KR20180032905A - 건물의 일조 특성 시뮬레이션 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

건물의 일조 특성 시뮬레이션 시스템 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건물의 일조 특성 시뮬레이션 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 입력된 주소에 따라 기저장된 데이터를 이용하여 상기 주소에 대응되는 목표 세대의 3차원 구조를 모델링하는 모델링부; 사용자가 선택한 기간의 날짜별 태양 방위와 고도의 변화값을 적용하여 상기 목표 세대의 실내 공간으로 유입되는 태양광의 형태를 시뮬레이션하는 시뮬레이션부; 및 사용자 입력에 따라 상기 모델링부를 제어하여 상기 사용자가 선택한 상기 목표 세대의 3차원 구조를 모델링하고, 상기 사용자가 선택한 기간에 대응되는 상기 태양광의 형태가 시뮬레이션 되도록 상기 시뮬레이션부를 제어하며, 상기 시뮬레이션 결과에 따라 상기 태양광의 형태에 기초하여 상기 선택된 기간의 태양광의 유입량, 시간별 태양광의 중첩, 일사량 및 일조시간을 산출하는 제어부를 포함한다. 이에 의해, 공동주택에 입주하고자 하는 사용자가 공동주택의 세대별로 건물 내부에서의 일조 영역과 일조량, 시간, 일사량 등을 용이하게 시뮬레이션할 수 있다.

Description

건물의 일조 특성 시뮬레이션 시스템 및 그 제어 방법{SYSTEM AND METHOD FOR SIMULATING OF SUNSHINE AVAILABILITY FOR BUILDINGS}
본 발명은 건물의 일조 특성 시뮬레이션 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 건물의 일조 환경에 기초하여 건물 내부의 일조 영역과 일조량, 일조시간, 일사량 등을 시뮬레이션할 수 있는 건물의 일조 특성 시뮬레이션 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 건축법 및 주요 시도의 조례에서 규정하고 있는 일조권 관련 기준은 인동간격의 개념과 동지일을 기준으로 한 일조 가능 시간에 의한 제한으로 규정되어 있다. 이에 건축물의 구조 및 배치를 설계하는 경우, 인동간격 등의 설정으로 일조환경에 대한 고려가 이루어지고 있다.
이러한 일조권은 단순한 채광과 건강상의 측면에서 고려된 것이었으나, 최근에 생활수준의 향상으로 아파트와 같은 주거용 건물에 대하여 일조권에 대한 관심이 높아지면서 일조 환경이 좋은 아파트가 선호되고 있다. 아파트와 같은 공동주택의 경우 아파트의 방위각과 층수에 따라 태양광의 유입이 상이하며 주변 동과 건물 자연환경에 의해 유입에 영향을 주어 유입량에 큰 차이가 나타난다. 또한 날짜와 시간의 변화에 따라 유입량에 큰 차이를 보일 수 있다.
현 일조권 분쟁의 기준은 동짓날을 기준으로 아침 9시부터 오후 3시까지 연속2시간 이상 또는 아침 8시부터 오후 4시까지 연속은 아니더라도 최소 4시간을 확보 한다는 것이다. 그러나 이 기준은 각 목표세대별 건물방위에 따라 기존 태양광 일조 시간이 상이하게 다른데 비해 이에 모든 세대에 똑같은 기준을 제시한다는 문제점이 있다. 또한 동짓날 하루만을 기준으로 피해 여부를 판단한다는 문제점이 있다. 날이 변함에 따라 태양의 일조시간과 태양 방위각 고도각이 변하여 일조방해여부가 달라지는데 이를 반영하지 않고 동짓날 하루를 기준으로 잡는다는 건 문제가 있다. 또한 실제 태양광은 채광창이 아닌 태양의 방위와 고도에 따라 실내로 다양하게 유입되는 것임에 반해 이를 무시하고 모든 방위와 고도에 따른 유입을 무시하고 일괄적으로 채광창에 비친 일조를 기준으로 일조권을 판단하는건 문제가 있다.
이런 일조권 분쟁 기준의 문제점과 더불어 기존 일조권 분석 시스템의 문제점을 같이 따져보면 일조시간 분석시 채광창의 한점(일조점)을 이용하여 일조시간을 산출하는데, 이는 일조점의 위치에 따라 태양광 유입 여부가 달라지며, 또한 이는 일조점의 위치에 따라 일조시간이 달라진다는 문제점이 있다. 보통 아파트의 채광창 및 개구부는 여러 개임을 안다면 그 오차는 더욱더 커질 것임을 알수 있다.
두 번째 채광창을 기준으로 산출한 일조시간으로 피해정도를 파악하기에는 문제점이 많다. 태양의 고도와 방위각에 따라 실내로 유입되는 양은 천차만별이고 효율성도 다양한데 반해 현 일조권 분석 시스템은 실내로 유입된 태양광은 무시하고 채광창의 일조 점을 기준으로 일조 여부만을 판단할 수 있어 피해의 정량적 파악이 불가능하다.
세번째 일년 중 고도가 가장 낮은 동짓날 하루를 기준으로 산출한다는 문제점이 있다. 날짜에 따라 태양의 방위와 고도, 시간이 달라짐에도 불가하고 하루를 기준으로 일조권 분석 시스템을 작동시키는 문제점이 있다.
네 번째 태양의 고도와 방위는 위도와 경도에 따라 차이가 발생하는데 우리나라의 다른지역을 비교했을때 같은시간에 고도는 크게 4~5°방위각은 3~4°의 차이를 나타내었다 그러나 일조권 분석 시스템은 일괄적으로 모든 지역을 서울 중심의 위경도를 사용하여 일조 시뮬레이션의 정확성이 떨어진다.
