Research Article

Journal of Korean Institute of Architectural Sustainable Environment and Building Systems. October 2020. 401-413
https://doi.org/10.22696/jkiaebs.20200034


ABSTRACT


MAIN

  • 서 론

  • 연구 방법

  •   빛 및 열환경 평가 방법

  •   냉난방 및 조명 에너지 분석 방법

  • 빛 및 열환경 평가 결과

  •   빛환경 평가 결과

  •   열환경 평가 결과

  • 냉난방 및 조명 에너지 평가 결과

  • 결 론

서 론

차양 장치는 과도한 일사 유입을 차단하여 직사일광에 의한 현휘를 방지하는 한편, 일사 열획득을 저감하는 효과가 있다. 그 중에서 베네시안 블라인드는 개방율과 슬랫 각도를 유연하게 조절할 수 있는 장점으로 인해 빛 및 열환경 조절 뿐 아니라 에너지 절감 목적으로 다양한 유형의 건물에 널리 적용되고 있다.

베네시안 블라인드의 조절 방법에 따라 실내 환경이 민감하게 변화하고, 조명 및 냉난방에너지 소비량에도 적지 않은 차이가 발생하므로 베네시안 블라인드의 최적 설계와 운용 방안 도출을 위한 다양한 연구가 수행되어 왔다. Jung and Kim (2010)은 블라인드의 슬랫 각도를 30° 간격으로 조절하면서 실내 조도, 균제도 및 현휘지수를 시뮬레이션으로 평가하여 계절별 적정 슬랫 각도를 제안하였다. Park et al. (2012)은 슬랫 각도를 5° 단위로 조절해가며 냉난방 및 조명에너지, 현휘지수를 시뮬레이션으로 분석하여 빛환경과 에너지성능을 모두 고려한 최적 슬랫 각도를 도출하였다. Lim et al. (2013)은 다양한 형태의 블라인드 슬랫 및 각도에 대해 주광율과 균제도를 평가하여, 계절별 주광성능을 최적화할 수 있는 블라인드 설계방안을 제시하였다. Kwon et al. (2017)은 창면적비와 창호의 향에 따른 슬랫 각도와 일사 열획득 감소량의 관계를 분석하여 향별 창면적비를 고려한 블라인드 제어 알고리즘을 제안하였다. Iwata et al. (2017)은 슬랫 각도 제어에 따른 천장면 조도 변화를 측정하여 조명 디밍 제어에 활용하는 블라인드 제어 방안을 제안하였다. Nicoletti et al. (2020)은 계절에 따른 태양고도, 직달일사, 실온을 변수로 하는 슬랫 각도 제어 방안을 제안하고, 에너지 절감량과 운영비용 및 온실가스 감축량을 시뮬레이션으로 평가하였다. Fernandes et al. (2020)은 실내로 유입되는 자연광을 최대화하기 위해 슬랫 사이의 간격을 변화시킬 수 있는 블라인드의 성능평가를 위한 해석 모델을 제시하고, 시뮬레이션을 통해 자연채광 성능 및 조명에너지 절감성능을 평가하였다. Kunwar et al. (2020)은 Full-scale 실험을 통해 슬랫 각도의 동적 제어와 조명 디밍제어의 연계 제어 적용시 냉방 및 조명에너지, 글레어의 저감 가능성을 검증하였다.

한편 앞에서 언급한 연구와 같이 모든 슬랫을 일괄적으로 조절하는 일반적인 베네시안 블라인드 제어와 달리, 하나의 블라인드 내에서 부위별 슬랫 각도를 각각 다르게 조절하여 공조 및 조명 에너지를 절감하면서 적정 실내 조도를 유지할 수 있는 스플릿 블라인드에 대한 연구도 수행되어 왔다. Olbina (2009)는 스플릿 블라인드를 이용하면 계절에 따라 일사유입 정도를 블라인드 부위별로 조절할 수 있어 통상적인 블라인드 제어 방식에 비해 17%의 조명에너지와 6%의 공조에너지를 절감할 수 있음을 시뮬레이션으로 분석하였다. Hu and Olbina (2011)는 스플릿 블라인드 적용 공간의 실내 조도를 예측하는 시뮬레이션 모델을 개발하고, 이를 스플릿 블라인드의 부위별 최적 슬랫 각도 결정에 활용하였다. Oblina and Hu (2012)는 규칙 기반의 스플릿 블라인드 제어 알고리즘을 제안하고, 그 효과를 에너지플러스로 분석하여 스플릿 블라인드의 현휘 방지 및 조명에너지 절감 성능을 평가하였다.

