KR100307871B1 - 건물의 일조 및 일사 해석 장치 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 건물의 일조 및 일사 해석장치 및 해석방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은, 기건축된 또는 건축 예정인 건물에 대한 일조 및 일사 분석을 하기 위해 해당 단지, 지역, 날짜, 솔라챠트 및 분석좌표에 대한 기초자료를 입력하는 자료입력과정(210, 220, 230, 240, 270)과, 그 입력된 기초자료에 의거하여 태양좌표, 솔라챠트 또는 신 솔라챠트 및 일조·일사량 현황을 계산하는 계산과정(250, 260)과, 그 자료입력과정에서의 분석 좌표 설정값 변화에 따른 솔라챠트 및 일간 총 가조시간을 분석하는 태양 궤적도 분석, 시간별 및 누적 일영도 분석, 그리고 시간별 및 누적 입면 평가 분석, 천동설의 관점에서 분석 대상 건물의 주위를 돌며 시간별로 일사차폐 현상을 상하좌우 회전, 이동 및 줌 기능을 수행하면서 분석하는 솔라 뷰 분석을 수행함에 따라 표현되는 일영도를 다시 분석하는 분석과정(280, 290, 300, 310)과, 이 분석과정에서 분석된 결과를 화면 캡쳐 및 프린터에 의한 3차원적 그래픽 화일이나 또는 표로 사용자에게 보여주는 분석 결과 출력과정(320)으로 이루어진다. 이에 따라서, 본 발명은 일조 및 일사에 관련된 민원 발생을 사전에 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 건축물에 대한 일조·일사 현황을 해석하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 기건축 또는 건축 예정인 단지 및 건물간의 일사 현황 및 일사 차폐의 정도를 평가하여 일조 및 일사에 관련된 분쟁을 사전에 방지하거나 합리적인 해결 대책을 마련하기 위한 건물의 일조·일사 해석 장치 및 그 해석 방법에 관한 것이다.
현재, 부족한 택지난을 해소하기 위해서 건설 교통부 등 관련 당국에서는 건축법 등 관련 법규의 인동거리(즉, 건물이 세워질 때, 신규건물은 기존건물과 방향 및 거리상에서 일정한 관계를 가지게 된다. 그 중에서도 남측면에 세워진 건물로 인하여 피해를 보게 되는 북측면의 건물이 일정한 양의 일조 및 일사를 받기 위한 하나의 기준으로 북측면의 건물높이와 남북측 건물 사이에 띄워진 거리의 비를 의미함) 확보 기준 등을 계속 완화시키고 있는 실정이다.
그 결과, 80년대 건물높이의 1.5배에 달하던 인동거리가 계속 짧아져 현재 0.8배까지 짧아진 상황이다. 현재 정부나 자치단체가 규정하는 법규는 쾌적한 거주환경의 보장 보다는 택지난 해소를 위한 정책수립에 초점을 맞춤에 따라 충분한 일조확보에 의한 쾌적한 환경을 보장하지 못하는 결과를 초래하게 되었다. 또한, 택지난에 따른 재개발사업이 확대되는 등 국내의 제반현황을 감안할 때, 계속 시공회사 사이에 일조, 일사 관련 민원의 발생 사례는 점차 급증하게 될 것이다.
이러한 민원의 발생 급증에 따라 법조계에서는 최저 연속일조시간의 확보나 일간 총 가조시간의 확보 등 법률상 유권해석을 내리고 있으나, 민원 발생 주체들이나 사업자들의 요구를 충족시키기 위한 해결책으로는 전반적으로 미흡한 실정이다.
한편, 이러한 일조 및 일사에 관련된 민원 발생을 막기 위해서 선행되고 있는 종래의 방법들은 다음과 같다.
즉, 현재 사용되고 있는 일조 및 일사현황을 평가할 수 있는 이론식들은 ASHRAE 계열이나, Van Flandern & Pulkkinncn, 일본의 松尾陽 (동경대학교 건축공학과 교수) 계열 등이 범세계적으로 보편화되고 있는 실정이다. 그 결과, 태양 방위각이나 일사량 해석 등 많은 연구사례들이 전세계적으로 발표되고 있다. 그러나 이들 자료들은 대부분 전문가들을 대상으로 유도한 결과들이어서, 표 또는 특정한 계수들로 구성되어 있는 실정이다. 따라서, 일조 및 일사 관련 지식이나 전산관련 전문지식이 부족한 일반 실무 종사자들이 이들을 쉽게 이해할 수는 없다는 문제점이 있다.
종래기술의 실시예를 살펴보면, 1980년대 중반에 대한주택공사에서 공동주택 인동거리 평가와 관련하여 대형 기종인 프라임(Prime) 컴퓨터에서 가동할 수 있는 프로그램을 개발한 사례가 있었다. 그러나 이 프로그램은 평가대상 모델의 제한 등 모의 실험 프로그램의 분석가능 범위와 실제 평가 대상조건과의 괴리로 인하여 실용화되지 못하였다. 반면에, 일조 해석 그래픽 기능을 강조시킨 프로그램도 있으나, 이들 프로그램들은 AutoCAD 나 Irris 등 CAD 전문프로그램이 가지고 있는 3D 해석기법을 보조적으로 활용하는 수준에 머무르고 있는 실정이다.