또한, 종래의 일조시간 분석방법은 건물의 전체적인 형상을 컴퓨터 그래픽으로 모델링하여 태양에 의한 일조형상을 분석함으로써 건물 전체에 대한 일조량을 정량적으로 산출한다. 즉, 종래기술은 각 세대별로 건물을 형상화시키지 않기 때문에 각 세대별 일조 특성을 분석할 수 없다는 문제점이 있다.
그리고, 종래기술은 건물의 3차원 형상을 구현하고 일조시간 산출을 위한 많은 데이터를 입력 및 산출해야 하므로 전문가가 아닌 경우 분석이 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 공동주택의 세대별로 건물 내부에서의 일조 영역과 일조량, 시간, 일사량 등을 용이하게 시뮬레이션할 수 있는 건물의 일조 특성 시뮬레이션 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는데 그 기술적 과제가 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 입력된 주소에 따라 기저장된 데이터를 이용하여 상기 주소에 대응되는 목표 세대의 3차원 구조를 모델링하는 모델링부; 사용자가 선택한 기간의 날짜별 태양 방위와 고도의 변화값을 적용하여 상기 목표 세대의 실내 공간으로 유입되는 태양광의 형태를 시뮬레이션하는 시뮬레이션부; 및 사용자 입력에 따라 상기 모델링부를 제어하여 상기 사용자가 선택한 상기 목표 세대의 3차원 구조를 모델링하고, 상기 사용자가 선택한 기간에 대응되는 상기 태양광의 형태가 시뮬레이션 되도록 상기 시뮬레이션부를 제어하며, 상기 시뮬레이션 결과에 따라 상기 태양광의 형태에 기초하여 상기 선택된 기간의 태양광의 유입량, 시간별 태양광의 중첩, 일사량 및 일조시간을 산출하는 제어부;를 포함하는 건물의 일조 특성 시뮬레이션 시스템이 제공된다.
여기서, 상기 모델링부는, 상기 입력된 주소에 대응되는 건물의 도면정보와 태양광을 차폐하는 주변 지형, 주변 시설물에 기초하여 상기 목표 세대 주변의 시설물과 상기 목표세대 자체의 시설물을 3차원 구조로 모델링할 수 있다.
그리고, 상기 시뮬레이션부는, 상기 목표 세대의 상기 창호 및 개구부의 위치 및 형태에 기초하여 상기 목표 세대의 실내로 유입되는 태양광의 형태를 2차원 및 3차원 중 적어도 어느 하나의 형태로 시뮬레이션할 수 있다.
여기서, 상기 시뮬레이션부는, 상기 사용자가 선택한 기간에 대응되는 날짜의 시간별 태양 방위와 고도의 변화값을 적용하여 상기 실내로 유입되는 태양광의 형태를 시뮬레이션할 수 있다.
또한, 상기 시뮬레이션부는, 상기 실내로 유입되는 태양광을 차폐하는 주변 지형, 주변 시설물 및 상기 목표 세대 자체의 시설물을 적용하여 상기 실내로 유입되는 태양광의 형태를 시뮬레이션할 수 있다.
한편, 상기 제어부는, 상기 태양광이 유입되는 창호의 반사 및 투과 특성을 반영하여 상기 태양광의 유입량을 산출할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 태양광이 유입되는 창호의 형태, 상기 태양광이 조사되는 실내 공간의 형태 및 상기 태양의 고도 변화값에 기초하여 상기 태양광이 유입되기 시작하는 시간, 상기 태양광의 유입이 종료되는 시간, 상기 태양광이 방해 없이 유입되는 시간, 상기 태양광의 적어도 일 영역이 차단된 상태로 유입되는 시간을 판단하여 상기 태양광의 유입량, 시간별 태양광의 중첩, 일사량 및 일조시간을 산출할 수 있다.
그리고, 상기 시스템은, 상기 주소에 대응되는 지리정보가 저장된 지리정보 데이터베이스; 상기 주소에 대응되는 건물의 구조정보가 저장된 건물정보 데이터베이스; 상기 건물 내의 실내 공간의 도면이 저장된 도면 데이터베이스; 및 위도와 경도에 따른 태양 모듈 정보가 저장된 태양모듈 데이터베이스; 를 더 포함할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 입력된 주소에 따라 기저장된 데이터를 이용하여 상기 주소에 대응되는 목표 세대의 3차원 구조를 모델링하는 단계; 사용자가 선택한 기간의 날짜별 태양 방위와 고도의 변화값을 적용하여 상기 목표 세대의 실내 공간으로 유입되는 태양광의 형태를 시뮬레이션하는 단계; 및 상기 태양광의 형태에 기초하여 상기 선택된 기간에 상기 목표 세대의 실내로 유입되는 태양광의 유입량, 시간별 태양광의 중첩, 일사량 및 일조시간을 산출하는 단계;를 포함하는 건물의 일조 특성 시뮬레이션 시스템의 제어방법이 제공된다.
여기서, 상기 태양광의 형태를 시뮬레이션하는 단계는, 상기 목표 세대의 창호와 개구부의 위치 및 형태와 상기 사용자가 선택한 기간의 태양 방위와 고도의 변화값을 적용하여 상기 목표 세대의 실내로 유입되는 태양광의 형태를 시뮬레이션하는 단계를 포함하고; 상기 태양광의 유입량 시간별 태양광의 중첩, 일사량 및 일조시간을 산출하는 단계는, 상기 태양광이 유입되는 창호의 반사 및 투과 특성을 반영하여 상기 태양광의 유입량, 시간별 태양광의 중첩, 일사량 및 일조시간을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 건물의 일조 특성 시뮬레이션 시스템 및 그 제어 방법에 따르면, 건물의 구조, 위치, 계절, 시간, 주변지형, 건물, 자연물 등의 일조 환경에 기초하여 건물 내부에서의 일조 영역과 일조량, 시간, 일사량 등을 시뮬레이션할 수 있다.
