KR20180018935A - 내단열 벽체의 연간 최대 누적 결로량 예측 시스템 및 방법 - Google Patents

내단열 벽체의 연간 최대 누적 결로량 예측 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20180018935A KR1020160102303A KR20160102303A KR20180018935A KR 20180018935 A KR20180018935 A KR 20180018935A KR 1020160102303 A KR1020160102303 A KR 1020160102303A KR 20160102303 A KR20160102303 A KR 20160102303A KR 20180018935 A KR20180018935 A KR 20180018935A
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홍성욱
박창영
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    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
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Abstract

내단열 벽체의 연간 최대 누적 결로량 예측 시스템 및 방법이 개시된다. ISO 13788에 따라 누적 결로량을 산출하는 정상 상태 누적 결로량 산출 모듈; 상기 정상 상태 누적 결로량 산출 모듈에서 산출된 누적 결로량에 연간 시간별 기온 및 연간 시간별 습도의 변화를 반영하고 해당 달의 시간별 결로량 및 시간별 증발량을 이용하여 연간 최대 누적 결로량을 산출하는 비정상 상태 누적 결로량 산출 모듈을 구성한다. 상술한 내단열 벽체의 연간 최대 누적 결로량 예측 시스템 및 방법에 의하면, 정상 상태(steady state)에서의 벽체의 연간 최대 누적 결로량을 산출하는 ISO 13788의 산출 방법에 시시각각 변화하는 기후 조건과 재료의 함습 특성을 반영함으로써, 비정상 상태(unsteady state)의 벽체의 연간 최대 누적 결로량을 쉽고 빠르게 적은 연산량으로 산출할 수 있는 효과가 있다. 기존과 달리 본 발명은 일정하지 않은 비정상 상태의 시시각각 변화하는 기후 조건과 재료의 함습 특성을 반영하므로, 보다 정확한 연간 최대 누적 결로량을 산출할 수 있고, 이를 내단열 벽체 설계에 적용하여 반영할 수 있는 효과가 있다.

