PHPP의 Heating Load 관련. Thermal time constant 가 무엇인가요?

본문에서 "<"의 방향이 바뀌었는데요..
Thermal time constant of the building > 200h 입니다.

Thermal time constant (TTC)는 축열을 고려한 열의 이동 시간을 나타내는 상수 개념입니다.
그러므로, 200h의 의미가 실내외온도조건(20℃, -5℃)에서 8일8시간이 지나면 외기온도까지 떨어지는 개념은 아니구요.  내외부가 1k 차이가 날 때, 통과시간 개념입니다.

단위면적당 TTC의 계산은 다음과 같습니다.

Qai*Ri= (Cm*l*p)i*(R0+R1+…+0.5Ri)
TTCa=Qa1*R1+Qa2*R2+…Qan*Rn)

여기서
Qai : 단위면적당 열용량
Cm : 비열
l : 두께
p : 밀도
R : 열저항
A : 단위면적 (수식에도 대문자로 써야하나 밑첨자 표현이 안되어서 수식은 소문자로 표현)
입니다.
(여기서 마지막 열저항 값에 0.5를 곱하는 이유는 저희도 모르겠습니다. 아마도 잔열상수라고 예측될 뿐입니다.)

이 역시 정상상태해석의 한 종류이며, 실제 벽체에서의 타임랙과는 다릅니다.

패시브하우스는 이 상수가 200시간을 넘어야 한다는 것이고, 이를 넘으려면 외단열로 가야한다는 근거가 됩니다.
 실제로 간단한 벽체를 계산한 표를 올려드립니다. 찬찬히 보시면 수식을 이해하시리라 생각합니다.

감사합니다. 본문에서 "<"의 방향이 바뀌었는데요.. Thermal time constant of the building > 200h 입니다. Thermal time constant (TTC)는 축열을 고려한 열의 이동 시간을 나타내는 상수 개념입니다. 그러므로, 200h의 의미가 실내외온도조건(20℃, -5℃)에서 8일8시간이 지나면 외기온도까지 떨어지는 개념은 아니구요. 내외부가 1k 차이가 날 때, 통과시간 개념입니다. 단위면적당 TTC의 계산은 다음과 같습니다. Qai*Ri= (Cm*l*p)i*(R0+R1+…+0.5Ri) TTCa=Qa1*R1+Qa2*R2+…Qan*Rn) 여기서 Qai : 단위면적당 열용량 Cm : 비열 l : 두께 p : 밀도 R : 열저항 A : 단위면적 (수식에도 대문자로 써야하나 밑첨자 표현이 안되어서 수식은 소문자로 표현) 입니다. (여기서 마지막 열저항 값에 0.5를 곱하는 이유는 저희도 모르겠습니다. 아마도 잔열상수라고 예측될 뿐입니다.) 이 역시 정상상태해석의 한 종류이며, 실제 벽체에서의 타임랙과는 다릅니다. 패시브하우스는 이 상수가 200시간을 넘어야 한다는 것이고, 이를 넘으려면 외단열로 가야한다는 근거가 됩니다. 실제로 간단한 벽체를 계산한 표를 올려드립니다. 찬찬히 보시면 수식을 이해하시리라 생각합니다. 감사합니다.

너무 정성껏 가르쳐 주셔서. 저도 열심히 배우고 갑니다.
시간 들여 답변해 주셔서... 또 한번 감동입니다. ㅠㅜ...

말씀의 의미를 생각하면서... 찬찬히 해보았는데요. 놀라운 결과를 보게 되었습니다.



외기를 기준으로 i=0,1,2,3 일때,
저항 Ra=R0+R1+...+Ri
가 되기 떄문에.
열용량이 큰 콘크리트는 외기를 기준으로 뒷쪽에 배치되어야 합산된 R값과 곱해져서 큰 TTC를 갖게 되는 군요.
그래서 외단열을 해야 하는 것이라는 놀라운 사실!!!

