냉난방에너지 부하 및 기후조건 관련

부하계산 (load estimation) 이란게 일 평균 기온과의 비교로만 판단되는게 아니오라
축열정도를 시간에 따라 분석을 하게 된다고 압니다.
물론 energy # 은 이런 계산에 따라 축열, 방열, 복사열을 종합적으로 계산한 프로그램이라고 알고 있습니다만....

'6월 ~ 9월은 실내온도조건(26도)보다 기온이 낮아서 냉방 부하가 생길까 하는 의문' 이라는 말씀은 선듯 이해가 안됩니다. 물론 답은 관리자님이나 energy# 을 잘 아시는 분들이 해주시겠지만요. 부하계산 (load estimation) 이란게 일 평균 기온과의 비교로만 판단되는게 아니오라 축열정도를 시간에 따라 분석을 하게 된다고 압니다. 물론 energy # 은 이런 계산에 따라 축열, 방열, 복사열을 종합적으로 계산한 프로그램이라고 알고 있습니다만.... '6월 ~ 9월은 실내온도조건(26도)보다 기온이 낮아서 냉방 부하가 생길까 하는 의문' 이라는 말씀은 선듯 이해가 안됩니다. 물론 답은 관리자님이나 energy# 을 잘 아시는 분들이 해주시겠지만요.

개발자가 답을 해야 마땅할 것이나 비교적 명확한 문제라 답글을 올립니다.
'6월~9월은 실내온도 조건(26도)보다 기온이 낮아서' 는 사실에는 부합하지만 앞뒤 문맥 상으로는 '낮아서' 가 아니라 '높아서'가 되어야 겠군요.
실제 6월에서9월 대기 기온의 평균값은 26도보다 낮습니다. 얼추 24~25도 사이입니다.
그럼 대기 기온이 실내 기온보다 낮은데 왜 난방부하가 아니고 냉방 부하가 발생하느댜? 인 것인데요.
아래 첨부 그림에 보면 막대 그래프가 있는데 노란색 부분이 태양열과 실내 발열로 생기는 단위면적당 에너지의 합계입니다.
이 히터 발란스는 실내 온도를 20도로 산정한 것이기는 합니다만, 냉방 부하가 왜 발생하는지를 이해하시는 것에는 충분하리라 사료됩니다.
생각보다 엄청난 에너지가 태양으로 부터 공급되고 여기에 실내 발열이 있기 때문에 그 에너지를 상쇄할 수 있는 냉방 부하가 발생합니다.
반대로 한겨울에 난방을 않해도 사람이 살고 있는 집이라면? 내부 발열 에너지와 태양 에너지 획득 때문에 실외 보다는 훨 따뜻합니다. 개발자가 답을 해야 마땅할 것이나 비교적 명확한 문제라 답글을 올립니다. '6월~9월은 실내온도 조건(26도)보다 기온이 낮아서' 는 사실에는 부합하지만 앞뒤 문맥 상으로는 '낮아서' 가 아니라 '높아서'가 되어야 겠군요. 실제 6월에서9월 대기 기온의 평균값은 26도보다 낮습니다. 얼추 24~25도 사이입니다. 그럼 대기 기온이 실내 기온보다 낮은데 왜 난방부하가 아니고 냉방 부하가 발생하느댜? 인 것인데요. 아래 첨부 그림에 보면 막대 그래프가 있는데 노란색 부분이 태양열과 실내 발열로 생기는 단위면적당 에너지의 합계입니다. 이 히터 발란스는 실내 온도를 20도로 산정한 것이기는 합니다만, 냉방 부하가 왜 발생하는지를 이해하시는 것에는 충분하리라 사료됩니다. 생각보다 엄청난 에너지가 태양으로 부터 공급되고 여기에 실내 발열이 있기 때문에 그 에너지를 상쇄할 수 있는 냉방 부하가 발생합니다. 반대로 한겨울에 난방을 않해도 사람이 살고 있는 집이라면? 내부 발열 에너지와 태양 에너지 획득 때문에 실외 보다는 훨 따뜻합니다.

네 두 분께서 너무 잘 설명해 주셨습니다만, 몇 가지 첨언을 하자면 다음과 같습니다.

