기술자료

11-06. 에너지샵 - 창호

M 배성호 3 5,381 2016.07.24 13:40
이제 드디어 [창호] 워크시트입니다.

1. 출입문

출입문은 입력란을 둘 곳이 마땅치 않아 그 4촌 쯤 된다고 볼 수 있는 [창호] 워크시트에게 몸을 의탁합니다. 주의할 입력 사항은 다음과 같습니다.

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먼저 단면 상세도를 바탕으로 Therm, Heat 등의 해석프로그램을 통해 선형열교(W/m)를 산출하여 기본 설치열교를 입력합니다. (계산의 여력이 안 되는 경우는 생략해도 무방) 시공 디테일이나 출입문 소재가 틀려서 개별적으로 입력을 해야 하는 경우는 우측 상단의 "개별입력" 버튼을 클릭하시면 상세 입력란으로 이동합니다. 물론 이 경우에는 해당 출입문에 대해 기본 설치열교가 아닌 개별적으로 입력된 값이 적용됩니다.

그리고 출입문과 관련 나머지 항목들을 입력하시되, 출입문이 설치(Mount)되는 벽면은 [면적] 시트에서 입력해둔 "외벽" 정보 중 하나를 선택하시면 되겠습니다.



2. 창호

건물 에너지 해석에서 가장 중요한 요소를 꼽으라면 그것은 단연 창호라 할 수 있습니다. 열손실과 열획득이 동시에 일어나고 있을 뿐 아니라, 창틀/유리/간봉/설치열교 등을 동시에 고려해야 하고, 음영을 고려한 일사량 계산과정 또한 제대로 하려면 상상을 초월할 정도로 복잡하기 때문입니다.

PHPP에서도 창호 관련 데이터 입력을 위해 Component, Window, Shading 세 개의 워크시트를 제공하고 있고, 데이터의 입력방식도 상당히 어렵고 복잡합니다. 실제로 제가 건물 도면을 놓고 입력을 해보면 시간의 절반 이상을 창호 입력에 사용하곤 합니다. 

그럼에도 입력 오류는 늘 발생합니다. 그것은 모든 창호요소를 쪼개서 입력해야만 하는 PHPP의 특성에 기인하는데요, 예를 들어 다음의 시스템 창호를 PHPP에 입력한다고 가정해 보겠습니다.

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물론, 창호는 제조사로부터 하나의 세트(Set)로 공급되겠지만, 이를 프로그램이 인식하기 위해서는 다음과 같이 7개의 요소로 쪼개서 각각의 형상정보를 정확히 입력해야만 합니다. 패시브하우스는 에너지 요구량을 극단적으로 줄인 주택인 만큼 유리면적을 정확히 계산하고, 차양 등으로 인한 일사 감소도 디테일하게 반영할 필요가 있기 때문입니다.

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여기에 수평/수직 차양(Overhang, Fin)과의 관계까지 고려하여 위의 7개 창호요소를 PHPP에 입력한다고 가정하면 다음과 같이 정리해 볼 수 있겠습니다.

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어떤가요? 너무 복잡하지 않나요?
이 7개의 창호요소를 일일히 PHPP에 입력하고, 또 다른 시트에서 각각에 대해 음영(shading) 정보를 입력하는 것도 문제지만, 더 큰 문제는 7개의 창호 요소의 창틀(frame) 정보 또한 Component 시트에서 세분화하여 입력해야 한다는 점입니다. (물론 이 경우 5번과 6번 창호는 시공열교까지 포함해서 완벽한 대칭을 이루므로 실제로 입력해야 하는 창틀 정보는 6개입니다.) 

또한 이 창틀의 두께를 정확히 입력하는 것이 굉장히 까다롭고, 창호 입력시 프레임을 선택하는 과정에서도 굉장히 혼란스러운 상황이 이어집니다. 

무슨 수수께끼를 푸는 것도 아니고, 프로그래머 입장에서는 도저히 이해가 되지 않는, 굉장히 불친절한 유저 인터페이스임에 분명합니다. 하지만 고민을 거듭하다보니 한 가지 묘수가 떠오르더군요. 

프레임의 가로/세로 중간부재의 폭과 틸트앤턴(T/T) 부분에 추가되는 부재폭을 알고 있다는 가정하에 창호의 구성형태를 다음과 같이 유형화하고, T/T 창호의 형상 정보만 입력받으니 모든 문제가 단번에 해결되었습니다.