내단열이되면.
열용량이 큰 콘크리트가 외기측에 가까이 놓이게 되면 곱해지는 합산 R값 이 작아서. TTC 가 작고.
즉, 1K차이를 통과하는 시간이 매우 짧아지게 되네요.


감사합니다.  감동입니다. 너무 정성껏 가르쳐 주셔서. 저도 열심히 배우고 갑니다. 시간 들여 답변해 주셔서... 또 한번 감동입니다. ㅠㅜ... 말씀의 의미를 생각하면서... 찬찬히 해보았는데요. 놀라운 결과를 보게 되었습니다. 외기를 기준으로 i=0,1,2,3 일때, 저항 Ra=R0+R1+...+Ri 가 되기 떄문에. 열용량이 큰 콘크리트는 외기를 기준으로 뒷쪽에 배치되어야 합산된 R값과 곱해져서 큰 TTC를 갖게 되는 군요. 그래서 외단열을 해야 하는 것이라는 놀라운 사실!!! 내단열이되면. 열용량이 큰 콘크리트가 외기측에 가까이 놓이게 되면 곱해지는 합산 R값 이 작아서. TTC 가 작고. 즉, 1K차이를 통과하는 시간이 매우 짧아지게 되네요. 감사합니다. 감동입니다.

저항에 대한 계산을 외기측에서부터 하는 이유는.....

(매우 거대하고) 차가운 대기에 (상대적으로 매우 작은)건물이 외표면에서부터 열을 빼앗기게 되어. 열손실이 발생하는 순서대로 산정한 것이 아닌가... 싶은데요 맞는것인가요?

아무래도. 열전달 책을 다시 공부해 보아야 할것 같습니다.

앗. 오늘도... 이시간이 되어버렸네요. ^^;;; 그럼~

감사합니다. *^^* 저항에 대한 계산을 외기측에서부터 하는 이유는..... (매우 거대하고) 차가운 대기에 (상대적으로 매우 작은)건물이 외표면에서부터 열을 빼앗기게 되어. 열손실이 발생하는 순서대로 산정한 것이 아닌가... 싶은데요 맞는것인가요? 아무래도. 열전달 책을 다시 공부해 보아야 할것 같습니다. 앗. 오늘도... 이시간이 되어버렸네요. ^^;;; 그럼~ 감사합니다. *^^*

저항에 대해 외기측으로 부터 하는 이유는 실내온도를 중심으로 놓고 보기 때문입니다.
즉, TTC가 말해주는 것은 외단열이 충분히 설치되어져 있는 것인가를 보는 것입니다. 이 수치는 이른바 타임랙의 대소여부를 판단케 해주는 상수라고 보시면 무방합니다.

TTC가 크고, 실내에 추가 단열재가 없다면 (DHC 값이 큰 건물) 겨울 동안 간헐난방에서도 실내온도의 변화가 적다는 뜻이 되고, 여름 야간에 낮아진 외기 온도를 도입하면 다음날 일정시간동안 식어진 실내 구체에 의해 쾌적함을 유지할 수 있다는 의미를 갖습니다.

하지만, 겨울동안의 축열은 우리나라 상황에 맞습니다만, 여름 습도가 높은 우리나라의 상황에서 TTC와 DHC값은 의미가 크게 낮아 질 수도 있습니다.
유럽과는 다르게 야간 축냉과 동시에 매우 높은 습기가 같이 들어오기 때문에 익일 습도를 낮추는 에너지가 추가로 필요하게 되기 때문입니다. 우리나라에서 좀 더 깊이 들어가야 할 분야일 듯 합니다만, 역시 연구자의 몫인 듯 합니다.


- DHC (Diurnal Heat Capacity)와 TTC

TTC의 계산을 직접 해 보셨으니 느끼시겠지만, 다음의 두 건물은 모두 TTC가 크게 산출됩니다.
1. 실외+단열재+콘크리트+실내
2. 실외+단열재+콘크리트+단열재+실내
하지만, 2번건물은 실내에 축열이 될만한 것이 없습니다. 그 뜻은 공조온도에 따라 실내온도가 민감하게 반응한다는 이야기가 될 것입니다. 그러므로 TTC만으로는 그 건물의 축열정도를 파악할 수 없기 때문에 DHC값과 동시에 평가를 해야 합니다.
참고로 수식을 같이 올려드립니다.

