시뮬레이션 평가 연구목표 연구범위 기술동향 연구내용 연구성과 기대효과

시뮬레이션 평가

연구목표 및 구성

시뮬레이션 평가에서는 기 개발된 명지대 실험한옥 Mock-upⅠ의 부위별 성능 테스트동, 시공 및 성능 테스트동, 은평 시범 한옥의 에너지 성능 평가를 실시하기 위한 시뮬레이션 한옥 건물들의 구축을 통하여 실험하며 이를 통하여 실험 한옥들의 에너지 사용량을 평가하는데 그 목적을 두고 있다.

에너지 성능평가는 실내 온도 분포 (Hourly Temperature), 월별 에너지 사용량 (Monthly Heating/Cooling Loads), 연간 온도 분포 누적시간 (Annual Temperature Distribution), 열손실 및 획득경로 (Passive Gains Breakdown), 시브 디자인 지수 (Passive Adaptivity Index)의 분야로 측정한다.

연구의 중요성과 범위

한옥기술개발에 개발한 Mock-Up의 설계, 구조, 재료의 특성을 파악하여 초기 한옥계획과 실시설계에 병행하여 계획된 한옥의 에너지 사용규모를 평가하기 위하여 시뮬레이션 평가를 실시함.

에너지 성능평가는 실내 온도 분포 (Hourly Temperature), 월별 에너지 사용량 (Monthly Heating / Cooling Loads), 연간 온도 분포 누적시간 (Annual Temperature Distribution), 열손실 및 획득경로 (Passive Gains Breakdown), 시브 디자인 지수 (Passive Adaptivity Index)의 분야로 측정

기존 전통한옥과 비교하여 새로 개발된 재료와 구법을 통한 신한옥이 에너지 성능 측면에서 어떠한 성격을 띠고 있는가를 평가하며, 성능의 개선 여지가 있는가를 판단하는 것과, 시뮬레이션 측면에서 기존에 평가하지 않은 한옥의 성능 평가 시뮬레이션의 방법과 개선의 방법을 판단할 수 있는 자료로 활용할 수 있음.

1차 계획

BIM (Building Information Modeling) 구축


  • 한옥 목구조의 특성에 따른 구조체 구축
  • 칭호를 위한 패밀리 요소 구축
  • 지붕을 구성하는 구성물 패밀리 요소 구축
  • 각 요소들의 결합을 통한 시뮬레이션 한옥 구축
  • 기본 패시브 나사인, 에너지 시뮬레이션 적용


  • 실시설계도면
    검토
  • 각 부재
    요소 제작
  • 요소를 통한
    BIM (Buliding information
    Modeling) 구축
2차 계획

Simulation 측정


  • 시뮬레이션 프로세스 구성
  • 국내외 인증 가능한 시뮬레이션 프로그램으로
    에너지 성능평가

Fx_ Design Builder - 해외검증
CE 3 - 국내검증 (인증)
ECO 2 - 국내검증 (인증)

  • 환경평가
    프로그램 전환
  • 시뮬레이션을 통한
    측정 (Plug-in)

기술동향

건물 동특성, 환경 및 설비 시스템(냉/난방, 환기, 조명시스템 등), 기후, 재실자 행동 등은 건물 에너지 소비에 영향을 미친다. 건물에너지 절약에 대한 관심이 나날이 높아지고 있으며, 건물의 설계(제로 에너지 하우스 등)와 건물의 운영(BEMS)등에서 에너지 절약을 위해 많은 연구가 진행되고 있다. 초기에는 에너지 시뮬레이션 중심으로 집중되었고, 다양한 시뮬레이션 (채광, 음, 기류 등) 분야로 확장되었다. 1990년 중반부터 상호호환성(최근 BIM에 해당)에 관한 연구가 시작되었고. 추후 코드 공유와 설계과정에서의 통합에 관한 개발이 주류를 이루었다. 다음 세대의 경향으로는 web-enabled 시뮬레이션이며, 이를 통한 건물의 제어, 성능평가, 협업이 이루어질 것으로 예상된다.

연구내용

명지대 Mock-Up (부위별 성능 테스트동, 시공 및 성능 테스트동)과 은평 시범한옥의 BIM 객체 시뮬레이션을 통해 에너지 성능평가를 실시하여 사용량을 측정하였음.

