KR102568132B1 - 건물 외피의 표면 열전달 계수 추정 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
건물 외피의 표면 열전달 계수 추정 시스템 및 방법이 개시된다. 건물 외피를 촬영하여 열화상을 생성하는 열화상 카메라; 건물 설계 정보를 기반으로 시뮬레이션 영상을 생성하는 시뮬레이션 모듈; 상기 열화상 카메라에서 생성된 열화상 및 상기 시뮬레이션 모듈에서 실행된 시뮬레이션 영상을 대비하여 상기 건물 외피의 표면 열전달 계수를 추정하는 건물 외피 표면 열전달 계수 추정 모듈을 구성한다. 상술한 건물 외피의 표면 열전달 계수 추정 시스템 및 방법에 의하면, 건물 외피의 열화상과 건물 설계 정보에 기반한 시뮬레이션 영상을 대비하여 건물 외피의 표면 열전달 계수를 추정하도록 구성됨으로써, 온도 센서를 건물 외피 곳곳에 수십개씩 설치할 필요없이 간단하고 정확하게 표면 열전달 계수를 알 수 있게 되는 효과가 있다.
Description
본 발명은 건물 외피의 표면 열 측정에 관한 것으로서, 구체적으로는 건물 외피의 표면 열전달 계수 추정 시스템 및 방법에 관한 것이다.
표면 열전달 계수는 표면과 주위 공기 사이의 열전달 계수로서, 건물 벽체의 열류량 계산 및 단열 성능을 평가하는 데 이용된다.
건물 벽체는 다양한 물성의 복합적 구조로 구성되어 있어 단편적으로 열성능을 평가하기가 쉽지가 않다. 건물 외피의 열성능을 평가하기 위해서는 건물 외피 여러 부위에 온도 센서를 비롯한 다양한 센서를 직접 설치하여 열성능을 평가하는 데, 여러 부위에 온도 센서를 직접 설치하는 작업이 쉽지 않고, 많은 시간과 노력을 요한다. 또한, 온도 센서를 설치하지 않은 부위의 열성능 편차가 큰 경우도 발생하곤 한다.
이에, 온도 센서를 건물 외피 곳곳에 설치하지 않고서도 정확하게 건물 외피의 표면 열전달 계수를 추정할 수 있는 방안이 필요하다.
본 발명의 목적은 건물 외피의 표면 열전달 계수 추정 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 건물 외피의 표면 열전달 계수 추정 방법을 제공하는 데 있다.
상술한 본 발명의 목적에 따른 건물 외피의 표면 열전달 계수 추정 시스템은, 건물 외피를 촬영하여 열화상을 생성하는 열화상 카메라; 건물 설계 정보를 기반으로 시뮬레이션 영상을 생성하는 시뮬레이션 모듈; 상기 열화상 카메라에서 생성된 열화상 및 상기 시뮬레이션 모듈에서 실행된 시뮬레이션 영상을 대비하여 상기 건물 외피의 표면 열전달 계수를 추정하는 건물 외피 표면 열전달 계수 추정 모듈을 포함하도록 구성될 수 있다.
여기서, 상기 시뮬레이션 모듈은, 해당 건물의 설계 정보를 이용하여 시뮬레이션 영상을 생성하도록 구성될 수 있다.
상술한 본 발명의 목적에 따른 건물 외피의 표면 열전달 계수 추정 방법은, 열화상 카메라가 건물 외피를 촬영하여 열화상을 생성하는 단계; 시뮬레이션 모듈 시뮬레이션 모듈이 건물 설계 정보를 기반으로 시뮬레이션 영상을 생성하는 단계; 건물 외피 표면 열전달 계수 추정 모듈이 상기 열화상 카메라에서 생성된 열화상 및 상기 시뮬레이션 모듈에서 실행된 시뮬레이션 영상을 대비하여 상기 건물 외피의 표면 열전달 계수를 추정하는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다.
여기서, 상기 시뮬레이션 모듈이 건물 설계 정보를 기반으로 시뮬레이션 영상을 생성하는 단계는, 해당 건물의 설계 정보를 이용하여 시뮬레이션 영상을 생성하도록 구성될 수 있다.