또한, 최근에 들어 쌍용건설의 '해바라기'나 대림산업의 'De-shade' 등 프로그램이 새로이 출시되었다.
그러나, 이러한 '해바라기'는 도스(DOS)용 프로그램으로서 분석건물이 'I'자, 'ㄱ'자, 'Y'자형의 3개에 불과하는 등 분석성능에 한계가 있고, 태양의 위치를 ASHRAE방법에 의거하여 개발하고, Waldram 솔라챠트 및 3차원 그래프로 표현하였다. 또한, 그 도스용 프로그램에서는 층고 산정시에 일률적인 조건으로 고려하여 산정한다. 그리고 관찰자의 시점을 태양에 고정시키고 황도를 따라 분석대상 건물의 주위를 돌며 일사차폐 현상을 상하좌우 회전, 이동 및 줌(Zoom) 기능없이 관찰함으로써 표현방식에 제한에 따른 분석결과의 요해성과 설명력이 떨어지는 문제점이 있다.
한편, 상기 'De-shade'는, 태양고도와 방위각을 표로 표현토록 구성되고, 분석 건물의 형태가 'I'자형인 단일건물만을 대상으로 하는 경우에만 적용이 가능하하고, 솔라챠트(Solar chart; 태양이 월별로 움직이는 3차원상의 경로(공간좌표)를 평면좌표로 변환시킨 그래프를 의미하는 것으로서, 직사각형(Waldram 타입), 원형이 있음) 분석기능도 없고, 분석 개수도 총 5개에 불과하는 등 현실적인 분석이 용이하지 못한 문제점이 있다. 또한, 이 프로그램은, 곡선부분은 분석이 불가능하고, 분석 건물에 제한이 있고, 층고 산정시 평균값을 층고로 산정하고, 3차원적으로 일사차폐 표현 방식이 가능하되 고정 표현방식이다. 또, 위치 고정으로 관점 위치변화가 불가능한 문제점이 있다.
상기와 같은 국내기술외에 해외기술에서도 대부분의 일조 및 일사 해석결과가 표로 출력되어 컴퓨터 전문 지식이 부족한 사람들이 사용하기에는 어렵게 되어 있으며, AutoCAD 등을 이용할 경우에는 태양고도, 방위각 등을 사전에 수계산으로유도해야 하는 번거로움이 있다.
이상과 같이 일조 및 일사 환경 등 태양관련 성능 평가 방법은, 범세계적으로 보편화되어 있는 실정이지만, 전문 지식이 부족한 실무 종사자들에게는 분석을 하는데 있어서 사용상 편리하지 않고, 현실성이 부족한 문제점이 있다.
따라서, 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 본 발명은, 국내의 각 지방별로 기건물 또는 계획중인 건물의 현장에서 발생하는 일조 및 일사관련 민원을 효과적으로 해소하고, 아울러 최적의 주거환경 창출을 위한 설계방향을 제시하는데 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하는데 있어서 본 발명에서 이용되는 기존의 이론들을 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 태양 궤적 추적기법은 태양시 기준의 월드램(Waldram) 태양 궤적 추적기법과 지방시 기준의 월드램 태양궤적 추적기법이 이용되고, 일사량 산정기법은 기상자료 이용법(예: 松尾 陽 일본 교수의 직산분리법)과 이론식에 의한 일사량 추정법이 이용된다.
한편, 이러한 본 발명의 방법은 현재 컴퓨터의 주종을 이루고 있는 IBM PC 계열의 윈도우즈 98 OS (Windows 98 Operating System)에서 사용될 수 있는 것이다.
설명에 앞서서, 본 발명에서 기재되는 용어를 간단히 살펴보면 다음과 같다.
먼저, '일영도'는 시간대별로 변화하는 건물 그림자의 모양을 나타낸 그림을의미하고, '시간별 입면평가'는 태양의 움직임에 따라 건물 입면을 대상으로 그림자가 시간대별로 변화하게 되는 그림자의 모습으로서, 이를 분석상 정확도를 기하기 위해 본 발명에서는 시간별 입면평가라는 함수를 새로이 만들고, 시간(또는 분) 당 분석그래프의 단위로 표현된다. 또한, '누적 입면평가'는 하루중 전체적으로 변화하는 입면상 그림자의 모습을 누적해서 표현하는 함수로서, 이는 날짜 당 분석그래프로 표현된다. 그리고, '가조시간'은 방향성을 갖는 직달광이 실제적으로 어떤 면에 도달하게 되는 시간을 의미하고, 하루중 총 시간을 합하여 총 가조시간이라 한다. 또한, '솔라챠트'는 태양이 월별로 움직이는 3차원상의 경로(즉, 3차원 좌표)를 2차원 좌표인 평면좌표로 변환시킨 그래프를 솔라챠트라 하고, 그 예로서 직사각형 형태의 월드램(Waldram) 타입과 원형형태의 솔라챠트가 있다. 또한, '신 솔라챠트(Solar chart)'는 지방시를 기준으로 작성된 챠트로서, 태양의 궤적을 구하기 위해 태양 적경을 고려하는 Van Flandern & Pulkkinnen법을 사용한다. '솔라뷰(Solar View)'는 천동설의 관점에서, 건물을 고정시킨 상태에서 태양이 황도를 따라 움직일 때 나타나는 그림자의 발생 변화를 나타내는 기능 또는 함수를 의미한다.
