의 에너지 소비현황을 살펴보면 석유, 전력, 석탄, 도시가스, 열, 기타 순으로 많은 것으로 나타나며 전력은 석유 다음으로 많이 사용되고 있는 실정이다. 인간의 쾌적성을 높이기 위해 가정에서 사용되는 대부분의 기기들은 전력에너지를 기반으로 하고 있는데, 특히 건물 운영에너지 중 높은 비율을 차지하는 냉난방에너지는 전력 에너지가 대부분이고, 점차 그 방향으로 대체되고 있는 실정이다. 이는 전력에너지의 수급이 어려울 경우 사회적인 혼란을 야기할 있음을 예측할 수 있다. 2011년 9월 15일 전국적 이상기후로 인한 무더위로 대규모 정전사태가 발생하여 많은 피해가 속출한 사례를 보더라도 전력에너지는 매우 중요한 에너지 자원이며, 이에 대한 절감방안 및 대책 또한 시급한 것을 알 수 있다. 2011년 에너지총조사보고서에 의하면 2010년 한 해 동안 건물 용도별 전력에너지 사용량이 아파트가 167,323.5TOE로 가장 많았으며, 그 다음이 134,132TOE를 사용한 학교 건물로 조사되었다. 그 만큼 학교에서 사용하는 전력에너지 사용량이 다른 용도의 건물보다 많다는 것을 알 수 있다. 하지만 학교라고 해서 모두 비슷한 전력 사용량을 보이는 것은 아니다. 초등학교 및 중ㆍ고등학교는 대학교 건물에 비하여 전력 에너지 사용량이 극히 적다. 대학교는 교수 및 학생들의 연구를 위한 실험ㆍ실습 장비와 기숙사, 대규모 도서관, 체육관, 근린생활시설 등 복합적인 시설이 밀집되어 종합적인 시설물들의 집합체인 만큼 전력 사용량이 상대적으로 많은 양을 차지하고 있다. 특히 최근 들어 교육시설의 질적 수준을 향상시키고, 시설환경개선을 위하여 냉ㆍ난방 시스템을 가스(FCU)방식에서 전기(EHP)방식으로 교체하는 공사 등 전력 소비와 직결되는 많은 공사들이 이루어지고 있다. 하지만 전력 사용량의 많은 부분을 차지하고 있는 학교, 특히 대학교에서의 단위면적당 전력 사용량, 즉 에너지 원단위가 명확하게 정립되어 있지 않아 효율적이고 경제적인 전기계획 및 설계와 에너지 사용 분석, 절감방안 및 정책 수립에 어려움이 있다. 홍원화 외 3인(2008) 등 몇몇 연구자들이 대학건물 용도별 에너지원단위 산정 연구를 수행한 사례가 있으나, 대학 건물의 용도별 세부적인 전력에너지 원단위 분석에 대한 연구가 부족하여 이러한 문제점을 해결하기에는 아직 한계가 있어 보인다. 그러므로 전력에너지에 대한 설계단계(냉난방부하계산, 장비용량선정 등) 및 운영단계(냉난방기, 조명, 사무기기 등의 사용)에서 적정하게 적용 할 수 있도록 여러 대학을 비교 분석한 세부적인 자료가 필요할 것으로 보인다. 이에 본 연구에서는 부산시 소재 4개 대학 총 3개 대학이지만, 1개 대학의 경우 2개의 캠퍼스로 분리되어 있어 이를 캠퍼스를 각각 1개의 대학으로 적용함. 의 다년간(3년간) 전력에너지 사용량의 실적자료를 바탕으로 각 대학별 단위면적, 재학생수, 대지면적 및 세부적인 용도별 전력에너지 원단위를 비교 분석하였다. 또한 대상 대학 중 각 건물마다 전력계량기가 설치되어 있는 1개 대학을 대상으로 용도별 전용되는 건물을 각각 선정하여 용도별 전력에너지 원단위를 상세히 분석하였다. 이를 토대로 대학건물 용도별 전력에너지 원단위 산정 기준, 건물 설계단계 및 운영단계 전력에너지 절약을 위한 관련 연구, 정부 차원의 에너지절감 방안 등 관련 정책 수립시 기초자료로 제공하고자 한다.