또한, 본 발명의 건물의 일조 특성 시뮬레이션 시스템 및 그 제어 방법에 따르면, 공동주택에 입주하고자 하는 사용자가 공동주택의 세대별로 건물 내부에서의 일조 영역과 일조량, 시간, 일사량 등을 용이하게 시뮬레이션할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 건물의 일조 특성 시뮬레이션 시스템의 제어 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 건물의 일조 특성 시뮬레이션 시스템의 개략적인 제어 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 목표 세대 모델링 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 일조시간과 태양광 유입량 시뮬레이션 방법의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 유입면적 산출방법의 개념도이다.
도 6은 태양광 일조영역 예시도와 태양광 일조영역 중첩시 적용될수 있는 예시도이다.
도 7은 일조시간 산출 시 적용될 수 있는 개구부 분할 이미지를 예시한 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 일사량 산출 방법의 개념도이다.
도 9 실내 유입 면적과 침해 면적 산출 시 적용될 수 있는 건물 모델링 화면의 예시도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 일조시간과 태양광 유입량 산출시 반영될 수 있는 일조량 데이터의 예를 도시한 것이다.
도 12는 일사량 산출시 반영될수 있는 서울기준 kcal/㎡/day 단위의 일사량데이터의 예를 도시한 것이다.
도 13은 태양광의 유입각에 따른 유리창의 투과율을 정리하여 나타낸 그래프의 예이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 건물의 일조 특성 시뮬레이션 시스템의 제어 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명은 건물의 일조 특성 시뮬레이션을 위한 건물, 지형, 태양모듈 등의 기본 데이터가 저장된 데이터베이스(110, 112, 114, 116)와, 사용자로부터 시뮬레이션하고자 하는 목표 세대의 주소 및 기간을 입력받고 시뮬레이션 결과를 표시하는 입출력부(120)와, 입력된 주소에 따라 데이터베이스에 저장된 데이터를 이용하여 목표 세대의 3차원 구조를 모델링하는 모델링부(130), 사용자가 선택한 기간에 목표 세대의 실내 공간으로 유입되는 태양광의 형태를 시뮬레이션하는 시뮬레이션부(140) 및 시뮬레이션 결과에 따라 선택된 기간의 태양광의 유입량, 태양광의 중첩, 일사량, 일조시간을 산출하는 제어부(100)를 포함할 수 있다.
데이터베이스(110, 112, 114, 116)는 주소에 대응되는 지리정보가 저장된 지리정보 데이터베이스(110), 주소에 대응되는 건물과 주변건물 구조정보가 저장된 건물정보 데이터베이스(112), 건물 내의 실내 공간의 도면이 저장된 도면 데이터베이스(114) 및 위도와 경도별 태양모듈 정보가 저장된 태양모듈 데이터베이스(116)를 포함할 수 있다. 지리정보 데이터베이스(110)는 목표세대의 위도와 경도, 지형도 및 고도 등을 포함할 수 있다. 도면 데이터베이스(114)는 목표 세대의 도면 및 구조, 층수, 유입창, 개구부 등의 정보를 포함할 수 있다. 도면 데이터베이스에 목표 세대의 정보가 누락되어 있는 경우 사용자로부터 실내 도면 및 구조, 층수, 유입창, 개구부 등의 필요한 정보를 직접 입력받아 저장하는 것도 가능하다. 건물정보 데이터베이스(112)는 목표세대 건물레이어 정보 외에도 주변건물 레이어 정보도 포함한다. 또한 목표세대 주변 건물 레이어 정보가 누락되어 있는 경우 검색한 지도에서 목표 건물과 주변건물의 위치와 크기를 스캔하여 사용자로부터 주변건물의 층수 및 지붕모양 등의 필요한 정보를 직접 입력받아 저장한다. 태양 모듈 데이터베이스(116)에는 목표 세대의 위도와 경도에 따른 태양의 방위 및 고도 정보를 포함한다.
입출력부(120)는 건물의 일조 특성 시뮬레이션 시스템을 이용하기 위한 사용자 인터페이스를 포함한다. 입출력부(120)는 사용자로부터 목표 세대의 주소 및 일조량 산출 기간을 입력받아 제어부(100)로 전달한다. 사용자는 입출력부(120)를 통해 제어부(100)의 처리결과를 확인할 수 있다. 이러한 입출력부(120)는 사용자 입력수단과 디스플레이부를 구비하는 PC, 스마트폰, 전용 단말 등을 포함할 수 있다.
모델링부(130)는 입출력부(120)를 통해 입력된 주소에 따라 데이터베이스(110, 112, 114, 116)에 저장된 데이터를 이용하여 해당 주소에 대응되는 목표 세대의 위도와 경도 지형도, 건물 레이어 및 도면, 주변건물 레이어, 태양모듈을 모델링 한다. 제어부(100)는 입력된 주소로부터 위도와 경도 정보를 추출할 수 있다. 모델링부(130)는 입력된 주소에 대응되는 지형도 및 고도, 건물의 레이어 및 도면정보에 기초하여 목표 세대의 창호와 개구부의 위치 및 형태가 반영된 3차원 구조의 목표 세대를 모델링할 수 있다. 또한 주변 건물 레이어와 목표세대의 위도와 경도에 대한 태양 모듈을 모델링 할 수 있다. 제어부(100)는 목표세대 위치에 대한 위도 및 경도 정보를 토대로 데이터베이스로부터 해당 위치에 대한 지리정보 데이터베이스, 건물정보 데이터베이스, 도면 데이터베이스, 태양모듈 데이터베이스에 저장된 정보를 모델링부(130)에 제공할 수 있다.
