건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적...

79
工學碩士學位 請求論文 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구 Experimental and Numerical Studies for Predicting of the Non Air-Conditioned Room Temperature and Moisture Content 2006년 2월 仁荷大學校 大學院 建築工學科(計劃專攻)

Transcript of 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적...

Page 1: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

工學碩士學位 請求論文

건물의 자연실온 수증기량 측을 한

실험 수치 연구

Experimental and Numerical Studies for Predicting

of the Non Air-Conditioned Room Temperature

and Moisture Content

2006년 2월

仁荷大學校 大學院

建築工學科(計劃 攻)

李 權

工學碩士學位 請求論文

건물의 자연실온 수증기량 측을 한

실험 수치 연구

Experimental and Numerical Studies for Predicting

of the Non Air-Conditioned Room Temperature

and Moisture Content

2006년 2월

指 敎授 徐 承 稷

이 論文을 工學碩士學位 論文으로 提出함

仁荷大學校 大學院

建築工學科(計劃 攻)

李 權

이 論文을 李 權의 碩士學位 論文으로 認定함

2006 年 2 月 24 日

主審 (인)

副審 (인)

委員 (인)

- 1 -

국문 요약

건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실험 수치 연구

仁 荷 大 學 校 大 學 院建 築 工 學 科

李 權

실내 쾌 과 련된 환경 요소인 습도는 온도 공기 질과 같은 쾌 변수

와 깊은 련이 있다고 할 수 있다 높은 습도는 건물 구성 재료의 부식과 같은

구조 문제를 야기하기 때문에 건물의 내구성을 제한하는 주요한 요소들 에

하나이며 건물 외피를 통한 습기 이동은 미생물의 성장과 같은 실내 공기질의

악화를 래할 수 있다 그러므로 실내에서 습기 문제를 해결하는 것은 건물의

내구성을 향상시키고 미생물과 곰팡이의 성장을 제한하고 쾌 한 환경을 제공

한다는 에서 반드시 필요하다

이에 본 연구에서는 자연 상태에서 건물의 자연 실온과 수증기량 변동을

측하기 한 수학 모델링을 제시하고 실측값을 이용해 구조체의 흡습량과

방습량에 의한 실내 수증기 발생량을 산정한 후 이를 통해 보다 정량 으로 자

연 실온과 수증기량을 측하고자 한다 한 이를 실제 사무소 건물에 용하

여 모델링의 타당성을 확인하고 자연 실온과 실내 수증기량 변동을 측함으로

써 건물에서의 습기 문제를 해결하는데 기 인 자료를 제공하고자 한다

본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다

1 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 상 습도는 외

기와 유사한 거동을 보 다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에

의한 수증기 달이 실내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라

고 할 수 있다

- 2 -

2 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 건물에서 실내 수증기량 상

습도의 측정값과 계산값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상

습도를 측하기 해서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수

있다

3 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온 측

정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차이를

보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무소 건물

에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산하기 해

서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한다

4 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량은 평균

1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s 다

5 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

6 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으로

간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오차는

0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

- 3 -

Abstract

Experimental and Numerical Studies for Predicting of the

Non Air-Conditioned Room Temperature

and Moisture Content

LEE DONG KWEONDepartment of Architectural Engineering

Graduate School of Inha University

Moisture in the building is associated with indoor comfortable variables

such as temperature and air quality Moisture damage is one of the most

important factors limiting a building`s service life because high moisture

level can cause metal corrosion wood decay and structure deterioration

In addition to the building`s construction damage moisture migration

through building envelops can lead to poor interior air qulity as high

ambient moisture levels result in microbial growth Consequently solving

moisture problem in the building is essential to improve a building service

life limit microbial growth and provide occupants with comfortable

environment

In this paper an accurate model of coupled heat and moisture transfer in

building envelops and indoor air a mathematical method in predicting indoor

moisture generation rate is developed The developed method can be served

as a useful tool in predicting indoor temperature and moisture content more

accurately Moreover to perform a validation of the proposed mathematical

method in predicting indoor temperature and moisture content we measured

a series of indoor temperature and moisture for the model building and real

- 4 -

office building

The results are as follows

1 In the case of assuming that indoor moisture generation rate is 0 the

trend of indoor moisture content and relative humidity follows those of the

ambient air It shows that moisture migration through ventilation is more

important factor than that through building envelops in predicting indoor

moisture content and relative humidity

2 In the case of assuming that indoor moisture generation rate is 0 the

calculated level of indoor moisture content and relative humidity is lower

than the measured level It shows that indoor moisture generation rate is the

important factor

3 In the case of assuming that there is a latent heat caused by indoor

moisture generation difference of indoor temperature between the calculated

and measured value is 07 for the model building 0 for the real office

building

4 Moisture generation rate caused by moisture absorption and desorption

of building materials and room goods is 1045times 10- 6 s for the model

building 794times 10- 6 s for the real office building

5 In the case of assuming that there is indoor moisture generation rate

difference of moisture content between the calculated and measured value is

10 for the model building 0 for the real office building The difference of

relative humidity is 2 for the model building 0 for the real office

building

- 5 -

6 In the case of assuming that indoor moisture generation rate is

constant as an average rate value difference of relative humidity between

the calculated and measured value is 0

In conclusion the importance of the effect of the indoor moisture

generation rate on accurately predicting indoor temperature and moisture

content for a building system has been demonstrated Finally In this paper

the model is validated in predicting indoor teperature moisture content and

relative humidity

- 6 -

- 목 차 -

제 1 장 서 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 1

11 연구 배경 목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 1

12 연구 범 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 2

제 2 장 비 고 찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 5

21 자연 실온 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 5

22 습기의 이론 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 6

221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 6

222 수분 달계수 (Liquid Transport Coefficients) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8

223 물질 달 (Mass Transfer) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 9

제 3 장 구조 체 실내 공 기의 열 습 기 평 형 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13

31 건물의 열수지 습기 평형 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13

32 구조체의 열 습기 평형식 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13

33 실내 공기의 열 습기 평형식 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 15

34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 16

- 7 -

제 4 장 측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

41 자연실온 수증기량 측정 실험 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

411 실험개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

412 측정 장비 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

413 모델 건물 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

42 비정상 자연실온 수증기량 해석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

421 비정상 자연실온 해석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

422 비정상 수증기량 해석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 22

423 수치해석 기본가정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 23

제 5 장 시 뮬 이션 결 과 분 석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

51 수치해석과 실험결과 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

511 벽체의 수직면 일사량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 26

513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 28

514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29

제 6 장 사 례 연구 (case study ) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33

- 8 -

61 실험개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33

62 수치해석과 실험결과의 분석 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 35

621 벽체의 수직면 일사량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 35

622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 36

623 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38

624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38

625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 41

제 7 장 결 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 43

참고 문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 45

부 록 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 46

자연실온 계산 로그램

실내 수증기량 상 습도 계산 로그램

- 9 -

- 표 목차 -

[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 7

[표 2] 흡입에 의한 수분 달 계수 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8

[표 3] 확산에 의한 수분 달 계수 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8

[표 4] 건물의 물성치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

[표 5] 평균 자연실온 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30

[표 6] 평균 수증기량 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31

[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 물성치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 34

[표 8] 평균 자연실온 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39

- 10 -

- 그 림 목차 -

[그림 1] 연구의 체 흐름도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 4

[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 5

[그림 3] 연 냉방도일 난방도일 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 6

[그림 4] 상 습도에 따른 재료의 함습량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 7

[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질 달 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 9

[그림 6] 물의 열 습기 수지 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13

[그림 7] 모델 건물 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 20

[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 22

[그림 10] 각 수직벽체의 일사량 계산 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 26

[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 27

[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 28

[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29

[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30

[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31

[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 32

[그림 18] 건물의 평면도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33

[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 34

- 11 -

[그림 20] 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 35

[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 36

[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 37

[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 37

[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38

[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39

[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40

[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40

[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 41

[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 42

- 12 -

Nomenclature

A 벽체 면 []

C 비열 [JK]

c 수증기량 []

dt 계산 시간 간격

D 수증기 확산 계수 [s]

G 수증기 발생량 [h]

H 증발 잠열 [J]

h t 표면 열 달 계수 [WK]

hm 표면 습기 달 계수 [ms]

m 질량 []

n 환기횟수 [회h]

p 압력 [kPa]

R 기체상수 [ 8314times10-2 barkmolK]

S 일사량[W]

T 온도 [K]

V 체 []

Greek Letters

α 흡수율

β 형태계수

ε 방사율

λ 열 도율 [WmK]

ρ 도(kg)

σ b 스테 볼츠만 상수 (567times10-8WK4)

- 13 -

Δt 계산 시간간격 [s]

Superscript

air 공기

in 실내

out 외부

Subscript

1hellipm (외부면 부터)

in 실내

n 자연실온

out 외부

set 설정온도

si 내표면

sky 천공

so 외표면

w 벽체

- 1 -

제 1 장 서 론

1 1 연구 배 경 목

오늘날 사람들의 생활은 부분 실내 공간에서 이루어지기 때문에 실내 공

간의 쾌 한 환경에 한 심이 날로 높아지고 있다 실내 쾌 과 련된 환경

요소로는 온도 습도 기류 MRT 공기 질 소음 빛 등이 있으며 이 에서도

습도는 온도 공기 질과 같은 쾌 변수와 깊은 련이 있다고 할 수 있다 높은

습도는 건물 구성 재료의 부식과 같은 구조 문제를 야기하기 때문에 건물의

내구성을 제한하는 주요한 요소들 에 하나이며 건물 외피를 통한 습기 이동

은 미생물의 성장과 같은 실내 공기질의 악화를 래할 수 있다 기존의 연구에

서 Spengler at al(1991)은 상 습도 70 이상이면 곰팡이가 성장할 수 있다고

제시했다 한 건축물 외피의 단열성능에도 습기는 많은 향을 미치며 실내

열 환경 평가에서도 습기에 의해 쾌 감이 크게 변한다 결과 으로 실내에서

습기 문제를 해결하는 것은 건물의 내구성을 향상시키고 미생물과 곰팡이의 성

장을 제한하고 쾌 한 환경을 제공한다는 에서 반드시 필요하다

그 지만 이와 같이 실내의 쾌 요소로서 습기의 요성에도 불구하고 습

기와 련된 연구는 많이 부족한 것이 사실이다 그 이유로는 부분의 건물 외

피는 다공질의 재료로 이루어져 있기 때문에 습기 달 과정이 매우 복잡한 형

태로 이루어지며 재료의 물성치에 한 연구도 미흡하기 때문이다 한 습기

문제는 열 달 습기 달 공기유동 화학 생물학 반응과 같은 복합 인 요

소의 작용으로 일어나기 때문에 이것을 총체 으로 이해해야 하는 어려움이 있

건물에서 습기 문제는 일반 으로 높은 실내 습도 수 과 건물 외피를 통한

수분과 습기의 이동 건물 구조체 내middot외부 결로 상의 결과이다 따라서 습도

문제는 실내 온도와 습도 외기 기상조건 건물 외피 구조와 큰 련을 갖는다

고 할 수 있다 외기 기상 조건은 일정하기 때문에 기존의 건물에서 습기에 의

- 2 -

한 문제를 방하기 해서는 실내 온도와 습도를 조 하는 것이 필수 이라

할 수 있다

실내 습기 발생원으로는 크게 인체를 비롯하여 인간의 생활 활동에 수반되

어 발생하는 습기와 건물을 구성하고 있는 다공질의 벽체나 실내에 놓여 있는

각종 물체의 흡middot방습성에 의해 발생하는 습기로 나 수 있다 자의 경우에는

주거 공간에서 취사middot세탁middot목욕middot난방에 의한 것이고 후자의 경우는 다공질의 재

료가 주변 공기의 상 습도가 상승하면 수분을 흡수하고 상 습도가 감소하면

역으로 수분을 방습하는 것이다

본 연구에서는 자연 상태에서 건물의 자연 실온과 수증기량 변동을 측하

기 한 수학 모델링을 제시하고 실측값을 이용해 구조체의 흡습량과 방습량

에 의한 실내 수증기 발생량을 산정한 후 이를 통해 보다 정량 으로 자연 실

온과 수증기량을 측하고자 한다 한 이를 실제 사무소 건물에 용하여 모

델링의 타당성을 확인하고 자연 실온과 실내 수증기량 변동을 측함으로써 건

물에서의 습기 문제를 해결하는데 기 인 자료를 제공하고자 한다

1 2 연구 방 법 범

본 연구에서는 건물의 비공조시 즉 자연상태에서 자연실온과 수증기량 변

동을 측하기 한 수학 모델링을 제시하고 건물 재료의 흡middot방습에 따른 실

내 수증기 발생량을 통해 실내 발생 잠열을 고려한 보다 정량 인 자연실온과

실내 수증기량을 측하고자 한다 따라서 콘크리트 단일 건물 에서 측정한 자

연실온 값과 수증기량을 시뮬 이션 값과 비교 분석을 통해 시뮬 이션의 타

당성을 평가하 다 한 실제 건물에 용 가능성을 평가하기 해 실제 사무

소 건축물에서 측정과 시뮬 이션을 수행하 다 본 연구에서 분석한 건물은

공조가 이루어지지 않고 재실자가 없는 단순한 모델이며 실제 공조가 이루어

지고 재실자가 존재하는 건물에 한 분석은 차후 연구 범 로 설정하 다

- 3 -

연구 방법으로는 모델 건물의 자연실온과 수증기량에 한 수치계산을 실시

하기 해 수치해석 로그램을 작성하여 실제 상황을 시뮬 이션 하 다 이

때 일사 외기온도 풍속 상 습도 등의 기후요소에 한 값들은 실측 데이터

를 이용하 다 단 수직 벽면에 입사하는 일사량은 수평면 일사량을 직산분

리하여 계산하는 로그램을 작성했고 수증기량에 련된 값은 습공기 계산식

과 이상기체 방정식을 이용하여 구하 다 한 작성한 로그램에 한 타당

성을 분석하기 해 모델 건물에 한 실증 실험을 실시하고 그 결과를 비교

분석하 다

실증 실험을 통하여 작성한 로그램을 타당성을 검증하 다 그리고 자연

실온과 수증기량 측 로그램을 이용하여 실제 건물의 용 가능성을 평가하

기 해 사무소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값을 비교 분석하고 타당성을

평가하 다

- 4 -

본 연구의 진행을 한 흐름은 그림 1과 같다

그 림 1 연구의 체 흐 름 도

- 5 -

제 2 장 비 고 찰

2 1 자연실온

냉난방을 하지 않은 건물 자체의 단열 축열 성능으로써 외기 조건과 차

별된 실내온도를 형성하게 되며 이를 건물의 자연실온이라고 말할 수 있다

그림 2 자연실온과 난방 냉방부하

그림 2는 건물에 자연실온을 용한 냉난방 부하 계산 개념도이다 외기온도

와 실내 설정온도의 차이로 계산된 부하와 비교할 때 동계의 경우 부하가 감소

하고 하계의 경우는 증가함을 보이고 있다 이는 부하계산시 외기 온도와 실내

설정온도와의 차이가 아닌 자연실온과의 차이로써 계산해 주어야 보다 정확한

부하를 산정할 수 있음을 의미한다

자연실온 용의 효과에 해 건물의 기간부하 계산법인 냉난방도일법에서

도 쉽게 확인할 수 있다 냉난방도일은 실내설정온도와 외기온도와의 차이에

냉난방일수를 곱하여 계산한다 그림 3은 연 냉난방 도일을 나타내는 것으로

서 이를 근거로 부하 계산을 할 경우 과 한 설비 용량과 에 지 소비량이 추

정될 수 있는 것이다 이러한 결과가 발생하는 것은 건물 구조체의 열 성능에

- 6 -

의한 향으로 비공조시에도 실내온도와 외기온도는 지 않은 차이가 있기 때

문이다1)

그림 3 연 냉방도일 난방도일

2 2 습 기의 이론 고 찰

2 2 1 재 료 의 흡 middot 방 습 기능 (Moisture Storage F unction)

다공질의 건축 재료에서 물 분자는 주변 공기와 평형상태에 도달할 때까지

모세 상에 의해 재료의 공극에 채워진다 평형 함수율이란 고체 재료를 일

정한 온습도의 습한 공기 속에 장시간 놓아두고 주변 공기와 평형이 될 때의

재료의 함수율을 말하는데 재료의 흡middot방습 능력에 큰 향을 미치는 인자이다

평형 함수율은 온도와 습도에 의해 변하지만 상온의 범 (0~40)에서는 상

습도에 의해 결정되며 습도 역(30~70)에서는 거의 직선으로 간주할 수

있다

1) 윤성훈 2004건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학원 건축공학과

(계획 공) 2001 2

- 7 -

그림 4 상 습도에 따른 재료의 함습량

그림 4는 상 습도에 따른 재료의 함습량 곡선을 나타낸다 액체 상태의 물

에 하고 있는 재료내의 공극은 포화 wf까지 수분으로 채워질 것이다

이 수분양 wf는 상 습도 100에서 재료의 함습량이다 공극 내부에서 발

생하는 공기 때문에 다공률[]에 의해 결정되는 최 함습량 w max 값보

다 wf값은 다 wf

를 과하는 수분의 양은 벽체 내의 온도 구배에 의해 결

로를 발생시킬 수 있다

표 1 콘크리트 재료의 함습량

- 8 -

표 1은 상 습도에 따른 콘크리트 재료의 합습량을 나타낸다 상 습도가

증가함에 따라 재료의 함습량은 증가하는 것을 알 수 있다 여러 재료의 평형

함습량 곡선은 흡습과정과 방습과정에서 평형 함습량이 다른 경우가 있으며

이러한 상을 자기이력 상이라고 한다 그러나 흡습량과 방습량의 오차는

은 값이기 때문에 무시할 수 있다

상 습도[] 0 33 43 63 80 85 93 100

함습량[] 0 23 26 44 53 55 85 175

2 2 2 수분 달 계 수 (L iq uid Transport Coefficients)

다공질의 재료에서 습기 달 메커니즘은 모세 수분 달이지만 건축 재

료에서 수분 달을 확산 상으로 간주하는 것이 일반 이다 건축 재료에서

수분 메커니즘은 크게 두 가지로 나 수 있다

bull 흡입에 의한 수분 달 건축 재료가 강수로 인해 표면이 완 히 젖었을

때 모세 상에 의해 수분이 달된다

bull 확산에 의한 수분 달 공극에 축 된 수분은 강우가 멈췄을 때 확산에

의해 달된다

확산에 의한 수분 달은 천천히 이루어지기 때문에 확산에 의한 수분 달

계수는 일반 으로 흡입에 의한 수분 달 계수 값보다 다

다음 표2 표3은 콘크리트의 흡입과 확산에 의한 수분 달 계수를 나타낸

- 9 -

표 2 흡입에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 140 157 175

습기 달계수[s] 3times 10- 10 8times 10

- 9 2times 10- 8 3times 10

- 8 5times 10- 8 2times 10

- 7

표 3 확산에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 122 140 157 175

습기 달계수[s]2times

10- 11

2times

10- 10

25times

10- 10

13times

10- 9

72times

10- 9 2times 10 - 8 7times 10 - 8

2 2 3 물질 달 (Mass Transfer)

혼합물에서 어떤 화합물질의 농도 차이에 의해 물질이 이동하는 것을 물질

달이라고 한다 온도 기울기에 의해 열 달이 일어나는 것과 마찬가지로 물

질 달에서는 화학물질의 농도 기울기가 물질의 이동을 일으킨다 건조 공기로

수증기가 확산되는 것도 물질 달의 한 라고 할 수 있다

그림 5는 기체 혼합물의 확산에 의한 물질 달을 나타낸다 서로 다른 기체

가 같은 온도와 압력 상태에서 칸막이로 분리된 챔버를 고려해보자 칸막이가

제거된다면 기체는 확산에 의해 달될 것이다 더 큰 농도는 체 당 더 많은

분자수가 있다는 것을 의미한다 x축을 따라 기체 A의 농도가 감소하는 반면

기체 B의 농도는 증가할 것이다 물질 달은 농도 방향으로 일어나기 때문

에 기체 A는 오른편으로 기체 B는 왼편으로 이동할 것이다 충분한 시간이 경

과한 후에 A와 B의 농도는 균일해질 것이다

- 10 -

그림 5 혼합기체에서 확산에 의한 물질 달

물질 달은 기체에서 뿐만 아니라 액체와 고체에서도 일어난다 그러나

질 달은 분자 간격에 큰 향을 받기 때문에 확산은 기체 액체 고체의 순

서로 빠르게 일어난다

1 ) 물질 A의 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(1)과 같이 나

타낼 수 있다

ρ A=mAV

(1)

혼합물의 체 농도는 각각의 물질 농도를 합한 값과 같고 식(2)와 같이 나

타낼 수 있다

ρ= sumn

i=1ρ i (2)

혼합물에서 물질 A의 양은 mass fraction이며 식 (3)과 같이 나타낼 수 있다

- 11 -

wA=ρAρ

(3)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (4)와 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1wi=1 (4)

2) 물질 A의 몰 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(5)와 같이

나타낼 수 있다

c A=n AV

=m AM A

V=

ρ A

M A

(5)

혼합물의 체 몰 농도는 각각의 물질 몰 농도를 합한 값과 같고 식(6)와 같이

나타낼 수 있다

c= sumn

i=1c i

(6)

혼합물에서 물질 A의 양은 mole fraction이며 식 (7)과 같이 나타낼 수 있다

x i=c ic

(7)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (8)과 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1x i=1 (8)

- 12 -

3 ) 이상 기체 방 정 식

이상기체 혼합물에서 어떤 성분의 농도 와 몰 농도는 이상기체 법칙을 통해

그 성분의 부분 압력과 련된다 식(9)와 식(10)은 어떤 성분의 농도와 몰 농도

를 나타낸다

ρ i=p iR iT

(9)

Ci=p iRT

(10)

여기서 Ri는 물질 i의 기체 상수이고 R은 universal 기체 상수이다

4) F ick ` L aw

농도구배가 존재하는 계에서 물질은 분자의 움직임에 의한 확산속도를 갖

고 이때 발생하는 물질 달량은 농도구배(농도차거리)에 비례한다 식 (11)은

몰 달량를 식(12)는 도 달량를 나타낸다

J A z=-DABdcAdz

=- cDABdyAdz

(11)

j A z=-DABdρAdz

=-ρDABdwAdz

(12)

여기서 DAB는 혼합 물질에서 어떤 성분의 확산 계수를 나타내는데 차원은

다음과 같다

[ MoleL 2t ]= [ X ]

[ MoleL 3 ][ L ]

- 13 -

there4 [ X ]= [ L2

t ] 는 s

제 3 장

구조 체 실내 공 기의 열 습 기 평 형

3 1 건물의 열 수지 습 기 평 형

그림 6은 모델 건물의 열평형 방정식과 습기평형 방정식을 수립하기 한

개념도를 나타낸다 건물 외표면에는 일사의 유입과 외기와의 류 열 달

- 14 -

류 습기 달 천공과의 복사열교환 등이 작용하며 바닥에서는 지면으로부터의

열 도 습기 도가 일어나게 된다 내부에서는 실내공기와의 류 열 달

류 습기 달이 일어난다 한 인체 기기 발열 조명 발열 거주자 활동에

의한 수증기 발생이 존재하지만 비거주 공간을 상으로 삼았기 때문에 이에

한 부분은 고려하지 않았다

그림 6 건물의 열 습기 수지

3 2 구조 체 의 열 습 기 평 형식

자연실온 수증기량 해석을 한 건물 시스템은 크게 건물 벽체와 실내공

기로 나 어진다 수학 모델링의 과정은 다음과 같은 과정으로 일반화 된다

(1) 건물 외피에서 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (2) 건물 외피와 실

내 공기 사이에서의 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (3) 수치해석을

통해 경계조건으로 표 되는 외부 기상조건에 따른 비정상상태의 실내 자연실

온과 수증기량을 구한다

각 구조체의 1차원 열 달 방정식 습기 달 방정식 은 식 (13) 식 (14)

와 같다

- 15 -

ρw c pwpartTwpart t

=partpart x ( λw

partTwpartx ) (13)

part c wpart t

=partpartx (Dw

part c wpartx ) (14)

이질 재료의 층과 층 사이( x= n)에서 열과 습기 달은 다음과 같이 나타

낼 수 있다

λ1w

partT 1w

partx |x= n

=λ2w

partT 2w

partx |x= n

(15)

T1w | x= n=T

2w | x= n (16)

D1w

partc1w

partx |x= n

=D2w

partc2w

partx |x= n

(17)

c1w | x= n= c

2w | x= n (18)

구조체의 외표면 실내측에 한 경계조건은 다음과 같이 설정할 수 있다

λ wpartT w

partx |x= 0

=houttw (T out-T so)+αS+( 1+cosβ

2 ) σ ε(T sky4-T so

4)

(19)

λwpartTwpartx |

x= M=h intw (T in-T si)

(20)

- 16 -

Dwpart cwpart x |

x= 0=h

outmw (c out-c so) (21)

Dwpart cwpart x |

x= M=h

inmw (c in-c si) (22)

Lewis Relation은 외표면과 내표면 습기 달계수 houtmw h inmw

을 결정하기

하여 이용될 수 있다

h m=hT

ρ airCairp

(23)

3 3 실내 공 기의 열 습 기 평 형식

실내공기의 열평형식 습기 평형식은 각각 식(24) 식(25)와 같다

V ρ a c pad T in

d t=Q 1+Q 2+Q 3+Q 4

(24)

Q 1 벽체로부터의 열 달량[W]

Q 2 환기에 의한 열 달량[W]

Q 3 실내 수증기 증발 잠열량 [W]

Q 4 인체 조명 기기로부터의 발열량[W]

Vd c ind t

=M 1+M 2+M 3 (25)

M 1 벽체로부터의 수증기 달량 [kgs]

M 2 환기에 의한 수증기 달량 [kgs]

M 3 실내 수증기 발생량 [kgs]

- 17 -

식(24)는 실내 공기 온도에 한 열평형식으로 본 연구에서의 상 모델은

비거주 공간이므로 Q 4는 고려하지 않았다 한 재료의 흡middot방습에 의한 잠열

이 실내 온도에 미치는 향을 평가하기 해 Q 3를 고려한 경우와 Q 3

를 고려

하지 않은 경우로 나 어 분석하 다

식(25)는 실내 공기 수증기량에 한 습기평형식으로 M 3는 실내 수증기 발

생량을 나타내는데 이는 거주자의 취사 목욕 세탁 난방 등의 활동에 의한 수

증기 발생과 재료의 흡middot방습에의한 발생으로 크게 나 어 볼 수 있다 본 연구

에의 상 모델은 비거주 공간이므로 거주자의 활동에 의한 수증기 발생량은

고려하지 않고 재료의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량만을 분석하 다

3 4 실내 수증기 발 생 량

식(25)는 다음과 같이 표 할 수 있다

M 3=Vd c ind t

-M 1-M 2

(26)

실내 수증기 발생량 M 3를 구하기 해 시간에 따른 실내 수증기량의 미분

값인 dc indt

의 값을 구해야 한다 그러나 실내 수증기량의 직 미분은 미분값

이 불안정할 수 있다 수증기 발생원이 수증기를 방출할 때 발생량은 지수

으로 증가하고 방출을 멈췄을 때는 지수 으로 감소한다 Bennett et al은 포

름알데히드 측정을 하여 측정한 농도 데이터로부터 포르알데히드 방사량을

평가하기 하 로그램을 개발했다 Stirling interpolation polynomial fitting

이 오염물 농도를 미분하는데 이용된다 이와 유사한 방법을 이용하여 실내 수

증기량 c in은 Stirling interpolation polynomial fitting에 의해 미분된다

Stirling interpolation polynomial은 Gauss interpolation의 진과 후진의 평균

값으로 구한다

- 18 -

방정식에 다른 하나의 미지값은 건물 외피와 실내 공기와의 습기 달량인

비정상 습기 달량 M 1 값이다 기존의 연구에서 M 1

의 평균값은 003times 10- 6

[middotmiddots]으로 은 값이므로 실내 습기 발생량 M 3을 구하기 해 M 1

의 값은

0으로 가정한다

식 (27)은 실내 수증기 발생량을 구하기 해 측정한 수증기량 데이터를

Stirling polynomial 방법을 이용하여 미분하는 식을 나타낸다

[dc indt ]

t= t o

=1Δt (

Δc in-1+Δc in02

-16

Δ3c in-2+Δ

3c in-1

2

+130

Δ5c in-3+Δ

5c in-2

2+⋯) (27)

- 19 -

제 4 장

측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석

4 1 자연실온 수증기량 측정 실험

4 1 1 실험개 요

건물의 자연실온 수증기량 로그램의 타당성을 분석하기 하여 철근

콘크리트 건물에 측정 장비를 설치하고 실증 실험을 실시하 다 한 로그

램의 실제 건물 용 가능성을 평가하기 해 사무소 건물에서 실험을 실시하

다 철근 콘크리트 건물 모델은 주변과의 복사 향을 최소화하고 외부 건물

에 의한 일 의 향을 받지 않는 인천의 I 학교에 치하고 있다 사무소 건

물은 인천에 치하고 있으며 인 실의 향을 최소화하기 해 옥상의 독립

된 공간에서 실험을 실시하 다 실험 건물 모델은 거주 공간이 아니기 때문에

실내에서 발생되는 열과 수증기량은 0으로 간주된다 철근 콘크리트 건물 모델

에서 실험은 여름철인 2005년 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 고 사

무소 건물에서는 2005년 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시하 다

- 20 -

그림 7 모델 건물

4 1 2 측정 장 비

실험모델에 한 수평면 일사량 외기온도 상 습도 풍속 등의 기상 데이

터를 10분 간격으로 측정하 다 수평면 일사량 측정은 인천의 I 학교 옥상

에 설치된 자동 기상 측기 DAV16 를 사용하 다 수평면 일사량은 직산분

리 계산식을 사용하여 각 방 의 수직 벽면 일사량으로 환산되고 외기온도와

상 습도는 습공기 계산식을 통해 수증기량으로 환산된다

건물 모델 내부 공기 온도 상 습도 수증기량은 TH-CALC 8722 사용하여

10분 간격으로 측정하 다

4 1 3 모 델 건물

철근 콘크리트 건물 모델의 크기는 17mtimes17mtimes21m로 두께 015m의 단일

재료이고 방 는 정남향이다 표 4는 건물의 물성치를 나타낸다

- 21 -

표 4 건물의 물성치

열 도율 14 [WmK]

비열 880 [JkgK]

도 2100 [kg]

투습율 47 [ng(smPa)]

두께 015 [m]

4 2 비 정 상 자연실온 수증기량 해 석

4 2 1 비 정 상 자연실온 해 석

그림 8 다층벽의 열수지 차분계산 모델

그림 8은 다층벽의 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이에 있는

경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하면 경계면 m 에서의 계산식은

- 22 -

m-Δx L2~ m-Δx R2의 열용량이 m 에 집 하고 m-1~ m 사이와

m~ m+1 사이의 열 항을 각각 RL RR이라 하면 구조체 내부 각 층의 온

도에 한 차분식은 식 (28)과 같다

Tm-Tm

Δt | m= 105(CAPL+CAPR) 1

RR(T

m+1 -T

m)-

1RL

(Tm-T

m-1 )

(28)

여기서

CAPL= c L ρ LΔxL (29)

CAPR= c R ρ RΔxR (30)

RL=ΔxLλL

(31)

RR=

ΔxRλR

(32)

외표면 경계조건(m=0)은 일사 외기와의 류열 달 그리고 천공과의 복

사열 교환에 의한 유효복사량이며 식 (33)과 같다

+( 1+cosβ2 ) σ ε(T sky

4-(Tso )

4)-

1RL

(T so+1 -T

so))

(33)

내표면 경계조건(m=M)은 식 (34)와 같으며 각 벽체간의 온도 차이가 크지

않기 때문에 내부 복사열 교환은 생략하고 실내공기와의 류열 달만 있는

것으로 하 다

T si-Tsi

Δt |m= M

=1

05 C AP R (h intw (T si-T in)-

1R R

(T si-1-Tsi))

(34)

- 23 -

실내 공기온도 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 류열 달 환기

에 의한 열 달 잠열부하량을 고려하 으며 열 수지식은 식 (35)와 같다

T in-T

in

Δt=

1c aρ aV

(Q 1+Q 2+Q 3+Q 4)

(35)

여기서 Q 1은 구조체로부터의 열 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로부

터의 류열 달만을 고려하 으며 식(36)과 같다

Q 1= hintw sum

6

k= 1AkT si k

(36)

Q 2는 환기에 의한 열 달량을 나타내며 식(37)과 같다

Q 2= nV c aρ a(Tout-T in)

(37)

Q 3는 실내 수증기 발생량에 따른 실내 증발잠열량을 나타내며 식(38)과 같다

Q 3=HtimesGtimesVtimes1

3600 (38)

4 2 2 비 정 상 수증기량 해 석

- 24 -

그림 9 다층벽의 습기평형 차분계산 모델

그림 9는 다층벽의 습기평형 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이

에 있는 경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하며 구조체 내부 각 층의 습

기에 한 차분식은 식 (39)와 같다

cm-cm

Δt | m= 105(Δx L+Δ xR)

DwRΔx R

(cm+1 -c

m)-

DwLΔxL

(cm-c

m-1 )

(39)

외표면 경계조건(m=0)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계수

를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(40)과 같다

c so-cso

Δt |m= 0

=1

05ΔxL ( h outmw (c out-cso)-

DwLΔxL

(c so+1 -cso) )

(40)

내표면 경계조건(m=M)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계

수를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(41)과 같다

c si-c

si

Δt |m= M

=1

05ΔxR ( h inmw (c in-csi)-

DwRΔxR

(csi-1 -csi) )

(41)

- 25 -

실내 수증기량 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 습기 달계수 환

기에 의한 습기 달 실내 습기발생량을 고려하 으며 습기 평형식은 식(42)과

같다

c in-cin

Δt=

1V

(M 1+M 2+M 3)

(42)

여기서 M 1은 구조체로부터의 습기 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로

부터의 류습기 달만을 고려하 으며 식(43)과 같다

M 1= hinmw sum

6

k= 1Ak c si k

(43)

M 2는 환기에 의한 습기 달량을 나타내며 식(44)와 같다

M 2=nV (c out-c in)

(44)

M 3는 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 나타낸다

4 2 3 수치해 석 기본 가 정

본 수치 모델의 해석에 한 기본가정은 다음과 같다

(1) 벽체 지붕 바닥의 열 달 습기 달은 두께 방향의 1차원으로 보며 각

부 재료는 동일하다

(2) 실내공간을 단일 존으로 보고 실내온도와 수증기량은 치에 해 일정하

다고 본다

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 2: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

工學碩士學位 請求論文

건물의 자연실온 수증기량 측을 한

실험 수치 연구

Experimental and Numerical Studies for Predicting

of the Non Air-Conditioned Room Temperature

and Moisture Content

2006년 2월

指 敎授 徐 承 稷

이 論文을 工學碩士學位 論文으로 提出함

仁荷大學校 大學院

建築工學科(計劃 攻)

李 權

이 論文을 李 權의 碩士學位 論文으로 認定함

2006 年 2 月 24 日

主審 (인)

副審 (인)

委員 (인)

- 1 -

국문 요약

건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실험 수치 연구

仁 荷 大 學 校 大 學 院建 築 工 學 科

李 權

실내 쾌 과 련된 환경 요소인 습도는 온도 공기 질과 같은 쾌 변수

와 깊은 련이 있다고 할 수 있다 높은 습도는 건물 구성 재료의 부식과 같은

구조 문제를 야기하기 때문에 건물의 내구성을 제한하는 주요한 요소들 에

하나이며 건물 외피를 통한 습기 이동은 미생물의 성장과 같은 실내 공기질의

악화를 래할 수 있다 그러므로 실내에서 습기 문제를 해결하는 것은 건물의

내구성을 향상시키고 미생물과 곰팡이의 성장을 제한하고 쾌 한 환경을 제공

한다는 에서 반드시 필요하다

이에 본 연구에서는 자연 상태에서 건물의 자연 실온과 수증기량 변동을

측하기 한 수학 모델링을 제시하고 실측값을 이용해 구조체의 흡습량과

방습량에 의한 실내 수증기 발생량을 산정한 후 이를 통해 보다 정량 으로 자

연 실온과 수증기량을 측하고자 한다 한 이를 실제 사무소 건물에 용하

여 모델링의 타당성을 확인하고 자연 실온과 실내 수증기량 변동을 측함으로

써 건물에서의 습기 문제를 해결하는데 기 인 자료를 제공하고자 한다

본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다

1 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 상 습도는 외

기와 유사한 거동을 보 다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에

의한 수증기 달이 실내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라

고 할 수 있다

- 2 -

2 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 건물에서 실내 수증기량 상

습도의 측정값과 계산값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상

습도를 측하기 해서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수

있다

3 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온 측

정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차이를

보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무소 건물

에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산하기 해

서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한다

4 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량은 평균

1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s 다

5 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

6 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으로

간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오차는

0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

- 3 -

Abstract

Experimental and Numerical Studies for Predicting of the

Non Air-Conditioned Room Temperature

and Moisture Content

LEE DONG KWEONDepartment of Architectural Engineering

Graduate School of Inha University

Moisture in the building is associated with indoor comfortable variables

such as temperature and air quality Moisture damage is one of the most

important factors limiting a building`s service life because high moisture

level can cause metal corrosion wood decay and structure deterioration

In addition to the building`s construction damage moisture migration

through building envelops can lead to poor interior air qulity as high

ambient moisture levels result in microbial growth Consequently solving

moisture problem in the building is essential to improve a building service

life limit microbial growth and provide occupants with comfortable

environment

In this paper an accurate model of coupled heat and moisture transfer in

building envelops and indoor air a mathematical method in predicting indoor

moisture generation rate is developed The developed method can be served

as a useful tool in predicting indoor temperature and moisture content more

accurately Moreover to perform a validation of the proposed mathematical

method in predicting indoor temperature and moisture content we measured

a series of indoor temperature and moisture for the model building and real

- 4 -

office building

The results are as follows

1 In the case of assuming that indoor moisture generation rate is 0 the

trend of indoor moisture content and relative humidity follows those of the

ambient air It shows that moisture migration through ventilation is more

important factor than that through building envelops in predicting indoor

moisture content and relative humidity

2 In the case of assuming that indoor moisture generation rate is 0 the

calculated level of indoor moisture content and relative humidity is lower

than the measured level It shows that indoor moisture generation rate is the

important factor

3 In the case of assuming that there is a latent heat caused by indoor

moisture generation difference of indoor temperature between the calculated

and measured value is 07 for the model building 0 for the real office

building

4 Moisture generation rate caused by moisture absorption and desorption

of building materials and room goods is 1045times 10- 6 s for the model

building 794times 10- 6 s for the real office building

5 In the case of assuming that there is indoor moisture generation rate

difference of moisture content between the calculated and measured value is

10 for the model building 0 for the real office building The difference of

relative humidity is 2 for the model building 0 for the real office

building

- 5 -

6 In the case of assuming that indoor moisture generation rate is

constant as an average rate value difference of relative humidity between

the calculated and measured value is 0

In conclusion the importance of the effect of the indoor moisture

generation rate on accurately predicting indoor temperature and moisture

content for a building system has been demonstrated Finally In this paper

the model is validated in predicting indoor teperature moisture content and

relative humidity

- 6 -

- 목 차 -

제 1 장 서 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 1

11 연구 배경 목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 1

12 연구 범 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 2

제 2 장 비 고 찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 5

21 자연 실온 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 5

22 습기의 이론 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 6

221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 6

222 수분 달계수 (Liquid Transport Coefficients) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8

223 물질 달 (Mass Transfer) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 9

제 3 장 구조 체 실내 공 기의 열 습 기 평 형 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13

31 건물의 열수지 습기 평형 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13

32 구조체의 열 습기 평형식 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13

33 실내 공기의 열 습기 평형식 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 15

34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 16

- 7 -

제 4 장 측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

41 자연실온 수증기량 측정 실험 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

411 실험개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

412 측정 장비 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

413 모델 건물 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

42 비정상 자연실온 수증기량 해석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

421 비정상 자연실온 해석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

422 비정상 수증기량 해석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 22

423 수치해석 기본가정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 23

제 5 장 시 뮬 이션 결 과 분 석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

51 수치해석과 실험결과 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

511 벽체의 수직면 일사량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 26

513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 28

514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29

제 6 장 사 례 연구 (case study ) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33

- 8 -

61 실험개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33

62 수치해석과 실험결과의 분석 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 35

621 벽체의 수직면 일사량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 35

622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 36

623 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38

624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38

625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 41

제 7 장 결 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 43

참고 문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 45

부 록 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 46

자연실온 계산 로그램

실내 수증기량 상 습도 계산 로그램

- 9 -

- 표 목차 -

[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 7

[표 2] 흡입에 의한 수분 달 계수 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8

[표 3] 확산에 의한 수분 달 계수 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8

[표 4] 건물의 물성치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

[표 5] 평균 자연실온 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30

[표 6] 평균 수증기량 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31

[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 물성치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 34

[표 8] 평균 자연실온 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39

- 10 -

- 그 림 목차 -

[그림 1] 연구의 체 흐름도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 4

[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 5

[그림 3] 연 냉방도일 난방도일 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 6

[그림 4] 상 습도에 따른 재료의 함습량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 7

[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질 달 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 9

[그림 6] 물의 열 습기 수지 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13

[그림 7] 모델 건물 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 20

[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 22

[그림 10] 각 수직벽체의 일사량 계산 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 26

[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 27

[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 28

[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29

[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30

[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31

[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 32

[그림 18] 건물의 평면도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33

[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 34

- 11 -

[그림 20] 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 35

[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 36

[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 37

[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 37

[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38

[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39

[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40

[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40

[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 41

[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 42

- 12 -

Nomenclature

A 벽체 면 []

C 비열 [JK]

c 수증기량 []

dt 계산 시간 간격

D 수증기 확산 계수 [s]

G 수증기 발생량 [h]

H 증발 잠열 [J]

h t 표면 열 달 계수 [WK]

hm 표면 습기 달 계수 [ms]

m 질량 []

n 환기횟수 [회h]

p 압력 [kPa]

R 기체상수 [ 8314times10-2 barkmolK]

S 일사량[W]

T 온도 [K]

V 체 []

Greek Letters

α 흡수율

β 형태계수

ε 방사율

λ 열 도율 [WmK]

ρ 도(kg)

σ b 스테 볼츠만 상수 (567times10-8WK4)

- 13 -

Δt 계산 시간간격 [s]

Superscript

air 공기

in 실내

out 외부

Subscript

1hellipm (외부면 부터)

in 실내

n 자연실온

out 외부

set 설정온도

si 내표면

sky 천공

so 외표면

w 벽체

- 1 -

제 1 장 서 론

1 1 연구 배 경 목

오늘날 사람들의 생활은 부분 실내 공간에서 이루어지기 때문에 실내 공

간의 쾌 한 환경에 한 심이 날로 높아지고 있다 실내 쾌 과 련된 환경

요소로는 온도 습도 기류 MRT 공기 질 소음 빛 등이 있으며 이 에서도

습도는 온도 공기 질과 같은 쾌 변수와 깊은 련이 있다고 할 수 있다 높은

습도는 건물 구성 재료의 부식과 같은 구조 문제를 야기하기 때문에 건물의

내구성을 제한하는 주요한 요소들 에 하나이며 건물 외피를 통한 습기 이동

은 미생물의 성장과 같은 실내 공기질의 악화를 래할 수 있다 기존의 연구에

서 Spengler at al(1991)은 상 습도 70 이상이면 곰팡이가 성장할 수 있다고

제시했다 한 건축물 외피의 단열성능에도 습기는 많은 향을 미치며 실내

열 환경 평가에서도 습기에 의해 쾌 감이 크게 변한다 결과 으로 실내에서

습기 문제를 해결하는 것은 건물의 내구성을 향상시키고 미생물과 곰팡이의 성

장을 제한하고 쾌 한 환경을 제공한다는 에서 반드시 필요하다

그 지만 이와 같이 실내의 쾌 요소로서 습기의 요성에도 불구하고 습

기와 련된 연구는 많이 부족한 것이 사실이다 그 이유로는 부분의 건물 외

피는 다공질의 재료로 이루어져 있기 때문에 습기 달 과정이 매우 복잡한 형

태로 이루어지며 재료의 물성치에 한 연구도 미흡하기 때문이다 한 습기

문제는 열 달 습기 달 공기유동 화학 생물학 반응과 같은 복합 인 요

소의 작용으로 일어나기 때문에 이것을 총체 으로 이해해야 하는 어려움이 있

건물에서 습기 문제는 일반 으로 높은 실내 습도 수 과 건물 외피를 통한

수분과 습기의 이동 건물 구조체 내middot외부 결로 상의 결과이다 따라서 습도

문제는 실내 온도와 습도 외기 기상조건 건물 외피 구조와 큰 련을 갖는다

고 할 수 있다 외기 기상 조건은 일정하기 때문에 기존의 건물에서 습기에 의

- 2 -

한 문제를 방하기 해서는 실내 온도와 습도를 조 하는 것이 필수 이라

할 수 있다

실내 습기 발생원으로는 크게 인체를 비롯하여 인간의 생활 활동에 수반되

어 발생하는 습기와 건물을 구성하고 있는 다공질의 벽체나 실내에 놓여 있는

각종 물체의 흡middot방습성에 의해 발생하는 습기로 나 수 있다 자의 경우에는

주거 공간에서 취사middot세탁middot목욕middot난방에 의한 것이고 후자의 경우는 다공질의 재

료가 주변 공기의 상 습도가 상승하면 수분을 흡수하고 상 습도가 감소하면

역으로 수분을 방습하는 것이다

본 연구에서는 자연 상태에서 건물의 자연 실온과 수증기량 변동을 측하

기 한 수학 모델링을 제시하고 실측값을 이용해 구조체의 흡습량과 방습량

에 의한 실내 수증기 발생량을 산정한 후 이를 통해 보다 정량 으로 자연 실

온과 수증기량을 측하고자 한다 한 이를 실제 사무소 건물에 용하여 모

델링의 타당성을 확인하고 자연 실온과 실내 수증기량 변동을 측함으로써 건

물에서의 습기 문제를 해결하는데 기 인 자료를 제공하고자 한다

1 2 연구 방 법 범

본 연구에서는 건물의 비공조시 즉 자연상태에서 자연실온과 수증기량 변

동을 측하기 한 수학 모델링을 제시하고 건물 재료의 흡middot방습에 따른 실

내 수증기 발생량을 통해 실내 발생 잠열을 고려한 보다 정량 인 자연실온과

실내 수증기량을 측하고자 한다 따라서 콘크리트 단일 건물 에서 측정한 자

연실온 값과 수증기량을 시뮬 이션 값과 비교 분석을 통해 시뮬 이션의 타

당성을 평가하 다 한 실제 건물에 용 가능성을 평가하기 해 실제 사무

소 건축물에서 측정과 시뮬 이션을 수행하 다 본 연구에서 분석한 건물은

공조가 이루어지지 않고 재실자가 없는 단순한 모델이며 실제 공조가 이루어

지고 재실자가 존재하는 건물에 한 분석은 차후 연구 범 로 설정하 다

- 3 -

연구 방법으로는 모델 건물의 자연실온과 수증기량에 한 수치계산을 실시

하기 해 수치해석 로그램을 작성하여 실제 상황을 시뮬 이션 하 다 이

때 일사 외기온도 풍속 상 습도 등의 기후요소에 한 값들은 실측 데이터

를 이용하 다 단 수직 벽면에 입사하는 일사량은 수평면 일사량을 직산분

리하여 계산하는 로그램을 작성했고 수증기량에 련된 값은 습공기 계산식

과 이상기체 방정식을 이용하여 구하 다 한 작성한 로그램에 한 타당

성을 분석하기 해 모델 건물에 한 실증 실험을 실시하고 그 결과를 비교

분석하 다

실증 실험을 통하여 작성한 로그램을 타당성을 검증하 다 그리고 자연

실온과 수증기량 측 로그램을 이용하여 실제 건물의 용 가능성을 평가하

기 해 사무소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값을 비교 분석하고 타당성을

평가하 다

- 4 -

본 연구의 진행을 한 흐름은 그림 1과 같다

그 림 1 연구의 체 흐 름 도

- 5 -

제 2 장 비 고 찰

2 1 자연실온

냉난방을 하지 않은 건물 자체의 단열 축열 성능으로써 외기 조건과 차

별된 실내온도를 형성하게 되며 이를 건물의 자연실온이라고 말할 수 있다

그림 2 자연실온과 난방 냉방부하

그림 2는 건물에 자연실온을 용한 냉난방 부하 계산 개념도이다 외기온도

와 실내 설정온도의 차이로 계산된 부하와 비교할 때 동계의 경우 부하가 감소

하고 하계의 경우는 증가함을 보이고 있다 이는 부하계산시 외기 온도와 실내

설정온도와의 차이가 아닌 자연실온과의 차이로써 계산해 주어야 보다 정확한

부하를 산정할 수 있음을 의미한다

자연실온 용의 효과에 해 건물의 기간부하 계산법인 냉난방도일법에서

도 쉽게 확인할 수 있다 냉난방도일은 실내설정온도와 외기온도와의 차이에

냉난방일수를 곱하여 계산한다 그림 3은 연 냉난방 도일을 나타내는 것으로

서 이를 근거로 부하 계산을 할 경우 과 한 설비 용량과 에 지 소비량이 추

정될 수 있는 것이다 이러한 결과가 발생하는 것은 건물 구조체의 열 성능에

- 6 -

의한 향으로 비공조시에도 실내온도와 외기온도는 지 않은 차이가 있기 때

문이다1)

그림 3 연 냉방도일 난방도일

2 2 습 기의 이론 고 찰

2 2 1 재 료 의 흡 middot 방 습 기능 (Moisture Storage F unction)

다공질의 건축 재료에서 물 분자는 주변 공기와 평형상태에 도달할 때까지

모세 상에 의해 재료의 공극에 채워진다 평형 함수율이란 고체 재료를 일

정한 온습도의 습한 공기 속에 장시간 놓아두고 주변 공기와 평형이 될 때의

재료의 함수율을 말하는데 재료의 흡middot방습 능력에 큰 향을 미치는 인자이다

평형 함수율은 온도와 습도에 의해 변하지만 상온의 범 (0~40)에서는 상

습도에 의해 결정되며 습도 역(30~70)에서는 거의 직선으로 간주할 수

있다

1) 윤성훈 2004건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학원 건축공학과

(계획 공) 2001 2

- 7 -

그림 4 상 습도에 따른 재료의 함습량

그림 4는 상 습도에 따른 재료의 함습량 곡선을 나타낸다 액체 상태의 물

에 하고 있는 재료내의 공극은 포화 wf까지 수분으로 채워질 것이다

이 수분양 wf는 상 습도 100에서 재료의 함습량이다 공극 내부에서 발

생하는 공기 때문에 다공률[]에 의해 결정되는 최 함습량 w max 값보

다 wf값은 다 wf

를 과하는 수분의 양은 벽체 내의 온도 구배에 의해 결

로를 발생시킬 수 있다

표 1 콘크리트 재료의 함습량

- 8 -

표 1은 상 습도에 따른 콘크리트 재료의 합습량을 나타낸다 상 습도가

증가함에 따라 재료의 함습량은 증가하는 것을 알 수 있다 여러 재료의 평형

함습량 곡선은 흡습과정과 방습과정에서 평형 함습량이 다른 경우가 있으며

이러한 상을 자기이력 상이라고 한다 그러나 흡습량과 방습량의 오차는

은 값이기 때문에 무시할 수 있다

상 습도[] 0 33 43 63 80 85 93 100

함습량[] 0 23 26 44 53 55 85 175

2 2 2 수분 달 계 수 (L iq uid Transport Coefficients)

다공질의 재료에서 습기 달 메커니즘은 모세 수분 달이지만 건축 재

료에서 수분 달을 확산 상으로 간주하는 것이 일반 이다 건축 재료에서

수분 메커니즘은 크게 두 가지로 나 수 있다

bull 흡입에 의한 수분 달 건축 재료가 강수로 인해 표면이 완 히 젖었을

때 모세 상에 의해 수분이 달된다

bull 확산에 의한 수분 달 공극에 축 된 수분은 강우가 멈췄을 때 확산에

의해 달된다

확산에 의한 수분 달은 천천히 이루어지기 때문에 확산에 의한 수분 달

계수는 일반 으로 흡입에 의한 수분 달 계수 값보다 다

다음 표2 표3은 콘크리트의 흡입과 확산에 의한 수분 달 계수를 나타낸

- 9 -

표 2 흡입에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 140 157 175

습기 달계수[s] 3times 10- 10 8times 10

- 9 2times 10- 8 3times 10

- 8 5times 10- 8 2times 10

- 7

표 3 확산에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 122 140 157 175

습기 달계수[s]2times

10- 11

2times

10- 10

25times

10- 10

13times

10- 9

72times

10- 9 2times 10 - 8 7times 10 - 8

2 2 3 물질 달 (Mass Transfer)