예를 들어 Energy#에서 기후조건이 '서울'일 경우 제일 더운 8월의 평균 기온을 보면 섭씨 25.7도 입니다. 물론 이것은 어디까지나 평균치이므로 어떤 날은 25.7도보다 낮고, 또 어떤날은 하루 평균온도가 30도를 상회하는 날도 있을 겁니다. 또, 이것을 시간단위로 쪼개면 어떤 날의 일 평균온도가 25.7도여도 새벽에는 그 이하, 한낮에는 그 이상이 될 것입니다. 어쨌든 온도는 계속 오르락 내리락(Swing)하겠지만, 8월 달의 열손실을 계산하는 데에는 월 평균온도 25.7도만으로 충분합니다. 어차피 Swing 폭은 플러스마이너스 제로가 되니까요..

다시 본론으로 돌아가서.. 어떤 집의 벽체의 열관류율이 0.15 W/m2K이고 벽체의 면적이 100 m2라면 벽체로 인한 8월 한달의 열손실은 다음과 같이 계산됩니다. (실내 온도 26도 기준)

벽체의 8월 열손실 = 0.15 W/m2K x 100 m2 x (26 K - 25.7 K) x 24hour/day x 31day = 3348 Wh = 3.348 kWh

결국 8월 한 달로 보면 벽체를 통해 3.348 kWh의 에너지를 "잃고" 있는 상황이 되고, 이는 냉방부하를 경감시켜주는 역할을 하게 됩니다.(에너지가 밖으로 빠져나가니까요..) 그럼에도 불구하고 냉방에너지 요구량이 발생하는 이유는 일사 획득량과 내부발열량이 그 손실정도를 가볍게 넘어서기 때문인데요..

어느 패시브주택을 대상으로 계산한 다음 표(클릭시 확대)를 보시면 8월 한 달 동안 일사로 인한 획득량이 915 kWh, 내부발열이 688 kWh나 됩니다. 이에 반해 실외온도(평균치)가 실내온도보다 낮기 때문에 외피를 통한 열손실은 미미하지만 49 kWh, 환기를 통한 열손실도 373 kWh가 발생합니다. 따라서 열평형을 맞춰주려면(실내온도를 26도로 유지하려면) 그 차이인 1180 kWh의 냉방에너지가 필요하다 하겠습니다. 물론 여기에 제습에 필요한 에너지까지 더한다면 훨씬 더 많은 냉방에너지가 필요하겠죠. 네 두 분께서 너무 잘 설명해 주셨습니다만, 몇 가지 첨언을 하자면 다음과 같습니다. 예를 들어 Energy#에서 기후조건이 '서울'일 경우 제일 더운 8월의 평균 기온을 보면 섭씨 25.7도 입니다. 물론 이것은 어디까지나 평균치이므로 어떤 날은 25.7도보다 낮고, 또 어떤날은 하루 평균온도가 30도를 상회하는 날도 있을 겁니다. 또, 이것을 시간단위로 쪼개면 어떤 날의 일 평균온도가 25.7도여도 새벽에는 그 이하, 한낮에는 그 이상이 될 것입니다. 어쨌든 온도는 계속 오르락 내리락(Swing)하겠지만, 8월 달의 열손실을 계산하는 데에는 월 평균온도 25.7도만으로 충분합니다. 어차피 Swing 폭은 플러스마이너스 제로가 되니까요.. 다시 본론으로 돌아가서.. 어떤 집의 벽체의 열관류율이 0.15 W/m2K이고 벽체의 면적이 100 m2라면 벽체로 인한 8월 한달의 열손실은 다음과 같이 계산됩니다. (실내 온도 26도 기준) 벽체의 8월 열손실 = 0.15 W/m2K x 100 m2 x (26 K - 25.7 K) x 24hour/day x 31day = 3348 Wh = 3.348 kWh 결국 8월 한 달로 보면 벽체를 통해 3.348 kWh의 에너지를 "잃고" 있는 상황이 되고, 이는 냉방부하를 경감시켜주는 역할을 하게 됩니다.(에너지가 밖으로 빠져나가니까요..) 그럼에도 불구하고 냉방에너지 요구량이 발생하는 이유는 일사 획득량과 내부발열량이 그 손실정도를 가볍게 넘어서기 때문인데요.. 어느 패시브주택을 대상으로 계산한 다음 표(클릭시 확대)를 보시면 8월 한 달 동안 일사로 인한 획득량이 915 kWh, 내부발열이 688 kWh나 됩니다. 이에 반해 실외온도(평균치)가 실내온도보다 낮기 때문에 외피를 통한 열손실은 미미하지만 49 kWh, 환기를 통한 열손실도 373 kWh가 발생합니다. 따라서 열평형을 맞춰주려면(실내온도를 26도로 유지하려면) 그 차이인 1180 kWh의 냉방에너지가 필요하다 하겠습니다. 물론 여기에 제습에 필요한 에너지까지 더한다면 훨씬 더 많은 냉방에너지가 필요하겠죠.