Performance Evaluation of Cooling-DHW Combined GSHP System Using Condensation Heat

ZHANG XINWEN 부경대학교 대학원 2020 국내박사

Nowadays, environment pollution and global warming is causing people to spend more time indoors, and the development of building-material technology has improved the insulation performance of building. Therefore, the cooling load and cooling time of buildings are increasing. Ground source heat pump (GSHP) system is one of the most efficient and clean methods for cooling and heating. That is because the energy source of GSHP is geothermal energy which is a clean energy and maintains a stable temperature throughout the year. As a cooling system, GSHP delivers the heat from a condenser to ground during cooling time. However, after a cooling GSHP system operating for a long time, the ground temperature will increase. The increased ground temperature can affect the coefficient of performance (COP) of GSHP system. To keep the balance of ground temperature and COP of GSHP system during cooling time, the condensation heat from cooling GSHP can be used by other heating system before it if transferred to ground. GSHP system can used as a domestic hot water (DHW) system, and DHW GSHP system absorbs heat from ground during heating water. However, DHW GSHP system is difficult to make high temperature hot water with geothermal energy, A favorable method to improve the performance of DHW GSHP system is to increase the heat source temperature. Therefore, a cooling GSHP system combined with DHW heat pump (combined GHSP) is proposed in this study. In the combined GSHP system, the condensation heat of the cooling GSHP system can be used as the heat source of the DHW GSHP system. Therefore, the ground temperature will be balanced and the performance of the cooling and DHW heat pump of the combined GSHP system will improve during the system operating. To evaluate the performance of the combined GSHP system, experiments and simulations were conducted in this study. All the experiments and simulations were conducted in three operation modes: cooling mode, DHW mode and cooling-DHW mode. The ratio of cooling capacity of cooling heat pump to the heating capacity of the DHW heat pump was set to 2:1. The summary of this study is as follows: (1) Mock-up experiments were conducted to investigate the effect of different ground temperatures on the performance of the GSHP system and to analyze the COP of the combined GSHP system. As the results of the experiments, when the heat source temperature increased, the COP of the cooling heat pump decreased, and when the heat source temperature increased, the COP of the DHW heat pump increased. In the combined GSHP system. The COP of the cooling heat pump of the combination system was 12.93% higher than that of the cooling GSHP system, and the COP of the DHW heat pump of the combination system was 15.47% higher than that of the DHW GSHP. (2) Based on the experiments, simple zone simulations were conducted. In the cooling mode simulation, the ground temperature gradually increased after a long operating time of the GSHP, and COP of the cooling GSHP decreased. In the DHW mode simulation, the ground temperature and COP of the DHW GSHP decreased after a long operation time of the GSHP. The COP of the cooling heat pump of the cooling-DHW