이와 같이 차양 장치의 실내환경 및 에너지 성능 향상을 위한 스플릿 블라인드에 관한 연구 또한 수행되었으나, 시뮬레이션에 의한 빛환경 및 에너지 분석 위주로 수행되어 스플릿 블라인드 적용 공간의 실험적 분석 및 재실자 만족도에 대한 평가는 상대적으로 미흡하다고 사료된다. 따라서 본 연구에서는 스플릿 블라인드의 슬랫 조절 방식에 따른 빛 및 열환경을 물리적 측정과 재실자 설문을 통해 평가하고, 냉난방 및 조명에너지의 변화를 시뮬레이션으로 분석하여 스플릿 블라인드 운용 방안 정립을 위한 기초 데이터를 도출하고자 하였다.

연구 방법

빛 및 열환경 평가 방법

평가 대상 건물은 부산지역에 위치해 있으며, Figure 1과 같이 개별 사무실 공간(4.0 m(W)×5.7 m(L)×2.5 m(H))의 남쪽면에 위치한 창호 실내측에 스플릿 블라인드를 설치하였다. 빛 및 열환경은 물리적 측정과 재실자 설문을 병행하여 평가하였다. Figure 2(a)는 물리적 측정을 위한 센서의 위치를 나타낸 것으로, 작업면 높이(0.8 m)의 조도 측정을 위해 외주부로부터 1 m 떨어진 지점부터 1 m 간격으로 4개의 조도센서(Ahlborn FLA 623 VL)를 배치하였으며, 온열환경 측정을 위해 PMV 미터(Testo 480)를 외주부로부터 2 m 이격하여 재실자 작업면 위치에 설치하였다. PMV 산출을 위한 파라미터 중 활동량은 1.0 met로, 착의량은 동절기 1.1 clo, 하절기 0.6 clo로 가정하였다.

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Figure 1.

Evaluated space equipped with split blinds

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Figure 2.

Room configuration for physical measurement and occupant survey

빛 및 열환경은 동절기(’19.1.14.~1.23)와 하절기(’19.6.1~6.11)로 나누어 평가하였고, 슬랫 조절이 실내환경에 미치는 영향을 중점적으로 분석하기 위해 해당 기간 중 냉난방기와 인공 조명은 가동하지 않는 자연 상태를 유지하였다. 또한 스플릿 블라인드의 효과는 직사일광의 차단 뿐 아니라 슬랫에 반사된 빛이 천장면으로 유입되어 실내 조도를 증가시킬 수 있다는 것인데, 이러한 효과는 남향 건물의 경우 태양이 남중하는 시간대일수록 커지게 될 것이므로, 측정 및 설문 시간은 11시~13시 사이로 설정하였다. 또한 담천공 조건에서는 블라인드 조절의 영향이 크게 나타나지 않을 것이므로 Table 1과 같이 완전 담천공 조건에 가까운 날은 빛 및 열환경 평가에서 제외하였다. Table 1은 실험 기간 중의 외부 기상 조건을 파악하기 위해 평가 대상 건물과 가장 가까운 부산 지역 기상관측소 측정 데이터를 활용하여 정리한 것이다.

Table 1.

Information on the experiment day (based on the meteorological data of Busan)

Winter Date 1/14 1/15 1/16 1/17 1/18 1/19 1/20 1/21 1/22 1/23
Temperature (℃) 12.0 8.3 2.0 4.5 7.7 10.9 8.9 4.3 8.7 8.8
Sunshine (hr) 2 2 2 2 2 1.9 2 2 2 2
Solar radiation (MJ/㎡) 3.9 3.5 4.2 4.0 4.1 3.8 3.9 4.2 4.2 3.9
Total sky cover (-) 1.0 0.0 0.0 0.0 0.0 3.0 0.0 0.0 0.0 0.0
Selected day ×
Summer Date 6/1 6/2 6/3 6/4 6/5 6/6 6/7 6/8 6/9 6/10 6/11
Temperature (℃) 23.5 23.8 24.4 25.2 27.1 25.1 19.2 21.5 21.3 21.1 19.5
Sunshine (hr) 2 2 2 2 2 2 0 0.9 1.35 0.6 0.6
Solar radiation (MJ/㎡) 6.5 7.0 7.0 6.9 7.0 5.7 0.8 4.2 4.4 2.9 2.2
Total sky cover (-) 8.0 7.5 0.0 0.0 0.0 7.8 10.0 8.0 7.8 9.0 8.3
Selected day × ×