그리고 HVAC님의 말씀처럼 Energy#이 레퍼런스로 삼고 있는 ISO 13790에는 축열에 의한 시간효과가 반영된 식을 사용합니다. (위 표에서는 "열손실 이용률" 항목이 여기에 해당됩니다.) 물론 정확하게 계산하자면, 경계조건을 설정하고 시간을 잘께 조깨서 열획득, 열손실, 축열효과에 대한 방정식을 순차적으로 풀어가야 겠지만(동적해석), 그 결과는 ISO 13790에 의한 정적해석 방식과 큰 차이는 없는 것으로 알고 있습니다. 그리고 HVAC님의 말씀처럼 Energy#이 레퍼런스로 삼고 있는 ISO 13790에는 축열에 의한 시간효과가 반영된 식을 사용합니다. (위 표에서는 "열손실 이용률" 항목이 여기에 해당됩니다.) 물론 정확하게 계산하자면, 경계조건을 설정하고 시간을 잘께 조깨서 열획득, 열손실, 축열효과에 대한 방정식을 순차적으로 풀어가야 겠지만(동적해석), 그 결과는 ISO 13790에 의한 정적해석 방식과 큰 차이는 없는 것으로 알고 있습니다.

깊이 있게 설명해 주셔서 감사합니다.

설명해 주신 내용을 보면 창호를 통한 일사 획득이 있던데, Energy #에서 창호의 위치 설정(예를 들어 벽면 아래에서 얼마정도 올라온 높이, 혹은 벽면 좌측 또는 우측에서 얼마정도 떨어진 위치 등..)이 불가능해 보이던데, 실제적으로 창호의 위치에 따라서 실내로 유입되는 일사량이 조금 달라질꺼 같은데 이 부분은 어떤 방식으로 이해를 해야 하는지요? 깊이 있게 설명해 주셔서 감사합니다. 설명해 주신 내용을 보면 창호를 통한 일사 획득이 있던데, Energy #에서 창호의 위치 설정(예를 들어 벽면 아래에서 얼마정도 올라온 높이, 혹은 벽면 좌측 또는 우측에서 얼마정도 떨어진 위치 등..)이 불가능해 보이던데, 실제적으로 창호의 위치에 따라서 실내로 유입되는 일사량이 조금 달라질꺼 같은데 이 부분은 어떤 방식으로 이해를 해야 하는지요?

ASHRAE 에선 동적해석을 추천한다고 합니다... 이게 보다 정확하고 시간차 분석도 가능하고 등등...
그런데 개인적으론 반대입니다. 패시브하우스 주택일경우 변수가 오히려 너무 많습니다.
재실인원, DRAFT 정도 등등.. ENRGY# 이 입증전이라면 몰라도 이미 어느정도 입증된바 다른 고가 프로그램을 돌릴 이유가 전혀없다고 봅니다.

사실 그렇게 접근하다가 이건 도무지 편차가 커서 저도 ENERGY # 만으로 계산했었더랬죠..