상술한 건물 외피의 표면 열전달 계수 추정 시스템 및 방법에 의하면, 건물 외피의 열화상과 건물 설계 정보에 기반한 시뮬레이션 영상을 대비하여 건물 외피의 표면 열전달 계수를 추정하도록 구성됨으로써, 온도 센서를 건물 외피 곳곳에 수십개씩 설치할 필요없이 간단하고 정확하게 표면 열전달 계수를 알 수 있게 되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건물 외피의 표면 열전달 계수 추정 시스템의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열화상 측정, 시뮬레이션 모델링, 표면 열전달 계수 도출의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열화상 및 시뮬레이션 결과의 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 건물 외피의 표면 열전달 계수 추정 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열화상 측정, 시뮬레이션 모델링, 표면 열전달 계수 도출의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열화상 및 시뮬레이션 결과의 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 건물 외피의 표면 열전달 계수 추정 방법의 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건물 외피의 표면 열전달 계수 추정 시스템의 블록 구성도이다. 그리고 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열화상 측정, 시뮬레이션 모델링, 표면 열전달 계수 도출의 모식도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열화상 및 시뮬레이션 결과의 예시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 건물 외피의 표면 열전달 계수 추정 시스템(100)은 열화상 카메라(101), 외부 인자 입력 모듈(102), 시뮬레이션 모듈(103), 열전달 계수 단위 설정 모듈(104), 시뮬레이션 온도 산출 모듈(105), 대상 지점 설정 모듈(106), 대상 지점별 오차 산출 모듈(107), 건물 외피 표면 열전달 계수 추정 모듈(108)을 포함하도록 구성될 수 있다.
이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.
열화상 카메라(101)은 건물 외피를 촬영하여 열화상을 생성하도록 구성될 수 있다. 도 2의 상단 영상과 도 3의 좌측 영상은 열화상을 예시하고 있다.
외부 인자 입력 모듈(102)은 건물 외피의 표면 열전달 계수에 영향을 미치는 외부 인자를 실시간으로 입력받도록 구성될 수 있다.
외부 인자 입력 모듈(102)은 외부 인자로서, 풍속, 풍향, 주위온도, 태양 복사, 건물의 형상, 건물 외피의 위치, 건물 외피의 표면 거칠기 및 함습량 중 적어도 하나 이상을 입력받도록 구성될 수 있다.
이러한 외부 인자는 건물 외피의 표면 열전달 계수에 영향을 미치는 인자로서, 계절, 주간/야간 등에 따라 실시간으로 입력되도록 구성될 수 있다.
시뮬레이션 모듈(103)은 건물 설계 정보를 `으로 외부 인자 입력 모듈(102)에서 실시간 입력받은 외부 인자를 고려하여 시뮬레이션 영상을 생성하도록 구성될 수 있다.
도 2의 하단 영상과 도 3의 우측 영상은 시뮬레이션 영상을 예시하고 있다. 기본적으로는 건물 설계 정보에 기반하여 시뮬레이션 영상이 생성되며, 외부 인자를 고려하여 생성될 수 있다.
또한, 시뮬레이션 모듈(103)은 해당 건물의 설계 정보를 이용하여 시뮬레이션 영상을 생성하도록 구성될 수 있으며, 구체적으로는 해당 건물 벽체의 재료 물성 및 벽체 구성을 이용하여 건물 외피의 시뮬레이션 영상을 생성하도록 구성될 수 있다. 복합적인 건물 외벽의 구조에 따라 시뮬레이션이 다르게 될 수 있다.
건물 벽체 구조보다는 외부 인자가 실시간성 인자로서의 성격이 강하다고 볼 수 있다. 외부 인자는 주간/야간, 계절, 외부 온도, 날씨, 기후 등에 따라 분류될 수 있고, 시뮬레이션 영상은 외부 인자에 따라 카테고리 별로 분류되어 생성되는 것이 바람직하다.
표면 열전달 계수 단위 설정 모듈(104)은 건물 외피의 표면 열전달 계수를 추정하기 위해 표면 열전달 계수의 단위 간격 개수를 설정하도록 구성될 수 있다.
표면 열전달 계수 단위 설정 모듈(104)은 표면 열전달 계수의 단위 간격을 설정하도록 구성될 수 있다.
위 표 1에서는 표면 열전달 계수 h가 1에서 10까지 10개의 단위 간격 개수로 설정되어 있음을 알 수 있다.
표면 열전달 계수 단위 설정 모듈(104)은 단위 간격 개수를 더 많이 설정하여 정밀도 향상시킬 수 있다.
시뮬레이션 온도 산출 모듈(105)은 시뮬레이션 모듈(103)의 시뮬레이션 영상 내에서 위 설정된 단위 간격 개수에 따른 각 표면 열전달 계수(h=1 내지 10)에서의 시뮬레이션 온도를 각각 산출하도록 구성될 수 있다.
도 1은 각 표면 열전달 계수(h=1 내지 10)에서의 시뮬레이션 온도의 분포가 각각 산출되어 있는 것을 예시하고 있다.
대상 지점 설정 모듈(106)은 건물 외피의 표면 열전달 계수를 추정하기 위한 복수의 대상 지점을 설정하도록 구성될 수 있다. 대상 지점은 위 표 1에서는 M1 내지 M4의 4개로 설정되어 있다. 도 2에서도 열화상과 시뮬레이션 영상에서의 각 대상 지점 4개(M1 내지 M4)가 표시되어 있다.
대상 지점 설정 모듈(106)은 도 2와 같이 4개 지점을 대상 지점으로 설정할 수도 있고, 더 많은 지점을 대상 지점으로 설정할 수도 있다.
