기술자료
12-101. PHPP 계산을 위한 면적 산정 방법
12-101. PHPP 계산을 위한 면적 산정 방법
이 글은 PHPP 에서 요구하고 있는 각종 면적을 계산하는 방법을 서술한다.
실제 지붕면적 = 지붕수평투영면적/cosθ
언젠가는 우리나라 프로그램으로 가야겠지만, 우선은 PHPP로 시작한다.
에너지계산프로그램의 특성과 PHPP의 의미, 그리고 왜 우리나라 프로그램으로 가야하는지에 대한 글은 "에너지효율등급 평가프로그램 ECO2 와 독일의 프로그램 개발 사례 분석"를 참조하시기 바란다.
-----------------------------------------------------------------------------
PHPP 에너지계산을 위한 면적 산정 방법
PHPP라는 프로그램에서 면적을 산정하는 이유는 크게 열의 손실과 획득을 하는 면적을 구분하여 열의 손실량과 획득량을 알기 위함이다.
열 손실 면적 산정
1. 벽체 입면적의 산정
입면적은 북쪽 방위(0°)를 기준으로 시계방향인 북동남서 차례로 구한다.(입력상 편의를 위해) 입면적을 구할때는 입면에 창이 붙어있든 문이 붙어있든 신경을 쓸 필요가 없다. 우선 건물자체의 형태에 집중하는 것이 면적산정 시 실수를 줄일 수 있다.(PHPP는 창의면적은 입력란이 별도로 존재하여 자동으로 입면적에서 감해준다.)
또한 입면에서 눈에 실질적으로 보이는 면적 뿐만 아니라 열이 새어나가는 면적을 모두 산정해준다고 생각하면 조금 이해하기 쉽다.
*주의사항* 돌출형태 등으로 인하여 뒤에 보이지 않는 입면적 또한 산정 해야한다.
위에 보이는 북측입면도에서 빨간 점선이 북측 전체의 입면적이며, 돌출부위에 의해 가려지는 입면적이 존재 하지 않으므로 북측입면의 산정은 완료된다.
여기서 의구심이 하나 생기는 분들이 있을수 있다. 북측입면적의 높이의 시작과 끝은 어떻게 정해지는가?
높이의 시작은 기초하단 부터 외벽의 높이의 시작으로 산정해서 그런것이며 높이의 끝은 처마로 인해 가려졌지만 실질적으로 열이 손실이 일어나는 지붕가 외벽의 맞닫는 선까지 산정하여 졌기 때문이다.
즉, 눈에 돌출부위가 없는 비교적 쉬운 입면적을 산정할때도 처마나 지면으로인해 숨겨지는 입면도 놓치지 말아야한다. 이해가 쉽도록 단면에서 확인할 수 있는 입면적의 높이의 시작과 끝을 녹색 점선으로 표시하였다.
기초하단부가 지면아래에 존재할 경우에는 지면선을 기준으로 외기에 접하는 외벽면적과 지면에 접하는 외벽면적으로 나누어 면적을 산정해 줄 수 있는데 에너지해석 시 결과 값에는 큰 차이가 나타나지 않는다. 지면아래에 대한 사항은 PHPP 입력 방법의 글에서 자세히 다루도록 하겠다.
위에보이는 동측입면도 북측입면과 마찬가지 방식으로 입면을 산정해준다. 그 후 돌출부위로 인한 입면적을 입면적 산정에 추가해주는 것을 잊어버리면 안된다. 이와 같은 방식으로 남, 서측 입면적 또한 산정한다.
2. 바닥면적 산정
바닥면적은 기본적으로 최하층 바닥의 외곽선을 기준으로 면적을 산정한다. 바닥면적을 산정하는 것이 그 무엇보다 쉬움에도 불구하고 많이 혼돈하시는데 그 이유는 TFA(Treated Floor Area : 실내난방바닥면적)라는 개념의 이해부족으로 면적이 증가하게 되기 때문이다. TFA에 대해서는 아래 열 획득 면적 산정에서 자세히 다루겠다.
위에 도면처럼 바닥면적은 쉽게 구할 수 있다. 하지만 위에 언급한 TFA라는 개념과 혼동하여 바닥면적을 최하층 바닥, 2층 바닥 등 각각의 모든 바닥면적을 입력하시게 되어 열손실량이 엄청나게 증가하는 실수를 하시게 된다.