GSHP increased by 25.39% when compared with the COP of cooling GSHP. The COP of the DHW heat pump of the cooling-DHW GSHP increased by 21.82%, when compared with that of the DHW GSHP. (3) The ambient temperature and ground temperature vary for different regions owing to the geographical location, and the cooling loads of buildings differ in different places. Therefore, the performances of the combination GHSP system under different weather conditions were analyzed by simulations. Seoul, Daejeon, Busan, and Jeju were selected through location and ground temperature surveys. The COP of combined GSHP when cooling heat pump and DHW heat pump operated simultaneously was analyzed. As the results, the COP of the GSHP under Seoul’s weather conditions was the highest compared with other three weather conditions, because cooling load and ground temperature under Seoul weather conditions are lowest. Therefore, the climatic conditions directly affect the cooling load, and the combined GSHP system working under the lower ground temperatures will allow for better efficiency. 과학기술이 발전함에 따라 건축의 단열성능이 점점 증가되고 있고, 환경오염, 지구 온난화 등 환경문제로 인해 사람들의 재실 시간이 증가되는 실정이다. 지열히트펌프 (Ground source heat pump; GSHP) 시스템은 온도가 일정하게 유지되는 지열을 이용함으로써 상대적으로 높은 성적계수 (Coefficient of performance; COP)를 가지고 있고 건물의 냉, 난방 시스템으로 적용되는 빈도가 늘어나고 있다. 하지만 증가되는 냉방부하로 인해 GSHP를 냉방 시스템으로 사용 할 때에는 운전시간이 증가되어 지중으로 방출되는 열량이 많아 일정하게 유지되는 지중온도가 상승된다. 열원의 온도가 증가되면 냉방용 GSHP 시스템의 성능에 영향을 미친다. 한편, GSHP는 급탕 시스템으로 사용할 수 있는데 연중 평균온도가 약 15 °C (한국)인 지중열원을 이용하여 급탕을 진행하면 높은 온도의 급탕수를 만드는데 어려움이 있다. 이러한 문제점들을 고려하면서 본 연구에서는 냉방과 급탕이 동시 가능한 냉방급탕복합형 GSHP 시스템을 제안하였다. 제안된 복합형 GSHP에서는 냉방용 히트펌프와 급탕용 히트펌프로 이루어진다. 기존 냉방만 진행하는 GSHP 시스템은 응축기에서 방출되는 응축열을 순환수를 통해 지중열교환배관을 거쳐 지중으로 방출하는데, 제안된 복합형 GSHP 시스템은 이 부분 응축열을 흡수한 순환수를 급탕용 히트펌프로 보내 급탕용 히트펌프의 증발기와 열량교환을 진행한다. 급탕용 히트펌프에서 열량을 방출하고 순환수의 온도는 일정하게 감소되고, 이렇게 강온(降溫)된 순환수는 지중열교환기로 유입한다. 그래서 제안된 복합형 GSHP 시스템은 냉방만 진행하는 GSHP 시스템에 비해 냉방모드 운전을 장시간 수행할 때 지중온도가 증가되는 부분을 대폭 완화시키는 결과를 얻을수 있어 냉방 히트펌프의 COP를 증진시킴과 동시에 비교적 높은 온도의 응축열을 이용하는 급탕용 히트펌프의 COP도 개선시킬 수 있다. 지중온도가 지열히트펌프시스템의 성능에 미치는 영향을 파악하고 제안된 냉방급탕복합형 지열히트펌프 시스템의 성능을 평가하기 위하여 다음과 같이 연구를 진행하였다. (1) Mock-up 실험을 통해 지중온도가 냉방용 GSHP 급탕용 GSHP의 성능에 미치는 영향을 분석하였고, 냉방용 GSHP와 급탕용 GSHP의 COP 산출하고 각각 복합형 GSHP 시스템의 냉방 히트펌프와 급탕 히트펌프의 COP와 비교를 통해 복합형 GSHP 시스템의 성능을 분석하였다. 실험 결과에 따르면, 지중온도가 증가될수록 급탕용 GSHP의 성능이 증가되고, 지중온도가 감소될수록 냉방용 GSHP의 성능이 감소된다. 또한 열원온도가 15 °C인 조건에서 복합형 GSHP 시스템의 냉방용 히트펌프의 COP는 냉방용 GSHP보다 12.93% 증가되었고, 복합형 GSHP 시스템의 급탕용 히트펌프의 COP는 급탕용 GSHP보다 15.47% 증가되었다. (2) Mock-up 실험을 바탕으로 지중온도가 GSHP 시스템에 미치는 영향을 시뮬레이션으로 분석하고, 장시간 운전으로 인해 냉방용 GSHP, 급탕용 GSHP 및 복합형 GSHP를 각각 사용 시 지중온도의 변화 패턴을 파악하고, 각 GSHP의 COP를 비교분석하였다. 시뮬레이션 결과에 따르면, GSHP 시스템 장시간의 운전을 거쳐 냉방을 진행 할 때 지중온도는 상승되곤, 급탕을 진행 할 때 지중온도는 감소된다. 복합형 GSHP 시스템이 장시간 운전 할 때 지중온도가 역시 증가되는 양상을 보이지만 냉방용 GSHP 시스템에 비해 지중온도 상승되는 폭이 감소되었다. 그리고 복합형 GSHP 시스템의 냉방용 히트펌프의 COP는 냉방용 GSHP보다 25.39% 증가되었고, 복합형 GSHP 시스템의 급탕용 히트펌프의 COP는 급탕용 GSHP보다 21.82% 증가되었다. (3) 건물이 위치해 있는 지역에 따라 기상데이터 및 지중온도가 달라진다. 그래서 본 연구에서는 지중온도의 조사를 통해 서울, 대전, 부산, 제주 4개 지역을 선정하여 동일 건물모델로 냉방용 GSHP, 급탕용 GSHP 및 복합형 GSHP의 COP를 분석하면서 기온, 일사 및 지중온도가 시스템의 성능과의 관계를 파악하였다. 4개 지역에서 평균 기온이 낮은 지역의 지중온도는 상대적으로 낮게 나타났다. 지역별 복합형 GSHP 시스템을 사용 시 각 히트펌프의 COP는 지중온도에 영향을 받는다. 지역별 복합형 GSHP 시스템의 성능 분석한 결과, 지중온도 및 평균 기온이 낮은 지역에서 냉방용 히트펌프의 COP가 높게 나타났고, 급탕용 히트펌프의 COP 증가율이 제일 높게 나타났다.

