최근 에너지 절약을 화두로 건물에서의 에너지 절약기술들이 크게 요구되어 지는 반면 재실자의 온열쾌적환경은 비교적 비중 있게 다루어지지 않고 있다. 실내공간의 쾌적성은 재실자의 만족감과 더불어 생산성을 향상시키는 등의 역할을 하며, 최근 삶의 질 향상 등에 따라 그 필요성이 크게 요구되고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 공동주택을 대상으로 겨울철 난방 시 쾌적지표를 통한 실내 온열환경 제어의 타당성을 검토하고자 시뮬레이션을 수행하였으며, 주거건물에서의 일상적인 실내온도와 에너지 절약 설계기준에서 제시한 실내 설정온도, 그리고 쾌적지표를 설정으로 한 각 제어조건의 온열환경과 에너지 소비량을 비교 분석 및 검토하였다. 본 연구결과에 따르면, 쾌적지표인 PMV로 실내환경을 제어했을 때 에너지 절약설계 기준인 $22^{\circ}C$로 실내온도를 설정하였을 때보다 에너지 소비량은 29% 증가하지만 주거용 건물에서 일반적으로 유지되는 실내온도인 $24^{\circ}C$ 보다는 에너지소비량은 11% 정도 감소하며, 온열쾌적감도 각 제어조건 중 가장 우수하게 나타났다. 따라서 여러 가지 제어변수들을 통한 연구가 지속된다면 주거용 건물에서도 쾌적지표를 활용한 실내 공간의 제어방법은 건물의 에너지를 절약하고 실내 환경의 쾌적성을 증대시키는 주요기술이 될 수 있을 것으로 기대된다.
온열쾌적감에 영향을 주는 중요한 요인들로는 온도, 습도, 기류 등의 물리적 요인과 성별이나 체질 등 뿐만 아니라 온열환경에서 느끼는 인간의 감성적인 측면도 요인으로 작용한다. 본 연구에서는 여러 가지 온열 환경 중에서 실내의 상하온도차와 기류방식의 제어에 따른 생체반응의 변화, 및 감성의 변화를 관찰하여 온열환경에 따른 인간의 온열쾌적감을 평가하기 위해 생리신호를 측정, 분석하였다. 인간에게 가장 쾌적함을 주는 최적의 실내 상하온도차와 기류제어방식을 구현하기 위한 평가방법으로 MST(mean skin temperature)분석 및 HRV(heart rate variability) 분석과 EEG 주파수 스펙트럼 분석을 시행하였다. 그 결과 실내의 상하온도차는 23$^{\circ}C$의 머리부위 온도에서 발 부위와의 온도차가 -3$^{\circ}C$일 때 가장 쾌적한 조건으로 나타났고, 기류제어방식은 감성기류조건에서 가장 쾌적함을 보였다. 본 연구를 통해 실내의 상하온도차와 기류방식에 대한 온열환경의 쾌적조건을 설정하였고, HRV 분석과 EEG의 주파수 분석이 주판신소설문평가와 유의한 결과를 나타내어 이러한 생리신호의 분석이 인간의 감성적 측면을 고려한 온열쾌적성을 펑가하는데 보다 객관적이고 신뢰성 있는 평가지표로 이용될 수 있음을 제시하였다.
사회와 생활수준의 발달로 인간은 자연환경하에서 생활보다 인공적 환경하에서의 생활이 증가하게 되었다. 따라서 인간은 쾌적한 생활공간을 요구하게 되었고 이를 위한 온열환경에 대한 연구가 진행되어져 왔다. 이러한 생활공간에서의 쾌적한 온열환경에 영향을 주는 물리적 요인으로는 온도와 습도 그리고 기류 등이 있다. 또한 온열환경에 대한 인간의 감성적 측면도 쾌적한 온열환경을 결정하는데 중요한 역할을 한다. 본 연구에서는 겨울철 대류난방시 인간에게 가장 쾌적한 환경을 제시할 수 있는 기류 속도의 범위를 찾고, 이를 평가하는데 객관적인 지표를 설정하기 위해 온도에 따른 기류조건을 제시하고, HRV 분석을 통하여 인체의 자율신경계의 변화를 관찰하였다. 실험결과 18$^{\circ}C$, 21$^{\circ}C$, 24$^{\circ}C$ 각각의 온도에서 draft를 초래하지 않는 0.15m/sec의 기류속도일 때 가장 높은 MF/(LF+HF) 값을 보여 쾌적한 기류조건으로 나타났고 이는 쾌불쾌감신고(CSV)와 동일한 결과를 나타내었다. 이러한 심전도 신호를 통한 HRV 분석은 기류조건에 따른 온열쾌적성의 평가에도 객관적이고 신뢰성 있는 지표로 제시될 수 있을 것이다. 또한 다른 환경하에서의 감성평가 척도로도 이용될 수 있을 것이라고 생각되어진다.