대상 지점별 오차 산출 모듈(107)은 대상 지점 설정 모듈(106)에서 설정된 각 대상 지점(M1 내지 M4)에서의 해당 열화상 온도 및 해당 시뮬레이션 영상 온도 간의 오차를 산출하도록 구성될 수 있다.
대상 지점별 오차 산출 모듈(107)은 하기 수학식 1에 의해 대상 지점별 오차를 산출하도록 구성될 수 있다.
여기서, 은 대상 지점의 개수이고, 은 열화상에서 번째 대상 지점의 온도이고, 은 시뮬레이션 결과에서 번째 대상 지점의 온도이다.
표 1의 하단에서는 각 표면 열전달 계수(h=1 내지 10) 별로 각 대상 지점(M1 내지 M4)의 오차의 산술 평균이 표시되어 있다.
건물 외피 표면 열전달 계수 추정 모듈(108)은 대상 지점별 오차 산출 모듈(107)에서 산출된 각 대상 지점에서의 오차가 가장 작은 표면 열전달 계수를 해당 건물 외피의 표면 열전달 계수로 추정하도록 구성될 수 있다.
즉, 건물 외피 표면 열전달 계수 추정 모듈(108)은 열화상 및 시뮬레이션 영상 간의 표면 온도 분포가 가장 유사하게 나타나는 표면 열전달 계수를 해당 표면 열전달 계수로 추정하도록 구성될 수 있다.
표 1에서는 표면 열전달 계수 h가 9인 경우에 오차가 가장 작게 나타나며 표면 온도 분포가 가장 유사하게 나타나고 있다. 즉, 표면 열전달 계수는 1 내지 10의 분포로 볼 때 9로 추정될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 건물 외피의 표면 열전달 계수 추정 방법의 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 열화상 카메라(101)가 건물 외피를 촬영하여 열화상을 생성한다(S101).
다음으로, 시뮬레이션 모듈(103)이 건물 설계 정보를 기반으로 시뮬레이션 영상을 생성한다(S102).
이때, 시뮬레이션 모듈(103)은 해당 건물의 설계 정보를 이용하여 시뮬레이션 영상을 생성하도록 구성될 수 있다.
다음으로, 건물 외피 표면 열전달 계수 추정 모듈(108)이 열화상 카메라(101)에서 생성된 열화상 및 시뮬레이션 모듈(103)에서 실행된 시뮬레이션 영상을 대비하여 건물 외피의 표면 열전달 계수를 추정한다(S103).
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
101: 열화상 카메라
102: 외부 인자 입력 모듈
103: 시뮬레이션 모듈
104: 표면 열전달 계수 단위 설정 모듈
105: 시뮬레이션 온도 산출 모듈
106: 대상 지점 설정 모듈
107: 대상 지점별 오차 산출 모듈
108: 건물 외피 표면 열전달 계수 추정 모듈
102: 외부 인자 입력 모듈
103: 시뮬레이션 모듈
104: 표면 열전달 계수 단위 설정 모듈
105: 시뮬레이션 온도 산출 모듈
106: 대상 지점 설정 모듈
107: 대상 지점별 오차 산출 모듈
108: 건물 외피 표면 열전달 계수 추정 모듈
Claims (4)
- 건물 외피의 표면 열전달 계수에 영향을 미치는 외부 인자를 실시간으로 입력받는 외부 인자 입력 모듈;
건물 설계 정보를 기반으로 상기 외부 인자 입력 모듈에서 실시간 입력받은 외부 인자를 고려하여 상기 건물 외피의 시뮬레이션 영상을 생성하는 시뮬레이션 모듈;
상기 시뮬레이션 모듈의 시뮬레이션 영상에서 시뮬레이션 온도를 각각 산출하는 시뮬레이션 온도 산출 모듈;
상기 건물 외피의 표면 열전달 계수를 추정하기 위한 복수의 대상 지점을 설정하는 대상 지점 설정 모듈;
상기 대상 지점 설정 모듈에서 설정된 복수의 대상 지점 중 서로 대응되는 각 대상 지점에서의 해당 열화상 온도 및 해당 시뮬레이션 영상 온도 간의 오차를 산출하는 대상 지점별 오차 산출 모듈;
상기 대상 지점별 오차 산출 모듈에서 산출된 각 대상 지점에서의 오차가 가장 작은 표면 열전달 계수를 해당 건물 외피의 표면 열전달 계수로 추정하는 건물 외피 표면 열전달 계수 추정 모듈을 포함하고,
상기 외부 인자 입력 모듈은,
외부 인자로서, 풍속, 풍향, 주위온도, 태양 복사, 건물의 형상, 건물 외피의 위치, 건물 외피의 표면 거칠기 및 함습량을 입력받도록 구성되는 것을 특징으로 하는 건물 외피의 표면 열전달 계수 추정 시스템.
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KR20230093780A (ko) | 2023-06-27 |
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