수열원히트펌프 수중 열교환배관의 성능 개선에 관한 실험적 연구

김한지 부경대학교 2014 국내박사

Abstract Surface water source heat pump system(SWSHPS) is an energy efficient heat recovery system compared to air source heat pump(ASHP) used in the building HVAC system. SWSHPS can be used for HVAC system when the building is located near at pond, sea, or river. The heat transfer rate(U value) of surface water heat exchanger(SWHE) impacts on coefficient of performance(COP) in SWHPS. Therefore, the improvement of U value in SWHE became a significant issue in HVAC area. In general, high density polyethylene(HDPE, thermal conductivity is 0.4 W/mK) tube has been successfully utilized in surface water source heat pump system as a surface water heat exchange. However, U value of HDPE tube is found to be low, making the application of HDPE tube less energy efficient. This study aims to improve the U value of HDPE pipe in SWHE system through 1) make fin shape with the same HDPE material, 2) make the fin shape using round copper(whose thermal conductivity is 400 W/mK) wire, and 3) make the fin shape using square copper wire. Thus, the experimental study was performed on evaluating U values of the three suggested HDPE pipes that are immersed in the water chamber. To produce fin shape with the same HDPE material, the external surface of conventional 32A tube was grooved, and as a result the cross sectional area of the grooved HDPE pipe was reduced. The final shape of grooved HDPE tube was similar to that of fin(h 1.5mm, t 1.5mm, p 5.0mm). In order to verify the performance of grooved HDPE tube, the U values of grooved and conventional tube were compared experimentally. According to the results, U value of grooved tube (32A HDPE, length 24.54m) showed approximately 21.5% increase with natural convection and 23.5% with forced convection system than U values obtained from conventional tube. The reason for such increase in U value was found to be the reduction in cross sectional area of the polyethylene tube. A new concept of SWHE was developed. It is to wind φ2.25 spiral copper coil with 4mm pitch to the grooved HDPE tube 16A(length 18.2m). This tube has two advantages; first one is the same durability as existing HDPE tube, and the second one is higher conductivity that was introduced by winding the copper wire. The comparison experiments were conducted on two samples in the same bath condition; one with reference sample(only with HDPE pipe) and the other with the winded copper coil. The experimental results presented that U value of winded tube was 15.2% higher than the conventional HDPE tube. The HDPE tube was also wound using the fin of very highly conductive square copper wire(h 3.5mm, t 2.5mm, p 7.0mm). In order to verify the U value of HDPE tube with square copper wire (32A HDPE, length 24.54m), the U values of conventional tube were compared experimentally. According to the results, U value of HDPE tube with square copper wire showed 19.1% increase with natural convection and 17.5% increase with forced convection system than U values obtained from conventional tube at hot fluid velocity range; 0.6~0.8 m/s. The reason for such increase in U value was found to be the fin effect. According to the experimental results in this work, in the underwater, the material which has low conductivity such as HDPE pipe do not bring the fin effect. In contrast, the material which has higher conductivity such as copper wire can make the fin effect to occur. Therefore, it was found that HDPE pipe wound by copper wire will definitely contribute to the energy saving in the HVAC system.