모델링부(130)는 제어부(100)로부터 전달된 데이터에 기초하여 입력된 주소에 대응되는 자연지형 및 고도, 건물의 레이어 및 도면정보에 기초하여 목표 세대의 창호와 개구부의 위치 및 형태가 반영된 3차원 구조의 목표 세대 모델링하며 또한 주변 건물 레이어와 목표세대의 위도와 경도에 대한 태양 모듈을 모델링하여 제어부(100)는 모델링 정보를 시뮬레이션 부에 제공할 수 있다. 여기서, 제어부(100)는 건물의 방위각과 하지의 태양 일출일몰 방위각의 교집합 각의 지형도와 자연환경만 반영하여 건물 레이어 정보를 제공할 수 있으며, 목표세대 주지 않는 건물은 자체 필터링하여 제공할 수 있시뮬레이션부(140)는 제어부(100)로부터 전달된 목표 세대의 모델링 결과와 주변의 건물 레이어 정보와 함께 태양모듈을 적용하여 사용자가 선택한 기간에 목표 세대의 실내 공간으로 유입되는 태양광의 형태를 시뮬레이션할 수 있다. 시뮬레이션부(140)는 목표 세대의 창호 및 개구부의 위치 및 형태에 기초하여 목표 세대의 실내로 유입되는 태양광의 형태를 2차원 및 3차원 중 적어도 어느 하나의 형태로 시뮬레이션할 수 있다. 또한, 시뮬레이션부(140)는 시간별 태양 방위와 고도의 변화값을 적용하여 태양광의 형태를 시뮬레이션하는 것이 가능하며, 실내로 유입되는 태양광을 차폐하는 주변 지형, 주변 시설물 및 상기 목표 세대 자체의 시설물을 적용하여 실내로 유입되는 태양광의 형태를 시뮬레이션할 수 있다.
제어부(100)는 시뮬레이션부(140)의 시뮬레이션 결과, 즉, 실내로 유입되는 태양광의 형태에 기초하여 선택된 기간의 태양광의 유입량, 태양광의 중첩, 일사량, 일조시간을 산출할 수 있다. 여기서, 제어부(100)는 태양광이 유입되는 창호의 반사 및 투과 특성을 반영하여 태양광의 유입량, 시간별 태양광의 중첩, 일사량 및 일조시간을 산출하는 것도 가능하다. 제어부(100)는 태양광이 유입되는 창호의 형태, 태양광이 조사되는 실내 공간의 형태 및 태양의 고도 변화값에 기초하여 태양광의 유입 시간을 산출할 수 있다.
제어부(100)는 목표 세대의 실내로 태양광이 유입되기 시작하는 시간, 태양광의 유입이 종료되는 시간, 태양광이 방해 없이 유입되는 시간, 적어도 일 영역이 차단된 상태로 유입되는 시간을 판단하여 태양광의 유입량, 시간별 태양광의 중첩, 일사량 및 일조시간 산출 시 적용할 수 있다.
제어부(100)는 일조시간 산출과 일조량 산출시 지역별 날짜별 일조율을 반영하여 더 정확한 결과를 제공할 수 있다.
제어부(100)는 태양광의 효율적 사용을 위하여 상기 태양광이 유입되는 창호의 형태, 상기 태양광이 조사되는 실내 공간의 형태 및 상기 태양의 고도 변화값에 기초하여 사용자 정의한 시간간격을 기준으로 태양광을 중첩시켜 실내를 태양광 중첩이 생기는 곳, 태양광 유입 있는 곳, 태양광 유입이 없는 곳으로 나눠 산출할 수 있다.
제어부(100)는 시간부와 유입량 산출결과와 날짜별 시간별 일사량과 창호의 반사 및 투과 특성 토대로 실내로 유입되는 일사량을 산출할 수 있다.
제어부(100)는 상기의 일조시간, 유입량, 일사량 산출방법을 이용하며 일조권 분쟁의 피해 정도를 정확히, 정량적으로 산출할 수 있다.
이러한 구성에 의해, 본 발명은 공동주택의 세대별로 계절, 날짜, 시간 등에 따라 세대의 내부로 유입되는 태양광의 일조 영역과 유입량, 태양광의 중첩, 일사량, 일조시간을 시뮬레이션할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 건물의 일조 특성 시뮬레이션 시스템의 개략적인 제어 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 제어부(100)는 입출력부(120)로부터 목표 세대의 주소 및 일조량 산출 기간을 수신한다(S100). 사용자는 시뮬레이션하고자 하는 목표 세대의 주소를 직접 입력하거나, 혹은, 포털 사이트 등에서 제공하는 지도에서 목표 세대를 선택할 수 있다. 일조량 산출 기간은, 연간 일조량, 월간, 주간, 특정일, 특정 기간, 특정 시간 등, 사용자 임의로 설정될 수 있다.
모델링부(130)는 입력된 주소에 대응되는 목표 세대의 데이터를 데이터베이스(110, 112, 114, 116)로부터 획득하여 목표 세대의 3차원 구조를 모델링할 수 있다(S200). 여기서, 모델링부(130)는 목표 세대의 창호 및 개구부의 위치와 크기가 반영하여 목표 세대의 3차원 구조를 모델링할 수 있다.