혼합물에서 어떤 화합물질의 농도 차이에 의해 물질이 이동하는 것을 물질

달이라고 한다 온도 기울기에 의해 열 달이 일어나는 것과 마찬가지로 물

질 달에서는 화학물질의 농도 기울기가 물질의 이동을 일으킨다 건조 공기로

수증기가 확산되는 것도 물질 달의 한 라고 할 수 있다

그림 5는 기체 혼합물의 확산에 의한 물질 달을 나타낸다 서로 다른 기체

가 같은 온도와 압력 상태에서 칸막이로 분리된 챔버를 고려해보자 칸막이가

제거된다면 기체는 확산에 의해 달될 것이다 더 큰 농도는 체 당 더 많은

분자수가 있다는 것을 의미한다 x축을 따라 기체 A의 농도가 감소하는 반면

기체 B의 농도는 증가할 것이다 물질 달은 농도 방향으로 일어나기 때문

에 기체 A는 오른편으로 기체 B는 왼편으로 이동할 것이다 충분한 시간이 경

과한 후에 A와 B의 농도는 균일해질 것이다

- 10 -

그림 5 혼합기체에서 확산에 의한 물질 달

물질 달은 기체에서 뿐만 아니라 액체와 고체에서도 일어난다 그러나

질 달은 분자 간격에 큰 향을 받기 때문에 확산은 기체 액체 고체의 순

서로 빠르게 일어난다

1 ) 물질 A의 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(1)과 같이 나

타낼 수 있다

ρ A=mAV

(1)

혼합물의 체 농도는 각각의 물질 농도를 합한 값과 같고 식(2)와 같이 나

타낼 수 있다

ρ= sumn

i=1ρ i (2)

혼합물에서 물질 A의 양은 mass fraction이며 식 (3)과 같이 나타낼 수 있다

- 11 -

wA=ρAρ

(3)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (4)와 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1wi=1 (4)

2) 물질 A의 몰 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(5)와 같이

나타낼 수 있다

c A=n AV

=m AM A

V=

ρ A

M A

(5)

혼합물의 체 몰 농도는 각각의 물질 몰 농도를 합한 값과 같고 식(6)와 같이

나타낼 수 있다

c= sumn

i=1c i

(6)

혼합물에서 물질 A의 양은 mole fraction이며 식 (7)과 같이 나타낼 수 있다

x i=c ic

(7)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (8)과 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1x i=1 (8)

- 12 -

3 ) 이상 기체 방 정 식

이상기체 혼합물에서 어떤 성분의 농도 와 몰 농도는 이상기체 법칙을 통해

그 성분의 부분 압력과 련된다 식(9)와 식(10)은 어떤 성분의 농도와 몰 농도

를 나타낸다

ρ i=p iR iT

(9)

Ci=p iRT

(10)

여기서 Ri는 물질 i의 기체 상수이고 R은 universal 기체 상수이다

4) F ick ` L aw

농도구배가 존재하는 계에서 물질은 분자의 움직임에 의한 확산속도를 갖

고 이때 발생하는 물질 달량은 농도구배(농도차거리)에 비례한다 식 (11)은

몰 달량를 식(12)는 도 달량를 나타낸다

J A z=-DABdcAdz

=- cDABdyAdz

(11)

j A z=-DABdρAdz

=-ρDABdwAdz

(12)

여기서 DAB는 혼합 물질에서 어떤 성분의 확산 계수를 나타내는데 차원은

다음과 같다

[ MoleL 2t ]= [ X ]

[ MoleL 3 ][ L ]

- 13 -

there4 [ X ]= [ L2

t ] 는 s

제 3 장

구조 체 실내 공 기의 열 습 기 평 형

3 1 건물의 열 수지 습 기 평 형

그림 6은 모델 건물의 열평형 방정식과 습기평형 방정식을 수립하기 한

개념도를 나타낸다 건물 외표면에는 일사의 유입과 외기와의 류 열 달

- 14 -

류 습기 달 천공과의 복사열교환 등이 작용하며 바닥에서는 지면으로부터의

열 도 습기 도가 일어나게 된다 내부에서는 실내공기와의 류 열 달

류 습기 달이 일어난다 한 인체 기기 발열 조명 발열 거주자 활동에

의한 수증기 발생이 존재하지만 비거주 공간을 상으로 삼았기 때문에 이에

한 부분은 고려하지 않았다

그림 6 건물의 열 습기 수지

3 2 구조 체 의 열 습 기 평 형식

자연실온 수증기량 해석을 한 건물 시스템은 크게 건물 벽체와 실내공

기로 나 어진다 수학 모델링의 과정은 다음과 같은 과정으로 일반화 된다

(1) 건물 외피에서 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (2) 건물 외피와 실

내 공기 사이에서의 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (3) 수치해석을

통해 경계조건으로 표 되는 외부 기상조건에 따른 비정상상태의 실내 자연실

온과 수증기량을 구한다

각 구조체의 1차원 열 달 방정식 습기 달 방정식 은 식 (13) 식 (14)

와 같다

- 15 -

ρw c pwpartTwpart t

=partpart x ( λw

partTwpartx ) (13)

part c wpart t

=partpartx (Dw

part c wpartx ) (14)

이질 재료의 층과 층 사이( x= n)에서 열과 습기 달은 다음과 같이 나타

낼 수 있다

λ1w

partT 1w

partx |x= n

=λ2w

partT 2w

partx |x= n

(15)

T1w | x= n=T

2w | x= n (16)

D1w

partc1w

partx |x= n

=D2w

partc2w

partx |x= n

(17)

c1w | x= n= c

2w | x= n (18)

구조체의 외표면 실내측에 한 경계조건은 다음과 같이 설정할 수 있다

λ wpartT w

partx |x= 0

=houttw (T out-T so)+αS+( 1+cosβ

2 ) σ ε(T sky4-T so

4)

(19)

λwpartTwpartx |

x= M=h intw (T in-T si)

(20)

- 16 -

Dwpart cwpart x |

x= 0=h

outmw (c out-c so) (21)

Dwpart cwpart x |

x= M=h

inmw (c in-c si) (22)

Lewis Relation은 외표면과 내표면 습기 달계수 houtmw h inmw

을 결정하기

하여 이용될 수 있다

h m=hT

ρ airCairp

(23)

3 3 실내 공 기의 열 습 기 평 형식

실내공기의 열평형식 습기 평형식은 각각 식(24) 식(25)와 같다

V ρ a c pad T in

d t=Q 1+Q 2+Q 3+Q 4

(24)

Q 1 벽체로부터의 열 달량[W]

Q 2 환기에 의한 열 달량[W]

Q 3 실내 수증기 증발 잠열량 [W]

Q 4 인체 조명 기기로부터의 발열량[W]

Vd c ind t

=M 1+M 2+M 3 (25)

M 1 벽체로부터의 수증기 달량 [kgs]

M 2 환기에 의한 수증기 달량 [kgs]

M 3 실내 수증기 발생량 [kgs]

- 17 -

식(24)는 실내 공기 온도에 한 열평형식으로 본 연구에서의 상 모델은

비거주 공간이므로 Q 4는 고려하지 않았다 한 재료의 흡middot방습에 의한 잠열

이 실내 온도에 미치는 향을 평가하기 해 Q 3를 고려한 경우와 Q 3

를 고려

하지 않은 경우로 나 어 분석하 다

식(25)는 실내 공기 수증기량에 한 습기평형식으로 M 3는 실내 수증기 발

생량을 나타내는데 이는 거주자의 취사 목욕 세탁 난방 등의 활동에 의한 수

증기 발생과 재료의 흡middot방습에의한 발생으로 크게 나 어 볼 수 있다 본 연구

에의 상 모델은 비거주 공간이므로 거주자의 활동에 의한 수증기 발생량은

고려하지 않고 재료의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량만을 분석하 다

3 4 실내 수증기 발 생 량

식(25)는 다음과 같이 표 할 수 있다

M 3=Vd c ind t

-M 1-M 2

(26)

실내 수증기 발생량 M 3를 구하기 해 시간에 따른 실내 수증기량의 미분

값인 dc indt

의 값을 구해야 한다 그러나 실내 수증기량의 직 미분은 미분값

이 불안정할 수 있다 수증기 발생원이 수증기를 방출할 때 발생량은 지수

으로 증가하고 방출을 멈췄을 때는 지수 으로 감소한다 Bennett et al은 포

름알데히드 측정을 하여 측정한 농도 데이터로부터 포르알데히드 방사량을

평가하기 하 로그램을 개발했다 Stirling interpolation polynomial fitting

이 오염물 농도를 미분하는데 이용된다 이와 유사한 방법을 이용하여 실내 수

증기량 c in은 Stirling interpolation polynomial fitting에 의해 미분된다

Stirling interpolation polynomial은 Gauss interpolation의 진과 후진의 평균

값으로 구한다

- 18 -

방정식에 다른 하나의 미지값은 건물 외피와 실내 공기와의 습기 달량인

비정상 습기 달량 M 1 값이다 기존의 연구에서 M 1

의 평균값은 003times 10- 6

[middotmiddots]으로 은 값이므로 실내 습기 발생량 M 3을 구하기 해 M 1

의 값은

0으로 가정한다

식 (27)은 실내 수증기 발생량을 구하기 해 측정한 수증기량 데이터를

Stirling polynomial 방법을 이용하여 미분하는 식을 나타낸다

[dc indt ]

t= t o

=1Δt (

Δc in-1+Δc in02

-16

Δ3c in-2+Δ

3c in-1

2

+130

Δ5c in-3+Δ

5c in-2

2+⋯) (27)

- 19 -

제 4 장

측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석

4 1 자연실온 수증기량 측정 실험

4 1 1 실험개 요

건물의 자연실온 수증기량 로그램의 타당성을 분석하기 하여 철근

콘크리트 건물에 측정 장비를 설치하고 실증 실험을 실시하 다 한 로그

램의 실제 건물 용 가능성을 평가하기 해 사무소 건물에서 실험을 실시하

다 철근 콘크리트 건물 모델은 주변과의 복사 향을 최소화하고 외부 건물

에 의한 일 의 향을 받지 않는 인천의 I 학교에 치하고 있다 사무소 건

물은 인천에 치하고 있으며 인 실의 향을 최소화하기 해 옥상의 독립

된 공간에서 실험을 실시하 다 실험 건물 모델은 거주 공간이 아니기 때문에

실내에서 발생되는 열과 수증기량은 0으로 간주된다 철근 콘크리트 건물 모델

에서 실험은 여름철인 2005년 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 고 사

무소 건물에서는 2005년 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시하 다

- 20 -

그림 7 모델 건물

4 1 2 측정 장 비

실험모델에 한 수평면 일사량 외기온도 상 습도 풍속 등의 기상 데이

터를 10분 간격으로 측정하 다 수평면 일사량 측정은 인천의 I 학교 옥상

에 설치된 자동 기상 측기 DAV16 를 사용하 다 수평면 일사량은 직산분

리 계산식을 사용하여 각 방 의 수직 벽면 일사량으로 환산되고 외기온도와

상 습도는 습공기 계산식을 통해 수증기량으로 환산된다

건물 모델 내부 공기 온도 상 습도 수증기량은 TH-CALC 8722 사용하여

10분 간격으로 측정하 다

4 1 3 모 델 건물

철근 콘크리트 건물 모델의 크기는 17mtimes17mtimes21m로 두께 015m의 단일

재료이고 방 는 정남향이다 표 4는 건물의 물성치를 나타낸다

- 21 -

표 4 건물의 물성치

열 도율 14 [WmK]

비열 880 [JkgK]

도 2100 [kg]

투습율 47 [ng(smPa)]

두께 015 [m]

4 2 비 정 상 자연실온 수증기량 해 석

4 2 1 비 정 상 자연실온 해 석

그림 8 다층벽의 열수지 차분계산 모델

그림 8은 다층벽의 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이에 있는

경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하면 경계면 m 에서의 계산식은

- 22 -

m-Δx L2~ m-Δx R2의 열용량이 m 에 집 하고 m-1~ m 사이와

m~ m+1 사이의 열 항을 각각 RL RR이라 하면 구조체 내부 각 층의 온

도에 한 차분식은 식 (28)과 같다

Tm-Tm

Δt | m= 105(CAPL+CAPR) 1

RR(T

m+1 -T

m)-

1RL

(Tm-T

m-1 )

(28)

여기서

CAPL= c L ρ LΔxL (29)

CAPR= c R ρ RΔxR (30)

RL=ΔxLλL

(31)

RR=

ΔxRλR

(32)

외표면 경계조건(m=0)은 일사 외기와의 류열 달 그리고 천공과의 복

사열 교환에 의한 유효복사량이며 식 (33)과 같다

+( 1+cosβ2 ) σ ε(T sky

4-(Tso )

4)-

1RL

(T so+1 -T

so))

(33)

내표면 경계조건(m=M)은 식 (34)와 같으며 각 벽체간의 온도 차이가 크지

않기 때문에 내부 복사열 교환은 생략하고 실내공기와의 류열 달만 있는

것으로 하 다

T si-Tsi

Δt |m= M

=1

05 C AP R (h intw (T si-T in)-

1R R

(T si-1-Tsi))

(34)

- 23 -

실내 공기온도 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 류열 달 환기

에 의한 열 달 잠열부하량을 고려하 으며 열 수지식은 식 (35)와 같다

T in-T

in

Δt=

1c aρ aV

(Q 1+Q 2+Q 3+Q 4)

(35)

여기서 Q 1은 구조체로부터의 열 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로부

터의 류열 달만을 고려하 으며 식(36)과 같다

Q 1= hintw sum

6

k= 1AkT si k

(36)

Q 2는 환기에 의한 열 달량을 나타내며 식(37)과 같다

Q 2= nV c aρ a(Tout-T in)

(37)

Q 3는 실내 수증기 발생량에 따른 실내 증발잠열량을 나타내며 식(38)과 같다

Q 3=HtimesGtimesVtimes1

3600 (38)

4 2 2 비 정 상 수증기량 해 석

- 24 -

그림 9 다층벽의 습기평형 차분계산 모델

그림 9는 다층벽의 습기평형 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이

에 있는 경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하며 구조체 내부 각 층의 습

기에 한 차분식은 식 (39)와 같다

cm-cm

Δt | m= 105(Δx L+Δ xR)

DwRΔx R

(cm+1 -c

m)-

DwLΔxL

(cm-c

m-1 )

(39)

외표면 경계조건(m=0)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계수

를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(40)과 같다

c so-cso

Δt |m= 0

=1

05ΔxL ( h outmw (c out-cso)-

DwLΔxL

(c so+1 -cso) )

(40)

내표면 경계조건(m=M)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계

수를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(41)과 같다

c si-c

si

Δt |m= M

=1

05ΔxR ( h inmw (c in-csi)-

DwRΔxR

(csi-1 -csi) )

(41)

- 25 -

실내 수증기량 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 습기 달계수 환

기에 의한 습기 달 실내 습기발생량을 고려하 으며 습기 평형식은 식(42)과

같다

c in-cin

Δt=

1V

(M 1+M 2+M 3)

(42)

여기서 M 1은 구조체로부터의 습기 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로

부터의 류습기 달만을 고려하 으며 식(43)과 같다

M 1= hinmw sum

6

k= 1Ak c si k

(43)

M 2는 환기에 의한 습기 달량을 나타내며 식(44)와 같다

M 2=nV (c out-c in)

(44)

M 3는 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 나타낸다

4 2 3 수치해 석 기본 가 정

본 수치 모델의 해석에 한 기본가정은 다음과 같다

(1) 벽체 지붕 바닥의 열 달 습기 달은 두께 방향의 1차원으로 보며 각

부 재료는 동일하다

(2) 실내공간을 단일 존으로 보고 실내온도와 수증기량은 치에 해 일정하

다고 본다

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 3: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

이 論文을 李 權의 碩士學位 論文으로 認定함

2006 年 2 月 24 日

主審 (인)

副審 (인)

委員 (인)

- 1 -

국문 요약

건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실험 수치 연구

仁 荷 大 學 校 大 學 院建 築 工 學 科

李 權

실내 쾌 과 련된 환경 요소인 습도는 온도 공기 질과 같은 쾌 변수

와 깊은 련이 있다고 할 수 있다 높은 습도는 건물 구성 재료의 부식과 같은

구조 문제를 야기하기 때문에 건물의 내구성을 제한하는 주요한 요소들 에

하나이며 건물 외피를 통한 습기 이동은 미생물의 성장과 같은 실내 공기질의

악화를 래할 수 있다 그러므로 실내에서 습기 문제를 해결하는 것은 건물의

내구성을 향상시키고 미생물과 곰팡이의 성장을 제한하고 쾌 한 환경을 제공

한다는 에서 반드시 필요하다

이에 본 연구에서는 자연 상태에서 건물의 자연 실온과 수증기량 변동을

측하기 한 수학 모델링을 제시하고 실측값을 이용해 구조체의 흡습량과

방습량에 의한 실내 수증기 발생량을 산정한 후 이를 통해 보다 정량 으로 자

연 실온과 수증기량을 측하고자 한다 한 이를 실제 사무소 건물에 용하

여 모델링의 타당성을 확인하고 자연 실온과 실내 수증기량 변동을 측함으로

써 건물에서의 습기 문제를 해결하는데 기 인 자료를 제공하고자 한다

본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다

1 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 상 습도는 외

기와 유사한 거동을 보 다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에

의한 수증기 달이 실내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라

고 할 수 있다

- 2 -

2 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 건물에서 실내 수증기량 상

습도의 측정값과 계산값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상

습도를 측하기 해서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수

있다

3 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온 측

정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차이를

보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무소 건물

에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산하기 해

서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한다

4 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량은 평균

1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s 다

5 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

6 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으로

간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오차는

0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

- 3 -

Abstract

Experimental and Numerical Studies for Predicting of the

Non Air-Conditioned Room Temperature

and Moisture Content

LEE DONG KWEONDepartment of Architectural Engineering

Graduate School of Inha University

Moisture in the building is associated with indoor comfortable variables

such as temperature and air quality Moisture damage is one of the most

important factors limiting a building`s service life because high moisture

level can cause metal corrosion wood decay and structure deterioration

In addition to the building`s construction damage moisture migration

through building envelops can lead to poor interior air qulity as high

ambient moisture levels result in microbial growth Consequently solving

moisture problem in the building is essential to improve a building service

life limit microbial growth and provide occupants with comfortable

environment

In this paper an accurate model of coupled heat and moisture transfer in

building envelops and indoor air a mathematical method in predicting indoor

moisture generation rate is developed The developed method can be served

as a useful tool in predicting indoor temperature and moisture content more

accurately Moreover to perform a validation of the proposed mathematical

method in predicting indoor temperature and moisture content we measured

a series of indoor temperature and moisture for the model building and real

- 4 -

office building

The results are as follows

1 In the case of assuming that indoor moisture generation rate is 0 the

trend of indoor moisture content and relative humidity follows those of the

ambient air It shows that moisture migration through ventilation is more

important factor than that through building envelops in predicting indoor

moisture content and relative humidity

2 In the case of assuming that indoor moisture generation rate is 0 the

calculated level of indoor moisture content and relative humidity is lower

than the measured level It shows that indoor moisture generation rate is the

important factor

3 In the case of assuming that there is a latent heat caused by indoor

moisture generation difference of indoor temperature between the calculated

and measured value is 07 for the model building 0 for the real office

building

4 Moisture generation rate caused by moisture absorption and desorption

of building materials and room goods is 1045times 10- 6 s for the model

building 794times 10- 6 s for the real office building

5 In the case of assuming that there is indoor moisture generation rate

difference of moisture content between the calculated and measured value is

10 for the model building 0 for the real office building The difference of

relative humidity is 2 for the model building 0 for the real office

building

- 5 -

6 In the case of assuming that indoor moisture generation rate is

constant as an average rate value difference of relative humidity between

the calculated and measured value is 0

In conclusion the importance of the effect of the indoor moisture

generation rate on accurately predicting indoor temperature and moisture

content for a building system has been demonstrated Finally In this paper

the model is validated in predicting indoor teperature moisture content and

relative humidity

- 6 -

- 목 차 -

제 1 장 서 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 1

11 연구 배경 목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 1

12 연구 범 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 2

제 2 장 비 고 찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 5

21 자연 실온 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 5

22 습기의 이론 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 6

221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 6

222 수분 달계수 (Liquid Transport Coefficients) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8

223 물질 달 (Mass Transfer) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 9

제 3 장 구조 체 실내 공 기의 열 습 기 평 형 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13

31 건물의 열수지 습기 평형 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13

32 구조체의 열 습기 평형식 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13

33 실내 공기의 열 습기 평형식 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 15

34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 16

- 7 -

제 4 장 측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

41 자연실온 수증기량 측정 실험 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

411 실험개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

412 측정 장비 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

413 모델 건물 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

42 비정상 자연실온 수증기량 해석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

421 비정상 자연실온 해석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

422 비정상 수증기량 해석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 22

423 수치해석 기본가정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 23

제 5 장 시 뮬 이션 결 과 분 석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

51 수치해석과 실험결과 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

511 벽체의 수직면 일사량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 26

513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 28

514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29

제 6 장 사 례 연구 (case study ) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33

- 8 -

61 실험개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33

62 수치해석과 실험결과의 분석 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 35

621 벽체의 수직면 일사량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 35

622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 36

623 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38

624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38

625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 41

제 7 장 결 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 43

참고 문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 45

부 록 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 46

자연실온 계산 로그램

실내 수증기량 상 습도 계산 로그램

- 9 -

- 표 목차 -

[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 7

[표 2] 흡입에 의한 수분 달 계수 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8

[표 3] 확산에 의한 수분 달 계수 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8

[표 4] 건물의 물성치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

[표 5] 평균 자연실온 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30

[표 6] 평균 수증기량 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31

[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 물성치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 34

[표 8] 평균 자연실온 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39

- 10 -

- 그 림 목차 -

[그림 1] 연구의 체 흐름도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 4

[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 5

[그림 3] 연 냉방도일 난방도일 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 6

[그림 4] 상 습도에 따른 재료의 함습량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 7

[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질 달 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 9

[그림 6] 물의 열 습기 수지 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13

[그림 7] 모델 건물 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 20

[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 22

[그림 10] 각 수직벽체의 일사량 계산 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 26

[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 27

[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 28

[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29

[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30

[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31

[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 32

[그림 18] 건물의 평면도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33

[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 34

- 11 -

[그림 20] 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 35

[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 36

[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 37

[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 37

[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38

[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39

[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40

[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40

[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 41

[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 42

- 12 -

Nomenclature

A 벽체 면 []

C 비열 [JK]

c 수증기량 []

dt 계산 시간 간격

D 수증기 확산 계수 [s]

G 수증기 발생량 [h]

H 증발 잠열 [J]

h t 표면 열 달 계수 [WK]

hm 표면 습기 달 계수 [ms]

m 질량 []

n 환기횟수 [회h]

p 압력 [kPa]

R 기체상수 [ 8314times10-2 barkmolK]

S 일사량[W]

T 온도 [K]

V 체 []

Greek Letters

α 흡수율

β 형태계수

ε 방사율

λ 열 도율 [WmK]

ρ 도(kg)

σ b 스테 볼츠만 상수 (567times10-8WK4)

- 13 -

Δt 계산 시간간격 [s]

Superscript

air 공기

in 실내

out 외부

Subscript

1hellipm (외부면 부터)

in 실내

n 자연실온

out 외부

set 설정온도

si 내표면

sky 천공

so 외표면

w 벽체

- 1 -

제 1 장 서 론

1 1 연구 배 경 목

오늘날 사람들의 생활은 부분 실내 공간에서 이루어지기 때문에 실내 공

간의 쾌 한 환경에 한 심이 날로 높아지고 있다 실내 쾌 과 련된 환경

요소로는 온도 습도 기류 MRT 공기 질 소음 빛 등이 있으며 이 에서도

습도는 온도 공기 질과 같은 쾌 변수와 깊은 련이 있다고 할 수 있다 높은

습도는 건물 구성 재료의 부식과 같은 구조 문제를 야기하기 때문에 건물의

내구성을 제한하는 주요한 요소들 에 하나이며 건물 외피를 통한 습기 이동

은 미생물의 성장과 같은 실내 공기질의 악화를 래할 수 있다 기존의 연구에

서 Spengler at al(1991)은 상 습도 70 이상이면 곰팡이가 성장할 수 있다고

제시했다 한 건축물 외피의 단열성능에도 습기는 많은 향을 미치며 실내

열 환경 평가에서도 습기에 의해 쾌 감이 크게 변한다 결과 으로 실내에서

습기 문제를 해결하는 것은 건물의 내구성을 향상시키고 미생물과 곰팡이의 성

장을 제한하고 쾌 한 환경을 제공한다는 에서 반드시 필요하다

그 지만 이와 같이 실내의 쾌 요소로서 습기의 요성에도 불구하고 습

기와 련된 연구는 많이 부족한 것이 사실이다 그 이유로는 부분의 건물 외

피는 다공질의 재료로 이루어져 있기 때문에 습기 달 과정이 매우 복잡한 형

태로 이루어지며 재료의 물성치에 한 연구도 미흡하기 때문이다 한 습기

문제는 열 달 습기 달 공기유동 화학 생물학 반응과 같은 복합 인 요

소의 작용으로 일어나기 때문에 이것을 총체 으로 이해해야 하는 어려움이 있

건물에서 습기 문제는 일반 으로 높은 실내 습도 수 과 건물 외피를 통한

수분과 습기의 이동 건물 구조체 내middot외부 결로 상의 결과이다 따라서 습도

문제는 실내 온도와 습도 외기 기상조건 건물 외피 구조와 큰 련을 갖는다

고 할 수 있다 외기 기상 조건은 일정하기 때문에 기존의 건물에서 습기에 의

- 2 -

한 문제를 방하기 해서는 실내 온도와 습도를 조 하는 것이 필수 이라

할 수 있다

실내 습기 발생원으로는 크게 인체를 비롯하여 인간의 생활 활동에 수반되

어 발생하는 습기와 건물을 구성하고 있는 다공질의 벽체나 실내에 놓여 있는

각종 물체의 흡middot방습성에 의해 발생하는 습기로 나 수 있다 자의 경우에는

주거 공간에서 취사middot세탁middot목욕middot난방에 의한 것이고 후자의 경우는 다공질의 재

료가 주변 공기의 상 습도가 상승하면 수분을 흡수하고 상 습도가 감소하면

역으로 수분을 방습하는 것이다

본 연구에서는 자연 상태에서 건물의 자연 실온과 수증기량 변동을 측하

기 한 수학 모델링을 제시하고 실측값을 이용해 구조체의 흡습량과 방습량

에 의한 실내 수증기 발생량을 산정한 후 이를 통해 보다 정량 으로 자연 실

온과 수증기량을 측하고자 한다 한 이를 실제 사무소 건물에 용하여 모

델링의 타당성을 확인하고 자연 실온과 실내 수증기량 변동을 측함으로써 건

물에서의 습기 문제를 해결하는데 기 인 자료를 제공하고자 한다

1 2 연구 방 법 범

본 연구에서는 건물의 비공조시 즉 자연상태에서 자연실온과 수증기량 변

동을 측하기 한 수학 모델링을 제시하고 건물 재료의 흡middot방습에 따른 실

내 수증기 발생량을 통해 실내 발생 잠열을 고려한 보다 정량 인 자연실온과

실내 수증기량을 측하고자 한다 따라서 콘크리트 단일 건물 에서 측정한 자

연실온 값과 수증기량을 시뮬 이션 값과 비교 분석을 통해 시뮬 이션의 타

당성을 평가하 다 한 실제 건물에 용 가능성을 평가하기 해 실제 사무

소 건축물에서 측정과 시뮬 이션을 수행하 다 본 연구에서 분석한 건물은

공조가 이루어지지 않고 재실자가 없는 단순한 모델이며 실제 공조가 이루어

지고 재실자가 존재하는 건물에 한 분석은 차후 연구 범 로 설정하 다

- 3 -

연구 방법으로는 모델 건물의 자연실온과 수증기량에 한 수치계산을 실시

하기 해 수치해석 로그램을 작성하여 실제 상황을 시뮬 이션 하 다 이

때 일사 외기온도 풍속 상 습도 등의 기후요소에 한 값들은 실측 데이터

를 이용하 다 단 수직 벽면에 입사하는 일사량은 수평면 일사량을 직산분

리하여 계산하는 로그램을 작성했고 수증기량에 련된 값은 습공기 계산식

과 이상기체 방정식을 이용하여 구하 다 한 작성한 로그램에 한 타당

성을 분석하기 해 모델 건물에 한 실증 실험을 실시하고 그 결과를 비교

분석하 다

실증 실험을 통하여 작성한 로그램을 타당성을 검증하 다 그리고 자연

실온과 수증기량 측 로그램을 이용하여 실제 건물의 용 가능성을 평가하

기 해 사무소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값을 비교 분석하고 타당성을

평가하 다

- 4 -

본 연구의 진행을 한 흐름은 그림 1과 같다

그 림 1 연구의 체 흐 름 도

- 5 -

제 2 장 비 고 찰

2 1 자연실온

냉난방을 하지 않은 건물 자체의 단열 축열 성능으로써 외기 조건과 차

별된 실내온도를 형성하게 되며 이를 건물의 자연실온이라고 말할 수 있다

그림 2 자연실온과 난방 냉방부하

그림 2는 건물에 자연실온을 용한 냉난방 부하 계산 개념도이다 외기온도

와 실내 설정온도의 차이로 계산된 부하와 비교할 때 동계의 경우 부하가 감소

하고 하계의 경우는 증가함을 보이고 있다 이는 부하계산시 외기 온도와 실내

설정온도와의 차이가 아닌 자연실온과의 차이로써 계산해 주어야 보다 정확한

부하를 산정할 수 있음을 의미한다

자연실온 용의 효과에 해 건물의 기간부하 계산법인 냉난방도일법에서

도 쉽게 확인할 수 있다 냉난방도일은 실내설정온도와 외기온도와의 차이에

냉난방일수를 곱하여 계산한다 그림 3은 연 냉난방 도일을 나타내는 것으로

서 이를 근거로 부하 계산을 할 경우 과 한 설비 용량과 에 지 소비량이 추

정될 수 있는 것이다 이러한 결과가 발생하는 것은 건물 구조체의 열 성능에

- 6 -

의한 향으로 비공조시에도 실내온도와 외기온도는 지 않은 차이가 있기 때

문이다1)

그림 3 연 냉방도일 난방도일

2 2 습 기의 이론 고 찰

2 2 1 재 료 의 흡 middot 방 습 기능 (Moisture Storage F unction)

다공질의 건축 재료에서 물 분자는 주변 공기와 평형상태에 도달할 때까지

모세 상에 의해 재료의 공극에 채워진다 평형 함수율이란 고체 재료를 일

정한 온습도의 습한 공기 속에 장시간 놓아두고 주변 공기와 평형이 될 때의

재료의 함수율을 말하는데 재료의 흡middot방습 능력에 큰 향을 미치는 인자이다

평형 함수율은 온도와 습도에 의해 변하지만 상온의 범 (0~40)에서는 상

습도에 의해 결정되며 습도 역(30~70)에서는 거의 직선으로 간주할 수

있다

1) 윤성훈 2004건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학원 건축공학과

(계획 공) 2001 2

- 7 -

그림 4 상 습도에 따른 재료의 함습량

그림 4는 상 습도에 따른 재료의 함습량 곡선을 나타낸다 액체 상태의 물

에 하고 있는 재료내의 공극은 포화 wf까지 수분으로 채워질 것이다

이 수분양 wf는 상 습도 100에서 재료의 함습량이다 공극 내부에서 발

생하는 공기 때문에 다공률[]에 의해 결정되는 최 함습량 w max 값보

다 wf값은 다 wf

를 과하는 수분의 양은 벽체 내의 온도 구배에 의해 결

로를 발생시킬 수 있다

표 1 콘크리트 재료의 함습량

- 8 -

표 1은 상 습도에 따른 콘크리트 재료의 합습량을 나타낸다 상 습도가

증가함에 따라 재료의 함습량은 증가하는 것을 알 수 있다 여러 재료의 평형

함습량 곡선은 흡습과정과 방습과정에서 평형 함습량이 다른 경우가 있으며

이러한 상을 자기이력 상이라고 한다 그러나 흡습량과 방습량의 오차는

은 값이기 때문에 무시할 수 있다

상 습도[] 0 33 43 63 80 85 93 100

함습량[] 0 23 26 44 53 55 85 175

2 2 2 수분 달 계 수 (L iq uid Transport Coefficients)

다공질의 재료에서 습기 달 메커니즘은 모세 수분 달이지만 건축 재

료에서 수분 달을 확산 상으로 간주하는 것이 일반 이다 건축 재료에서

수분 메커니즘은 크게 두 가지로 나 수 있다

bull 흡입에 의한 수분 달 건축 재료가 강수로 인해 표면이 완 히 젖었을

때 모세 상에 의해 수분이 달된다

bull 확산에 의한 수분 달 공극에 축 된 수분은 강우가 멈췄을 때 확산에

의해 달된다

확산에 의한 수분 달은 천천히 이루어지기 때문에 확산에 의한 수분 달

계수는 일반 으로 흡입에 의한 수분 달 계수 값보다 다

다음 표2 표3은 콘크리트의 흡입과 확산에 의한 수분 달 계수를 나타낸

- 9 -

표 2 흡입에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 140 157 175

습기 달계수[s] 3times 10- 10 8times 10

- 9 2times 10- 8 3times 10

- 8 5times 10- 8 2times 10

- 7

표 3 확산에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 122 140 157 175

습기 달계수[s]2times

10- 11

2times

10- 10

25times

10- 10

13times

10- 9

72times

10- 9 2times 10 - 8 7times 10 - 8

2 2 3 물질 달 (Mass Transfer)

혼합물에서 어떤 화합물질의 농도 차이에 의해 물질이 이동하는 것을 물질

달이라고 한다 온도 기울기에 의해 열 달이 일어나는 것과 마찬가지로 물

질 달에서는 화학물질의 농도 기울기가 물질의 이동을 일으킨다 건조 공기로

수증기가 확산되는 것도 물질 달의 한 라고 할 수 있다

그림 5는 기체 혼합물의 확산에 의한 물질 달을 나타낸다 서로 다른 기체

가 같은 온도와 압력 상태에서 칸막이로 분리된 챔버를 고려해보자 칸막이가

제거된다면 기체는 확산에 의해 달될 것이다 더 큰 농도는 체 당 더 많은

분자수가 있다는 것을 의미한다 x축을 따라 기체 A의 농도가 감소하는 반면

기체 B의 농도는 증가할 것이다 물질 달은 농도 방향으로 일어나기 때문

에 기체 A는 오른편으로 기체 B는 왼편으로 이동할 것이다 충분한 시간이 경

과한 후에 A와 B의 농도는 균일해질 것이다

- 10 -

그림 5 혼합기체에서 확산에 의한 물질 달

물질 달은 기체에서 뿐만 아니라 액체와 고체에서도 일어난다 그러나

질 달은 분자 간격에 큰 향을 받기 때문에 확산은 기체 액체 고체의 순

서로 빠르게 일어난다

1 ) 물질 A의 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(1)과 같이 나

타낼 수 있다

ρ A=mAV

(1)

혼합물의 체 농도는 각각의 물질 농도를 합한 값과 같고 식(2)와 같이 나

타낼 수 있다

ρ= sumn

i=1ρ i (2)

혼합물에서 물질 A의 양은 mass fraction이며 식 (3)과 같이 나타낼 수 있다

- 11 -

wA=ρAρ

(3)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (4)와 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1wi=1 (4)

2) 물질 A의 몰 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(5)와 같이

나타낼 수 있다

c A=n AV

=m AM A

V=

ρ A

M A

(5)

혼합물의 체 몰 농도는 각각의 물질 몰 농도를 합한 값과 같고 식(6)와 같이

나타낼 수 있다

c= sumn

i=1c i

(6)

혼합물에서 물질 A의 양은 mole fraction이며 식 (7)과 같이 나타낼 수 있다

x i=c ic

(7)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (8)과 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1x i=1 (8)

- 12 -

3 ) 이상 기체 방 정 식

이상기체 혼합물에서 어떤 성분의 농도 와 몰 농도는 이상기체 법칙을 통해

그 성분의 부분 압력과 련된다 식(9)와 식(10)은 어떤 성분의 농도와 몰 농도

를 나타낸다

ρ i=p iR iT

(9)

Ci=p iRT

(10)

여기서 Ri는 물질 i의 기체 상수이고 R은 universal 기체 상수이다

4) F ick ` L aw

농도구배가 존재하는 계에서 물질은 분자의 움직임에 의한 확산속도를 갖

고 이때 발생하는 물질 달량은 농도구배(농도차거리)에 비례한다 식 (11)은

몰 달량를 식(12)는 도 달량를 나타낸다

J A z=-DABdcAdz

=- cDABdyAdz

(11)

j A z=-DABdρAdz

=-ρDABdwAdz

(12)

여기서 DAB는 혼합 물질에서 어떤 성분의 확산 계수를 나타내는데 차원은

다음과 같다

[ MoleL 2t ]= [ X ]

[ MoleL 3 ][ L ]

- 13 -

there4 [ X ]= [ L2

t ] 는 s

제 3 장

구조 체 실내 공 기의 열 습 기 평 형

3 1 건물의 열 수지 습 기 평 형

그림 6은 모델 건물의 열평형 방정식과 습기평형 방정식을 수립하기 한

개념도를 나타낸다 건물 외표면에는 일사의 유입과 외기와의 류 열 달

- 14 -

류 습기 달 천공과의 복사열교환 등이 작용하며 바닥에서는 지면으로부터의

열 도 습기 도가 일어나게 된다 내부에서는 실내공기와의 류 열 달

류 습기 달이 일어난다 한 인체 기기 발열 조명 발열 거주자 활동에

의한 수증기 발생이 존재하지만 비거주 공간을 상으로 삼았기 때문에 이에

한 부분은 고려하지 않았다

그림 6 건물의 열 습기 수지

3 2 구조 체 의 열 습 기 평 형식

자연실온 수증기량 해석을 한 건물 시스템은 크게 건물 벽체와 실내공

기로 나 어진다 수학 모델링의 과정은 다음과 같은 과정으로 일반화 된다

(1) 건물 외피에서 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (2) 건물 외피와 실

내 공기 사이에서의 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (3) 수치해석을

통해 경계조건으로 표 되는 외부 기상조건에 따른 비정상상태의 실내 자연실

온과 수증기량을 구한다

각 구조체의 1차원 열 달 방정식 습기 달 방정식 은 식 (13) 식 (14)

와 같다

- 15 -

ρw c pwpartTwpart t

=partpart x ( λw

partTwpartx ) (13)

part c wpart t

=partpartx (Dw

part c wpartx ) (14)

이질 재료의 층과 층 사이( x= n)에서 열과 습기 달은 다음과 같이 나타

낼 수 있다

λ1w

partT 1w

partx |x= n

=λ2w

partT 2w

partx |x= n

(15)

T1w | x= n=T

2w | x= n (16)

D1w

partc1w

partx |x= n

=D2w

partc2w

partx |x= n

(17)

c1w | x= n= c

2w | x= n (18)

구조체의 외표면 실내측에 한 경계조건은 다음과 같이 설정할 수 있다

λ wpartT w

partx |x= 0

=houttw (T out-T so)+αS+( 1+cosβ

2 ) σ ε(T sky4-T so

4)

(19)

λwpartTwpartx |

x= M=h intw (T in-T si)

(20)

- 16 -

Dwpart cwpart x |

x= 0=h

outmw (c out-c so) (21)

Dwpart cwpart x |

x= M=h

inmw (c in-c si) (22)

Lewis Relation은 외표면과 내표면 습기 달계수 houtmw h inmw

을 결정하기

하여 이용될 수 있다

h m=hT

ρ airCairp

(23)

3 3 실내 공 기의 열 습 기 평 형식

실내공기의 열평형식 습기 평형식은 각각 식(24) 식(25)와 같다

V ρ a c pad T in

d t=Q 1+Q 2+Q 3+Q 4

(24)

Q 1 벽체로부터의 열 달량[W]

Q 2 환기에 의한 열 달량[W]

Q 3 실내 수증기 증발 잠열량 [W]

Q 4 인체 조명 기기로부터의 발열량[W]

Vd c ind t

=M 1+M 2+M 3 (25)

M 1 벽체로부터의 수증기 달량 [kgs]

M 2 환기에 의한 수증기 달량 [kgs]

M 3 실내 수증기 발생량 [kgs]

- 17 -

식(24)는 실내 공기 온도에 한 열평형식으로 본 연구에서의 상 모델은

비거주 공간이므로 Q 4는 고려하지 않았다 한 재료의 흡middot방습에 의한 잠열

이 실내 온도에 미치는 향을 평가하기 해 Q 3를 고려한 경우와 Q 3

를 고려

하지 않은 경우로 나 어 분석하 다

식(25)는 실내 공기 수증기량에 한 습기평형식으로 M 3는 실내 수증기 발

생량을 나타내는데 이는 거주자의 취사 목욕 세탁 난방 등의 활동에 의한 수

증기 발생과 재료의 흡middot방습에의한 발생으로 크게 나 어 볼 수 있다 본 연구

에의 상 모델은 비거주 공간이므로 거주자의 활동에 의한 수증기 발생량은

고려하지 않고 재료의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량만을 분석하 다

3 4 실내 수증기 발 생 량

식(25)는 다음과 같이 표 할 수 있다

M 3=Vd c ind t

-M 1-M 2

(26)

실내 수증기 발생량 M 3를 구하기 해 시간에 따른 실내 수증기량의 미분

값인 dc indt

의 값을 구해야 한다 그러나 실내 수증기량의 직 미분은 미분값

이 불안정할 수 있다 수증기 발생원이 수증기를 방출할 때 발생량은 지수

으로 증가하고 방출을 멈췄을 때는 지수 으로 감소한다 Bennett et al은 포

름알데히드 측정을 하여 측정한 농도 데이터로부터 포르알데히드 방사량을

평가하기 하 로그램을 개발했다 Stirling interpolation polynomial fitting

이 오염물 농도를 미분하는데 이용된다 이와 유사한 방법을 이용하여 실내 수

증기량 c in은 Stirling interpolation polynomial fitting에 의해 미분된다

Stirling interpolation polynomial은 Gauss interpolation의 진과 후진의 평균

값으로 구한다

- 18 -

방정식에 다른 하나의 미지값은 건물 외피와 실내 공기와의 습기 달량인

비정상 습기 달량 M 1 값이다 기존의 연구에서 M 1

의 평균값은 003times 10- 6

[middotmiddots]으로 은 값이므로 실내 습기 발생량 M 3을 구하기 해 M 1

의 값은

0으로 가정한다

식 (27)은 실내 수증기 발생량을 구하기 해 측정한 수증기량 데이터를

Stirling polynomial 방법을 이용하여 미분하는 식을 나타낸다

[dc indt ]

t= t o

=1Δt (

Δc in-1+Δc in02

-16

Δ3c in-2+Δ

3c in-1

2

+130

Δ5c in-3+Δ

5c in-2

2+⋯) (27)

- 19 -

제 4 장

측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석

4 1 자연실온 수증기량 측정 실험

4 1 1 실험개 요

건물의 자연실온 수증기량 로그램의 타당성을 분석하기 하여 철근

콘크리트 건물에 측정 장비를 설치하고 실증 실험을 실시하 다 한 로그

램의 실제 건물 용 가능성을 평가하기 해 사무소 건물에서 실험을 실시하

다 철근 콘크리트 건물 모델은 주변과의 복사 향을 최소화하고 외부 건물

에 의한 일 의 향을 받지 않는 인천의 I 학교에 치하고 있다 사무소 건

물은 인천에 치하고 있으며 인 실의 향을 최소화하기 해 옥상의 독립

된 공간에서 실험을 실시하 다 실험 건물 모델은 거주 공간이 아니기 때문에

실내에서 발생되는 열과 수증기량은 0으로 간주된다 철근 콘크리트 건물 모델

에서 실험은 여름철인 2005년 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 고 사

무소 건물에서는 2005년 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시하 다

- 20 -

그림 7 모델 건물

4 1 2 측정 장 비

실험모델에 한 수평면 일사량 외기온도 상 습도 풍속 등의 기상 데이

터를 10분 간격으로 측정하 다 수평면 일사량 측정은 인천의 I 학교 옥상

에 설치된 자동 기상 측기 DAV16 를 사용하 다 수평면 일사량은 직산분

리 계산식을 사용하여 각 방 의 수직 벽면 일사량으로 환산되고 외기온도와

상 습도는 습공기 계산식을 통해 수증기량으로 환산된다

건물 모델 내부 공기 온도 상 습도 수증기량은 TH-CALC 8722 사용하여

10분 간격으로 측정하 다

4 1 3 모 델 건물

철근 콘크리트 건물 모델의 크기는 17mtimes17mtimes21m로 두께 015m의 단일

재료이고 방 는 정남향이다 표 4는 건물의 물성치를 나타낸다

- 21 -

표 4 건물의 물성치

열 도율 14 [WmK]

비열 880 [JkgK]

도 2100 [kg]

투습율 47 [ng(smPa)]

두께 015 [m]

4 2 비 정 상 자연실온 수증기량 해 석

4 2 1 비 정 상 자연실온 해 석

그림 8 다층벽의 열수지 차분계산 모델

그림 8은 다층벽의 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이에 있는

경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하면 경계면 m 에서의 계산식은

- 22 -

m-Δx L2~ m-Δx R2의 열용량이 m 에 집 하고 m-1~ m 사이와

m~ m+1 사이의 열 항을 각각 RL RR이라 하면 구조체 내부 각 층의 온

도에 한 차분식은 식 (28)과 같다

Tm-Tm

Δt | m= 105(CAPL+CAPR) 1

RR(T

m+1 -T

m)-

1RL

(Tm-T

m-1 )

(28)

여기서

CAPL= c L ρ LΔxL (29)

CAPR= c R ρ RΔxR (30)

RL=ΔxLλL

(31)

RR=

ΔxRλR

(32)

외표면 경계조건(m=0)은 일사 외기와의 류열 달 그리고 천공과의 복

사열 교환에 의한 유효복사량이며 식 (33)과 같다

+( 1+cosβ2 ) σ ε(T sky

4-(Tso )

4)-

1RL

(T so+1 -T

so))

(33)

내표면 경계조건(m=M)은 식 (34)와 같으며 각 벽체간의 온도 차이가 크지

않기 때문에 내부 복사열 교환은 생략하고 실내공기와의 류열 달만 있는

것으로 하 다

T si-Tsi

Δt |m= M

=1

05 C AP R (h intw (T si-T in)-

1R R

(T si-1-Tsi))

(34)

- 23 -

실내 공기온도 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 류열 달 환기

에 의한 열 달 잠열부하량을 고려하 으며 열 수지식은 식 (35)와 같다

T in-T

in

Δt=

1c aρ aV

(Q 1+Q 2+Q 3+Q 4)

(35)

여기서 Q 1은 구조체로부터의 열 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로부

터의 류열 달만을 고려하 으며 식(36)과 같다

Q 1= hintw sum

6

k= 1AkT si k

(36)

Q 2는 환기에 의한 열 달량을 나타내며 식(37)과 같다

Q 2= nV c aρ a(Tout-T in)

(37)

Q 3는 실내 수증기 발생량에 따른 실내 증발잠열량을 나타내며 식(38)과 같다

Q 3=HtimesGtimesVtimes1

3600 (38)

4 2 2 비 정 상 수증기량 해 석

- 24 -

그림 9 다층벽의 습기평형 차분계산 모델

그림 9는 다층벽의 습기평형 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이

에 있는 경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하며 구조체 내부 각 층의 습

기에 한 차분식은 식 (39)와 같다

cm-cm

Δt | m= 105(Δx L+Δ xR)

DwRΔx R

(cm+1 -c

m)-

DwLΔxL

(cm-c

m-1 )

(39)

외표면 경계조건(m=0)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계수

를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(40)과 같다

c so-cso

Δt |m= 0

=1

05ΔxL ( h outmw (c out-cso)-

DwLΔxL

(c so+1 -cso) )

(40)

내표면 경계조건(m=M)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계

수를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(41)과 같다

c si-c

si

Δt |m= M

=1

05ΔxR ( h inmw (c in-csi)-

DwRΔxR

(csi-1 -csi) )

(41)

- 25 -

실내 수증기량 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 습기 달계수 환

기에 의한 습기 달 실내 습기발생량을 고려하 으며 습기 평형식은 식(42)과

같다

c in-cin

Δt=

1V

(M 1+M 2+M 3)

(42)

여기서 M 1은 구조체로부터의 습기 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로

부터의 류습기 달만을 고려하 으며 식(43)과 같다

M 1= hinmw sum

6

k= 1Ak c si k

(43)

M 2는 환기에 의한 습기 달량을 나타내며 식(44)와 같다

M 2=nV (c out-c in)

(44)

M 3는 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 나타낸다

4 2 3 수치해 석 기본 가 정

본 수치 모델의 해석에 한 기본가정은 다음과 같다

(1) 벽체 지붕 바닥의 열 달 습기 달은 두께 방향의 1차원으로 보며 각

부 재료는 동일하다

(2) 실내공간을 단일 존으로 보고 실내온도와 수증기량은 치에 해 일정하

다고 본다

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 4: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 1 -

국문 요약

건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실험 수치 연구

仁 荷 大 學 校 大 學 院建 築 工 學 科

李 權

실내 쾌 과 련된 환경 요소인 습도는 온도 공기 질과 같은 쾌 변수

와 깊은 련이 있다고 할 수 있다 높은 습도는 건물 구성 재료의 부식과 같은

구조 문제를 야기하기 때문에 건물의 내구성을 제한하는 주요한 요소들 에

하나이며 건물 외피를 통한 습기 이동은 미생물의 성장과 같은 실내 공기질의

악화를 래할 수 있다 그러므로 실내에서 습기 문제를 해결하는 것은 건물의

내구성을 향상시키고 미생물과 곰팡이의 성장을 제한하고 쾌 한 환경을 제공

한다는 에서 반드시 필요하다

이에 본 연구에서는 자연 상태에서 건물의 자연 실온과 수증기량 변동을

측하기 한 수학 모델링을 제시하고 실측값을 이용해 구조체의 흡습량과

방습량에 의한 실내 수증기 발생량을 산정한 후 이를 통해 보다 정량 으로 자

연 실온과 수증기량을 측하고자 한다 한 이를 실제 사무소 건물에 용하

여 모델링의 타당성을 확인하고 자연 실온과 실내 수증기량 변동을 측함으로

써 건물에서의 습기 문제를 해결하는데 기 인 자료를 제공하고자 한다

본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다

1 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 상 습도는 외

기와 유사한 거동을 보 다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에

의한 수증기 달이 실내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라

고 할 수 있다

- 2 -

2 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 건물에서 실내 수증기량 상

습도의 측정값과 계산값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상

습도를 측하기 해서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수

있다

3 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온 측

정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차이를

보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무소 건물

에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산하기 해

서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한다

4 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량은 평균

1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s 다

5 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

6 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으로

간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오차는

0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

- 3 -

Abstract

Experimental and Numerical Studies for Predicting of the

Non Air-Conditioned Room Temperature

and Moisture Content

LEE DONG KWEONDepartment of Architectural Engineering

Graduate School of Inha University

Moisture in the building is associated with indoor comfortable variables

such as temperature and air quality Moisture damage is one of the most

important factors limiting a building`s service life because high moisture

level can cause metal corrosion wood decay and structure deterioration

In addition to the building`s construction damage moisture migration

through building envelops can lead to poor interior air qulity as high

ambient moisture levels result in microbial growth Consequently solving

moisture problem in the building is essential to improve a building service

life limit microbial growth and provide occupants with comfortable

environment

In this paper an accurate model of coupled heat and moisture transfer in

building envelops and indoor air a mathematical method in predicting indoor

moisture generation rate is developed The developed method can be served

as a useful tool in predicting indoor temperature and moisture content more

accurately Moreover to perform a validation of the proposed mathematical

method in predicting indoor temperature and moisture content we measured

a series of indoor temperature and moisture for the model building and real

- 4 -

office building

The results are as follows

1 In the case of assuming that indoor moisture generation rate is 0 the

trend of indoor moisture content and relative humidity follows those of the

ambient air It shows that moisture migration through ventilation is more

important factor than that through building envelops in predicting indoor

moisture content and relative humidity

2 In the case of assuming that indoor moisture generation rate is 0 the

calculated level of indoor moisture content and relative humidity is lower

than the measured level It shows that indoor moisture generation rate is the

important factor

3 In the case of assuming that there is a latent heat caused by indoor

moisture generation difference of indoor temperature between the calculated

and measured value is 07 for the model building 0 for the real office

building

4 Moisture generation rate caused by moisture absorption and desorption

of building materials and room goods is 1045times 10- 6 s for the model

building 794times 10- 6 s for the real office building

5 In the case of assuming that there is indoor moisture generation rate

difference of moisture content between the calculated and measured value is

10 for the model building 0 for the real office building The difference of

relative humidity is 2 for the model building 0 for the real office

building

- 5 -

6 In the case of assuming that indoor moisture generation rate is

constant as an average rate value difference of relative humidity between

the calculated and measured value is 0

In conclusion the importance of the effect of the indoor moisture

generation rate on accurately predicting indoor temperature and moisture

content for a building system has been demonstrated Finally In this paper

the model is validated in predicting indoor teperature moisture content and

relative humidity

- 6 -

- 목 차 -

제 1 장 서 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 1

11 연구 배경 목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 1

12 연구 범 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 2

제 2 장 비 고 찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 5

21 자연 실온 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 5

22 습기의 이론 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 6

221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 6

222 수분 달계수 (Liquid Transport Coefficients) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8

223 물질 달 (Mass Transfer) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 9

제 3 장 구조 체 실내 공 기의 열 습 기 평 형 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13

31 건물의 열수지 습기 평형 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13

32 구조체의 열 습기 평형식 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13

33 실내 공기의 열 습기 평형식 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 15

34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 16

- 7 -

제 4 장 측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

41 자연실온 수증기량 측정 실험 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

411 실험개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

412 측정 장비 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

413 모델 건물 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

42 비정상 자연실온 수증기량 해석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

421 비정상 자연실온 해석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

422 비정상 수증기량 해석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 22

423 수치해석 기본가정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 23

제 5 장 시 뮬 이션 결 과 분 석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

51 수치해석과 실험결과 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

511 벽체의 수직면 일사량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 26

513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 28

514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29

제 6 장 사 례 연구 (case study ) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33

