표제지
국문요약
Abstract
목차
제1장 서론 21
1.1. 연구의 배경 및 목적 21
1.2. 연구 방법 및 범위 26
제2장 현장 단열성능 측정 방법 및 선행연구 고찰 29
2.1. 현장 외피 열관류율 측정 방법 29
① 설계도서 기반 열관류율 (ISO 6946) 29
② HFM법 (ISO 9869-1) 32
③ IRT법 (ISO 9869-2) 37
④ 선행연구 고찰 43
2.2. 현장 기반 열교 측정 및 분석 방법 48
① 설계도서 기반 선형열관류율 (ISO 10211) 48
② 시뮬레이션 기반 열교 분석 49
③ 정성적 열화상 기법 (Qualitative IRT method) 50
④ 정량적 열화상 기법 (Quantitative IRT method) 51
⑤ 선행연구 고찰 53
2.3. 소결 55
제3장 디지털 트윈 기반 단열성능 분석 모델 개발 56
3.1. 외피 열관류율 분석 모델 58
3.1.1. 외피 열관류율 분석 모델 구현 프로세스 58
3.1.2. 현장 외피 2차원 모델링 60
3.1.3. 현장 측정 외피 열류데이터 묘사를 위한 최적화 프로세스 61
3.2. 창-벽체 접합부 열교 분석 모델 68
3.2.1. 창-벽체 접합부 열교 분석 모델 구현 프로세스 70
3.2.2. 창-벽체 3차원 모델링 및 노드 데이터 추출 73
3.2.2. 노드 데이터의 행렬 데이터 변환 및 상태공간화 78
3.2.3. Balanced truncation method (Moore's method) 81
3.2.4. 상태공간모델 선형변환 (Reduced model) 82
3.3. 소결 84
제4장 외피 열관류율 모델 성능 분석 85
4.1. 공동주택 중량벽체 외피 열관류율 현장 측정 88
4.1.1. 측정 대상지 개요 88
4.1.2. 측정 대상 외피 89
4.1.3. 현장 측정 방법 91
4.2. 외피 열관류율 분석 모델 적용 및 결과 100
4.2.1. 현장 측정 결과 101
4.2.2. 최적화 시뮬레이션 결과 106
4.3. 소결 127
제5장 창-벽체 접합부 열교 모델 성능 분석 129
5.1. 접합부 열교 분석 모델 계산 정확도 및 계산속도 131
5.1.1. 접합부 열교 분석 모델 계산 정확도 131
5.1.2. 접합부 열교 분석 모델 계산 속도 140
5.2. 챔버 테스트를 통한 수치 모델 현장 적용성 검토 141
5.2.1. 챔버 테스트 장치 142
5.2.2. 열화상 촬영 결과 150
5.2.3. 시뮬레이션 결과 152
5.3. 창-벽체 접합부 모델 현장 검증 158
5.3.1. 테스트 대상 현장 159
5.3.2. 현장 측정 장비 163
5.3.3. 현장 테스트 대상 표면 영역 구분 165
5.3.4. 현장 창-벽체 접합부 열화상 촬영 결과 166
5.3.5. 현장 창-벽체 접합부 시뮬레이션 결과 169
5.4. 소결 179
제6장 결론 181
참고문헌 185
표 2-1. ISO 6946 Calculation method 표면열전달저항 설계값 31
표 2-2. ISO 6946 Calculation method 표면 방사율에 따른 표면열전달저항 설계값 31
표 2-3. ISO 9869-1 HFM법 측정 권장 환경 36
표 2-4. ISO 9869-2 IRT법 측정 권장 환경 41
표 2-5. 현장 기반 열관류율 측정 선행연구 45
표 3-1. 파라미터 최적화 범위 (외피 구성 부재 열전도율) 63
표 3-2. 열류 묘사를 위한 예비 시뮬레이션 Case 구성 (Case 1) 64
표 3-3. 열류 묘사를 위한 예비 시뮬레이션 Case 구성 (Case 2) 65
