창면적비와 SHGC 범위에 따른 SPD를 적용한 반응형 스마트창호의 에너지 성능 평가 (Energy Performance Evaluation of Responsive Smart Windows Applying SPD According to Window Area Ratio and SHGC Range)

서지정보

· 발행기관 : 대한설비공학회
· 수록지 정보 : 설비공학 논문집 / 32권 / 9호 / 441 ~ 447페이지
· 저자명 : 고유진, 홍희기, 민준기

초록

본 연구에서는 창면적비와 제어 가능한 SHGC 범위 두 가지를 변수로 두어, 일반형 창호를 적용한 Non-SPD 모델 대비 일사량에 따라 실시간으로 반응하여 일사 유입을 조절하는 가변투과유리를 적용한 SPD 모델의 냉․난방에너지 소요량을 비교 및 분석하였다. 그 결과는 다음과 같다.
(1) 창면적비가 증가함에 따라 Non-SPD 대비 SPD 모델의 난방에너지 증가율과 냉방에너지 감소율은 모두 증가한다. 창면적비 70%에서 난방에너지는 최대 21.1%의 증가율을 보이며 냉방에너지는 최대 33.7%의 감소율을 보인다. 난방에너지 증가율에 비해 냉방에너지 감소율이 크기에 연간에너지는 창면적비가 증가할수록 증가하여 창면적비 70%에서 최대 11.7%의 감소율을 보인다.
(2) SPD를 적용할 경우 냉방에너지 측면에서는 큰 감소율을 보이지만 난방에너지가 함께 증가하게 된다. 그렇기에 냉방에너지 감소율은 유지하면서 난방에너지 증가율은 줄이는 연구가 요구된다. 현재 기술적으로 가능한 제어 가능한 SHGC 범위인 0.11~0.35를 기준으로 범위를 넓혀가면서 시뮬레이션을 진행한 결과 가장 큰 범위 크기를 가지는 0.11~0.55로 제어 가능한 경우 연간에너지 측면에서 기준 대비 1.4배의 감소율을 보였다. 또한 창면적비에 따라 감소율은 증가하여 창면적비 70%에서 최대 16.7%의 감소율을 보였다.
(3) 실제 제어 가능한 SHGC 범위 크기인 0.24를 고정시키고 최소/최대값만을 동시에 증가시키면서 시뮬레이션을 진행한 결과 창면적비에 따라 결과가 달라진다. 창면적비 40% 이하에서는 난방에 유리한 0.31~0.55가 감소율이 가장 크며 창면적비 50% 이상에서는 냉방에 유리한 0.11~0.35가 감소율이 가장 크다. 결과적으로 Non-SPD 대비 SPD 모델의 연간에너지는 창면적비 40% 이하에서는 제어 가능 SHGC 범위 0.31~0.55에서 최대 4.8% 감소하며, 창면적비 50% 이상에서는 제어 가능 SHGC 범위 0.11~0.35에서 최대 11.7% 감소하는 것으로 나타났다.
실제 제어 가능한 SHGC 범위는 유리의 사양에 따라 제한된다. 특히 요즘 많이 사용되는 Low-e 유리에 SPD를 적용할 경우 제어 가능 SHGC 범위는 작은 값들로 분포되어 있을 뿐만 아니라 그 크기는 약 0.2에서 0.3으로 제한된다. 그렇기에 SHGC가 높을수록 유리한 겨울철의 경우에는 오히려 난방 에너지가 일반 창호를 사용 하였을 때보다 증가하는 현상이 발생하기도 한다. 따라서 제어 가능 SHGC 범위를 넓힘으로써 냉방과 난방 모두에서 에너지 절감이 일어날 수 있도록 하는 연구가 필요한 실정이다.

영어초록

Smart skin window controls the light transmittance in real time, equivalent to adjusting the window’s solar heat gain coefficient (SHGC). It would be ideal if the SHGC can be freely controlled between 0 and 1, but controllable SHGC range is limited by the specifications of the glass. Thus, in this study, the standard controllable SHGC range (0.11~0.35) was set, and first, the energy requirements of the model with the SPD windows compared to the general window models according to the window area ratio were analyzed. Additionally, based on the standard, the effect on the energy requirement was compared through the TRNSYS18 simulation program by expanding the range (0.11~0.45, 0.11~0.55) or increasing the minimum/maximum value (0.21~0.45, 0.31~0.55). As a result, since increasing the ratio of the heating energy and decreasing of the cooling energy increased as the window area ratio increases, the annual energy showed a decreasing ratio of up to 11.7% at a window area ratio of 70%. As a result of the simulation while expanding the range based on the standard, when the controllable range was the largest (0.11~0.55), the maximum decreasing ratio (16.7%) was shown with the window area ratio of 70%. As a result of simulation while simultaneously increasing the minimum/maximum value of standard range, when the window area ratio is 40% or less, the larger the minimum/maximum value, the greater the decreasing ratio. The smaller minimum/maximum value is more advantageous at 50% or more.

참고자료

· 없음