도 1은 본 발명의 건물의 일조 및 일사 해석 장치의 기능별 블럭 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 건물에 대한 일조 및 일사 해석 흐름도,
도 3은 도 2에 도시된 단지 선택과정의 상세 흐름도,
도 4는 도 3에 도시된 단지 선택과정에서, 건물의 기본 형태를 사전에 그래픽 라이브러리로 구축하는 흐름도,
도 5는 도 2에 따른 일사량 계산 흐름도,
도 6은 도 2에 도시된 태양 궤적도 추적 흐름도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
100 :자료입력 및 선택부 110 : 계산부
120 : 분석부 130 : 분석결과 출력부
이하, 본 발명을 첨부된 도면들에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1은 본 발명인 건물의 일조 및 일사 해석장치의 기능별 블럭 구성을 나타낸다.
도 1을 참조하여 그 구성을 살펴보면, 기건축된 또는 건축예정인 건물 단지, 지역, 날짜 및 솔라챠트의 종류를 사용자가 선택하여 그 선택된 항목에 해당되는 기초 자료들을 입력하고, 또 분석좌표를 설정하기 위해 마우스나 키보드와 같은 입력장치를 사용하는 자료 입력 및 선택부(100)와, 이 입력 및 선택된 기초자료에 의거하여 상기 분석좌표 설정에 이용되도록 태양 좌표를 계산하고, 기상자료를 이용한 직산분리법 또는 이론식에 의해 선택적으로 일조·일사량을 계산하는 계산부(110)와, 상기 설정된 좌표와 계산된 태양좌표의 데이터를 받아서 태양시 또는 지방시를 기준으로 한 태양 궤적을 분석하고, 상기 자료 입력 및 선택부(100)에서 사용자에 의해 미리 입력되어 저장된 건물 그림자의 가상분포 데이터를 사용자의 입력 데이터에 따라 읽어와서 일영도, 입면 평가, 그리고 동화상 기능을 갖는 솔라 뷰를 분석하는 분석부(120)와, 그리고 이 분석된 각 결과들을 2차원 및 3차원 그래픽 화일 또는 표(table)로 모니터의 화면상이나 프린터를 통해서 출력하는 분석결과 출력부(130)로 구성된다.
위에서, 상기한 자료 입력 및 선택부(100)는, 'I', 'L', 'Y', 'C', 'Z'자 형태와 이들 각 형태를 조합한 다양한 분석 건물 모델 및 그 건물수를 선택하고, 건물부위 제원을 입력하고, 건물의 좌표를 입력하며, 다양하게 건물의 층고를 입력하기 위한 단지 자료입력 및 선택기(101)와, 솔라챠트 계산을 위한 기본값으로서, 해당 건물이 위치한 지역의 위도 및 경도를 입력하고, 그 건물에 대한 일사량 분석 방법을 이론식 또는 기상자료로 할 것인지를 선택하기 위한 지역 자료입력 및 선택기(102)와, 솔라챠트 기법 선정시 필요한 기본값으로서, 년도와 날짜에 관한 자료를 입력 및 선택하기 위한 날짜 자료입력 및 선택기(103)와, 이 날짜 자료입력 및 선택기(103)에서 입력된 태양시 또는 지방시에 따라 솔라챠트 또는 태양적경을 고려하는 Van Flandern & Pulkkinnen 법을 사용한 신 솔라챠트를 선택하는 솔라챠트 선택기(104)와, 그리고 상기 단지 자료입력 및 선택기(101)에서 입력된 건물별 그림과 좌표값을 받고, 상기 계산부(110)에서 계산된 상기 선택된 지역에 해당되는 건물 모델의 분석 좌표인 2 차원 좌표 및 3차원 좌표를 설정하는 분석좌표 설정기(105)로 구성되어 있다. 이러한 선택기들(101-105)은 하나의 입력장치로 또는 대용량의 데이터를 입력할 경우에는 독립된 입력장치로 구성할 수가 있다.