- 8 -

61 실험개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33

62 수치해석과 실험결과의 분석 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 35

621 벽체의 수직면 일사량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 35

622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 36

623 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38

624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38

625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 41

제 7 장 결 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 43

참고 문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 45

부 록 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 46

자연실온 계산 로그램

실내 수증기량 상 습도 계산 로그램

- 9 -

- 표 목차 -

[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 7

[표 2] 흡입에 의한 수분 달 계수 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8

[표 3] 확산에 의한 수분 달 계수 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8

[표 4] 건물의 물성치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

[표 5] 평균 자연실온 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30

[표 6] 평균 수증기량 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31

[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 물성치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 34

[표 8] 평균 자연실온 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39

- 10 -

- 그 림 목차 -

[그림 1] 연구의 체 흐름도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 4

[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 5

[그림 3] 연 냉방도일 난방도일 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 6

[그림 4] 상 습도에 따른 재료의 함습량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 7

[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질 달 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 9

[그림 6] 물의 열 습기 수지 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13

[그림 7] 모델 건물 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 20

[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 22

[그림 10] 각 수직벽체의 일사량 계산 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 26

[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 27

[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 28

[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29

[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30

[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31

[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 32

[그림 18] 건물의 평면도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33

[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 34

- 11 -

[그림 20] 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 35

[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 36

[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 37

[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 37

[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38

[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39

[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40

[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40

[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 41

[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 42

- 12 -

Nomenclature

A 벽체 면 []

C 비열 [JK]

c 수증기량 []

dt 계산 시간 간격

D 수증기 확산 계수 [s]

G 수증기 발생량 [h]

H 증발 잠열 [J]

h t 표면 열 달 계수 [WK]

hm 표면 습기 달 계수 [ms]

m 질량 []

n 환기횟수 [회h]

p 압력 [kPa]

R 기체상수 [ 8314times10-2 barkmolK]

S 일사량[W]

T 온도 [K]

V 체 []

Greek Letters

α 흡수율

β 형태계수

ε 방사율

λ 열 도율 [WmK]

ρ 도(kg)

σ b 스테 볼츠만 상수 (567times10-8WK4)

- 13 -

Δt 계산 시간간격 [s]

Superscript

air 공기

in 실내

out 외부

Subscript

1hellipm (외부면 부터)

in 실내

n 자연실온

out 외부

set 설정온도

si 내표면

sky 천공

so 외표면

w 벽체

- 1 -

제 1 장 서 론

1 1 연구 배 경 목

오늘날 사람들의 생활은 부분 실내 공간에서 이루어지기 때문에 실내 공

간의 쾌 한 환경에 한 심이 날로 높아지고 있다 실내 쾌 과 련된 환경

요소로는 온도 습도 기류 MRT 공기 질 소음 빛 등이 있으며 이 에서도

습도는 온도 공기 질과 같은 쾌 변수와 깊은 련이 있다고 할 수 있다 높은

습도는 건물 구성 재료의 부식과 같은 구조 문제를 야기하기 때문에 건물의

내구성을 제한하는 주요한 요소들 에 하나이며 건물 외피를 통한 습기 이동

은 미생물의 성장과 같은 실내 공기질의 악화를 래할 수 있다 기존의 연구에

서 Spengler at al(1991)은 상 습도 70 이상이면 곰팡이가 성장할 수 있다고

제시했다 한 건축물 외피의 단열성능에도 습기는 많은 향을 미치며 실내

열 환경 평가에서도 습기에 의해 쾌 감이 크게 변한다 결과 으로 실내에서

습기 문제를 해결하는 것은 건물의 내구성을 향상시키고 미생물과 곰팡이의 성

장을 제한하고 쾌 한 환경을 제공한다는 에서 반드시 필요하다

그 지만 이와 같이 실내의 쾌 요소로서 습기의 요성에도 불구하고 습

기와 련된 연구는 많이 부족한 것이 사실이다 그 이유로는 부분의 건물 외

피는 다공질의 재료로 이루어져 있기 때문에 습기 달 과정이 매우 복잡한 형

태로 이루어지며 재료의 물성치에 한 연구도 미흡하기 때문이다 한 습기

문제는 열 달 습기 달 공기유동 화학 생물학 반응과 같은 복합 인 요

소의 작용으로 일어나기 때문에 이것을 총체 으로 이해해야 하는 어려움이 있

건물에서 습기 문제는 일반 으로 높은 실내 습도 수 과 건물 외피를 통한

수분과 습기의 이동 건물 구조체 내middot외부 결로 상의 결과이다 따라서 습도

문제는 실내 온도와 습도 외기 기상조건 건물 외피 구조와 큰 련을 갖는다

고 할 수 있다 외기 기상 조건은 일정하기 때문에 기존의 건물에서 습기에 의

- 2 -

한 문제를 방하기 해서는 실내 온도와 습도를 조 하는 것이 필수 이라

할 수 있다

실내 습기 발생원으로는 크게 인체를 비롯하여 인간의 생활 활동에 수반되

어 발생하는 습기와 건물을 구성하고 있는 다공질의 벽체나 실내에 놓여 있는

각종 물체의 흡middot방습성에 의해 발생하는 습기로 나 수 있다 자의 경우에는

주거 공간에서 취사middot세탁middot목욕middot난방에 의한 것이고 후자의 경우는 다공질의 재

료가 주변 공기의 상 습도가 상승하면 수분을 흡수하고 상 습도가 감소하면

역으로 수분을 방습하는 것이다

본 연구에서는 자연 상태에서 건물의 자연 실온과 수증기량 변동을 측하

기 한 수학 모델링을 제시하고 실측값을 이용해 구조체의 흡습량과 방습량

에 의한 실내 수증기 발생량을 산정한 후 이를 통해 보다 정량 으로 자연 실

온과 수증기량을 측하고자 한다 한 이를 실제 사무소 건물에 용하여 모

델링의 타당성을 확인하고 자연 실온과 실내 수증기량 변동을 측함으로써 건

물에서의 습기 문제를 해결하는데 기 인 자료를 제공하고자 한다

1 2 연구 방 법 범

본 연구에서는 건물의 비공조시 즉 자연상태에서 자연실온과 수증기량 변

동을 측하기 한 수학 모델링을 제시하고 건물 재료의 흡middot방습에 따른 실

내 수증기 발생량을 통해 실내 발생 잠열을 고려한 보다 정량 인 자연실온과

실내 수증기량을 측하고자 한다 따라서 콘크리트 단일 건물 에서 측정한 자

연실온 값과 수증기량을 시뮬 이션 값과 비교 분석을 통해 시뮬 이션의 타

당성을 평가하 다 한 실제 건물에 용 가능성을 평가하기 해 실제 사무

소 건축물에서 측정과 시뮬 이션을 수행하 다 본 연구에서 분석한 건물은

공조가 이루어지지 않고 재실자가 없는 단순한 모델이며 실제 공조가 이루어

지고 재실자가 존재하는 건물에 한 분석은 차후 연구 범 로 설정하 다

- 3 -

연구 방법으로는 모델 건물의 자연실온과 수증기량에 한 수치계산을 실시

하기 해 수치해석 로그램을 작성하여 실제 상황을 시뮬 이션 하 다 이

때 일사 외기온도 풍속 상 습도 등의 기후요소에 한 값들은 실측 데이터

를 이용하 다 단 수직 벽면에 입사하는 일사량은 수평면 일사량을 직산분

리하여 계산하는 로그램을 작성했고 수증기량에 련된 값은 습공기 계산식

과 이상기체 방정식을 이용하여 구하 다 한 작성한 로그램에 한 타당

성을 분석하기 해 모델 건물에 한 실증 실험을 실시하고 그 결과를 비교

분석하 다

실증 실험을 통하여 작성한 로그램을 타당성을 검증하 다 그리고 자연

실온과 수증기량 측 로그램을 이용하여 실제 건물의 용 가능성을 평가하

기 해 사무소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값을 비교 분석하고 타당성을

평가하 다

- 4 -

본 연구의 진행을 한 흐름은 그림 1과 같다

그 림 1 연구의 체 흐 름 도

- 5 -

제 2 장 비 고 찰

2 1 자연실온

냉난방을 하지 않은 건물 자체의 단열 축열 성능으로써 외기 조건과 차

별된 실내온도를 형성하게 되며 이를 건물의 자연실온이라고 말할 수 있다

그림 2 자연실온과 난방 냉방부하

그림 2는 건물에 자연실온을 용한 냉난방 부하 계산 개념도이다 외기온도

와 실내 설정온도의 차이로 계산된 부하와 비교할 때 동계의 경우 부하가 감소

하고 하계의 경우는 증가함을 보이고 있다 이는 부하계산시 외기 온도와 실내

설정온도와의 차이가 아닌 자연실온과의 차이로써 계산해 주어야 보다 정확한

부하를 산정할 수 있음을 의미한다

자연실온 용의 효과에 해 건물의 기간부하 계산법인 냉난방도일법에서

도 쉽게 확인할 수 있다 냉난방도일은 실내설정온도와 외기온도와의 차이에

냉난방일수를 곱하여 계산한다 그림 3은 연 냉난방 도일을 나타내는 것으로

서 이를 근거로 부하 계산을 할 경우 과 한 설비 용량과 에 지 소비량이 추

정될 수 있는 것이다 이러한 결과가 발생하는 것은 건물 구조체의 열 성능에

- 6 -

의한 향으로 비공조시에도 실내온도와 외기온도는 지 않은 차이가 있기 때

문이다1)

그림 3 연 냉방도일 난방도일

2 2 습 기의 이론 고 찰

2 2 1 재 료 의 흡 middot 방 습 기능 (Moisture Storage F unction)

다공질의 건축 재료에서 물 분자는 주변 공기와 평형상태에 도달할 때까지

모세 상에 의해 재료의 공극에 채워진다 평형 함수율이란 고체 재료를 일

정한 온습도의 습한 공기 속에 장시간 놓아두고 주변 공기와 평형이 될 때의

재료의 함수율을 말하는데 재료의 흡middot방습 능력에 큰 향을 미치는 인자이다

평형 함수율은 온도와 습도에 의해 변하지만 상온의 범 (0~40)에서는 상

습도에 의해 결정되며 습도 역(30~70)에서는 거의 직선으로 간주할 수

있다

1) 윤성훈 2004건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학원 건축공학과

(계획 공) 2001 2

- 7 -

그림 4 상 습도에 따른 재료의 함습량

그림 4는 상 습도에 따른 재료의 함습량 곡선을 나타낸다 액체 상태의 물

에 하고 있는 재료내의 공극은 포화 wf까지 수분으로 채워질 것이다

이 수분양 wf는 상 습도 100에서 재료의 함습량이다 공극 내부에서 발

생하는 공기 때문에 다공률[]에 의해 결정되는 최 함습량 w max 값보

다 wf값은 다 wf

를 과하는 수분의 양은 벽체 내의 온도 구배에 의해 결

로를 발생시킬 수 있다

표 1 콘크리트 재료의 함습량

- 8 -

표 1은 상 습도에 따른 콘크리트 재료의 합습량을 나타낸다 상 습도가

증가함에 따라 재료의 함습량은 증가하는 것을 알 수 있다 여러 재료의 평형

함습량 곡선은 흡습과정과 방습과정에서 평형 함습량이 다른 경우가 있으며

이러한 상을 자기이력 상이라고 한다 그러나 흡습량과 방습량의 오차는

은 값이기 때문에 무시할 수 있다

상 습도[] 0 33 43 63 80 85 93 100

함습량[] 0 23 26 44 53 55 85 175

2 2 2 수분 달 계 수 (L iq uid Transport Coefficients)

다공질의 재료에서 습기 달 메커니즘은 모세 수분 달이지만 건축 재

료에서 수분 달을 확산 상으로 간주하는 것이 일반 이다 건축 재료에서

수분 메커니즘은 크게 두 가지로 나 수 있다

bull 흡입에 의한 수분 달 건축 재료가 강수로 인해 표면이 완 히 젖었을

때 모세 상에 의해 수분이 달된다

bull 확산에 의한 수분 달 공극에 축 된 수분은 강우가 멈췄을 때 확산에

의해 달된다

확산에 의한 수분 달은 천천히 이루어지기 때문에 확산에 의한 수분 달

계수는 일반 으로 흡입에 의한 수분 달 계수 값보다 다

다음 표2 표3은 콘크리트의 흡입과 확산에 의한 수분 달 계수를 나타낸

- 9 -

표 2 흡입에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 140 157 175

습기 달계수[s] 3times 10- 10 8times 10

- 9 2times 10- 8 3times 10

- 8 5times 10- 8 2times 10

- 7

표 3 확산에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 122 140 157 175

습기 달계수[s]2times

10- 11

2times

10- 10

25times

10- 10

13times

10- 9

72times

10- 9 2times 10 - 8 7times 10 - 8

2 2 3 물질 달 (Mass Transfer)

혼합물에서 어떤 화합물질의 농도 차이에 의해 물질이 이동하는 것을 물질

달이라고 한다 온도 기울기에 의해 열 달이 일어나는 것과 마찬가지로 물

질 달에서는 화학물질의 농도 기울기가 물질의 이동을 일으킨다 건조 공기로

수증기가 확산되는 것도 물질 달의 한 라고 할 수 있다

그림 5는 기체 혼합물의 확산에 의한 물질 달을 나타낸다 서로 다른 기체

가 같은 온도와 압력 상태에서 칸막이로 분리된 챔버를 고려해보자 칸막이가

제거된다면 기체는 확산에 의해 달될 것이다 더 큰 농도는 체 당 더 많은

분자수가 있다는 것을 의미한다 x축을 따라 기체 A의 농도가 감소하는 반면

기체 B의 농도는 증가할 것이다 물질 달은 농도 방향으로 일어나기 때문

에 기체 A는 오른편으로 기체 B는 왼편으로 이동할 것이다 충분한 시간이 경

과한 후에 A와 B의 농도는 균일해질 것이다

- 10 -

그림 5 혼합기체에서 확산에 의한 물질 달

물질 달은 기체에서 뿐만 아니라 액체와 고체에서도 일어난다 그러나

질 달은 분자 간격에 큰 향을 받기 때문에 확산은 기체 액체 고체의 순

서로 빠르게 일어난다

1 ) 물질 A의 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(1)과 같이 나

타낼 수 있다

ρ A=mAV

(1)

혼합물의 체 농도는 각각의 물질 농도를 합한 값과 같고 식(2)와 같이 나

타낼 수 있다

ρ= sumn

i=1ρ i (2)

혼합물에서 물질 A의 양은 mass fraction이며 식 (3)과 같이 나타낼 수 있다

- 11 -

wA=ρAρ

(3)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (4)와 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1wi=1 (4)

2) 물질 A의 몰 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(5)와 같이

나타낼 수 있다

c A=n AV

=m AM A

V=

ρ A

M A

(5)

혼합물의 체 몰 농도는 각각의 물질 몰 농도를 합한 값과 같고 식(6)와 같이

나타낼 수 있다

c= sumn

i=1c i

(6)

혼합물에서 물질 A의 양은 mole fraction이며 식 (7)과 같이 나타낼 수 있다

x i=c ic

(7)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (8)과 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1x i=1 (8)

- 12 -

3 ) 이상 기체 방 정 식

이상기체 혼합물에서 어떤 성분의 농도 와 몰 농도는 이상기체 법칙을 통해

그 성분의 부분 압력과 련된다 식(9)와 식(10)은 어떤 성분의 농도와 몰 농도

를 나타낸다

ρ i=p iR iT

(9)

Ci=p iRT

(10)

여기서 Ri는 물질 i의 기체 상수이고 R은 universal 기체 상수이다

4) F ick ` L aw

농도구배가 존재하는 계에서 물질은 분자의 움직임에 의한 확산속도를 갖

고 이때 발생하는 물질 달량은 농도구배(농도차거리)에 비례한다 식 (11)은

몰 달량를 식(12)는 도 달량를 나타낸다

J A z=-DABdcAdz

=- cDABdyAdz

(11)

j A z=-DABdρAdz

=-ρDABdwAdz

(12)

여기서 DAB는 혼합 물질에서 어떤 성분의 확산 계수를 나타내는데 차원은

다음과 같다

[ MoleL 2t ]= [ X ]

[ MoleL 3 ][ L ]

- 13 -

there4 [ X ]= [ L2

t ] 는 s

제 3 장

구조 체 실내 공 기의 열 습 기 평 형

3 1 건물의 열 수지 습 기 평 형

그림 6은 모델 건물의 열평형 방정식과 습기평형 방정식을 수립하기 한

개념도를 나타낸다 건물 외표면에는 일사의 유입과 외기와의 류 열 달

- 14 -

류 습기 달 천공과의 복사열교환 등이 작용하며 바닥에서는 지면으로부터의

열 도 습기 도가 일어나게 된다 내부에서는 실내공기와의 류 열 달

류 습기 달이 일어난다 한 인체 기기 발열 조명 발열 거주자 활동에

의한 수증기 발생이 존재하지만 비거주 공간을 상으로 삼았기 때문에 이에

한 부분은 고려하지 않았다

그림 6 건물의 열 습기 수지

3 2 구조 체 의 열 습 기 평 형식

자연실온 수증기량 해석을 한 건물 시스템은 크게 건물 벽체와 실내공

기로 나 어진다 수학 모델링의 과정은 다음과 같은 과정으로 일반화 된다

(1) 건물 외피에서 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (2) 건물 외피와 실

내 공기 사이에서의 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (3) 수치해석을

통해 경계조건으로 표 되는 외부 기상조건에 따른 비정상상태의 실내 자연실

온과 수증기량을 구한다

각 구조체의 1차원 열 달 방정식 습기 달 방정식 은 식 (13) 식 (14)

와 같다

- 15 -

ρw c pwpartTwpart t

=partpart x ( λw

partTwpartx ) (13)

part c wpart t

=partpartx (Dw

part c wpartx ) (14)

이질 재료의 층과 층 사이( x= n)에서 열과 습기 달은 다음과 같이 나타

낼 수 있다

λ1w

partT 1w

partx |x= n

=λ2w

partT 2w

partx |x= n

(15)

T1w | x= n=T

2w | x= n (16)

D1w

partc1w

partx |x= n

=D2w

partc2w

partx |x= n

(17)

c1w | x= n= c

2w | x= n (18)

구조체의 외표면 실내측에 한 경계조건은 다음과 같이 설정할 수 있다

λ wpartT w

partx |x= 0

=houttw (T out-T so)+αS+( 1+cosβ

2 ) σ ε(T sky4-T so

4)

(19)

λwpartTwpartx |

x= M=h intw (T in-T si)

(20)

- 16 -

Dwpart cwpart x |

x= 0=h

outmw (c out-c so) (21)

Dwpart cwpart x |

x= M=h

inmw (c in-c si) (22)

Lewis Relation은 외표면과 내표면 습기 달계수 houtmw h inmw

을 결정하기

하여 이용될 수 있다

h m=hT

ρ airCairp

(23)

3 3 실내 공 기의 열 습 기 평 형식

실내공기의 열평형식 습기 평형식은 각각 식(24) 식(25)와 같다

V ρ a c pad T in

d t=Q 1+Q 2+Q 3+Q 4

(24)

Q 1 벽체로부터의 열 달량[W]

Q 2 환기에 의한 열 달량[W]

Q 3 실내 수증기 증발 잠열량 [W]

Q 4 인체 조명 기기로부터의 발열량[W]

Vd c ind t

=M 1+M 2+M 3 (25)

M 1 벽체로부터의 수증기 달량 [kgs]

M 2 환기에 의한 수증기 달량 [kgs]

M 3 실내 수증기 발생량 [kgs]

- 17 -

식(24)는 실내 공기 온도에 한 열평형식으로 본 연구에서의 상 모델은

비거주 공간이므로 Q 4는 고려하지 않았다 한 재료의 흡middot방습에 의한 잠열

이 실내 온도에 미치는 향을 평가하기 해 Q 3를 고려한 경우와 Q 3

를 고려

하지 않은 경우로 나 어 분석하 다

식(25)는 실내 공기 수증기량에 한 습기평형식으로 M 3는 실내 수증기 발

생량을 나타내는데 이는 거주자의 취사 목욕 세탁 난방 등의 활동에 의한 수

증기 발생과 재료의 흡middot방습에의한 발생으로 크게 나 어 볼 수 있다 본 연구

에의 상 모델은 비거주 공간이므로 거주자의 활동에 의한 수증기 발생량은

고려하지 않고 재료의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량만을 분석하 다

3 4 실내 수증기 발 생 량

식(25)는 다음과 같이 표 할 수 있다

M 3=Vd c ind t

-M 1-M 2

(26)

실내 수증기 발생량 M 3를 구하기 해 시간에 따른 실내 수증기량의 미분

값인 dc indt

의 값을 구해야 한다 그러나 실내 수증기량의 직 미분은 미분값

이 불안정할 수 있다 수증기 발생원이 수증기를 방출할 때 발생량은 지수

으로 증가하고 방출을 멈췄을 때는 지수 으로 감소한다 Bennett et al은 포

름알데히드 측정을 하여 측정한 농도 데이터로부터 포르알데히드 방사량을

평가하기 하 로그램을 개발했다 Stirling interpolation polynomial fitting

이 오염물 농도를 미분하는데 이용된다 이와 유사한 방법을 이용하여 실내 수

증기량 c in은 Stirling interpolation polynomial fitting에 의해 미분된다

Stirling interpolation polynomial은 Gauss interpolation의 진과 후진의 평균

값으로 구한다

- 18 -

방정식에 다른 하나의 미지값은 건물 외피와 실내 공기와의 습기 달량인

비정상 습기 달량 M 1 값이다 기존의 연구에서 M 1

의 평균값은 003times 10- 6

[middotmiddots]으로 은 값이므로 실내 습기 발생량 M 3을 구하기 해 M 1

의 값은

0으로 가정한다

식 (27)은 실내 수증기 발생량을 구하기 해 측정한 수증기량 데이터를

Stirling polynomial 방법을 이용하여 미분하는 식을 나타낸다

[dc indt ]

t= t o

=1Δt (

Δc in-1+Δc in02

-16

Δ3c in-2+Δ

3c in-1

2

+130

Δ5c in-3+Δ

5c in-2

2+⋯) (27)

- 19 -

제 4 장

측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석

4 1 자연실온 수증기량 측정 실험

4 1 1 실험개 요

건물의 자연실온 수증기량 로그램의 타당성을 분석하기 하여 철근

콘크리트 건물에 측정 장비를 설치하고 실증 실험을 실시하 다 한 로그

램의 실제 건물 용 가능성을 평가하기 해 사무소 건물에서 실험을 실시하

다 철근 콘크리트 건물 모델은 주변과의 복사 향을 최소화하고 외부 건물

에 의한 일 의 향을 받지 않는 인천의 I 학교에 치하고 있다 사무소 건

물은 인천에 치하고 있으며 인 실의 향을 최소화하기 해 옥상의 독립

된 공간에서 실험을 실시하 다 실험 건물 모델은 거주 공간이 아니기 때문에

실내에서 발생되는 열과 수증기량은 0으로 간주된다 철근 콘크리트 건물 모델

에서 실험은 여름철인 2005년 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 고 사

무소 건물에서는 2005년 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시하 다

- 20 -

그림 7 모델 건물

4 1 2 측정 장 비

실험모델에 한 수평면 일사량 외기온도 상 습도 풍속 등의 기상 데이

터를 10분 간격으로 측정하 다 수평면 일사량 측정은 인천의 I 학교 옥상

에 설치된 자동 기상 측기 DAV16 를 사용하 다 수평면 일사량은 직산분

리 계산식을 사용하여 각 방 의 수직 벽면 일사량으로 환산되고 외기온도와

상 습도는 습공기 계산식을 통해 수증기량으로 환산된다

건물 모델 내부 공기 온도 상 습도 수증기량은 TH-CALC 8722 사용하여

10분 간격으로 측정하 다

4 1 3 모 델 건물

철근 콘크리트 건물 모델의 크기는 17mtimes17mtimes21m로 두께 015m의 단일

재료이고 방 는 정남향이다 표 4는 건물의 물성치를 나타낸다

- 21 -

표 4 건물의 물성치

열 도율 14 [WmK]

비열 880 [JkgK]

도 2100 [kg]

투습율 47 [ng(smPa)]

두께 015 [m]

4 2 비 정 상 자연실온 수증기량 해 석

4 2 1 비 정 상 자연실온 해 석

그림 8 다층벽의 열수지 차분계산 모델

그림 8은 다층벽의 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이에 있는

경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하면 경계면 m 에서의 계산식은

- 22 -

m-Δx L2~ m-Δx R2의 열용량이 m 에 집 하고 m-1~ m 사이와

m~ m+1 사이의 열 항을 각각 RL RR이라 하면 구조체 내부 각 층의 온

도에 한 차분식은 식 (28)과 같다

Tm-Tm

Δt | m= 105(CAPL+CAPR) 1

RR(T

m+1 -T

m)-

1RL

(Tm-T

m-1 )

(28)

여기서

CAPL= c L ρ LΔxL (29)

CAPR= c R ρ RΔxR (30)

RL=ΔxLλL

(31)

RR=

ΔxRλR

(32)

외표면 경계조건(m=0)은 일사 외기와의 류열 달 그리고 천공과의 복

사열 교환에 의한 유효복사량이며 식 (33)과 같다

+( 1+cosβ2 ) σ ε(T sky

4-(Tso )

4)-

1RL

(T so+1 -T

so))

(33)

내표면 경계조건(m=M)은 식 (34)와 같으며 각 벽체간의 온도 차이가 크지

않기 때문에 내부 복사열 교환은 생략하고 실내공기와의 류열 달만 있는

것으로 하 다

T si-Tsi

Δt |m= M

=1

05 C AP R (h intw (T si-T in)-

1R R

(T si-1-Tsi))

(34)

- 23 -

실내 공기온도 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 류열 달 환기

에 의한 열 달 잠열부하량을 고려하 으며 열 수지식은 식 (35)와 같다

T in-T

in

Δt=

1c aρ aV

(Q 1+Q 2+Q 3+Q 4)

(35)

여기서 Q 1은 구조체로부터의 열 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로부

터의 류열 달만을 고려하 으며 식(36)과 같다

Q 1= hintw sum

6

k= 1AkT si k

(36)

Q 2는 환기에 의한 열 달량을 나타내며 식(37)과 같다

Q 2= nV c aρ a(Tout-T in)

(37)

Q 3는 실내 수증기 발생량에 따른 실내 증발잠열량을 나타내며 식(38)과 같다

Q 3=HtimesGtimesVtimes1

3600 (38)

4 2 2 비 정 상 수증기량 해 석

- 24 -

그림 9 다층벽의 습기평형 차분계산 모델

그림 9는 다층벽의 습기평형 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이

에 있는 경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하며 구조체 내부 각 층의 습

기에 한 차분식은 식 (39)와 같다

cm-cm

Δt | m= 105(Δx L+Δ xR)

DwRΔx R

(cm+1 -c

m)-

DwLΔxL

(cm-c

m-1 )

(39)

외표면 경계조건(m=0)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계수

를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(40)과 같다

c so-cso

Δt |m= 0

=1

05ΔxL ( h outmw (c out-cso)-

DwLΔxL

(c so+1 -cso) )

(40)

내표면 경계조건(m=M)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계

수를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(41)과 같다

c si-c

si

Δt |m= M

=1

05ΔxR ( h inmw (c in-csi)-

DwRΔxR

(csi-1 -csi) )

(41)

- 25 -

실내 수증기량 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 습기 달계수 환

기에 의한 습기 달 실내 습기발생량을 고려하 으며 습기 평형식은 식(42)과

같다

c in-cin

Δt=

1V

(M 1+M 2+M 3)

(42)

여기서 M 1은 구조체로부터의 습기 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로

부터의 류습기 달만을 고려하 으며 식(43)과 같다

M 1= hinmw sum

6

k= 1Ak c si k

(43)

M 2는 환기에 의한 습기 달량을 나타내며 식(44)와 같다

M 2=nV (c out-c in)

(44)

M 3는 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 나타낸다

4 2 3 수치해 석 기본 가 정

본 수치 모델의 해석에 한 기본가정은 다음과 같다

(1) 벽체 지붕 바닥의 열 달 습기 달은 두께 방향의 1차원으로 보며 각

부 재료는 동일하다

(2) 실내공간을 단일 존으로 보고 실내온도와 수증기량은 치에 해 일정하

다고 본다

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 5: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 2 -

2 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 건물에서 실내 수증기량 상

습도의 측정값과 계산값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상

습도를 측하기 해서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수

있다

3 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온 측

정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차이를

보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무소 건물

에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산하기 해

서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한다

4 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량은 평균

1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s 다

5 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

6 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으로

간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오차는

0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

- 3 -

Abstract

Experimental and Numerical Studies for Predicting of the

Non Air-Conditioned Room Temperature

and Moisture Content

LEE DONG KWEONDepartment of Architectural Engineering

Graduate School of Inha University

Moisture in the building is associated with indoor comfortable variables

such as temperature and air quality Moisture damage is one of the most

important factors limiting a building`s service life because high moisture

level can cause metal corrosion wood decay and structure deterioration

In addition to the building`s construction damage moisture migration

through building envelops can lead to poor interior air qulity as high

ambient moisture levels result in microbial growth Consequently solving

moisture problem in the building is essential to improve a building service

life limit microbial growth and provide occupants with comfortable

environment

In this paper an accurate model of coupled heat and moisture transfer in

building envelops and indoor air a mathematical method in predicting indoor

moisture generation rate is developed The developed method can be served

as a useful tool in predicting indoor temperature and moisture content more

accurately Moreover to perform a validation of the proposed mathematical

method in predicting indoor temperature and moisture content we measured

a series of indoor temperature and moisture for the model building and real

- 4 -

office building

The results are as follows

1 In the case of assuming that indoor moisture generation rate is 0 the

trend of indoor moisture content and relative humidity follows those of the

ambient air It shows that moisture migration through ventilation is more

important factor than that through building envelops in predicting indoor

moisture content and relative humidity

2 In the case of assuming that indoor moisture generation rate is 0 the

calculated level of indoor moisture content and relative humidity is lower

than the measured level It shows that indoor moisture generation rate is the

important factor

3 In the case of assuming that there is a latent heat caused by indoor

moisture generation difference of indoor temperature between the calculated

and measured value is 07 for the model building 0 for the real office

building

4 Moisture generation rate caused by moisture absorption and desorption

of building materials and room goods is 1045times 10- 6 s for the model

building 794times 10- 6 s for the real office building

5 In the case of assuming that there is indoor moisture generation rate

difference of moisture content between the calculated and measured value is

10 for the model building 0 for the real office building The difference of

relative humidity is 2 for the model building 0 for the real office

building

- 5 -

6 In the case of assuming that indoor moisture generation rate is

constant as an average rate value difference of relative humidity between

the calculated and measured value is 0

In conclusion the importance of the effect of the indoor moisture

generation rate on accurately predicting indoor temperature and moisture

content for a building system has been demonstrated Finally In this paper

the model is validated in predicting indoor teperature moisture content and

relative humidity

- 6 -

- 목 차 -

제 1 장 서 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 1

11 연구 배경 목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 1

12 연구 범 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 2

제 2 장 비 고 찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 5

21 자연 실온 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 5

22 습기의 이론 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 6

221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 6

222 수분 달계수 (Liquid Transport Coefficients) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8

223 물질 달 (Mass Transfer) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 9

제 3 장 구조 체 실내 공 기의 열 습 기 평 형 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13

31 건물의 열수지 습기 평형 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13

32 구조체의 열 습기 평형식 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13

33 실내 공기의 열 습기 평형식 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 15

34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 16

- 7 -

제 4 장 측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

41 자연실온 수증기량 측정 실험 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

411 실험개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

412 측정 장비 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

413 모델 건물 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

42 비정상 자연실온 수증기량 해석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

421 비정상 자연실온 해석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

422 비정상 수증기량 해석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 22

423 수치해석 기본가정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 23

제 5 장 시 뮬 이션 결 과 분 석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

51 수치해석과 실험결과 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

511 벽체의 수직면 일사량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 26

513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 28

514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29

제 6 장 사 례 연구 (case study ) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33

- 8 -

61 실험개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33

62 수치해석과 실험결과의 분석 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 35

621 벽체의 수직면 일사량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 35

622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 36

623 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38

624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38

625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 41

제 7 장 결 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 43

참고 문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 45

부 록 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 46

자연실온 계산 로그램

실내 수증기량 상 습도 계산 로그램

- 9 -

- 표 목차 -

[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 7

[표 2] 흡입에 의한 수분 달 계수 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8

[표 3] 확산에 의한 수분 달 계수 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8

[표 4] 건물의 물성치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

[표 5] 평균 자연실온 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30

[표 6] 평균 수증기량 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31

[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 물성치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 34

[표 8] 평균 자연실온 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39

- 10 -

- 그 림 목차 -

[그림 1] 연구의 체 흐름도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 4

[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 5

[그림 3] 연 냉방도일 난방도일 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 6

[그림 4] 상 습도에 따른 재료의 함습량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 7

[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질 달 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 9

[그림 6] 물의 열 습기 수지 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13

[그림 7] 모델 건물 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 20

[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 22

[그림 10] 각 수직벽체의 일사량 계산 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 26

[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 27

[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 28

[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29

[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30

[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31

[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 32

[그림 18] 건물의 평면도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33

[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 34

- 11 -

[그림 20] 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 35

[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 36

[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 37

[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 37

[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38

[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39

[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40

[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40

[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 41

[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 42

- 12 -

Nomenclature

A 벽체 면 []

C 비열 [JK]

c 수증기량 []

dt 계산 시간 간격

D 수증기 확산 계수 [s]

G 수증기 발생량 [h]

H 증발 잠열 [J]

h t 표면 열 달 계수 [WK]

hm 표면 습기 달 계수 [ms]

m 질량 []

n 환기횟수 [회h]

p 압력 [kPa]

R 기체상수 [ 8314times10-2 barkmolK]

S 일사량[W]

T 온도 [K]

V 체 []

Greek Letters

α 흡수율

β 형태계수

ε 방사율

λ 열 도율 [WmK]

ρ 도(kg)

σ b 스테 볼츠만 상수 (567times10-8WK4)

- 13 -

Δt 계산 시간간격 [s]

Superscript

air 공기

in 실내

out 외부

Subscript

1hellipm (외부면 부터)

in 실내

n 자연실온

out 외부

set 설정온도

si 내표면

sky 천공

so 외표면

w 벽체

- 1 -

제 1 장 서 론

1 1 연구 배 경 목

오늘날 사람들의 생활은 부분 실내 공간에서 이루어지기 때문에 실내 공

간의 쾌 한 환경에 한 심이 날로 높아지고 있다 실내 쾌 과 련된 환경

요소로는 온도 습도 기류 MRT 공기 질 소음 빛 등이 있으며 이 에서도

습도는 온도 공기 질과 같은 쾌 변수와 깊은 련이 있다고 할 수 있다 높은

습도는 건물 구성 재료의 부식과 같은 구조 문제를 야기하기 때문에 건물의

내구성을 제한하는 주요한 요소들 에 하나이며 건물 외피를 통한 습기 이동

은 미생물의 성장과 같은 실내 공기질의 악화를 래할 수 있다 기존의 연구에

서 Spengler at al(1991)은 상 습도 70 이상이면 곰팡이가 성장할 수 있다고

제시했다 한 건축물 외피의 단열성능에도 습기는 많은 향을 미치며 실내

열 환경 평가에서도 습기에 의해 쾌 감이 크게 변한다 결과 으로 실내에서

습기 문제를 해결하는 것은 건물의 내구성을 향상시키고 미생물과 곰팡이의 성

장을 제한하고 쾌 한 환경을 제공한다는 에서 반드시 필요하다

그 지만 이와 같이 실내의 쾌 요소로서 습기의 요성에도 불구하고 습

기와 련된 연구는 많이 부족한 것이 사실이다 그 이유로는 부분의 건물 외

피는 다공질의 재료로 이루어져 있기 때문에 습기 달 과정이 매우 복잡한 형

태로 이루어지며 재료의 물성치에 한 연구도 미흡하기 때문이다 한 습기

문제는 열 달 습기 달 공기유동 화학 생물학 반응과 같은 복합 인 요

소의 작용으로 일어나기 때문에 이것을 총체 으로 이해해야 하는 어려움이 있

건물에서 습기 문제는 일반 으로 높은 실내 습도 수 과 건물 외피를 통한

수분과 습기의 이동 건물 구조체 내middot외부 결로 상의 결과이다 따라서 습도

문제는 실내 온도와 습도 외기 기상조건 건물 외피 구조와 큰 련을 갖는다

고 할 수 있다 외기 기상 조건은 일정하기 때문에 기존의 건물에서 습기에 의

- 2 -

한 문제를 방하기 해서는 실내 온도와 습도를 조 하는 것이 필수 이라

할 수 있다

실내 습기 발생원으로는 크게 인체를 비롯하여 인간의 생활 활동에 수반되

어 발생하는 습기와 건물을 구성하고 있는 다공질의 벽체나 실내에 놓여 있는

각종 물체의 흡middot방습성에 의해 발생하는 습기로 나 수 있다 자의 경우에는

주거 공간에서 취사middot세탁middot목욕middot난방에 의한 것이고 후자의 경우는 다공질의 재

료가 주변 공기의 상 습도가 상승하면 수분을 흡수하고 상 습도가 감소하면

역으로 수분을 방습하는 것이다

본 연구에서는 자연 상태에서 건물의 자연 실온과 수증기량 변동을 측하

기 한 수학 모델링을 제시하고 실측값을 이용해 구조체의 흡습량과 방습량

에 의한 실내 수증기 발생량을 산정한 후 이를 통해 보다 정량 으로 자연 실

온과 수증기량을 측하고자 한다 한 이를 실제 사무소 건물에 용하여 모

델링의 타당성을 확인하고 자연 실온과 실내 수증기량 변동을 측함으로써 건

물에서의 습기 문제를 해결하는데 기 인 자료를 제공하고자 한다

1 2 연구 방 법 범

본 연구에서는 건물의 비공조시 즉 자연상태에서 자연실온과 수증기량 변

동을 측하기 한 수학 모델링을 제시하고 건물 재료의 흡middot방습에 따른 실

내 수증기 발생량을 통해 실내 발생 잠열을 고려한 보다 정량 인 자연실온과

실내 수증기량을 측하고자 한다 따라서 콘크리트 단일 건물 에서 측정한 자

연실온 값과 수증기량을 시뮬 이션 값과 비교 분석을 통해 시뮬 이션의 타

당성을 평가하 다 한 실제 건물에 용 가능성을 평가하기 해 실제 사무

소 건축물에서 측정과 시뮬 이션을 수행하 다 본 연구에서 분석한 건물은

공조가 이루어지지 않고 재실자가 없는 단순한 모델이며 실제 공조가 이루어

지고 재실자가 존재하는 건물에 한 분석은 차후 연구 범 로 설정하 다

- 3 -

연구 방법으로는 모델 건물의 자연실온과 수증기량에 한 수치계산을 실시

하기 해 수치해석 로그램을 작성하여 실제 상황을 시뮬 이션 하 다 이

때 일사 외기온도 풍속 상 습도 등의 기후요소에 한 값들은 실측 데이터

를 이용하 다 단 수직 벽면에 입사하는 일사량은 수평면 일사량을 직산분

리하여 계산하는 로그램을 작성했고 수증기량에 련된 값은 습공기 계산식

과 이상기체 방정식을 이용하여 구하 다 한 작성한 로그램에 한 타당

성을 분석하기 해 모델 건물에 한 실증 실험을 실시하고 그 결과를 비교

분석하 다

실증 실험을 통하여 작성한 로그램을 타당성을 검증하 다 그리고 자연

실온과 수증기량 측 로그램을 이용하여 실제 건물의 용 가능성을 평가하

기 해 사무소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값을 비교 분석하고 타당성을

평가하 다

- 4 -

본 연구의 진행을 한 흐름은 그림 1과 같다

그 림 1 연구의 체 흐 름 도

- 5 -

제 2 장 비 고 찰

2 1 자연실온

냉난방을 하지 않은 건물 자체의 단열 축열 성능으로써 외기 조건과 차

별된 실내온도를 형성하게 되며 이를 건물의 자연실온이라고 말할 수 있다

그림 2 자연실온과 난방 냉방부하

그림 2는 건물에 자연실온을 용한 냉난방 부하 계산 개념도이다 외기온도

와 실내 설정온도의 차이로 계산된 부하와 비교할 때 동계의 경우 부하가 감소

하고 하계의 경우는 증가함을 보이고 있다 이는 부하계산시 외기 온도와 실내

설정온도와의 차이가 아닌 자연실온과의 차이로써 계산해 주어야 보다 정확한

부하를 산정할 수 있음을 의미한다

자연실온 용의 효과에 해 건물의 기간부하 계산법인 냉난방도일법에서

도 쉽게 확인할 수 있다 냉난방도일은 실내설정온도와 외기온도와의 차이에

냉난방일수를 곱하여 계산한다 그림 3은 연 냉난방 도일을 나타내는 것으로

서 이를 근거로 부하 계산을 할 경우 과 한 설비 용량과 에 지 소비량이 추

정될 수 있는 것이다 이러한 결과가 발생하는 것은 건물 구조체의 열 성능에

- 6 -

의한 향으로 비공조시에도 실내온도와 외기온도는 지 않은 차이가 있기 때

문이다1)

그림 3 연 냉방도일 난방도일

2 2 습 기의 이론 고 찰

2 2 1 재 료 의 흡 middot 방 습 기능 (Moisture Storage F unction)

다공질의 건축 재료에서 물 분자는 주변 공기와 평형상태에 도달할 때까지

모세 상에 의해 재료의 공극에 채워진다 평형 함수율이란 고체 재료를 일

정한 온습도의 습한 공기 속에 장시간 놓아두고 주변 공기와 평형이 될 때의

재료의 함수율을 말하는데 재료의 흡middot방습 능력에 큰 향을 미치는 인자이다

평형 함수율은 온도와 습도에 의해 변하지만 상온의 범 (0~40)에서는 상

습도에 의해 결정되며 습도 역(30~70)에서는 거의 직선으로 간주할 수

있다

1) 윤성훈 2004건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학원 건축공학과

(계획 공) 2001 2

- 7 -

그림 4 상 습도에 따른 재료의 함습량

그림 4는 상 습도에 따른 재료의 함습량 곡선을 나타낸다 액체 상태의 물

에 하고 있는 재료내의 공극은 포화 wf까지 수분으로 채워질 것이다

이 수분양 wf는 상 습도 100에서 재료의 함습량이다 공극 내부에서 발

생하는 공기 때문에 다공률[]에 의해 결정되는 최 함습량 w max 값보

다 wf값은 다 wf

를 과하는 수분의 양은 벽체 내의 온도 구배에 의해 결

로를 발생시킬 수 있다

표 1 콘크리트 재료의 함습량

- 8 -

표 1은 상 습도에 따른 콘크리트 재료의 합습량을 나타낸다 상 습도가

증가함에 따라 재료의 함습량은 증가하는 것을 알 수 있다 여러 재료의 평형

함습량 곡선은 흡습과정과 방습과정에서 평형 함습량이 다른 경우가 있으며

이러한 상을 자기이력 상이라고 한다 그러나 흡습량과 방습량의 오차는

은 값이기 때문에 무시할 수 있다

상 습도[] 0 33 43 63 80 85 93 100

함습량[] 0 23 26 44 53 55 85 175

2 2 2 수분 달 계 수 (L iq uid Transport Coefficients)

다공질의 재료에서 습기 달 메커니즘은 모세 수분 달이지만 건축 재

료에서 수분 달을 확산 상으로 간주하는 것이 일반 이다 건축 재료에서

수분 메커니즘은 크게 두 가지로 나 수 있다

bull 흡입에 의한 수분 달 건축 재료가 강수로 인해 표면이 완 히 젖었을

때 모세 상에 의해 수분이 달된다

bull 확산에 의한 수분 달 공극에 축 된 수분은 강우가 멈췄을 때 확산에

의해 달된다

확산에 의한 수분 달은 천천히 이루어지기 때문에 확산에 의한 수분 달

계수는 일반 으로 흡입에 의한 수분 달 계수 값보다 다

다음 표2 표3은 콘크리트의 흡입과 확산에 의한 수분 달 계수를 나타낸

- 9 -

표 2 흡입에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 140 157 175

습기 달계수[s] 3times 10- 10 8times 10

- 9 2times 10- 8 3times 10

- 8 5times 10- 8 2times 10

- 7

표 3 확산에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 122 140 157 175

습기 달계수[s]2times

10- 11

2times

10- 10

25times

10- 10

13times

10- 9

72times

10- 9 2times 10 - 8 7times 10 - 8

2 2 3 물질 달 (Mass Transfer)

혼합물에서 어떤 화합물질의 농도 차이에 의해 물질이 이동하는 것을 물질

달이라고 한다 온도 기울기에 의해 열 달이 일어나는 것과 마찬가지로 물

질 달에서는 화학물질의 농도 기울기가 물질의 이동을 일으킨다 건조 공기로

수증기가 확산되는 것도 물질 달의 한 라고 할 수 있다

그림 5는 기체 혼합물의 확산에 의한 물질 달을 나타낸다 서로 다른 기체

가 같은 온도와 압력 상태에서 칸막이로 분리된 챔버를 고려해보자 칸막이가

제거된다면 기체는 확산에 의해 달될 것이다 더 큰 농도는 체 당 더 많은

분자수가 있다는 것을 의미한다 x축을 따라 기체 A의 농도가 감소하는 반면

기체 B의 농도는 증가할 것이다 물질 달은 농도 방향으로 일어나기 때문

에 기체 A는 오른편으로 기체 B는 왼편으로 이동할 것이다 충분한 시간이 경

과한 후에 A와 B의 농도는 균일해질 것이다

- 10 -

그림 5 혼합기체에서 확산에 의한 물질 달

물질 달은 기체에서 뿐만 아니라 액체와 고체에서도 일어난다 그러나

질 달은 분자 간격에 큰 향을 받기 때문에 확산은 기체 액체 고체의 순

서로 빠르게 일어난다

1 ) 물질 A의 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(1)과 같이 나

타낼 수 있다

ρ A=mAV

(1)

혼합물의 체 농도는 각각의 물질 농도를 합한 값과 같고 식(2)와 같이 나

타낼 수 있다

ρ= sumn

i=1ρ i (2)

혼합물에서 물질 A의 양은 mass fraction이며 식 (3)과 같이 나타낼 수 있다

- 11 -

wA=ρAρ

(3)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (4)와 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1wi=1 (4)

2) 물질 A의 몰 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(5)와 같이

나타낼 수 있다

c A=n AV

=m AM A

V=

ρ A

M A

(5)

혼합물의 체 몰 농도는 각각의 물질 몰 농도를 합한 값과 같고 식(6)와 같이

나타낼 수 있다

c= sumn

i=1c i

(6)

혼합물에서 물질 A의 양은 mole fraction이며 식 (7)과 같이 나타낼 수 있다

x i=c ic

(7)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (8)과 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1x i=1 (8)

- 12 -

3 ) 이상 기체 방 정 식

이상기체 혼합물에서 어떤 성분의 농도 와 몰 농도는 이상기체 법칙을 통해

그 성분의 부분 압력과 련된다 식(9)와 식(10)은 어떤 성분의 농도와 몰 농도

를 나타낸다

ρ i=p iR iT

(9)

Ci=p iRT

(10)

여기서 Ri는 물질 i의 기체 상수이고 R은 universal 기체 상수이다

4) F ick ` L aw

농도구배가 존재하는 계에서 물질은 분자의 움직임에 의한 확산속도를 갖

고 이때 발생하는 물질 달량은 농도구배(농도차거리)에 비례한다 식 (11)은

몰 달량를 식(12)는 도 달량를 나타낸다

J A z=-DABdcAdz

=- cDABdyAdz

(11)

j A z=-DABdρAdz

=-ρDABdwAdz

(12)

여기서 DAB는 혼합 물질에서 어떤 성분의 확산 계수를 나타내는데 차원은

다음과 같다

[ MoleL 2t ]= [ X ]

[ MoleL 3 ][ L ]

- 13 -

there4 [ X ]= [ L2

t ] 는 s

제 3 장

구조 체 실내 공 기의 열 습 기 평 형

3 1 건물의 열 수지 습 기 평 형

그림 6은 모델 건물의 열평형 방정식과 습기평형 방정식을 수립하기 한

개념도를 나타낸다 건물 외표면에는 일사의 유입과 외기와의 류 열 달

- 14 -

류 습기 달 천공과의 복사열교환 등이 작용하며 바닥에서는 지면으로부터의

열 도 습기 도가 일어나게 된다 내부에서는 실내공기와의 류 열 달

류 습기 달이 일어난다 한 인체 기기 발열 조명 발열 거주자 활동에

의한 수증기 발생이 존재하지만 비거주 공간을 상으로 삼았기 때문에 이에

한 부분은 고려하지 않았다

그림 6 건물의 열 습기 수지

3 2 구조 체 의 열 습 기 평 형식

자연실온 수증기량 해석을 한 건물 시스템은 크게 건물 벽체와 실내공

기로 나 어진다 수학 모델링의 과정은 다음과 같은 과정으로 일반화 된다

(1) 건물 외피에서 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (2) 건물 외피와 실

내 공기 사이에서의 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (3) 수치해석을

통해 경계조건으로 표 되는 외부 기상조건에 따른 비정상상태의 실내 자연실

온과 수증기량을 구한다

각 구조체의 1차원 열 달 방정식 습기 달 방정식 은 식 (13) 식 (14)

와 같다

- 15 -

ρw c pwpartTwpart t

=partpart x ( λw

partTwpartx ) (13)

part c wpart t

=partpartx (Dw

part c wpartx ) (14)

이질 재료의 층과 층 사이( x= n)에서 열과 습기 달은 다음과 같이 나타

낼 수 있다

λ1w

partT 1w

partx |x= n

=λ2w

partT 2w

partx |x= n

(15)

T1w | x= n=T

2w | x= n (16)

D1w

partc1w

partx |x= n

=D2w

partc2w

partx |x= n

(17)

c1w | x= n= c

2w | x= n (18)

구조체의 외표면 실내측에 한 경계조건은 다음과 같이 설정할 수 있다

λ wpartT w

partx |x= 0

=houttw (T out-T so)+αS+( 1+cosβ

2 ) σ ε(T sky4-T so

4)

(19)

λwpartTwpartx |

x= M=h intw (T in-T si)

(20)

- 16 -

Dwpart cwpart x |

x= 0=h

outmw (c out-c so) (21)

Dwpart cwpart x |

x= M=h

inmw (c in-c si) (22)

Lewis Relation은 외표면과 내표면 습기 달계수 houtmw h inmw

을 결정하기

하여 이용될 수 있다

h m=hT

ρ airCairp

(23)

3 3 실내 공 기의 열 습 기 평 형식

실내공기의 열평형식 습기 평형식은 각각 식(24) 식(25)와 같다

V ρ a c pad T in

d t=Q 1+Q 2+Q 3+Q 4

(24)

Q 1 벽체로부터의 열 달량[W]

Q 2 환기에 의한 열 달량[W]

Q 3 실내 수증기 증발 잠열량 [W]

Q 4 인체 조명 기기로부터의 발열량[W]

Vd c ind t

=M 1+M 2+M 3 (25)

M 1 벽체로부터의 수증기 달량 [kgs]

M 2 환기에 의한 수증기 달량 [kgs]

M 3 실내 수증기 발생량 [kgs]

- 17 -

식(24)는 실내 공기 온도에 한 열평형식으로 본 연구에서의 상 모델은

비거주 공간이므로 Q 4는 고려하지 않았다 한 재료의 흡middot방습에 의한 잠열

이 실내 온도에 미치는 향을 평가하기 해 Q 3를 고려한 경우와 Q 3

를 고려

하지 않은 경우로 나 어 분석하 다

식(25)는 실내 공기 수증기량에 한 습기평형식으로 M 3는 실내 수증기 발

생량을 나타내는데 이는 거주자의 취사 목욕 세탁 난방 등의 활동에 의한 수

증기 발생과 재료의 흡middot방습에의한 발생으로 크게 나 어 볼 수 있다 본 연구

에의 상 모델은 비거주 공간이므로 거주자의 활동에 의한 수증기 발생량은

고려하지 않고 재료의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량만을 분석하 다

3 4 실내 수증기 발 생 량

식(25)는 다음과 같이 표 할 수 있다

M 3=Vd c ind t

-M 1-M 2

(26)

실내 수증기 발생량 M 3를 구하기 해 시간에 따른 실내 수증기량의 미분

값인 dc indt

의 값을 구해야 한다 그러나 실내 수증기량의 직 미분은 미분값

이 불안정할 수 있다 수증기 발생원이 수증기를 방출할 때 발생량은 지수

으로 증가하고 방출을 멈췄을 때는 지수 으로 감소한다 Bennett et al은 포

름알데히드 측정을 하여 측정한 농도 데이터로부터 포르알데히드 방사량을

평가하기 하 로그램을 개발했다 Stirling interpolation polynomial fitting

이 오염물 농도를 미분하는데 이용된다 이와 유사한 방법을 이용하여 실내 수

증기량 c in은 Stirling interpolation polynomial fitting에 의해 미분된다

Stirling interpolation polynomial은 Gauss interpolation의 진과 후진의 평균

값으로 구한다

- 18 -

방정식에 다른 하나의 미지값은 건물 외피와 실내 공기와의 습기 달량인

비정상 습기 달량 M 1 값이다 기존의 연구에서 M 1

의 평균값은 003times 10- 6

[middotmiddots]으로 은 값이므로 실내 습기 발생량 M 3을 구하기 해 M 1

의 값은

0으로 가정한다

식 (27)은 실내 수증기 발생량을 구하기 해 측정한 수증기량 데이터를

Stirling polynomial 방법을 이용하여 미분하는 식을 나타낸다

[dc indt ]

t= t o

=1Δt (

Δc in-1+Δc in02

-16

Δ3c in-2+Δ

3c in-1

2

+130

Δ5c in-3+Δ

5c in-2

2+⋯) (27)