바닥면적 중 열손실이 일어나는 것은 최하층 만이라는 것을 생각하시면 왜 최하층 바닥면적만 입력해야 하는지 이해하시기 쉬우실 것이다. 2층바닥에서 외부로 열을 손실이 발생하는 일은 2층바닥을 1층 외벽선 밖으로 까지 내밀지 않는 한 있을수 없기 때문이다.
만약 내민구조가 있는경우에는 1층외벽선를 벗어난 면적에 한에서는 추가 면적을 산정해줘야 한다. 여기서는 일반적인 사항을 다루기 때문에 생략하도록 하겠다.(알아야하겠다는 분은 협회로 직접문의)
3. 지붕면적 산정
지붕면적산정시 주의사항은 크게 두가지로 볼수 있는데 첫 번째로는 처마선과 외벽선을 혼동하지 않는것이고 두 번째로는 지붕의 수평투영면적이 아닌 실제 면적 산정을 위해 기울기에 따른 보정을 해줘야 한다는 것이다.
지붕의 수평 투영면적을 구하는 것은 벽체 외벽선과 각향별 지붕의 경계선을 중심으로 산정해주면 된다.
녹색 점선은 북쪽으로 기울어진 지붕의 수평투영면적이고 파란색 점선은 남측으로 기울어진 지붕의 수평투영면적이다. 다른 방위로 기울어진 지붕이 존재한다면 각자 따로 면적을 산정해준다.
방위별로 각 지붕면적을 따로 산정하는 이유는 면적을 PHPP에 입력시 외표면에 대한 복사 평형값을 입력해줘야 하기 때문이다. 정확성보다 신속성을 요구할 시에는 면적을 통으로 집어넣어도 결과값에 큰 차이는 발생하지 않는다. PHPP입력 방법의 글에서 자세히 다루도록 하겠다.
다음으로 기울기에 따라 보정을 해줘서 실제 지붕면적을 산정한다.
위에서 구한 녹색점선의 북쪽지붕 수평투영면적을 우리가 구하기 원하는 빨간 점선의 실 북쪽 지붕면적으로 바꿔주기 위해서는 약간의 계산이 필요하다.
실제 지붕면적 = 지붕수평투영면적/cosθ
삼각함수 중 cos함수를 사용 간단하게 면적을 산정할 수 있다. 위에 식을 대입하기 싫거나 어렵다고 생각하시는 분은 도면에서 실제 거리를 일일이 다 산출하여 계산하시면 된다.
실제 해본결과 계산기를 사용하여 위에 식을 대입하는 것이 일일이 도면에서 거리를 측정하여 면적을 산정하는 것보다 몇배 빠르다. 측정값을 정리하여 다시 계산하는 여러번의 과정으로 인한 실수도 줄어든다.
4. 열 획득 면적 산정
TFA(Treated Floor Area : 실내난방바닥면적)의 산정
글의 서두에서 말했듯이 열의 손실과 획득을위해 면적을 산정하고 TFA라는 용어는 바닥면적과는 달리 열의 획득을 위한 면적이다.
열의 손실측면에서 바닥면적을 산정할때는 외부에 접해있는 최하층 바닥과 예외적으로 일부분 돌출되어 있는 바닥들에 한해서 면적을 산정한다고 위에 언급했다. 반면 열의 획득 측면에서 면적을 산정하는 TFA는 모든 층의 난방을 하는 바닥의 면적(내벽면적 제외)을 구한다.
즉, 위에 보는바와 같이 각각의 실을 내벽면적을 제외하고 면적을 산정하여야 한다. 기본 사각형을 기준으로 각 실의 면적을 산정하고 면적을 가감해주는 것이 나중에 혹여 설계 변경시 간단하게 수정 가능하다. 아니면 처음부터 다 다시구하는 시간낭비를 하게 된다.
현재 면적산정한 건물이 단층이여서 최하층바닥의 TFA만 구했지만 다층구조의 건축물일 경우 각 층별로 모든 TFA를 구해줘야 한다.
이렇게 구해진 열 손실 면적은 각 구성에 따른 열관류율을 적용하여 손실되는 열량을 구하게되고, 열 획득 면적은 난방기간 및 발열원 등의 계산을 통해 내부발열량을 계산 할 수 있는 것이다.
항상 감사드려요.