또한, 상기 계산부(110)는, 솔라챠트 선택기(104)에서 선택된 솔라챠트 또는 신 솔라챠트 기법, 지역 자료입력 및 선택기(102)에서 선택된 지역, 그리고 날짜 자료입력 및 선택기(103)에서 입력된 날짜에 의거하여 태양좌표를 계산하여 상기 분석 좌표 설정기(105)에 제공해주는 태양좌표 계산기(111)와, 상기 지역 자료입력 및 선택기(102)에서 선택된 일사량(또는 일조량) 계산방법, 즉 기상자료 또는 이론식에 의한 방법에 따라 일사량을 계산하는 일조·일사 현황 계산기(112)로 구성된다. 여기서, 부가적으로 일조·일사 현황 계산기(112)는, 일영도를 데이터베이스화한 일영도 메모리(122)로부터의 데이터와 연계하여 상당외기온도(Sol-air temperature ; 태양의 영향을 고려한 가상의 외기온도)를 계산한다.
아울러, 분석부(120)는, 분석좌표 설정기(105)로부터 출력된 솔라챠트 또는 신솔라챠트의 좌표값에 건물의 부위별 좌표값을 추가하여 일조차폐/가조시간을 계산하는 솔라챠트/신 솔라챠트 분석과, 1차 계산된 가조시간을 대상으로 건물의 법선면과의 교각 15도 미만인 경우의 순수한 일간 총 가조시간을 계산하고, 건물의 경계각과 태양광의 입사각 차이를 감안하여 입사각 차가 15 도 미만시 실내로 사입되지 않고 외부로 반사되버리는 실제 시간대를 고려한 유효 가조시간을 분석하는 가조시간 분석을 하는 태양 궤적도 분석기(121)와, 상기 단지 자료입력 및 선택기(101)에서 선택된 분석 건물 형태에 따른 시간별 및 누적 일영도 평가, 시간별 및 누적 입면 평가, 천동설의 관점에서 분 단위로 정밀 입면 분석한 솔라 뷰로 인한 그림자의 가상분포들이 각기 미리 데이터베이스화되어 저장된 일영도 메모리(122), 입면 평가 메모리(124) 및 솔라 뷰 메모리(126)와, 분석 좌표 설정기(105)로부터 전달되는 단지 배치상에서 태양의 좌표값에 따라 변화하는 건물의 일영도 데이터를 일영도 메모리(122)로부터 읽어와서 분석하는 일영도 분석기(123)와, 상기 분석 좌표 설정기(105)로부터 전달되는 좌표값에 따라 변화하는 건물의 시간별 및 누적 입면 평가로 인한 그림자 변화 상태를 입면 평가 메모리(124)로 부터 읽어와서 건물 입면 그림자의 변화상태를 분석하는 입면 평가 분석기(125)와, 그리고 상기 분석 좌표 설정기(105)로 부터의 분석 대상 건물에 대한 그림 데이터를 솔라 뷰 메모리(126)에서 읽어와 그 분석 대상 건물의 주위를 돌며 일조일사 차폐현상을 상하좌우 회전, 이동 및 줌 인(Zoom In)/줌 아웃(Zoom Out) 기능을 분 단위로 수행하면서 분석하는 솔라 뷰 분석기(127)로 구성된다.
여기서, 일영도 분석기(123)는, 건물의 각 꼭지점별 그림자의 길이를 삼각방정식에 의거하여 계산된 일영도를 분석한다. 아울러, 일영도 메모리(122), 입면 평가 메모리(124), 솔라 뷰 메모리(126)에는 건물의 형태별 그림자를 기존의 삼각방정식에 의거하여 결정한 후 그림자의 패턴을 컴퓨터 라이브러리로 사전에 결정하여 저장되고, 상황 및 계절별 시간과 건물의 높이에 따라 그림자의 형상이 저장된다.
또한 입면 평가 분석기(125)는, 일영도 메모리(122)와 상기에서 계산된 일사량값을 이용하여 광속전달법에 의거 시간별 조도 평가를 한다.
한편, 분석결과 출력부(130)는, 상기 태양 궤적도 분석기(121), 일영도 분석기(123), 입면 평가 분석기(125) 및 솔라 뷰 분석기(127)의 각 분석결과를 프린터(131)나 모니터(132) 화면을 통해 표 또는 비트맵 형태의 3차원적 그래픽 화일 형태로 출력한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 일조 및 일사 해석방법을 도 2 내지 도 6을 참조하여 설명한다. 이 방법은, 화면상의 아이콘에 의해 선택하고 계산하며, 그 계산과정을 그래픽 처리하여 전문지식이 부족한 사람도 사용이 용이하다. 또한 지역별 태양고도 및 방위각 계산 및 단지 배치별 일조현화의 3차원 입체모델 분석이 가능하고, 단지배치의 형태 및 인접 건물에 의한 일조, 일사 침탈 여부 및 침탈시간을 파악할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일조 및 일사해석을 하기 위한 전체 흐름도이다.