스플릿 블라인드의 효과 분석을 위해, Figure 3과 같이 블라인드를 모두 개방한 경우(Case 1)를 Reference case로 설정하고, 블라인드를 전부 내리되 모든 슬랫을 개방한 경우(Case 2), 상부 슬랫은 개방하고 하부 슬랫은 폐쇄한 경우(Case 3), 상하부 슬랫을 모두 폐쇄한 경우(Case 4)로 나누어 측정 및 재실자 설문을 실시하였다.

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Figure 3.

Evaluation cases of split blind performances

설문 대상인원은 대학생 18명(남성 13명, 여 5명)으로 하였으며, 밝기(조도), 눈부심(현휘), 온열감(Thermal Sensation Vote (TSV))의 세 가지 항목에 대해 Table 2와 같은 수준으로 응답하도록 하였다. Table 1에서 선정된 실험일마다 두 명의 학생이 설문에 참여하였으며, 매 Case를 30분씩 운영하되, 초기 20분 동안은 가벼운 독서를 수행한 후 나머지 10분 동안 설문에 응답하는 것으로 진행하였다.

Table 2.

Questionnaire level for the occupant survey

Item Levels
Illuminance -3 -2 -1 0 1 2 3
Too dark dark Slightly dark Neutral Slightly bright Bright Too bright
Glare 1 2 3 4 5
Unnoticeable Satisfactory Just admissible Disturbing Unbearable
TSV -3 -2 -1 0 1 2 3
Cold Cool Slightly cool Neutral Slightly warm Warm Hot

냉난방 및 조명 에너지 분석 방법

본 연구의 측정 및 재실자 설문은 동절기와 하절기의 특정 기간에 대하여, 냉난방 시스템과 인공조명을 운전하지 않는 조건에서 수행하였으므로 연간 냉난방 및 조명 에너지를 분석하는 것에는 한계가 있다. 그러므로 Designbuilder v5.5를 활용하여 평가대상 공간과 스플릿 블라인드를 모델링하고, 냉난방 및 인공조명을 가동한 상태에서 각 Case에 따른 연간 냉난방 및 조명 에너지를 분석하였다. 현재로서는 에너지 시뮬레이션에 블라인드 상하부의 슬랫 각도를 다르게 입력하는 것이 불가하므로, 하나의 창을 수직으로 두 부분으로 분할하고, 상하부에 별개의 블라인드를 모델링하여 해석하였다. 건물 시뮬레이션 입력 정보는 Table 3과 같고, 블라인드의 모델링 정보는 Table 4와 같이 설정하였다.

Table 3.

Input parameters for simulated model space

Parameter Input value Remark
Envelope External wall U=0.590 W/㎡K
Floor U=1.937 W/㎡K Adiabatic
Ceiling U=1.910 W/㎡K Adiabatic
Window U=2.500 W/㎡K SHGC= 0.7, LVT*=0.744 *Light visual transmittance
Air tightness 1.0 ACH
Internal gains Occupant 0.11 person/㎡ (light work)
Equipment 11.8 W/㎡ for equipment
Lighting 2.5 W/㎡-100 lx Target: 400 lx
Schedule Occupancy http://static.apub.kr/journalsite/sites/kiaebs/2020-014-05/N0280140504/images/Figure_KIAEBS_14_5_04_T3-1.jpg
HVAC system System type 4-pipe FCU system
Set-point 20℃ for heating, 26℃ for cooling
Table 4.