Description

내단열 벽체의 연간 최대 누적 결로량 예측 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR PREDICTING MAXIMUM ACCUMULATION CONDENSATION AMOUNT OF INTERNAL INSULATION WALL BODY}
본 발명은 내단열 벽체의 투습 성능을 평가하기 위한 것으로서, 구체적으로는 비정상 상태(unsteady state)에서의 벽체 내부의 연간 최대 누적 결로량을 정량적으로 예측하는 시스템 및 방법에 관한 것이며, 좀 더 구체적으로는 ISO 13788에 따른 정상 상태(steady state)의 벽체 내부의 연간 최대 누적 결로량을 이용하여 비정상 상태의 벽체 내부의 연간 최대 누적 결로량을 다중 회귀 모형을 이용하여 예측하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적인 내단열 벽체는 실외측 구조체와 다양한 재료들의 중간 단열재 및 실내측 내장재로 구성된다. 이러한 재료층들이 합쳐져 복합적인 형태로 벽체를 구성한다.
벽체의 투습 성능은 일반적으로 국제기준 ISO 13788 [Hygrothermal performance of building components and building elements - Internal surface temperature to avoid critical surface humidity and interstitial condensation - Calculation methods] 즉, 건물 구조체의 온/습도 성능에 관한 계산 방법에 따라서 벽체 내부의 연간 최대 누적 결로량 대비 증발량에 의해 결정될 수 있다.
ISO 13788에 의한 벽체의 투습 성능 계산 방법은 기후 조건을 고려하여 투습 성능의 변화를 산출하는데, 그 중 실내 조건은 실내 조건은 실내온도 섭씨 25도와 상대습도 50%를 고정 기준으로 설정하여 산출하도록 구성되어 있다. 또한, 실외 조건으로서는 지역별 연간 월별 평균 온도와 지역별 연간 월별 평균 상대 습도를 고려한다. 즉, 정상 상태(steady state)를 가정하여 연중 최대 누적 결로량을 산출한다.
이러한 기후 조건에 따라 연간 최대 누적 결로량을 산출하는 경우, 벽체 재료의 합습량을 고려하지 않은 채 건조 상태(정상 상태)를 가정하여 재료의 투습 능력을 산출학 LEOAN 연간 최대 누적 결로량을 정확하게 산출할 수 없게 되는 문제점이 있다.
또한, ISO 13788의 계산 방법은 연중 각 달의 평균 기온과 평균 상대 습도만을 활용하기 때문에 시간 단위 변화에 따른 정확한 연간 최대 누적 결로량을 산출하는 데 한계가 있다는 문제점이 있다.
10-0428054 10-0408080
본 발명의 목적은 내단열 벽체의 연간 최대 누적 결로량 예측 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 내단열 벽체의 연간 최대 누적 결로량 예측 방법을 제공하는 데 있다.
상술한 본 발명의 목적에 따른 내단열 벽체의 연간 최대 누적 결로량 예측 시스템은, ISO 13788에 따라 누적 결로량을 산출하는 정상 상태 누적 결로량 산출 모듈; 상기 정상 상태 누적 결로량 산출 모듈에서 산출된 누적 결로량에 연간 시간별 기온 및 연간 시간별 습도의 변화를 반영하고 해당 달의 시간별 결로량 및 시간별 증발량을 이용하여 연간 최대 누적 결로량을 산출하는 비정상 상태 누적 결로량 산출 모듈을 포함하도록 구성될 수 있다.
여기서, 상기 누적 결로량 예측 모듈은, 하기 수학식에 따라 연간 최대 누적 결로량을 산출하며, [수학식]
Figure pat00001
여기서, a는 국내 실외 기후의 지역별 계수로서 습도의 외기 조건에 의해 형성되는 계수이고, n은 국내 실외 기후의 지역별 계수로서 온도의 외기 조건에 의해 형성되는 계수로 구성될 수 있다.
상술한 본 발명의 다른 목적에 따른 내단열 벽체의 연간 최대 누적 결로량 예측 방법은, 정상 상태 누적 결로량 산출 모듈이 ISO 13788에 따라 누적 결로량을 산출하는 단계; 비정상 상태 누적 결로량 산출 모듈이 상기 정상 상태 누적 결로량 산출 모듈에서 산출된 누적 결로량에 연간 시간별 기온 및 연간 시간별 습도의 변화를 반영하고 해당 달의 시간별 결로량 및 시간별 증발량을 이용하여 연간 최대 누적 결로량을 산출하는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다.
여기서, 상기 비정상 상태 누적 결로량 산출 모듈이 상기 정상 상태 누적 결로량 산출 모듈에서 산출된 누적 결로량에 연간 시간별 기온 및 연간 시간별 습도의 변화를 반영하고 해당 달의 시간별 결로량 및 시간별 증발량을 이용하여 연간 최대 누적 결로량을 산출하는 단계는, 하기 수학식에 따라 연간 최대 누적 결로량을 산출하며, [수학식]
Figure pat00002
여기서, a는 국내 실외 기후의 지역별 계수로서 습도의 외기 조건에 의해 형성되는 계수이고, n은 국내 실외 기후의 지역별 계수로서 온도의 외기 조건에 의해 형성되는 계수로 구성될 수 있다.