이에 도시된 바와 같이, 그 방법은, 크게 기건축된 또는 건축 예정인 건물에 대한 일조 및 일사 분석을 하기 위해 해당 단지, 지역, 날짜, 솔라챠트 및 분석좌표에 대한 기초자료를 입력하는 자료입력과정(210, 220, 230, 240, 270)과, 그 입력된 기초자료에 의거하여 태양좌표, 솔라챠트 또는 신 솔라챠트 및 일조·일사량 현황을 계산하는 계산과정(250, 260)과, 그 자료입력과정에서의 분석 좌표 설정값변화에 따른 솔라챠트 및 일간 총 가조시간을 분석하는 태양 궤적도 분석, 시간별 및 누적 일영도 분석, 그리고 시간별 및 누적 입면 평가 분석, 천동설의 관점에서 분석 대상 건물의 주위를 돌며 시간별로 일사차폐 현상을 상하좌우 회전, 이동 및 줌 기능을 수행하면서 분석하는 솔라 뷰 분석을 수행함에 따라 표현되는 일영도를 다시 분석하는 분석과정(280, 290, 300, 310)과, 이 분석과정에서 분석된 결과를 화면 캡쳐 및 프린터에 의한 3차원적 그래픽 화일이나 또는 표로 사용자에게 보여주는 분석 결과 출력과정(320)으로 이루어진다.
그 자료입력과정에서 자료 입력시에는 전문지식이 부족한 사람이라도 쉽게 조작할 수 있도록 아이콘(Icon)을 사용한다. 이러한 자료입력과정을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 단지 선택단계(210)를 도 3을 참조하여 설명한다.
먼저, 사용자가 어떠한 분석 건물 모델의 형태를 선택하였는지 검사하고(219a), 이 검사(219a) 결과, 사용자가 'I', 'Y', 'Z', 'L', 'C' 자형(여기서는 상술한 내용과 다른 형태의 건물에 대해 기재함.)의 건물 형태(또는 이들의 조합된 다양한 분석 건물 모델의 형태)를 선택한다(219b∼219f). 이 선택된 분석 건물 모델 각각에 대한 분석시간을 단축하기 위해 미리 상황, 계절별 시간 및 지역별로 건물의 높이와 태양고도 및 방위각에 따른 해당 건물의 그림자 변화 패턴을 일영도 메모리(122), 입면 평가 메모리(124) 및 솔라 뷰 메모리(126)에 그래픽 라이브러리로 저장한다. 이때, 건물의 형태별 그림자는 기존의 삼각방정식에 의거하여 결정한 후 그림자의 변화 패턴을 라이브러리로 결정한다. 상기 분석 건물 모델에 대해 그래픽 라이브러리로 저장하는 방법을 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 먼저, 라이브러리에 의해 I, Y, Z, L, C 자형으로 기 구축된 분석 건물모델을 선택한다(212). 그리고 그 선택된 분석 건물 모델에 대한 고도별 그림과 데이터베이스(213a), 방위각별 그림과 데이터베이스(213b), 평면상 데이터베이스(213c) 및 입면상 데이터베이스(213d)를 받아 일영도 메모리(122), 입면 평가 메모리(124) 및 솔라 뷰 메모리(126)에 각각 데이터베이스화한다. 이렇게 함으로써, 실제 계산상에서는 태양고도/방위각 값의 입력에 따라 그림자의 형태가 자동으로 투시된다.
이와 같이 분석 건물 모델 선택 후, 해당 건물 부위의 제원을 도 3에서와 같이 입력한다. 즉, 'I' 자형 건물 형태인 경우에는 그 건물의 전면폭, 층고(높이) 및 두께(219g)를, 'Y'자형 건물 형태인 경우에는 그 건물의 층고, 두께 및 날개 길이(219h)를, 'Z'자형 건물 형태인 경우에는 그 건물의 전면폭, 층고, 두께 및 뒤쪽길이(219i)를, 'L' 자형 건물 형태인 경우에는 전면폭, 층고, 두께 및 뒤쪽길이(219j)를, 'C'자형 건물 형태인 경우에는 층고, 두께, 반경, 시작각 및 끝각(219k)을 각각 입력한다. 이와 같은 각 분석 건물 모델들은 현장의 여건에 따라 각각 부위별 제원이 변경될 수 있도록 가변적 형상으로 구현할 수가 있다.
건물 부위의 제원을 입력한 후, 건물의 법선 방위각(219 l) 및 X, Y, Z 좌표값을 입력하고(219m), 데이터 화일을 구성한다(219n).
한편, 도 2에서 단지선택단계(210) 수행 후, 지역선택단계(220)에서는 지역별 위도/경도를 입력하고, 이론식 또는 기상자료에 의한 일사량 분석방법을 선택한다. 그리고 날짜 선택단계(230)에서 년도와 날짜를 입력한다. 그리고, 날짜 선택후, 솔라챠트 선택단계(240)에서는, 현재 기존 프로그램의 경우 솔라챠트에 적용되는 시간이 진태양시임에 따라 우리의 현실에 사용하는 시간대와는 약 30여분 정도의 시차가 발생하고 있어, 태양시를 사용하는 프로그램에서 나타나는 일영분포나 건물의 일조차폐 현황 등을 현실의 상황에 맞추어 비교하기에는 문제점이 있었던 점을 해결하기 위해서, 태양시를 기준으로 한 솔라챠트 또는 동경지방 표준시를 기준으로 한 신 솔라챠트를 선택함으로써 본 방법의 현실성을 한층 강화시키게 된다. 이후, 분석좌표 설정단계(270)에서는 상기 선택된 솔라챠트에 따라 태양이 월별로 움직이는 3차원 공간좌표를 2차원 평면좌표로 변환시킨 2차원 좌표 및 3차원 좌표와, 상기 단지 선택단계(210)에서 입력된 분석 건물 모델의 그림과 좌표값을 설정한다.