표 3-4. 예비 테스트 열관류율 산출 결과 66
표 4-1. 현장 측정 대상지 건축물 정보 89
표 4-2. 현장 측정 벽체 구성 부재 두께 90
표 4-3. 현장 측정 벽체구성 부재 열 물성 (nominal value) 90
표 4-4. 연도별 국내 외피 열관류율 법적기준 90
표 4-5. 현장 측정 대상 세대 컨디셔닝 및 열류 측정 기간 96
표 4-6. 열유속 센서 민감도 98
표 4-7. 열유속센서 정격 사양 99
표 4-8. 데이터 로거 1 정격 사양 99
표 4-9. 데이터 로거 2 정격 사양 99
표 4-10. 온·습도계 정격 사양 100
표 4-11. 현장 측정 세대 실내·외 평균 온도차 101
표 4-12. 검증 시나리오 1 열류 데이터 RMSE 및 CVRMSE 산출결과 112
표 4-13. 검증 시나리오 1 열관류율 분석 결과 및 상대오차 113
표 4-14. 검증 시나리오 2 열관류율 산출결과 및 상대오차 116
표 4-15. 검증 시나리오 3 열류 데이터 CVRMSE 산출결과 119
표 4-16. 검증 시나리오 3 열관류율 산출결과 119
표 4-17. 검증 시나리오 3 열관류율 상대오차 120
표 4-18. 검증 시나리오 3 측정일 별 CVRMSE 산출 결과 (Room 1) 122
표 4-19. 검증 시나리오 3 측정일 별 CVRMSE 산출 결과 (Room 2) 123
표 4-20. 검증 시나리오 3 측정일 별 CVRMSE 산출 결과 (Room 6) 123
표 5-1. 비교 시뮬레이션 대상 창-벽체 구성 부재 물성 132
표 5-2. 비교 시뮬레이션 대상 창-벽체 구성 부재 물성 134
표 5-3. 비교 시뮬레이션 기간 및 해석 간격 134
표 5-4. 리덕션 모델 차수(m)별 최대 오차 산출 결과 140
표 5-5. 해석 도구별 계산 속도 비교 140
표 5-6. 테스트 챔버 사양 143
표 5-7. 챔버 테스트 대상 창-벽체 물성 정보 148
표 5-8. 열화상 카메라 및 열전대 사양 149
표 5-9. 시뮬레이션 모델별 창-벽체 접합부 열전도율 154
표 5-10. 하자 시공 묘사 시뮬레이션 모델별 표면 온도 RMSE 산출 결과 156
표 5-11. 챔버 테스트 대상 창-벽체 해석 도구별 계산속도 157
표 5-12. 챔버 테스트 및 현장 테스트 구분 158
표 5-13. 현장 측정 대상지 정보 160
표 5-14. IR camera 1, 2 사양 164
표 5-15. 온·습도계 사양 164
표 5-16. 열화상 측정 포인트 별 실내·외 온도 차 조건 166
표 5-17. 측정 포인트 별 열화상 표면 온도 결과 168
표 5-18. 현장 별 접합부 열교 분석 모델 열전도율 설정 값 169
표 5-19. 열화상 표면 온도 및 시뮬레이션 모델별 표면 온도 결과 (Site A) 176
표 5-20. 열화상 표면 온도 및 시뮬레이션 모델별 표면 온도 결과 (Site B) 176
표 5-21. 열화상 표면 온도 및 시뮬레이션 모델별 표면 온도 결과 (Site C) 177
표 5-22. 표면 온도 CVRMSE 산출 결과 177
표 5-23. 표면 온도 NRMSE 산출 결과 178
그림 1-1. 현장 조건에서 건물 외피 물리현상 22
그림 1-2. 연구 가설 확인 및 검증 프로세스 27
그림 1-3. 연구 절차 및 논문 구성 28
그림 2-1. ISO 6946, Calculation method 표면열전달저항 30
그림 2-2. ISO 9869-1, HFM법 적용 예시 33