에너지샵  만세!!!! ASHRAE 에선 동적해석을 추천한다고 합니다... 이게 보다 정확하고 시간차 분석도 가능하고 등등... 그런데 개인적으론 반대입니다. 패시브하우스 주택일경우 변수가 오히려 너무 많습니다. 재실인원, DRAFT 정도 등등.. ENRGY# 이 입증전이라면 몰라도 이미 어느정도 입증된바 다른 고가 프로그램을 돌릴 이유가 전혀없다고 봅니다. 사실 그렇게 접근하다가 이건 도무지 편차가 커서 저도 ENERGY # 만으로 계산했었더랬죠.. 에너지샵 만세!!!!

재준님...
그건... 에너지해석분야의 오래된 농담과도 같은데요..
입력항의 정밀도가 높아질 수록 오차는 더 커지게 됩니다라는 답변으로 갈음될 수 있을 듯 합니다.
아래에 HVAC 님이 설명한 글과도 일맥상통되구요.. 재준님... 그건... 에너지해석분야의 오래된 농담과도 같은데요.. 입력항의 정밀도가 높아질 수록 오차는 더 커지게 됩니다라는 답변으로 갈음될 수 있을 듯 합니다. 아래에 HVAC 님이 설명한 글과도 일맥상통되구요..

네. Energy#은 디테일한 해석은 지원하되, 간결하고 정형화된 입력 방식으로 사용자의 주관적인 판단에 의한 해석 상의 차이를 최소화하고자 하는, 다소 모순된 목표를 지향하고 있습니다. 에너지샵이 몇 년이 지나도 시장에서 살아남는다면 아마도 이러한 부분이 큰 역할을 하지 않았을까 조심스럽게 예상해봅니다.

재준님께서 질문주신 부분에 대한 답변을 드리면, "창호의 위치 설정"은 가능합니다. 에너지 측면에서 보면 창호는 열손실과 일사획득 두 가지가 핵심입니다. 이 중 일사획득은 에너지샵의 경우 시간대별 태양의 위치를 계산하고 시간별 기후데이터를 적용해서 해당 창호면에 떨어지는 일사량을 계산해냅니다. 이때 중요한 것이 바로 음영(Shading) 계산인데요.

에너지샵의 창호 워크시트를 보시면 다음과 같이 음영정보를 입력하는 란이 있습니다. ISO 13790에서 제시한 입력 방식을 준용해서 수평장애물과 좌우측 돌출부, 처마/발코니 정보를 입력토록 했고, 그림자의 계산은 약산식(PHPP)이 아닌 시간대별 계산 방식으로 변경하여 정밀도를 높였습니다. 네. Energy#은 디테일한 해석은 지원하되, 간결하고 정형화된 입력 방식으로 사용자의 주관적인 판단에 의한 해석 상의 차이를 최소화하고자 하는, 다소 모순된 목표를 지향하고 있습니다. 에너지샵이 몇 년이 지나도 시장에서 살아남는다면 아마도 이러한 부분이 큰 역할을 하지 않았을까 조심스럽게 예상해봅니다. 재준님께서 질문주신 부분에 대한 답변을 드리면, "창호의 위치 설정"은 가능합니다. 에너지 측면에서 보면 창호는 열손실과 일사획득 두 가지가 핵심입니다. 이 중 일사획득은 에너지샵의 경우 시간대별 태양의 위치를 계산하고 시간별 기후데이터를 적용해서 해당 창호면에 떨어지는 일사량을 계산해냅니다. 이때 중요한 것이 바로 음영(Shading) 계산인데요. 에너지샵의 창호 워크시트를 보시면 다음과 같이 음영정보를 입력하는 란이 있습니다. ISO 13790에서 제시한 입력 방식을 준용해서 수평장애물과 좌우측 돌출부, 처마/발코니 정보를 입력토록 했고, 그림자의 계산은 약산식(PHPP)이 아닌 시간대별 계산 방식으로 변경하여 정밀도를 높였습니다.

이해를 돕기 위해 처마(Overhang) 정보 입력시 시간대별 음영계산 개념도를 첨부합니다. 이해를 돕기 위해 처마(Overhang) 정보 입력시 시간대별 음영계산 개념도를 첨부합니다.

아......정말 감사합니다
꼭 이해를 하고 넘어가야 하는 부분이였는데, 감사합니다 아......정말 감사합니다 꼭 이해를 하고 넘어가야 하는 부분이였는데, 감사합니다