사무소 건물의 조명제어를 위한 천장면 조도 특성에 관한 연구

서재윤 부경대학교 대학원 2019 국내박사

In modern office buildings, the lighting control is significant not only to provide the comfortable visual environment but also to reduce the energy consumption in buildings. For efficient lighting control, it is necessary to control lighting output according to the illuminance on the work plane; however, it is difficult to directly acquire the work plane illuminance because it is practically impossible to install the light sensor on the work plane and the occupant’s activities can affect the measured illuminance. For this reason, this study attempted to measure ceiling surface illuminance to control the illumination on the work plane. To verify this assumption, experiments and simulation were conducted to investigate the relationship between the illuminance on work plane and ceiling surface. To fulfill the purpose of this study, a test-bed was constructed in order to analyze the illumination in typical office space. In addition, an Arduino-based illuminance sensors and recording system were also developed in order to acquire the simultaneous illuminance distribution on the work plane and the ceiling surface. Forty illuminance sensors combined with wireless signal transfer system were constructed to facilitate the data measurement and acquisition. The developed measurement system was verified by comparing the result with those of the general-purpose illuminance meter, which has been already by other researchers. The by other researchers results showed that the accuracy of the Arduino-based measurement system is approximately 99.6% compared with the verified illuminance meter, which indicates that the developed measurement system could be successfully used to investigate the relationship between illuminance on work plane and ceiling surface. In order to quantify the relationship between illuminance on work plane and ceiling surface, the illuminance ratio of ceiling surface to work plane was suggested in this study. Test-bed experiment results showed that the ratio ranges from 0.26 to 0.55 (average of 0.37), implying that such ratio can be used to determine the proper position of the illuminance sensor on the ceiling surface. As the above-mentioned illuminance ratio will be affected by the reflectance of the wall, which has relatively large surface area in the space, it is necessary to investigate such ratio with other types of walls which has reflectance. Thus, the illuminance on work plane and ceiling surface was measured by applying three different wall papers with the reflectance of 0.834, 0.672, and 0.536, respectively. In addition, the measured illuminance data was compared with the Relux simulation, which was conducted to investigate the relationship between illuminance on work plane and ceiling surface under more various room conditions such as wall reflectance. The discrepancy between measured and simulated illuminance was –5∼10% for work plane and –13∼10% for ceiling surface, respectively Therefore, it was found that the developed simulation model is suitable for the analysis of the illuminance ratio with different wall reflectance. Using the simulation model, the correlation between wall reflectance and the illuminance ratio was analyzed. It was found that the correlation can be formulated with the regression equation Y = 0.1243X2 + 0.1534X + 0.1169 (R2 = 0.9993), where X is the wall reflectance and Y is the reflectance ratio. The derived regression equation can be used to determine the appropriate sensor position to control artificial lighting based on the ceiling surface illuminance. As the regression equation was derived under the condition that the daylight is not introduced into the space, it may not be applicable to the space with the natural lighting. Therefore, in order to extend the applicability of this study, it was necessary to investigate the impact of natural lighting on the illuminance ratio. For this reason, additional experiments were conducted by introducing direct and indirect daylight in the test-bed space. It was found that the daylight tends to elevate the overall illuminance on work plane and ceiling surface, which also affects the illuminance ratio. Thus it is necessary to conduct more comprehensive study to quantify the impact of the natural lighting on the illuminance ratio under various outdoor how about the effect caused by the indirect daylight.

건축외장용 판유리의 표면거칠기에 따른 광산란 특성에 관한 연구

한동훈 부경대학교 대학원 2015 국내석사

Since our society has grown rapidly for a few centuries, the big cities have been appearing in the world. The cities are playing a important role to lead our society, but on the other hand they bring with them many environmental problems. One of the problems is specular reflection from the curtain walls of high-rise buildings. The high-rise buildings were built in response to increasing population, shortage of land, and advances in architectural engineering. Additionally, some architects wanted to make modern architecture using glass in building facades. In the end, though, many problems have resulted from the curtain wall. Especially low-emissive glass is a main reason that causes specular reflection and thermal discomfort in adjacent areas during daytime throughout the year. Today architects have to consider the light environment in the neighborhood when they choose the exterior material. In point of fact, specular reflection occurs on the smooth surface of glass. Rough glass doesn’t create such specular reflection. Thus, we know that roughness is significant factor in the scattering of light and determines the scattering characteristic. Therefore, our research made rough plate glass which is sorted by degree of roughness that can be an option to reduce specular reflection from sun light. To control the surface roughness, we used sand blasting. It is a simple way to produce rough plate glass among the many other methods for controlling glass roughness. Such a countermeasure also reduces the transmittance of sun light and contributes to cooling load reduction in the building. Controlling the surface roughness of glass has been researched constantly in physical optics. In this paper, we investigate the relationship between roughness and specular reflection of glass through reflectance, transmittance, the bidirectional reflectance distribution function (BRDF) and the bidirectional transmittance distribution function (BTDF). Therefore, our research aims to provide fundamental information on specular reflection from surface roughness of glass in a curtain wall and contribute to the reduction of specular reflection.

