An Experimental Study on the Reduction Effects of Shading Devices on Sky Radiant Cooling in Winter

차양장치의 겨울철 천공복사 냉각 저감 효과에 관한 실험적 연구

External shading devices are well known solar control devices that can help reduce the cooling load of commercial buildings. For this study, experiments were conducted to examine the feasibility of shading devices in reducing both the cooling and heating loads. The influence of sky radiant cooling during winter was verified for the external shading device, internal roller blind, and window. Results can be summarized as follows. The temperature difference between the inner and outer surfaces of the window with the external shading device was 11.8℃ compared to 14.6℃ for one without the external shading device. This 2.8℃ difference was due to heat exchange by sky radiation when the surface temperature of the shading device was lower than the ambient outdoor air temperature. The roller blind resulted in a lower temperature of 0.8℃ compared to the average temperature of the window's air cavity. This was due to heat exchange by sky radiation of the roller blind surfaces. Without shading devices, the outside surface temperature of the window is about 3℃ higher. The study also found that when external shading devices were installed on both the southwest and southeast sides, the outside surface temperature of the windows were lower on the southwest side than the southeast side.

외부 차양장치는 대표적인 여름철 일사조절 장치이다. 특히 냉방부하가 높은 업무용 건물에 적합한 기술로 인식되어왔다. 그러나 본 연구에서는 차양장치의 냉방부하 저감뿐만 아니라 난방부하 저감 효과를 검증하기 위한 실험을 수행하였다. 이를 위해 겨울철 야간 천공복사냉각에 따른 영향을 중심으로 일반 창호, 롤 블라인드, 외부 차양장치를 대상으로 실험을 수행하였으며, 그 결과는 다음과 같다. 외부 차양장치가 적용된 경우 유리 내·외표면 온도차는 평균 11.8℃로 차양장치가 없는 경우의 14.6℃ 보다 평균 2.8℃ 낮은 온도차를 나타냈으며, 이는 천공복사에 의한 열교환으로 차양 표면온도가 외기온도보다 낮은 시간때에 발생한다. 한편, 롤 블라인드는 내부 중공층의 평균온도보다 0.8℃ 낮은 온도를 나타냈으며 이 또한 투과체를 통과한 천공복사가 롤 블라인드 표면과 열교환이 이뤄졌기 때문이다. 유리 외부 표면온도만을 고려하면 약 3℃ 이상의 온도 상승이 예상된다. 그리고 차양장치가 없는 경우 일반적인 온도구배를 나타내고 있었다. 한편 남동향과 남서향에 외부 차양장치가 설치되었을 때 남서향의 외측 유리 표면온도가 더 낮게 나타나는 특징이 있다. 이 결과는 천공복사에 의한 냉방 저감 효과를 정량화할 수는 없지만 적어도 타당성은 확인할 수 있었다. 향후 연구에서는 천공복사 냉각과 에너지 소비 사이의 상관관계를 조사하고 외부 차양장치의 난방에너지 절감 효과에 대한 독립 챔버 실험을 진행할 계획이다.