그림 2-3. 열유속센서(Heat flux sensor) 구조 및 측정 원리 34
그림 2-4. ISO 9869-1 Figure E.1-Relation between environmental temperature difference and density of heat flow rate 35
그림 2-5. ISO 9869-2, IRT법 적용 예시 38
그림 2-6. 온도차 조건에 따른 동일 대상체 열화상 촬영 결과 예시 51
그림 2-7. Infrared thermography 분류 52
그림 3-1. 외피 열관류율 및 열류 분석 모델 구현 프로세스 59
그림 3-2. 외피 열관류율 분석을 위한 모델링 프로세스 60
그림 3-3. 외피 열관류율 분석 모델 최적화 프로세스 62
그림 3-4. 예비 테스트 열류(heat flux) 산출 결과 66
그림 3-5. PSO 알고리즘을 적용한 최적화 프로세스 67
그림 3-6. 창-벽체 접합부 열교 분석 프로세스 69
그림 3-7. 창-벽체 접합부 열교 분석모델 구현 프로세스 72
그림 3-8. 노드 데이터 추출을 위한 모델링 프로세스 73
그림 3-9. 노드 추출을 위한 .inp 파일 명령어 입력 74
그림 3-10. SIM 파일 생성 완료 예시 75
그림 3-11. 노드 데이터 파일 생성 완료 예시 76
그림 3-12. 추출 완료 노드 데이터 파일 76
그림 3-13. 노드 데이터 행렬화 프로세스 78
그림 3-14. 노드 데이터의 행렬 데이터 변환 79
그림 3-15. 상태공간모델 basis change를 통한 리덕션모델 구현 예시 83
그림 4-1. 외피 열관류율 분석 모델 검증 프로세스 87
그림 4-2. 현장 측정 대상지 세대 개요 88
그림 4-3. 측정 환경 구축 프로세스 92
그림 4-4. 동적 조건에서 실내·외 온도차에 따른 열류 변화 (온도차 5℃) 94
그림 4-5. 동적 조건에서 실내·외 온도차에 따른 열류 변화 (온도차 10℃) 94
그림 4-6. 동적 조건에서 실내·외 온도차에 따른 열류 변화 (온도차 15℃) 95
그림 4-7. 측정 대상 세대 벽체 측정 장비 설치 97
그림 4-8. 열유속센서 크기 및 단면 구성 (ETO M55A) 98
그림 4-9. 실내·외 온도 및 열류 측정 결과 (Room 1, 2) 102
그림 4-10. 실내·외 온도 및 열류 측정 결과 (Room 3, 4) 103
그림 4-11. 실내·외 온도 및 열류 측정 결과 (Room 5, 6) 104
그림 4-12. 실내·외 온도 및 열류 측정 결과 (Room 7, 8) 105
그림 4-13. 외피 열관류율 분석 모델 검증 시나리오 107
그림 4-14. 검증 시나리오 1 벽체 열류 해석 결과 (Room 1~Room 4) 109
그림 4-15. 검증 시나리오 1 벽체 열류 해석 결과 (Room 5~Room 8) 110
그림 4-16. 검증 시나리오 2 벽체 열류 해석 결과 및 RMSE (Room 1) 115
그림 4-17. 검증 시나리오 2 벽체 열류 해석 결과 및 RMSE (Room 2) 115
그림 4-18. 검증 시나리오 2 벽체 열류 해석 결과 및 RMSE (Room 6) 116
그림 4-19. 검증 시나리오 3 벽체 열류 해석 결과 및 RMSE (Room 1) 118
그림 4-20. 검증 시나리오 3 벽체 열류 해석 결과 및 RMSE (Room 2) 118
그림 4-21. 검증 시나리오 3 벽체 열류 해석 결과 및 RMSE (Room 6) 119
그림 4-22. 검증 시나리오 3 측정일 별 RMSE 산출 결과 (Room 1) 121