Input parameters for split blinds

Slat data Value Slat detail
Slat properties Blind-to-glass distance (m) 0.120 http://static.apub.kr/journalsite/sites/kiaebs/2020-014-05/N0280140504/images/Figure_KIAEBS_14_5_04_T4-1.jpg
Slat orientation Horizontal
Slat width (m) 0.060
Slat separation (m) 0.060
Slat thickness (m) 0.010
Slat conductivity (W/mK) 0.900
Slat angle, open (°) 90
Slat angle, closed (°) 0
Slat solar properties Transmittance 0.200
Reflectance, front 0.750
Reflectance, back 0.750

이러한 모델 건물에 Case 1~4의 블라인드 조건을 적용하여 단위면적당 연간 난방 및 냉방에너지를 산출하였으며, 실내 작업면(h=0.8 m) 조도를 400 lx로 맞추기 위해 필요한 연간 조명 에너지를 산출하였다. 또한 실험에서는 편의상 슬랫의 각도를 완전 개방(90°) 또는 폐쇄(0°)로 설정함으로써 다양한 슬랫 각도에 대한 분석이 어려웠던 점을 감안하여, 슬랫의 각도를 일괄적으로 0°~90° 사이에서 10° 간격으로 변화시킬 경우를 추가적으로 분석하였다. 이러한 분석은 통상적인 슬랫 제어 방식과의 냉난방 및 조명 에너지 소비량 비교를 위한 것이며, 각각의 시뮬레이션 분석 Case에 따른 슬랫 설정 조건을 Table 5와 같이 정리하였다.

Table 5.

Configuration of slat angle for each simulation case

Slat angle θ(°) Case 1 Case 2 Case 3 Case 4 Case 4-1 Case 4-2 Case 4-3 Case 4-4 Case 4-5 Case 4-6 Case 4-7 Case 4-8
Upper part No 90 90 0 10 20 30 40 50 60 70 80
Lower part No 90 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80
Remark No blinds Fully open Half open Fully closed Additional analysis for the comparison with conventional slat controls

빛 및 열환경 평가 결과

빛환경 평가 결과

Figure 4는 블라인드 슬랫 조절에 따른 작업면 조도를 센서 위치별 평균값으로 나타낸 것이다. 동절기에는 태양 고도가 낮아 실내 깊숙이 일사가 유입되어, 태양고도가 높은 하절기에 비해 전반적으로 높은 조도 분포를 나타내었다. 일사차단 효과가 없는 Case 1의 경우 두 계절 모두 과도한 조도를 나타냈고, 슬랫을 개방한 Case 2의 경우 일사차단 효과는 있으나 외주부에 가까운 영역은 여전히 높은 조도분포를 보였다. 특히 Case 2의 경우 x=2 m 지점의 조도가 x=1 m 보다 높아지는 경향을 볼 수 있는데, 이는 전체 슬랫이 수평으로 개방되면서 x=1 m 지점에서는 일광 유입이 감소되는데 반해, 슬랫에서 반사된 빛이 천장면에 도달․확산됨에 따라 x=2 m 지점의 조도를 증가시키는 효과를 나타냈기 때문으로 판단된다. 상부 슬랫을 개방하고 하부 슬랫을 폐쇄한 Case 3은 Case 2에 비해 조도가 감소하나, 상부 슬랫을 통해 반사광이 유입되는 효과로 인해 블라인드를 모두 폐쇄한 Case 4에 비해서는 높은 조도분포를 나타냈다. 그러므로 조도 분포 측면에 있어서는 Case 3이 가장 적절한 운영 방법이라고 할 수 있다.

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Figure 4.

Measurement results of Illuminance

Figure 5, 6 및 Table 6은 밝기 및 눈부심에 대한 재실자 설문 결과를 나타낸 것으로, 일사유입량이 점차 작아지는 Case 4로 갈수록 밝기 및 눈부심 수치가 낮아지며, 이러한 경향은 계절에 관계없이 나타남을 알 수 있다. 조도 측면에서 중립(Neutral, 0)에 가까우며, 눈부심 측면에서 수용가능(Just admissible, 3) 이하일 경우를 적합하다고 판단할 때, 동절기에는 Case 3을 적용하는 것이 합리적이라고 볼 수 있다. 하절기에는 높은 태양고도로 인해 직사일광이 재실자에게 직접 도달하는 가능성이 낮으므로, 모든 Case에서 눈부심 설문 결과가 평균 3 이하의낮은 수치로 도출된 것으로 보인다. 그러므로 하절기에는 조도측면에서 중립(0)에 가까운 Case 2 또는 3을 적용하는 것이 적합할 것으로 판단된다.