상술한 내단열 벽체의 연간 최대 누적 결로량 예측 시스템 및 방법에 의하면, 정상 상태(steady state)에서의 벽체의 연간 최대 누적 결로량을 산출하는 ISO 13788의 산출 방법에 시시각각 변화하는 기후 조건과 재료의 함습 특성을 반영함으로써, 비정상 상태(unsteady state)의 벽체의 연간 최대 누적 결로량을 쉽고 빠르게 적은 연산량으로 산출할 수 있는 효과가 있다.
기존과 달리 본 발명은 일정하지 않은 비정상 상태의 시시각각 변화하는 기후 조건과 재료의 함습 특성을 반영하므로, 보다 정확한 연간 최대 누적 결로량을 산출할 수 있고, 이를 내단열 벽체 설계에 적용하여 반영할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내단열 벽체의 연간 최대 누적 결로량 예측 시스템의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 내단열 벽체의 연간 최대 누적 결로량 예측 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 내단열 벽체의 연간 최대 누적 결로량 예측 시스템의 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 내단열 벽체의 연간 최대 누적 결로량 예측 시스템(100)은 정상 상태 누적 결로량 산출 모듈(110) 및 비정상 상태 누적 결로량 산출 모듈(120)을 포함하도록 구성될 수 있다.
내단열 벽체의 연간 최대 누적 결로량 예측 시스템(100)은 ISO 13788에 따라 정상 상태(건조 상태)의 벽체의 누적 결로량을 산출한 후 시시각각 변환하는 기후 조건과 재료의 함습 특성을 반영하여 비정상 상태의 연간 최대 누적 결로량을 쉽고 정확하고 빠르게 산출하도록 구성된다.
이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.
정상 상태 누적 결로량 산출 모듈(110)은 ISO 13788에 따라 누적 결로량을 산출하도록 구성될 수 있다. 이때, 누적 결로량은 벽체가 정상 상태 즉, 건조 상태로 고정 유지되는 것을 가정하여 산출된다.
여기서, 정상 상태 누적 결로량 산출 모듈(110)은 벽체 재료 특성 산출부(111), 재료층별 월별 온도 구배 산출부(112), 벽체 수증기압 산출부(113), 결로 시작월 산출부(114) 및 결로 누적량 산출부(115)를 포함하도록 구성될 수 있다.
벽체 재료 특성 산출부(111)는 벽체 재료의 열전도율, 투습 저항 계수, 두께와 같은 물성과, 외기 월평균 온도 및 내기 온도(섭씨 25씨로 고정)와, 외기와 내기의 열저항(고정값)을 이용하여 각 재료층의 열저항, 열저항 누적값 그리고 투습 등가 공기층 두께
Figure pat00003
를 산출하도록 구성될 수 있다.
열저항은 다음의 수학식 1에 따라 산출될 수 있다.
Figure pat00004
각 재료층의 두께를 각 재료층의 열전도율로 나누어 열저항을 산출할 수 있다.
한편, 열저항의 누적값은 다음 수학식 2에 따라 산출될 수 있다.
Figure pat00005
여기서,
Figure pat00006
은 재료층의 누적 열저항이고,
Figure pat00007
는 외기 열저항이고,
Figure pat00008
는 재료층읠 열저항이다.
그리고 투습 등가공기층 두께는 다음 수학식 3에 의해 산출될 수 있다.
Figure pat00009
여기서,
Figure pat00010
는 투습 등가공기층 두께이다.
재료층별 월별 온도 구배 산출부(112)는 각 재료층의 월별 온도 구배를 산출할 수 있다.
각 재료층의 월별 온도 구배는 벽체 재료 특성 산출부(111)에 의해 산출된 벽체 재료 특성들을 이용하여 다음 수학식 4에 의해 산출될 수 있다.
Figure pat00011
여기서,
Figure pat00012
은 재료층의 온도이고,
Figure pat00013
는 외기 온도이고,
Figure pat00014
은 재료층의 누적 열저항이고,
Figure pat00015
은 총 누적 열저항이며,
Figure pat00016
는 내기온도이다.
벽체 수증기압 산출부(113)는 각 재료층의 월별 온도 구배를 이용하여 포화 수증기압
Figure pat00017
, 외기 수증기압
Figure pat00018
, 내기 수증기압
Figure pat00019
를 산출하도록 구성될 수 있다.
포화 수증기압
Figure pat00020
은 다음 수학식 5에 의해 산출될 수 있다.
Figure pat00021
포화 수증기압
Figure pat00022
은 다음 표 1과 같이 산출될 수 있음이 예시되어 있다.
월 1월 2월 3월 4월 5월 6월 7월 8월 9월 10월 11월 12월
외기
Psat
(포화수증기압) [Pa]		 534.671 656.384 941.117 1487.194 2102.062 2724.013 3147.112 3280.839 2562.947 1737.605 1029.174 623.958