그림 4-23. 검증 시나리오 3 측정일 별 RMSE 산출 결과 (Room 2) 121
그림 4-24. 검증 시나리오 3 측정일 별 RMSE 산출 결과 (Room 6) 122
그림 4-25. 데이터롤링 방식을 적용한 ISO 최소 측정기간 열관류율 산출 예시 124
그림 4-26. HFM 72시간 기준 열관류율 및 최적화 모델 열관류율 비교 결과 (Room 1) 125
그림 4-27. HFM 72시간 기준 열관류율 및 최적화 모델 열관류율 비교 결과 (Room 2) 125
그림 4-28. HFM 72시간 기준 열관류율 및 최적화 모델 열관류율 비교 결과 (Room 6) 126
그림 5-1. 창-벽체 접합부 열교 분석 모델 검증 프로세스 130
그림 5-2. 접합부 열교 분석 모델 비교 시뮬레이션 대상 창-벽체 132
그림 5-3. 접합부 열교 분석 모델 비교 시뮬레이션 대상 표면 133
그림 5-4. 상태공간모델 격자 독립성 테스트 결과 136
그림 5-5. FEM 시뮬레이션과 상태공간모델(SS) 표면온도 해석 결과 비교 137
그림 5-6. 상태공간모델(SS)과 리덕션모델 표면 온도 해석결과 비교 (Surface 1) 138
그림 5-7. 상태공간모델(SS)과 리덕션모델 표면 온도 해석결과 비교 (Surface 2) 139
그림 5-8. 상태공간모델(SS)과 리덕션모델 표면 온도 해석결과 비교 (Surface 3) 139
그림 5-9. 창-벽체 접합부 열교 분석 테스트 수행 챔버 142
그림 5-10. 항온실-저온실 개구부 테스트 대상 창-벽체 설치 144
그림 5-11. 항온실, 저온실 온도 설정 및 열화상 측정 포인트 145
그림 5-12. 창-벽체 접합부 정상시공 및 하자시공 케이스 구성 146
그림 5-13. 창-벽체 접합부 정상시공 및 하자시공 케이스 단면도 147
그림 5-14. 접합부 주변 열화상 촬영 검증을 위한 열전대 설치 150
그림 5-15. 접합부 주변 열화상 촬영 및 열전대 측정 결과 (정상시공) 151
그림 5-16. 접합부 주변 열화상 촬영 및 열전대 측정 결과 (하자시공) 151
그림 5-17. 챔버 열화상 촬영 이미지와 시뮬레이션 모델의 표면 온도 비교 영역 152
그림 5-18. 정상시공 Case 1(Reference) 표면 온도 비교 결과 153
그림 5-19. 하자시공 케이스 표면 온도 비교 결과 (Model 1) 155
그림 5-20. 하자시공 케이스 표면 온도 비교 결과 (Model 2) 155
그림 5-21. 하자시공 케이스 표면 온도 비교 결과 (Model 3) 155
그림 5-22. 테스트 대상 현장 Layout 159
그림 5-23. 테스트 대상 창-벽체 단면도 및 열화상 촬영 부위 162
그림 5-24. 현장 테스트 측정 장비 (열화상 카메라, 온·습도계) 163
그림 5-25. 접합부 주변 표면 온도 비교 영역 예시 165
그림 5-26. 접합부 주변 표면 온도 열화상 촬영 결과 (Site A) 167
그림 5-27. 접합부 주변 표면 온도 열화상 촬영 결과 (Site B) 167
그림 5-28. 접합부 주변 표면 온도 열화상 촬영 결과 (Site C) 167
그림 5-29. 창-벽체 접합부 모델 해석 결과 (Site A to Site C) 170
그림 5-30. 창-벽체 접합부 모델 해석 결과 (Site A) 172
그림 5-31. 창-벽체 접합부 모델 해석 결과 (Site B) 173
그림 5-32. 창-벽체 접합부 모델 해석 결과 (Site C) 174