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Figure 5.

Number of responses with regard to illuminance

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Figure 6.

Number of responses with regard to glare

Table 6.

Survey results of illuminance and glare

Item Season Value Case 1 Case 2 Case 3 Case 4
Illuminance* Winter Mean 2.56 1.50 0.39 -1.17
SD 0.70 0.79 0.50 0.62
Median 3 2 0 -1
Summer Mean 0.61 0.22 -0.44 -1.17
SD 0.61 0.43 0.51 0.62
Median 1 0 0 -1
Glare** Winter Mean 4.78 4.11 2.72 1.50
SD 0.55 0.58 1.02 0.79
Median 5 4 3 1
Summer Mean 2.33 1.94 1.61 1.22
SD 0.77 0.64 0.50 0.43
Median 2 2 2 1

*Too dark(-3)-Dark(-2)-Slightly dark(-1)-Neutral(0)-Slightly bright(1)-Bright(2)-Too bright(3)

**Unnoticeable(1)-Satisfactory(2)-Just admissible(3)-Disturbing(4)-Unbearable(5)

열환경 평가 결과

Figure 7은 각 Case 별 PMV 측정 결과를 나타낸 것으로, Case 1에서 4로 갈수록 일사유입이 감소하므로 PMV 또한 감소하는 경향을 확인할 수 있다. 냉난방기를 가동하지 않은 조건에서도 PMV가 쾌적 범위를 크게 벗어나지 않은 것을 볼 수 있는데, 이는 동절기의 경우 실험 시간대 외기온이 부산지역 특성 상 2~12℃(평균 7.2℃)로 그렇게 낮지 않았고, 일사 유입의 영향으로 실온이 과도하게 낮아지지 않았기 때문으로 판단된다. 실제로 실온은 슬랫 조절방식에 따라 16.4~26.7℃ (Case 1: 26.7℃, Case 2: 20.8℃, Case 3:17.3℃, Case 4: 16.4℃)로 측정되어, Case 1과 2의 경우에는 난방 없이도 열쾌적 기준을 어느 정도 만족시킬 수 있을 것으로 판단된다. 하절기의 경우에는 외기온이 19.5~27.1℃(평균 23.5℃)이었고, 태양 고도가 높아 일사 유입량이 많지 않으므로 실온이 26.2~27.6℃ (Case 1: 27.6℃, Case 2: 27.0℃, Case 3: 26.5℃, Case 4: 26.2℃)로 나타나, PMV가 과도하게 증가하지 않은 것으로 사료된다.

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Figure 7.

Measurement result of PMV

Figure 8 및 Table 7은 열쾌적 설문 조사 결과로, 냉난방기의 가동 없이도 일부 Case에서 TSV가 쾌적조건에 가깝게 형성되는 경우를 볼 수 있다. 이는 앞에서 언급한 바와 같이 동절기의 경우 실온이 과도하게 낮지 않은 조건이며, Case 1과 2의 경우 일사의 영향도 재실자에게 더하여져 TSV가 warm으로 평가된 것으로 판단된다. 하절기의 경우 실온이 과도하게 높지 않은 조건이며, Case 4의 경우 직달 일사가 거의 차폐되는 조건이어서 실험 참가자들이 통상적인 TSV보다 다소 낮은 slightly cool로 평가한 것으로 사료된다.

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Figure 8.

Number of responses with regard to TSV

Table 7.

Survey results of thermal sensation vote

Item Season Value Case 1 Case 2 Case 3 Case 4
TSV* Winter Mean 1.72 0.56 -0.67 -1.28
SD 1.45 0.98 1.14 0.89
Median 2 0 -1 -1
Summer Mean 1.22 0.67 0.22 -0.33
SD 0.43 0.49 0.43 0.59
Median 1 1 0 0

*Cold(-3)-Cool(-2)-Slightly cool(-1)-Neutral(0)-Slightly warm(1)-Warm(2)-Hot(3)