또 다른 개념으로 EHC(Efficient Heat Capacity)도 있습니다.. ㅎ

하지만, 최근 프로그램에 의한 동적계산이 활성화되면서 그 의미도 많이 퇴색된 것도 사실입니다. 알면 좋습니다만, 너무 깊게 들어가지 않으시는 것도 방법일 듯 합니다.

참고할 만한 책은 워낙 유명한 책이라 가지고 계실 법도 한데.. Passive Low Energy Cooling of Buildings - Baruch Givoni 입니다.

감사합니다. 저항에 대해 외기측으로 부터 하는 이유는 실내온도를 중심으로 놓고 보기 때문입니다. 즉, TTC가 말해주는 것은 외단열이 충분히 설치되어져 있는 것인가를 보는 것입니다. 이 수치는 이른바 타임랙의 대소여부를 판단케 해주는 상수라고 보시면 무방합니다. TTC가 크고, 실내에 추가 단열재가 없다면 (DHC 값이 큰 건물) 겨울 동안 간헐난방에서도 실내온도의 변화가 적다는 뜻이 되고, 여름 야간에 낮아진 외기 온도를 도입하면 다음날 일정시간동안 식어진 실내 구체에 의해 쾌적함을 유지할 수 있다는 의미를 갖습니다. 하지만, 겨울동안의 축열은 우리나라 상황에 맞습니다만, 여름 습도가 높은 우리나라의 상황에서 TTC와 DHC값은 의미가 크게 낮아 질 수도 있습니다. 유럽과는 다르게 야간 축냉과 동시에 매우 높은 습기가 같이 들어오기 때문에 익일 습도를 낮추는 에너지가 추가로 필요하게 되기 때문입니다. 우리나라에서 좀 더 깊이 들어가야 할 분야일 듯 합니다만, 역시 연구자의 몫인 듯 합니다. - DHC (Diurnal Heat Capacity)와 TTC TTC의 계산을 직접 해 보셨으니 느끼시겠지만, 다음의 두 건물은 모두 TTC가 크게 산출됩니다. 1. 실외+단열재+콘크리트+실내 2. 실외+단열재+콘크리트+단열재+실내 하지만, 2번건물은 실내에 축열이 될만한 것이 없습니다. 그 뜻은 공조온도에 따라 실내온도가 민감하게 반응한다는 이야기가 될 것입니다. 그러므로 TTC만으로는 그 건물의 축열정도를 파악할 수 없기 때문에 DHC값과 동시에 평가를 해야 합니다. 참고로 수식을 같이 올려드립니다. 또 다른 개념으로 EHC(Efficient Heat Capacity)도 있습니다.. ㅎ 하지만, 최근 프로그램에 의한 동적계산이 활성화되면서 그 의미도 많이 퇴색된 것도 사실입니다. 알면 좋습니다만, 너무 깊게 들어가지 않으시는 것도 방법일 듯 합니다. 참고할 만한 책은 워낙 유명한 책이라 가지고 계실 법도 한데.. Passive Low Energy Cooling of Buildings - Baruch Givoni 입니다. 감사합니다.

아.... 대학교 건축설계시간에 패시브건축을 처음 배울때,

겨울철 일사 유입이 최대한 많이 될수 있도록 차양 설계를 하고. 취득된 열을 축열할 수 있는 축열체를 거실바닥 및 일사를 받는 내벽에 배치시키는 것이 난방에너지를 절감하는 데 효과적이다. 라고 배운적이 있습니다. 다분히 정성적인 표현이었는데요. 

이렇게... 정량적으로 판단할 수 있는 계산식들이 다 있었네요.

TTC 와 DHC.   

요즘 너무 재미있습니다.  PHPP 수업도 너무 재미있고.