추운 실내환경에서 인체 국부

김한지 부경대학교 2010 국내석사

에너지 당국자들은 난방에너지 절약을 목적으로 겨울철에 실내온도를 3℃낮추면 난방비용을 20%가량 절약할 수 있다고 홍보하고 있다. 그러나 겨울철 실내온도를 권장치인 18~20℃보다 3℃낮은 15~17℃로 유지하면, 거주자의 예상온열감(PMV; Predicted mean vote)이 춥거나 서늘한 정도(-2.0~-1.5)로 떨어지므로 이에 관한 대책이 있어야 할 것이다. 한편, 대부분 사무소 건물이 바닥복사난방시스템을 갖추고 있지 않음에 따라, 겨울철 사무소 거주자가 발 주위를 춥게 느끼며 불만족을 나타낼 것이므로, 이에 관한 대책이 있어야 할 것이므로 본 연구는 서늘한 곳에서 피험자의 발바닥 또는 둔부, 발바닥과 둔부 가열 시에 나타나는 피험자 온열반응 측정을 통하여 서늘한 곳 거주자의 열쾌적 개선 방안을 제시하고자 하며, 온열감각 연구 기초자료를 제공하고자 한다. 실험 1에 따르면, 16℃정도의 서늘한 실내 환경 하에서 의자에 착석한 피험자(착의량 1.22Clo, 대사량 1.0met) 발바닥에 표면온도 33℃내외의 전기방석을 접촉시켰을 때 피험자 MST 변화량은 0.11℃이었고, 피험자 TSV는 0(열적중립)부근 이었다. 위와 동일한 조건에서 피험자 둔부에 표면온도 40℃내외의 전기방석을 접촉시켰을 때 피험자 MST 변화량은 0.16℃이었고, 피험자 TSV는 +1.0(약간 덥다)부근 이었으며, 피험자의 발바닥과 둔부를 동시에 가열하였을 때 피험자 MST 변화량은 0.21℃이었고, 피험자 TSV는 +1.0(약간 덥다)부근 이었다. 이러한 본 연구 측정 결과는 서늘한 곳에서 거주자의 발바닥만 가열해 주어도 열쾌적이 개선될 수 있음을 보여주었고, 둔부를 가열해 주면 실온이 상당히 낮은 곳에서도 열쾌적이 개선될 수 있음을 보여주었다. 피험자의 발바닥과 둔부를 동시에 가열하였을 때에는 둔부만 가열하였을 때와 유사한 효과가 나타났다. 한편 서늘한 장소, 쾌적한 장소에서 피험자의 TSV와 PMV를 비교해본 결과, 서늘한 장소에서 피험자의 TSV는 PMV보다 0.5~1.0정도 높게 나타났고, 쾌적한 장소에서는 서로 비슷한 값을 보였다. 실험 1의 결과를 바탕으로 둔부만 가열하여 실험 2를 진행하였다. 실내온도 14℃의 경우 난방패널의 온도를 40℃∼43℃까지 상승시켰을 때, 피험자의 전체TSV는 적정 수준이나 난방패널의 온도가 너무 높아 피험자가 둔부의 불쾌적을 표현하였고, 실내온도가 16℃의 경우 난방패널의 온도가 34℃∼37℃였을 때 전체TSV 및 둔부TSV가 쾌적범위로 나타났지만 14℃ 환경에서와 같이 패널온도를 40℃∼43℃까지 상승시켰을 때에는 둔부의 불쾌적을 표시하였다. 실내온도가 18℃의 경우 실내온도가 높아짐에 따라 Case 2-1과 2-2에 비해 상대적으로 피험자의 열감각이 둔해졌기 때문에 패널의 온도가 37℃일 때 피험자의 전체 및 둔부 TSV가 쾌적범위로 나타났고, 40℃∼43℃까지 상승시켰을 때에는 둔부의 불쾌적이 나타났다. 따라서 14℃ 환경에서는 국부가열을 통해 열쾌적 개선은 어렵고, 16℃의 경우 난방패널의 온도가 34℃∼37℃로 세팅하였을 때, 18℃ 환경에서는 난방패널의 온도가 37℃정도로 세팅하였을 때 열쾌적 개선 효과가 있다고 판단된다.