복사에 의한 냉난방은, 장시간 재실하는 방이나 소음, 기류에 민감한 장소에 적합하고 에너지 절약면에서도 유효한 냉난방 방식이라고 알려져 있다. 일반적으로 널리 알려져 있는 바닥난방은 실온의 수직분포가 균일함으로서 인체에 쾌적한 난방방식으로 알려져 있다. 이것에 비해, 바닥의외의 벽, 천장을 활용한 냉난방설비의 쾌적성에 대해서는 아직 충분히 검토되고 잇지 않다. 따라서 본 연구는 물순환식 복사 냉난방장치를 이용하여 겨울철의 천장복사난방이 인체에 미치는 생리적, 심리적영향을 밝히고 복사난방의 유용성에 대해서 검토하는 것을 목적으로 한다. 실험은 일본 나라여자대학 인공기후실을 이용하였고, 실험조건은 실온 18$^{\circ}C$, 21$^{\circ}C$, 24$^{\circ}C$ 천장온도 $25^{\circ}C$, 3$0^{\circ}C$, 35$^{\circ}C$의 조건을 조합하여 7조건으로 설정하였다. 또, 상대 습도 40%, 기류속도 0.1m/s 이하로 일정하게 유지시켰다. 생리적반응으로는 피부온14점과 직장온을 30초 간격으로 측정하였고, 혈압, 심박수, 체중, 체지방율을 측정하고 심리적반응으로는 온열감, 쾌적감등의 항목을 10분간격으로 측정하였다.
본 연구는 피부의 노화방지 및 미백 효과에 탁월한 비타민 E를 섬유에 부착시켜 인체에 미치는 생리적 반응을 보기 위하여 온열감, 습윤감, 쾌적감의 주관적 감각평가와 심박수, 피부온, 의복내 온도 및 습도를 측정하였다. 연구방법 및 결과는 다음과 같다. 실험은 온도 30±1℃, 상대습도 50±15%, 기류 0.2m/s 이하로 설정된 인공기수실에서 실시하였다. 피험자는 평균연령 21세의 건강한 성인여자 5명으로, 체중, 신장 및 체표면적의 평균치는 52.2㎏, 161.2cm 및 155㎡이다. (중략)
The studies for mechanical performance development have been examined to reduce energy consumption in building construction field. However, The energy consumption using in building for heating is impacted by not only system performance but also PMV particularly at temperature and clo. Most energy using in building part is mainly consumed for heating and cooling to keep comfort temperature. Heating energy consumption is bigger than cooling energy in Korea because of temperature difference in winter in comparison with summer at apartment building. This means that energy consumption can be changed by occupancy's comfort setting temperature in apartment building. This study evaluate actual comfort temperature range by clo and examined heating energy consumption by Esp-r and CO2 reduction possibility. The results show that keeping ASHRAE standards can reduce heating energy up to 23%; also, wearing underclothes with ASHRAE standard can reduce heating energy up to 47.8%. Option 4 showing Maximum CO2 emission reduction indicates that kerosene. LNG and electricity can reduce 1.5t, 1.7t, 2.46t respectively in comparison with option 2.