시뮬레이션부(140)는 사용자가 선택한 기간의 날짜별 태양방위와 고도의 변화값을 적용하여 목표 세대의 실내 공간으로 유입되는 태양광의 형태를 시뮬레이션한다(S300).
제어부(100)는 시뮬레이션된 태양광의 형태에 기초하여 사용자가 선택한 기간에 목표 세대의 실내로 유입되는 태양광의 유입량, 태양광의 중첩, 일사량, 일조시간을 산출할 수 있다(S400).
이상의 시스템 제어 과정을 도 3 내지 도 9을 참조하여 더 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 목표 세대 모델링 방법의 흐름도이다.
제어부(100)는 입출력부(120)를 통해 입력된 주소에 대응되는 위치정보를 검색할 수 있다(S210). 제어부(100)는 입력된 주소로부터 위도와 경도를 추출할 수 있다.
제어부(100)는 해당 위치에 대한 위도 및 경도 정보를 토대로 지리정보시스템(GIS) 데이터를 수집한다(S212). 제어부(100)는 데이터베이스로 부터 해당 위치에 대한 지형도 건물 레이어 및 도면, 주변건물 레이어, 태양모듈정보를 수집하여 모델링부(130)에 제공할 수 있다. 여기서, GIS 정보는 지리정보 데이터베이스(110), 건물정보 데이터베이스(112), 도면 데이터베이스(114) 태양모듈데이터베이스(116) 등의 데이터베이스로부터 획득될 수 있다.
제어부(100)는 GIS 정보에 기초하여 해당 주소에 대응되는 목표 세대를 선택한다(S214). 제어부(100)는 데이터베이스(110, 112, 114, 116)에서 목표 세대의 지형도, 라인, 유입창과 건물의 방위각, 층수, 실내 도면, 유입창 및 개구부, 등의 정보를 획득할 수 있으며, 목표세대 건물레이어 정보 외에도 주변건물의 위치, 층수, 크기, 지붕모양 등의 정보를 획득할 수 있으며, 목표 세대의 위도와 경도에 따른 태양의 방위 및 고도 데이터를 획득할 수 있다.
여기서, 제어부(100)는 건물의 방위각과 하지의 태양 일출일몰 방위각의 교집합 각의 지형도와 자연환경만 반영하여 건물 레이어 정보를 제공할 수 있으며, 목표세대 주지 않는 건물은 자체 필터링하여 제공할 수 있다.
제어부(100)는 수집된 정보들을 모델링부(130)로 전달하며, 이에, 모델링부(130)는 제어부(100)로부터 전달된 데이터에 기초하여, 입력된 주소에 대응되는 목표 세대의 지형도, 유입창과 개구부의 위치 및 형태가 반영된 3차원 구조의 목표 세대와 주변 건물 레이어 및 태양모듈을 모델링할 수 있다(S214). 이에, 제어부(100)는 모델링 정보를 시뮬레이션부(140)로 전달한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 일조시간과 태양광 유입량 시뮬레이션 방법의 흐름도이다.
시뮬레이션부(140)는 제어부(100)로부터 전달된 목표 세대의 모델링 결과와 주변의 건물 레이어 정보와 함께, 표준시를 기준으로 태양의 날짜/시간별 방위와 고도정보를 수신한다(S310).
시뮬레이션부(140)는 목표 세대의 창호 및 개구부의 위치 및 형태에 기초하여 목표 세대의 실내로 유입되는 태양광의 형태를 2차원(2D) 및 3차원(3D) 중 적어도 어느 하나의 형태로 시뮬레이션할 수 있다(S312). 도 7은 일조시간 산출 시 적용될 수 있는 개구부 분할 이미지를 예시한 것이다. 사용자는 임의의 날짜와 시간을 선택하여 실내로 유입되는 태양광의 형태를 확인할 수 있다. 또한, 시뮬레이션부(140)는 시간별 태양방위와 고도의 변화값을 적용하여 태양광의 형태를 시뮬레이션하는 것이 가능하며, 실내로 유입되는 태양광을 차폐하는 주변 지형, 주변 시설물 및 상기 목표 세대 자체의 시설물을 적용하여 실내로 유입되는 태양광의 형태를 시뮬레이션할 수 있다.
제어부(100)는 태양광이 유입되는 창호의 형태, 태양광이 조사되는 실내 공간의 형태 및 태양의 고도 변화값에 기초하여 태양광의 유입 시간을 산출할 수 있다(S410). 제어부(100)는 목표 세대의 실내로 태양광이 유입되기 시작하는 시간, 태양광의 유입이 종료되는 시간, 태양광이 방해 없이 유입되는 시간, 적어도 일 영역이 차단된 상태로 유입되는 시간을 판단하여 태양광의 유입량, 시간별 태양광의 중첩, 일사량 및 일조시간 산출 시 적용할 수 있다. 날짜에 따라 태양의 고도와 방위각 및 방위각에 따른 시간이 달라지기 때문에 매일 태양광 유입시간이 달라지며, 유입각이 달라지기 때문에 실내유입의 시작시간과 끝나는시간, 실내유입시간이 매일 달라질 수 있다. 또한, 실내유입의 시간이 많다하더라도 정면에서 들어오는 태양과 측면에서 들어오는 태양광은 베란다의 유무, 개구부의 위치와 크기 등으로 질과 효율면에서 차이가 많이 발생하며, 실내유입의 방해로 인한 효율적인 시간대에 유입이 방해되고 비효율적인 시간대에 유입시간이 긴 경우 전체적인 실내유입시간이 좋다 하더라도 현실과 동떨어진 결과가 나타날 수 있다. 이에 사용자가 유입각을 설정하여 날짜별로 유입이 시작되는 시간과 끝나는 시간, 총유입시간(순수유입시간 + 유입 방해가 있는 시간)을 추출함으로써 목표 세대의 일조 특성을 파악할 수 있다. 예컨대, 건물의 방위각이 정남향(180°)일 경우 건물의 유입구, 개구부, 창문 등은 일반적으로 모두 정남향(180°)이다 이때 태양광은 태양방위각이 90°일때부터 유입이 시작되기 시작하고, 날짜에 따라 방위각이 다른 특성(ex: 6월 23일 태양방위각 90°, 고도각 32.9° 시간 08:10분 // 9월23일 태양방위각 90° 고도각 -10.6° 시간 05:30분 // 12월23일 태양방위각 90° 고도각 -53.2° 시간 03:09분)을 반영하여 계산할 수 있다.