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여러 창호를 검토해본 결과 위의 구성유형으로 대부분 커버할 수 있었습니다. 결국, 창호의 구성유형을 선택하되 다음과 같이 T/T 창호의 위치와 크기만 간단히 입력하면 나머지 모든 정보를 자동으로 계산하는 것이 가능해졌습니다. (위에서 제시한 구성유형으로 해결되지 않는다면 이를 조합하여 사용. 단, 이때 겹치는 부분의 시공열교는 0)

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에너지샵에서는 한 걸음 더 나아가, 이 T/T 창호의 입력 편의마저도 추가로 제공합니다. 표준적인 창호 요소의 구성비율로 개폐창호의 가로세로 길이를 예측하여 기본값으로 제공하는 식으로..  물론, 정밀한 계산을 위해서는 정확한 값을 입력해야 겠지만, 시스템에서 제공하는 값을 사용해도 창틀과 유리창의 면적은 거의 동일한 값이 도출되고, 음영 계산시 미치는 영향도 미미하다는 점을 TIP으로 알려 드립니다. 
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참고로, 개폐창호의 가로/세로 길이 측정 방식은 다음을 참고하시면 되겠습니다.

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창호의 형상정보를 입력한 후에는 유리와 창틀의 성능정보를 입력합니다. 이와 관련한 정보는 [제품] 시트에서 관리할 수 있으며, 입력란 상단의 유리/창틀 기본 모델을 선택하면 개별 창호에 기본 값이 적용됩니다.

마지막으로 음영 관련 정보는 위에서 설명한 개념도와 툴팁을 참고하여 입력하시면 되겠습니다. 여기서 한 가지 주의해야 할 부분은 차양 차단비율인데요. 외부에 블라인드를 설치하는 경우, 대략 90%를 입력하면 무리가 없겠습니다.

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이렇게 입력한 값을 바탕으로 에너지 샵은 내부적으로 지난한 계산 과정을 거칩니다. 특히 시간 단위로 일사량을 계산하는 부분은 보간법/약산식을 사용하는 PHPP와 큰 차이가 있는 부분입니다. 

다음은 메테오놈의 서울 기후데이터를 기준으로 PHPP와 에너지샵의 일사 계산결과를 비교한 표입니다. 실효 오차(RMS)가 6.8% 대 2.2%로 계산의 정확성을 확인해볼  수 있습니다.
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아울러, 실제로 PHPP를 돌려보면 음영 정보의 유무에 따라 에너지샵 계산결과와 유의미한 차이(10~20%)를 보이는데요, 이 역시 서로 다른 음영계산 방식에 기인한다고 생각합니다. 역시 PHPP는 간소화된 약산식/경험식을 사용하는데 반해, 에너지샵은 다음과 같이 시간 by 시간 별로 그림자의 형상을 직접 도출하여 세분화된 일사요소(직사광, 확산광, 반사광)를 일일히 적용하여 계산한다는 차이가 있습니다.


그림7 사본.jpg



3. 커튼월

커튼월은 창호 요소가 계속해서 반복되는 패턴이기 때문에 별도의 입력란을 만들었습니다. 워크 시트의 맨 아래 쪽에 있어서 잘 안 보이기 때문에 커튼월 입력란 자체가 있는지도 모르시는 분들이 많은데요. 그래서 다음과 같이 창호 입력란 타이틀 쪽에 커튼월 입력란으로 이동할 수 있는 버튼을 두었습니다. 

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이를 클릭하면 아래와 같은 커튼월 정보 입력란으로 이동하게 되는데요, 해당 커튼월의 가로/세로 칸수와 개폐창호의 개수와 가로/세로를 입력하는 것만 다르고 나머지는 기존의 창호 입력 방식과 동일합니다. 
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이 입력란과 관련한 세부 설명은 다음 예제로 대신합니다. (커튼월의 형태와 구성이 불규칙적이라면 표준적이면서 유사한 형태의 커튼월로 적당히 가정하여 입력)

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4. 분석

[창호] 시트는 다른 시트와는 달리 계산결과를 중간 집계하여 다음과 같은 표와 그래프로 제시합니다. 사용자는 이를 면밀히 살펴 계획 상의 시사점을 발견해낼 수 있습니다.

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글이 길어졌는데요..

요약하면, PHPP와 비교해보았을 때 적어도 건물 에너지 해석의 핵심이라 할 수 있는 창호 부분에 있어서는 Energy#의 완승이 아닐까 조심스레 생각해봅니다.  



* 이 글은 개발자의 블로그(blog.naver.com/energysharp)에도 함께 게재됩니다.

Comments

G 이명래 2016.07.24 21:30
이 더운 날...
고생많으십니다.

서기관님...
M 배성호 2016.07.30 13:12
감사합니다. 선생님!
현장에서 고생하시는 분들이 더 고생이시죠..
그나저나 덥긴 정말 덥네요.
언젠가는 패시브하우스가 이 더위까지 스마트하게 해결할 수 있었으면 좋겠네요.. ^^
M 배성호 2016.08.06 12:33
[제품] 워크시트의 창틀 메인프레임 부재폭 입력 관련 수정사항입니다.

<기존> 열교 최소화를 위해 창틀을 깜싸는 단열재가 있을 경우 그 폭을 제외하고 입력
<수정> 감싸는 단열재 여부와 관계없이 원래 창틀의 폭(width)을 입력

아울러, [창호] 시트의 개구부(opening) 입력시에도 창호 세트의 외곽선을 기준으로 입력해주시기 바랍니다.