- 19 -

제 4 장

측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석

4 1 자연실온 수증기량 측정 실험

4 1 1 실험개 요

건물의 자연실온 수증기량 로그램의 타당성을 분석하기 하여 철근

콘크리트 건물에 측정 장비를 설치하고 실증 실험을 실시하 다 한 로그

램의 실제 건물 용 가능성을 평가하기 해 사무소 건물에서 실험을 실시하

다 철근 콘크리트 건물 모델은 주변과의 복사 향을 최소화하고 외부 건물

에 의한 일 의 향을 받지 않는 인천의 I 학교에 치하고 있다 사무소 건

물은 인천에 치하고 있으며 인 실의 향을 최소화하기 해 옥상의 독립

된 공간에서 실험을 실시하 다 실험 건물 모델은 거주 공간이 아니기 때문에

실내에서 발생되는 열과 수증기량은 0으로 간주된다 철근 콘크리트 건물 모델

에서 실험은 여름철인 2005년 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 고 사

무소 건물에서는 2005년 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시하 다

- 20 -

그림 7 모델 건물

4 1 2 측정 장 비

실험모델에 한 수평면 일사량 외기온도 상 습도 풍속 등의 기상 데이

터를 10분 간격으로 측정하 다 수평면 일사량 측정은 인천의 I 학교 옥상

에 설치된 자동 기상 측기 DAV16 를 사용하 다 수평면 일사량은 직산분

리 계산식을 사용하여 각 방 의 수직 벽면 일사량으로 환산되고 외기온도와

상 습도는 습공기 계산식을 통해 수증기량으로 환산된다

건물 모델 내부 공기 온도 상 습도 수증기량은 TH-CALC 8722 사용하여

10분 간격으로 측정하 다

4 1 3 모 델 건물

철근 콘크리트 건물 모델의 크기는 17mtimes17mtimes21m로 두께 015m의 단일

재료이고 방 는 정남향이다 표 4는 건물의 물성치를 나타낸다

- 21 -

표 4 건물의 물성치

열 도율 14 [WmK]

비열 880 [JkgK]

도 2100 [kg]

투습율 47 [ng(smPa)]

두께 015 [m]

4 2 비 정 상 자연실온 수증기량 해 석

4 2 1 비 정 상 자연실온 해 석

그림 8 다층벽의 열수지 차분계산 모델

그림 8은 다층벽의 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이에 있는

경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하면 경계면 m 에서의 계산식은

- 22 -

m-Δx L2~ m-Δx R2의 열용량이 m 에 집 하고 m-1~ m 사이와

m~ m+1 사이의 열 항을 각각 RL RR이라 하면 구조체 내부 각 층의 온

도에 한 차분식은 식 (28)과 같다

Tm-Tm

Δt | m= 105(CAPL+CAPR) 1

RR(T

m+1 -T

m)-

1RL

(Tm-T

m-1 )

(28)

여기서

CAPL= c L ρ LΔxL (29)

CAPR= c R ρ RΔxR (30)

RL=ΔxLλL

(31)

RR=

ΔxRλR

(32)

외표면 경계조건(m=0)은 일사 외기와의 류열 달 그리고 천공과의 복

사열 교환에 의한 유효복사량이며 식 (33)과 같다

+( 1+cosβ2 ) σ ε(T sky

4-(Tso )

4)-

1RL

(T so+1 -T

so))

(33)

내표면 경계조건(m=M)은 식 (34)와 같으며 각 벽체간의 온도 차이가 크지

않기 때문에 내부 복사열 교환은 생략하고 실내공기와의 류열 달만 있는

것으로 하 다

T si-Tsi

Δt |m= M

=1

05 C AP R (h intw (T si-T in)-

1R R

(T si-1-Tsi))

(34)

- 23 -

실내 공기온도 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 류열 달 환기

에 의한 열 달 잠열부하량을 고려하 으며 열 수지식은 식 (35)와 같다

T in-T

in

Δt=

1c aρ aV

(Q 1+Q 2+Q 3+Q 4)

(35)

여기서 Q 1은 구조체로부터의 열 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로부

터의 류열 달만을 고려하 으며 식(36)과 같다

Q 1= hintw sum

6

k= 1AkT si k

(36)

Q 2는 환기에 의한 열 달량을 나타내며 식(37)과 같다

Q 2= nV c aρ a(Tout-T in)

(37)

Q 3는 실내 수증기 발생량에 따른 실내 증발잠열량을 나타내며 식(38)과 같다

Q 3=HtimesGtimesVtimes1

3600 (38)

4 2 2 비 정 상 수증기량 해 석

- 24 -

그림 9 다층벽의 습기평형 차분계산 모델

그림 9는 다층벽의 습기평형 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이

에 있는 경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하며 구조체 내부 각 층의 습

기에 한 차분식은 식 (39)와 같다

cm-cm

Δt | m= 105(Δx L+Δ xR)

DwRΔx R

(cm+1 -c

m)-

DwLΔxL

(cm-c

m-1 )

(39)

외표면 경계조건(m=0)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계수

를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(40)과 같다

c so-cso

Δt |m= 0

=1

05ΔxL ( h outmw (c out-cso)-

DwLΔxL

(c so+1 -cso) )

(40)

내표면 경계조건(m=M)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계

수를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(41)과 같다

c si-c

si

Δt |m= M

=1

05ΔxR ( h inmw (c in-csi)-

DwRΔxR

(csi-1 -csi) )

(41)

- 25 -

실내 수증기량 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 습기 달계수 환

기에 의한 습기 달 실내 습기발생량을 고려하 으며 습기 평형식은 식(42)과

같다

c in-cin

Δt=

1V

(M 1+M 2+M 3)

(42)

여기서 M 1은 구조체로부터의 습기 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로

부터의 류습기 달만을 고려하 으며 식(43)과 같다

M 1= hinmw sum

6

k= 1Ak c si k

(43)

M 2는 환기에 의한 습기 달량을 나타내며 식(44)와 같다

M 2=nV (c out-c in)

(44)

M 3는 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 나타낸다

4 2 3 수치해 석 기본 가 정

본 수치 모델의 해석에 한 기본가정은 다음과 같다

(1) 벽체 지붕 바닥의 열 달 습기 달은 두께 방향의 1차원으로 보며 각

부 재료는 동일하다

(2) 실내공간을 단일 존으로 보고 실내온도와 수증기량은 치에 해 일정하

다고 본다

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 6: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 3 -

Abstract

Experimental and Numerical Studies for Predicting of the

Non Air-Conditioned Room Temperature

and Moisture Content

LEE DONG KWEONDepartment of Architectural Engineering

Graduate School of Inha University

Moisture in the building is associated with indoor comfortable variables

such as temperature and air quality Moisture damage is one of the most

important factors limiting a building`s service life because high moisture

level can cause metal corrosion wood decay and structure deterioration

In addition to the building`s construction damage moisture migration

through building envelops can lead to poor interior air qulity as high

ambient moisture levels result in microbial growth Consequently solving

moisture problem in the building is essential to improve a building service

life limit microbial growth and provide occupants with comfortable

environment

In this paper an accurate model of coupled heat and moisture transfer in

building envelops and indoor air a mathematical method in predicting indoor

moisture generation rate is developed The developed method can be served

as a useful tool in predicting indoor temperature and moisture content more

accurately Moreover to perform a validation of the proposed mathematical

method in predicting indoor temperature and moisture content we measured

a series of indoor temperature and moisture for the model building and real

- 4 -

office building

The results are as follows

1 In the case of assuming that indoor moisture generation rate is 0 the

trend of indoor moisture content and relative humidity follows those of the

ambient air It shows that moisture migration through ventilation is more

important factor than that through building envelops in predicting indoor

moisture content and relative humidity

2 In the case of assuming that indoor moisture generation rate is 0 the

calculated level of indoor moisture content and relative humidity is lower

than the measured level It shows that indoor moisture generation rate is the

important factor

3 In the case of assuming that there is a latent heat caused by indoor

moisture generation difference of indoor temperature between the calculated

and measured value is 07 for the model building 0 for the real office

building

4 Moisture generation rate caused by moisture absorption and desorption

of building materials and room goods is 1045times 10- 6 s for the model

building 794times 10- 6 s for the real office building

5 In the case of assuming that there is indoor moisture generation rate

difference of moisture content between the calculated and measured value is

10 for the model building 0 for the real office building The difference of

relative humidity is 2 for the model building 0 for the real office

building

- 5 -

6 In the case of assuming that indoor moisture generation rate is

constant as an average rate value difference of relative humidity between

the calculated and measured value is 0

In conclusion the importance of the effect of the indoor moisture

generation rate on accurately predicting indoor temperature and moisture

content for a building system has been demonstrated Finally In this paper

the model is validated in predicting indoor teperature moisture content and

relative humidity

- 6 -

- 목 차 -

제 1 장 서 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 1

11 연구 배경 목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 1

12 연구 범 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 2

제 2 장 비 고 찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 5

21 자연 실온 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 5

22 습기의 이론 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 6

221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 6

222 수분 달계수 (Liquid Transport Coefficients) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8

223 물질 달 (Mass Transfer) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 9

제 3 장 구조 체 실내 공 기의 열 습 기 평 형 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13

31 건물의 열수지 습기 평형 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13

32 구조체의 열 습기 평형식 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13

33 실내 공기의 열 습기 평형식 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 15

34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 16

- 7 -

제 4 장 측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

41 자연실온 수증기량 측정 실험 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

411 실험개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

412 측정 장비 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

413 모델 건물 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

42 비정상 자연실온 수증기량 해석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

421 비정상 자연실온 해석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

422 비정상 수증기량 해석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 22

423 수치해석 기본가정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 23

제 5 장 시 뮬 이션 결 과 분 석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

51 수치해석과 실험결과 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

511 벽체의 수직면 일사량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 26

513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 28

514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29

제 6 장 사 례 연구 (case study ) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33

- 8 -

61 실험개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33

62 수치해석과 실험결과의 분석 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 35

621 벽체의 수직면 일사량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 35

622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 36

623 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38

624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38

625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 41

제 7 장 결 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 43

참고 문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 45

부 록 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 46

자연실온 계산 로그램

실내 수증기량 상 습도 계산 로그램

- 9 -

- 표 목차 -

[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 7

[표 2] 흡입에 의한 수분 달 계수 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8

[표 3] 확산에 의한 수분 달 계수 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8

[표 4] 건물의 물성치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

[표 5] 평균 자연실온 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30

[표 6] 평균 수증기량 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31

[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 물성치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 34

[표 8] 평균 자연실온 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39

- 10 -

- 그 림 목차 -

[그림 1] 연구의 체 흐름도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 4

[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 5

[그림 3] 연 냉방도일 난방도일 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 6

[그림 4] 상 습도에 따른 재료의 함습량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 7

[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질 달 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 9

[그림 6] 물의 열 습기 수지 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13

[그림 7] 모델 건물 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 20

[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 22

[그림 10] 각 수직벽체의 일사량 계산 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 26

[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 27

[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 28

[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29

[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30

[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31

[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 32

[그림 18] 건물의 평면도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33

[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 34

- 11 -

[그림 20] 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 35

[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 36

[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 37

[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 37

[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38

[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39

[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40

[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40

[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 41

[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 42

- 12 -

Nomenclature

A 벽체 면 []

C 비열 [JK]

c 수증기량 []

dt 계산 시간 간격

D 수증기 확산 계수 [s]

G 수증기 발생량 [h]

H 증발 잠열 [J]

h t 표면 열 달 계수 [WK]

hm 표면 습기 달 계수 [ms]

m 질량 []

n 환기횟수 [회h]

p 압력 [kPa]

R 기체상수 [ 8314times10-2 barkmolK]

S 일사량[W]

T 온도 [K]

V 체 []

Greek Letters

α 흡수율

β 형태계수

ε 방사율

λ 열 도율 [WmK]

ρ 도(kg)

σ b 스테 볼츠만 상수 (567times10-8WK4)

- 13 -

Δt 계산 시간간격 [s]

Superscript

air 공기

in 실내

out 외부

Subscript

1hellipm (외부면 부터)

in 실내

n 자연실온

out 외부

set 설정온도

si 내표면

sky 천공

so 외표면

w 벽체

- 1 -

제 1 장 서 론

1 1 연구 배 경 목

오늘날 사람들의 생활은 부분 실내 공간에서 이루어지기 때문에 실내 공

간의 쾌 한 환경에 한 심이 날로 높아지고 있다 실내 쾌 과 련된 환경

요소로는 온도 습도 기류 MRT 공기 질 소음 빛 등이 있으며 이 에서도

습도는 온도 공기 질과 같은 쾌 변수와 깊은 련이 있다고 할 수 있다 높은

습도는 건물 구성 재료의 부식과 같은 구조 문제를 야기하기 때문에 건물의

내구성을 제한하는 주요한 요소들 에 하나이며 건물 외피를 통한 습기 이동

은 미생물의 성장과 같은 실내 공기질의 악화를 래할 수 있다 기존의 연구에

서 Spengler at al(1991)은 상 습도 70 이상이면 곰팡이가 성장할 수 있다고

제시했다 한 건축물 외피의 단열성능에도 습기는 많은 향을 미치며 실내

열 환경 평가에서도 습기에 의해 쾌 감이 크게 변한다 결과 으로 실내에서

습기 문제를 해결하는 것은 건물의 내구성을 향상시키고 미생물과 곰팡이의 성

장을 제한하고 쾌 한 환경을 제공한다는 에서 반드시 필요하다

그 지만 이와 같이 실내의 쾌 요소로서 습기의 요성에도 불구하고 습

기와 련된 연구는 많이 부족한 것이 사실이다 그 이유로는 부분의 건물 외

피는 다공질의 재료로 이루어져 있기 때문에 습기 달 과정이 매우 복잡한 형

태로 이루어지며 재료의 물성치에 한 연구도 미흡하기 때문이다 한 습기

문제는 열 달 습기 달 공기유동 화학 생물학 반응과 같은 복합 인 요

소의 작용으로 일어나기 때문에 이것을 총체 으로 이해해야 하는 어려움이 있

건물에서 습기 문제는 일반 으로 높은 실내 습도 수 과 건물 외피를 통한

수분과 습기의 이동 건물 구조체 내middot외부 결로 상의 결과이다 따라서 습도

문제는 실내 온도와 습도 외기 기상조건 건물 외피 구조와 큰 련을 갖는다

고 할 수 있다 외기 기상 조건은 일정하기 때문에 기존의 건물에서 습기에 의

- 2 -

한 문제를 방하기 해서는 실내 온도와 습도를 조 하는 것이 필수 이라

할 수 있다

실내 습기 발생원으로는 크게 인체를 비롯하여 인간의 생활 활동에 수반되

어 발생하는 습기와 건물을 구성하고 있는 다공질의 벽체나 실내에 놓여 있는

각종 물체의 흡middot방습성에 의해 발생하는 습기로 나 수 있다 자의 경우에는

주거 공간에서 취사middot세탁middot목욕middot난방에 의한 것이고 후자의 경우는 다공질의 재

료가 주변 공기의 상 습도가 상승하면 수분을 흡수하고 상 습도가 감소하면

역으로 수분을 방습하는 것이다

본 연구에서는 자연 상태에서 건물의 자연 실온과 수증기량 변동을 측하

기 한 수학 모델링을 제시하고 실측값을 이용해 구조체의 흡습량과 방습량

에 의한 실내 수증기 발생량을 산정한 후 이를 통해 보다 정량 으로 자연 실

온과 수증기량을 측하고자 한다 한 이를 실제 사무소 건물에 용하여 모

델링의 타당성을 확인하고 자연 실온과 실내 수증기량 변동을 측함으로써 건

물에서의 습기 문제를 해결하는데 기 인 자료를 제공하고자 한다

1 2 연구 방 법 범

본 연구에서는 건물의 비공조시 즉 자연상태에서 자연실온과 수증기량 변

동을 측하기 한 수학 모델링을 제시하고 건물 재료의 흡middot방습에 따른 실

내 수증기 발생량을 통해 실내 발생 잠열을 고려한 보다 정량 인 자연실온과

실내 수증기량을 측하고자 한다 따라서 콘크리트 단일 건물 에서 측정한 자

연실온 값과 수증기량을 시뮬 이션 값과 비교 분석을 통해 시뮬 이션의 타

당성을 평가하 다 한 실제 건물에 용 가능성을 평가하기 해 실제 사무

소 건축물에서 측정과 시뮬 이션을 수행하 다 본 연구에서 분석한 건물은

공조가 이루어지지 않고 재실자가 없는 단순한 모델이며 실제 공조가 이루어

지고 재실자가 존재하는 건물에 한 분석은 차후 연구 범 로 설정하 다

- 3 -

연구 방법으로는 모델 건물의 자연실온과 수증기량에 한 수치계산을 실시

하기 해 수치해석 로그램을 작성하여 실제 상황을 시뮬 이션 하 다 이

때 일사 외기온도 풍속 상 습도 등의 기후요소에 한 값들은 실측 데이터

를 이용하 다 단 수직 벽면에 입사하는 일사량은 수평면 일사량을 직산분

리하여 계산하는 로그램을 작성했고 수증기량에 련된 값은 습공기 계산식

과 이상기체 방정식을 이용하여 구하 다 한 작성한 로그램에 한 타당

성을 분석하기 해 모델 건물에 한 실증 실험을 실시하고 그 결과를 비교

분석하 다

실증 실험을 통하여 작성한 로그램을 타당성을 검증하 다 그리고 자연

실온과 수증기량 측 로그램을 이용하여 실제 건물의 용 가능성을 평가하

기 해 사무소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값을 비교 분석하고 타당성을

평가하 다

- 4 -

본 연구의 진행을 한 흐름은 그림 1과 같다

그 림 1 연구의 체 흐 름 도

- 5 -

제 2 장 비 고 찰

2 1 자연실온

냉난방을 하지 않은 건물 자체의 단열 축열 성능으로써 외기 조건과 차

별된 실내온도를 형성하게 되며 이를 건물의 자연실온이라고 말할 수 있다

그림 2 자연실온과 난방 냉방부하

그림 2는 건물에 자연실온을 용한 냉난방 부하 계산 개념도이다 외기온도

와 실내 설정온도의 차이로 계산된 부하와 비교할 때 동계의 경우 부하가 감소

하고 하계의 경우는 증가함을 보이고 있다 이는 부하계산시 외기 온도와 실내

설정온도와의 차이가 아닌 자연실온과의 차이로써 계산해 주어야 보다 정확한

부하를 산정할 수 있음을 의미한다

자연실온 용의 효과에 해 건물의 기간부하 계산법인 냉난방도일법에서

도 쉽게 확인할 수 있다 냉난방도일은 실내설정온도와 외기온도와의 차이에

냉난방일수를 곱하여 계산한다 그림 3은 연 냉난방 도일을 나타내는 것으로

서 이를 근거로 부하 계산을 할 경우 과 한 설비 용량과 에 지 소비량이 추

정될 수 있는 것이다 이러한 결과가 발생하는 것은 건물 구조체의 열 성능에

- 6 -

의한 향으로 비공조시에도 실내온도와 외기온도는 지 않은 차이가 있기 때

문이다1)

그림 3 연 냉방도일 난방도일

2 2 습 기의 이론 고 찰

2 2 1 재 료 의 흡 middot 방 습 기능 (Moisture Storage F unction)

다공질의 건축 재료에서 물 분자는 주변 공기와 평형상태에 도달할 때까지

모세 상에 의해 재료의 공극에 채워진다 평형 함수율이란 고체 재료를 일

정한 온습도의 습한 공기 속에 장시간 놓아두고 주변 공기와 평형이 될 때의

재료의 함수율을 말하는데 재료의 흡middot방습 능력에 큰 향을 미치는 인자이다

평형 함수율은 온도와 습도에 의해 변하지만 상온의 범 (0~40)에서는 상

습도에 의해 결정되며 습도 역(30~70)에서는 거의 직선으로 간주할 수

있다

1) 윤성훈 2004건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학원 건축공학과

(계획 공) 2001 2

- 7 -

그림 4 상 습도에 따른 재료의 함습량

그림 4는 상 습도에 따른 재료의 함습량 곡선을 나타낸다 액체 상태의 물

에 하고 있는 재료내의 공극은 포화 wf까지 수분으로 채워질 것이다

이 수분양 wf는 상 습도 100에서 재료의 함습량이다 공극 내부에서 발

생하는 공기 때문에 다공률[]에 의해 결정되는 최 함습량 w max 값보

다 wf값은 다 wf

를 과하는 수분의 양은 벽체 내의 온도 구배에 의해 결

로를 발생시킬 수 있다

표 1 콘크리트 재료의 함습량

- 8 -

표 1은 상 습도에 따른 콘크리트 재료의 합습량을 나타낸다 상 습도가

증가함에 따라 재료의 함습량은 증가하는 것을 알 수 있다 여러 재료의 평형

함습량 곡선은 흡습과정과 방습과정에서 평형 함습량이 다른 경우가 있으며

이러한 상을 자기이력 상이라고 한다 그러나 흡습량과 방습량의 오차는

은 값이기 때문에 무시할 수 있다

상 습도[] 0 33 43 63 80 85 93 100

함습량[] 0 23 26 44 53 55 85 175

2 2 2 수분 달 계 수 (L iq uid Transport Coefficients)

다공질의 재료에서 습기 달 메커니즘은 모세 수분 달이지만 건축 재

료에서 수분 달을 확산 상으로 간주하는 것이 일반 이다 건축 재료에서

수분 메커니즘은 크게 두 가지로 나 수 있다

bull 흡입에 의한 수분 달 건축 재료가 강수로 인해 표면이 완 히 젖었을

때 모세 상에 의해 수분이 달된다

bull 확산에 의한 수분 달 공극에 축 된 수분은 강우가 멈췄을 때 확산에

의해 달된다

확산에 의한 수분 달은 천천히 이루어지기 때문에 확산에 의한 수분 달

계수는 일반 으로 흡입에 의한 수분 달 계수 값보다 다

다음 표2 표3은 콘크리트의 흡입과 확산에 의한 수분 달 계수를 나타낸

- 9 -

표 2 흡입에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 140 157 175

습기 달계수[s] 3times 10- 10 8times 10

- 9 2times 10- 8 3times 10

- 8 5times 10- 8 2times 10

- 7

표 3 확산에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 122 140 157 175

습기 달계수[s]2times

10- 11

2times

10- 10

25times

10- 10

13times

10- 9

72times

10- 9 2times 10 - 8 7times 10 - 8

2 2 3 물질 달 (Mass Transfer)

혼합물에서 어떤 화합물질의 농도 차이에 의해 물질이 이동하는 것을 물질

달이라고 한다 온도 기울기에 의해 열 달이 일어나는 것과 마찬가지로 물

질 달에서는 화학물질의 농도 기울기가 물질의 이동을 일으킨다 건조 공기로

수증기가 확산되는 것도 물질 달의 한 라고 할 수 있다

그림 5는 기체 혼합물의 확산에 의한 물질 달을 나타낸다 서로 다른 기체

가 같은 온도와 압력 상태에서 칸막이로 분리된 챔버를 고려해보자 칸막이가

제거된다면 기체는 확산에 의해 달될 것이다 더 큰 농도는 체 당 더 많은

분자수가 있다는 것을 의미한다 x축을 따라 기체 A의 농도가 감소하는 반면

기체 B의 농도는 증가할 것이다 물질 달은 농도 방향으로 일어나기 때문

에 기체 A는 오른편으로 기체 B는 왼편으로 이동할 것이다 충분한 시간이 경

과한 후에 A와 B의 농도는 균일해질 것이다

- 10 -

그림 5 혼합기체에서 확산에 의한 물질 달

물질 달은 기체에서 뿐만 아니라 액체와 고체에서도 일어난다 그러나

질 달은 분자 간격에 큰 향을 받기 때문에 확산은 기체 액체 고체의 순

서로 빠르게 일어난다

1 ) 물질 A의 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(1)과 같이 나

타낼 수 있다

ρ A=mAV

(1)

혼합물의 체 농도는 각각의 물질 농도를 합한 값과 같고 식(2)와 같이 나

타낼 수 있다

ρ= sumn

i=1ρ i (2)

혼합물에서 물질 A의 양은 mass fraction이며 식 (3)과 같이 나타낼 수 있다

- 11 -

wA=ρAρ

(3)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (4)와 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1wi=1 (4)

2) 물질 A의 몰 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(5)와 같이

나타낼 수 있다

c A=n AV

=m AM A

V=

ρ A

M A

(5)

혼합물의 체 몰 농도는 각각의 물질 몰 농도를 합한 값과 같고 식(6)와 같이

나타낼 수 있다

c= sumn

i=1c i

(6)

혼합물에서 물질 A의 양은 mole fraction이며 식 (7)과 같이 나타낼 수 있다

x i=c ic

(7)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (8)과 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1x i=1 (8)

- 12 -

3 ) 이상 기체 방 정 식

이상기체 혼합물에서 어떤 성분의 농도 와 몰 농도는 이상기체 법칙을 통해

그 성분의 부분 압력과 련된다 식(9)와 식(10)은 어떤 성분의 농도와 몰 농도

를 나타낸다

ρ i=p iR iT

(9)

Ci=p iRT

(10)

여기서 Ri는 물질 i의 기체 상수이고 R은 universal 기체 상수이다

4) F ick ` L aw

농도구배가 존재하는 계에서 물질은 분자의 움직임에 의한 확산속도를 갖

고 이때 발생하는 물질 달량은 농도구배(농도차거리)에 비례한다 식 (11)은

몰 달량를 식(12)는 도 달량를 나타낸다

J A z=-DABdcAdz

=- cDABdyAdz

(11)

j A z=-DABdρAdz

=-ρDABdwAdz

(12)

여기서 DAB는 혼합 물질에서 어떤 성분의 확산 계수를 나타내는데 차원은

다음과 같다

[ MoleL 2t ]= [ X ]

[ MoleL 3 ][ L ]

- 13 -

there4 [ X ]= [ L2

t ] 는 s

제 3 장

구조 체 실내 공 기의 열 습 기 평 형

3 1 건물의 열 수지 습 기 평 형

그림 6은 모델 건물의 열평형 방정식과 습기평형 방정식을 수립하기 한

개념도를 나타낸다 건물 외표면에는 일사의 유입과 외기와의 류 열 달

- 14 -

류 습기 달 천공과의 복사열교환 등이 작용하며 바닥에서는 지면으로부터의

열 도 습기 도가 일어나게 된다 내부에서는 실내공기와의 류 열 달

류 습기 달이 일어난다 한 인체 기기 발열 조명 발열 거주자 활동에

의한 수증기 발생이 존재하지만 비거주 공간을 상으로 삼았기 때문에 이에

한 부분은 고려하지 않았다

그림 6 건물의 열 습기 수지

3 2 구조 체 의 열 습 기 평 형식

자연실온 수증기량 해석을 한 건물 시스템은 크게 건물 벽체와 실내공

기로 나 어진다 수학 모델링의 과정은 다음과 같은 과정으로 일반화 된다

(1) 건물 외피에서 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (2) 건물 외피와 실

내 공기 사이에서의 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (3) 수치해석을

통해 경계조건으로 표 되는 외부 기상조건에 따른 비정상상태의 실내 자연실

온과 수증기량을 구한다

각 구조체의 1차원 열 달 방정식 습기 달 방정식 은 식 (13) 식 (14)

와 같다

- 15 -

ρw c pwpartTwpart t

=partpart x ( λw

partTwpartx ) (13)

part c wpart t

=partpartx (Dw

part c wpartx ) (14)

이질 재료의 층과 층 사이( x= n)에서 열과 습기 달은 다음과 같이 나타

낼 수 있다

λ1w

partT 1w

partx |x= n

=λ2w

partT 2w

partx |x= n

(15)

T1w | x= n=T

2w | x= n (16)

D1w

partc1w

partx |x= n

=D2w

partc2w

partx |x= n

(17)

c1w | x= n= c

2w | x= n (18)

구조체의 외표면 실내측에 한 경계조건은 다음과 같이 설정할 수 있다

λ wpartT w

partx |x= 0

=houttw (T out-T so)+αS+( 1+cosβ

2 ) σ ε(T sky4-T so

4)

(19)

λwpartTwpartx |

x= M=h intw (T in-T si)

(20)

- 16 -

Dwpart cwpart x |

x= 0=h

outmw (c out-c so) (21)

Dwpart cwpart x |

x= M=h

inmw (c in-c si) (22)

Lewis Relation은 외표면과 내표면 습기 달계수 houtmw h inmw

을 결정하기

하여 이용될 수 있다

h m=hT

ρ airCairp

(23)

3 3 실내 공 기의 열 습 기 평 형식

실내공기의 열평형식 습기 평형식은 각각 식(24) 식(25)와 같다

V ρ a c pad T in

d t=Q 1+Q 2+Q 3+Q 4

(24)

Q 1 벽체로부터의 열 달량[W]

Q 2 환기에 의한 열 달량[W]

Q 3 실내 수증기 증발 잠열량 [W]

Q 4 인체 조명 기기로부터의 발열량[W]

Vd c ind t

=M 1+M 2+M 3 (25)

M 1 벽체로부터의 수증기 달량 [kgs]

M 2 환기에 의한 수증기 달량 [kgs]

M 3 실내 수증기 발생량 [kgs]

- 17 -

식(24)는 실내 공기 온도에 한 열평형식으로 본 연구에서의 상 모델은

비거주 공간이므로 Q 4는 고려하지 않았다 한 재료의 흡middot방습에 의한 잠열

이 실내 온도에 미치는 향을 평가하기 해 Q 3를 고려한 경우와 Q 3

를 고려

하지 않은 경우로 나 어 분석하 다

식(25)는 실내 공기 수증기량에 한 습기평형식으로 M 3는 실내 수증기 발

생량을 나타내는데 이는 거주자의 취사 목욕 세탁 난방 등의 활동에 의한 수

증기 발생과 재료의 흡middot방습에의한 발생으로 크게 나 어 볼 수 있다 본 연구

에의 상 모델은 비거주 공간이므로 거주자의 활동에 의한 수증기 발생량은

고려하지 않고 재료의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량만을 분석하 다

3 4 실내 수증기 발 생 량

식(25)는 다음과 같이 표 할 수 있다

M 3=Vd c ind t

-M 1-M 2

(26)

실내 수증기 발생량 M 3를 구하기 해 시간에 따른 실내 수증기량의 미분

값인 dc indt

의 값을 구해야 한다 그러나 실내 수증기량의 직 미분은 미분값

이 불안정할 수 있다 수증기 발생원이 수증기를 방출할 때 발생량은 지수

으로 증가하고 방출을 멈췄을 때는 지수 으로 감소한다 Bennett et al은 포

름알데히드 측정을 하여 측정한 농도 데이터로부터 포르알데히드 방사량을

평가하기 하 로그램을 개발했다 Stirling interpolation polynomial fitting

이 오염물 농도를 미분하는데 이용된다 이와 유사한 방법을 이용하여 실내 수

증기량 c in은 Stirling interpolation polynomial fitting에 의해 미분된다

Stirling interpolation polynomial은 Gauss interpolation의 진과 후진의 평균

값으로 구한다

- 18 -

방정식에 다른 하나의 미지값은 건물 외피와 실내 공기와의 습기 달량인

비정상 습기 달량 M 1 값이다 기존의 연구에서 M 1

의 평균값은 003times 10- 6

[middotmiddots]으로 은 값이므로 실내 습기 발생량 M 3을 구하기 해 M 1

의 값은

0으로 가정한다

식 (27)은 실내 수증기 발생량을 구하기 해 측정한 수증기량 데이터를

Stirling polynomial 방법을 이용하여 미분하는 식을 나타낸다

[dc indt ]

t= t o

=1Δt (

Δc in-1+Δc in02

-16

Δ3c in-2+Δ

3c in-1

2

+130

Δ5c in-3+Δ

5c in-2

2+⋯) (27)

- 19 -

제 4 장

측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석

4 1 자연실온 수증기량 측정 실험

4 1 1 실험개 요

건물의 자연실온 수증기량 로그램의 타당성을 분석하기 하여 철근

콘크리트 건물에 측정 장비를 설치하고 실증 실험을 실시하 다 한 로그

램의 실제 건물 용 가능성을 평가하기 해 사무소 건물에서 실험을 실시하

다 철근 콘크리트 건물 모델은 주변과의 복사 향을 최소화하고 외부 건물

에 의한 일 의 향을 받지 않는 인천의 I 학교에 치하고 있다 사무소 건

물은 인천에 치하고 있으며 인 실의 향을 최소화하기 해 옥상의 독립

된 공간에서 실험을 실시하 다 실험 건물 모델은 거주 공간이 아니기 때문에

실내에서 발생되는 열과 수증기량은 0으로 간주된다 철근 콘크리트 건물 모델

에서 실험은 여름철인 2005년 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 고 사

무소 건물에서는 2005년 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시하 다

- 20 -

그림 7 모델 건물

4 1 2 측정 장 비

실험모델에 한 수평면 일사량 외기온도 상 습도 풍속 등의 기상 데이

터를 10분 간격으로 측정하 다 수평면 일사량 측정은 인천의 I 학교 옥상

에 설치된 자동 기상 측기 DAV16 를 사용하 다 수평면 일사량은 직산분

리 계산식을 사용하여 각 방 의 수직 벽면 일사량으로 환산되고 외기온도와

상 습도는 습공기 계산식을 통해 수증기량으로 환산된다

건물 모델 내부 공기 온도 상 습도 수증기량은 TH-CALC 8722 사용하여

10분 간격으로 측정하 다

4 1 3 모 델 건물

철근 콘크리트 건물 모델의 크기는 17mtimes17mtimes21m로 두께 015m의 단일

재료이고 방 는 정남향이다 표 4는 건물의 물성치를 나타낸다

- 21 -

표 4 건물의 물성치

열 도율 14 [WmK]

비열 880 [JkgK]

도 2100 [kg]

투습율 47 [ng(smPa)]

두께 015 [m]

4 2 비 정 상 자연실온 수증기량 해 석

4 2 1 비 정 상 자연실온 해 석

그림 8 다층벽의 열수지 차분계산 모델

그림 8은 다층벽의 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이에 있는

경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하면 경계면 m 에서의 계산식은

- 22 -

m-Δx L2~ m-Δx R2의 열용량이 m 에 집 하고 m-1~ m 사이와

m~ m+1 사이의 열 항을 각각 RL RR이라 하면 구조체 내부 각 층의 온

도에 한 차분식은 식 (28)과 같다

Tm-Tm

Δt | m= 105(CAPL+CAPR) 1

RR(T

m+1 -T

m)-

1RL

(Tm-T

m-1 )

(28)

여기서

CAPL= c L ρ LΔxL (29)

CAPR= c R ρ RΔxR (30)

RL=ΔxLλL

(31)

RR=

ΔxRλR

(32)

외표면 경계조건(m=0)은 일사 외기와의 류열 달 그리고 천공과의 복

사열 교환에 의한 유효복사량이며 식 (33)과 같다

+( 1+cosβ2 ) σ ε(T sky

4-(Tso )

4)-

1RL

(T so+1 -T

so))

(33)

내표면 경계조건(m=M)은 식 (34)와 같으며 각 벽체간의 온도 차이가 크지

않기 때문에 내부 복사열 교환은 생략하고 실내공기와의 류열 달만 있는

것으로 하 다

T si-Tsi

Δt |m= M

=1

05 C AP R (h intw (T si-T in)-

1R R

(T si-1-Tsi))

(34)

- 23 -

실내 공기온도 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 류열 달 환기

에 의한 열 달 잠열부하량을 고려하 으며 열 수지식은 식 (35)와 같다

T in-T

in

Δt=

1c aρ aV

(Q 1+Q 2+Q 3+Q 4)

(35)

여기서 Q 1은 구조체로부터의 열 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로부

터의 류열 달만을 고려하 으며 식(36)과 같다

Q 1= hintw sum

6

k= 1AkT si k

(36)

Q 2는 환기에 의한 열 달량을 나타내며 식(37)과 같다

Q 2= nV c aρ a(Tout-T in)

(37)

Q 3는 실내 수증기 발생량에 따른 실내 증발잠열량을 나타내며 식(38)과 같다

Q 3=HtimesGtimesVtimes1

3600 (38)

4 2 2 비 정 상 수증기량 해 석

- 24 -

그림 9 다층벽의 습기평형 차분계산 모델

그림 9는 다층벽의 습기평형 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이

에 있는 경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하며 구조체 내부 각 층의 습

기에 한 차분식은 식 (39)와 같다

cm-cm

Δt | m= 105(Δx L+Δ xR)

DwRΔx R

(cm+1 -c

m)-

DwLΔxL

(cm-c

m-1 )

(39)

외표면 경계조건(m=0)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계수

를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(40)과 같다

c so-cso

Δt |m= 0

=1

05ΔxL ( h outmw (c out-cso)-

DwLΔxL

(c so+1 -cso) )

(40)

내표면 경계조건(m=M)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계

수를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(41)과 같다

c si-c

si

Δt |m= M

=1

05ΔxR ( h inmw (c in-csi)-

DwRΔxR

(csi-1 -csi) )

(41)

- 25 -

실내 수증기량 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 습기 달계수 환

기에 의한 습기 달 실내 습기발생량을 고려하 으며 습기 평형식은 식(42)과

같다

c in-cin

Δt=

1V

(M 1+M 2+M 3)

(42)

여기서 M 1은 구조체로부터의 습기 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로

부터의 류습기 달만을 고려하 으며 식(43)과 같다

M 1= hinmw sum

6

k= 1Ak c si k

(43)

M 2는 환기에 의한 습기 달량을 나타내며 식(44)와 같다

M 2=nV (c out-c in)

(44)

M 3는 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 나타낸다

4 2 3 수치해 석 기본 가 정

본 수치 모델의 해석에 한 기본가정은 다음과 같다

(1) 벽체 지붕 바닥의 열 달 습기 달은 두께 방향의 1차원으로 보며 각

부 재료는 동일하다

(2) 실내공간을 단일 존으로 보고 실내온도와 수증기량은 치에 해 일정하

다고 본다

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 7: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 4 -

office building

The results are as follows

1 In the case of assuming that indoor moisture generation rate is 0 the

trend of indoor moisture content and relative humidity follows those of the

ambient air It shows that moisture migration through ventilation is more

important factor than that through building envelops in predicting indoor

moisture content and relative humidity

2 In the case of assuming that indoor moisture generation rate is 0 the

calculated level of indoor moisture content and relative humidity is lower

than the measured level It shows that indoor moisture generation rate is the

important factor

3 In the case of assuming that there is a latent heat caused by indoor

moisture generation difference of indoor temperature between the calculated

and measured value is 07 for the model building 0 for the real office

building

4 Moisture generation rate caused by moisture absorption and desorption

of building materials and room goods is 1045times 10- 6 s for the model

building 794times 10- 6 s for the real office building

5 In the case of assuming that there is indoor moisture generation rate

difference of moisture content between the calculated and measured value is

10 for the model building 0 for the real office building The difference of

relative humidity is 2 for the model building 0 for the real office

building

- 5 -

6 In the case of assuming that indoor moisture generation rate is

constant as an average rate value difference of relative humidity between

the calculated and measured value is 0

In conclusion the importance of the effect of the indoor moisture

generation rate on accurately predicting indoor temperature and moisture

content for a building system has been demonstrated Finally In this paper

the model is validated in predicting indoor teperature moisture content and

relative humidity

- 6 -

- 목 차 -

제 1 장 서 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 1

11 연구 배경 목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 1

12 연구 범 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 2

제 2 장 비 고 찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 5

21 자연 실온 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 5

22 습기의 이론 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 6

221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 6

222 수분 달계수 (Liquid Transport Coefficients) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8

223 물질 달 (Mass Transfer) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 9

제 3 장 구조 체 실내 공 기의 열 습 기 평 형 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13

31 건물의 열수지 습기 평형 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13

32 구조체의 열 습기 평형식 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13

33 실내 공기의 열 습기 평형식 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 15

34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 16

- 7 -

제 4 장 측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

41 자연실온 수증기량 측정 실험 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

411 실험개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

412 측정 장비 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

413 모델 건물 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

42 비정상 자연실온 수증기량 해석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

421 비정상 자연실온 해석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

422 비정상 수증기량 해석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 22

423 수치해석 기본가정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 23

제 5 장 시 뮬 이션 결 과 분 석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

51 수치해석과 실험결과 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

511 벽체의 수직면 일사량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 26

513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 28

514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29

제 6 장 사 례 연구 (case study ) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33

- 8 -

61 실험개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33

62 수치해석과 실험결과의 분석 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 35

621 벽체의 수직면 일사량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 35

622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 36

623 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38

624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38

625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 41

제 7 장 결 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 43

참고 문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 45

부 록 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 46

자연실온 계산 로그램

실내 수증기량 상 습도 계산 로그램

- 9 -

- 표 목차 -

[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 7

[표 2] 흡입에 의한 수분 달 계수 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8

[표 3] 확산에 의한 수분 달 계수 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8

[표 4] 건물의 물성치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

[표 5] 평균 자연실온 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30

[표 6] 평균 수증기량 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31

[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 물성치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 34

[표 8] 평균 자연실온 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39

- 10 -

- 그 림 목차 -

[그림 1] 연구의 체 흐름도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 4

[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 5

[그림 3] 연 냉방도일 난방도일 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 6

[그림 4] 상 습도에 따른 재료의 함습량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 7

[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질 달 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 9

[그림 6] 물의 열 습기 수지 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13

[그림 7] 모델 건물 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 20

[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 22

[그림 10] 각 수직벽체의 일사량 계산 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 26

[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 27

[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 28

[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29

[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30

[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31

[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 32

[그림 18] 건물의 평면도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33

[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 34

- 11 -

[그림 20] 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 35

[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 36

[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 37

[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 37

[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38

[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39

[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40

[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40

[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 41

[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 42

- 12 -

Nomenclature

A 벽체 면 []

C 비열 [JK]

c 수증기량 []

dt 계산 시간 간격

D 수증기 확산 계수 [s]

G 수증기 발생량 [h]

H 증발 잠열 [J]

h t 표면 열 달 계수 [WK]

hm 표면 습기 달 계수 [ms]

m 질량 []

n 환기횟수 [회h]

p 압력 [kPa]

R 기체상수 [ 8314times10-2 barkmolK]

S 일사량[W]

T 온도 [K]

V 체 []

Greek Letters

α 흡수율

β 형태계수

ε 방사율

λ 열 도율 [WmK]

ρ 도(kg)

σ b 스테 볼츠만 상수 (567times10-8WK4)

- 13 -

Δt 계산 시간간격 [s]

Superscript

air 공기

in 실내

out 외부

Subscript

1hellipm (외부면 부터)

in 실내

n 자연실온

out 외부

set 설정온도

si 내표면

sky 천공

so 외표면

w 벽체

- 1 -

제 1 장 서 론

1 1 연구 배 경 목

오늘날 사람들의 생활은 부분 실내 공간에서 이루어지기 때문에 실내 공

간의 쾌 한 환경에 한 심이 날로 높아지고 있다 실내 쾌 과 련된 환경

요소로는 온도 습도 기류 MRT 공기 질 소음 빛 등이 있으며 이 에서도

습도는 온도 공기 질과 같은 쾌 변수와 깊은 련이 있다고 할 수 있다 높은

습도는 건물 구성 재료의 부식과 같은 구조 문제를 야기하기 때문에 건물의

내구성을 제한하는 주요한 요소들 에 하나이며 건물 외피를 통한 습기 이동

은 미생물의 성장과 같은 실내 공기질의 악화를 래할 수 있다 기존의 연구에

서 Spengler at al(1991)은 상 습도 70 이상이면 곰팡이가 성장할 수 있다고

제시했다 한 건축물 외피의 단열성능에도 습기는 많은 향을 미치며 실내

열 환경 평가에서도 습기에 의해 쾌 감이 크게 변한다 결과 으로 실내에서

습기 문제를 해결하는 것은 건물의 내구성을 향상시키고 미생물과 곰팡이의 성

장을 제한하고 쾌 한 환경을 제공한다는 에서 반드시 필요하다

그 지만 이와 같이 실내의 쾌 요소로서 습기의 요성에도 불구하고 습

기와 련된 연구는 많이 부족한 것이 사실이다 그 이유로는 부분의 건물 외

피는 다공질의 재료로 이루어져 있기 때문에 습기 달 과정이 매우 복잡한 형

태로 이루어지며 재료의 물성치에 한 연구도 미흡하기 때문이다 한 습기

문제는 열 달 습기 달 공기유동 화학 생물학 반응과 같은 복합 인 요

소의 작용으로 일어나기 때문에 이것을 총체 으로 이해해야 하는 어려움이 있

건물에서 습기 문제는 일반 으로 높은 실내 습도 수 과 건물 외피를 통한

수분과 습기의 이동 건물 구조체 내middot외부 결로 상의 결과이다 따라서 습도

문제는 실내 온도와 습도 외기 기상조건 건물 외피 구조와 큰 련을 갖는다

고 할 수 있다 외기 기상 조건은 일정하기 때문에 기존의 건물에서 습기에 의

- 2 -

한 문제를 방하기 해서는 실내 온도와 습도를 조 하는 것이 필수 이라

할 수 있다

실내 습기 발생원으로는 크게 인체를 비롯하여 인간의 생활 활동에 수반되

어 발생하는 습기와 건물을 구성하고 있는 다공질의 벽체나 실내에 놓여 있는

각종 물체의 흡middot방습성에 의해 발생하는 습기로 나 수 있다 자의 경우에는

주거 공간에서 취사middot세탁middot목욕middot난방에 의한 것이고 후자의 경우는 다공질의 재

료가 주변 공기의 상 습도가 상승하면 수분을 흡수하고 상 습도가 감소하면

역으로 수분을 방습하는 것이다

본 연구에서는 자연 상태에서 건물의 자연 실온과 수증기량 변동을 측하

기 한 수학 모델링을 제시하고 실측값을 이용해 구조체의 흡습량과 방습량

에 의한 실내 수증기 발생량을 산정한 후 이를 통해 보다 정량 으로 자연 실

온과 수증기량을 측하고자 한다 한 이를 실제 사무소 건물에 용하여 모

델링의 타당성을 확인하고 자연 실온과 실내 수증기량 변동을 측함으로써 건

물에서의 습기 문제를 해결하는데 기 인 자료를 제공하고자 한다

1 2 연구 방 법 범

본 연구에서는 건물의 비공조시 즉 자연상태에서 자연실온과 수증기량 변

동을 측하기 한 수학 모델링을 제시하고 건물 재료의 흡middot방습에 따른 실

내 수증기 발생량을 통해 실내 발생 잠열을 고려한 보다 정량 인 자연실온과

실내 수증기량을 측하고자 한다 따라서 콘크리트 단일 건물 에서 측정한 자

연실온 값과 수증기량을 시뮬 이션 값과 비교 분석을 통해 시뮬 이션의 타

당성을 평가하 다 한 실제 건물에 용 가능성을 평가하기 해 실제 사무

소 건축물에서 측정과 시뮬 이션을 수행하 다 본 연구에서 분석한 건물은

공조가 이루어지지 않고 재실자가 없는 단순한 모델이며 실제 공조가 이루어

지고 재실자가 존재하는 건물에 한 분석은 차후 연구 범 로 설정하 다

- 3 -

연구 방법으로는 모델 건물의 자연실온과 수증기량에 한 수치계산을 실시

하기 해 수치해석 로그램을 작성하여 실제 상황을 시뮬 이션 하 다 이

때 일사 외기온도 풍속 상 습도 등의 기후요소에 한 값들은 실측 데이터

를 이용하 다 단 수직 벽면에 입사하는 일사량은 수평면 일사량을 직산분

리하여 계산하는 로그램을 작성했고 수증기량에 련된 값은 습공기 계산식

과 이상기체 방정식을 이용하여 구하 다 한 작성한 로그램에 한 타당

성을 분석하기 해 모델 건물에 한 실증 실험을 실시하고 그 결과를 비교

분석하 다

실증 실험을 통하여 작성한 로그램을 타당성을 검증하 다 그리고 자연

실온과 수증기량 측 로그램을 이용하여 실제 건물의 용 가능성을 평가하

기 해 사무소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값을 비교 분석하고 타당성을

평가하 다

- 4 -

본 연구의 진행을 한 흐름은 그림 1과 같다

그 림 1 연구의 체 흐 름 도

- 5 -

제 2 장 비 고 찰

2 1 자연실온

냉난방을 하지 않은 건물 자체의 단열 축열 성능으로써 외기 조건과 차

별된 실내온도를 형성하게 되며 이를 건물의 자연실온이라고 말할 수 있다

그림 2 자연실온과 난방 냉방부하

그림 2는 건물에 자연실온을 용한 냉난방 부하 계산 개념도이다 외기온도

와 실내 설정온도의 차이로 계산된 부하와 비교할 때 동계의 경우 부하가 감소

하고 하계의 경우는 증가함을 보이고 있다 이는 부하계산시 외기 온도와 실내

설정온도와의 차이가 아닌 자연실온과의 차이로써 계산해 주어야 보다 정확한

부하를 산정할 수 있음을 의미한다

자연실온 용의 효과에 해 건물의 기간부하 계산법인 냉난방도일법에서

도 쉽게 확인할 수 있다 냉난방도일은 실내설정온도와 외기온도와의 차이에

냉난방일수를 곱하여 계산한다 그림 3은 연 냉난방 도일을 나타내는 것으로

서 이를 근거로 부하 계산을 할 경우 과 한 설비 용량과 에 지 소비량이 추

정될 수 있는 것이다 이러한 결과가 발생하는 것은 건물 구조체의 열 성능에

- 6 -

의한 향으로 비공조시에도 실내온도와 외기온도는 지 않은 차이가 있기 때

문이다1)

그림 3 연 냉방도일 난방도일

2 2 습 기의 이론 고 찰

2 2 1 재 료 의 흡 middot 방 습 기능 (Moisture Storage F unction)

다공질의 건축 재료에서 물 분자는 주변 공기와 평형상태에 도달할 때까지

모세 상에 의해 재료의 공극에 채워진다 평형 함수율이란 고체 재료를 일

정한 온습도의 습한 공기 속에 장시간 놓아두고 주변 공기와 평형이 될 때의

재료의 함수율을 말하는데 재료의 흡middot방습 능력에 큰 향을 미치는 인자이다

평형 함수율은 온도와 습도에 의해 변하지만 상온의 범 (0~40)에서는 상

습도에 의해 결정되며 습도 역(30~70)에서는 거의 직선으로 간주할 수

있다

1) 윤성훈 2004건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학원 건축공학과

(계획 공) 2001 2

- 7 -

그림 4 상 습도에 따른 재료의 함습량

그림 4는 상 습도에 따른 재료의 함습량 곡선을 나타낸다 액체 상태의 물

에 하고 있는 재료내의 공극은 포화 wf까지 수분으로 채워질 것이다

이 수분양 wf는 상 습도 100에서 재료의 함습량이다 공극 내부에서 발

생하는 공기 때문에 다공률[]에 의해 결정되는 최 함습량 w max 값보

다 wf값은 다 wf

를 과하는 수분의 양은 벽체 내의 온도 구배에 의해 결

로를 발생시킬 수 있다

표 1 콘크리트 재료의 함습량

- 8 -

표 1은 상 습도에 따른 콘크리트 재료의 합습량을 나타낸다 상 습도가

증가함에 따라 재료의 함습량은 증가하는 것을 알 수 있다 여러 재료의 평형

함습량 곡선은 흡습과정과 방습과정에서 평형 함습량이 다른 경우가 있으며

이러한 상을 자기이력 상이라고 한다 그러나 흡습량과 방습량의 오차는

은 값이기 때문에 무시할 수 있다

상 습도[] 0 33 43 63 80 85 93 100

함습량[] 0 23 26 44 53 55 85 175

2 2 2 수분 달 계 수 (L iq uid Transport Coefficients)

다공질의 재료에서 습기 달 메커니즘은 모세 수분 달이지만 건축 재

료에서 수분 달을 확산 상으로 간주하는 것이 일반 이다 건축 재료에서

수분 메커니즘은 크게 두 가지로 나 수 있다

bull 흡입에 의한 수분 달 건축 재료가 강수로 인해 표면이 완 히 젖었을

때 모세 상에 의해 수분이 달된다

bull 확산에 의한 수분 달 공극에 축 된 수분은 강우가 멈췄을 때 확산에

의해 달된다

확산에 의한 수분 달은 천천히 이루어지기 때문에 확산에 의한 수분 달

계수는 일반 으로 흡입에 의한 수분 달 계수 값보다 다

다음 표2 표3은 콘크리트의 흡입과 확산에 의한 수분 달 계수를 나타낸

- 9 -

표 2 흡입에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 140 157 175

습기 달계수[s] 3times 10- 10 8times 10

- 9 2times 10- 8 3times 10

- 8 5times 10- 8 2times 10

- 7

표 3 확산에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 122 140 157 175

습기 달계수[s]2times

10- 11

2times

10- 10

25times

10- 10

13times

10- 9

72times

10- 9 2times 10 - 8 7times 10 - 8

2 2 3 물질 달 (Mass Transfer)

