KR20140070193A - Bim 기반 건물 에너지 시뮬레이션 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 (a) BIM 구축 모델 출력 모듈(100)이 BIM 구축 정보를 이용하여 건물 모델을 구축하고 출력하는 단계; (b) 에너지 시뮬레이션 입력 모듈(200)이 에너지 시뮬레이션 추가 정보를 입력하는 단계; (c) 데이터 변환 모듈(300)이 상기 입력된 에너지 시뮬레이션 추가 정보를 건물 에너지 시뮬레이션 모듈(400)용 데이터로 변환하는 단계; (d) 건물 에너지 시뮬레이션 모듈(400)이 상기 변환된 에너지 시뮬레이션 추가 정보와 상기 건물 모델을 이용하여 건물 에너지 시뮬레이션을 수행하는 단계; 및 (e) 시뮬레이션 결과 출력 모듈(500)이 상기 수행된 시뮬레이션 결과를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, BIM 기반 에너지 시뮬레이션 방법을 제공한다.

Description

BIM 기반 건물 에너지 시뮬레이션 방법{Building energy simulation method based on building information modeling}
본 발명은 BIM 구축 정보를 기반으로 건물 에너지를 시뮬레이션하는 방법에 관한 것이다.
종래 건축 정보는 2차원 기반의 도면을 3차원 기반의 정보로 표현하고자 하는 시도가 증가하고 있으며, 최근 여기에 포함되는 정보는 다양해지고 있다.
BIM은 Building Information Modeling의 약자로서 초기의 설계 단계에서부터 유지 관리 단계에 이르기까지 건물의 전 수명주기 동안 다양한 분야에서 적용되는 모든 정보를 생산하고 관리하는 기술을 의미한다.
BIM 구축 정보는 건물의 실제 형상과 정보를 가지는 3차원 기반의 정보 체계를 포함하고 있으며, 컴퓨터 데이터베이스 내에서 프로젝트에 포함된 모든 정보를 저장하고, 다양한 형태로 필요에 따라 정보를 표현할 수 있게 변화할 수 있다.
따라서 BIM 기술을 적용할 경우 건축 분야에서 생산되는 다양한 정보들을 좀 더 효율적으로 활용할 수 있다는 장점이 있다.
BIM은 건물 객체들(벽, 슬래브, 창, 문, 지붕, 계단 등)을 각각의 속성(기능, 구조, 용도)으로 표현하며, 서로의 관계를 인지하여 건물의 변경 요소들을 즉시 반영할 수 있다.
BIM 구축 정보를 에너지 분석에 활용하기 위해서는 BIM 모델을 에너지 분석 모델로 변환해야 한다.
그러나, 현재 BIM 정보를 에너지 분석모델로 변환하는 데에는 기존 기술로는 많은 문제 및 어려움이 있다.
또한, BIM 구축 정보만으로는 건물 외부의 환경, 건물 시스템 정보를 충분히 담지 못하고,
이에 따라 BIM 모델을 활용하여 건물 에너지 시뮬레이션을 수행할 경우 정확도가 부족해지는 실정이다.
이에 따라, 현재의 건물 에너지 시뮬레이션은 BIM 정보를 활용하지 못하고 2D 도면과 몇몇 정보를 일일이 입력하여야 하여 불편함이 가중되고 정확도가 떨어지는 실정이다.
관련된 종래 기술을 살펴본다.
한국공개특허출원 제2011-0129172호의 경우, 3D 환경 하에서 사용자가 구축한 구성체를 선택하여 설계된 건축물의 구역별 에너지 성능평가를 가능하게 하는 기술을 개시한다. 그러나 3D 데이터를 2D 데이터로 변환한 후 에너지 성능평가를 실시하기에 정확도가 낮을 뿐만 아니라 에너지 시뮬레이션에 필요한 정보가 모두 포함되지 못하는 실정이다.
한국공개특허출원 제2011-0127822호의 경우, 건물 설계사 단말기, 에너지 평가사 단말기, 설비 설계사 단말기를 연결하여 통합 에너지 평가 시스템을 개시한다. 그러나 3D 데이터의 활용이 안되어 BIM 정보를 효과적으로 사용하지 못할 뿐 아니라 정확도가 낮다는 단점이 있다.