제어부(100)는 태양광의 형태를 분할하여 분할점과 태양광을 연결하여 연결 유무에 따라 실내유입의 태양광의 형태를 파악하여 일조시간을 산출할 수 있다. 예컨대, 태양광의 형태가 모든 점이 연결될 때는 일조시간으로 산출하고 모든 점이 연결이 안될 경우 일조시간에서 제외하며 일부 점이 연결될 때는 유입방해시간으로 산출하여 일조시간을 알수 있도록 한다.
한편, 태양광의 유입은 태양의 방위가 90를 넘을 때부터 시작되지만 베란다의 유무, 개구부의 위치와 크기, 측면 유입 등으로 실제로는 태양광이 실내로 유입되지 않을 수 있다. 이에, 실제로 도움이 되고 효율적으로 느껴지는 태양광의 방위를 사용자가 의의로 설정하여 산출할 수 있다. 설정방법은 효율적인 유입이 시작된다 생각하는 지점(예컨대, 거실의 장식장, 베란다의 창틀 등 사용자가 만족하는 태양광의 유입 위치)을 설정하며, 사용자의 설정 위치와 태양광 유입구의 측면의 각을 구해 태양광의 방위를 지정하여 날짜에 따른 유입 시작 시간이 산출될 수 있다. 예컨대, 정남향 건물(건물 방위각 180°)일때 사용자가 지정한 지점과 유입구의 각이 20°일때 유입 시간 계산은 태양광이 유입되기 시작한 90°부터가 아니라 태양방위각 110°와 태양방위각 250°로 산출할 수 있다. 이상의 사항들을 반영하여 날짜별로 태양광 유입이 시작되는 시간, 끝나는 시간, 총유입시간(순수유입시간 + 유입방해가 있 시간)등을 산출할 수 있다.
제어부(100)는 시뮬레이션부(140)의 시뮬레이션 결과, 즉, 실내로 유입되는 태양광의 형태에 기초하여 선택된 기간의 태양광의 실내 유입 면적을 산출할 수 있다(S412).
이후, 제어부(100)는 태양광의 실내 유입 시간과 유입 면적에 기초하여 임의의 기간에 목표 세대의 실내로 유입되는 태양광의 유입량, 태양광의 중첩, 일사량, 일조시간을 산출할 수 있다(S414).
여기서, 제어부(100)는 태양광이 유입되는 창호의 반사 및 투과 특성을 반영하여 태양광의 유입량을 산출하는 것도 가능하다(S416). 또한, 시간별 태양광의 중첩, 일사량 및 일조시간도 산출할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 유입면적 산출방법의 개념도이다.
도 5를 참조하면 3차원으로 모델링된 목표 세대(500)는 창호(510)의 위치와 창틀(520) 등의 형상이 반영되어 있다. 이러한 목표 세대(500)에 대해 태양광이 유입된 상태를 시뮬레이션하여 실내로 유입되는 태양광의 면적(S1~S8)을 산출하고 태양광 유입을 정량적으로 파악하는 것이 가능하다.
예컨대, 태양광의 유입이 시작되면 임의의 시간 간격(ex: 5분 간격)으로 실내로 유입된 태양광을 분할하여(S1~S8) 각각의 태양광 유입면적을 산출할 수 있다. 실내의 바닥, 벽, 문틀(빨간색으로 표시된 부분) 등의 영역으로 구분하여 각 영역의 태양광 유입면적(S1~S8)의 합을 산출함으로써 실내로 유입되는 태양광의 총 유입량을 산출할 수 있다. 더불어 창틀(520)과 같이 태양광 유입을 차단하거나, 방해하는 요소가 존재하는 경우 이를 분할하여 산출함으로써 정확한 태양광 유입량을 얻을 수 있다.
도 6은 태양광 일조영역 예시도와 태양광 일조영역 중첩시 적용될 수 있는 예시도이다.
도 6을 참조하면, 3차원으로 모델링된 목표 세대의 개구부를 통해 들어오는 태양광은 시간별로 유입각이 달라지기 때문에 실내로 유입된 태양광의 형태와 에너지의 세기가 달라질 수 있다. 또한, 개구부의 위치와 크기, 창호의 형태 등에 따라서도 의 으로 실제로는 태양광이 실내로 유입되지 않을 수 있다.
이에, 목표 세대의 구조와, 날짜, 시간, 등의 변동 조건에 따라 태양광이 유입되는 형태와 강도를 시뮬레이션하여 확인할 수 있다.