Most energy using in building part is mainly consumed for heating and cooling to meet occupancy's comfort temperature. Generally, heating energy consumption show high value than cooling energy in Korea because of high temperature difference in winter season as compared with summer in apartment building. The efforts to develope mechanical performance have been studied to reduce energy consumption in building energy field until now. However, the energy consumption in building is impacted by not only system performance but also PMV particularly at temperature and Clo value. This means that energy consumption can be changed by occupancy's comfort setting temperature in apartment building. This study investigated the passibility of overheating in apartment building by occupant' slow Clo and its setting temperature from preceding research and then the heating energy consumption by setting temperature was calculated with ESP-r. The effects of heating energy and $CO_2$ reduction are also evaluated quantitatively with Clo value. The results showed that keeping ISO-7730 standards can reduce heating energy up to 21% in compared with option 2; also, wearing underclothes with ISO-7730 standard can considerably reduce heating energy consumption up to 50%. As compared with option 2, the reduction of $CO_2$ emission for option 3 showed 0.63TCO2 of kerosene, 0.49TCO2 of LNG and 1.09TCO2 of electricity. The option 4 can be reduced by 1.48TCO2 of kerosene, 1.16TCO2 of LNG and 2.57TCO2 of electricity respectively.
본 연구에서는 보정된 모델링 건물을 대상으로 PMV 변수에 대한 데이터베이스를 구축하였고, 다중회귀분석을 통하여 PMV 회귀모델을 도출하였다. PMV 회귀모델은 민감도 및 데이터 분석을 통하여 단순화하여 단순 PMV 회귀모델을 제시하였다. 단순 PMV 회귀모델과 Fanger PMV 모델에 대한 MAE 및 RMSE 검증을 통하여 단순 PMV 회귀모델이 Fanger PMV 모델을 대체할 수 있는 것으로 분석되었다. EnergyPlus의 EMS(Energy Management System)를 이용하여 보정된 모델링 건물에 PMV 회귀모델 제어를 적용하였다. 단순 PMV 회귀모델과 Fanger PMV 모델 제어의 온열 쾌적도를 비교한 결과, 두 제어 모두 공조기간 동안 약 90% 이상이 온열쾌적 범위를 만족하였고, 온열 쾌적 제어의 특징인 설정 PMV를 만족하는 설정온도에 의하여 제어되는 것으로 나타났다.
이 연구의 목적은 한옥 거주환경의 쾌적성능에 대한 정량적 자료를 제시하고 개선 요인을 도출하는 데 있다. 먼저 정책적 성공사례로서 현대(신(新))한옥의 하나인 전남 화순군 잠정햇살마을 한옥단지를 대상으로 건구온도, 복사온도, 상대습도, 풍속 등 열쾌적성 평가의 영향 요소를 측정했다. 이어 도출 데이터를 적용하여 PMV(Predicted Mean Vote)를 산출하는 열환경 시험을 수행했으며, 사용자 대사율과 의복량을 변수로 설정하여 L.C.PMV(Life-Cycle PMV)와 N.PMV(Normal PMV)의 두 가지 유형으로 구분하여 평가를 진행했다. 그 결과, 여름 및 겨울철 시점을 전후하여 한옥 공간의 PMV 증감 동향이 뚜렷했으며, 특히 대서 및 대한 시점의 PMV는 쾌적구간을 완전히 벗어난다는 시험 결과를 확인했다. 아울러 겨울철 PMV의 변화 속도가 여름철보다 더 빠른 것으로 나타났다. 이러한 결과를 통해 신한옥의 쾌적성능 증진을 위해 단열성 개선이 우선 요인임이 도출되었으며, 설계 및 시공 단계에서 연계 검토가 요구된다.
겨울철이나 추운지역에서는 선박용 및 건축용의 창유리에 결로, 결빙현상이 쉽게 발생하고 쾌적한 시야확보 및 청결유지를 방해한다. 이를 방지하기 위해 발열유리 온도제어 시스템을 사용한다. 기존의 아날로그 발열유리 시스템은 정확한 온도설정, 상태표시 및 고장검지가 어렵다. 또한 통신에 의한 중앙제어가 어렵다. 이와 같은 기존시스템의 단점을 해결하기위해 본 논문에서는 마이크로프로세서에 의한 TRIAC제어를 이용하여 4[kW]급 발열유리의 온도제어 시스템을 설계한다. 그리고 실험을 통해 그 성능을 확인하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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