(특허문헌 1) KR2011-0129172 A
(특허문헌 2) KR2011-0127822 A
이에, 본 발명은 BIM 구축 정보를 기반으로 하여 효과적이고 정확한 건물 에너지 시뮬레이션 방법을 제안하고자 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 (a) BIM 구축 모델 출력 모듈(100)이 BIM 구축 정보를 이용하여 건물 모델을 구축하고 출력하는 단계; (b) 에너지 시뮬레이션 입력 모듈(200)이 에너지 시뮬레이션 추가 정보를 입력하는 단계; (c) 데이터 변환 모듈(300)이 상기 입력된 에너지 시뮬레이션 추가 정보를 건물 에너지 시뮬레이션 모듈(400)용 데이터로 변환하는 단계; (d) 건물 에너지 시뮬레이션 모듈(400)이 상기 변환된 에너지 시뮬레이션 추가 정보와 상기 건물 모델을 이용하여 건물 에너지 시뮬레이션을 수행하는 단계; 및 (e) 시뮬레이션 결과 출력 모듈(500)이 상기 수행된 시뮬레이션 결과를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, BIM 기반 에너지 시뮬레이션 방법을 제공한다.
또한, 상기 에너지 시뮬레이션 추가 정보는 시뮬레이션 파라미터 정보, HVAC 시스템 파라미터 정보, 열원 정보 및 기상 정보를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 시뮬레이션 파라미터 정보는, 시간당 시뮬레이션 횟수 정보, 건물 대지 지역 정보, 및 건물 외부 표면으로부터의 태양 복사 및 반사율 유형 정보를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 시뮬레이션 파라미터 정보는, 건물 내외부 표면의 대류 알고리즘 유형 정보, 및 열 및 습기의 전도 알고리즘 유형 정보를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 HVAC 시스템 파라미터 정보는, HVAC 시스템 종류 정보, 냉난방 설정 온도 정보, 및 건물 대지의 여름 및 겨울 최고 온도 정보를 포함하며, HVAC 시스템 종류에 따라, 구역별 HVAC 시스템 정보, 및 HVAC 설비 속성 정보를 더 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 HVAC 설비 속성 정보는, 급기팬 장치 효율 및 유압 변화량, 난방 코일 종류 및 효율, 냉방 코일 설정 온도를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 열원 정보는, 보일러 정보, 칠러 정보, 온수 루프 속성 및 냉수 루프 속성을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 기상 정보는 기상 데이터베이스로부터 입력되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하여 BIM 구축 정보가 효과적으로 적용될 수 있다. 이에 따라, 건물 설계가 변경되거나 운영 스킴이 변경되는 경우 BIM 데이터의 변환만으로 에너지 시뮬레이션 결과가 달라질 수 있어서 정확도를 상승시키고 편리상이 증대한다.
또한, BIM 구축 모델은 물론 시뮬레이션 결과가 한번에 표시되기에 사용자 의사 결정에 효과적 정보를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 건물 에너지 시뮬레이션 방법을 수행하는 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 건물 에너지 시뮬레이션 방법을 설명하는 순서도이다.
도 3 내지 5는 본 발명에 따른 건물 에너지 시뮬레이션을 수행하는 프로그램 수행화면을 도시한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 건물 에너지 시뮬레이션 방법을 설명한다.
시스템의 설명
본 발명에 따른 건물 에너지 시뮬레이션 방법을 수행하기 위한 시스템은, BIM 구축 모델 출력 모듈(100), 에너지 시뮬레이션 입력 모듈(200), 데이터 변환 모듈(300), 건물 에너지 시뮬레이션 모듈(400) 및 시뮬레이션 결과 출력 모듈(500)을 포함한다.
BIM 구축 모델 출력 모듈(100)은 종래 기술에 따라 BIM 구축 정보를 이용하여 건물 모델을 구축하고 출력한다.
도 3의 중단에는 이에 따라 출력되는 모델의 일 실시예가 도시된다.
도 3의 상단에 도시된 바와 같이, BIM 구축 서버(10)로부터 BIM 구축 정보를 불러올 수 있다.
에너지 시뮬레이션 입력 모듈(200)은 BIM 구축 정보에 포함되지 않으나 에너지 시뮬레이션 결과의 정확도를 상승시킬 수 있는 에너지 시뮬레이션 추가 정보를 입력하는 기능을 수행한다.
에너지 시뮬레이션 입력 모듈(200)은 시뮬레이션 파라미터 입력 모듈(210), HVAC 시스템 파라미터 입력 모듈(220), 열원 정보 입력 모듈(230), 기상 정보 입력 모듈(240)을 포함한다.