한편, 실내유입 시뮬레이션은 사용자가 선택에 옵션에 따라 실내유입을 보여주기 때문에 시뮬레이션을 실생활에 이용하는 것은 용이하지 아니할 수 있다. 중첩을 시키는 방법으로는 하루의 중첩을 확인 할 때에는 실내유입의 총시간(정남향아파트 동지기준 9:49분)을 산출하여 임의의 기준(10분, 20분등)으로 9:49분을 20분으로 30개의 시간대로 분할하여 시간대별 실내유입을 나타내 중첩시킬 수 있다. 이 때, 중첩되는 숫자에 따라 면적을 나눠 차등적으로 태양광 중첩이 생기는곳, 태양광 유입 있는곳, 태양광 유입이 없는 곳으로 나눠 다양한 색으로 나타냄으로써 사용자에게 실내 유입 광의 중첩 정도를 표시할 수 있다.
여기서, 일주일, 계절, 1년 등으로 나타낼 때에는 하루 전체의 유입면적을 산출하여 여러 날을 위의 기준으로 중첩시켜 표시할 수 있다. 이를 통해, 실내로 유입되는 태양광의 특성을 파악하여 실내 살균소독 및 청소, 가구배치, 식물, 커튼이나 블라인드의 사용방법 등 다양한 곳에 이용할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 일사량 산출 방법의 개념도이다.
일사량은 태양의 복사를 일사라 하며, 일사의 세기를 일사량이라 한다. 태양광선에 직각으로 놓은 1㎠ 넓이에 1분 동안의 복사량으로 측정하는데 공기가 없을 경우, 대략 1.94㎈로서 이 값을 태양상수라 하는데, 이는 대기로 인해 70%만 복사된다. 하루 중 태양이 남중할 때, 1년 중 하지 경에 일사량은 최대가 된다.
또한 일사량은 지표면에 직접 닿는 직달일사량과 수평면에 직접 일사되지 않는 산란 일사량, 이 둘의 합으로 나타낸 전(천)일사량으로 측정되는데, 본 일사량 계산 방법에서는 직달 일사량만을 토대로 계산한다. 수평명 직달 일사량은 하기 <표 1>과 같이 나타낼 수 있다.
수평면 직달일사량
단위 : cal/㎠/min
측정지점 : 서울 측정 월 : 1월
시간 일사량
5~6시 0
6~7시 0
7~8시 0.019
8~9시 0.09
9~10시 0.18
10~11시 0.26
11~12시 0.31
12~13시 0.31
13~14시 0.26
14~15시 0.18
15~16시 0.09
16~17시 0.019
17~18시 0
18~19시 0
출처 : http://kredc.kier.re.kr/kier/ 신재생에너지 데이터 센터
일사량은 태양의 고도에 따라 다양하며 위의 정의에서 보듯이 일사량은 시간과 면적을 토대로 산출하는데 상기의 일조량과 일조시간 그리고 태양의 고도를 이용하여 실내로 유입된 태양광의 일사량을 산출함으로써 일조량 산출의 오차 및 문제점 그리고 일조시간의 산출의 단적인 면(유입태양의 질을 반영하지못한)을 보완할 수 있는 방법이다. 또한 일사량의 경우 태양광의 유입각에 따른 유리의 투과율을 반영하여 더욱 정확한 일사량을 산출할 수 있다.
도 8의 도면은, 1월15일 12시30분 태양방위각 185° 고도 34°의 태양광을 도시한 것이다. 건물방위각이 180°(정남향)인 경우 일사량은 위의 <표 1>에서 확인할 수 있듯이 서울 일사량 기준 12~13시 0.31cal로 산출될 수 있다.
여기서, 태양광유입각은 34.41°이고 투과율 91%인 것으로 가정하기로 한다. 이러한 경우, 실내로 유입된 태양광의 면적과 실내유입 총 일사량은 다음과 같이 산출될 수 있다.
실내로 유입된 태양광의 면적: 328cm * 420cm * 2 = 275520㎠
실내유입 총일사량: 275520 * 0.31 * 0.91 = 77724.192cal = 77.724kcal
상기의 일사량 산출은 상기 <표 1>의 직달 일사량 만을 기준으로 산출한 값이다.
한편, 태양광의 유리창 투과율(Tθ)은 입사각도에 따라 계산될 수 있으며 구체적인 수식은 다음과 같다.
Figure pat00001
여기서, 태양 입사각은 건물태양방위각과 고도각을 이용하여 구할 수 있다.
Figure pat00002
도 9은 실내 유입 면적과 침해 면적 산출 시 적용될 수 있는 건물 모델링 화면의 예시도이다.
실내유입면적과 침해면적을 산출하는 경우, 도 8에 도시된 바와 같이, 목표세대와 지형지물만 모델링하여 일조량, 일조시간, 일사량을 구하여 산출하고 목표세대와 일조권 분쟁이 있는 건물을 모델링하여 목표세대의 일조량, 일조시간, 일사량을 산출할 수 있다. 분쟁건물 전(도 8의 (a))과 후(도 8의 (b))의 산출 값을 일조량, 일조시간, 일사량 모두 비교함으로써 일조권 침해 여부를 판단하는데, 이는 분쟁 건물의 모델링 전후의 침해정도를 %로 나타낼 수 있다.
도 10 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 일조시간과 태양광 유입량 산출시 반영될수 있는 일조량 데이터의 예를 도시한 것이다.
도 10 및 도 11에 도시된 데이터는 지역별로 일조시간을 수십 년간 측정하여 정리하여 연월일로 일조시간, 일조율 등으로 나타낸 데이터이다. 첨부된 데이터에서 확인할 수 있듯이 지역에 따라 태양광의 일조율은 상이하다. 따라서, 목표 세대의 지역에 대응되는 일조율을 반영하여 태양광 유입량을 산출할 경우 실내 유입 시뮬레이션의 정확성을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 12는 일사량 산출시 반영될수 있는 서울기준 kcal/㎡/day 일사량데이터의 예를 도시한 것이다.