자세한 설명 감사드립니다. *^^* 아.... 대학교 건축설계시간에 패시브건축을 처음 배울때, 겨울철 일사 유입이 최대한 많이 될수 있도록 차양 설계를 하고. 취득된 열을 축열할 수 있는 축열체를 거실바닥 및 일사를 받는 내벽에 배치시키는 것이 난방에너지를 절감하는 데 효과적이다. 라고 배운적이 있습니다. 다분히 정성적인 표현이었는데요. 이렇게... 정량적으로 판단할 수 있는 계산식들이 다 있었네요. TTC 와 DHC. 요즘 너무 재미있습니다. PHPP 수업도 너무 재미있고. 자세한 설명 감사드립니다. *^^*

오랜 만에 정리할 수 있는 기회를 주셔서 오히려 감사드립니다. 오랜 만에 정리할 수 있는 기회를 주셔서 오히려 감사드립니다.

오랜만에 건축환경 책을 다시 별쳐보게 되었는데. 타임렉관련 재미있는 그림이 있어서 하나 올립니다.

1. 그림은 내부 발열이나 난방 등 내부에 열공급이 없는 상태로 열적인 변화는 모두 외부에서 야기됩니다.

그림에 대한 설명으로..
건물에서 내부온도는 일정하더라도 외부온도는 항상 변한다.
낮에 외부공기온도가 급격하게 높아지더라도 중략벽 내에서의 온도는 천천히 상승하게 되고
밤에 외부공기온도가 급격하게 낮아지더라도 중량벽 내에서의 온도는 천천히 낮아지게 되어
1일을 기준으로 볼때, 외기온도 변화폭은 크나 실내온도의 변화폭은 그보다 작게 된다....

라고 되어 있네요.

중량벽체의 외부에 단열재가 추가된다면,
열이 통과하는 시간이 중량벽체만 있는 경우보다 더 길어지게되므로
시간 지연효과가 더 커서
외기온도의 영향에 의한 1일 실내온도 변화폭이 위의 그림보다 더 작게 나타나게되겠네요.

그리고...

2. DHC에 대해 말씀하신대로, 콘크리트 벽체의 내부에 단열재가 있는 내단열 건물의 경우.
바닥난방이 아니라. 공기난방을 하는 건물이라면,
출입문이나 창문 개방으로 인하여 실내공기온도가 갑자기 낮아지는 상황이 발생했을때.
내단열로 인하여 구조체로부터의 복사열도 차단이 되어. 실내공기온도가 다시 올라가려면 시간이 걸리겠네요. 쾌적조건을 만족시키려면 공기난방을 빠르게 공급해주어야 하겠네요.

3. 국내의 기존 주택들은 내단열이었지만, 거실이나 방바닥이 온돌 구조체(열용량이 큰)이기 때문에 침기로 인해 공기온도가 금새 낮아져도. 바닥의 복사열. 전도열. 대류열로 그닥 불편하지 않게 살수 있었던 것이로군요. 에너지는 무지 손실되는 건물이었던 것이었고.

4. 국내에서 외단열시스템을 적용하면서. 외단열 시스템에 대한 부담감으로 외단열+내단열을 동시에 하려고 계획한 사례를 본 적이 있는데요.
그건.... 매우 비효율적인 상황을 오히려 유발하게 되는 것이네요?

외단열만 하는 것이 도 효과적인가? 외단열과 내단열을 동시에 하는 것이 더 효과적인 가? 에 대해서의 위의 설명을 보면.... 외단열만 하는 것이 더 효과적인 것이네요.


음..... 말씀하신 대로.... 먼거 조금씩 더 배우게 될 수록....
정말 모르고 있는 것이 너무 너무 많구나... 하는 생각을 해보게 됩니다.

아, 그리고 좋은 책 추천해 주셔서 감사합니다. *^^* 

부끄럽지만...제가 가지고 있는 패시브관련 서적은 1999년도에 구입한.
Sol Power. 라는 책과. Solar energy in architecture and urban planning. 라는 건축책
뿐입니다. 좋은 그림은 많은데... 수식은 하나도 없습니다. 
아. PHPP도 있네요. *^^* 이제와서 보면 에너지효율등급 해설서도.