시뮬레이션 파라미터 입력 모듈(210)은 에너지 시뮬레이션 추가 정보 중 시뮬레이션 파라미터 정보를 입력하는 기능을 수행한다.
도 3의 하단에 시뮬레이션 파라미터 정보의 정류가 도시된다.
시뮬레이션 파라미터 정보는, 시간당 시뮬레이션 횟수 정보(timestep), 건물 대지 지역 정보(terrain), 및 건물 외부 표면으로부터의 태양 복사 및 반사율 유형 정보(solar distribution)를 포함할 수 있다.
시간당 시뮬레이션 횟수를 증가시키는 경우, 구동 시간이 증가하나 시뮬레이션 결과의 정확도를 상승시킬 수 있다.
건물 대지 지역 정보는 도시(city), 교외(suburb), 시골(country)로 구분될 수 있는데, 각각의 지역에 따라 건물 주변의 열환경이 달라지기에 이를 입력하여 정확도를 상승시킬 수 있다.
또한, 시뮬레이션 파라미터 정보는, 건물 내외부 표면의 대류 알고리즘 유형 정보(SurfaceConvectionAlgorithm), 및 열 및 습기의 전도 알고리즘 유형 정보(HeatBalanceAlgorithm)를 포함할 수 있다.
각각의 정보들은 건물 주변 열환경을 정밀하게 입력하여 주는 기능을 한다.
HVAC 시스템 파라미터 입력 모듈(220)은 에너지 시뮬레이션 추가 정보 중 HVAC 시스템 파라미터 정보를 입력하는 기능을 수행한다.
도 4의 상단 및 중단에 HVAC 시스템 파라미터의 종류가 도시된다.
HVAC 시스템 파라미터 정보는, HVAC 시스템 종류 정보(HVAC system), 냉난방 설정 온도 정보(Heating/Cooling Setpoint), 및 건물 대지의 여름 및 겨울 최고 온도 정보(Design Day)를 포함한다.
HVAC 시스템 종류는 변풍량 방식(VAV), 팬코일유닛 방식(FCU), 정풍량 방식(CAV), 아이디얼로드에어(ILA)로 구분되어 입력될 수 있다.
각각의 HVAC 종류에 따라 구역별 HVAC 시스템 정보(Zone VAV) 및 HVAC 설비 속성 정보(System VAV)를 더 포함할 수 있다. 도면에는 HVAC 시스템 종류로 변풍량 방식(VAV)이 선택된 경우를 도시하나, 다른 방식 역시 이에 적합한 파라미터가 선택될 수 있다.
여기에서 HVAC 설비 속성 정보는, 급기팬 장치 효율 및 유압 변화량(Supply Fan Total Efficiency / Delta Pressure), 난방 코일 종류 및 효율(Heating Coil Type / Efficiency), 냉방 코일 설정 온도(Cooling Coil Design Setpoint)를 포함한다.
열원 정보 입력 모듈(230)은 에너지 시뮬레이션 추가 정보 중 열원 정보를 입력하는 기능을 수행한다.
도 4의 하단에 열원 정보의 종류가 도시된다.
열원 정보는, 보일러(boiler) 정보, 칠러(chiller) 정보, 온수 루프 속성 및 냉수 루프 속성을 포함한다.
기상 정보 입력 모듈(240)은 에너지 시뮬레이션 추가 정보 중 기상 정보를 입력하는 기능을 수행한다.
도 5의 상단에 기상 정보가 입력되는 경로가 표시되는데, 이는 기상 데이터베이스에서 불러올 수 있다.
데이터 변환 모듈(300)은 입력 모듈(200)에서 입력된 에너지 시뮬레이션 추가 정보를 건물 에너지 시뮬레이션 모듈(400)용 데이터로 변환한다.
건물 에너지 시뮬레이션 모듈(400)은 데이터 변환 모듈(300)에서 변환된 에너지 시뮬레이션 추가 정보와 BIM 구축 모델 출력 모듈(100)에서 입력된 건물 모델을 이용하여 건물 에너지 시뮬레이션을 수행한다.
시뮬레이션 결과 출력 모듈(500)은 시뮬레이션 결과를 출력하는데, 이는 도 3의 하단에 도시된 바와 같다.
건물 에너지 시뮬레이션 방법의 설명
BIM 구축 모델 출력 모듈(100)이 BIM 구축 정보를 이용하여 건물 모델을 구축하고 출력한다(S110, S120).