Figure 9는 PMV 평균값과 열쾌적 설문 조사 결과(TSV 평균값)와의 관계를 나타낸 것이다. 동절기의 경우 측정치보다 TSV가 다소 높게 나오는데, 이는 블라인드 개방율이 높아질수록 (Case 4에서 1로 갈수록) 일사유입이 증가하고, 그에 따라 재실자가 더 많은 단파복사에 노출(Arens et al., 2018)되어 측정값에 비해 상대적으로 더 따뜻하다고 평가하기 때문인 것으로 추정된다. 반면 하절기의 경우 동절기와는 반대로 측정치보다 TSV가 다소 낮게 나오는데, 이는 블라인드 개방율이 낮아질수록(Case 1에서 4로 갈수록) 일사유입 및 그에 따른 단파복사가 감소하고, 그 결과 재실자가 측정값에 비해 상대적으로 더 시원하다고 평가하기 때문으로 판단된다. 따라서 이러한 설문조사 결과를 고려하면 동절기에는 Case 2 또는 3이, 하절기에는 Case 2~4가 열쾌적 기준을 만족시킬 수 있는 조절 방식이라고 판단된다.

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Figure 9.

Comparison of measured and surveyed thermal comfort

냉난방 및 조명 에너지 평가 결과

블라인드 슬랫 조절 방식의 차이는 결국 일사 유입량의 차이로 귀결되고, 이는 냉난방 및 조명 에너지 소비량에 최종적인 영향을 미치게 된다. 그러므로 Designbuilder 시뮬레이션 결과에서 창호의 일사 열획득량을 Case 별로 산출하였다. Figure 10은 동지(12월 21일) 및 하지(6월 21일)의 시각별 일사 열획득량을 나타낸 것으로, Case 1에서 4로 갈수록 블라인드 개방률이 감소하므로 일사 열획득량도 감소하며, 태양 고도가 낮은 동절기의 일사 유입량이 하절기에 비해 상대적으로 높은 경향 또한 확인할 수 있다.

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Figure 10.

Comparison of daily solar heat gains through the window

Figure 11 및 Table 8은 연간 난방, 냉방, 조명 에너지의 합을 Case 별로 나타낸 것으로, Case 1에서 4로 갈수록 일사 유입량의 감소로 난방에너지는 증가, 냉방에너지는 감소하나, 사무소 건물의 특성상 냉방부하의 비중이 크므로 전체 냉난방 에너지의 합은 점차 감소하여 Case 4에서 최소가 되는 것을 볼 수 있다. 그러나 Case 4는 조명 에너지가 큰 폭으로 증가하므로, 냉난방과 조명 에너지의 총합이 최소로 되는 것은 Case 3 (88.6 kWh/㎡)으로 나타났다. 이는 블라인드가 적용되지 않은 Case 1에 비해 약 6.2%의 에너지가 절감된 것이다.

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Figure 11.

Simulation results of energy consumption with slat control methods

Table 8.

Energy consumption by end-use and energy saving ratio

Energy [kWh/㎡] Case 1 Case 2 Case 3 Case 4 Case 4-1 Case 4-2 Case 4-3 Case 4-4 Case 4-5 Case 4-6 Case 4-7 Case 4-8
Heating 15.7 19.1 23.0 27.4 26.5 25.7 24.9 24.0 23.2 22.3 21.3 20.2
Cooling 71.8 62.4 55.6 50.8 51.7 52.6 53.7 54.9 56.3 57.7 59.2 60.8
Lighting 7.0 8.7 10.1 13.5 12.3 11.5 10.7 10.2 9.7 9.4 9.1 8.9
Total 94.4 90.3 88.6 91.6 90.5 89.8 89.3 89.1 89.2 89.4 89.6 89.8
Saving ratio 0.0% 4.4% 6.2% 3.0% 4.1% 4.9% 5.4% 5.6% 5.6% 5.4% 5.2% 4.9%

한편 통상적인 슬랫 각도 제어(Case 4-1~4-8)시의 에너지 소비량을 보면, 슬랫 각도가 커질수록, 즉 개방에 가까워질수록 냉방에너지는 증가하나 난방 및 조명에너지는 감소하며, 슬랫각도 40° (Case 4-4)에서 총에너지 소비량이 최소(89.1 kWh/㎡)가 되는 것으로 나타났다. 이러한 결과에 따르면, 전체 슬랫의 각도를 일괄적으로 제어하는 것보다 블라인드 상부의 슬랫은 완전히 개방하고 하부 슬랫은 완전히 폐쇄하는 Case 3이 에너지 소비량을 최소화할 수 있는 슬랫 조절 대안이라고 판단된다. 다만 건물의 냉난방부하 비율이나 LPD (Light power density) 등 조명부하 요소가 달라질 경우에는 각 에너지 소비량 비율도 달라질 수 있으므로, 건물 부하 특성을 고려한 슬랫 조절 방식에 대한 연구도 추가적으로 수행할 필요가 있다.