음향시뮬레이션을 이용한 노후된 성당의 음향성능 개선

조은경 부경대학교 2010 국내석사

The catholic church acoustic system shall consider both accurate sound travel and the acoustic effect from the voices of the choir. Given the acoustic design has different acoustic characteristic from other multipurpose concert halls, acoustic design that fits to such characteristics from the early design is a must. Using acoustic simulation at design stage is very desirable, but acoustic design and application when rebuilding or refurbishing the church is also regarded to be one of the solutions. In this study, room acoustics was measured in building D in Busan, which will undergo remodeling because of deteriorated main hall of the catholic church. The values measured were compared with those of building S in similar size, and the data obtained as a result of interviewing with the occupants was also compared to the values measured. And the values from the previous studies and acoustic simulation data obtained using 3D modeling were compared for verification purpose. To improve the acoustic performance of building D, the carpet on podium on the 1st floor was replaced with the marble which has lower sound absorption rate and the glass in front side on the 2nd floor was removed to simulate the improvement effect. And the result and proposed values were compared and evaluated, considering sound absorption by human body. Consequently, the results from the study include the followings. 1. RT60 of building D was relatively short for its volume and thus both the D50 and C80 were within the proposed range. However, as they were measured when it’s vacant, the parameters when it’s full of the people are expected to go beyond the range of proposed values. And referring to the response to the survey, it’s necessary to prolong the reverberation time to some extent. 2. Building S had extended RT60 when it’s empty, but it’s estimated that RT60, D50 and C80 would be similar with the proposed values. However, considering the survey result and measured values, deviation by evaluation point appeared to be significant, requiring improving acoustic performance in partial. 3. Compared to omnidirectional speaker, simulation values of RT60 and EDT were higher while speech intelligibility D50 and C80 were lower, indicating various parameters were uniform, which was attributable to failure of considering the difference between 3D model and building D and surrounding environment except temperature and humidity during measuring. 4. When comparing the simulation values after improvement with the proposed values, RT60 was 0.05 seconds longer and D50 on both the 1st floor and 2nd floor were within a range of 30∼40% which was proposed for concert hall and when it comes to C80, it’s similar with the Jordan’s ±2dB on both the 1st floor and 2nd floor. The values are expected to mostly stay within the range of proposed values, even in case of considering the measured values and simulation values before improvement. 5. The values of other locations than evaluation point appeared to exceed the range of proposed values, which could possibly be improved with PA system installed within the building. The improvement model modifying the part of finish material of building D was proposed in this study, and the simulation values of the improvement model were found to be within the range of proposed values from the previous studies. 성당 음향은 전례 예식의 명확한 음성전달과 성가의 풍부한 음향효과를 동시에 고려해야 한다. 이는 강당의 음향설계나 다목적 음악당과는 다른 음향 특성을 가지기 때문에 설계 단계에서 성당의 특성에 맞는 음향설계가 필요하다. 설계 단계에서 음향 시뮬레이션을 이용하여 음향설계를 하는 것이 가장 바람직하지만, 성당의 재건축이나 개·보수공사 시 음향성능 개선을 위한 음향설계 및 시공이 동반되는 것도 하나의 방법이라고 사료된다. 본 연구는 성당 본당 노후화로 인해 리모델링을 계획 중인 부산지역의 D건물을 대상으로 실내음향을 측정하였다. D건물의 음향 측정값을 비슷한 규모의 S건물의 측정값과 비교하고, 각 건물 제실자를 대상으로 설문조사를 실시하여 측정값과 비교해보았다. 또한, 선행 연구를 통해 제안된 값과 3D 모델링을 이용한 D건물의 음향 시뮬레이션 값을 비교하고 검증하였다.

Thermal Performances on Square Copper Coiled High Density Poly Ethylene Tube for Surface Water Source Heat Pump System