다음, 에너지 시뮬레이션 입력 모듈(200)이 에너지 시뮬레이션 추가 정보를 입력한다. 입력되는 정보는 시뮬레이션 파라미터 정보, HVAC 시스템 파라미터 정보, 열원 정보 및 기상 정보를 포함한다(S210, S220, S230, S240)
이 과정에서, 시뮬레이션 파라미터 정보, HVAC 시스템 파라미터 정보, 및 열원 정보를 입력한 후, 에너지분석을 위한 모델을 변환하고, 그 다음 기상 정보를 추가 입력하는 것이 바람직하다.
다음, 데이터 변환 모듈(300)이 상기 입력된 에너지 시뮬레이션 추가 정보를 건물 에너지 시뮬레이션 모듈(400)용 데이터로 변환한 후, 건물 에너지 시뮬레이션 모듈(400)이 상기 변환된 에너지 시뮬레이션 추가 정보와 상기 건물 모델을 이용하여 건물 에너지 시뮬레이션을 수행한다(S310)
다음, 시뮬레이션 결과 출력 모듈(500)이 상기 수행된 시뮬레이션 결과를 출력한다(S320).
시뮬레이션 결과를 확인한 후 건물 운영자는 일부 데이터를 변환할 수 있다(S330).
BIM 구축 정보의 변경이 필요한 경우(S340)에는 BIM 구축 모델 출력 모듈(100)에서 정보를 변경할 수 있다.
에너지 시뮬레이션 추가 정보의 변경이 필요한 경우에는 입력 모듈(200)에서 정보를 변경할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: BIM 구축 서버
200: 에너지 시뮬레이션 입력 모듈
210: 시뮬레이션 파라미터 입력 모듈
220: HVAC 시스템 파라미터 입력 모듈
230: 열원 정보 입력 모듈
240: 기상 정보 입력 모듈
300: 데이터 변환 모듈
400: 건물 에너지 시뮬레이션 모듈
500: 시뮬레이션 결과 출력 모듈

Claims (8)

  1. (a) BIM 구축 모델 출력 모듈(100)이 BIM 구축 정보를 이용하여 건물 모델을 구축하고 출력하는 단계;
    (b) 에너지 시뮬레이션 입력 모듈(200)이 에너지 시뮬레이션 추가 정보를 입력하는 단계;
    (c) 데이터 변환 모듈(300)이 상기 입력된 에너지 시뮬레이션 추가 정보를 건물 에너지 시뮬레이션 모듈(400)용 데이터로 변환하는 단계;
    (d) 건물 에너지 시뮬레이션 모듈(400)이 상기 변환된 에너지 시뮬레이션 추가 정보와 상기 건물 모델을 이용하여 건물 에너지 시뮬레이션을 수행하는 단계; 및
    (e) 시뮬레이션 결과 출력 모듈(500)이 상기 수행된 시뮬레이션 결과를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    BIM 기반 에너지 시뮬레이션 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 에너지 시뮬레이션 추가 정보는 시뮬레이션 파라미터 정보, HVAC 시스템 파라미터 정보, 열원 정보 및 기상 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    BIM 기반 에너지 시뮬레이션 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 시뮬레이션 파라미터 정보는,
    시간당 시뮬레이션 횟수 정보, 건물 대지 지역 정보, 및 건물 외부 표면으로부터의 태양 복사 및 반사율 유형 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    BIM 기반 에너지 시뮬레이션 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 시뮬레이션 파라미터 정보는,
    건물 내외부 표면의 대류 알고리즘 유형 정보, 및 열 및 습기의 전도 알고리즘 유형 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    BIM 기반 에너지 시뮬레이션 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 HVAC 시스템 파라미터 정보는,
    HVAC 시스템 종류 정보, 냉난방 설정 온도 정보, 및 건물 대지의 여름 및 겨울 최고 온도 정보를 포함하며,
    HVAC 시스템 종류에 따라, 구역별 HVAC 시스템 정보, 및 HVAC 설비 속성 정보를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    BIM 기반 에너지 시뮬레이션 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 HVAC 설비 속성 정보는,
    급기팬 장치 효율 및 유압 변화량, 난방 코일 종류 및 효율, 냉방 코일 설정 온도를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    BIM 기반 에너지 시뮬레이션 방법.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 열원 정보는,
    보일러 정보, 칠러 정보, 온수 루프 속성 및 냉수 루프 속성을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    BIM 기반 에너지 시뮬레이션 방법.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 기상 정보는 기상 데이터베이스로부터 입력되는 것을 특징으로 하는,
    BIM 기반 에너지 시뮬레이션 방법.
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