혼합물에서 어떤 화합물질의 농도 차이에 의해 물질이 이동하는 것을 물질

달이라고 한다 온도 기울기에 의해 열 달이 일어나는 것과 마찬가지로 물

질 달에서는 화학물질의 농도 기울기가 물질의 이동을 일으킨다 건조 공기로

수증기가 확산되는 것도 물질 달의 한 라고 할 수 있다

그림 5는 기체 혼합물의 확산에 의한 물질 달을 나타낸다 서로 다른 기체

가 같은 온도와 압력 상태에서 칸막이로 분리된 챔버를 고려해보자 칸막이가

제거된다면 기체는 확산에 의해 달될 것이다 더 큰 농도는 체 당 더 많은

분자수가 있다는 것을 의미한다 x축을 따라 기체 A의 농도가 감소하는 반면

기체 B의 농도는 증가할 것이다 물질 달은 농도 방향으로 일어나기 때문

에 기체 A는 오른편으로 기체 B는 왼편으로 이동할 것이다 충분한 시간이 경

과한 후에 A와 B의 농도는 균일해질 것이다

- 10 -

그림 5 혼합기체에서 확산에 의한 물질 달

물질 달은 기체에서 뿐만 아니라 액체와 고체에서도 일어난다 그러나

질 달은 분자 간격에 큰 향을 받기 때문에 확산은 기체 액체 고체의 순

서로 빠르게 일어난다

1 ) 물질 A의 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(1)과 같이 나

타낼 수 있다

ρ A=mAV

(1)

혼합물의 체 농도는 각각의 물질 농도를 합한 값과 같고 식(2)와 같이 나

타낼 수 있다

ρ= sumn

i=1ρ i (2)

혼합물에서 물질 A의 양은 mass fraction이며 식 (3)과 같이 나타낼 수 있다

- 11 -

wA=ρAρ

(3)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (4)와 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1wi=1 (4)

2) 물질 A의 몰 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(5)와 같이

나타낼 수 있다

c A=n AV

=m AM A

V=

ρ A

M A

(5)

혼합물의 체 몰 농도는 각각의 물질 몰 농도를 합한 값과 같고 식(6)와 같이

나타낼 수 있다

c= sumn

i=1c i

(6)

혼합물에서 물질 A의 양은 mole fraction이며 식 (7)과 같이 나타낼 수 있다

x i=c ic

(7)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (8)과 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1x i=1 (8)

- 12 -

3 ) 이상 기체 방 정 식

이상기체 혼합물에서 어떤 성분의 농도 와 몰 농도는 이상기체 법칙을 통해

그 성분의 부분 압력과 련된다 식(9)와 식(10)은 어떤 성분의 농도와 몰 농도

를 나타낸다

ρ i=p iR iT

(9)

Ci=p iRT

(10)

여기서 Ri는 물질 i의 기체 상수이고 R은 universal 기체 상수이다

4) F ick ` L aw

농도구배가 존재하는 계에서 물질은 분자의 움직임에 의한 확산속도를 갖

고 이때 발생하는 물질 달량은 농도구배(농도차거리)에 비례한다 식 (11)은

몰 달량를 식(12)는 도 달량를 나타낸다

J A z=-DABdcAdz

=- cDABdyAdz

(11)

j A z=-DABdρAdz

=-ρDABdwAdz

(12)

여기서 DAB는 혼합 물질에서 어떤 성분의 확산 계수를 나타내는데 차원은

다음과 같다

[ MoleL 2t ]= [ X ]

[ MoleL 3 ][ L ]

- 13 -

there4 [ X ]= [ L2

t ] 는 s

제 3 장

구조 체 실내 공 기의 열 습 기 평 형

3 1 건물의 열 수지 습 기 평 형

그림 6은 모델 건물의 열평형 방정식과 습기평형 방정식을 수립하기 한

개념도를 나타낸다 건물 외표면에는 일사의 유입과 외기와의 류 열 달

- 14 -

류 습기 달 천공과의 복사열교환 등이 작용하며 바닥에서는 지면으로부터의

열 도 습기 도가 일어나게 된다 내부에서는 실내공기와의 류 열 달

류 습기 달이 일어난다 한 인체 기기 발열 조명 발열 거주자 활동에

의한 수증기 발생이 존재하지만 비거주 공간을 상으로 삼았기 때문에 이에

한 부분은 고려하지 않았다

그림 6 건물의 열 습기 수지

3 2 구조 체 의 열 습 기 평 형식

자연실온 수증기량 해석을 한 건물 시스템은 크게 건물 벽체와 실내공

기로 나 어진다 수학 모델링의 과정은 다음과 같은 과정으로 일반화 된다

(1) 건물 외피에서 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (2) 건물 외피와 실

내 공기 사이에서의 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (3) 수치해석을

통해 경계조건으로 표 되는 외부 기상조건에 따른 비정상상태의 실내 자연실

온과 수증기량을 구한다

각 구조체의 1차원 열 달 방정식 습기 달 방정식 은 식 (13) 식 (14)

와 같다

- 15 -

ρw c pwpartTwpart t

=partpart x ( λw

partTwpartx ) (13)

part c wpart t

=partpartx (Dw

part c wpartx ) (14)

이질 재료의 층과 층 사이( x= n)에서 열과 습기 달은 다음과 같이 나타

낼 수 있다

λ1w

partT 1w

partx |x= n

=λ2w

partT 2w

partx |x= n

(15)

T1w | x= n=T

2w | x= n (16)

D1w

partc1w

partx |x= n

=D2w

partc2w

partx |x= n

(17)

c1w | x= n= c

2w | x= n (18)

구조체의 외표면 실내측에 한 경계조건은 다음과 같이 설정할 수 있다

λ wpartT w

partx |x= 0

=houttw (T out-T so)+αS+( 1+cosβ

2 ) σ ε(T sky4-T so

4)

(19)

λwpartTwpartx |

x= M=h intw (T in-T si)

(20)

- 16 -

Dwpart cwpart x |

x= 0=h

outmw (c out-c so) (21)

Dwpart cwpart x |

x= M=h

inmw (c in-c si) (22)

Lewis Relation은 외표면과 내표면 습기 달계수 houtmw h inmw

을 결정하기

하여 이용될 수 있다

h m=hT

ρ airCairp

(23)

3 3 실내 공 기의 열 습 기 평 형식

실내공기의 열평형식 습기 평형식은 각각 식(24) 식(25)와 같다

V ρ a c pad T in

d t=Q 1+Q 2+Q 3+Q 4

(24)

Q 1 벽체로부터의 열 달량[W]

Q 2 환기에 의한 열 달량[W]

Q 3 실내 수증기 증발 잠열량 [W]

Q 4 인체 조명 기기로부터의 발열량[W]

Vd c ind t

=M 1+M 2+M 3 (25)

M 1 벽체로부터의 수증기 달량 [kgs]

M 2 환기에 의한 수증기 달량 [kgs]

M 3 실내 수증기 발생량 [kgs]

- 17 -

식(24)는 실내 공기 온도에 한 열평형식으로 본 연구에서의 상 모델은

비거주 공간이므로 Q 4는 고려하지 않았다 한 재료의 흡middot방습에 의한 잠열

이 실내 온도에 미치는 향을 평가하기 해 Q 3를 고려한 경우와 Q 3

를 고려

하지 않은 경우로 나 어 분석하 다

식(25)는 실내 공기 수증기량에 한 습기평형식으로 M 3는 실내 수증기 발

생량을 나타내는데 이는 거주자의 취사 목욕 세탁 난방 등의 활동에 의한 수

증기 발생과 재료의 흡middot방습에의한 발생으로 크게 나 어 볼 수 있다 본 연구

에의 상 모델은 비거주 공간이므로 거주자의 활동에 의한 수증기 발생량은

고려하지 않고 재료의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량만을 분석하 다

3 4 실내 수증기 발 생 량

식(25)는 다음과 같이 표 할 수 있다

M 3=Vd c ind t

-M 1-M 2

(26)

실내 수증기 발생량 M 3를 구하기 해 시간에 따른 실내 수증기량의 미분

값인 dc indt

의 값을 구해야 한다 그러나 실내 수증기량의 직 미분은 미분값

이 불안정할 수 있다 수증기 발생원이 수증기를 방출할 때 발생량은 지수

으로 증가하고 방출을 멈췄을 때는 지수 으로 감소한다 Bennett et al은 포

름알데히드 측정을 하여 측정한 농도 데이터로부터 포르알데히드 방사량을

평가하기 하 로그램을 개발했다 Stirling interpolation polynomial fitting

이 오염물 농도를 미분하는데 이용된다 이와 유사한 방법을 이용하여 실내 수

증기량 c in은 Stirling interpolation polynomial fitting에 의해 미분된다

Stirling interpolation polynomial은 Gauss interpolation의 진과 후진의 평균

값으로 구한다

- 18 -

방정식에 다른 하나의 미지값은 건물 외피와 실내 공기와의 습기 달량인

비정상 습기 달량 M 1 값이다 기존의 연구에서 M 1

의 평균값은 003times 10- 6

[middotmiddots]으로 은 값이므로 실내 습기 발생량 M 3을 구하기 해 M 1

의 값은

0으로 가정한다

식 (27)은 실내 수증기 발생량을 구하기 해 측정한 수증기량 데이터를

Stirling polynomial 방법을 이용하여 미분하는 식을 나타낸다

[dc indt ]

t= t o

=1Δt (

Δc in-1+Δc in02

-16

Δ3c in-2+Δ

3c in-1

2

+130

Δ5c in-3+Δ

5c in-2

2+⋯) (27)

- 19 -

제 4 장

측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석

4 1 자연실온 수증기량 측정 실험

4 1 1 실험개 요

건물의 자연실온 수증기량 로그램의 타당성을 분석하기 하여 철근

콘크리트 건물에 측정 장비를 설치하고 실증 실험을 실시하 다 한 로그

램의 실제 건물 용 가능성을 평가하기 해 사무소 건물에서 실험을 실시하

다 철근 콘크리트 건물 모델은 주변과의 복사 향을 최소화하고 외부 건물

에 의한 일 의 향을 받지 않는 인천의 I 학교에 치하고 있다 사무소 건

물은 인천에 치하고 있으며 인 실의 향을 최소화하기 해 옥상의 독립

된 공간에서 실험을 실시하 다 실험 건물 모델은 거주 공간이 아니기 때문에

실내에서 발생되는 열과 수증기량은 0으로 간주된다 철근 콘크리트 건물 모델

에서 실험은 여름철인 2005년 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 고 사

무소 건물에서는 2005년 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시하 다

- 20 -

그림 7 모델 건물

4 1 2 측정 장 비

실험모델에 한 수평면 일사량 외기온도 상 습도 풍속 등의 기상 데이

터를 10분 간격으로 측정하 다 수평면 일사량 측정은 인천의 I 학교 옥상

에 설치된 자동 기상 측기 DAV16 를 사용하 다 수평면 일사량은 직산분

리 계산식을 사용하여 각 방 의 수직 벽면 일사량으로 환산되고 외기온도와

상 습도는 습공기 계산식을 통해 수증기량으로 환산된다

건물 모델 내부 공기 온도 상 습도 수증기량은 TH-CALC 8722 사용하여

10분 간격으로 측정하 다

4 1 3 모 델 건물

철근 콘크리트 건물 모델의 크기는 17mtimes17mtimes21m로 두께 015m의 단일

재료이고 방 는 정남향이다 표 4는 건물의 물성치를 나타낸다

- 21 -

표 4 건물의 물성치

열 도율 14 [WmK]

비열 880 [JkgK]

도 2100 [kg]

투습율 47 [ng(smPa)]

두께 015 [m]

4 2 비 정 상 자연실온 수증기량 해 석

4 2 1 비 정 상 자연실온 해 석

그림 8 다층벽의 열수지 차분계산 모델

그림 8은 다층벽의 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이에 있는

경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하면 경계면 m 에서의 계산식은

- 22 -

m-Δx L2~ m-Δx R2의 열용량이 m 에 집 하고 m-1~ m 사이와

m~ m+1 사이의 열 항을 각각 RL RR이라 하면 구조체 내부 각 층의 온

도에 한 차분식은 식 (28)과 같다

Tm-Tm

Δt | m= 105(CAPL+CAPR) 1

RR(T

m+1 -T

m)-

1RL

(Tm-T

m-1 )

(28)

여기서

CAPL= c L ρ LΔxL (29)

CAPR= c R ρ RΔxR (30)

RL=ΔxLλL

(31)

RR=

ΔxRλR

(32)

외표면 경계조건(m=0)은 일사 외기와의 류열 달 그리고 천공과의 복

사열 교환에 의한 유효복사량이며 식 (33)과 같다

+( 1+cosβ2 ) σ ε(T sky

4-(Tso )

4)-

1RL

(T so+1 -T

so))

(33)

내표면 경계조건(m=M)은 식 (34)와 같으며 각 벽체간의 온도 차이가 크지

않기 때문에 내부 복사열 교환은 생략하고 실내공기와의 류열 달만 있는

것으로 하 다

T si-Tsi

Δt |m= M

=1

05 C AP R (h intw (T si-T in)-

1R R

(T si-1-Tsi))

(34)

- 23 -

실내 공기온도 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 류열 달 환기

에 의한 열 달 잠열부하량을 고려하 으며 열 수지식은 식 (35)와 같다

T in-T

in

Δt=

1c aρ aV

(Q 1+Q 2+Q 3+Q 4)

(35)

여기서 Q 1은 구조체로부터의 열 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로부

터의 류열 달만을 고려하 으며 식(36)과 같다

Q 1= hintw sum

6

k= 1AkT si k

(36)

Q 2는 환기에 의한 열 달량을 나타내며 식(37)과 같다

Q 2= nV c aρ a(Tout-T in)

(37)

Q 3는 실내 수증기 발생량에 따른 실내 증발잠열량을 나타내며 식(38)과 같다

Q 3=HtimesGtimesVtimes1

3600 (38)

4 2 2 비 정 상 수증기량 해 석

- 24 -

그림 9 다층벽의 습기평형 차분계산 모델

그림 9는 다층벽의 습기평형 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이

에 있는 경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하며 구조체 내부 각 층의 습

기에 한 차분식은 식 (39)와 같다

cm-cm

Δt | m= 105(Δx L+Δ xR)

DwRΔx R

(cm+1 -c

m)-

DwLΔxL

(cm-c

m-1 )

(39)

외표면 경계조건(m=0)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계수

를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(40)과 같다

c so-cso

Δt |m= 0

=1

05ΔxL ( h outmw (c out-cso)-

DwLΔxL

(c so+1 -cso) )

(40)

내표면 경계조건(m=M)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계

수를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(41)과 같다

c si-c

si

Δt |m= M

=1

05ΔxR ( h inmw (c in-csi)-

DwRΔxR

(csi-1 -csi) )

(41)

- 25 -

실내 수증기량 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 습기 달계수 환

기에 의한 습기 달 실내 습기발생량을 고려하 으며 습기 평형식은 식(42)과

같다

c in-cin

Δt=

1V

(M 1+M 2+M 3)

(42)

여기서 M 1은 구조체로부터의 습기 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로

부터의 류습기 달만을 고려하 으며 식(43)과 같다

M 1= hinmw sum

6

k= 1Ak c si k

(43)

M 2는 환기에 의한 습기 달량을 나타내며 식(44)와 같다

M 2=nV (c out-c in)

(44)

M 3는 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 나타낸다

4 2 3 수치해 석 기본 가 정

본 수치 모델의 해석에 한 기본가정은 다음과 같다

(1) 벽체 지붕 바닥의 열 달 습기 달은 두께 방향의 1차원으로 보며 각

부 재료는 동일하다

(2) 실내공간을 단일 존으로 보고 실내온도와 수증기량은 치에 해 일정하

다고 본다

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 8: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 5 -

6 In the case of assuming that indoor moisture generation rate is

constant as an average rate value difference of relative humidity between

the calculated and measured value is 0

In conclusion the importance of the effect of the indoor moisture

generation rate on accurately predicting indoor temperature and moisture

content for a building system has been demonstrated Finally In this paper

the model is validated in predicting indoor teperature moisture content and

relative humidity

- 6 -

- 목 차 -

제 1 장 서 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 1

11 연구 배경 목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 1

12 연구 범 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 2

제 2 장 비 고 찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 5

21 자연 실온 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 5

22 습기의 이론 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 6

221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 6

222 수분 달계수 (Liquid Transport Coefficients) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8

223 물질 달 (Mass Transfer) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 9

제 3 장 구조 체 실내 공 기의 열 습 기 평 형 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13

31 건물의 열수지 습기 평형 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13

32 구조체의 열 습기 평형식 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13

33 실내 공기의 열 습기 평형식 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 15

34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 16

- 7 -

제 4 장 측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

41 자연실온 수증기량 측정 실험 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

411 실험개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

412 측정 장비 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

413 모델 건물 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

42 비정상 자연실온 수증기량 해석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

421 비정상 자연실온 해석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

422 비정상 수증기량 해석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 22

423 수치해석 기본가정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 23

제 5 장 시 뮬 이션 결 과 분 석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

51 수치해석과 실험결과 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

511 벽체의 수직면 일사량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 26

513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 28

514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29

제 6 장 사 례 연구 (case study ) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33

- 8 -

61 실험개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33

62 수치해석과 실험결과의 분석 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 35

621 벽체의 수직면 일사량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 35

622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 36

623 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38

624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38

625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 41

제 7 장 결 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 43

참고 문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 45

부 록 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 46

자연실온 계산 로그램

실내 수증기량 상 습도 계산 로그램

- 9 -

- 표 목차 -

[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 7

[표 2] 흡입에 의한 수분 달 계수 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8

[표 3] 확산에 의한 수분 달 계수 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8

[표 4] 건물의 물성치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

[표 5] 평균 자연실온 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30

[표 6] 평균 수증기량 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31

[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 물성치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 34

[표 8] 평균 자연실온 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39

- 10 -

- 그 림 목차 -

[그림 1] 연구의 체 흐름도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 4

[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 5

[그림 3] 연 냉방도일 난방도일 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 6

[그림 4] 상 습도에 따른 재료의 함습량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 7

[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질 달 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 9

[그림 6] 물의 열 습기 수지 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13

[그림 7] 모델 건물 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 20

[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 22

[그림 10] 각 수직벽체의 일사량 계산 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 26

[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 27

[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 28

[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29

[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30

[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31

[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 32

[그림 18] 건물의 평면도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33

[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 34

- 11 -

[그림 20] 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 35

[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 36

[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 37

[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 37

[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38

[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39

[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40

[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40

[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 41

[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 42

- 12 -

Nomenclature

A 벽체 면 []

C 비열 [JK]

c 수증기량 []

dt 계산 시간 간격

D 수증기 확산 계수 [s]

G 수증기 발생량 [h]

H 증발 잠열 [J]

h t 표면 열 달 계수 [WK]

hm 표면 습기 달 계수 [ms]

m 질량 []

n 환기횟수 [회h]

p 압력 [kPa]

R 기체상수 [ 8314times10-2 barkmolK]

S 일사량[W]

T 온도 [K]

V 체 []

Greek Letters

α 흡수율

β 형태계수

ε 방사율

λ 열 도율 [WmK]

ρ 도(kg)

σ b 스테 볼츠만 상수 (567times10-8WK4)

- 13 -

Δt 계산 시간간격 [s]

Superscript

air 공기

in 실내

out 외부

Subscript

1hellipm (외부면 부터)

in 실내

n 자연실온

out 외부

set 설정온도

si 내표면

sky 천공

so 외표면

w 벽체

- 1 -

제 1 장 서 론

1 1 연구 배 경 목

오늘날 사람들의 생활은 부분 실내 공간에서 이루어지기 때문에 실내 공

간의 쾌 한 환경에 한 심이 날로 높아지고 있다 실내 쾌 과 련된 환경

요소로는 온도 습도 기류 MRT 공기 질 소음 빛 등이 있으며 이 에서도

습도는 온도 공기 질과 같은 쾌 변수와 깊은 련이 있다고 할 수 있다 높은

습도는 건물 구성 재료의 부식과 같은 구조 문제를 야기하기 때문에 건물의

내구성을 제한하는 주요한 요소들 에 하나이며 건물 외피를 통한 습기 이동

은 미생물의 성장과 같은 실내 공기질의 악화를 래할 수 있다 기존의 연구에

서 Spengler at al(1991)은 상 습도 70 이상이면 곰팡이가 성장할 수 있다고

제시했다 한 건축물 외피의 단열성능에도 습기는 많은 향을 미치며 실내

열 환경 평가에서도 습기에 의해 쾌 감이 크게 변한다 결과 으로 실내에서

습기 문제를 해결하는 것은 건물의 내구성을 향상시키고 미생물과 곰팡이의 성

장을 제한하고 쾌 한 환경을 제공한다는 에서 반드시 필요하다

그 지만 이와 같이 실내의 쾌 요소로서 습기의 요성에도 불구하고 습

기와 련된 연구는 많이 부족한 것이 사실이다 그 이유로는 부분의 건물 외

피는 다공질의 재료로 이루어져 있기 때문에 습기 달 과정이 매우 복잡한 형

태로 이루어지며 재료의 물성치에 한 연구도 미흡하기 때문이다 한 습기

문제는 열 달 습기 달 공기유동 화학 생물학 반응과 같은 복합 인 요

소의 작용으로 일어나기 때문에 이것을 총체 으로 이해해야 하는 어려움이 있

건물에서 습기 문제는 일반 으로 높은 실내 습도 수 과 건물 외피를 통한

수분과 습기의 이동 건물 구조체 내middot외부 결로 상의 결과이다 따라서 습도

문제는 실내 온도와 습도 외기 기상조건 건물 외피 구조와 큰 련을 갖는다

고 할 수 있다 외기 기상 조건은 일정하기 때문에 기존의 건물에서 습기에 의

- 2 -

한 문제를 방하기 해서는 실내 온도와 습도를 조 하는 것이 필수 이라

할 수 있다

실내 습기 발생원으로는 크게 인체를 비롯하여 인간의 생활 활동에 수반되

어 발생하는 습기와 건물을 구성하고 있는 다공질의 벽체나 실내에 놓여 있는

각종 물체의 흡middot방습성에 의해 발생하는 습기로 나 수 있다 자의 경우에는

주거 공간에서 취사middot세탁middot목욕middot난방에 의한 것이고 후자의 경우는 다공질의 재

료가 주변 공기의 상 습도가 상승하면 수분을 흡수하고 상 습도가 감소하면

역으로 수분을 방습하는 것이다

본 연구에서는 자연 상태에서 건물의 자연 실온과 수증기량 변동을 측하

기 한 수학 모델링을 제시하고 실측값을 이용해 구조체의 흡습량과 방습량

에 의한 실내 수증기 발생량을 산정한 후 이를 통해 보다 정량 으로 자연 실

온과 수증기량을 측하고자 한다 한 이를 실제 사무소 건물에 용하여 모

델링의 타당성을 확인하고 자연 실온과 실내 수증기량 변동을 측함으로써 건

물에서의 습기 문제를 해결하는데 기 인 자료를 제공하고자 한다

1 2 연구 방 법 범

본 연구에서는 건물의 비공조시 즉 자연상태에서 자연실온과 수증기량 변

동을 측하기 한 수학 모델링을 제시하고 건물 재료의 흡middot방습에 따른 실

내 수증기 발생량을 통해 실내 발생 잠열을 고려한 보다 정량 인 자연실온과

실내 수증기량을 측하고자 한다 따라서 콘크리트 단일 건물 에서 측정한 자

연실온 값과 수증기량을 시뮬 이션 값과 비교 분석을 통해 시뮬 이션의 타

당성을 평가하 다 한 실제 건물에 용 가능성을 평가하기 해 실제 사무

소 건축물에서 측정과 시뮬 이션을 수행하 다 본 연구에서 분석한 건물은

공조가 이루어지지 않고 재실자가 없는 단순한 모델이며 실제 공조가 이루어

지고 재실자가 존재하는 건물에 한 분석은 차후 연구 범 로 설정하 다

- 3 -

연구 방법으로는 모델 건물의 자연실온과 수증기량에 한 수치계산을 실시

하기 해 수치해석 로그램을 작성하여 실제 상황을 시뮬 이션 하 다 이

때 일사 외기온도 풍속 상 습도 등의 기후요소에 한 값들은 실측 데이터

를 이용하 다 단 수직 벽면에 입사하는 일사량은 수평면 일사량을 직산분

리하여 계산하는 로그램을 작성했고 수증기량에 련된 값은 습공기 계산식

과 이상기체 방정식을 이용하여 구하 다 한 작성한 로그램에 한 타당

성을 분석하기 해 모델 건물에 한 실증 실험을 실시하고 그 결과를 비교

분석하 다

실증 실험을 통하여 작성한 로그램을 타당성을 검증하 다 그리고 자연

실온과 수증기량 측 로그램을 이용하여 실제 건물의 용 가능성을 평가하

기 해 사무소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값을 비교 분석하고 타당성을

평가하 다

- 4 -

본 연구의 진행을 한 흐름은 그림 1과 같다

그 림 1 연구의 체 흐 름 도

- 5 -

제 2 장 비 고 찰

2 1 자연실온

냉난방을 하지 않은 건물 자체의 단열 축열 성능으로써 외기 조건과 차

별된 실내온도를 형성하게 되며 이를 건물의 자연실온이라고 말할 수 있다

그림 2 자연실온과 난방 냉방부하

그림 2는 건물에 자연실온을 용한 냉난방 부하 계산 개념도이다 외기온도

와 실내 설정온도의 차이로 계산된 부하와 비교할 때 동계의 경우 부하가 감소

하고 하계의 경우는 증가함을 보이고 있다 이는 부하계산시 외기 온도와 실내

설정온도와의 차이가 아닌 자연실온과의 차이로써 계산해 주어야 보다 정확한

부하를 산정할 수 있음을 의미한다

자연실온 용의 효과에 해 건물의 기간부하 계산법인 냉난방도일법에서

도 쉽게 확인할 수 있다 냉난방도일은 실내설정온도와 외기온도와의 차이에

냉난방일수를 곱하여 계산한다 그림 3은 연 냉난방 도일을 나타내는 것으로

서 이를 근거로 부하 계산을 할 경우 과 한 설비 용량과 에 지 소비량이 추

정될 수 있는 것이다 이러한 결과가 발생하는 것은 건물 구조체의 열 성능에

- 6 -

의한 향으로 비공조시에도 실내온도와 외기온도는 지 않은 차이가 있기 때

문이다1)

그림 3 연 냉방도일 난방도일

2 2 습 기의 이론 고 찰

2 2 1 재 료 의 흡 middot 방 습 기능 (Moisture Storage F unction)

다공질의 건축 재료에서 물 분자는 주변 공기와 평형상태에 도달할 때까지

모세 상에 의해 재료의 공극에 채워진다 평형 함수율이란 고체 재료를 일

정한 온습도의 습한 공기 속에 장시간 놓아두고 주변 공기와 평형이 될 때의

재료의 함수율을 말하는데 재료의 흡middot방습 능력에 큰 향을 미치는 인자이다

평형 함수율은 온도와 습도에 의해 변하지만 상온의 범 (0~40)에서는 상

습도에 의해 결정되며 습도 역(30~70)에서는 거의 직선으로 간주할 수

있다

1) 윤성훈 2004건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학원 건축공학과

(계획 공) 2001 2

- 7 -

그림 4 상 습도에 따른 재료의 함습량

그림 4는 상 습도에 따른 재료의 함습량 곡선을 나타낸다 액체 상태의 물

에 하고 있는 재료내의 공극은 포화 wf까지 수분으로 채워질 것이다

이 수분양 wf는 상 습도 100에서 재료의 함습량이다 공극 내부에서 발

생하는 공기 때문에 다공률[]에 의해 결정되는 최 함습량 w max 값보

다 wf값은 다 wf

를 과하는 수분의 양은 벽체 내의 온도 구배에 의해 결

로를 발생시킬 수 있다

표 1 콘크리트 재료의 함습량

- 8 -

표 1은 상 습도에 따른 콘크리트 재료의 합습량을 나타낸다 상 습도가

증가함에 따라 재료의 함습량은 증가하는 것을 알 수 있다 여러 재료의 평형

함습량 곡선은 흡습과정과 방습과정에서 평형 함습량이 다른 경우가 있으며

이러한 상을 자기이력 상이라고 한다 그러나 흡습량과 방습량의 오차는

은 값이기 때문에 무시할 수 있다

상 습도[] 0 33 43 63 80 85 93 100

함습량[] 0 23 26 44 53 55 85 175

2 2 2 수분 달 계 수 (L iq uid Transport Coefficients)

다공질의 재료에서 습기 달 메커니즘은 모세 수분 달이지만 건축 재

료에서 수분 달을 확산 상으로 간주하는 것이 일반 이다 건축 재료에서

수분 메커니즘은 크게 두 가지로 나 수 있다

bull 흡입에 의한 수분 달 건축 재료가 강수로 인해 표면이 완 히 젖었을

때 모세 상에 의해 수분이 달된다

bull 확산에 의한 수분 달 공극에 축 된 수분은 강우가 멈췄을 때 확산에

의해 달된다

확산에 의한 수분 달은 천천히 이루어지기 때문에 확산에 의한 수분 달

계수는 일반 으로 흡입에 의한 수분 달 계수 값보다 다

다음 표2 표3은 콘크리트의 흡입과 확산에 의한 수분 달 계수를 나타낸

- 9 -

표 2 흡입에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 140 157 175

습기 달계수[s] 3times 10- 10 8times 10

- 9 2times 10- 8 3times 10

- 8 5times 10- 8 2times 10

- 7

표 3 확산에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 122 140 157 175

습기 달계수[s]2times

10- 11

2times

10- 10

25times

10- 10

13times

10- 9

72times

10- 9 2times 10 - 8 7times 10 - 8

2 2 3 물질 달 (Mass Transfer)

혼합물에서 어떤 화합물질의 농도 차이에 의해 물질이 이동하는 것을 물질

달이라고 한다 온도 기울기에 의해 열 달이 일어나는 것과 마찬가지로 물

질 달에서는 화학물질의 농도 기울기가 물질의 이동을 일으킨다 건조 공기로

수증기가 확산되는 것도 물질 달의 한 라고 할 수 있다

그림 5는 기체 혼합물의 확산에 의한 물질 달을 나타낸다 서로 다른 기체

가 같은 온도와 압력 상태에서 칸막이로 분리된 챔버를 고려해보자 칸막이가

제거된다면 기체는 확산에 의해 달될 것이다 더 큰 농도는 체 당 더 많은

분자수가 있다는 것을 의미한다 x축을 따라 기체 A의 농도가 감소하는 반면

기체 B의 농도는 증가할 것이다 물질 달은 농도 방향으로 일어나기 때문

에 기체 A는 오른편으로 기체 B는 왼편으로 이동할 것이다 충분한 시간이 경

과한 후에 A와 B의 농도는 균일해질 것이다

- 10 -

그림 5 혼합기체에서 확산에 의한 물질 달

물질 달은 기체에서 뿐만 아니라 액체와 고체에서도 일어난다 그러나

질 달은 분자 간격에 큰 향을 받기 때문에 확산은 기체 액체 고체의 순

서로 빠르게 일어난다

1 ) 물질 A의 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(1)과 같이 나

타낼 수 있다

ρ A=mAV

(1)

혼합물의 체 농도는 각각의 물질 농도를 합한 값과 같고 식(2)와 같이 나

타낼 수 있다

ρ= sumn

i=1ρ i (2)

혼합물에서 물질 A의 양은 mass fraction이며 식 (3)과 같이 나타낼 수 있다

- 11 -

wA=ρAρ

(3)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (4)와 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1wi=1 (4)

2) 물질 A의 몰 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(5)와 같이

나타낼 수 있다

c A=n AV

=m AM A

V=

ρ A

M A

(5)

혼합물의 체 몰 농도는 각각의 물질 몰 농도를 합한 값과 같고 식(6)와 같이

나타낼 수 있다

c= sumn

i=1c i

(6)

혼합물에서 물질 A의 양은 mole fraction이며 식 (7)과 같이 나타낼 수 있다

x i=c ic

(7)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (8)과 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1x i=1 (8)

- 12 -

3 ) 이상 기체 방 정 식

이상기체 혼합물에서 어떤 성분의 농도 와 몰 농도는 이상기체 법칙을 통해

그 성분의 부분 압력과 련된다 식(9)와 식(10)은 어떤 성분의 농도와 몰 농도

를 나타낸다

ρ i=p iR iT

(9)

Ci=p iRT

(10)

여기서 Ri는 물질 i의 기체 상수이고 R은 universal 기체 상수이다

4) F ick ` L aw

농도구배가 존재하는 계에서 물질은 분자의 움직임에 의한 확산속도를 갖

고 이때 발생하는 물질 달량은 농도구배(농도차거리)에 비례한다 식 (11)은

몰 달량를 식(12)는 도 달량를 나타낸다

J A z=-DABdcAdz

=- cDABdyAdz

(11)

j A z=-DABdρAdz

=-ρDABdwAdz

(12)

여기서 DAB는 혼합 물질에서 어떤 성분의 확산 계수를 나타내는데 차원은

다음과 같다

[ MoleL 2t ]= [ X ]

[ MoleL 3 ][ L ]

- 13 -

there4 [ X ]= [ L2

t ] 는 s

제 3 장

구조 체 실내 공 기의 열 습 기 평 형

3 1 건물의 열 수지 습 기 평 형

그림 6은 모델 건물의 열평형 방정식과 습기평형 방정식을 수립하기 한

개념도를 나타낸다 건물 외표면에는 일사의 유입과 외기와의 류 열 달

- 14 -

류 습기 달 천공과의 복사열교환 등이 작용하며 바닥에서는 지면으로부터의

열 도 습기 도가 일어나게 된다 내부에서는 실내공기와의 류 열 달

류 습기 달이 일어난다 한 인체 기기 발열 조명 발열 거주자 활동에

의한 수증기 발생이 존재하지만 비거주 공간을 상으로 삼았기 때문에 이에

한 부분은 고려하지 않았다

그림 6 건물의 열 습기 수지

3 2 구조 체 의 열 습 기 평 형식

자연실온 수증기량 해석을 한 건물 시스템은 크게 건물 벽체와 실내공

기로 나 어진다 수학 모델링의 과정은 다음과 같은 과정으로 일반화 된다

(1) 건물 외피에서 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (2) 건물 외피와 실

내 공기 사이에서의 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (3) 수치해석을

통해 경계조건으로 표 되는 외부 기상조건에 따른 비정상상태의 실내 자연실

온과 수증기량을 구한다

각 구조체의 1차원 열 달 방정식 습기 달 방정식 은 식 (13) 식 (14)

와 같다

- 15 -

ρw c pwpartTwpart t

=partpart x ( λw

partTwpartx ) (13)

part c wpart t

=partpartx (Dw

part c wpartx ) (14)

이질 재료의 층과 층 사이( x= n)에서 열과 습기 달은 다음과 같이 나타

낼 수 있다

λ1w

partT 1w

partx |x= n

=λ2w

partT 2w

partx |x= n

(15)

T1w | x= n=T

2w | x= n (16)

D1w

partc1w

partx |x= n

=D2w

partc2w

partx |x= n

(17)

c1w | x= n= c

2w | x= n (18)

구조체의 외표면 실내측에 한 경계조건은 다음과 같이 설정할 수 있다

λ wpartT w

partx |x= 0

=houttw (T out-T so)+αS+( 1+cosβ

2 ) σ ε(T sky4-T so

4)

(19)

λwpartTwpartx |

x= M=h intw (T in-T si)

(20)

- 16 -

Dwpart cwpart x |

x= 0=h

outmw (c out-c so) (21)

Dwpart cwpart x |

x= M=h

inmw (c in-c si) (22)

Lewis Relation은 외표면과 내표면 습기 달계수 houtmw h inmw

을 결정하기

하여 이용될 수 있다

h m=hT

ρ airCairp

(23)

3 3 실내 공 기의 열 습 기 평 형식

실내공기의 열평형식 습기 평형식은 각각 식(24) 식(25)와 같다

V ρ a c pad T in

d t=Q 1+Q 2+Q 3+Q 4

(24)

Q 1 벽체로부터의 열 달량[W]

Q 2 환기에 의한 열 달량[W]

Q 3 실내 수증기 증발 잠열량 [W]

Q 4 인체 조명 기기로부터의 발열량[W]

Vd c ind t

=M 1+M 2+M 3 (25)

M 1 벽체로부터의 수증기 달량 [kgs]

M 2 환기에 의한 수증기 달량 [kgs]

M 3 실내 수증기 발생량 [kgs]

- 17 -

식(24)는 실내 공기 온도에 한 열평형식으로 본 연구에서의 상 모델은

비거주 공간이므로 Q 4는 고려하지 않았다 한 재료의 흡middot방습에 의한 잠열

이 실내 온도에 미치는 향을 평가하기 해 Q 3를 고려한 경우와 Q 3

를 고려

하지 않은 경우로 나 어 분석하 다

식(25)는 실내 공기 수증기량에 한 습기평형식으로 M 3는 실내 수증기 발

생량을 나타내는데 이는 거주자의 취사 목욕 세탁 난방 등의 활동에 의한 수

증기 발생과 재료의 흡middot방습에의한 발생으로 크게 나 어 볼 수 있다 본 연구

에의 상 모델은 비거주 공간이므로 거주자의 활동에 의한 수증기 발생량은

고려하지 않고 재료의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량만을 분석하 다

3 4 실내 수증기 발 생 량

식(25)는 다음과 같이 표 할 수 있다

M 3=Vd c ind t

-M 1-M 2

(26)

실내 수증기 발생량 M 3를 구하기 해 시간에 따른 실내 수증기량의 미분

값인 dc indt

의 값을 구해야 한다 그러나 실내 수증기량의 직 미분은 미분값

이 불안정할 수 있다 수증기 발생원이 수증기를 방출할 때 발생량은 지수

으로 증가하고 방출을 멈췄을 때는 지수 으로 감소한다 Bennett et al은 포

름알데히드 측정을 하여 측정한 농도 데이터로부터 포르알데히드 방사량을

평가하기 하 로그램을 개발했다 Stirling interpolation polynomial fitting

이 오염물 농도를 미분하는데 이용된다 이와 유사한 방법을 이용하여 실내 수

증기량 c in은 Stirling interpolation polynomial fitting에 의해 미분된다

Stirling interpolation polynomial은 Gauss interpolation의 진과 후진의 평균

값으로 구한다

- 18 -

방정식에 다른 하나의 미지값은 건물 외피와 실내 공기와의 습기 달량인

비정상 습기 달량 M 1 값이다 기존의 연구에서 M 1

의 평균값은 003times 10- 6

[middotmiddots]으로 은 값이므로 실내 습기 발생량 M 3을 구하기 해 M 1

의 값은

0으로 가정한다

식 (27)은 실내 수증기 발생량을 구하기 해 측정한 수증기량 데이터를

Stirling polynomial 방법을 이용하여 미분하는 식을 나타낸다

[dc indt ]

t= t o

=1Δt (

Δc in-1+Δc in02

-16

Δ3c in-2+Δ

3c in-1

2

+130

Δ5c in-3+Δ

5c in-2

2+⋯) (27)

- 19 -

제 4 장

측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석

4 1 자연실온 수증기량 측정 실험

4 1 1 실험개 요

건물의 자연실온 수증기량 로그램의 타당성을 분석하기 하여 철근

콘크리트 건물에 측정 장비를 설치하고 실증 실험을 실시하 다 한 로그

램의 실제 건물 용 가능성을 평가하기 해 사무소 건물에서 실험을 실시하

다 철근 콘크리트 건물 모델은 주변과의 복사 향을 최소화하고 외부 건물

에 의한 일 의 향을 받지 않는 인천의 I 학교에 치하고 있다 사무소 건

물은 인천에 치하고 있으며 인 실의 향을 최소화하기 해 옥상의 독립

된 공간에서 실험을 실시하 다 실험 건물 모델은 거주 공간이 아니기 때문에

실내에서 발생되는 열과 수증기량은 0으로 간주된다 철근 콘크리트 건물 모델

에서 실험은 여름철인 2005년 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 고 사

무소 건물에서는 2005년 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시하 다

- 20 -

그림 7 모델 건물

4 1 2 측정 장 비

실험모델에 한 수평면 일사량 외기온도 상 습도 풍속 등의 기상 데이

터를 10분 간격으로 측정하 다 수평면 일사량 측정은 인천의 I 학교 옥상

에 설치된 자동 기상 측기 DAV16 를 사용하 다 수평면 일사량은 직산분

리 계산식을 사용하여 각 방 의 수직 벽면 일사량으로 환산되고 외기온도와

상 습도는 습공기 계산식을 통해 수증기량으로 환산된다

건물 모델 내부 공기 온도 상 습도 수증기량은 TH-CALC 8722 사용하여

10분 간격으로 측정하 다

4 1 3 모 델 건물

철근 콘크리트 건물 모델의 크기는 17mtimes17mtimes21m로 두께 015m의 단일

재료이고 방 는 정남향이다 표 4는 건물의 물성치를 나타낸다

- 21 -

표 4 건물의 물성치

열 도율 14 [WmK]

비열 880 [JkgK]

도 2100 [kg]

투습율 47 [ng(smPa)]

두께 015 [m]

4 2 비 정 상 자연실온 수증기량 해 석

4 2 1 비 정 상 자연실온 해 석

그림 8 다층벽의 열수지 차분계산 모델

그림 8은 다층벽의 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이에 있는

경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하면 경계면 m 에서의 계산식은

- 22 -

m-Δx L2~ m-Δx R2의 열용량이 m 에 집 하고 m-1~ m 사이와

m~ m+1 사이의 열 항을 각각 RL RR이라 하면 구조체 내부 각 층의 온

도에 한 차분식은 식 (28)과 같다

Tm-Tm

Δt | m= 105(CAPL+CAPR) 1

RR(T

m+1 -T

m)-

1RL

(Tm-T

m-1 )

(28)

여기서

CAPL= c L ρ LΔxL (29)

CAPR= c R ρ RΔxR (30)

RL=ΔxLλL

(31)

RR=

ΔxRλR

(32)

외표면 경계조건(m=0)은 일사 외기와의 류열 달 그리고 천공과의 복

사열 교환에 의한 유효복사량이며 식 (33)과 같다

+( 1+cosβ2 ) σ ε(T sky

4-(Tso )

4)-

1RL

(T so+1 -T

so))

(33)

내표면 경계조건(m=M)은 식 (34)와 같으며 각 벽체간의 온도 차이가 크지

않기 때문에 내부 복사열 교환은 생략하고 실내공기와의 류열 달만 있는

것으로 하 다

T si-Tsi

Δt |m= M

=1

05 C AP R (h intw (T si-T in)-

1R R

(T si-1-Tsi))

(34)

- 23 -

실내 공기온도 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 류열 달 환기

에 의한 열 달 잠열부하량을 고려하 으며 열 수지식은 식 (35)와 같다

T in-T

in

Δt=

1c aρ aV

(Q 1+Q 2+Q 3+Q 4)

(35)

여기서 Q 1은 구조체로부터의 열 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로부

터의 류열 달만을 고려하 으며 식(36)과 같다

Q 1= hintw sum

6

k= 1AkT si k

(36)

Q 2는 환기에 의한 열 달량을 나타내며 식(37)과 같다

Q 2= nV c aρ a(Tout-T in)

(37)

Q 3는 실내 수증기 발생량에 따른 실내 증발잠열량을 나타내며 식(38)과 같다

Q 3=HtimesGtimesVtimes1

3600 (38)

4 2 2 비 정 상 수증기량 해 석

- 24 -

그림 9 다층벽의 습기평형 차분계산 모델

그림 9는 다층벽의 습기평형 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이

에 있는 경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하며 구조체 내부 각 층의 습

기에 한 차분식은 식 (39)와 같다

cm-cm

Δt | m= 105(Δx L+Δ xR)

DwRΔx R

(cm+1 -c

m)-

DwLΔxL

(cm-c

m-1 )

(39)

외표면 경계조건(m=0)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계수

를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(40)과 같다

c so-cso

Δt |m= 0

=1

05ΔxL ( h outmw (c out-cso)-

DwLΔxL

(c so+1 -cso) )

(40)

내표면 경계조건(m=M)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계

수를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(41)과 같다

c si-c

si

Δt |m= M

=1

05ΔxR ( h inmw (c in-csi)-

DwRΔxR

(csi-1 -csi) )

(41)

- 25 -

실내 수증기량 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 습기 달계수 환

기에 의한 습기 달 실내 습기발생량을 고려하 으며 습기 평형식은 식(42)과

같다

c in-cin

Δt=

1V

(M 1+M 2+M 3)

(42)

여기서 M 1은 구조체로부터의 습기 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로

부터의 류습기 달만을 고려하 으며 식(43)과 같다

M 1= hinmw sum

6

k= 1Ak c si k

(43)

M 2는 환기에 의한 습기 달량을 나타내며 식(44)와 같다

M 2=nV (c out-c in)

(44)

M 3는 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 나타낸다

4 2 3 수치해 석 기본 가 정

본 수치 모델의 해석에 한 기본가정은 다음과 같다

(1) 벽체 지붕 바닥의 열 달 습기 달은 두께 방향의 1차원으로 보며 각

부 재료는 동일하다

(2) 실내공간을 단일 존으로 보고 실내온도와 수증기량은 치에 해 일정하

다고 본다

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 9: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 6 -

- 목 차 -

제 1 장 서 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 1

11 연구 배경 목 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 1

12 연구 범 방법 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 2

제 2 장 비 고 찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 5

21 자연 실온 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 5

22 습기의 이론 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 6

221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 6

222 수분 달계수 (Liquid Transport Coefficients) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8

223 물질 달 (Mass Transfer) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 9

제 3 장 구조 체 실내 공 기의 열 습 기 평 형 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13

31 건물의 열수지 습기 평형 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13

32 구조체의 열 습기 평형식 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13

33 실내 공기의 열 습기 평형식 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 15

34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 16

- 7 -

제 4 장 측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

41 자연실온 수증기량 측정 실험 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

411 실험개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

412 측정 장비 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

413 모델 건물 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

42 비정상 자연실온 수증기량 해석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

421 비정상 자연실온 해석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

422 비정상 수증기량 해석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 22

423 수치해석 기본가정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 23

제 5 장 시 뮬 이션 결 과 분 석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

51 수치해석과 실험결과 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

511 벽체의 수직면 일사량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 26

513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 28

514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29

제 6 장 사 례 연구 (case study ) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33

- 8 -

61 실험개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33

62 수치해석과 실험결과의 분석 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 35

621 벽체의 수직면 일사량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 35

622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 36

623 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38

624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38

625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 41

제 7 장 결 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 43

참고 문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 45

부 록 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 46

자연실온 계산 로그램

실내 수증기량 상 습도 계산 로그램

- 9 -

- 표 목차 -

[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 7

[표 2] 흡입에 의한 수분 달 계수 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8

[표 3] 확산에 의한 수분 달 계수 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8

[표 4] 건물의 물성치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

[표 5] 평균 자연실온 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30

[표 6] 평균 수증기량 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31

[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 물성치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 34

[표 8] 평균 자연실온 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39

- 10 -

- 그 림 목차 -

[그림 1] 연구의 체 흐름도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 4

[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 5

[그림 3] 연 냉방도일 난방도일 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 6

[그림 4] 상 습도에 따른 재료의 함습량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 7

[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질 달 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 9

[그림 6] 물의 열 습기 수지 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13

[그림 7] 모델 건물 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 20

[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 22

[그림 10] 각 수직벽체의 일사량 계산 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 26

[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 27

[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 28

[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29

[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30

[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31

[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 32

[그림 18] 건물의 평면도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33

[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 34

- 11 -

[그림 20] 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 35

[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 36

[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 37

[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 37

[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38

[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39

[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40

[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40

[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 41

[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 42

- 12 -

Nomenclature

A 벽체 면 []

C 비열 [JK]

c 수증기량 []

dt 계산 시간 간격

D 수증기 확산 계수 [s]

G 수증기 발생량 [h]

H 증발 잠열 [J]

h t 표면 열 달 계수 [WK]

hm 표면 습기 달 계수 [ms]

m 질량 []

n 환기횟수 [회h]

p 압력 [kPa]

R 기체상수 [ 8314times10-2 barkmolK]

S 일사량[W]

T 온도 [K]

V 체 []

Greek Letters

α 흡수율

β 형태계수

ε 방사율

λ 열 도율 [WmK]

ρ 도(kg)

σ b 스테 볼츠만 상수 (567times10-8WK4)

- 13 -

Δt 계산 시간간격 [s]

Superscript

air 공기

in 실내

out 외부

Subscript

1hellipm (외부면 부터)

in 실내

n 자연실온

out 외부

set 설정온도

si 내표면

sky 천공

so 외표면

w 벽체

- 1 -

제 1 장 서 론

1 1 연구 배 경 목

오늘날 사람들의 생활은 부분 실내 공간에서 이루어지기 때문에 실내 공

간의 쾌 한 환경에 한 심이 날로 높아지고 있다 실내 쾌 과 련된 환경

요소로는 온도 습도 기류 MRT 공기 질 소음 빛 등이 있으며 이 에서도

습도는 온도 공기 질과 같은 쾌 변수와 깊은 련이 있다고 할 수 있다 높은

습도는 건물 구성 재료의 부식과 같은 구조 문제를 야기하기 때문에 건물의

내구성을 제한하는 주요한 요소들 에 하나이며 건물 외피를 통한 습기 이동

은 미생물의 성장과 같은 실내 공기질의 악화를 래할 수 있다 기존의 연구에

서 Spengler at al(1991)은 상 습도 70 이상이면 곰팡이가 성장할 수 있다고

제시했다 한 건축물 외피의 단열성능에도 습기는 많은 향을 미치며 실내

열 환경 평가에서도 습기에 의해 쾌 감이 크게 변한다 결과 으로 실내에서

습기 문제를 해결하는 것은 건물의 내구성을 향상시키고 미생물과 곰팡이의 성

장을 제한하고 쾌 한 환경을 제공한다는 에서 반드시 필요하다

그 지만 이와 같이 실내의 쾌 요소로서 습기의 요성에도 불구하고 습

기와 련된 연구는 많이 부족한 것이 사실이다 그 이유로는 부분의 건물 외

피는 다공질의 재료로 이루어져 있기 때문에 습기 달 과정이 매우 복잡한 형

태로 이루어지며 재료의 물성치에 한 연구도 미흡하기 때문이다 한 습기

문제는 열 달 습기 달 공기유동 화학 생물학 반응과 같은 복합 인 요

소의 작용으로 일어나기 때문에 이것을 총체 으로 이해해야 하는 어려움이 있

건물에서 습기 문제는 일반 으로 높은 실내 습도 수 과 건물 외피를 통한

수분과 습기의 이동 건물 구조체 내middot외부 결로 상의 결과이다 따라서 습도

문제는 실내 온도와 습도 외기 기상조건 건물 외피 구조와 큰 련을 갖는다

고 할 수 있다 외기 기상 조건은 일정하기 때문에 기존의 건물에서 습기에 의

- 2 -

한 문제를 방하기 해서는 실내 온도와 습도를 조 하는 것이 필수 이라

할 수 있다

실내 습기 발생원으로는 크게 인체를 비롯하여 인간의 생활 활동에 수반되

어 발생하는 습기와 건물을 구성하고 있는 다공질의 벽체나 실내에 놓여 있는

각종 물체의 흡middot방습성에 의해 발생하는 습기로 나 수 있다 자의 경우에는

주거 공간에서 취사middot세탁middot목욕middot난방에 의한 것이고 후자의 경우는 다공질의 재

료가 주변 공기의 상 습도가 상승하면 수분을 흡수하고 상 습도가 감소하면

역으로 수분을 방습하는 것이다

본 연구에서는 자연 상태에서 건물의 자연 실온과 수증기량 변동을 측하

기 한 수학 모델링을 제시하고 실측값을 이용해 구조체의 흡습량과 방습량

에 의한 실내 수증기 발생량을 산정한 후 이를 통해 보다 정량 으로 자연 실

온과 수증기량을 측하고자 한다 한 이를 실제 사무소 건물에 용하여 모

델링의 타당성을 확인하고 자연 실온과 실내 수증기량 변동을 측함으로써 건

물에서의 습기 문제를 해결하는데 기 인 자료를 제공하고자 한다

1 2 연구 방 법 범

본 연구에서는 건물의 비공조시 즉 자연상태에서 자연실온과 수증기량 변

동을 측하기 한 수학 모델링을 제시하고 건물 재료의 흡middot방습에 따른 실

내 수증기 발생량을 통해 실내 발생 잠열을 고려한 보다 정량 인 자연실온과

실내 수증기량을 측하고자 한다 따라서 콘크리트 단일 건물 에서 측정한 자

연실온 값과 수증기량을 시뮬 이션 값과 비교 분석을 통해 시뮬 이션의 타

당성을 평가하 다 한 실제 건물에 용 가능성을 평가하기 해 실제 사무

소 건축물에서 측정과 시뮬 이션을 수행하 다 본 연구에서 분석한 건물은

공조가 이루어지지 않고 재실자가 없는 단순한 모델이며 실제 공조가 이루어

지고 재실자가 존재하는 건물에 한 분석은 차후 연구 범 로 설정하 다

- 3 -

연구 방법으로는 모델 건물의 자연실온과 수증기량에 한 수치계산을 실시

하기 해 수치해석 로그램을 작성하여 실제 상황을 시뮬 이션 하 다 이

때 일사 외기온도 풍속 상 습도 등의 기후요소에 한 값들은 실측 데이터

를 이용하 다 단 수직 벽면에 입사하는 일사량은 수평면 일사량을 직산분

리하여 계산하는 로그램을 작성했고 수증기량에 련된 값은 습공기 계산식

과 이상기체 방정식을 이용하여 구하 다 한 작성한 로그램에 한 타당

성을 분석하기 해 모델 건물에 한 실증 실험을 실시하고 그 결과를 비교

분석하 다

실증 실험을 통하여 작성한 로그램을 타당성을 검증하 다 그리고 자연

실온과 수증기량 측 로그램을 이용하여 실제 건물의 용 가능성을 평가하

기 해 사무소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값을 비교 분석하고 타당성을

평가하 다

- 4 -

본 연구의 진행을 한 흐름은 그림 1과 같다

그 림 1 연구의 체 흐 름 도

- 5 -

제 2 장 비 고 찰

2 1 자연실온

냉난방을 하지 않은 건물 자체의 단열 축열 성능으로써 외기 조건과 차

별된 실내온도를 형성하게 되며 이를 건물의 자연실온이라고 말할 수 있다

그림 2 자연실온과 난방 냉방부하

그림 2는 건물에 자연실온을 용한 냉난방 부하 계산 개념도이다 외기온도

와 실내 설정온도의 차이로 계산된 부하와 비교할 때 동계의 경우 부하가 감소

하고 하계의 경우는 증가함을 보이고 있다 이는 부하계산시 외기 온도와 실내

설정온도와의 차이가 아닌 자연실온과의 차이로써 계산해 주어야 보다 정확한

부하를 산정할 수 있음을 의미한다

자연실온 용의 효과에 해 건물의 기간부하 계산법인 냉난방도일법에서

도 쉽게 확인할 수 있다 냉난방도일은 실내설정온도와 외기온도와의 차이에

냉난방일수를 곱하여 계산한다 그림 3은 연 냉난방 도일을 나타내는 것으로

서 이를 근거로 부하 계산을 할 경우 과 한 설비 용량과 에 지 소비량이 추

정될 수 있는 것이다 이러한 결과가 발생하는 것은 건물 구조체의 열 성능에

- 6 -

의한 향으로 비공조시에도 실내온도와 외기온도는 지 않은 차이가 있기 때

문이다1)