에너지 성능평가

① 실내 온도 분포 (Hourly Temperature)
지정한 날짜에 대한 매 시간 온도 변화를 그래프로 알려주며 기후 데이터에 제시된 외기온도에 대한 모델의 내부 온도를 표시하고, 매시간 온도차를 계산.

③ 연간 온도 분포 누적시간 (Annual Temperature Distribution)
연간 건물 사용 시간 동안 쾌적 범위에 몇 시간 정도 분포하는지 알 수 있음.

⑤ 패시브 디자인 지수 (Passive Adaptivity Index)
프로젝트 기후조건 범위에서 Psychrometric 도표를 이용하여 외기 온도와 쾌적범위 안에 들 수 있는 면적 비율을 계산

② 월별 에너지 사용량 (Monthly Heating/Cooling Loads)
진적/간접 일사 획득량, 음영, 내부발열량, 건물 사용량 등에 대한 정보와 기후 데이터를 바탕으로 선택한 공간에 대한 냉·난방 부하량을 계산.

④ 열손실 및 획득경로 (Passive Gains Breakdown)
건축물에서 발생한 에너지 손실/획득량과 발생 부위를 전체적으로 검토할 수 있으며 대안에 대해 에너지 분석을 수행

연구성과 및 활용계획

에너지 부하 측정 시뮬레이션을 실시하기 위해 신한옥 Mock-Up에 적용된 신재료의 상세 디테일 구축이 필요하며 이러한 디테일을 파라매트릭 요소가 구축됨으로써 새로 개발되는 한옥 시뮬레이션 평가에 활될 수 있음.

개발된 신한옥의 양산화가 가능하다면 각각의 부재 요소와 한옥 외피재료, 기와 등 한옥과 관련된 여러 가지 재료들의 구성 물성을 바꿔 계획되더라도 이러한 속성 변화에 빨리 적용이 가능하며, 빠른 에너지 평가 시뮬레이션이 가능함.

연구결과 기대효과

기술적측면

국내 시뮬레이션 평가를 통한 에너지 성능평가는 대규모 건축물이나 일정규모의 빌딩 건축물을 대상으로 평가되고 있는 실정이다. 일반적인 소규모 건축물도 시뮬레이션 프로그램의 성격 상 현대건축의 구조와 재료를 기준으로 하고 있기 때문에 구조, 재료, 결구방식이 다른 전통 한옥 건축에는 적용하기 어려운 점들이 있으며, 국내에서는 아직 한옥 건축물에 대한 시뮬레이션 평가가 이루어지지 않고 있다.

이에 본 연구단에서 개발한 신한옥 Mock-Up의 에너지성능 평가 시뮬레이션을 통하여 한옥의 BIM 구축물의 에너지 성능평가 시뮬레이션에 대한 연구와 시뮬레이션 평가의 장·단점을 파악할 수 있으며, 이와 더불어 한옥 성능의 정량적 판단을 통해 한옥의 현대화와 대중화에 기여할 수 있음.

경제적측면

건물 동특성, 환경 및 설비 시스템(냉/난방, 환기, 조명시스템 등), 기후, 재실자 행동 등은 건물 에너지 소비에 영향을 미친다. 건물에너지 절약에 대한 관심이 나날이 높아지고 있으며, 건물의 설계 (제로 에너지 하우스 등)와 건물의 운영(BEMS)등에서 에너지 절약을 위해 많은 연구가 진행되고 있지만 적용 대상과 프로그램이 대규모 건축물과 빌딩 등에 적용되고 있으므로 한옥과 같은 수요가 적은 건축물에서는 그 수요를 예상할 수 없지만 한옥의 성능과 가격을 비교하는데 도움이 됨.

사회적측면

한옥 시뮬레이션 평가는 그 결과로 한옥의 에너지 성능을 높일 수 있는 방법을 통해 재료와 구조결구 방법의 향상으로 인해 현재의 한옥의 성능과 비용을 절감할 수 있는 방법들을 제시하여 한옥의 성능과 비용에 대한 부정적인 인식을 타파시켜 우리나라의 전통문화의 상징인 한옥의 보급을 확대시킬 수 있음