예전부터 궁금했던 책이 있는데요.

말씀하셨던 독일의 [건축 물리] 서적이 영문으로 된 것이 있으면 추천 부탁드립니다.


감사합니다. *^^* 오랜만에 건축환경 책을 다시 별쳐보게 되었는데. 타임렉관련 재미있는 그림이 있어서 하나 올립니다. 1. 그림은 내부 발열이나 난방 등 내부에 열공급이 없는 상태로 열적인 변화는 모두 외부에서 야기됩니다. 그림에 대한 설명으로.. 건물에서 내부온도는 일정하더라도 외부온도는 항상 변한다. 낮에 외부공기온도가 급격하게 높아지더라도 중략벽 내에서의 온도는 천천히 상승하게 되고 밤에 외부공기온도가 급격하게 낮아지더라도 중량벽 내에서의 온도는 천천히 낮아지게 되어 1일을 기준으로 볼때, 외기온도 변화폭은 크나 실내온도의 변화폭은 그보다 작게 된다.... 라고 되어 있네요. 중량벽체의 외부에 단열재가 추가된다면, 열이 통과하는 시간이 중량벽체만 있는 경우보다 더 길어지게되므로 시간 지연효과가 더 커서 외기온도의 영향에 의한 1일 실내온도 변화폭이 위의 그림보다 더 작게 나타나게되겠네요. 그리고... 2. DHC에 대해 말씀하신대로, 콘크리트 벽체의 내부에 단열재가 있는 내단열 건물의 경우. 바닥난방이 아니라. 공기난방을 하는 건물이라면, 출입문이나 창문 개방으로 인하여 실내공기온도가 갑자기 낮아지는 상황이 발생했을때. 내단열로 인하여 구조체로부터의 복사열도 차단이 되어. 실내공기온도가 다시 올라가려면 시간이 걸리겠네요. 쾌적조건을 만족시키려면 공기난방을 빠르게 공급해주어야 하겠네요. 3. 국내의 기존 주택들은 내단열이었지만, 거실이나 방바닥이 온돌 구조체(열용량이 큰)이기 때문에 침기로 인해 공기온도가 금새 낮아져도. 바닥의 복사열. 전도열. 대류열로 그닥 불편하지 않게 살수 있었던 것이로군요. 에너지는 무지 손실되는 건물이었던 것이었고. 4. 국내에서 외단열시스템을 적용하면서. 외단열 시스템에 대한 부담감으로 외단열+내단열을 동시에 하려고 계획한 사례를 본 적이 있는데요. 그건.... 매우 비효율적인 상황을 오히려 유발하게 되는 것이네요? 외단열만 하는 것이 도 효과적인가? 외단열과 내단열을 동시에 하는 것이 더 효과적인 가? 에 대해서의 위의 설명을 보면.... 외단열만 하는 것이 더 효과적인 것이네요. 음..... 말씀하신 대로.... 먼거 조금씩 더 배우게 될 수록.... 정말 모르고 있는 것이 너무 너무 많구나... 하는 생각을 해보게 됩니다. 아, 그리고 좋은 책 추천해 주셔서 감사합니다. *^^* 부끄럽지만...제가 가지고 있는 패시브관련 서적은 1999년도에 구입한. Sol Power. 라는 책과. Solar energy in architecture and urban planning. 라는 건축책 뿐입니다. 좋은 그림은 많은데... 수식은 하나도 없습니다. 아. PHPP도 있네요. *^^* 이제와서 보면 에너지효율등급 해설서도. 예전부터 궁금했던 책이 있는데요. 말씀하셨던 독일의 [건축 물리] 서적이 영문으로 된 것이 있으면 추천 부탁드립니다. 감사합니다. *^^*