그림 3 연 냉방도일 난방도일

2 2 습 기의 이론 고 찰

2 2 1 재 료 의 흡 middot 방 습 기능 (Moisture Storage F unction)

다공질의 건축 재료에서 물 분자는 주변 공기와 평형상태에 도달할 때까지

모세 상에 의해 재료의 공극에 채워진다 평형 함수율이란 고체 재료를 일

정한 온습도의 습한 공기 속에 장시간 놓아두고 주변 공기와 평형이 될 때의

재료의 함수율을 말하는데 재료의 흡middot방습 능력에 큰 향을 미치는 인자이다

평형 함수율은 온도와 습도에 의해 변하지만 상온의 범 (0~40)에서는 상

습도에 의해 결정되며 습도 역(30~70)에서는 거의 직선으로 간주할 수

있다

1) 윤성훈 2004건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학원 건축공학과

(계획 공) 2001 2

- 7 -

그림 4 상 습도에 따른 재료의 함습량

그림 4는 상 습도에 따른 재료의 함습량 곡선을 나타낸다 액체 상태의 물

에 하고 있는 재료내의 공극은 포화 wf까지 수분으로 채워질 것이다

이 수분양 wf는 상 습도 100에서 재료의 함습량이다 공극 내부에서 발

생하는 공기 때문에 다공률[]에 의해 결정되는 최 함습량 w max 값보

다 wf값은 다 wf

를 과하는 수분의 양은 벽체 내의 온도 구배에 의해 결

로를 발생시킬 수 있다

표 1 콘크리트 재료의 함습량

- 8 -

표 1은 상 습도에 따른 콘크리트 재료의 합습량을 나타낸다 상 습도가

증가함에 따라 재료의 함습량은 증가하는 것을 알 수 있다 여러 재료의 평형

함습량 곡선은 흡습과정과 방습과정에서 평형 함습량이 다른 경우가 있으며

이러한 상을 자기이력 상이라고 한다 그러나 흡습량과 방습량의 오차는

은 값이기 때문에 무시할 수 있다

상 습도[] 0 33 43 63 80 85 93 100

함습량[] 0 23 26 44 53 55 85 175

2 2 2 수분 달 계 수 (L iq uid Transport Coefficients)

다공질의 재료에서 습기 달 메커니즘은 모세 수분 달이지만 건축 재

료에서 수분 달을 확산 상으로 간주하는 것이 일반 이다 건축 재료에서

수분 메커니즘은 크게 두 가지로 나 수 있다

bull 흡입에 의한 수분 달 건축 재료가 강수로 인해 표면이 완 히 젖었을

때 모세 상에 의해 수분이 달된다

bull 확산에 의한 수분 달 공극에 축 된 수분은 강우가 멈췄을 때 확산에

의해 달된다

확산에 의한 수분 달은 천천히 이루어지기 때문에 확산에 의한 수분 달

계수는 일반 으로 흡입에 의한 수분 달 계수 값보다 다

다음 표2 표3은 콘크리트의 흡입과 확산에 의한 수분 달 계수를 나타낸

- 9 -

표 2 흡입에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 140 157 175

습기 달계수[s] 3times 10- 10 8times 10

- 9 2times 10- 8 3times 10

- 8 5times 10- 8 2times 10

- 7

표 3 확산에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 122 140 157 175

습기 달계수[s]2times

10- 11

2times

10- 10

25times

10- 10

13times

10- 9

72times

10- 9 2times 10 - 8 7times 10 - 8

2 2 3 물질 달 (Mass Transfer)

혼합물에서 어떤 화합물질의 농도 차이에 의해 물질이 이동하는 것을 물질

달이라고 한다 온도 기울기에 의해 열 달이 일어나는 것과 마찬가지로 물

질 달에서는 화학물질의 농도 기울기가 물질의 이동을 일으킨다 건조 공기로

수증기가 확산되는 것도 물질 달의 한 라고 할 수 있다

그림 5는 기체 혼합물의 확산에 의한 물질 달을 나타낸다 서로 다른 기체

가 같은 온도와 압력 상태에서 칸막이로 분리된 챔버를 고려해보자 칸막이가

제거된다면 기체는 확산에 의해 달될 것이다 더 큰 농도는 체 당 더 많은

분자수가 있다는 것을 의미한다 x축을 따라 기체 A의 농도가 감소하는 반면

기체 B의 농도는 증가할 것이다 물질 달은 농도 방향으로 일어나기 때문

에 기체 A는 오른편으로 기체 B는 왼편으로 이동할 것이다 충분한 시간이 경

과한 후에 A와 B의 농도는 균일해질 것이다

- 10 -

그림 5 혼합기체에서 확산에 의한 물질 달

물질 달은 기체에서 뿐만 아니라 액체와 고체에서도 일어난다 그러나

질 달은 분자 간격에 큰 향을 받기 때문에 확산은 기체 액체 고체의 순

서로 빠르게 일어난다

1 ) 물질 A의 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(1)과 같이 나

타낼 수 있다

ρ A=mAV

(1)

혼합물의 체 농도는 각각의 물질 농도를 합한 값과 같고 식(2)와 같이 나

타낼 수 있다

ρ= sumn

i=1ρ i (2)

혼합물에서 물질 A의 양은 mass fraction이며 식 (3)과 같이 나타낼 수 있다

- 11 -

wA=ρAρ

(3)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (4)와 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1wi=1 (4)

2) 물질 A의 몰 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(5)와 같이

나타낼 수 있다

c A=n AV

=m AM A

V=

ρ A

M A

(5)

혼합물의 체 몰 농도는 각각의 물질 몰 농도를 합한 값과 같고 식(6)와 같이

나타낼 수 있다

c= sumn

i=1c i

(6)

혼합물에서 물질 A의 양은 mole fraction이며 식 (7)과 같이 나타낼 수 있다

x i=c ic

(7)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (8)과 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1x i=1 (8)

- 12 -

3 ) 이상 기체 방 정 식

이상기체 혼합물에서 어떤 성분의 농도 와 몰 농도는 이상기체 법칙을 통해

그 성분의 부분 압력과 련된다 식(9)와 식(10)은 어떤 성분의 농도와 몰 농도

를 나타낸다

ρ i=p iR iT

(9)

Ci=p iRT

(10)

여기서 Ri는 물질 i의 기체 상수이고 R은 universal 기체 상수이다

4) F ick ` L aw

농도구배가 존재하는 계에서 물질은 분자의 움직임에 의한 확산속도를 갖

고 이때 발생하는 물질 달량은 농도구배(농도차거리)에 비례한다 식 (11)은

몰 달량를 식(12)는 도 달량를 나타낸다

J A z=-DABdcAdz

=- cDABdyAdz

(11)

j A z=-DABdρAdz

=-ρDABdwAdz

(12)

여기서 DAB는 혼합 물질에서 어떤 성분의 확산 계수를 나타내는데 차원은

다음과 같다

[ MoleL 2t ]= [ X ]

[ MoleL 3 ][ L ]

- 13 -

there4 [ X ]= [ L2

t ] 는 s

제 3 장

구조 체 실내 공 기의 열 습 기 평 형

3 1 건물의 열 수지 습 기 평 형

그림 6은 모델 건물의 열평형 방정식과 습기평형 방정식을 수립하기 한

개념도를 나타낸다 건물 외표면에는 일사의 유입과 외기와의 류 열 달

- 14 -

류 습기 달 천공과의 복사열교환 등이 작용하며 바닥에서는 지면으로부터의

열 도 습기 도가 일어나게 된다 내부에서는 실내공기와의 류 열 달

류 습기 달이 일어난다 한 인체 기기 발열 조명 발열 거주자 활동에

의한 수증기 발생이 존재하지만 비거주 공간을 상으로 삼았기 때문에 이에

한 부분은 고려하지 않았다

그림 6 건물의 열 습기 수지

3 2 구조 체 의 열 습 기 평 형식

자연실온 수증기량 해석을 한 건물 시스템은 크게 건물 벽체와 실내공

기로 나 어진다 수학 모델링의 과정은 다음과 같은 과정으로 일반화 된다

(1) 건물 외피에서 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (2) 건물 외피와 실

내 공기 사이에서의 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (3) 수치해석을

통해 경계조건으로 표 되는 외부 기상조건에 따른 비정상상태의 실내 자연실

온과 수증기량을 구한다

각 구조체의 1차원 열 달 방정식 습기 달 방정식 은 식 (13) 식 (14)

와 같다

- 15 -

ρw c pwpartTwpart t

=partpart x ( λw

partTwpartx ) (13)

part c wpart t

=partpartx (Dw

part c wpartx ) (14)

이질 재료의 층과 층 사이( x= n)에서 열과 습기 달은 다음과 같이 나타

낼 수 있다

λ1w

partT 1w

partx |x= n

=λ2w

partT 2w

partx |x= n

(15)

T1w | x= n=T

2w | x= n (16)

D1w

partc1w

partx |x= n

=D2w

partc2w

partx |x= n

(17)

c1w | x= n= c

2w | x= n (18)

구조체의 외표면 실내측에 한 경계조건은 다음과 같이 설정할 수 있다

λ wpartT w

partx |x= 0

=houttw (T out-T so)+αS+( 1+cosβ

2 ) σ ε(T sky4-T so

4)

(19)

λwpartTwpartx |

x= M=h intw (T in-T si)

(20)

- 16 -

Dwpart cwpart x |

x= 0=h

outmw (c out-c so) (21)

Dwpart cwpart x |

x= M=h

inmw (c in-c si) (22)

Lewis Relation은 외표면과 내표면 습기 달계수 houtmw h inmw

을 결정하기

하여 이용될 수 있다

h m=hT

ρ airCairp

(23)

3 3 실내 공 기의 열 습 기 평 형식

실내공기의 열평형식 습기 평형식은 각각 식(24) 식(25)와 같다

V ρ a c pad T in

d t=Q 1+Q 2+Q 3+Q 4

(24)

Q 1 벽체로부터의 열 달량[W]

Q 2 환기에 의한 열 달량[W]

Q 3 실내 수증기 증발 잠열량 [W]

Q 4 인체 조명 기기로부터의 발열량[W]

Vd c ind t

=M 1+M 2+M 3 (25)

M 1 벽체로부터의 수증기 달량 [kgs]

M 2 환기에 의한 수증기 달량 [kgs]

M 3 실내 수증기 발생량 [kgs]

- 17 -

식(24)는 실내 공기 온도에 한 열평형식으로 본 연구에서의 상 모델은

비거주 공간이므로 Q 4는 고려하지 않았다 한 재료의 흡middot방습에 의한 잠열

이 실내 온도에 미치는 향을 평가하기 해 Q 3를 고려한 경우와 Q 3

를 고려

하지 않은 경우로 나 어 분석하 다

식(25)는 실내 공기 수증기량에 한 습기평형식으로 M 3는 실내 수증기 발

생량을 나타내는데 이는 거주자의 취사 목욕 세탁 난방 등의 활동에 의한 수

증기 발생과 재료의 흡middot방습에의한 발생으로 크게 나 어 볼 수 있다 본 연구

에의 상 모델은 비거주 공간이므로 거주자의 활동에 의한 수증기 발생량은

고려하지 않고 재료의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량만을 분석하 다

3 4 실내 수증기 발 생 량

식(25)는 다음과 같이 표 할 수 있다

M 3=Vd c ind t

-M 1-M 2

(26)

실내 수증기 발생량 M 3를 구하기 해 시간에 따른 실내 수증기량의 미분

값인 dc indt

의 값을 구해야 한다 그러나 실내 수증기량의 직 미분은 미분값

이 불안정할 수 있다 수증기 발생원이 수증기를 방출할 때 발생량은 지수

으로 증가하고 방출을 멈췄을 때는 지수 으로 감소한다 Bennett et al은 포

름알데히드 측정을 하여 측정한 농도 데이터로부터 포르알데히드 방사량을

평가하기 하 로그램을 개발했다 Stirling interpolation polynomial fitting

이 오염물 농도를 미분하는데 이용된다 이와 유사한 방법을 이용하여 실내 수

증기량 c in은 Stirling interpolation polynomial fitting에 의해 미분된다

Stirling interpolation polynomial은 Gauss interpolation의 진과 후진의 평균

값으로 구한다

- 18 -

방정식에 다른 하나의 미지값은 건물 외피와 실내 공기와의 습기 달량인

비정상 습기 달량 M 1 값이다 기존의 연구에서 M 1

의 평균값은 003times 10- 6

[middotmiddots]으로 은 값이므로 실내 습기 발생량 M 3을 구하기 해 M 1

의 값은

0으로 가정한다

식 (27)은 실내 수증기 발생량을 구하기 해 측정한 수증기량 데이터를

Stirling polynomial 방법을 이용하여 미분하는 식을 나타낸다

[dc indt ]

t= t o

=1Δt (

Δc in-1+Δc in02

-16

Δ3c in-2+Δ

3c in-1

2

+130

Δ5c in-3+Δ

5c in-2

2+⋯) (27)

- 19 -

제 4 장

측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석

4 1 자연실온 수증기량 측정 실험

4 1 1 실험개 요

건물의 자연실온 수증기량 로그램의 타당성을 분석하기 하여 철근

콘크리트 건물에 측정 장비를 설치하고 실증 실험을 실시하 다 한 로그

램의 실제 건물 용 가능성을 평가하기 해 사무소 건물에서 실험을 실시하

다 철근 콘크리트 건물 모델은 주변과의 복사 향을 최소화하고 외부 건물

에 의한 일 의 향을 받지 않는 인천의 I 학교에 치하고 있다 사무소 건

물은 인천에 치하고 있으며 인 실의 향을 최소화하기 해 옥상의 독립

된 공간에서 실험을 실시하 다 실험 건물 모델은 거주 공간이 아니기 때문에

실내에서 발생되는 열과 수증기량은 0으로 간주된다 철근 콘크리트 건물 모델

에서 실험은 여름철인 2005년 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 고 사

무소 건물에서는 2005년 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시하 다

- 20 -

그림 7 모델 건물

4 1 2 측정 장 비

실험모델에 한 수평면 일사량 외기온도 상 습도 풍속 등의 기상 데이

터를 10분 간격으로 측정하 다 수평면 일사량 측정은 인천의 I 학교 옥상

에 설치된 자동 기상 측기 DAV16 를 사용하 다 수평면 일사량은 직산분

리 계산식을 사용하여 각 방 의 수직 벽면 일사량으로 환산되고 외기온도와

상 습도는 습공기 계산식을 통해 수증기량으로 환산된다

건물 모델 내부 공기 온도 상 습도 수증기량은 TH-CALC 8722 사용하여

10분 간격으로 측정하 다

4 1 3 모 델 건물

철근 콘크리트 건물 모델의 크기는 17mtimes17mtimes21m로 두께 015m의 단일

재료이고 방 는 정남향이다 표 4는 건물의 물성치를 나타낸다

- 21 -

표 4 건물의 물성치

열 도율 14 [WmK]

비열 880 [JkgK]

도 2100 [kg]

투습율 47 [ng(smPa)]

두께 015 [m]

4 2 비 정 상 자연실온 수증기량 해 석

4 2 1 비 정 상 자연실온 해 석

그림 8 다층벽의 열수지 차분계산 모델

그림 8은 다층벽의 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이에 있는

경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하면 경계면 m 에서의 계산식은

- 22 -

m-Δx L2~ m-Δx R2의 열용량이 m 에 집 하고 m-1~ m 사이와

m~ m+1 사이의 열 항을 각각 RL RR이라 하면 구조체 내부 각 층의 온

도에 한 차분식은 식 (28)과 같다

Tm-Tm

Δt | m= 105(CAPL+CAPR) 1

RR(T

m+1 -T

m)-

1RL

(Tm-T

m-1 )

(28)

여기서

CAPL= c L ρ LΔxL (29)

CAPR= c R ρ RΔxR (30)

RL=ΔxLλL

(31)

RR=

ΔxRλR

(32)

외표면 경계조건(m=0)은 일사 외기와의 류열 달 그리고 천공과의 복

사열 교환에 의한 유효복사량이며 식 (33)과 같다

+( 1+cosβ2 ) σ ε(T sky

4-(Tso )

4)-

1RL

(T so+1 -T

so))

(33)

내표면 경계조건(m=M)은 식 (34)와 같으며 각 벽체간의 온도 차이가 크지

않기 때문에 내부 복사열 교환은 생략하고 실내공기와의 류열 달만 있는

것으로 하 다

T si-Tsi

Δt |m= M

=1

05 C AP R (h intw (T si-T in)-

1R R

(T si-1-Tsi))

(34)

- 23 -

실내 공기온도 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 류열 달 환기

에 의한 열 달 잠열부하량을 고려하 으며 열 수지식은 식 (35)와 같다

T in-T

in

Δt=

1c aρ aV

(Q 1+Q 2+Q 3+Q 4)

(35)

여기서 Q 1은 구조체로부터의 열 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로부

터의 류열 달만을 고려하 으며 식(36)과 같다

Q 1= hintw sum

6

k= 1AkT si k

(36)

Q 2는 환기에 의한 열 달량을 나타내며 식(37)과 같다

Q 2= nV c aρ a(Tout-T in)

(37)

Q 3는 실내 수증기 발생량에 따른 실내 증발잠열량을 나타내며 식(38)과 같다

Q 3=HtimesGtimesVtimes1

3600 (38)

4 2 2 비 정 상 수증기량 해 석

- 24 -

그림 9 다층벽의 습기평형 차분계산 모델

그림 9는 다층벽의 습기평형 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이

에 있는 경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하며 구조체 내부 각 층의 습

기에 한 차분식은 식 (39)와 같다

cm-cm

Δt | m= 105(Δx L+Δ xR)

DwRΔx R

(cm+1 -c

m)-

DwLΔxL

(cm-c

m-1 )

(39)

외표면 경계조건(m=0)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계수

를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(40)과 같다

c so-cso

Δt |m= 0

=1

05ΔxL ( h outmw (c out-cso)-

DwLΔxL

(c so+1 -cso) )

(40)

내표면 경계조건(m=M)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계

수를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(41)과 같다

c si-c

si

Δt |m= M

=1

05ΔxR ( h inmw (c in-csi)-

DwRΔxR

(csi-1 -csi) )

(41)

- 25 -

실내 수증기량 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 습기 달계수 환

기에 의한 습기 달 실내 습기발생량을 고려하 으며 습기 평형식은 식(42)과

같다

c in-cin

Δt=

1V

(M 1+M 2+M 3)

(42)

여기서 M 1은 구조체로부터의 습기 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로

부터의 류습기 달만을 고려하 으며 식(43)과 같다

M 1= hinmw sum

6

k= 1Ak c si k

(43)

M 2는 환기에 의한 습기 달량을 나타내며 식(44)와 같다

M 2=nV (c out-c in)

(44)

M 3는 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 나타낸다

4 2 3 수치해 석 기본 가 정

본 수치 모델의 해석에 한 기본가정은 다음과 같다

(1) 벽체 지붕 바닥의 열 달 습기 달은 두께 방향의 1차원으로 보며 각

부 재료는 동일하다

(2) 실내공간을 단일 존으로 보고 실내온도와 수증기량은 치에 해 일정하

다고 본다

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 10: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 7 -

제 4 장 측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

41 자연실온 수증기량 측정 실험 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

411 실험개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

412 측정 장비 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

413 모델 건물 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

42 비정상 자연실온 수증기량 해석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

421 비정상 자연실온 해석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

422 비정상 수증기량 해석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 22

423 수치해석 기본가정 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 23

제 5 장 시 뮬 이션 결 과 분 석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

51 수치해석과 실험결과 분석 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

511 벽체의 수직면 일사량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 26

513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 28

514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29

제 6 장 사 례 연구 (case study ) middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33

- 8 -

61 실험개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33

62 수치해석과 실험결과의 분석 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 35

621 벽체의 수직면 일사량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 35

622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 36

623 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38

624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38

625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 41

제 7 장 결 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 43

참고 문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 45

부 록 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 46

자연실온 계산 로그램

실내 수증기량 상 습도 계산 로그램

- 9 -

- 표 목차 -

[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 7

[표 2] 흡입에 의한 수분 달 계수 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8

[표 3] 확산에 의한 수분 달 계수 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8

[표 4] 건물의 물성치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

[표 5] 평균 자연실온 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30

[표 6] 평균 수증기량 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31

[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 물성치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 34

[표 8] 평균 자연실온 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39

- 10 -

- 그 림 목차 -

[그림 1] 연구의 체 흐름도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 4

[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 5

[그림 3] 연 냉방도일 난방도일 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 6

[그림 4] 상 습도에 따른 재료의 함습량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 7

[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질 달 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 9

[그림 6] 물의 열 습기 수지 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13

[그림 7] 모델 건물 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 20

[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 22

[그림 10] 각 수직벽체의 일사량 계산 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 26

[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 27

[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 28

[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29

[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30

[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31

[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 32

[그림 18] 건물의 평면도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33

[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 34

- 11 -

[그림 20] 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 35

[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 36

[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 37

[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 37

[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38

[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39

[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40

[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40

[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 41

[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 42

- 12 -

Nomenclature

A 벽체 면 []

C 비열 [JK]

c 수증기량 []

dt 계산 시간 간격

D 수증기 확산 계수 [s]

G 수증기 발생량 [h]

H 증발 잠열 [J]

h t 표면 열 달 계수 [WK]

hm 표면 습기 달 계수 [ms]

m 질량 []

n 환기횟수 [회h]

p 압력 [kPa]

R 기체상수 [ 8314times10-2 barkmolK]

S 일사량[W]

T 온도 [K]

V 체 []

Greek Letters

α 흡수율

β 형태계수

ε 방사율

λ 열 도율 [WmK]

ρ 도(kg)

σ b 스테 볼츠만 상수 (567times10-8WK4)

- 13 -

Δt 계산 시간간격 [s]

Superscript

air 공기

in 실내

out 외부

Subscript

1hellipm (외부면 부터)

in 실내

n 자연실온

out 외부

set 설정온도

si 내표면

sky 천공

so 외표면

w 벽체

- 1 -

제 1 장 서 론

1 1 연구 배 경 목

오늘날 사람들의 생활은 부분 실내 공간에서 이루어지기 때문에 실내 공

간의 쾌 한 환경에 한 심이 날로 높아지고 있다 실내 쾌 과 련된 환경

요소로는 온도 습도 기류 MRT 공기 질 소음 빛 등이 있으며 이 에서도

습도는 온도 공기 질과 같은 쾌 변수와 깊은 련이 있다고 할 수 있다 높은

습도는 건물 구성 재료의 부식과 같은 구조 문제를 야기하기 때문에 건물의

내구성을 제한하는 주요한 요소들 에 하나이며 건물 외피를 통한 습기 이동

은 미생물의 성장과 같은 실내 공기질의 악화를 래할 수 있다 기존의 연구에

서 Spengler at al(1991)은 상 습도 70 이상이면 곰팡이가 성장할 수 있다고

제시했다 한 건축물 외피의 단열성능에도 습기는 많은 향을 미치며 실내

열 환경 평가에서도 습기에 의해 쾌 감이 크게 변한다 결과 으로 실내에서

습기 문제를 해결하는 것은 건물의 내구성을 향상시키고 미생물과 곰팡이의 성

장을 제한하고 쾌 한 환경을 제공한다는 에서 반드시 필요하다

그 지만 이와 같이 실내의 쾌 요소로서 습기의 요성에도 불구하고 습

기와 련된 연구는 많이 부족한 것이 사실이다 그 이유로는 부분의 건물 외

피는 다공질의 재료로 이루어져 있기 때문에 습기 달 과정이 매우 복잡한 형

태로 이루어지며 재료의 물성치에 한 연구도 미흡하기 때문이다 한 습기

문제는 열 달 습기 달 공기유동 화학 생물학 반응과 같은 복합 인 요

소의 작용으로 일어나기 때문에 이것을 총체 으로 이해해야 하는 어려움이 있

건물에서 습기 문제는 일반 으로 높은 실내 습도 수 과 건물 외피를 통한

수분과 습기의 이동 건물 구조체 내middot외부 결로 상의 결과이다 따라서 습도

문제는 실내 온도와 습도 외기 기상조건 건물 외피 구조와 큰 련을 갖는다

고 할 수 있다 외기 기상 조건은 일정하기 때문에 기존의 건물에서 습기에 의

- 2 -

한 문제를 방하기 해서는 실내 온도와 습도를 조 하는 것이 필수 이라

할 수 있다

실내 습기 발생원으로는 크게 인체를 비롯하여 인간의 생활 활동에 수반되

어 발생하는 습기와 건물을 구성하고 있는 다공질의 벽체나 실내에 놓여 있는

각종 물체의 흡middot방습성에 의해 발생하는 습기로 나 수 있다 자의 경우에는

주거 공간에서 취사middot세탁middot목욕middot난방에 의한 것이고 후자의 경우는 다공질의 재

료가 주변 공기의 상 습도가 상승하면 수분을 흡수하고 상 습도가 감소하면

역으로 수분을 방습하는 것이다

본 연구에서는 자연 상태에서 건물의 자연 실온과 수증기량 변동을 측하

기 한 수학 모델링을 제시하고 실측값을 이용해 구조체의 흡습량과 방습량

에 의한 실내 수증기 발생량을 산정한 후 이를 통해 보다 정량 으로 자연 실

온과 수증기량을 측하고자 한다 한 이를 실제 사무소 건물에 용하여 모

델링의 타당성을 확인하고 자연 실온과 실내 수증기량 변동을 측함으로써 건

물에서의 습기 문제를 해결하는데 기 인 자료를 제공하고자 한다

1 2 연구 방 법 범

본 연구에서는 건물의 비공조시 즉 자연상태에서 자연실온과 수증기량 변

동을 측하기 한 수학 모델링을 제시하고 건물 재료의 흡middot방습에 따른 실

내 수증기 발생량을 통해 실내 발생 잠열을 고려한 보다 정량 인 자연실온과

실내 수증기량을 측하고자 한다 따라서 콘크리트 단일 건물 에서 측정한 자

연실온 값과 수증기량을 시뮬 이션 값과 비교 분석을 통해 시뮬 이션의 타

당성을 평가하 다 한 실제 건물에 용 가능성을 평가하기 해 실제 사무

소 건축물에서 측정과 시뮬 이션을 수행하 다 본 연구에서 분석한 건물은

공조가 이루어지지 않고 재실자가 없는 단순한 모델이며 실제 공조가 이루어

지고 재실자가 존재하는 건물에 한 분석은 차후 연구 범 로 설정하 다

- 3 -

연구 방법으로는 모델 건물의 자연실온과 수증기량에 한 수치계산을 실시

하기 해 수치해석 로그램을 작성하여 실제 상황을 시뮬 이션 하 다 이

때 일사 외기온도 풍속 상 습도 등의 기후요소에 한 값들은 실측 데이터

를 이용하 다 단 수직 벽면에 입사하는 일사량은 수평면 일사량을 직산분

리하여 계산하는 로그램을 작성했고 수증기량에 련된 값은 습공기 계산식

과 이상기체 방정식을 이용하여 구하 다 한 작성한 로그램에 한 타당

성을 분석하기 해 모델 건물에 한 실증 실험을 실시하고 그 결과를 비교

분석하 다

실증 실험을 통하여 작성한 로그램을 타당성을 검증하 다 그리고 자연

실온과 수증기량 측 로그램을 이용하여 실제 건물의 용 가능성을 평가하

기 해 사무소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값을 비교 분석하고 타당성을

평가하 다

- 4 -

본 연구의 진행을 한 흐름은 그림 1과 같다

그 림 1 연구의 체 흐 름 도

- 5 -

제 2 장 비 고 찰

2 1 자연실온

냉난방을 하지 않은 건물 자체의 단열 축열 성능으로써 외기 조건과 차

별된 실내온도를 형성하게 되며 이를 건물의 자연실온이라고 말할 수 있다

그림 2 자연실온과 난방 냉방부하

그림 2는 건물에 자연실온을 용한 냉난방 부하 계산 개념도이다 외기온도

와 실내 설정온도의 차이로 계산된 부하와 비교할 때 동계의 경우 부하가 감소

하고 하계의 경우는 증가함을 보이고 있다 이는 부하계산시 외기 온도와 실내

설정온도와의 차이가 아닌 자연실온과의 차이로써 계산해 주어야 보다 정확한

부하를 산정할 수 있음을 의미한다

자연실온 용의 효과에 해 건물의 기간부하 계산법인 냉난방도일법에서

도 쉽게 확인할 수 있다 냉난방도일은 실내설정온도와 외기온도와의 차이에

냉난방일수를 곱하여 계산한다 그림 3은 연 냉난방 도일을 나타내는 것으로

서 이를 근거로 부하 계산을 할 경우 과 한 설비 용량과 에 지 소비량이 추

정될 수 있는 것이다 이러한 결과가 발생하는 것은 건물 구조체의 열 성능에

- 6 -

의한 향으로 비공조시에도 실내온도와 외기온도는 지 않은 차이가 있기 때

문이다1)

그림 3 연 냉방도일 난방도일

2 2 습 기의 이론 고 찰

2 2 1 재 료 의 흡 middot 방 습 기능 (Moisture Storage F unction)

다공질의 건축 재료에서 물 분자는 주변 공기와 평형상태에 도달할 때까지

모세 상에 의해 재료의 공극에 채워진다 평형 함수율이란 고체 재료를 일

정한 온습도의 습한 공기 속에 장시간 놓아두고 주변 공기와 평형이 될 때의

재료의 함수율을 말하는데 재료의 흡middot방습 능력에 큰 향을 미치는 인자이다

평형 함수율은 온도와 습도에 의해 변하지만 상온의 범 (0~40)에서는 상

습도에 의해 결정되며 습도 역(30~70)에서는 거의 직선으로 간주할 수

있다

1) 윤성훈 2004건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학원 건축공학과

(계획 공) 2001 2

- 7 -

그림 4 상 습도에 따른 재료의 함습량

그림 4는 상 습도에 따른 재료의 함습량 곡선을 나타낸다 액체 상태의 물

에 하고 있는 재료내의 공극은 포화 wf까지 수분으로 채워질 것이다

이 수분양 wf는 상 습도 100에서 재료의 함습량이다 공극 내부에서 발

생하는 공기 때문에 다공률[]에 의해 결정되는 최 함습량 w max 값보

다 wf값은 다 wf

를 과하는 수분의 양은 벽체 내의 온도 구배에 의해 결

로를 발생시킬 수 있다

표 1 콘크리트 재료의 함습량

- 8 -

표 1은 상 습도에 따른 콘크리트 재료의 합습량을 나타낸다 상 습도가

증가함에 따라 재료의 함습량은 증가하는 것을 알 수 있다 여러 재료의 평형

함습량 곡선은 흡습과정과 방습과정에서 평형 함습량이 다른 경우가 있으며

이러한 상을 자기이력 상이라고 한다 그러나 흡습량과 방습량의 오차는

은 값이기 때문에 무시할 수 있다

상 습도[] 0 33 43 63 80 85 93 100

함습량[] 0 23 26 44 53 55 85 175

2 2 2 수분 달 계 수 (L iq uid Transport Coefficients)

다공질의 재료에서 습기 달 메커니즘은 모세 수분 달이지만 건축 재

료에서 수분 달을 확산 상으로 간주하는 것이 일반 이다 건축 재료에서

수분 메커니즘은 크게 두 가지로 나 수 있다

bull 흡입에 의한 수분 달 건축 재료가 강수로 인해 표면이 완 히 젖었을

때 모세 상에 의해 수분이 달된다

bull 확산에 의한 수분 달 공극에 축 된 수분은 강우가 멈췄을 때 확산에

의해 달된다

확산에 의한 수분 달은 천천히 이루어지기 때문에 확산에 의한 수분 달

계수는 일반 으로 흡입에 의한 수분 달 계수 값보다 다

다음 표2 표3은 콘크리트의 흡입과 확산에 의한 수분 달 계수를 나타낸

- 9 -

표 2 흡입에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 140 157 175

습기 달계수[s] 3times 10- 10 8times 10

- 9 2times 10- 8 3times 10

- 8 5times 10- 8 2times 10

- 7

표 3 확산에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 122 140 157 175

습기 달계수[s]2times

10- 11

2times

10- 10

25times

10- 10

13times

10- 9

72times

10- 9 2times 10 - 8 7times 10 - 8

2 2 3 물질 달 (Mass Transfer)

혼합물에서 어떤 화합물질의 농도 차이에 의해 물질이 이동하는 것을 물질

달이라고 한다 온도 기울기에 의해 열 달이 일어나는 것과 마찬가지로 물

질 달에서는 화학물질의 농도 기울기가 물질의 이동을 일으킨다 건조 공기로

수증기가 확산되는 것도 물질 달의 한 라고 할 수 있다

그림 5는 기체 혼합물의 확산에 의한 물질 달을 나타낸다 서로 다른 기체

가 같은 온도와 압력 상태에서 칸막이로 분리된 챔버를 고려해보자 칸막이가

제거된다면 기체는 확산에 의해 달될 것이다 더 큰 농도는 체 당 더 많은

분자수가 있다는 것을 의미한다 x축을 따라 기체 A의 농도가 감소하는 반면

기체 B의 농도는 증가할 것이다 물질 달은 농도 방향으로 일어나기 때문

에 기체 A는 오른편으로 기체 B는 왼편으로 이동할 것이다 충분한 시간이 경

과한 후에 A와 B의 농도는 균일해질 것이다

- 10 -

그림 5 혼합기체에서 확산에 의한 물질 달

물질 달은 기체에서 뿐만 아니라 액체와 고체에서도 일어난다 그러나

질 달은 분자 간격에 큰 향을 받기 때문에 확산은 기체 액체 고체의 순

서로 빠르게 일어난다

1 ) 물질 A의 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(1)과 같이 나

타낼 수 있다

ρ A=mAV

(1)

혼합물의 체 농도는 각각의 물질 농도를 합한 값과 같고 식(2)와 같이 나

타낼 수 있다

ρ= sumn

i=1ρ i (2)

혼합물에서 물질 A의 양은 mass fraction이며 식 (3)과 같이 나타낼 수 있다

- 11 -

wA=ρAρ

(3)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (4)와 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1wi=1 (4)

2) 물질 A의 몰 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(5)와 같이

나타낼 수 있다

c A=n AV

=m AM A

V=

ρ A

M A

(5)

혼합물의 체 몰 농도는 각각의 물질 몰 농도를 합한 값과 같고 식(6)와 같이

나타낼 수 있다

c= sumn

i=1c i

(6)

혼합물에서 물질 A의 양은 mole fraction이며 식 (7)과 같이 나타낼 수 있다

x i=c ic

(7)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (8)과 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1x i=1 (8)

- 12 -

3 ) 이상 기체 방 정 식

이상기체 혼합물에서 어떤 성분의 농도 와 몰 농도는 이상기체 법칙을 통해

그 성분의 부분 압력과 련된다 식(9)와 식(10)은 어떤 성분의 농도와 몰 농도

를 나타낸다

ρ i=p iR iT

(9)

Ci=p iRT

(10)

여기서 Ri는 물질 i의 기체 상수이고 R은 universal 기체 상수이다

4) F ick ` L aw

농도구배가 존재하는 계에서 물질은 분자의 움직임에 의한 확산속도를 갖

고 이때 발생하는 물질 달량은 농도구배(농도차거리)에 비례한다 식 (11)은

몰 달량를 식(12)는 도 달량를 나타낸다

J A z=-DABdcAdz

=- cDABdyAdz

(11)

j A z=-DABdρAdz

=-ρDABdwAdz

(12)

여기서 DAB는 혼합 물질에서 어떤 성분의 확산 계수를 나타내는데 차원은

다음과 같다

[ MoleL 2t ]= [ X ]

[ MoleL 3 ][ L ]

- 13 -

there4 [ X ]= [ L2

t ] 는 s

제 3 장

구조 체 실내 공 기의 열 습 기 평 형

3 1 건물의 열 수지 습 기 평 형

그림 6은 모델 건물의 열평형 방정식과 습기평형 방정식을 수립하기 한

개념도를 나타낸다 건물 외표면에는 일사의 유입과 외기와의 류 열 달

- 14 -

류 습기 달 천공과의 복사열교환 등이 작용하며 바닥에서는 지면으로부터의

열 도 습기 도가 일어나게 된다 내부에서는 실내공기와의 류 열 달

류 습기 달이 일어난다 한 인체 기기 발열 조명 발열 거주자 활동에

의한 수증기 발생이 존재하지만 비거주 공간을 상으로 삼았기 때문에 이에

한 부분은 고려하지 않았다

그림 6 건물의 열 습기 수지

3 2 구조 체 의 열 습 기 평 형식

자연실온 수증기량 해석을 한 건물 시스템은 크게 건물 벽체와 실내공

기로 나 어진다 수학 모델링의 과정은 다음과 같은 과정으로 일반화 된다

(1) 건물 외피에서 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (2) 건물 외피와 실

내 공기 사이에서의 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (3) 수치해석을

통해 경계조건으로 표 되는 외부 기상조건에 따른 비정상상태의 실내 자연실

온과 수증기량을 구한다

각 구조체의 1차원 열 달 방정식 습기 달 방정식 은 식 (13) 식 (14)

와 같다

- 15 -

ρw c pwpartTwpart t

=partpart x ( λw

partTwpartx ) (13)

part c wpart t

=partpartx (Dw

part c wpartx ) (14)

이질 재료의 층과 층 사이( x= n)에서 열과 습기 달은 다음과 같이 나타

낼 수 있다

λ1w

partT 1w

partx |x= n

=λ2w

partT 2w

partx |x= n

(15)

T1w | x= n=T

2w | x= n (16)

D1w

partc1w

partx |x= n

=D2w

partc2w

partx |x= n

(17)

c1w | x= n= c

2w | x= n (18)

구조체의 외표면 실내측에 한 경계조건은 다음과 같이 설정할 수 있다

λ wpartT w

partx |x= 0

=houttw (T out-T so)+αS+( 1+cosβ

2 ) σ ε(T sky4-T so

4)

(19)

λwpartTwpartx |

x= M=h intw (T in-T si)

(20)

- 16 -

Dwpart cwpart x |

x= 0=h

outmw (c out-c so) (21)

Dwpart cwpart x |

x= M=h

inmw (c in-c si) (22)

Lewis Relation은 외표면과 내표면 습기 달계수 houtmw h inmw

을 결정하기

하여 이용될 수 있다

h m=hT

ρ airCairp

(23)

3 3 실내 공 기의 열 습 기 평 형식

실내공기의 열평형식 습기 평형식은 각각 식(24) 식(25)와 같다

V ρ a c pad T in

d t=Q 1+Q 2+Q 3+Q 4

(24)

Q 1 벽체로부터의 열 달량[W]

Q 2 환기에 의한 열 달량[W]

Q 3 실내 수증기 증발 잠열량 [W]

Q 4 인체 조명 기기로부터의 발열량[W]

Vd c ind t

=M 1+M 2+M 3 (25)

M 1 벽체로부터의 수증기 달량 [kgs]

M 2 환기에 의한 수증기 달량 [kgs]

M 3 실내 수증기 발생량 [kgs]

- 17 -

식(24)는 실내 공기 온도에 한 열평형식으로 본 연구에서의 상 모델은

비거주 공간이므로 Q 4는 고려하지 않았다 한 재료의 흡middot방습에 의한 잠열

이 실내 온도에 미치는 향을 평가하기 해 Q 3를 고려한 경우와 Q 3

를 고려

하지 않은 경우로 나 어 분석하 다

식(25)는 실내 공기 수증기량에 한 습기평형식으로 M 3는 실내 수증기 발

생량을 나타내는데 이는 거주자의 취사 목욕 세탁 난방 등의 활동에 의한 수

증기 발생과 재료의 흡middot방습에의한 발생으로 크게 나 어 볼 수 있다 본 연구

에의 상 모델은 비거주 공간이므로 거주자의 활동에 의한 수증기 발생량은

고려하지 않고 재료의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량만을 분석하 다

3 4 실내 수증기 발 생 량

식(25)는 다음과 같이 표 할 수 있다

M 3=Vd c ind t

-M 1-M 2

(26)

실내 수증기 발생량 M 3를 구하기 해 시간에 따른 실내 수증기량의 미분

값인 dc indt

의 값을 구해야 한다 그러나 실내 수증기량의 직 미분은 미분값

이 불안정할 수 있다 수증기 발생원이 수증기를 방출할 때 발생량은 지수

으로 증가하고 방출을 멈췄을 때는 지수 으로 감소한다 Bennett et al은 포

름알데히드 측정을 하여 측정한 농도 데이터로부터 포르알데히드 방사량을

평가하기 하 로그램을 개발했다 Stirling interpolation polynomial fitting

이 오염물 농도를 미분하는데 이용된다 이와 유사한 방법을 이용하여 실내 수

증기량 c in은 Stirling interpolation polynomial fitting에 의해 미분된다

Stirling interpolation polynomial은 Gauss interpolation의 진과 후진의 평균

값으로 구한다

- 18 -

방정식에 다른 하나의 미지값은 건물 외피와 실내 공기와의 습기 달량인

비정상 습기 달량 M 1 값이다 기존의 연구에서 M 1

의 평균값은 003times 10- 6

[middotmiddots]으로 은 값이므로 실내 습기 발생량 M 3을 구하기 해 M 1

의 값은

0으로 가정한다

식 (27)은 실내 수증기 발생량을 구하기 해 측정한 수증기량 데이터를

Stirling polynomial 방법을 이용하여 미분하는 식을 나타낸다

[dc indt ]

t= t o

=1Δt (

Δc in-1+Δc in02

-16

Δ3c in-2+Δ

3c in-1

2

+130

Δ5c in-3+Δ

5c in-2

2+⋯) (27)

- 19 -

제 4 장

측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석

4 1 자연실온 수증기량 측정 실험

4 1 1 실험개 요

건물의 자연실온 수증기량 로그램의 타당성을 분석하기 하여 철근

콘크리트 건물에 측정 장비를 설치하고 실증 실험을 실시하 다 한 로그

램의 실제 건물 용 가능성을 평가하기 해 사무소 건물에서 실험을 실시하

다 철근 콘크리트 건물 모델은 주변과의 복사 향을 최소화하고 외부 건물

에 의한 일 의 향을 받지 않는 인천의 I 학교에 치하고 있다 사무소 건

물은 인천에 치하고 있으며 인 실의 향을 최소화하기 해 옥상의 독립

된 공간에서 실험을 실시하 다 실험 건물 모델은 거주 공간이 아니기 때문에

실내에서 발생되는 열과 수증기량은 0으로 간주된다 철근 콘크리트 건물 모델

에서 실험은 여름철인 2005년 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 고 사

무소 건물에서는 2005년 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시하 다

- 20 -

그림 7 모델 건물

4 1 2 측정 장 비

실험모델에 한 수평면 일사량 외기온도 상 습도 풍속 등의 기상 데이

터를 10분 간격으로 측정하 다 수평면 일사량 측정은 인천의 I 학교 옥상

에 설치된 자동 기상 측기 DAV16 를 사용하 다 수평면 일사량은 직산분

리 계산식을 사용하여 각 방 의 수직 벽면 일사량으로 환산되고 외기온도와

상 습도는 습공기 계산식을 통해 수증기량으로 환산된다

건물 모델 내부 공기 온도 상 습도 수증기량은 TH-CALC 8722 사용하여

10분 간격으로 측정하 다

4 1 3 모 델 건물

철근 콘크리트 건물 모델의 크기는 17mtimes17mtimes21m로 두께 015m의 단일

재료이고 방 는 정남향이다 표 4는 건물의 물성치를 나타낸다

- 21 -

표 4 건물의 물성치

열 도율 14 [WmK]

비열 880 [JkgK]

도 2100 [kg]

투습율 47 [ng(smPa)]

두께 015 [m]

4 2 비 정 상 자연실온 수증기량 해 석

4 2 1 비 정 상 자연실온 해 석

그림 8 다층벽의 열수지 차분계산 모델

그림 8은 다층벽의 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이에 있는

경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하면 경계면 m 에서의 계산식은

- 22 -

m-Δx L2~ m-Δx R2의 열용량이 m 에 집 하고 m-1~ m 사이와

m~ m+1 사이의 열 항을 각각 RL RR이라 하면 구조체 내부 각 층의 온

도에 한 차분식은 식 (28)과 같다

Tm-Tm

Δt | m= 105(CAPL+CAPR) 1

RR(T

m+1 -T

m)-

1RL

(Tm-T

m-1 )

(28)

여기서

CAPL= c L ρ LΔxL (29)

CAPR= c R ρ RΔxR (30)

RL=ΔxLλL

(31)

RR=

ΔxRλR

(32)

외표면 경계조건(m=0)은 일사 외기와의 류열 달 그리고 천공과의 복

사열 교환에 의한 유효복사량이며 식 (33)과 같다

+( 1+cosβ2 ) σ ε(T sky

4-(Tso )

4)-

1RL

(T so+1 -T

so))

(33)

내표면 경계조건(m=M)은 식 (34)와 같으며 각 벽체간의 온도 차이가 크지

않기 때문에 내부 복사열 교환은 생략하고 실내공기와의 류열 달만 있는

것으로 하 다

T si-Tsi

Δt |m= M

=1

05 C AP R (h intw (T si-T in)-

1R R

(T si-1-Tsi))

(34)

- 23 -

실내 공기온도 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 류열 달 환기

에 의한 열 달 잠열부하량을 고려하 으며 열 수지식은 식 (35)와 같다

T in-T

in

Δt=

1c aρ aV

(Q 1+Q 2+Q 3+Q 4)

(35)

여기서 Q 1은 구조체로부터의 열 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로부

터의 류열 달만을 고려하 으며 식(36)과 같다

Q 1= hintw sum

6

k= 1AkT si k

(36)

Q 2는 환기에 의한 열 달량을 나타내며 식(37)과 같다

Q 2= nV c aρ a(Tout-T in)

(37)

Q 3는 실내 수증기 발생량에 따른 실내 증발잠열량을 나타내며 식(38)과 같다

Q 3=HtimesGtimesVtimes1

3600 (38)

4 2 2 비 정 상 수증기량 해 석

- 24 -

그림 9 다층벽의 습기평형 차분계산 모델

그림 9는 다층벽의 습기평형 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이

에 있는 경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하며 구조체 내부 각 층의 습

기에 한 차분식은 식 (39)와 같다

cm-cm

Δt | m= 105(Δx L+Δ xR)

DwRΔx R

(cm+1 -c

m)-

DwLΔxL

(cm-c

m-1 )

(39)

외표면 경계조건(m=0)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계수

를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(40)과 같다

c so-cso

Δt |m= 0

=1

05ΔxL ( h outmw (c out-cso)-

DwLΔxL

(c so+1 -cso) )

(40)

내표면 경계조건(m=M)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계

수를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(41)과 같다

c si-c

si

Δt |m= M

=1

05ΔxR ( h inmw (c in-csi)-

DwRΔxR

(csi-1 -csi) )

(41)

- 25 -

실내 수증기량 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 습기 달계수 환

기에 의한 습기 달 실내 습기발생량을 고려하 으며 습기 평형식은 식(42)과

같다

c in-cin

Δt=

1V

(M 1+M 2+M 3)

(42)

여기서 M 1은 구조체로부터의 습기 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로

부터의 류습기 달만을 고려하 으며 식(43)과 같다

M 1= hinmw sum

6

k= 1Ak c si k

(43)

M 2는 환기에 의한 습기 달량을 나타내며 식(44)와 같다

M 2=nV (c out-c in)

(44)

M 3는 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 나타낸다

4 2 3 수치해 석 기본 가 정

본 수치 모델의 해석에 한 기본가정은 다음과 같다

(1) 벽체 지붕 바닥의 열 달 습기 달은 두께 방향의 1차원으로 보며 각

부 재료는 동일하다

(2) 실내공간을 단일 존으로 보고 실내온도와 수증기량은 치에 해 일정하

다고 본다

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 11: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 8 -

61 실험개요 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33

62 수치해석과 실험결과의 분석 고찰 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 35

621 벽체의 수직면 일사량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 35

622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 36

623 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38

624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38

625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 41

제 7 장 결 론 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 43

참고 문헌 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 45

부 록 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 46

자연실온 계산 로그램

실내 수증기량 상 습도 계산 로그램

- 9 -

- 표 목차 -

[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 7

[표 2] 흡입에 의한 수분 달 계수 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8

[표 3] 확산에 의한 수분 달 계수 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8

[표 4] 건물의 물성치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

[표 5] 평균 자연실온 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30

[표 6] 평균 수증기량 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31

[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 물성치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 34

[표 8] 평균 자연실온 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39

- 10 -

- 그 림 목차 -

[그림 1] 연구의 체 흐름도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 4

[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 5

[그림 3] 연 냉방도일 난방도일 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 6

[그림 4] 상 습도에 따른 재료의 함습량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 7

[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질 달 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 9

[그림 6] 물의 열 습기 수지 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13

[그림 7] 모델 건물 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 20

[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 22

[그림 10] 각 수직벽체의 일사량 계산 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 26

[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 27

[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 28

[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29

[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30

[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31

[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 32

[그림 18] 건물의 평면도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33

[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 34

- 11 -

[그림 20] 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 35

[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 36

[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 37

[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 37

[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38

[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39

[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40

[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40

[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 41

[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 42

- 12 -

Nomenclature

A 벽체 면 []

C 비열 [JK]

c 수증기량 []

dt 계산 시간 간격

D 수증기 확산 계수 [s]

G 수증기 발생량 [h]

H 증발 잠열 [J]

h t 표면 열 달 계수 [WK]

hm 표면 습기 달 계수 [ms]

m 질량 []

n 환기횟수 [회h]

p 압력 [kPa]

R 기체상수 [ 8314times10-2 barkmolK]

S 일사량[W]

T 온도 [K]

V 체 []

Greek Letters

α 흡수율

β 형태계수

ε 방사율

λ 열 도율 [WmK]

ρ 도(kg)

σ b 스테 볼츠만 상수 (567times10-8WK4)

- 13 -

Δt 계산 시간간격 [s]