콘크리트 Psat 586.597 705.644 994.007 1537.349 2139.416 2741.410 3147.899 3275.945 2586.067 1783.549 1082.361 672.490
단열재 Psat 2824.176 2856.095 2919.621 3006.238 3076.611 3132.335 3164.571 3174.027 3118.988 3037.340 2936.010 2847.471
내장재 Psat 2881.318 2908.115 2961.310 3033.556 3092.019 3138.167 3164.806 3172.613 3127.125 3059.419 2975.004 2900.879
내기 Psat 3165.920 3165.920 3165.920 3165.920 3165.920 3165.920 3165.920 3165.920 3165.920 3165.920 3165.920 3165.920
Pe 294.069 341.320 479.970 728.725 1177.154 1716.128 2360.334 2296.588 1640.286 1042.563 586.629 336.937
Pi 1582.960 1582.960 1582.960 1582.960 1582.960 1582.960 1582.960 1582.960 1582.960 1582.960 1582.960 1582.960
결로 시작월 산출부(114)는 결로 시작월을 산출하도록 구성될 수 있다.
결로 시작월 산출부(114)는 앞서 산출된
Figure pat00023
,
Figure pat00024
,
Figure pat00025
,
Figure pat00026
에 의해 도 2의 그래프가 작성될 수 있다.
결로 시작월 산출부(114)는 도 2의 그래프에서
Figure pat00027
의
Figure pat00028
값보다
Figure pat00029
-
Figure pat00030
선의
Figure pat00031
값이 초과되는 재료층의 접촉면에서 결로가 발생하는 것으로 판단할 수 있다. 만약, 두 선이 만나지 않으면 결로가 발생하지 않는 것으로 판단할 수 있다.
결로 시작월 산출부(114)는 이러한 그래프를 월별로 작성할 수 있으며, 그래프를 작성하지 않아도 소정의 알고리즘에 따라 결로 발생 여부를 판단할 수 있다.
결로 누적량 산출부(115)는 각 월별의 해당 접촉면의 결로율
Figure pat00032
을 하기 수학식 6에 의해 산출할 수 있으며, 그림 3과 같은 그래프를 통해서 인식할 수 있도록 구성될 수 있다.
Figure pat00033
여기서,
Figure pat00034
는
Figure pat00035
이다.
결로 누적량 산출부(115)는 접촉면 결로율에 각 월의 총 시간(sec)을 곱하여 접촉면 결로량을 산출하며, 접촉면 결로 누적량은 양수의 결로량의 합계가 연중 발생한 최대 누적 결로량이 된다.
비정상 상태 누적 결로량 산출 모듈(120)은 정상 상태 누적 결로량 산출 모듈(110)에서 산출된 누적 결로량에 연간 시간별 기온 및 연간 시간별 습도의 변화를 반영하고 해당 달의 시간별 결로량 및 시간별 증발량을 이용하여 연간 최대 누적 결로량을 산출하도록 구성될 수 있다.
구체적으로는 다음과 같은 수학식 7에 의해 비정상 상태 즉, 시시각각 변환하는 기후 조건이나 침습 상태를 반영한 연중 최대 누적 결로량을 산출하도록 구성될 수 있다.
Figure pat00036
여기서, a는 국내 실외 기후의 지역별 계수로서 습도의 외기 조건에 의해 형성되는 계수이고, n은 국내 실외 기후의 지역별 계수로서 온도의 외기 조건에 의해 형성되는 계수이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 내단열 벽체의 연간 최대 누적 결로량 예측 방법의 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 먼저 정상 상태 누적 결로량 산출 모듈이 ISO 13788에 따라 누적 결로량을 산출한다(S101).
다음으로, 비정상 상태 누적 결로량 산출 모듈이 상기 정상 상태 누적 결로량 산출 모듈에서 산출된 누적 결로량에 연간 시간별 기온 및 연간 시간별 습도의 변화를 반영하고 해당 달의 시간별 결로량 및 시간별 증발량을 이용하여 연간 최대 누적 결로량을 산출한다(S102).
여기서, 비정상 상태 누적 결로량 산출 모듈은 하기 수학식 8에 따라 연간 최대 누적 결로량을 산출하도록 구성될 수 있다.
Figure pat00037
여기서, a는 국내 실외 기후의 지역별 계수로서 습도의 외기 조건에 의해 형성되는 계수이고, n은 국내 실외 기후의 지역별 계수로서 온도의 외기 조건에 의해 형성되는 계수로 구성될 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110: 정상 상태 누적 결로량 산출 모듈
111: 벽체 재료 특성 산출부
112: 재료층별 월별 온도 구배 산출부
113: 벽체 수증기압 산출부
114: 결로 시작월 산출부
115: 결로 누적량 산출부
120: 비정상 상태 누적 결로량 산출 모듈