4번의 경우에 조금 다르게 해결할 수도 있습니다.
DHC는 꼭 외벽에만 국한되는 것은 아닙니다. 실내 전체의 중량물에 대해 계산을 하는 것이 원칙입니다. 그러므로 4번처럼 외+내단열을 동시에 한다면,, 보완책으로 실내벽에 석고보드로 마감하지 않고, 콘크리트+미장마감으로 하는 것도 하나의 방법일 수 있습니다. 물론 최선은 아니지만 DHC값을 어느정도까지는 키울 수 있는 여지가 있습니다. 4번의 경우에 조금 다르게 해결할 수도 있습니다. DHC는 꼭 외벽에만 국한되는 것은 아닙니다. 실내 전체의 중량물에 대해 계산을 하는 것이 원칙입니다. 그러므로 4번처럼 외+내단열을 동시에 한다면,, 보완책으로 실내벽에 석고보드로 마감하지 않고, 콘크리트+미장마감으로 하는 것도 하나의 방법일 수 있습니다. 물론 최선은 아니지만 DHC값을 어느정도까지는 키울 수 있는 여지가 있습니다.

영어책은 Hugo S. L. C. Hens 가 쓴
"Building Physics - Heat, Air and Moisture" 와
"Applied Building Physics - Boundary Conditions, Building Performance and Material Properties" 를 추천해 드립니다.
앞의 것은 이론과 연습문제, 뒤의 것은 실무적 내용까지를 담고 있습니다.
아마존에서 두권을 함께 팔고 있는데..$104.69 이네요..

미국책이 SI단위를 쓰지 않은 것이 많아서 조금 짜증이 나는데.. 위의 책은 내용도 좋고, SI단위로 기술되어져 있어 추천할 수 있을 듯 합니다.

아마도 관심이 있으신 분이 계실 수도 있으니 공동구매를 추진해 보는 것도 방법일 듯 합니다. 사실 의향이 있으시면 협회홈페이지에 올려서 인원을 모집한 후 저희가 구매하여 나누어 드리도록 하겠습니다. 배송비를 크게 절약할 수 있을 듯 합니다. 영어책은 Hugo S. L. C. Hens 가 쓴 "Building Physics - Heat, Air and Moisture" 와 "Applied Building Physics - Boundary Conditions, Building Performance and Material Properties" 를 추천해 드립니다. 앞의 것은 이론과 연습문제, 뒤의 것은 실무적 내용까지를 담고 있습니다. 아마존에서 두권을 함께 팔고 있는데..$104.69 이네요.. 미국책이 SI단위를 쓰지 않은 것이 많아서 조금 짜증이 나는데.. 위의 책은 내용도 좋고, SI단위로 기술되어져 있어 추천할 수 있을 듯 합니다. 아마도 관심이 있으신 분이 계실 수도 있으니 공동구매를 추진해 보는 것도 방법일 듯 합니다. 사실 의향이 있으시면 협회홈페이지에 올려서 인원을 모집한 후 저희가 구매하여 나누어 드리도록 하겠습니다. 배송비를 크게 절약할 수 있을 듯 합니다.

아... 측벽에 아닌. 내벽을 축열체로 만들어 주는 것이로군요? 2층 집이라면 2층 거실바닥부분을 이용할 수도 있고.
열손실에 발생하는 측벽(외벽)은 외단열, 또는 외단열+내단열 등으로 단열을 강화하고
내부의 구조체는 축열체로 이용하고.
이해가 되었습니다. *^^* 감사합니다. 아... 측벽에 아닌. 내벽을 축열체로 만들어 주는 것이로군요? 2층 집이라면 2층 거실바닥부분을 이용할 수도 있고. 열손실에 발생하는 측벽(외벽)은 외단열, 또는 외단열+내단열 등으로 단열을 강화하고 내부의 구조체는 축열체로 이용하고. 이해가 되었습니다. *^^* 감사합니다.

예!!!  저는 구매하고 싶습니다. 공동구매가 되면 정말 좋겠습니다. *^^* 예!!! 저는 구매하고 싶습니다. 공동구매가 되면 정말 좋겠습니다. *^^*

네 알겠습니다.. 금 주중 공지사항에 올리도록 하겠습니다.. 감사합니다. 네 알겠습니다.. 금 주중 공지사항에 올리도록 하겠습니다.. 감사합니다.