도 13은 태양광의 유입각에 따른 유리창의 투과율을 정리하여 나타낸 그래프의 예이다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 제어부 110: 지리정보 데이터베이스
112: 건물정보 데이터베이스 114: 도면 데이터베이스
116: 태양모듈정보 데이터베이스 120: 입출력부
130: 모델링부 140: 시뮬레이션부

Claims (10)

  1. 입력된 주소에 따라 기저장된 데이터를 이용하여 상기 주소에 대응되는 목표 세대의 3차원 구조를 모델링하는 모델링부;
    사용자가 선택한 기간의 날짜별 태양 방위와 고도의 변화값을 적용하여 상기 목표 세대의 실내 공간으로 유입되는 태양광의 형태를 시뮬레이션하는 시뮬레이션부; 및
    사용자 입력에 따라 상기 모델링부를 제어하여 상기 사용자가 선택한 상기 목표 세대의 3차원 구조를 모델링하고, 상기 사용자가 선택한 기간에 대응되는 상기 태양광의 형태가 시뮬레이션 되도록 상기 시뮬레이션부를 제어하며, 상기 시뮬레이션 결과에 따라 상기 태양광의 형태에 기초하여 상기 선택된 기간의 태양광의 유입량, 시간별 태양광의 중첩, 일사량 및 일조시간을 산출하는 제어부;
    를 포함하는 건물의 일조 특성 시뮬레이션 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모델링부는,
    상기 입력된 주소에 대응되는 건물의 도면정보에 기초하여 상기 목표 세대의 창호와 개구부의 위치 및 형태가 반영된 3차원 구조의 목표 세대를 모델링하는 것을 특징으로 하는 건물의 일조 특성 시뮬레이션 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 시뮬레이션부는,
    상기 목표 세대의 상기 창호 및 개구부의 위치 및 형태에 기초하여 상기 목표 세대의 실내로 유입되는 태양광의 형태를 2차원 및 3차원 중 적어도 어느 하나의 형태로 시뮬레이션하는 것을 특징으로 하는 건물의 일조 특성 시뮬레이션 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 시뮬레이션부는,
    상기 사용자가 선택한 기간에 대응되는 날짜의 시간별 태양 방위와 고도의 변화값을 적용하여 상기 실내로 유입되는 태양광의 형태를 시뮬레이션하는 것을 특징으로 하는 건물의 일조 특성 시뮬레이션 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 시뮬레이션부는,
    상기 실내로 유입되는 태양광을 차폐하는 주변 지형, 주변 시설물 및 상기 목표 세대 자체의 시설물을 적용하여 상기 실내로 유입되는 태양광의 형태를 시뮬레이션하는 것을 특징으로 하는 건물의 일조 특성 시뮬레이션 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 태양광이 유입되는 창호의 반사 및 투과 특성을 반영하여 상기 태양광의 유입량, 시간별 태양광의 중첩, 일사량 및 일조시간을 산출하는 것을 특징으로 하는 건물의 일조 특성 시뮬레이션 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 태양광이 유입되는 창호의 형태, 상기 태양광이 조사되는 실내 공간의 형태 및 상기 태양의 고도 변화값에 기초하여 상기 태양광이 유입되기 시작하는 시간, 상기 태양광의 유입이 종료되는 시간, 상기 태양광이 방해 없이 유입되는 시간, 상기 태양광의 적어도 일 영역이 차단된 상태로 유입되는 시간을 판단하여 상기 태양광의 유입량, 시간별 태양광의 중첩, 일사량 및 일조시간을 산출하는 것을 특징으로 하는 건물의 일조 특성 시뮬레이션 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 주소에 대응되는 지리정보가 저장된 지리정보 데이터베이스;
    상기 주소에 대응되는 건물의 구조정보가 저장된 건물정보 데이터베이스;
    상기 건물 내의 실내 공간의 도면이 저장된 도면 데이터베이스; 및
    위도와 경도에 따른 태양 방위와 고도 정보가 저장된 태양모듈정보 데이터베이스;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건물의 일조 특성 시뮬레이션 시스템.
  9. 입력된 주소에 따라 기저장된 데이터를 이용하여 상기 주소에 대응되는 목표 세대의 3차원 구조를 모델링하는 단계;
    사용자가 선택한 기간의 날짜별 태양 방위와 고도의 변화값을 적용하여 상기 목표 세대의 실내 공간으로 유입되는 태양광의 형태를 시뮬레이션하는 단계; 및
    상기 태양광의 형태에 기초하여 상기 선택된 기간에 상기 목표 세대의 실내로 유입되는 태양광의 유입량, 시간별 태양광의 중첩, 일사량 및 일조시간을 산출하는 단계;
    를 포함하는 건물의 일조 특성 시뮬레이션 시스템의 제어방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 태양광의 형태를 시뮬레이션하는 단계는, 상기 목표 세대의 창호와 개구부의 위치 및 형태와 상기 사용자가 선택한 기간의 태양방위와 고도의 변화값을 적용하여 상기 목표 세대의 실내로 유입되는 태양광의 형태를 시뮬레이션하는 단계를 포함하고;
    상기 태양광의 유입량 시간별 태양광의 중첩, 일사량 및 일조시간을 산출하는 단계는, 상기 태양광이 유입되는 창호의 반사 및 투과 특성을 반영하여 상기 태양광의 유입량, 시간별 태양광의 중첩, 일사량 및 일조시간을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건물의 일조 특성 시뮬레이션 시스템의 제어방법.
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KR101933876B1 (ko) 2018-12-31

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