이와 같은 자료 입력과정 수행 후의 계산과정을 설명한다.
먼저, 태양좌표 계산단계(250)에서는 상기에서 선택된 솔라챠트 또는 신 솔라챠트에 따라 해당 분석 건물 모델의 태양 좌표를 계산한다.
태양좌표 계산 후, 일조·일사 현황 계산단계(260)에서는 일조·일사량을 도 5에 도시된 바에 의거하여 계산한다. 즉, 먼저 상기 지역선택단계(220)에서 선택된 일사량 분석방법이 어느 방법인지를 검사한다(221). 이 검사(221) 결과, 기상 데이터에 의한 일사량 계산방법(222a)을 선택한 경우 그 기상 데이터를 이용한 직산분리법으로 수평면 일사량과 수직면의 향별 전(全) 일사량을 계산한다(261a, 262a, 263a). 또한, 그 검사(221) 결과, 이론식에 의한 일사량 추정법(222b)을 선택한 경우 건물의 법선면 일사량, 수평면 일사량, 향별 수직면 일사량을 계산한다(261b,262b, 263b). 이와 같이 각 방법에 의해 계산된 일사량의 출력방법을 사용자가 일사 현황 표(265) 또는 남, 동, 북, 서의 순서로 일사현황을 출력하는 일사현황 그래프(266)로 선택한다. 이렇게 선택되는 일사량 자료는 상술한 일영도 데이터베이스와 연계하여 상당 외기 온도 계산(267)을 위한 기초자료가 되므로, 일조 및 일사량 부족에 따른 냉난방 부하 증감 유무를 해석(268)할 수 있게 된다.
상기 계산과정 수행 후의 분석과정을 설명한다. 본 발명에서의 분석과정은, 분석시간의 단축을 위하여 C 프로그램 언어에만 있는 포인터 함수에 의한 연산값의 전달체계를 구축함으로써 분석시간이 단축되도록 유도하였고, 그 분석가능 건물 수도 종래 기술에서처럼 3개 내지 5개 정도의 제한을 두지 않고, 컴퓨터 하드디스크의 용량에 따라 건물 모델 구축수를 무제한으로 설정하였다.
먼저, 태양 궤적도 분석단계(280)에서는, 솔라챠트 분석과 가조시간 분석을 한다. 솔라챠트 분석시 기존의 솔라챠트에서는 태양의 궤적을 구하기 위해 태양적경을 고려하지 않은 약산식을 사용하게 되지만, 신 솔라챠트에서는 태양적경을 고려하는 Van Flandern & Pulkkinnen 법을 사용한다. 또한, 가조시간 분석은, 일간 총 가조시간과, 건물의 경계각과 태양광의 입사각 차이를 고려하여 입사각 차이가 15도 미만시 실내로 사입되지 않고 외부로 반사되버리는 시간대를 고려한 유효가조시간을 분석한다.
이러한 태양 궤적도 분석단계(280)를 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 사용자가 년도(231)를 입력한 후, 사용자에 의해 선택된 태양궤적 추적 기법(281)이 어느 기법인지를 검사한다(281). 그 선택된 기법이 ASHRAE 법(282a)이면, 입력된 위도/경도 중 위도값 만을 이용하여(283a) 태양 적위(284a)를 계산한 후 태양시를 계산한다(285a). 한편, 사용자에 의해 Van Flandern & Pulkkinnen 법이 선택(282b)되면, 입력된 위도/경도값들을 이용하여(283b) 태양 적위 및 태양 적경값 (284b)을 계산한 후 지방시를 계산(285b)한다. 이와 같이 사용자에 의해 선택된 태양궤적 추적기법에 상응하게 태양고도/방위각을 표로 표현한다(286). 이때 이를 이용하여 일사량을 계산한다(286b). 또한 계산된 태양고도/방위각을 이용하여 각 월별 태양의 시간좌표를 계산한다(287). 월별, 시간별 태양좌표를 계산(288)한 후, 이 계산된 3차원 좌표를 2차원 좌표로 변환시킨다(289). 이렇게 변환시킨 태양 궤적도를 그래프로 모니터 화면이나 프린터를 통해 출력한다(320). 즉, 기존의 솔라챠트(궤적도의 의미와 동일함)에서는 시간대가 태양시를 기준으로 하기 때문에 챠트상의 시간선이 'C' 자 모양으로 나타나게 되고, 신 솔라챠트에서는 시간대가 지방시를 기준으로 하기 때문에 챠트상의 시간선이 아랫배가 불룩한 형태의 '8' 자 모양으로 나타나게 된다.