Superscript

air 공기

in 실내

out 외부

Subscript

1hellipm (외부면 부터)

in 실내

n 자연실온

out 외부

set 설정온도

si 내표면

sky 천공

so 외표면

w 벽체

- 1 -

제 1 장 서 론

1 1 연구 배 경 목

오늘날 사람들의 생활은 부분 실내 공간에서 이루어지기 때문에 실내 공

간의 쾌 한 환경에 한 심이 날로 높아지고 있다 실내 쾌 과 련된 환경

요소로는 온도 습도 기류 MRT 공기 질 소음 빛 등이 있으며 이 에서도

습도는 온도 공기 질과 같은 쾌 변수와 깊은 련이 있다고 할 수 있다 높은

습도는 건물 구성 재료의 부식과 같은 구조 문제를 야기하기 때문에 건물의

내구성을 제한하는 주요한 요소들 에 하나이며 건물 외피를 통한 습기 이동

은 미생물의 성장과 같은 실내 공기질의 악화를 래할 수 있다 기존의 연구에

서 Spengler at al(1991)은 상 습도 70 이상이면 곰팡이가 성장할 수 있다고

제시했다 한 건축물 외피의 단열성능에도 습기는 많은 향을 미치며 실내

열 환경 평가에서도 습기에 의해 쾌 감이 크게 변한다 결과 으로 실내에서

습기 문제를 해결하는 것은 건물의 내구성을 향상시키고 미생물과 곰팡이의 성

장을 제한하고 쾌 한 환경을 제공한다는 에서 반드시 필요하다

그 지만 이와 같이 실내의 쾌 요소로서 습기의 요성에도 불구하고 습

기와 련된 연구는 많이 부족한 것이 사실이다 그 이유로는 부분의 건물 외

피는 다공질의 재료로 이루어져 있기 때문에 습기 달 과정이 매우 복잡한 형

태로 이루어지며 재료의 물성치에 한 연구도 미흡하기 때문이다 한 습기

문제는 열 달 습기 달 공기유동 화학 생물학 반응과 같은 복합 인 요

소의 작용으로 일어나기 때문에 이것을 총체 으로 이해해야 하는 어려움이 있

건물에서 습기 문제는 일반 으로 높은 실내 습도 수 과 건물 외피를 통한

수분과 습기의 이동 건물 구조체 내middot외부 결로 상의 결과이다 따라서 습도

문제는 실내 온도와 습도 외기 기상조건 건물 외피 구조와 큰 련을 갖는다

고 할 수 있다 외기 기상 조건은 일정하기 때문에 기존의 건물에서 습기에 의

- 2 -

한 문제를 방하기 해서는 실내 온도와 습도를 조 하는 것이 필수 이라

할 수 있다

실내 습기 발생원으로는 크게 인체를 비롯하여 인간의 생활 활동에 수반되

어 발생하는 습기와 건물을 구성하고 있는 다공질의 벽체나 실내에 놓여 있는

각종 물체의 흡middot방습성에 의해 발생하는 습기로 나 수 있다 자의 경우에는

주거 공간에서 취사middot세탁middot목욕middot난방에 의한 것이고 후자의 경우는 다공질의 재

료가 주변 공기의 상 습도가 상승하면 수분을 흡수하고 상 습도가 감소하면

역으로 수분을 방습하는 것이다

본 연구에서는 자연 상태에서 건물의 자연 실온과 수증기량 변동을 측하

기 한 수학 모델링을 제시하고 실측값을 이용해 구조체의 흡습량과 방습량

에 의한 실내 수증기 발생량을 산정한 후 이를 통해 보다 정량 으로 자연 실

온과 수증기량을 측하고자 한다 한 이를 실제 사무소 건물에 용하여 모

델링의 타당성을 확인하고 자연 실온과 실내 수증기량 변동을 측함으로써 건

물에서의 습기 문제를 해결하는데 기 인 자료를 제공하고자 한다

1 2 연구 방 법 범

본 연구에서는 건물의 비공조시 즉 자연상태에서 자연실온과 수증기량 변

동을 측하기 한 수학 모델링을 제시하고 건물 재료의 흡middot방습에 따른 실

내 수증기 발생량을 통해 실내 발생 잠열을 고려한 보다 정량 인 자연실온과

실내 수증기량을 측하고자 한다 따라서 콘크리트 단일 건물 에서 측정한 자

연실온 값과 수증기량을 시뮬 이션 값과 비교 분석을 통해 시뮬 이션의 타

당성을 평가하 다 한 실제 건물에 용 가능성을 평가하기 해 실제 사무

소 건축물에서 측정과 시뮬 이션을 수행하 다 본 연구에서 분석한 건물은

공조가 이루어지지 않고 재실자가 없는 단순한 모델이며 실제 공조가 이루어

지고 재실자가 존재하는 건물에 한 분석은 차후 연구 범 로 설정하 다

- 3 -

연구 방법으로는 모델 건물의 자연실온과 수증기량에 한 수치계산을 실시

하기 해 수치해석 로그램을 작성하여 실제 상황을 시뮬 이션 하 다 이

때 일사 외기온도 풍속 상 습도 등의 기후요소에 한 값들은 실측 데이터

를 이용하 다 단 수직 벽면에 입사하는 일사량은 수평면 일사량을 직산분

리하여 계산하는 로그램을 작성했고 수증기량에 련된 값은 습공기 계산식

과 이상기체 방정식을 이용하여 구하 다 한 작성한 로그램에 한 타당

성을 분석하기 해 모델 건물에 한 실증 실험을 실시하고 그 결과를 비교

분석하 다

실증 실험을 통하여 작성한 로그램을 타당성을 검증하 다 그리고 자연

실온과 수증기량 측 로그램을 이용하여 실제 건물의 용 가능성을 평가하

기 해 사무소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값을 비교 분석하고 타당성을

평가하 다

- 4 -

본 연구의 진행을 한 흐름은 그림 1과 같다

그 림 1 연구의 체 흐 름 도

- 5 -

제 2 장 비 고 찰

2 1 자연실온

냉난방을 하지 않은 건물 자체의 단열 축열 성능으로써 외기 조건과 차

별된 실내온도를 형성하게 되며 이를 건물의 자연실온이라고 말할 수 있다

그림 2 자연실온과 난방 냉방부하

그림 2는 건물에 자연실온을 용한 냉난방 부하 계산 개념도이다 외기온도

와 실내 설정온도의 차이로 계산된 부하와 비교할 때 동계의 경우 부하가 감소

하고 하계의 경우는 증가함을 보이고 있다 이는 부하계산시 외기 온도와 실내

설정온도와의 차이가 아닌 자연실온과의 차이로써 계산해 주어야 보다 정확한

부하를 산정할 수 있음을 의미한다

자연실온 용의 효과에 해 건물의 기간부하 계산법인 냉난방도일법에서

도 쉽게 확인할 수 있다 냉난방도일은 실내설정온도와 외기온도와의 차이에

냉난방일수를 곱하여 계산한다 그림 3은 연 냉난방 도일을 나타내는 것으로

서 이를 근거로 부하 계산을 할 경우 과 한 설비 용량과 에 지 소비량이 추

정될 수 있는 것이다 이러한 결과가 발생하는 것은 건물 구조체의 열 성능에

- 6 -

의한 향으로 비공조시에도 실내온도와 외기온도는 지 않은 차이가 있기 때

문이다1)

그림 3 연 냉방도일 난방도일

2 2 습 기의 이론 고 찰

2 2 1 재 료 의 흡 middot 방 습 기능 (Moisture Storage F unction)

다공질의 건축 재료에서 물 분자는 주변 공기와 평형상태에 도달할 때까지

모세 상에 의해 재료의 공극에 채워진다 평형 함수율이란 고체 재료를 일

정한 온습도의 습한 공기 속에 장시간 놓아두고 주변 공기와 평형이 될 때의

재료의 함수율을 말하는데 재료의 흡middot방습 능력에 큰 향을 미치는 인자이다

평형 함수율은 온도와 습도에 의해 변하지만 상온의 범 (0~40)에서는 상

습도에 의해 결정되며 습도 역(30~70)에서는 거의 직선으로 간주할 수

있다

1) 윤성훈 2004건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학원 건축공학과

(계획 공) 2001 2

- 7 -

그림 4 상 습도에 따른 재료의 함습량

그림 4는 상 습도에 따른 재료의 함습량 곡선을 나타낸다 액체 상태의 물

에 하고 있는 재료내의 공극은 포화 wf까지 수분으로 채워질 것이다

이 수분양 wf는 상 습도 100에서 재료의 함습량이다 공극 내부에서 발

생하는 공기 때문에 다공률[]에 의해 결정되는 최 함습량 w max 값보

다 wf값은 다 wf

를 과하는 수분의 양은 벽체 내의 온도 구배에 의해 결

로를 발생시킬 수 있다

표 1 콘크리트 재료의 함습량

- 8 -

표 1은 상 습도에 따른 콘크리트 재료의 합습량을 나타낸다 상 습도가

증가함에 따라 재료의 함습량은 증가하는 것을 알 수 있다 여러 재료의 평형

함습량 곡선은 흡습과정과 방습과정에서 평형 함습량이 다른 경우가 있으며

이러한 상을 자기이력 상이라고 한다 그러나 흡습량과 방습량의 오차는

은 값이기 때문에 무시할 수 있다

상 습도[] 0 33 43 63 80 85 93 100

함습량[] 0 23 26 44 53 55 85 175

2 2 2 수분 달 계 수 (L iq uid Transport Coefficients)

다공질의 재료에서 습기 달 메커니즘은 모세 수분 달이지만 건축 재

료에서 수분 달을 확산 상으로 간주하는 것이 일반 이다 건축 재료에서

수분 메커니즘은 크게 두 가지로 나 수 있다

bull 흡입에 의한 수분 달 건축 재료가 강수로 인해 표면이 완 히 젖었을

때 모세 상에 의해 수분이 달된다

bull 확산에 의한 수분 달 공극에 축 된 수분은 강우가 멈췄을 때 확산에

의해 달된다

확산에 의한 수분 달은 천천히 이루어지기 때문에 확산에 의한 수분 달

계수는 일반 으로 흡입에 의한 수분 달 계수 값보다 다

다음 표2 표3은 콘크리트의 흡입과 확산에 의한 수분 달 계수를 나타낸

- 9 -

표 2 흡입에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 140 157 175

습기 달계수[s] 3times 10- 10 8times 10

- 9 2times 10- 8 3times 10

- 8 5times 10- 8 2times 10

- 7

표 3 확산에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 122 140 157 175

습기 달계수[s]2times

10- 11

2times

10- 10

25times

10- 10

13times

10- 9

72times

10- 9 2times 10 - 8 7times 10 - 8

2 2 3 물질 달 (Mass Transfer)

혼합물에서 어떤 화합물질의 농도 차이에 의해 물질이 이동하는 것을 물질

달이라고 한다 온도 기울기에 의해 열 달이 일어나는 것과 마찬가지로 물

질 달에서는 화학물질의 농도 기울기가 물질의 이동을 일으킨다 건조 공기로

수증기가 확산되는 것도 물질 달의 한 라고 할 수 있다

그림 5는 기체 혼합물의 확산에 의한 물질 달을 나타낸다 서로 다른 기체

가 같은 온도와 압력 상태에서 칸막이로 분리된 챔버를 고려해보자 칸막이가

제거된다면 기체는 확산에 의해 달될 것이다 더 큰 농도는 체 당 더 많은

분자수가 있다는 것을 의미한다 x축을 따라 기체 A의 농도가 감소하는 반면

기체 B의 농도는 증가할 것이다 물질 달은 농도 방향으로 일어나기 때문

에 기체 A는 오른편으로 기체 B는 왼편으로 이동할 것이다 충분한 시간이 경

과한 후에 A와 B의 농도는 균일해질 것이다

- 10 -

그림 5 혼합기체에서 확산에 의한 물질 달

물질 달은 기체에서 뿐만 아니라 액체와 고체에서도 일어난다 그러나

질 달은 분자 간격에 큰 향을 받기 때문에 확산은 기체 액체 고체의 순

서로 빠르게 일어난다

1 ) 물질 A의 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(1)과 같이 나

타낼 수 있다

ρ A=mAV

(1)

혼합물의 체 농도는 각각의 물질 농도를 합한 값과 같고 식(2)와 같이 나

타낼 수 있다

ρ= sumn

i=1ρ i (2)

혼합물에서 물질 A의 양은 mass fraction이며 식 (3)과 같이 나타낼 수 있다

- 11 -

wA=ρAρ

(3)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (4)와 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1wi=1 (4)

2) 물질 A의 몰 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(5)와 같이

나타낼 수 있다

c A=n AV

=m AM A

V=

ρ A

M A

(5)

혼합물의 체 몰 농도는 각각의 물질 몰 농도를 합한 값과 같고 식(6)와 같이

나타낼 수 있다

c= sumn

i=1c i

(6)

혼합물에서 물질 A의 양은 mole fraction이며 식 (7)과 같이 나타낼 수 있다

x i=c ic

(7)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (8)과 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1x i=1 (8)

- 12 -

3 ) 이상 기체 방 정 식

이상기체 혼합물에서 어떤 성분의 농도 와 몰 농도는 이상기체 법칙을 통해

그 성분의 부분 압력과 련된다 식(9)와 식(10)은 어떤 성분의 농도와 몰 농도

를 나타낸다

ρ i=p iR iT

(9)

Ci=p iRT

(10)

여기서 Ri는 물질 i의 기체 상수이고 R은 universal 기체 상수이다

4) F ick ` L aw

농도구배가 존재하는 계에서 물질은 분자의 움직임에 의한 확산속도를 갖

고 이때 발생하는 물질 달량은 농도구배(농도차거리)에 비례한다 식 (11)은

몰 달량를 식(12)는 도 달량를 나타낸다

J A z=-DABdcAdz

=- cDABdyAdz

(11)

j A z=-DABdρAdz

=-ρDABdwAdz

(12)

여기서 DAB는 혼합 물질에서 어떤 성분의 확산 계수를 나타내는데 차원은

다음과 같다

[ MoleL 2t ]= [ X ]

[ MoleL 3 ][ L ]

- 13 -

there4 [ X ]= [ L2

t ] 는 s

제 3 장

구조 체 실내 공 기의 열 습 기 평 형

3 1 건물의 열 수지 습 기 평 형

그림 6은 모델 건물의 열평형 방정식과 습기평형 방정식을 수립하기 한

개념도를 나타낸다 건물 외표면에는 일사의 유입과 외기와의 류 열 달

- 14 -

류 습기 달 천공과의 복사열교환 등이 작용하며 바닥에서는 지면으로부터의

열 도 습기 도가 일어나게 된다 내부에서는 실내공기와의 류 열 달

류 습기 달이 일어난다 한 인체 기기 발열 조명 발열 거주자 활동에

의한 수증기 발생이 존재하지만 비거주 공간을 상으로 삼았기 때문에 이에

한 부분은 고려하지 않았다

그림 6 건물의 열 습기 수지

3 2 구조 체 의 열 습 기 평 형식

자연실온 수증기량 해석을 한 건물 시스템은 크게 건물 벽체와 실내공

기로 나 어진다 수학 모델링의 과정은 다음과 같은 과정으로 일반화 된다

(1) 건물 외피에서 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (2) 건물 외피와 실

내 공기 사이에서의 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (3) 수치해석을

통해 경계조건으로 표 되는 외부 기상조건에 따른 비정상상태의 실내 자연실

온과 수증기량을 구한다

각 구조체의 1차원 열 달 방정식 습기 달 방정식 은 식 (13) 식 (14)

와 같다

- 15 -

ρw c pwpartTwpart t

=partpart x ( λw

partTwpartx ) (13)

part c wpart t

=partpartx (Dw

part c wpartx ) (14)

이질 재료의 층과 층 사이( x= n)에서 열과 습기 달은 다음과 같이 나타

낼 수 있다

λ1w

partT 1w

partx |x= n

=λ2w

partT 2w

partx |x= n

(15)

T1w | x= n=T

2w | x= n (16)

D1w

partc1w

partx |x= n

=D2w

partc2w

partx |x= n

(17)

c1w | x= n= c

2w | x= n (18)

구조체의 외표면 실내측에 한 경계조건은 다음과 같이 설정할 수 있다

λ wpartT w

partx |x= 0

=houttw (T out-T so)+αS+( 1+cosβ

2 ) σ ε(T sky4-T so

4)

(19)

λwpartTwpartx |

x= M=h intw (T in-T si)

(20)

- 16 -

Dwpart cwpart x |

x= 0=h

outmw (c out-c so) (21)

Dwpart cwpart x |

x= M=h

inmw (c in-c si) (22)

Lewis Relation은 외표면과 내표면 습기 달계수 houtmw h inmw

을 결정하기

하여 이용될 수 있다

h m=hT

ρ airCairp

(23)

3 3 실내 공 기의 열 습 기 평 형식

실내공기의 열평형식 습기 평형식은 각각 식(24) 식(25)와 같다

V ρ a c pad T in

d t=Q 1+Q 2+Q 3+Q 4

(24)

Q 1 벽체로부터의 열 달량[W]

Q 2 환기에 의한 열 달량[W]

Q 3 실내 수증기 증발 잠열량 [W]

Q 4 인체 조명 기기로부터의 발열량[W]

Vd c ind t

=M 1+M 2+M 3 (25)

M 1 벽체로부터의 수증기 달량 [kgs]

M 2 환기에 의한 수증기 달량 [kgs]

M 3 실내 수증기 발생량 [kgs]

- 17 -

식(24)는 실내 공기 온도에 한 열평형식으로 본 연구에서의 상 모델은

비거주 공간이므로 Q 4는 고려하지 않았다 한 재료의 흡middot방습에 의한 잠열

이 실내 온도에 미치는 향을 평가하기 해 Q 3를 고려한 경우와 Q 3

를 고려

하지 않은 경우로 나 어 분석하 다

식(25)는 실내 공기 수증기량에 한 습기평형식으로 M 3는 실내 수증기 발

생량을 나타내는데 이는 거주자의 취사 목욕 세탁 난방 등의 활동에 의한 수

증기 발생과 재료의 흡middot방습에의한 발생으로 크게 나 어 볼 수 있다 본 연구

에의 상 모델은 비거주 공간이므로 거주자의 활동에 의한 수증기 발생량은

고려하지 않고 재료의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량만을 분석하 다

3 4 실내 수증기 발 생 량

식(25)는 다음과 같이 표 할 수 있다

M 3=Vd c ind t

-M 1-M 2

(26)

실내 수증기 발생량 M 3를 구하기 해 시간에 따른 실내 수증기량의 미분

값인 dc indt

의 값을 구해야 한다 그러나 실내 수증기량의 직 미분은 미분값

이 불안정할 수 있다 수증기 발생원이 수증기를 방출할 때 발생량은 지수

으로 증가하고 방출을 멈췄을 때는 지수 으로 감소한다 Bennett et al은 포

름알데히드 측정을 하여 측정한 농도 데이터로부터 포르알데히드 방사량을

평가하기 하 로그램을 개발했다 Stirling interpolation polynomial fitting

이 오염물 농도를 미분하는데 이용된다 이와 유사한 방법을 이용하여 실내 수

증기량 c in은 Stirling interpolation polynomial fitting에 의해 미분된다

Stirling interpolation polynomial은 Gauss interpolation의 진과 후진의 평균

값으로 구한다

- 18 -

방정식에 다른 하나의 미지값은 건물 외피와 실내 공기와의 습기 달량인

비정상 습기 달량 M 1 값이다 기존의 연구에서 M 1

의 평균값은 003times 10- 6

[middotmiddots]으로 은 값이므로 실내 습기 발생량 M 3을 구하기 해 M 1

의 값은

0으로 가정한다

식 (27)은 실내 수증기 발생량을 구하기 해 측정한 수증기량 데이터를

Stirling polynomial 방법을 이용하여 미분하는 식을 나타낸다

[dc indt ]

t= t o

=1Δt (

Δc in-1+Δc in02

-16

Δ3c in-2+Δ

3c in-1

2

+130

Δ5c in-3+Δ

5c in-2

2+⋯) (27)

- 19 -

제 4 장

측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석

4 1 자연실온 수증기량 측정 실험

4 1 1 실험개 요

건물의 자연실온 수증기량 로그램의 타당성을 분석하기 하여 철근

콘크리트 건물에 측정 장비를 설치하고 실증 실험을 실시하 다 한 로그

램의 실제 건물 용 가능성을 평가하기 해 사무소 건물에서 실험을 실시하

다 철근 콘크리트 건물 모델은 주변과의 복사 향을 최소화하고 외부 건물

에 의한 일 의 향을 받지 않는 인천의 I 학교에 치하고 있다 사무소 건

물은 인천에 치하고 있으며 인 실의 향을 최소화하기 해 옥상의 독립

된 공간에서 실험을 실시하 다 실험 건물 모델은 거주 공간이 아니기 때문에

실내에서 발생되는 열과 수증기량은 0으로 간주된다 철근 콘크리트 건물 모델

에서 실험은 여름철인 2005년 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 고 사

무소 건물에서는 2005년 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시하 다

- 20 -

그림 7 모델 건물

4 1 2 측정 장 비

실험모델에 한 수평면 일사량 외기온도 상 습도 풍속 등의 기상 데이

터를 10분 간격으로 측정하 다 수평면 일사량 측정은 인천의 I 학교 옥상

에 설치된 자동 기상 측기 DAV16 를 사용하 다 수평면 일사량은 직산분

리 계산식을 사용하여 각 방 의 수직 벽면 일사량으로 환산되고 외기온도와

상 습도는 습공기 계산식을 통해 수증기량으로 환산된다

건물 모델 내부 공기 온도 상 습도 수증기량은 TH-CALC 8722 사용하여

10분 간격으로 측정하 다

4 1 3 모 델 건물

철근 콘크리트 건물 모델의 크기는 17mtimes17mtimes21m로 두께 015m의 단일

재료이고 방 는 정남향이다 표 4는 건물의 물성치를 나타낸다

- 21 -

표 4 건물의 물성치

열 도율 14 [WmK]

비열 880 [JkgK]

도 2100 [kg]

투습율 47 [ng(smPa)]

두께 015 [m]

4 2 비 정 상 자연실온 수증기량 해 석

4 2 1 비 정 상 자연실온 해 석

그림 8 다층벽의 열수지 차분계산 모델

그림 8은 다층벽의 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이에 있는

경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하면 경계면 m 에서의 계산식은

- 22 -

m-Δx L2~ m-Δx R2의 열용량이 m 에 집 하고 m-1~ m 사이와

m~ m+1 사이의 열 항을 각각 RL RR이라 하면 구조체 내부 각 층의 온

도에 한 차분식은 식 (28)과 같다

Tm-Tm

Δt | m= 105(CAPL+CAPR) 1

RR(T

m+1 -T

m)-

1RL

(Tm-T

m-1 )

(28)

여기서

CAPL= c L ρ LΔxL (29)

CAPR= c R ρ RΔxR (30)

RL=ΔxLλL

(31)

RR=

ΔxRλR

(32)

외표면 경계조건(m=0)은 일사 외기와의 류열 달 그리고 천공과의 복

사열 교환에 의한 유효복사량이며 식 (33)과 같다

+( 1+cosβ2 ) σ ε(T sky

4-(Tso )

4)-

1RL

(T so+1 -T

so))

(33)

내표면 경계조건(m=M)은 식 (34)와 같으며 각 벽체간의 온도 차이가 크지

않기 때문에 내부 복사열 교환은 생략하고 실내공기와의 류열 달만 있는

것으로 하 다

T si-Tsi

Δt |m= M

=1

05 C AP R (h intw (T si-T in)-

1R R

(T si-1-Tsi))

(34)

- 23 -

실내 공기온도 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 류열 달 환기

에 의한 열 달 잠열부하량을 고려하 으며 열 수지식은 식 (35)와 같다

T in-T

in

Δt=

1c aρ aV

(Q 1+Q 2+Q 3+Q 4)

(35)

여기서 Q 1은 구조체로부터의 열 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로부

터의 류열 달만을 고려하 으며 식(36)과 같다

Q 1= hintw sum

6

k= 1AkT si k

(36)

Q 2는 환기에 의한 열 달량을 나타내며 식(37)과 같다

Q 2= nV c aρ a(Tout-T in)

(37)

Q 3는 실내 수증기 발생량에 따른 실내 증발잠열량을 나타내며 식(38)과 같다

Q 3=HtimesGtimesVtimes1

3600 (38)

4 2 2 비 정 상 수증기량 해 석

- 24 -

그림 9 다층벽의 습기평형 차분계산 모델

그림 9는 다층벽의 습기평형 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이

에 있는 경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하며 구조체 내부 각 층의 습

기에 한 차분식은 식 (39)와 같다

cm-cm

Δt | m= 105(Δx L+Δ xR)

DwRΔx R

(cm+1 -c

m)-

DwLΔxL

(cm-c

m-1 )

(39)

외표면 경계조건(m=0)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계수

를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(40)과 같다

c so-cso

Δt |m= 0

=1

05ΔxL ( h outmw (c out-cso)-

DwLΔxL

(c so+1 -cso) )

(40)

내표면 경계조건(m=M)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계

수를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(41)과 같다

c si-c

si

Δt |m= M

=1

05ΔxR ( h inmw (c in-csi)-

DwRΔxR

(csi-1 -csi) )

(41)

- 25 -

실내 수증기량 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 습기 달계수 환

기에 의한 습기 달 실내 습기발생량을 고려하 으며 습기 평형식은 식(42)과

같다

c in-cin

Δt=

1V

(M 1+M 2+M 3)

(42)

여기서 M 1은 구조체로부터의 습기 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로

부터의 류습기 달만을 고려하 으며 식(43)과 같다

M 1= hinmw sum

6

k= 1Ak c si k

(43)

M 2는 환기에 의한 습기 달량을 나타내며 식(44)와 같다

M 2=nV (c out-c in)

(44)

M 3는 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 나타낸다

4 2 3 수치해 석 기본 가 정

본 수치 모델의 해석에 한 기본가정은 다음과 같다

(1) 벽체 지붕 바닥의 열 달 습기 달은 두께 방향의 1차원으로 보며 각

부 재료는 동일하다

(2) 실내공간을 단일 존으로 보고 실내온도와 수증기량은 치에 해 일정하

다고 본다

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 12: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 9 -

- 표 목차 -

[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 7

[표 2] 흡입에 의한 수분 달 계수 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8

[표 3] 확산에 의한 수분 달 계수 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 8

[표 4] 건물의 물성치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 19

[표 5] 평균 자연실온 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30

[표 6] 평균 수증기량 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31

[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 물성치 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 34

[표 8] 평균 자연실온 비교 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39

- 10 -

- 그 림 목차 -

[그림 1] 연구의 체 흐름도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 4

[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 5

[그림 3] 연 냉방도일 난방도일 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 6

[그림 4] 상 습도에 따른 재료의 함습량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 7

[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질 달 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 9

[그림 6] 물의 열 습기 수지 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13

[그림 7] 모델 건물 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 20

[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 22

[그림 10] 각 수직벽체의 일사량 계산 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 26

[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 27

[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 28

[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29

[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30

[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31

[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 32

[그림 18] 건물의 평면도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33

[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 34

- 11 -

[그림 20] 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 35

[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 36

[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 37

[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 37

[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38

[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39

[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40

[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40

[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 41

[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 42

- 12 -

Nomenclature

A 벽체 면 []

C 비열 [JK]

c 수증기량 []

dt 계산 시간 간격

D 수증기 확산 계수 [s]

G 수증기 발생량 [h]

H 증발 잠열 [J]

h t 표면 열 달 계수 [WK]

hm 표면 습기 달 계수 [ms]

m 질량 []

n 환기횟수 [회h]

p 압력 [kPa]

R 기체상수 [ 8314times10-2 barkmolK]

S 일사량[W]

T 온도 [K]

V 체 []

Greek Letters

α 흡수율

β 형태계수

ε 방사율

λ 열 도율 [WmK]

ρ 도(kg)

σ b 스테 볼츠만 상수 (567times10-8WK4)

- 13 -

Δt 계산 시간간격 [s]

Superscript

air 공기

in 실내

out 외부

Subscript

1hellipm (외부면 부터)

in 실내

n 자연실온

out 외부

set 설정온도

si 내표면

sky 천공

so 외표면

w 벽체

- 1 -

제 1 장 서 론

1 1 연구 배 경 목

오늘날 사람들의 생활은 부분 실내 공간에서 이루어지기 때문에 실내 공

간의 쾌 한 환경에 한 심이 날로 높아지고 있다 실내 쾌 과 련된 환경

요소로는 온도 습도 기류 MRT 공기 질 소음 빛 등이 있으며 이 에서도

습도는 온도 공기 질과 같은 쾌 변수와 깊은 련이 있다고 할 수 있다 높은

습도는 건물 구성 재료의 부식과 같은 구조 문제를 야기하기 때문에 건물의

내구성을 제한하는 주요한 요소들 에 하나이며 건물 외피를 통한 습기 이동

은 미생물의 성장과 같은 실내 공기질의 악화를 래할 수 있다 기존의 연구에

서 Spengler at al(1991)은 상 습도 70 이상이면 곰팡이가 성장할 수 있다고

제시했다 한 건축물 외피의 단열성능에도 습기는 많은 향을 미치며 실내

열 환경 평가에서도 습기에 의해 쾌 감이 크게 변한다 결과 으로 실내에서

습기 문제를 해결하는 것은 건물의 내구성을 향상시키고 미생물과 곰팡이의 성

장을 제한하고 쾌 한 환경을 제공한다는 에서 반드시 필요하다

그 지만 이와 같이 실내의 쾌 요소로서 습기의 요성에도 불구하고 습

기와 련된 연구는 많이 부족한 것이 사실이다 그 이유로는 부분의 건물 외

피는 다공질의 재료로 이루어져 있기 때문에 습기 달 과정이 매우 복잡한 형

태로 이루어지며 재료의 물성치에 한 연구도 미흡하기 때문이다 한 습기

문제는 열 달 습기 달 공기유동 화학 생물학 반응과 같은 복합 인 요

소의 작용으로 일어나기 때문에 이것을 총체 으로 이해해야 하는 어려움이 있

건물에서 습기 문제는 일반 으로 높은 실내 습도 수 과 건물 외피를 통한

수분과 습기의 이동 건물 구조체 내middot외부 결로 상의 결과이다 따라서 습도

문제는 실내 온도와 습도 외기 기상조건 건물 외피 구조와 큰 련을 갖는다

고 할 수 있다 외기 기상 조건은 일정하기 때문에 기존의 건물에서 습기에 의

- 2 -

한 문제를 방하기 해서는 실내 온도와 습도를 조 하는 것이 필수 이라

할 수 있다

실내 습기 발생원으로는 크게 인체를 비롯하여 인간의 생활 활동에 수반되

어 발생하는 습기와 건물을 구성하고 있는 다공질의 벽체나 실내에 놓여 있는

각종 물체의 흡middot방습성에 의해 발생하는 습기로 나 수 있다 자의 경우에는

주거 공간에서 취사middot세탁middot목욕middot난방에 의한 것이고 후자의 경우는 다공질의 재

료가 주변 공기의 상 습도가 상승하면 수분을 흡수하고 상 습도가 감소하면

역으로 수분을 방습하는 것이다

본 연구에서는 자연 상태에서 건물의 자연 실온과 수증기량 변동을 측하

기 한 수학 모델링을 제시하고 실측값을 이용해 구조체의 흡습량과 방습량

에 의한 실내 수증기 발생량을 산정한 후 이를 통해 보다 정량 으로 자연 실

온과 수증기량을 측하고자 한다 한 이를 실제 사무소 건물에 용하여 모

델링의 타당성을 확인하고 자연 실온과 실내 수증기량 변동을 측함으로써 건

물에서의 습기 문제를 해결하는데 기 인 자료를 제공하고자 한다

1 2 연구 방 법 범

본 연구에서는 건물의 비공조시 즉 자연상태에서 자연실온과 수증기량 변

동을 측하기 한 수학 모델링을 제시하고 건물 재료의 흡middot방습에 따른 실

내 수증기 발생량을 통해 실내 발생 잠열을 고려한 보다 정량 인 자연실온과

실내 수증기량을 측하고자 한다 따라서 콘크리트 단일 건물 에서 측정한 자

연실온 값과 수증기량을 시뮬 이션 값과 비교 분석을 통해 시뮬 이션의 타

당성을 평가하 다 한 실제 건물에 용 가능성을 평가하기 해 실제 사무

소 건축물에서 측정과 시뮬 이션을 수행하 다 본 연구에서 분석한 건물은

공조가 이루어지지 않고 재실자가 없는 단순한 모델이며 실제 공조가 이루어

지고 재실자가 존재하는 건물에 한 분석은 차후 연구 범 로 설정하 다

- 3 -

연구 방법으로는 모델 건물의 자연실온과 수증기량에 한 수치계산을 실시

하기 해 수치해석 로그램을 작성하여 실제 상황을 시뮬 이션 하 다 이

때 일사 외기온도 풍속 상 습도 등의 기후요소에 한 값들은 실측 데이터

를 이용하 다 단 수직 벽면에 입사하는 일사량은 수평면 일사량을 직산분

리하여 계산하는 로그램을 작성했고 수증기량에 련된 값은 습공기 계산식

과 이상기체 방정식을 이용하여 구하 다 한 작성한 로그램에 한 타당

성을 분석하기 해 모델 건물에 한 실증 실험을 실시하고 그 결과를 비교

분석하 다

실증 실험을 통하여 작성한 로그램을 타당성을 검증하 다 그리고 자연

실온과 수증기량 측 로그램을 이용하여 실제 건물의 용 가능성을 평가하

기 해 사무소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값을 비교 분석하고 타당성을

평가하 다

- 4 -

본 연구의 진행을 한 흐름은 그림 1과 같다

그 림 1 연구의 체 흐 름 도

- 5 -

제 2 장 비 고 찰

2 1 자연실온

냉난방을 하지 않은 건물 자체의 단열 축열 성능으로써 외기 조건과 차

별된 실내온도를 형성하게 되며 이를 건물의 자연실온이라고 말할 수 있다

그림 2 자연실온과 난방 냉방부하

그림 2는 건물에 자연실온을 용한 냉난방 부하 계산 개념도이다 외기온도

와 실내 설정온도의 차이로 계산된 부하와 비교할 때 동계의 경우 부하가 감소

하고 하계의 경우는 증가함을 보이고 있다 이는 부하계산시 외기 온도와 실내

설정온도와의 차이가 아닌 자연실온과의 차이로써 계산해 주어야 보다 정확한

부하를 산정할 수 있음을 의미한다

자연실온 용의 효과에 해 건물의 기간부하 계산법인 냉난방도일법에서

도 쉽게 확인할 수 있다 냉난방도일은 실내설정온도와 외기온도와의 차이에

냉난방일수를 곱하여 계산한다 그림 3은 연 냉난방 도일을 나타내는 것으로

서 이를 근거로 부하 계산을 할 경우 과 한 설비 용량과 에 지 소비량이 추

정될 수 있는 것이다 이러한 결과가 발생하는 것은 건물 구조체의 열 성능에

- 6 -

의한 향으로 비공조시에도 실내온도와 외기온도는 지 않은 차이가 있기 때

문이다1)

그림 3 연 냉방도일 난방도일

2 2 습 기의 이론 고 찰

2 2 1 재 료 의 흡 middot 방 습 기능 (Moisture Storage F unction)

다공질의 건축 재료에서 물 분자는 주변 공기와 평형상태에 도달할 때까지

모세 상에 의해 재료의 공극에 채워진다 평형 함수율이란 고체 재료를 일

정한 온습도의 습한 공기 속에 장시간 놓아두고 주변 공기와 평형이 될 때의

재료의 함수율을 말하는데 재료의 흡middot방습 능력에 큰 향을 미치는 인자이다

평형 함수율은 온도와 습도에 의해 변하지만 상온의 범 (0~40)에서는 상

습도에 의해 결정되며 습도 역(30~70)에서는 거의 직선으로 간주할 수

있다

1) 윤성훈 2004건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학원 건축공학과

(계획 공) 2001 2

- 7 -

그림 4 상 습도에 따른 재료의 함습량

그림 4는 상 습도에 따른 재료의 함습량 곡선을 나타낸다 액체 상태의 물

에 하고 있는 재료내의 공극은 포화 wf까지 수분으로 채워질 것이다

이 수분양 wf는 상 습도 100에서 재료의 함습량이다 공극 내부에서 발

생하는 공기 때문에 다공률[]에 의해 결정되는 최 함습량 w max 값보

다 wf값은 다 wf

를 과하는 수분의 양은 벽체 내의 온도 구배에 의해 결

로를 발생시킬 수 있다

표 1 콘크리트 재료의 함습량

- 8 -

표 1은 상 습도에 따른 콘크리트 재료의 합습량을 나타낸다 상 습도가

증가함에 따라 재료의 함습량은 증가하는 것을 알 수 있다 여러 재료의 평형

함습량 곡선은 흡습과정과 방습과정에서 평형 함습량이 다른 경우가 있으며

이러한 상을 자기이력 상이라고 한다 그러나 흡습량과 방습량의 오차는

은 값이기 때문에 무시할 수 있다

상 습도[] 0 33 43 63 80 85 93 100

함습량[] 0 23 26 44 53 55 85 175

2 2 2 수분 달 계 수 (L iq uid Transport Coefficients)

다공질의 재료에서 습기 달 메커니즘은 모세 수분 달이지만 건축 재

료에서 수분 달을 확산 상으로 간주하는 것이 일반 이다 건축 재료에서

수분 메커니즘은 크게 두 가지로 나 수 있다

bull 흡입에 의한 수분 달 건축 재료가 강수로 인해 표면이 완 히 젖었을

때 모세 상에 의해 수분이 달된다

bull 확산에 의한 수분 달 공극에 축 된 수분은 강우가 멈췄을 때 확산에

의해 달된다

확산에 의한 수분 달은 천천히 이루어지기 때문에 확산에 의한 수분 달

계수는 일반 으로 흡입에 의한 수분 달 계수 값보다 다

다음 표2 표3은 콘크리트의 흡입과 확산에 의한 수분 달 계수를 나타낸

- 9 -

표 2 흡입에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 140 157 175

습기 달계수[s] 3times 10- 10 8times 10

- 9 2times 10- 8 3times 10

- 8 5times 10- 8 2times 10

- 7

표 3 확산에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 122 140 157 175

습기 달계수[s]2times

10- 11

2times

10- 10

25times

10- 10

13times

10- 9

72times

10- 9 2times 10 - 8 7times 10 - 8

2 2 3 물질 달 (Mass Transfer)

혼합물에서 어떤 화합물질의 농도 차이에 의해 물질이 이동하는 것을 물질

달이라고 한다 온도 기울기에 의해 열 달이 일어나는 것과 마찬가지로 물

질 달에서는 화학물질의 농도 기울기가 물질의 이동을 일으킨다 건조 공기로

수증기가 확산되는 것도 물질 달의 한 라고 할 수 있다

그림 5는 기체 혼합물의 확산에 의한 물질 달을 나타낸다 서로 다른 기체

가 같은 온도와 압력 상태에서 칸막이로 분리된 챔버를 고려해보자 칸막이가

제거된다면 기체는 확산에 의해 달될 것이다 더 큰 농도는 체 당 더 많은

분자수가 있다는 것을 의미한다 x축을 따라 기체 A의 농도가 감소하는 반면

기체 B의 농도는 증가할 것이다 물질 달은 농도 방향으로 일어나기 때문

에 기체 A는 오른편으로 기체 B는 왼편으로 이동할 것이다 충분한 시간이 경

과한 후에 A와 B의 농도는 균일해질 것이다

- 10 -

그림 5 혼합기체에서 확산에 의한 물질 달

물질 달은 기체에서 뿐만 아니라 액체와 고체에서도 일어난다 그러나

질 달은 분자 간격에 큰 향을 받기 때문에 확산은 기체 액체 고체의 순

서로 빠르게 일어난다

1 ) 물질 A의 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(1)과 같이 나

타낼 수 있다

ρ A=mAV

(1)

혼합물의 체 농도는 각각의 물질 농도를 합한 값과 같고 식(2)와 같이 나

타낼 수 있다

ρ= sumn

i=1ρ i (2)

혼합물에서 물질 A의 양은 mass fraction이며 식 (3)과 같이 나타낼 수 있다

- 11 -

wA=ρAρ

(3)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (4)와 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1wi=1 (4)

2) 물질 A의 몰 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(5)와 같이

나타낼 수 있다

c A=n AV

=m AM A

V=

ρ A

M A

(5)

혼합물의 체 몰 농도는 각각의 물질 몰 농도를 합한 값과 같고 식(6)와 같이

나타낼 수 있다

c= sumn

i=1c i

(6)

혼합물에서 물질 A의 양은 mole fraction이며 식 (7)과 같이 나타낼 수 있다

x i=c ic

(7)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (8)과 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1x i=1 (8)

- 12 -

3 ) 이상 기체 방 정 식

이상기체 혼합물에서 어떤 성분의 농도 와 몰 농도는 이상기체 법칙을 통해

그 성분의 부분 압력과 련된다 식(9)와 식(10)은 어떤 성분의 농도와 몰 농도

를 나타낸다

ρ i=p iR iT

(9)

Ci=p iRT

(10)

여기서 Ri는 물질 i의 기체 상수이고 R은 universal 기체 상수이다

4) F ick ` L aw

농도구배가 존재하는 계에서 물질은 분자의 움직임에 의한 확산속도를 갖

고 이때 발생하는 물질 달량은 농도구배(농도차거리)에 비례한다 식 (11)은

몰 달량를 식(12)는 도 달량를 나타낸다

J A z=-DABdcAdz

=- cDABdyAdz

(11)

j A z=-DABdρAdz

=-ρDABdwAdz

(12)

여기서 DAB는 혼합 물질에서 어떤 성분의 확산 계수를 나타내는데 차원은

다음과 같다

[ MoleL 2t ]= [ X ]

[ MoleL 3 ][ L ]

- 13 -

there4 [ X ]= [ L2

t ] 는 s

제 3 장

구조 체 실내 공 기의 열 습 기 평 형

3 1 건물의 열 수지 습 기 평 형

그림 6은 모델 건물의 열평형 방정식과 습기평형 방정식을 수립하기 한

개념도를 나타낸다 건물 외표면에는 일사의 유입과 외기와의 류 열 달

- 14 -

류 습기 달 천공과의 복사열교환 등이 작용하며 바닥에서는 지면으로부터의

열 도 습기 도가 일어나게 된다 내부에서는 실내공기와의 류 열 달

류 습기 달이 일어난다 한 인체 기기 발열 조명 발열 거주자 활동에

의한 수증기 발생이 존재하지만 비거주 공간을 상으로 삼았기 때문에 이에

한 부분은 고려하지 않았다

그림 6 건물의 열 습기 수지

3 2 구조 체 의 열 습 기 평 형식

자연실온 수증기량 해석을 한 건물 시스템은 크게 건물 벽체와 실내공

기로 나 어진다 수학 모델링의 과정은 다음과 같은 과정으로 일반화 된다

(1) 건물 외피에서 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (2) 건물 외피와 실

내 공기 사이에서의 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (3) 수치해석을

통해 경계조건으로 표 되는 외부 기상조건에 따른 비정상상태의 실내 자연실

온과 수증기량을 구한다

각 구조체의 1차원 열 달 방정식 습기 달 방정식 은 식 (13) 식 (14)

와 같다

- 15 -

ρw c pwpartTwpart t

=partpart x ( λw

partTwpartx ) (13)

part c wpart t

=partpartx (Dw

part c wpartx ) (14)

이질 재료의 층과 층 사이( x= n)에서 열과 습기 달은 다음과 같이 나타

낼 수 있다

λ1w

partT 1w

partx |x= n

=λ2w

partT 2w

partx |x= n

(15)

T1w | x= n=T

2w | x= n (16)

D1w

partc1w

partx |x= n

=D2w

partc2w

partx |x= n

(17)

c1w | x= n= c

2w | x= n (18)

구조체의 외표면 실내측에 한 경계조건은 다음과 같이 설정할 수 있다

λ wpartT w

partx |x= 0

=houttw (T out-T so)+αS+( 1+cosβ

2 ) σ ε(T sky4-T so

4)

(19)

λwpartTwpartx |

x= M=h intw (T in-T si)

(20)

- 16 -

Dwpart cwpart x |

x= 0=h

outmw (c out-c so) (21)

Dwpart cwpart x |

x= M=h

inmw (c in-c si) (22)

Lewis Relation은 외표면과 내표면 습기 달계수 houtmw h inmw

을 결정하기

하여 이용될 수 있다

h m=hT

ρ airCairp

(23)

3 3 실내 공 기의 열 습 기 평 형식

실내공기의 열평형식 습기 평형식은 각각 식(24) 식(25)와 같다

V ρ a c pad T in

d t=Q 1+Q 2+Q 3+Q 4

(24)

Q 1 벽체로부터의 열 달량[W]

Q 2 환기에 의한 열 달량[W]

Q 3 실내 수증기 증발 잠열량 [W]

Q 4 인체 조명 기기로부터의 발열량[W]

Vd c ind t

=M 1+M 2+M 3 (25)

M 1 벽체로부터의 수증기 달량 [kgs]

M 2 환기에 의한 수증기 달량 [kgs]

M 3 실내 수증기 발생량 [kgs]

- 17 -

식(24)는 실내 공기 온도에 한 열평형식으로 본 연구에서의 상 모델은

비거주 공간이므로 Q 4는 고려하지 않았다 한 재료의 흡middot방습에 의한 잠열

이 실내 온도에 미치는 향을 평가하기 해 Q 3를 고려한 경우와 Q 3

를 고려

하지 않은 경우로 나 어 분석하 다

식(25)는 실내 공기 수증기량에 한 습기평형식으로 M 3는 실내 수증기 발

생량을 나타내는데 이는 거주자의 취사 목욕 세탁 난방 등의 활동에 의한 수

증기 발생과 재료의 흡middot방습에의한 발생으로 크게 나 어 볼 수 있다 본 연구

에의 상 모델은 비거주 공간이므로 거주자의 활동에 의한 수증기 발생량은

고려하지 않고 재료의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량만을 분석하 다

3 4 실내 수증기 발 생 량

식(25)는 다음과 같이 표 할 수 있다

M 3=Vd c ind t

-M 1-M 2

(26)

실내 수증기 발생량 M 3를 구하기 해 시간에 따른 실내 수증기량의 미분

값인 dc indt

의 값을 구해야 한다 그러나 실내 수증기량의 직 미분은 미분값

이 불안정할 수 있다 수증기 발생원이 수증기를 방출할 때 발생량은 지수

으로 증가하고 방출을 멈췄을 때는 지수 으로 감소한다 Bennett et al은 포

름알데히드 측정을 하여 측정한 농도 데이터로부터 포르알데히드 방사량을

평가하기 하 로그램을 개발했다 Stirling interpolation polynomial fitting

이 오염물 농도를 미분하는데 이용된다 이와 유사한 방법을 이용하여 실내 수

증기량 c in은 Stirling interpolation polynomial fitting에 의해 미분된다

Stirling interpolation polynomial은 Gauss interpolation의 진과 후진의 평균

값으로 구한다

- 18 -

방정식에 다른 하나의 미지값은 건물 외피와 실내 공기와의 습기 달량인

비정상 습기 달량 M 1 값이다 기존의 연구에서 M 1

의 평균값은 003times 10- 6

[middotmiddots]으로 은 값이므로 실내 습기 발생량 M 3을 구하기 해 M 1

의 값은

0으로 가정한다

식 (27)은 실내 수증기 발생량을 구하기 해 측정한 수증기량 데이터를

Stirling polynomial 방법을 이용하여 미분하는 식을 나타낸다

[dc indt ]

t= t o

=1Δt (

Δc in-1+Δc in02

-16

Δ3c in-2+Δ

3c in-1

2

+130

Δ5c in-3+Δ

5c in-2

2+⋯) (27)

- 19 -

제 4 장

측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석

4 1 자연실온 수증기량 측정 실험

4 1 1 실험개 요

건물의 자연실온 수증기량 로그램의 타당성을 분석하기 하여 철근

콘크리트 건물에 측정 장비를 설치하고 실증 실험을 실시하 다 한 로그

램의 실제 건물 용 가능성을 평가하기 해 사무소 건물에서 실험을 실시하

다 철근 콘크리트 건물 모델은 주변과의 복사 향을 최소화하고 외부 건물

에 의한 일 의 향을 받지 않는 인천의 I 학교에 치하고 있다 사무소 건

물은 인천에 치하고 있으며 인 실의 향을 최소화하기 해 옥상의 독립

된 공간에서 실험을 실시하 다 실험 건물 모델은 거주 공간이 아니기 때문에

실내에서 발생되는 열과 수증기량은 0으로 간주된다 철근 콘크리트 건물 모델

에서 실험은 여름철인 2005년 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 고 사

무소 건물에서는 2005년 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시하 다

- 20 -

그림 7 모델 건물

4 1 2 측정 장 비

실험모델에 한 수평면 일사량 외기온도 상 습도 풍속 등의 기상 데이

터를 10분 간격으로 측정하 다 수평면 일사량 측정은 인천의 I 학교 옥상

에 설치된 자동 기상 측기 DAV16 를 사용하 다 수평면 일사량은 직산분

리 계산식을 사용하여 각 방 의 수직 벽면 일사량으로 환산되고 외기온도와

상 습도는 습공기 계산식을 통해 수증기량으로 환산된다

건물 모델 내부 공기 온도 상 습도 수증기량은 TH-CALC 8722 사용하여

10분 간격으로 측정하 다

4 1 3 모 델 건물

철근 콘크리트 건물 모델의 크기는 17mtimes17mtimes21m로 두께 015m의 단일

재료이고 방 는 정남향이다 표 4는 건물의 물성치를 나타낸다

- 21 -

표 4 건물의 물성치

열 도율 14 [WmK]

비열 880 [JkgK]

도 2100 [kg]

투습율 47 [ng(smPa)]

두께 015 [m]

4 2 비 정 상 자연실온 수증기량 해 석

4 2 1 비 정 상 자연실온 해 석

그림 8 다층벽의 열수지 차분계산 모델

그림 8은 다층벽의 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이에 있는

경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하면 경계면 m 에서의 계산식은

- 22 -

m-Δx L2~ m-Δx R2의 열용량이 m 에 집 하고 m-1~ m 사이와

m~ m+1 사이의 열 항을 각각 RL RR이라 하면 구조체 내부 각 층의 온

도에 한 차분식은 식 (28)과 같다

Tm-Tm

Δt | m= 105(CAPL+CAPR) 1

RR(T

m+1 -T

m)-

1RL

(Tm-T

m-1 )

(28)

여기서

CAPL= c L ρ LΔxL (29)

CAPR= c R ρ RΔxR (30)

RL=ΔxLλL

(31)

RR=

ΔxRλR

(32)

외표면 경계조건(m=0)은 일사 외기와의 류열 달 그리고 천공과의 복

사열 교환에 의한 유효복사량이며 식 (33)과 같다

+( 1+cosβ2 ) σ ε(T sky

4-(Tso )

4)-

1RL

(T so+1 -T

so))

(33)

내표면 경계조건(m=M)은 식 (34)와 같으며 각 벽체간의 온도 차이가 크지

않기 때문에 내부 복사열 교환은 생략하고 실내공기와의 류열 달만 있는

것으로 하 다

T si-Tsi

Δt |m= M

=1

05 C AP R (h intw (T si-T in)-

1R R

(T si-1-Tsi))

(34)

- 23 -

실내 공기온도 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 류열 달 환기

에 의한 열 달 잠열부하량을 고려하 으며 열 수지식은 식 (35)와 같다

T in-T

in

Δt=

1c aρ aV

(Q 1+Q 2+Q 3+Q 4)

(35)

여기서 Q 1은 구조체로부터의 열 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로부

터의 류열 달만을 고려하 으며 식(36)과 같다

Q 1= hintw sum

6

k= 1AkT si k

(36)

Q 2는 환기에 의한 열 달량을 나타내며 식(37)과 같다

Q 2= nV c aρ a(Tout-T in)

(37)

Q 3는 실내 수증기 발생량에 따른 실내 증발잠열량을 나타내며 식(38)과 같다

Q 3=HtimesGtimesVtimes1

3600 (38)

4 2 2 비 정 상 수증기량 해 석

- 24 -

그림 9 다층벽의 습기평형 차분계산 모델

그림 9는 다층벽의 습기평형 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이

에 있는 경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하며 구조체 내부 각 층의 습

기에 한 차분식은 식 (39)와 같다

cm-cm

Δt | m= 105(Δx L+Δ xR)

DwRΔx R

(cm+1 -c

m)-

DwLΔxL

(cm-c

m-1 )

(39)

외표면 경계조건(m=0)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계수

를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(40)과 같다

c so-cso

Δt |m= 0

=1

05ΔxL ( h outmw (c out-cso)-

DwLΔxL

(c so+1 -cso) )

(40)

내표면 경계조건(m=M)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계

수를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(41)과 같다

c si-c

si

Δt |m= M

=1

05ΔxR ( h inmw (c in-csi)-

DwRΔxR

(csi-1 -csi) )

(41)

- 25 -

실내 수증기량 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 습기 달계수 환

기에 의한 습기 달 실내 습기발생량을 고려하 으며 습기 평형식은 식(42)과

같다

c in-cin

Δt=

1V

(M 1+M 2+M 3)

(42)

여기서 M 1은 구조체로부터의 습기 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로

부터의 류습기 달만을 고려하 으며 식(43)과 같다

M 1= hinmw sum

6

k= 1Ak c si k

(43)

M 2는 환기에 의한 습기 달량을 나타내며 식(44)와 같다

M 2=nV (c out-c in)

(44)

M 3는 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 나타낸다

4 2 3 수치해 석 기본 가 정

본 수치 모델의 해석에 한 기본가정은 다음과 같다

(1) 벽체 지붕 바닥의 열 달 습기 달은 두께 방향의 1차원으로 보며 각

부 재료는 동일하다

(2) 실내공간을 단일 존으로 보고 실내온도와 수증기량은 치에 해 일정하

다고 본다

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 13: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 10 -

- 그 림 목차 -

[그림 1] 연구의 체 흐름도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 4

[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 5

[그림 3] 연 냉방도일 난방도일 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 6

[그림 4] 상 습도에 따른 재료의 함습량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 7

[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질 달 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 9

[그림 6] 물의 열 습기 수지 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 13

[그림 7] 모델 건물 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 18

[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 20

[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 22

[그림 10] 각 수직벽체의 일사량 계산 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 25

[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 26

[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 27

[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 28

[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 29

[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 30

[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 31

[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 32

[그림 18] 건물의 평면도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 33

[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 34

- 11 -

[그림 20] 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 35

[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 36

[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 37

[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 37

[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38

[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39

[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40

[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40

[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 41

[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 42

- 12 -

Nomenclature

A 벽체 면 []

C 비열 [JK]

c 수증기량 []

dt 계산 시간 간격

D 수증기 확산 계수 [s]

G 수증기 발생량 [h]

H 증발 잠열 [J]

h t 표면 열 달 계수 [WK]

hm 표면 습기 달 계수 [ms]

m 질량 []

n 환기횟수 [회h]

p 압력 [kPa]

R 기체상수 [ 8314times10-2 barkmolK]

S 일사량[W]

T 온도 [K]

V 체 []

Greek Letters

α 흡수율

β 형태계수

ε 방사율

λ 열 도율 [WmK]

ρ 도(kg)

σ b 스테 볼츠만 상수 (567times10-8WK4)

- 13 -

Δt 계산 시간간격 [s]

