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1. 건축 시뮬레이션 및 열 계산
1.1. 건축물 시뮬레이션 모델링
건축물 시뮬레이션 모델링은 건물의 에너지 성능을 분석하고 최적화하기 위한 핵심 과정이다. 이를 통해 건물의 열적 특성, 실내 환경 조건, 에너지 소비량 등을 예측할 수 있다. 제공된 문서에 따르면, Autodesk Ecotect Analysis 2010 프로그램을 사용하여 단독주택을 시뮬레이션 모델링하였다.
우선, 시뮬레이션 모델링을 위한 설계 조건을 살펴보면 다음과 같다. 건물의 규모는 100m²이며, 남향 기준으로 설계되었다. 위치는 위도 36.3, 경도 127.4로 설정되었다. 건축물 각 부위의 열관류율은 에너지절약계획서 기준에 따랐다.
건물의 용도와 운영 패턴 등을 고려하여 Zone Management를 설정하였다. 단독주택의 경우 낮에는 사람이 없고 밤에 거주하는 특성을 반영하여 재실 스케줄을 구성하였다. 주말에는 종일 거주하는 것으로 가정하였다.
이를 바탕으로 시뮬레이션을 수행하여 건물의 열적 특성을 분석하였다. 특히 Passive Gains Breakdown, Monthly Degree Days, 단열 성능 개선에 따른 부하 감소 등의 결과를 도출하였다. 이를 통해 건물의 열적 성능과 에너지 소비 특성을 종합적으로 파악할 수 있었다.
건축물 시뮬레이션 모델링은 단순히 건물의 물리적 특성을 반영하는 것에서 그치지 않고, 건물의 용도와 운영 패턴 등 다양한 요소를 고려해야 한다. 이를 통해 보다 정확하고 실제적인 건물 성능 분석이 가능해진다. 향후에는 시뮬레이션 모델에 최신 기술 및 데이터를 반영하여 분석의 정확성을 높이고, 실제 운영 데이터와의 비교 등을 통해 모델의 신뢰성을 검증하는 것이 중요할 것으로 보인다.
1.2. 단독주택 시뮬레이션 설계 조건
단독주택 시뮬레이션 설계 조건은 다음과 같다.
단독주택의 면적은 100m²이다. 건물의 향은 남향을 기준으로 하며, 위도 36.3, 경도 127.4의 위치에 있다. 건축물 각 부위의 열관류율은 에너지절약계획서 기준에 따른다. 지역별 건축물 부위의 열관류율은 중부지역, 남부지역, 제주도 지역에 따라 다르게 적용된다.
중부지역의 경우 거실의 외벽이 외기에 직접 면하는 경우 공동주택은 0.210 W/㎡·K 이하, 공동주택 외는 0.260 W/㎡·K 이하로 설정된다. 최상층에 있는 거실의 반자 또는 지붕이 외기에 직접 면하는 경우 0.150 W/㎡·K 이하, 최하층에 있는 거실의 바닥이 외기에 직접 면하는 경우 바닥난방인 경우 0.180 W/㎡·K 이하, 바닥난방이 아닌 경우 0.220 W/㎡·K 이하로 설정된다. 창 및 문이 외기에 직접 면하는 경우 공동주택은 1.200 W/㎡·K 이하, 공동주택 외는 1.500 W/㎡·K 이하로 규정된다.
남부지역의 경우 거실의 외벽이 외기에 직접 면하는 경우 0.320 W/㎡·K 이하, 최상층에 있는 거실의 반자 또는 지붕이 외기에 직접 면하는 경우 0.180 W/㎡·K 이하, 최하층에 있는 거실의 바닥이 외기에 직접 면하는 경우 0.220 W/㎡·K 이하, 창 및 문이 외기에 직접 면하는 경우 1.800 W/㎡·K 이하로 설정된다.
또한 Autodesk Ecotect Analysis 2010을 활용하여 Zone Management를 설정하였다. 단독주택은 오피스 건물과 달리 낮에는 사람이 없고 밤에 사람이 있으므로 이를 반영하여 설정하였다. 주말의 경우 집에서 휴식을 취하므로 오전 오후 모두 재실하는 것으로 설정하였다.
1.3. 건축물 부위별 열관류율
건축물 부위별 열관류율은 건축물의 에너지 효율을 결정하는 중요한 요소이다. 건축물의 각 부위별로 정해진 열관류율 기준을 충족해야 에너지 절약적인 설계가 가능하다. 지역별로 건축물 부위의 열관류율이 다르게 적용되는데, 이는 기후 환경의 차이에 따른 것이다.
건축물의 각 부위별 열관류율 기준은 국토교통부 고시 "건축물의 에너지절약설계기준"에 제시되어 있다. 이에 따르면 중부지역, 남부지역, 제주도 지역에 따라 열관류율 기준이 다르게 적용된다.
거실의 외벽의 경우, 외기에 직접 면하는 경우 중부지역은 0.210 W/㎡·K 이하, 남부지역은 0.260 W/㎡·K 이하, 제주도는 0.360 W/㎡·K 이하로 설정되어 있다. 외기에 간접 면하는 경우에는 중부지역 0.300 W/㎡·K 이하, 남부지역 0.370 W/㎡·K 이하, 제주도 0.520 W/㎡·K 이하로 규정하고 있다.
최상층 거실의 반자 또는 지붕의 경우, 외기에 직접 면하는 경우 중부지역 0.150 W/㎡·K 이하, 남부지역 0.180 W/㎡·K 이하, 제주도 0.250 W/㎡·K 이하로 기준이 설정되어 있다. 외기에 간접 면하는 경우에는 중부지역 0.220 W/㎡·K 이하, 남부지역 0.260 W/㎡·K 이하, 제주도 0.350 W/㎡·K 이하이다.
최하층 거실의 바닥 역시 외기에 직접 면하는 경우와 간접 면하는 경우로 구분되어 있다. 바닥난방인 경우 중부지역 0.180 W/㎡·K 이하, 남부지역 0.220 W/㎡·K 이하, 제주도 0.290 W/㎡·K 이하이...