이와 같은 태양 궤적도 분석단계를 수행한 후, 일영도 분석단계(290)에서는, 단지 배치상에서 상기 계산된 태양의 좌표값 변화에 따라 분석 건물의 각 꼭지점별 그림자의 길이를 삼각 방정식에 의거하여 시간별 및 누적하여 분석한 후, 그 출력결과를 비트맵 형태의 3차원적 그래픽 화일을 모니터 화면을 통해서 출력하거나 또는 프린터를 통해서 2차원적으로 출력한다(320). 또한 이와 같이 그래픽 화일로 출력되어 결과물의 인용, 편집이 용이하다.
그리고 나서, 입면 평가 분석단계(300)에서는, 상기 분석좌표 설정단계(270)에서 설정되는 좌표값 변화를 건물의 입면좌표로 변환시켜 시간별 및 누적하여 그림자의 변화상태를 분석한 후, 이 분석결과를 상기와 마찬가지로 출력한다. 이 입면 평가분석단계(300)에서는 상기 계산된 외부의 일사량값을 이용하여 건물의 배치에 따른 일조량의 변화량을 기초로 차폐에 따른 일사량의 변화를 유도하고, 이를 근거로 다시 직사일광량 변화에 따른 외부 조도량값을 추정할 수 있다.
다음으로, 솔라 뷰 분석단계(310)에서는, 모니터 화면상에서 관찰자의 시점을 태양에 고정시키고, 황도를 따라 분석 대상 건물의 주위를 돌며 일조차폐현상을 상하좌우 회전, 이동 및 줌 인/줌 아웃 기능을 수행하면서 분 단위로 관찰한다. 이와 같이 '솔라 뷰' 분석단계에서는 '솔라 뷰'라고 명명한 동화상 기능을 이용해서 평면적인 분석결과를 3차원 입체형태로 결과를 유도하므로써, 분석결과의 질을 한층 향상시켰다. 이렇게 분석된 결과는 상기와 마찬가지로 출력한다. 이때, 솔라 뷰 분석 단계에서 사용자가 조작한 동작에 의해 다시 상기 순서대로 건물의 일영도, 입면, 솔라 뷰 단계를 반복 루프(Loop)로 하여 수행한다.
이상과 같은 본 발명은 다음과 같은 효과들을 갖는다.
첫째, 데이터 입력 및 계산과정을 그래픽으로 처리하여 전문지식이 부족한 실무 종사자들도 쉽게 이용할 수 있다.
둘째, 종래의 평면적인 분석결과를 동화상 기능에 의해 3차원적 그래프로 출력함으로써 분석결과의 질을 높일 수 있다.
셋째, 분석 대상 건물의 모델 형태가 다양하고, 그 건물 수에 제한을 두지 않아 실무자에게 현실성을 제공한다.
넷째, 분석 건물에 대한 그림자의 가상분포를 미리 라이브러리로 구축함으로써 분석시간을 종래보다 한층 단축시켰다.
다섯째, 단지 및 건물간의 일사현황 및 일사차폐에 관련된 민원 발생을 사전에 방지할 수가 있다.
Claims (11)
- 기 건축된 또는 건축예정인 건물 단지, 지역, 날짜 및 솔라챠트의 종류를 사용자가 선택하여 그 선택된 항목에 해당되는 기초 자료들을 입력하고, 또 분석좌표를 설정하는 자료 입력 및 선택수단;이 입력 및 선택된 기초자료에 의거하여 상기 분석좌표 설정에 이용되도록 태양 좌표를 계산하고, 기상자료를 이용한 직산분리법 또는 이론식에 의해 선택적으로 일조·일사량을 계산하는 계산수단;상기 설정된 좌표와 계산된 태양좌표의 데이터를 받아서 태양시 또는 지방시를 기준으로 한 태양 궤적을 분석하고, 상기 자료 입력 및 선택수단에서 사용자에 의해 미리 입력되어 저장된 건물 그림자의 가상분포 데이터를 사용자의 입력 데이터에 따라 읽어와서 일영도, 입면 평가, 그리고 동화상 기능을 갖는 '솔라 뷰'를 분석하는 분석수단; 및이 분석된 각 결과들을 2차원 및 3차원적 그래픽 화일 또는 표로 출력하는 분석결과 출력수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 건물의 일조 및 일사 해석장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 자료 입력 및 선택수단은, 하나 또는 복수의 마우스와 키보드를 이용하여 입력 및 선택하는 것을 특징으로 하는 건물의 일조 및 일사 해석장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 자료 입력 및 선택수단은,'I', 'L', 'Y', 'U', 'Z'자 형태와 이들 형태를 조합한 다양한 분석 건물 모델 및 그 건물 수를 선택하고, 건물부위 제원을 입력하고, 건물의 좌표를 입력하며, 다양하게 건물의 층고를 입력하기 위한 단지 자료입력 및 선택기;건물이 위치한 지역의 위도 및 경도를 입력하고, 그 건물에 대한 일사량 분석 방법을 이론식 또는 기상자료로 할 것인지를 선택하기 위한 지역 자료입력 및 선택기;년도와 날짜에 관한 자료를 입력 및 선택하기 위한 날짜 자료입력 및 선택기;이 날짜 자료입력 및 선택기에서 입력된 태양시를 기준으로 한 솔라챠트와 지방시를 기준으로 한 솔라챠트를 선택하는 솔라챠트 선택기; 및상기 단지 자료입력 및 선택기에서 입력된 건물별 그림과 좌표값을 받고, 상기 계산수단에서 계산된 