ZHANG XINWEN 부경대학교 대학원 2014 국내석사

사회가 발전함에 따라 에너지 사용량이 지속적으로 증가되고 있지만 주요한 에너지원으로 사용되고 있는 석탄, 석유 등 화석연료들은 점점 고갈되고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 신재생에너지가 지속적으로 필요한 실정이다. 현재 적용되고 있는 여러 신재생에너지 중에서 지열에너지는 깨끗하고 상대적으로 안정적인 에너지원으로 널리 사용되고 있다. 수열원 히트펌프 (SWSHP; surface water source heat pump) 시스템은 지열원을 이용하는 지열원 히트펌프 (GSHP; ground source heat pump) 시스템의 한가지로서 공기열원 히트펌프 (ASHP; air source heat pump) 시스템보다 높은 성적계수를 가지고 있다. 강이나 호수, 연못 근처에 위치한 건물은 SWSHP 시스템을 이용하여 여름에 냉방, 겨울에 난방 그리고 급탕을 할 수 있다. 수중 열교환기 (SWHE; surface water heat echanger)는 SWSHP의 중요한 구성부분으로서 전체 히트펌프 시스템의 성능에 영향을 줄 수 있다. 즉, SWHE의 열교환 성능을 향상시킬 수 있다면, 전체 SWSHP 시스템의 성능도 증가될 것이다. SWHE의 열교환 성능을 제시하는 열관류율 (U-value; overall heat transfer coefficient)은 SWSHP 시스템의 성적계수 (COP; coefficient of performance)에 큰 영향을 주고 있다. 그래서 SWHE의 U-value 증가시키는 것이 바로 히트펌프 시스템의 성능을 개선시키는 것이다. U-value는 배관 내, 외 유체의 유속, 배관 내, 외의 온도차, 배관의 재질 및 배관의 모양 등 여러 가지 요소로부터 영향을 받고 있다. 현재 많은 SWHE는 열전도도가 0.4W/mK 수준의 낮은 고밀도폴리에틸렌 (HDPE; high density poly ethylene) 배관을 열교환 배관으로 사용하고 있다. 이러한 배관은 내구성은 확보되지만 낮은 열전도도로 인해 배관의 길이와 순환펌프의 양정을 증가시켜야 하는 문제가 있다. 이와 반대로 열전도도가 높은 금속 배관을 열교환 배관으로 사용하는 경우 전도에 따른 열교환량이 많아짐에 따라 배관 전체의 U-value가 증가될 수 있으며, 동시에 히트펌프의 COP를 개선시킬 수 있다. 하지만, 금속 배관은 부식으로 인한 내구성의 문제가 발생한다. 이러한 배경에 따라 본 연구에서는 SWSHP 시스템의 성능을 개선시키기 위하여, 각형 동선을 감은 32A HDPE 배관을 제안하고, 이의 U-value와 히트펌프의 COP에 관하여 연구를 진행하였다. 우선, 일반 32A HDPE 배관에 각형 홈을 낸 다음, 그 홈에 사이즈가 맞는 각형 동코일을 감아 샘플 배관을 제작하였다. 개선 배관 (각형 동코일을 감은 HDPE 배관)의 성능 개선 여부를 검증하기 위하여 기존 배관 (일반 HDPE 배관)과 비교실험을 진행하고, 두 배관의 U-value와 COP를 각각 비교하였다. 실험결과에 따르면, 개선배관의 U-value는 자연대류 조건에서 기존 배관보다 약 18% 높게 나타났고, 강제대류 조건에서는 기존 배관보다 약 19% 높게 나타났다. 이는 각형 동코일의 핀 작용에 의한 결과로 사료된다. COP의 실험결과를 보면 자연대류 조건에서는 개선 배관이 기존 배관보다 39% 높게 나타났고, 강제대류 조건에서는 약 41% 높게 나타났다. 이를 통해 각형 동코일을 감은 HDPE 배관은 히트펌프 시스템의 에너지 절약에 기여할 수 있을 것으로 생각된다.

부산지역 소규모 사무소 건물의 실내환경 개선방안 연구

이봉두 부경대학교 2011 국내석사

Indoor Environmental Quality(IEQ) impact on the comfortable, health, productivity of occupancy in the building. Thermal comfort was a big factor of comfortable of occupancy. And Indoor Air Quality(IAQ) impact the health of occupancy and office work productivity. The Sick Building Syndrome(SBS) have been increasing because the building envelope was so airtight, the energy cost of HVAC was so increasing. The research will be need for the improvement of IEQ. As an example, the manner as using the indoor plant or vegetation was a good improvement method. And the survey was require for the above research in the 10 office buildings in the winter. This research presented the survey result of Indoor Environmental Quality in the small office in Busan, Korea. The research measure the factors of thermal comfort, IAQ, the illuminance in the real office. As result, the indoor air temperature were 20∼23.5℃, the out door air temperature were 7∼16℃ but the indoor air temperature of two offices were 26, 28℃. The humidity of 9 office were poor. The air movement of all office were under 0.2m/s. The TVOCs, HCHO concentration of all building were under standard. But CO2 concentration of one case office was 3,741ppm, SO2 concentration was 0.203ppm(standard 0.12ppm) because the occupancy operated kerosene burner. In the one case office, CO2 concentration was 536ppm because the 11 of big indoor plants(height 1m) set in the office. In the two offices, O3 concentration was above on standard because the occupancy using OA application. This office require to the zoning or optimum ventilation. In the all office of this survey, the illuminance were 300∼1000lx, solar irradiance were 50∼300W/㎡.