Claims (4)

  1. ISO 13788에 따라 누적 결로량을 산출하는 정상 상태 누적 결로량 산출 모듈;
    상기 정상 상태 누적 결로량 산출 모듈에서 산출된 누적 결로량에 연간 시간별 기온 및 연간 시간별 습도의 변화를 반영하고 해당 달의 시간별 결로량 및 시간별 증발량을 이용하여 연간 최대 누적 결로량을 산출하는 비정상 상태 누적 결로량 산출 모듈을 포함하는 내단열 벽체의 연간 최대 누적 결로량 예측 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 누적 결로량 예측 모듈은,
    하기 수학식에 따라 연간 최대 누적 결로량을 산출하며,
    [수학식]
    Figure pat00038

    여기서, a는 국내 실외 기후의 지역별 계수로서 습도의 외기 조건에 의해 형성되는 계수이고, n은 국내 실외 기후의 지역별 계수로서 온도의 외기 조건에 의해 형성되는 계수인 것을 특징으로 하는 내단열 벽체의 연간 최대 누적 결로량 예측 시스템.
  3. 정상 상태 누적 결로량 산출 모듈이 ISO 13788에 따라 누적 결로량을 산출하는 단계;
    비정상 상태 누적 결로량 산출 모듈이 상기 정상 상태 누적 결로량 산출 모듈에서 산출된 누적 결로량에 연간 시간별 기온 및 연간 시간별 습도의 변화를 반영하고 해당 달의 시간별 결로량 및 시간별 증발량을 이용하여 연간 최대 누적 결로량을 산출하는 단계를 포함하는 내단열 벽체의 연간 최대 누적 결로량 예측 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 비정상 상태 누적 결로량 산출 모듈이 상기 정상 상태 누적 결로량 산출 모듈에서 산출된 누적 결로량에 연간 시간별 기온 및 연간 시간별 습도의 변화를 반영하고 해당 달의 시간별 결로량 및 시간별 증발량을 이용하여 연간 최대 누적 결로량을 산출하는 단계는,
    하기 수학식에 따라 연간 최대 누적 결로량을 산출하며,
    [수학식]
    Figure pat00039
    여기서, a는 국내 실외 기후의 지역별 계수로서 습도의 외기 조건에 의해 형성되는 계수이고, n은 국내 실외 기후의 지역별 계수로서 온도의 외기 조건에 의해 형성되는 계수인 것을 특징으로 하는 내단열 벽체의 연간 최대 누적 결로량 예측 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20210087345A (ko) 2020-01-02 2021-07-12 (주)미래환경플랜건축사사무소 시간별 온도 및 습도를 이용한 벽체 내부 결로 평가 시스템

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KR20210087345A (ko) 2020-01-02 2021-07-12 (주)미래환경플랜건축사사무소 시간별 온도 및 습도를 이용한 벽체 내부 결로 평가 시스템

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