상기 선택된 지역에 해당되는 건물 모델의 분석 좌표인 2 차원 좌표 및 3차원 좌표를 설정하는 분석좌표 설정기로 구성된 것을 특징으로 하는 건물의 일조 및 일사 해석장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 계산수단은,솔라챠트의 종류, 지역 및 날짜에 의거하여 태양좌표를 계산해주는 태양좌표 계산기와;기상자료 또는 이론식에 의한 방법에 따라 일사량을 계산하는 일조·일사 현황 계산기로 구성된 것을 특징으로 하는 건물의 일조 및 일사 해석장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 분석수단은,건물 그림자의 변화패턴이 라이브러리로 데이터베이스화되어 저장된 일영도 메모리, 입면 평가 메모리 및 솔라 뷰 메모리;상기 일영도 메모리에 저장된 내용을 읽어와서 상기 선택된 건물의 일영도를 분석하는 일영도 분석기;태양시 또는 지방시 기준에 따라 지역별 태양 궤적도를 분석하는 태양 궤적도 분석기;상기 입면 평가 메모리에 저장된 내용을 읽어와서 상기 선택된 건물의 입면을 분석하는 입면 평가 분석기; 및상기 솔라 뷰 메모리에 저장된 내용을 읽어와서 천동설의 개념에 의거하여 분석 건물을 시간별로 관찰하고, 동화상 기능을 갖는 '솔라 뷰' 분석기로 구성된 것을 특징으로 하는 건물의 일조 및 일사 해석장치.
- 기 건축된 또는 건축 예정인 건물에 대한 일조 및 일사 분석을 하기 위해 해당 단지, 지역, 날짜, 솔라챠트 및 분석좌표에 대한 기초자료를 입력하는 자료입력과정;그 입력된 기초자료에 의거하여 태양좌표, 솔라챠트 또는 신 솔라챠트 및 일조·일사량 현황을 계산하는 계산과정;그 자료입력과정에서의 분석 좌표 설정값 변화에 따른 솔라챠트 및 일간 총 가조시간을 분석하는 태양 궤적도 분석, 시간별 및 누적 일영도 분석, 그리고 시간별 및 누적 입면 평가 분석, 천동설의 관점에서 분석 대상 건물의 주위를 돌며 시간별로 일사차폐 현상을 상하좌우 회전, 이동 및 줌 기능을 수행하면서 분석하는 솔라 뷰 분석을 수행함에 따라 표현되는 일영도를 다시 분석하는 분석과정; 및이 분석과정에서 분석된 결과를 화면 캡쳐 및 프린터에 의한 3차원적 그래픽 화일이나 또는 표로 사용자에게 보여주는 분석 결과 출력과정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 건물의 일조 및 일사 해석방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 자료입력과정은,분석 건물 모델의 형태를 선택, 건물 부위 제원을 입력, 건물의 좌표 입력 및 건물의 다양성을 고려한 층고 입력을 수행하는 단지선택단계;위도/경도를 입력하고, 이론식 또는 기상자료에 의한 일사량 분석방법을 선택하는 지역선택단계;년도와 날짜를 입력하는 날짜 선택단계;이 날짜 선택 후 태양시를 기준으로 한 솔라챠트 또는 지방시를 기준으로 한 신 솔라챠트를 선택하는 솔라챠트 선택단계; 및상기 선택된 솔라챠트에 따라 태양이 월별로 움직이는 3차원 공간좌표를 2차원 평면좌표로 변환시킨 2차원 좌표 및 3차원 좌표와, 상기 단지 선택단계에서 입력된 분석 건물 모델의 그림과 좌표값을 설정하는 분석좌표 설정단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 건물의 일조 및 일사 해석방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 자료입력과정은, 분석시간을 단축하기 위하여 미리 태양고도 및 방위각에 따른 그림자의 변화패턴을 그래픽 라이브러리로 데이터베이스화 해두는 것을 특징으로 하는 건물의 일조 및 일사 해석방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 분석과정은, 상기 계산된 일사량을 이용하여 외부 조도량값을 추정하는 조도현황 분석단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건물의 일조 및 일사 해석방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 계산된 일사량은 일영도와 연계하여 상당외기온도를 계산하는 것을 특징으로 하는 건물의 일조 및 일사 해석방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 태양 궤적도 분석시에 건물의 경계각과 태양광의 입사각 차이가 15 도미만시 실내로 사입되지 않는 유효가조시간을 고려하여 일간 총 가조시간을 분석하는 것을 특징으로 하는 건물의 일조 및 일사 해석방법.
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