결 론

본 연구에서는 베네시안 블라인드의 상하부 슬랫 각도를 다르게 조절할 수 있는 스플릿 블라인드를 대상으로 슬랫 조절 방식에 따른 빛 및 열환경과 에너지 소비량을 분석하여, 스플릿 블라인드의 적정 운용 방안 정립을 위한 기초 데이터를 마련하였다. 블라인드를 적용하지 않은 Reference case (Case 1)을 기준으로, 블라인드를 모두 내리되 모든 슬랫을 개방한 Case 2, 상부 슬랫은 개방하고 하부 슬랫을 폐쇄한 Case 3, 모든 슬랫을 폐쇄한 Case 4에 대한 실내환경 및 에너지 성능 평가를 통해 도출된 주요 결과를 요약하면 다음과 같다.

(1) 빛환경 평가 결과, 동절기에는 적정 조도를 제공하면서 현휘 가능성을 낮출 수 있는 Case 3을 적용하는 것이 합리적이며, 하절기에는 모든 Case에서 현휘 가능성이 낮게 나타나므로 조도 측면에서 중립에 가까운 Case 2 또는 3을 적용하는 것이 적합하다.

(2) 열환경 평가 결과 동절기에는 PMV 측정치보다 재실자 설문결과(TSV)가 다소 높게 나타난 반면, 하절기에는 PMV 측정치보다 TSV가 다소 낮게 나타났다. 이는 블라인드 개방율에 따른 일사 유입량의 변화가 재실자에게 도달하는 단파복사에 변화를 일으켜 측정값에 비해 상대적으로 온열감에 더 민감하게 반응하였기 때문으로 추정된다.

(3) Case 1에서 4로 갈수록 일사 유입량의 감소로 냉방에너지는 감소하나, 난방 및 조명에너지는 증가하여, 전체 에너지 소비량은 Case 3에서 최소(88.6 kWh/㎡)가 되었다. 이는 블라인드가 적용되지 않은 Case 1에 비해 약 6.2%의 에너지가 절감된 것이다.

(4) 통상적인 슬랫 각도 제어 시, 슬랫 각도가 커질수록 냉방에너지는 증가하나 난방 및 조명에너지는 감소하며, 슬랫각도 40°에서 총에너지 소비량이 최소(89.1 kWh/㎡)가 되는 것으로 나타났다. 이는 Case 3의 에너지 소비량보다 큰 값이므로, 전체 슬랫의 각도를 일괄적으로 제어하는 것보다 상부 슬랫은 완전히 개방하고 하부 슬랫은 완전히 폐쇄하는 Case 3이 에너지 소비량을 최소화할 수 있는 슬랫 조절 대안이라고 판단된다.

본 연구에서는 하절기와 동절기를 대상으로 빛 및 열환경을 평가하였으므로, 연구 결과의 적용성 확대를 위해서는 중간기를 대상으로 슬랫 조절 방식에 따른 빛 및 열환경의 분석이 추가적으로 필요하다. 또한 Case 3이 가장 효과적인 슬랫 조절 방식으로 분석되었으나, 이는 연간 일정한 슬랫 각도를 유지한 상태에서 도출된 결과이므로, 실내환경 및 에너지 관점의 최적화를 위해서는 계절별․시각별 외부 환경 변화에 따라 슬랫을 동적으로 제어할 경우의 성능 평가도 추가적으로 요구된다고 하겠다. 또한 본 연구는 남향 건물 및 특정 창면적비를 상정하여수행된 것으로, 건물의 향이나 창면적비가 달라질 경우 해석 결과가 달라질 수 있으므로 건물의 향과 창면적비를 고려한 스플릿 블라인드의 슬랫 조절 방식에 대한 추가 연구도 필요하다.

Acknowledgements

이 논문은 부경대학교 자율창의학술연구비(2019년)에 의하여 연구되었음.

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