Superscript

air 공기

in 실내

out 외부

Subscript

1hellipm (외부면 부터)

in 실내

n 자연실온

out 외부

set 설정온도

si 내표면

sky 천공

so 외표면

w 벽체

- 1 -

제 1 장 서 론

1 1 연구 배 경 목

오늘날 사람들의 생활은 부분 실내 공간에서 이루어지기 때문에 실내 공

간의 쾌 한 환경에 한 심이 날로 높아지고 있다 실내 쾌 과 련된 환경

요소로는 온도 습도 기류 MRT 공기 질 소음 빛 등이 있으며 이 에서도

습도는 온도 공기 질과 같은 쾌 변수와 깊은 련이 있다고 할 수 있다 높은

습도는 건물 구성 재료의 부식과 같은 구조 문제를 야기하기 때문에 건물의

내구성을 제한하는 주요한 요소들 에 하나이며 건물 외피를 통한 습기 이동

은 미생물의 성장과 같은 실내 공기질의 악화를 래할 수 있다 기존의 연구에

서 Spengler at al(1991)은 상 습도 70 이상이면 곰팡이가 성장할 수 있다고

제시했다 한 건축물 외피의 단열성능에도 습기는 많은 향을 미치며 실내

열 환경 평가에서도 습기에 의해 쾌 감이 크게 변한다 결과 으로 실내에서

습기 문제를 해결하는 것은 건물의 내구성을 향상시키고 미생물과 곰팡이의 성

장을 제한하고 쾌 한 환경을 제공한다는 에서 반드시 필요하다

그 지만 이와 같이 실내의 쾌 요소로서 습기의 요성에도 불구하고 습

기와 련된 연구는 많이 부족한 것이 사실이다 그 이유로는 부분의 건물 외

피는 다공질의 재료로 이루어져 있기 때문에 습기 달 과정이 매우 복잡한 형

태로 이루어지며 재료의 물성치에 한 연구도 미흡하기 때문이다 한 습기

문제는 열 달 습기 달 공기유동 화학 생물학 반응과 같은 복합 인 요

소의 작용으로 일어나기 때문에 이것을 총체 으로 이해해야 하는 어려움이 있

건물에서 습기 문제는 일반 으로 높은 실내 습도 수 과 건물 외피를 통한

수분과 습기의 이동 건물 구조체 내middot외부 결로 상의 결과이다 따라서 습도

문제는 실내 온도와 습도 외기 기상조건 건물 외피 구조와 큰 련을 갖는다

고 할 수 있다 외기 기상 조건은 일정하기 때문에 기존의 건물에서 습기에 의

- 2 -

한 문제를 방하기 해서는 실내 온도와 습도를 조 하는 것이 필수 이라

할 수 있다

실내 습기 발생원으로는 크게 인체를 비롯하여 인간의 생활 활동에 수반되

어 발생하는 습기와 건물을 구성하고 있는 다공질의 벽체나 실내에 놓여 있는

각종 물체의 흡middot방습성에 의해 발생하는 습기로 나 수 있다 자의 경우에는

주거 공간에서 취사middot세탁middot목욕middot난방에 의한 것이고 후자의 경우는 다공질의 재

료가 주변 공기의 상 습도가 상승하면 수분을 흡수하고 상 습도가 감소하면

역으로 수분을 방습하는 것이다

본 연구에서는 자연 상태에서 건물의 자연 실온과 수증기량 변동을 측하

기 한 수학 모델링을 제시하고 실측값을 이용해 구조체의 흡습량과 방습량

에 의한 실내 수증기 발생량을 산정한 후 이를 통해 보다 정량 으로 자연 실

온과 수증기량을 측하고자 한다 한 이를 실제 사무소 건물에 용하여 모

델링의 타당성을 확인하고 자연 실온과 실내 수증기량 변동을 측함으로써 건

물에서의 습기 문제를 해결하는데 기 인 자료를 제공하고자 한다

1 2 연구 방 법 범

본 연구에서는 건물의 비공조시 즉 자연상태에서 자연실온과 수증기량 변

동을 측하기 한 수학 모델링을 제시하고 건물 재료의 흡middot방습에 따른 실

내 수증기 발생량을 통해 실내 발생 잠열을 고려한 보다 정량 인 자연실온과

실내 수증기량을 측하고자 한다 따라서 콘크리트 단일 건물 에서 측정한 자

연실온 값과 수증기량을 시뮬 이션 값과 비교 분석을 통해 시뮬 이션의 타

당성을 평가하 다 한 실제 건물에 용 가능성을 평가하기 해 실제 사무

소 건축물에서 측정과 시뮬 이션을 수행하 다 본 연구에서 분석한 건물은

공조가 이루어지지 않고 재실자가 없는 단순한 모델이며 실제 공조가 이루어

지고 재실자가 존재하는 건물에 한 분석은 차후 연구 범 로 설정하 다

- 3 -

연구 방법으로는 모델 건물의 자연실온과 수증기량에 한 수치계산을 실시

하기 해 수치해석 로그램을 작성하여 실제 상황을 시뮬 이션 하 다 이

때 일사 외기온도 풍속 상 습도 등의 기후요소에 한 값들은 실측 데이터

를 이용하 다 단 수직 벽면에 입사하는 일사량은 수평면 일사량을 직산분

리하여 계산하는 로그램을 작성했고 수증기량에 련된 값은 습공기 계산식

과 이상기체 방정식을 이용하여 구하 다 한 작성한 로그램에 한 타당

성을 분석하기 해 모델 건물에 한 실증 실험을 실시하고 그 결과를 비교

분석하 다

실증 실험을 통하여 작성한 로그램을 타당성을 검증하 다 그리고 자연

실온과 수증기량 측 로그램을 이용하여 실제 건물의 용 가능성을 평가하

기 해 사무소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값을 비교 분석하고 타당성을

평가하 다

- 4 -

본 연구의 진행을 한 흐름은 그림 1과 같다

그 림 1 연구의 체 흐 름 도

- 5 -

제 2 장 비 고 찰

2 1 자연실온

냉난방을 하지 않은 건물 자체의 단열 축열 성능으로써 외기 조건과 차

별된 실내온도를 형성하게 되며 이를 건물의 자연실온이라고 말할 수 있다

그림 2 자연실온과 난방 냉방부하

그림 2는 건물에 자연실온을 용한 냉난방 부하 계산 개념도이다 외기온도

와 실내 설정온도의 차이로 계산된 부하와 비교할 때 동계의 경우 부하가 감소

하고 하계의 경우는 증가함을 보이고 있다 이는 부하계산시 외기 온도와 실내

설정온도와의 차이가 아닌 자연실온과의 차이로써 계산해 주어야 보다 정확한

부하를 산정할 수 있음을 의미한다

자연실온 용의 효과에 해 건물의 기간부하 계산법인 냉난방도일법에서

도 쉽게 확인할 수 있다 냉난방도일은 실내설정온도와 외기온도와의 차이에

냉난방일수를 곱하여 계산한다 그림 3은 연 냉난방 도일을 나타내는 것으로

서 이를 근거로 부하 계산을 할 경우 과 한 설비 용량과 에 지 소비량이 추

정될 수 있는 것이다 이러한 결과가 발생하는 것은 건물 구조체의 열 성능에

- 6 -

의한 향으로 비공조시에도 실내온도와 외기온도는 지 않은 차이가 있기 때

문이다1)

그림 3 연 냉방도일 난방도일

2 2 습 기의 이론 고 찰

2 2 1 재 료 의 흡 middot 방 습 기능 (Moisture Storage F unction)

다공질의 건축 재료에서 물 분자는 주변 공기와 평형상태에 도달할 때까지

모세 상에 의해 재료의 공극에 채워진다 평형 함수율이란 고체 재료를 일

정한 온습도의 습한 공기 속에 장시간 놓아두고 주변 공기와 평형이 될 때의

재료의 함수율을 말하는데 재료의 흡middot방습 능력에 큰 향을 미치는 인자이다

평형 함수율은 온도와 습도에 의해 변하지만 상온의 범 (0~40)에서는 상

습도에 의해 결정되며 습도 역(30~70)에서는 거의 직선으로 간주할 수

있다

1) 윤성훈 2004건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학원 건축공학과

(계획 공) 2001 2

- 7 -

그림 4 상 습도에 따른 재료의 함습량

그림 4는 상 습도에 따른 재료의 함습량 곡선을 나타낸다 액체 상태의 물

에 하고 있는 재료내의 공극은 포화 wf까지 수분으로 채워질 것이다

이 수분양 wf는 상 습도 100에서 재료의 함습량이다 공극 내부에서 발

생하는 공기 때문에 다공률[]에 의해 결정되는 최 함습량 w max 값보

다 wf값은 다 wf

를 과하는 수분의 양은 벽체 내의 온도 구배에 의해 결

로를 발생시킬 수 있다

표 1 콘크리트 재료의 함습량

- 8 -

표 1은 상 습도에 따른 콘크리트 재료의 합습량을 나타낸다 상 습도가

증가함에 따라 재료의 함습량은 증가하는 것을 알 수 있다 여러 재료의 평형

함습량 곡선은 흡습과정과 방습과정에서 평형 함습량이 다른 경우가 있으며

이러한 상을 자기이력 상이라고 한다 그러나 흡습량과 방습량의 오차는

은 값이기 때문에 무시할 수 있다

상 습도[] 0 33 43 63 80 85 93 100

함습량[] 0 23 26 44 53 55 85 175

2 2 2 수분 달 계 수 (L iq uid Transport Coefficients)

다공질의 재료에서 습기 달 메커니즘은 모세 수분 달이지만 건축 재

료에서 수분 달을 확산 상으로 간주하는 것이 일반 이다 건축 재료에서

수분 메커니즘은 크게 두 가지로 나 수 있다

bull 흡입에 의한 수분 달 건축 재료가 강수로 인해 표면이 완 히 젖었을

때 모세 상에 의해 수분이 달된다

bull 확산에 의한 수분 달 공극에 축 된 수분은 강우가 멈췄을 때 확산에

의해 달된다

확산에 의한 수분 달은 천천히 이루어지기 때문에 확산에 의한 수분 달

계수는 일반 으로 흡입에 의한 수분 달 계수 값보다 다

다음 표2 표3은 콘크리트의 흡입과 확산에 의한 수분 달 계수를 나타낸

- 9 -

표 2 흡입에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 140 157 175

습기 달계수[s] 3times 10- 10 8times 10

- 9 2times 10- 8 3times 10

- 8 5times 10- 8 2times 10

- 7

표 3 확산에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 122 140 157 175

습기 달계수[s]2times

10- 11

2times

10- 10

25times

10- 10

13times

10- 9

72times

10- 9 2times 10 - 8 7times 10 - 8

2 2 3 물질 달 (Mass Transfer)

혼합물에서 어떤 화합물질의 농도 차이에 의해 물질이 이동하는 것을 물질

달이라고 한다 온도 기울기에 의해 열 달이 일어나는 것과 마찬가지로 물

질 달에서는 화학물질의 농도 기울기가 물질의 이동을 일으킨다 건조 공기로

수증기가 확산되는 것도 물질 달의 한 라고 할 수 있다

그림 5는 기체 혼합물의 확산에 의한 물질 달을 나타낸다 서로 다른 기체

가 같은 온도와 압력 상태에서 칸막이로 분리된 챔버를 고려해보자 칸막이가

제거된다면 기체는 확산에 의해 달될 것이다 더 큰 농도는 체 당 더 많은

분자수가 있다는 것을 의미한다 x축을 따라 기체 A의 농도가 감소하는 반면

기체 B의 농도는 증가할 것이다 물질 달은 농도 방향으로 일어나기 때문

에 기체 A는 오른편으로 기체 B는 왼편으로 이동할 것이다 충분한 시간이 경

과한 후에 A와 B의 농도는 균일해질 것이다

- 10 -

그림 5 혼합기체에서 확산에 의한 물질 달

물질 달은 기체에서 뿐만 아니라 액체와 고체에서도 일어난다 그러나

질 달은 분자 간격에 큰 향을 받기 때문에 확산은 기체 액체 고체의 순

서로 빠르게 일어난다

1 ) 물질 A의 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(1)과 같이 나

타낼 수 있다

ρ A=mAV

(1)

혼합물의 체 농도는 각각의 물질 농도를 합한 값과 같고 식(2)와 같이 나

타낼 수 있다

ρ= sumn

i=1ρ i (2)

혼합물에서 물질 A의 양은 mass fraction이며 식 (3)과 같이 나타낼 수 있다

- 11 -

wA=ρAρ

(3)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (4)와 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1wi=1 (4)

2) 물질 A의 몰 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(5)와 같이

나타낼 수 있다

c A=n AV

=m AM A

V=

ρ A

M A

(5)

혼합물의 체 몰 농도는 각각의 물질 몰 농도를 합한 값과 같고 식(6)와 같이

나타낼 수 있다

c= sumn

i=1c i

(6)

혼합물에서 물질 A의 양은 mole fraction이며 식 (7)과 같이 나타낼 수 있다

x i=c ic

(7)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (8)과 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1x i=1 (8)

- 12 -

3 ) 이상 기체 방 정 식

이상기체 혼합물에서 어떤 성분의 농도 와 몰 농도는 이상기체 법칙을 통해

그 성분의 부분 압력과 련된다 식(9)와 식(10)은 어떤 성분의 농도와 몰 농도

를 나타낸다

ρ i=p iR iT

(9)

Ci=p iRT

(10)

여기서 Ri는 물질 i의 기체 상수이고 R은 universal 기체 상수이다

4) F ick ` L aw

농도구배가 존재하는 계에서 물질은 분자의 움직임에 의한 확산속도를 갖

고 이때 발생하는 물질 달량은 농도구배(농도차거리)에 비례한다 식 (11)은

몰 달량를 식(12)는 도 달량를 나타낸다

J A z=-DABdcAdz

=- cDABdyAdz

(11)

j A z=-DABdρAdz

=-ρDABdwAdz

(12)

여기서 DAB는 혼합 물질에서 어떤 성분의 확산 계수를 나타내는데 차원은

다음과 같다

[ MoleL 2t ]= [ X ]

[ MoleL 3 ][ L ]

- 13 -

there4 [ X ]= [ L2

t ] 는 s

제 3 장

구조 체 실내 공 기의 열 습 기 평 형

3 1 건물의 열 수지 습 기 평 형

그림 6은 모델 건물의 열평형 방정식과 습기평형 방정식을 수립하기 한

개념도를 나타낸다 건물 외표면에는 일사의 유입과 외기와의 류 열 달

- 14 -

류 습기 달 천공과의 복사열교환 등이 작용하며 바닥에서는 지면으로부터의

열 도 습기 도가 일어나게 된다 내부에서는 실내공기와의 류 열 달

류 습기 달이 일어난다 한 인체 기기 발열 조명 발열 거주자 활동에

의한 수증기 발생이 존재하지만 비거주 공간을 상으로 삼았기 때문에 이에

한 부분은 고려하지 않았다

그림 6 건물의 열 습기 수지

3 2 구조 체 의 열 습 기 평 형식

자연실온 수증기량 해석을 한 건물 시스템은 크게 건물 벽체와 실내공

기로 나 어진다 수학 모델링의 과정은 다음과 같은 과정으로 일반화 된다

(1) 건물 외피에서 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (2) 건물 외피와 실

내 공기 사이에서의 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (3) 수치해석을

통해 경계조건으로 표 되는 외부 기상조건에 따른 비정상상태의 실내 자연실

온과 수증기량을 구한다

각 구조체의 1차원 열 달 방정식 습기 달 방정식 은 식 (13) 식 (14)

와 같다

- 15 -

ρw c pwpartTwpart t

=partpart x ( λw

partTwpartx ) (13)

part c wpart t

=partpartx (Dw

part c wpartx ) (14)

이질 재료의 층과 층 사이( x= n)에서 열과 습기 달은 다음과 같이 나타

낼 수 있다

λ1w

partT 1w

partx |x= n

=λ2w

partT 2w

partx |x= n

(15)

T1w | x= n=T

2w | x= n (16)

D1w

partc1w

partx |x= n

=D2w

partc2w

partx |x= n

(17)

c1w | x= n= c

2w | x= n (18)

구조체의 외표면 실내측에 한 경계조건은 다음과 같이 설정할 수 있다

λ wpartT w

partx |x= 0

=houttw (T out-T so)+αS+( 1+cosβ

2 ) σ ε(T sky4-T so

4)

(19)

λwpartTwpartx |

x= M=h intw (T in-T si)

(20)

- 16 -

Dwpart cwpart x |

x= 0=h

outmw (c out-c so) (21)

Dwpart cwpart x |

x= M=h

inmw (c in-c si) (22)

Lewis Relation은 외표면과 내표면 습기 달계수 houtmw h inmw

을 결정하기

하여 이용될 수 있다

h m=hT

ρ airCairp

(23)

3 3 실내 공 기의 열 습 기 평 형식

실내공기의 열평형식 습기 평형식은 각각 식(24) 식(25)와 같다

V ρ a c pad T in

d t=Q 1+Q 2+Q 3+Q 4

(24)

Q 1 벽체로부터의 열 달량[W]

Q 2 환기에 의한 열 달량[W]

Q 3 실내 수증기 증발 잠열량 [W]

Q 4 인체 조명 기기로부터의 발열량[W]

Vd c ind t

=M 1+M 2+M 3 (25)

M 1 벽체로부터의 수증기 달량 [kgs]

M 2 환기에 의한 수증기 달량 [kgs]

M 3 실내 수증기 발생량 [kgs]

- 17 -

식(24)는 실내 공기 온도에 한 열평형식으로 본 연구에서의 상 모델은

비거주 공간이므로 Q 4는 고려하지 않았다 한 재료의 흡middot방습에 의한 잠열

이 실내 온도에 미치는 향을 평가하기 해 Q 3를 고려한 경우와 Q 3

를 고려

하지 않은 경우로 나 어 분석하 다

식(25)는 실내 공기 수증기량에 한 습기평형식으로 M 3는 실내 수증기 발

생량을 나타내는데 이는 거주자의 취사 목욕 세탁 난방 등의 활동에 의한 수

증기 발생과 재료의 흡middot방습에의한 발생으로 크게 나 어 볼 수 있다 본 연구

에의 상 모델은 비거주 공간이므로 거주자의 활동에 의한 수증기 발생량은

고려하지 않고 재료의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량만을 분석하 다

3 4 실내 수증기 발 생 량

식(25)는 다음과 같이 표 할 수 있다

M 3=Vd c ind t

-M 1-M 2

(26)

실내 수증기 발생량 M 3를 구하기 해 시간에 따른 실내 수증기량의 미분

값인 dc indt

의 값을 구해야 한다 그러나 실내 수증기량의 직 미분은 미분값

이 불안정할 수 있다 수증기 발생원이 수증기를 방출할 때 발생량은 지수

으로 증가하고 방출을 멈췄을 때는 지수 으로 감소한다 Bennett et al은 포

름알데히드 측정을 하여 측정한 농도 데이터로부터 포르알데히드 방사량을

평가하기 하 로그램을 개발했다 Stirling interpolation polynomial fitting

이 오염물 농도를 미분하는데 이용된다 이와 유사한 방법을 이용하여 실내 수

증기량 c in은 Stirling interpolation polynomial fitting에 의해 미분된다

Stirling interpolation polynomial은 Gauss interpolation의 진과 후진의 평균

값으로 구한다

- 18 -

방정식에 다른 하나의 미지값은 건물 외피와 실내 공기와의 습기 달량인

비정상 습기 달량 M 1 값이다 기존의 연구에서 M 1

의 평균값은 003times 10- 6

[middotmiddots]으로 은 값이므로 실내 습기 발생량 M 3을 구하기 해 M 1

의 값은

0으로 가정한다

식 (27)은 실내 수증기 발생량을 구하기 해 측정한 수증기량 데이터를

Stirling polynomial 방법을 이용하여 미분하는 식을 나타낸다

[dc indt ]

t= t o

=1Δt (

Δc in-1+Δc in02

-16

Δ3c in-2+Δ

3c in-1

2

+130

Δ5c in-3+Δ

5c in-2

2+⋯) (27)

- 19 -

제 4 장

측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석

4 1 자연실온 수증기량 측정 실험

4 1 1 실험개 요

건물의 자연실온 수증기량 로그램의 타당성을 분석하기 하여 철근

콘크리트 건물에 측정 장비를 설치하고 실증 실험을 실시하 다 한 로그

램의 실제 건물 용 가능성을 평가하기 해 사무소 건물에서 실험을 실시하

다 철근 콘크리트 건물 모델은 주변과의 복사 향을 최소화하고 외부 건물

에 의한 일 의 향을 받지 않는 인천의 I 학교에 치하고 있다 사무소 건

물은 인천에 치하고 있으며 인 실의 향을 최소화하기 해 옥상의 독립

된 공간에서 실험을 실시하 다 실험 건물 모델은 거주 공간이 아니기 때문에

실내에서 발생되는 열과 수증기량은 0으로 간주된다 철근 콘크리트 건물 모델

에서 실험은 여름철인 2005년 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 고 사

무소 건물에서는 2005년 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시하 다

- 20 -

그림 7 모델 건물

4 1 2 측정 장 비

실험모델에 한 수평면 일사량 외기온도 상 습도 풍속 등의 기상 데이

터를 10분 간격으로 측정하 다 수평면 일사량 측정은 인천의 I 학교 옥상

에 설치된 자동 기상 측기 DAV16 를 사용하 다 수평면 일사량은 직산분

리 계산식을 사용하여 각 방 의 수직 벽면 일사량으로 환산되고 외기온도와

상 습도는 습공기 계산식을 통해 수증기량으로 환산된다

건물 모델 내부 공기 온도 상 습도 수증기량은 TH-CALC 8722 사용하여

10분 간격으로 측정하 다

4 1 3 모 델 건물

철근 콘크리트 건물 모델의 크기는 17mtimes17mtimes21m로 두께 015m의 단일

재료이고 방 는 정남향이다 표 4는 건물의 물성치를 나타낸다

- 21 -

표 4 건물의 물성치

열 도율 14 [WmK]

비열 880 [JkgK]

도 2100 [kg]

투습율 47 [ng(smPa)]

두께 015 [m]

4 2 비 정 상 자연실온 수증기량 해 석

4 2 1 비 정 상 자연실온 해 석

그림 8 다층벽의 열수지 차분계산 모델

그림 8은 다층벽의 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이에 있는

경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하면 경계면 m 에서의 계산식은

- 22 -

m-Δx L2~ m-Δx R2의 열용량이 m 에 집 하고 m-1~ m 사이와

m~ m+1 사이의 열 항을 각각 RL RR이라 하면 구조체 내부 각 층의 온

도에 한 차분식은 식 (28)과 같다

Tm-Tm

Δt | m= 105(CAPL+CAPR) 1

RR(T

m+1 -T

m)-

1RL

(Tm-T

m-1 )

(28)

여기서

CAPL= c L ρ LΔxL (29)

CAPR= c R ρ RΔxR (30)

RL=ΔxLλL

(31)

RR=

ΔxRλR

(32)

외표면 경계조건(m=0)은 일사 외기와의 류열 달 그리고 천공과의 복

사열 교환에 의한 유효복사량이며 식 (33)과 같다

+( 1+cosβ2 ) σ ε(T sky

4-(Tso )

4)-

1RL

(T so+1 -T

so))

(33)

내표면 경계조건(m=M)은 식 (34)와 같으며 각 벽체간의 온도 차이가 크지

않기 때문에 내부 복사열 교환은 생략하고 실내공기와의 류열 달만 있는

것으로 하 다

T si-Tsi

Δt |m= M

=1

05 C AP R (h intw (T si-T in)-

1R R

(T si-1-Tsi))

(34)

- 23 -

실내 공기온도 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 류열 달 환기

에 의한 열 달 잠열부하량을 고려하 으며 열 수지식은 식 (35)와 같다

T in-T

in

Δt=

1c aρ aV

(Q 1+Q 2+Q 3+Q 4)

(35)

여기서 Q 1은 구조체로부터의 열 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로부

터의 류열 달만을 고려하 으며 식(36)과 같다

Q 1= hintw sum

6

k= 1AkT si k

(36)

Q 2는 환기에 의한 열 달량을 나타내며 식(37)과 같다

Q 2= nV c aρ a(Tout-T in)

(37)

Q 3는 실내 수증기 발생량에 따른 실내 증발잠열량을 나타내며 식(38)과 같다

Q 3=HtimesGtimesVtimes1

3600 (38)

4 2 2 비 정 상 수증기량 해 석

- 24 -

그림 9 다층벽의 습기평형 차분계산 모델

그림 9는 다층벽의 습기평형 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이

에 있는 경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하며 구조체 내부 각 층의 습

기에 한 차분식은 식 (39)와 같다

cm-cm

Δt | m= 105(Δx L+Δ xR)

DwRΔx R

(cm+1 -c

m)-

DwLΔxL

(cm-c

m-1 )

(39)

외표면 경계조건(m=0)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계수

를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(40)과 같다

c so-cso

Δt |m= 0

=1

05ΔxL ( h outmw (c out-cso)-

DwLΔxL

(c so+1 -cso) )

(40)

내표면 경계조건(m=M)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계

수를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(41)과 같다

c si-c

si

Δt |m= M

=1

05ΔxR ( h inmw (c in-csi)-

DwRΔxR

(csi-1 -csi) )

(41)

- 25 -

실내 수증기량 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 습기 달계수 환

기에 의한 습기 달 실내 습기발생량을 고려하 으며 습기 평형식은 식(42)과

같다

c in-cin

Δt=

1V

(M 1+M 2+M 3)

(42)

여기서 M 1은 구조체로부터의 습기 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로

부터의 류습기 달만을 고려하 으며 식(43)과 같다

M 1= hinmw sum

6

k= 1Ak c si k

(43)

M 2는 환기에 의한 습기 달량을 나타내며 식(44)와 같다

M 2=nV (c out-c in)

(44)

M 3는 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 나타낸다

4 2 3 수치해 석 기본 가 정

본 수치 모델의 해석에 한 기본가정은 다음과 같다

(1) 벽체 지붕 바닥의 열 달 습기 달은 두께 방향의 1차원으로 보며 각

부 재료는 동일하다

(2) 실내공간을 단일 존으로 보고 실내온도와 수증기량은 치에 해 일정하

다고 본다

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 14: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 11 -

[그림 20] 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 35

[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 36

[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 37

[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 37

[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 38

[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 39

[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40

[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 40

[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 41

[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 42

- 12 -

Nomenclature

A 벽체 면 []

C 비열 [JK]

c 수증기량 []

dt 계산 시간 간격

D 수증기 확산 계수 [s]

G 수증기 발생량 [h]

H 증발 잠열 [J]

h t 표면 열 달 계수 [WK]

hm 표면 습기 달 계수 [ms]

m 질량 []

n 환기횟수 [회h]

p 압력 [kPa]

R 기체상수 [ 8314times10-2 barkmolK]

S 일사량[W]

T 온도 [K]

V 체 []

Greek Letters

α 흡수율

β 형태계수

ε 방사율

λ 열 도율 [WmK]

ρ 도(kg)

σ b 스테 볼츠만 상수 (567times10-8WK4)

- 13 -

Δt 계산 시간간격 [s]

Superscript

air 공기

in 실내

out 외부

Subscript

1hellipm (외부면 부터)

in 실내

n 자연실온

out 외부

set 설정온도

si 내표면

sky 천공

so 외표면

w 벽체

- 1 -

제 1 장 서 론

1 1 연구 배 경 목

오늘날 사람들의 생활은 부분 실내 공간에서 이루어지기 때문에 실내 공

간의 쾌 한 환경에 한 심이 날로 높아지고 있다 실내 쾌 과 련된 환경

요소로는 온도 습도 기류 MRT 공기 질 소음 빛 등이 있으며 이 에서도

습도는 온도 공기 질과 같은 쾌 변수와 깊은 련이 있다고 할 수 있다 높은

습도는 건물 구성 재료의 부식과 같은 구조 문제를 야기하기 때문에 건물의

내구성을 제한하는 주요한 요소들 에 하나이며 건물 외피를 통한 습기 이동

은 미생물의 성장과 같은 실내 공기질의 악화를 래할 수 있다 기존의 연구에

서 Spengler at al(1991)은 상 습도 70 이상이면 곰팡이가 성장할 수 있다고

제시했다 한 건축물 외피의 단열성능에도 습기는 많은 향을 미치며 실내

열 환경 평가에서도 습기에 의해 쾌 감이 크게 변한다 결과 으로 실내에서

습기 문제를 해결하는 것은 건물의 내구성을 향상시키고 미생물과 곰팡이의 성

장을 제한하고 쾌 한 환경을 제공한다는 에서 반드시 필요하다

그 지만 이와 같이 실내의 쾌 요소로서 습기의 요성에도 불구하고 습

기와 련된 연구는 많이 부족한 것이 사실이다 그 이유로는 부분의 건물 외

피는 다공질의 재료로 이루어져 있기 때문에 습기 달 과정이 매우 복잡한 형

태로 이루어지며 재료의 물성치에 한 연구도 미흡하기 때문이다 한 습기

문제는 열 달 습기 달 공기유동 화학 생물학 반응과 같은 복합 인 요

소의 작용으로 일어나기 때문에 이것을 총체 으로 이해해야 하는 어려움이 있

건물에서 습기 문제는 일반 으로 높은 실내 습도 수 과 건물 외피를 통한

수분과 습기의 이동 건물 구조체 내middot외부 결로 상의 결과이다 따라서 습도

문제는 실내 온도와 습도 외기 기상조건 건물 외피 구조와 큰 련을 갖는다

고 할 수 있다 외기 기상 조건은 일정하기 때문에 기존의 건물에서 습기에 의

- 2 -

한 문제를 방하기 해서는 실내 온도와 습도를 조 하는 것이 필수 이라

할 수 있다

실내 습기 발생원으로는 크게 인체를 비롯하여 인간의 생활 활동에 수반되

어 발생하는 습기와 건물을 구성하고 있는 다공질의 벽체나 실내에 놓여 있는

각종 물체의 흡middot방습성에 의해 발생하는 습기로 나 수 있다 자의 경우에는

주거 공간에서 취사middot세탁middot목욕middot난방에 의한 것이고 후자의 경우는 다공질의 재

료가 주변 공기의 상 습도가 상승하면 수분을 흡수하고 상 습도가 감소하면

역으로 수분을 방습하는 것이다

본 연구에서는 자연 상태에서 건물의 자연 실온과 수증기량 변동을 측하

기 한 수학 모델링을 제시하고 실측값을 이용해 구조체의 흡습량과 방습량

에 의한 실내 수증기 발생량을 산정한 후 이를 통해 보다 정량 으로 자연 실

온과 수증기량을 측하고자 한다 한 이를 실제 사무소 건물에 용하여 모

델링의 타당성을 확인하고 자연 실온과 실내 수증기량 변동을 측함으로써 건

물에서의 습기 문제를 해결하는데 기 인 자료를 제공하고자 한다

1 2 연구 방 법 범

본 연구에서는 건물의 비공조시 즉 자연상태에서 자연실온과 수증기량 변

동을 측하기 한 수학 모델링을 제시하고 건물 재료의 흡middot방습에 따른 실

내 수증기 발생량을 통해 실내 발생 잠열을 고려한 보다 정량 인 자연실온과

실내 수증기량을 측하고자 한다 따라서 콘크리트 단일 건물 에서 측정한 자

연실온 값과 수증기량을 시뮬 이션 값과 비교 분석을 통해 시뮬 이션의 타

당성을 평가하 다 한 실제 건물에 용 가능성을 평가하기 해 실제 사무

소 건축물에서 측정과 시뮬 이션을 수행하 다 본 연구에서 분석한 건물은

공조가 이루어지지 않고 재실자가 없는 단순한 모델이며 실제 공조가 이루어

지고 재실자가 존재하는 건물에 한 분석은 차후 연구 범 로 설정하 다

- 3 -

연구 방법으로는 모델 건물의 자연실온과 수증기량에 한 수치계산을 실시

하기 해 수치해석 로그램을 작성하여 실제 상황을 시뮬 이션 하 다 이

때 일사 외기온도 풍속 상 습도 등의 기후요소에 한 값들은 실측 데이터

를 이용하 다 단 수직 벽면에 입사하는 일사량은 수평면 일사량을 직산분

리하여 계산하는 로그램을 작성했고 수증기량에 련된 값은 습공기 계산식

과 이상기체 방정식을 이용하여 구하 다 한 작성한 로그램에 한 타당

성을 분석하기 해 모델 건물에 한 실증 실험을 실시하고 그 결과를 비교

분석하 다

실증 실험을 통하여 작성한 로그램을 타당성을 검증하 다 그리고 자연

실온과 수증기량 측 로그램을 이용하여 실제 건물의 용 가능성을 평가하

기 해 사무소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값을 비교 분석하고 타당성을

평가하 다

- 4 -

본 연구의 진행을 한 흐름은 그림 1과 같다

그 림 1 연구의 체 흐 름 도

- 5 -

제 2 장 비 고 찰

2 1 자연실온

냉난방을 하지 않은 건물 자체의 단열 축열 성능으로써 외기 조건과 차

별된 실내온도를 형성하게 되며 이를 건물의 자연실온이라고 말할 수 있다

그림 2 자연실온과 난방 냉방부하

그림 2는 건물에 자연실온을 용한 냉난방 부하 계산 개념도이다 외기온도

와 실내 설정온도의 차이로 계산된 부하와 비교할 때 동계의 경우 부하가 감소

하고 하계의 경우는 증가함을 보이고 있다 이는 부하계산시 외기 온도와 실내

설정온도와의 차이가 아닌 자연실온과의 차이로써 계산해 주어야 보다 정확한

부하를 산정할 수 있음을 의미한다

자연실온 용의 효과에 해 건물의 기간부하 계산법인 냉난방도일법에서

도 쉽게 확인할 수 있다 냉난방도일은 실내설정온도와 외기온도와의 차이에

냉난방일수를 곱하여 계산한다 그림 3은 연 냉난방 도일을 나타내는 것으로

서 이를 근거로 부하 계산을 할 경우 과 한 설비 용량과 에 지 소비량이 추

정될 수 있는 것이다 이러한 결과가 발생하는 것은 건물 구조체의 열 성능에

- 6 -

의한 향으로 비공조시에도 실내온도와 외기온도는 지 않은 차이가 있기 때

문이다1)

그림 3 연 냉방도일 난방도일

2 2 습 기의 이론 고 찰

2 2 1 재 료 의 흡 middot 방 습 기능 (Moisture Storage F unction)

다공질의 건축 재료에서 물 분자는 주변 공기와 평형상태에 도달할 때까지

모세 상에 의해 재료의 공극에 채워진다 평형 함수율이란 고체 재료를 일

정한 온습도의 습한 공기 속에 장시간 놓아두고 주변 공기와 평형이 될 때의

재료의 함수율을 말하는데 재료의 흡middot방습 능력에 큰 향을 미치는 인자이다

평형 함수율은 온도와 습도에 의해 변하지만 상온의 범 (0~40)에서는 상

습도에 의해 결정되며 습도 역(30~70)에서는 거의 직선으로 간주할 수

있다

1) 윤성훈 2004건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학원 건축공학과

(계획 공) 2001 2

- 7 -

그림 4 상 습도에 따른 재료의 함습량

그림 4는 상 습도에 따른 재료의 함습량 곡선을 나타낸다 액체 상태의 물

에 하고 있는 재료내의 공극은 포화 wf까지 수분으로 채워질 것이다

이 수분양 wf는 상 습도 100에서 재료의 함습량이다 공극 내부에서 발

생하는 공기 때문에 다공률[]에 의해 결정되는 최 함습량 w max 값보

다 wf값은 다 wf

를 과하는 수분의 양은 벽체 내의 온도 구배에 의해 결

로를 발생시킬 수 있다

표 1 콘크리트 재료의 함습량

- 8 -

표 1은 상 습도에 따른 콘크리트 재료의 합습량을 나타낸다 상 습도가

증가함에 따라 재료의 함습량은 증가하는 것을 알 수 있다 여러 재료의 평형

함습량 곡선은 흡습과정과 방습과정에서 평형 함습량이 다른 경우가 있으며

이러한 상을 자기이력 상이라고 한다 그러나 흡습량과 방습량의 오차는

은 값이기 때문에 무시할 수 있다

상 습도[] 0 33 43 63 80 85 93 100

함습량[] 0 23 26 44 53 55 85 175

2 2 2 수분 달 계 수 (L iq uid Transport Coefficients)

다공질의 재료에서 습기 달 메커니즘은 모세 수분 달이지만 건축 재

료에서 수분 달을 확산 상으로 간주하는 것이 일반 이다 건축 재료에서

수분 메커니즘은 크게 두 가지로 나 수 있다

bull 흡입에 의한 수분 달 건축 재료가 강수로 인해 표면이 완 히 젖었을

때 모세 상에 의해 수분이 달된다

bull 확산에 의한 수분 달 공극에 축 된 수분은 강우가 멈췄을 때 확산에

의해 달된다

확산에 의한 수분 달은 천천히 이루어지기 때문에 확산에 의한 수분 달

계수는 일반 으로 흡입에 의한 수분 달 계수 값보다 다

다음 표2 표3은 콘크리트의 흡입과 확산에 의한 수분 달 계수를 나타낸

- 9 -

표 2 흡입에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 140 157 175

습기 달계수[s] 3times 10- 10 8times 10

- 9 2times 10- 8 3times 10

- 8 5times 10- 8 2times 10

- 7

표 3 확산에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 122 140 157 175

습기 달계수[s]2times

10- 11

2times

10- 10

25times

10- 10

13times

10- 9

72times

10- 9 2times 10 - 8 7times 10 - 8

2 2 3 물질 달 (Mass Transfer)

혼합물에서 어떤 화합물질의 농도 차이에 의해 물질이 이동하는 것을 물질

달이라고 한다 온도 기울기에 의해 열 달이 일어나는 것과 마찬가지로 물

질 달에서는 화학물질의 농도 기울기가 물질의 이동을 일으킨다 건조 공기로

수증기가 확산되는 것도 물질 달의 한 라고 할 수 있다

그림 5는 기체 혼합물의 확산에 의한 물질 달을 나타낸다 서로 다른 기체

가 같은 온도와 압력 상태에서 칸막이로 분리된 챔버를 고려해보자 칸막이가

제거된다면 기체는 확산에 의해 달될 것이다 더 큰 농도는 체 당 더 많은

분자수가 있다는 것을 의미한다 x축을 따라 기체 A의 농도가 감소하는 반면

기체 B의 농도는 증가할 것이다 물질 달은 농도 방향으로 일어나기 때문

에 기체 A는 오른편으로 기체 B는 왼편으로 이동할 것이다 충분한 시간이 경

과한 후에 A와 B의 농도는 균일해질 것이다

- 10 -

그림 5 혼합기체에서 확산에 의한 물질 달

물질 달은 기체에서 뿐만 아니라 액체와 고체에서도 일어난다 그러나

질 달은 분자 간격에 큰 향을 받기 때문에 확산은 기체 액체 고체의 순

서로 빠르게 일어난다

1 ) 물질 A의 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(1)과 같이 나

타낼 수 있다

ρ A=mAV

(1)

혼합물의 체 농도는 각각의 물질 농도를 합한 값과 같고 식(2)와 같이 나

타낼 수 있다

ρ= sumn

i=1ρ i (2)

혼합물에서 물질 A의 양은 mass fraction이며 식 (3)과 같이 나타낼 수 있다

- 11 -

wA=ρAρ

(3)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (4)와 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1wi=1 (4)

2) 물질 A의 몰 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(5)와 같이

나타낼 수 있다

c A=n AV

=m AM A

V=

ρ A

M A

(5)

혼합물의 체 몰 농도는 각각의 물질 몰 농도를 합한 값과 같고 식(6)와 같이

나타낼 수 있다

c= sumn

i=1c i

(6)

혼합물에서 물질 A의 양은 mole fraction이며 식 (7)과 같이 나타낼 수 있다

x i=c ic

(7)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (8)과 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1x i=1 (8)

- 12 -

3 ) 이상 기체 방 정 식

이상기체 혼합물에서 어떤 성분의 농도 와 몰 농도는 이상기체 법칙을 통해

그 성분의 부분 압력과 련된다 식(9)와 식(10)은 어떤 성분의 농도와 몰 농도

를 나타낸다

ρ i=p iR iT

(9)

Ci=p iRT

(10)

여기서 Ri는 물질 i의 기체 상수이고 R은 universal 기체 상수이다

4) F ick ` L aw

농도구배가 존재하는 계에서 물질은 분자의 움직임에 의한 확산속도를 갖

고 이때 발생하는 물질 달량은 농도구배(농도차거리)에 비례한다 식 (11)은

몰 달량를 식(12)는 도 달량를 나타낸다

J A z=-DABdcAdz

=- cDABdyAdz

(11)

j A z=-DABdρAdz

=-ρDABdwAdz

(12)

여기서 DAB는 혼합 물질에서 어떤 성분의 확산 계수를 나타내는데 차원은

다음과 같다

[ MoleL 2t ]= [ X ]

[ MoleL 3 ][ L ]

- 13 -

there4 [ X ]= [ L2

t ] 는 s

제 3 장

구조 체 실내 공 기의 열 습 기 평 형

3 1 건물의 열 수지 습 기 평 형

그림 6은 모델 건물의 열평형 방정식과 습기평형 방정식을 수립하기 한

개념도를 나타낸다 건물 외표면에는 일사의 유입과 외기와의 류 열 달

- 14 -

류 습기 달 천공과의 복사열교환 등이 작용하며 바닥에서는 지면으로부터의

열 도 습기 도가 일어나게 된다 내부에서는 실내공기와의 류 열 달

류 습기 달이 일어난다 한 인체 기기 발열 조명 발열 거주자 활동에

의한 수증기 발생이 존재하지만 비거주 공간을 상으로 삼았기 때문에 이에

한 부분은 고려하지 않았다

그림 6 건물의 열 습기 수지

3 2 구조 체 의 열 습 기 평 형식

자연실온 수증기량 해석을 한 건물 시스템은 크게 건물 벽체와 실내공

기로 나 어진다 수학 모델링의 과정은 다음과 같은 과정으로 일반화 된다

(1) 건물 외피에서 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (2) 건물 외피와 실

내 공기 사이에서의 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (3) 수치해석을

통해 경계조건으로 표 되는 외부 기상조건에 따른 비정상상태의 실내 자연실

온과 수증기량을 구한다

각 구조체의 1차원 열 달 방정식 습기 달 방정식 은 식 (13) 식 (14)

와 같다

- 15 -

ρw c pwpartTwpart t

=partpart x ( λw

partTwpartx ) (13)

part c wpart t

=partpartx (Dw

part c wpartx ) (14)

이질 재료의 층과 층 사이( x= n)에서 열과 습기 달은 다음과 같이 나타

낼 수 있다

λ1w

partT 1w

partx |x= n

=λ2w

partT 2w

partx |x= n

(15)

T1w | x= n=T

2w | x= n (16)

D1w

partc1w

partx |x= n

=D2w

partc2w

partx |x= n

(17)

c1w | x= n= c

2w | x= n (18)

구조체의 외표면 실내측에 한 경계조건은 다음과 같이 설정할 수 있다

λ wpartT w

partx |x= 0

=houttw (T out-T so)+αS+( 1+cosβ

2 ) σ ε(T sky4-T so

4)

(19)

λwpartTwpartx |

x= M=h intw (T in-T si)

(20)

- 16 -

Dwpart cwpart x |

x= 0=h

outmw (c out-c so) (21)

Dwpart cwpart x |

x= M=h

inmw (c in-c si) (22)

Lewis Relation은 외표면과 내표면 습기 달계수 houtmw h inmw

을 결정하기

하여 이용될 수 있다

h m=hT

ρ airCairp

(23)

3 3 실내 공 기의 열 습 기 평 형식

실내공기의 열평형식 습기 평형식은 각각 식(24) 식(25)와 같다

V ρ a c pad T in

d t=Q 1+Q 2+Q 3+Q 4

(24)

Q 1 벽체로부터의 열 달량[W]

Q 2 환기에 의한 열 달량[W]

Q 3 실내 수증기 증발 잠열량 [W]

Q 4 인체 조명 기기로부터의 발열량[W]

Vd c ind t

=M 1+M 2+M 3 (25)

M 1 벽체로부터의 수증기 달량 [kgs]

M 2 환기에 의한 수증기 달량 [kgs]

M 3 실내 수증기 발생량 [kgs]

- 17 -

식(24)는 실내 공기 온도에 한 열평형식으로 본 연구에서의 상 모델은

비거주 공간이므로 Q 4는 고려하지 않았다 한 재료의 흡middot방습에 의한 잠열

이 실내 온도에 미치는 향을 평가하기 해 Q 3를 고려한 경우와 Q 3

를 고려

하지 않은 경우로 나 어 분석하 다

식(25)는 실내 공기 수증기량에 한 습기평형식으로 M 3는 실내 수증기 발

생량을 나타내는데 이는 거주자의 취사 목욕 세탁 난방 등의 활동에 의한 수

증기 발생과 재료의 흡middot방습에의한 발생으로 크게 나 어 볼 수 있다 본 연구

에의 상 모델은 비거주 공간이므로 거주자의 활동에 의한 수증기 발생량은

고려하지 않고 재료의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량만을 분석하 다

3 4 실내 수증기 발 생 량

식(25)는 다음과 같이 표 할 수 있다

M 3=Vd c ind t

-M 1-M 2

(26)

실내 수증기 발생량 M 3를 구하기 해 시간에 따른 실내 수증기량의 미분

값인 dc indt

의 값을 구해야 한다 그러나 실내 수증기량의 직 미분은 미분값

이 불안정할 수 있다 수증기 발생원이 수증기를 방출할 때 발생량은 지수

으로 증가하고 방출을 멈췄을 때는 지수 으로 감소한다 Bennett et al은 포

름알데히드 측정을 하여 측정한 농도 데이터로부터 포르알데히드 방사량을

평가하기 하 로그램을 개발했다 Stirling interpolation polynomial fitting

이 오염물 농도를 미분하는데 이용된다 이와 유사한 방법을 이용하여 실내 수

증기량 c in은 Stirling interpolation polynomial fitting에 의해 미분된다

Stirling interpolation polynomial은 Gauss interpolation의 진과 후진의 평균

값으로 구한다

- 18 -

방정식에 다른 하나의 미지값은 건물 외피와 실내 공기와의 습기 달량인

비정상 습기 달량 M 1 값이다 기존의 연구에서 M 1

의 평균값은 003times 10- 6

[middotmiddots]으로 은 값이므로 실내 습기 발생량 M 3을 구하기 해 M 1

의 값은

0으로 가정한다

식 (27)은 실내 수증기 발생량을 구하기 해 측정한 수증기량 데이터를

Stirling polynomial 방법을 이용하여 미분하는 식을 나타낸다

[dc indt ]

t= t o

=1Δt (

Δc in-1+Δc in02

-16

Δ3c in-2+Δ

3c in-1

2

+130

Δ5c in-3+Δ

5c in-2

2+⋯) (27)

- 19 -

제 4 장

측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석

4 1 자연실온 수증기량 측정 실험

4 1 1 실험개 요

건물의 자연실온 수증기량 로그램의 타당성을 분석하기 하여 철근

콘크리트 건물에 측정 장비를 설치하고 실증 실험을 실시하 다 한 로그

램의 실제 건물 용 가능성을 평가하기 해 사무소 건물에서 실험을 실시하

다 철근 콘크리트 건물 모델은 주변과의 복사 향을 최소화하고 외부 건물

에 의한 일 의 향을 받지 않는 인천의 I 학교에 치하고 있다 사무소 건

물은 인천에 치하고 있으며 인 실의 향을 최소화하기 해 옥상의 독립

된 공간에서 실험을 실시하 다 실험 건물 모델은 거주 공간이 아니기 때문에

실내에서 발생되는 열과 수증기량은 0으로 간주된다 철근 콘크리트 건물 모델

에서 실험은 여름철인 2005년 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 고 사

무소 건물에서는 2005년 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시하 다

- 20 -

그림 7 모델 건물

4 1 2 측정 장 비

실험모델에 한 수평면 일사량 외기온도 상 습도 풍속 등의 기상 데이

터를 10분 간격으로 측정하 다 수평면 일사량 측정은 인천의 I 학교 옥상

에 설치된 자동 기상 측기 DAV16 를 사용하 다 수평면 일사량은 직산분

리 계산식을 사용하여 각 방 의 수직 벽면 일사량으로 환산되고 외기온도와

상 습도는 습공기 계산식을 통해 수증기량으로 환산된다

건물 모델 내부 공기 온도 상 습도 수증기량은 TH-CALC 8722 사용하여

10분 간격으로 측정하 다

4 1 3 모 델 건물

철근 콘크리트 건물 모델의 크기는 17mtimes17mtimes21m로 두께 015m의 단일

재료이고 방 는 정남향이다 표 4는 건물의 물성치를 나타낸다

- 21 -

표 4 건물의 물성치

열 도율 14 [WmK]

비열 880 [JkgK]

도 2100 [kg]

투습율 47 [ng(smPa)]

두께 015 [m]

4 2 비 정 상 자연실온 수증기량 해 석

4 2 1 비 정 상 자연실온 해 석

그림 8 다층벽의 열수지 차분계산 모델

그림 8은 다층벽의 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이에 있는

경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하면 경계면 m 에서의 계산식은

- 22 -

m-Δx L2~ m-Δx R2의 열용량이 m 에 집 하고 m-1~ m 사이와

m~ m+1 사이의 열 항을 각각 RL RR이라 하면 구조체 내부 각 층의 온

도에 한 차분식은 식 (28)과 같다

Tm-Tm

Δt | m= 105(CAPL+CAPR) 1

RR(T

m+1 -T

m)-

1RL

(Tm-T

m-1 )

(28)

여기서

CAPL= c L ρ LΔxL (29)

CAPR= c R ρ RΔxR (30)

RL=ΔxLλL

(31)

RR=

ΔxRλR

(32)

외표면 경계조건(m=0)은 일사 외기와의 류열 달 그리고 천공과의 복

사열 교환에 의한 유효복사량이며 식 (33)과 같다

+( 1+cosβ2 ) σ ε(T sky

4-(Tso )

4)-

1RL

(T so+1 -T

so))

(33)

내표면 경계조건(m=M)은 식 (34)와 같으며 각 벽체간의 온도 차이가 크지

않기 때문에 내부 복사열 교환은 생략하고 실내공기와의 류열 달만 있는

것으로 하 다

T si-Tsi

Δt |m= M

=1

05 C AP R (h intw (T si-T in)-

1R R

(T si-1-Tsi))

(34)

- 23 -

실내 공기온도 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 류열 달 환기

에 의한 열 달 잠열부하량을 고려하 으며 열 수지식은 식 (35)와 같다

T in-T

in

Δt=

1c aρ aV

(Q 1+Q 2+Q 3+Q 4)

(35)

여기서 Q 1은 구조체로부터의 열 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로부

터의 류열 달만을 고려하 으며 식(36)과 같다

Q 1= hintw sum

6

k= 1AkT si k

(36)

Q 2는 환기에 의한 열 달량을 나타내며 식(37)과 같다

Q 2= nV c aρ a(Tout-T in)

(37)

Q 3는 실내 수증기 발생량에 따른 실내 증발잠열량을 나타내며 식(38)과 같다

Q 3=HtimesGtimesVtimes1

3600 (38)

4 2 2 비 정 상 수증기량 해 석

- 24 -

그림 9 다층벽의 습기평형 차분계산 모델

그림 9는 다층벽의 습기평형 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이

에 있는 경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하며 구조체 내부 각 층의 습

기에 한 차분식은 식 (39)와 같다

cm-cm

Δt | m= 105(Δx L+Δ xR)

DwRΔx R

(cm+1 -c

m)-

DwLΔxL

(cm-c

m-1 )

(39)

외표면 경계조건(m=0)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계수

를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(40)과 같다

c so-cso

Δt |m= 0

=1

05ΔxL ( h outmw (c out-cso)-

DwLΔxL

(c so+1 -cso) )

(40)

내표면 경계조건(m=M)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계

수를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(41)과 같다

c si-c

si

Δt |m= M

=1

05ΔxR ( h inmw (c in-csi)-

DwRΔxR

(csi-1 -csi) )

(41)

- 25 -

실내 수증기량 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 습기 달계수 환

기에 의한 습기 달 실내 습기발생량을 고려하 으며 습기 평형식은 식(42)과

같다

c in-cin

Δt=

1V

(M 1+M 2+M 3)

(42)

여기서 M 1은 구조체로부터의 습기 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로

부터의 류습기 달만을 고려하 으며 식(43)과 같다

M 1= hinmw sum

6

k= 1Ak c si k

(43)

M 2는 환기에 의한 습기 달량을 나타내며 식(44)와 같다

M 2=nV (c out-c in)

(44)

M 3는 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 나타낸다

4 2 3 수치해 석 기본 가 정

본 수치 모델의 해석에 한 기본가정은 다음과 같다

(1) 벽체 지붕 바닥의 열 달 습기 달은 두께 방향의 1차원으로 보며 각

부 재료는 동일하다

(2) 실내공간을 단일 존으로 보고 실내온도와 수증기량은 치에 해 일정하

다고 본다

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 15: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 12 -

Nomenclature

A 벽체 면 []

C 비열 [JK]

c 수증기량 []

dt 계산 시간 간격

D 수증기 확산 계수 [s]

G 수증기 발생량 [h]

H 증발 잠열 [J]

h t 표면 열 달 계수 [WK]

hm 표면 습기 달 계수 [ms]

m 질량 []

n 환기횟수 [회h]

p 압력 [kPa]

R 기체상수 [ 8314times10-2 barkmolK]

S 일사량[W]

T 온도 [K]

V 체 []

Greek Letters

α 흡수율

β 형태계수

ε 방사율

λ 열 도율 [WmK]

ρ 도(kg)

σ b 스테 볼츠만 상수 (567times10-8WK4)

- 13 -

Δt 계산 시간간격 [s]

Superscript

air 공기

in 실내

out 외부

Subscript

1hellipm (외부면 부터)

in 실내

n 자연실온

out 외부

set 설정온도

si 내표면

sky 천공

so 외표면

w 벽체

- 1 -

제 1 장 서 론

1 1 연구 배 경 목

오늘날 사람들의 생활은 부분 실내 공간에서 이루어지기 때문에 실내 공

간의 쾌 한 환경에 한 심이 날로 높아지고 있다 실내 쾌 과 련된 환경

요소로는 온도 습도 기류 MRT 공기 질 소음 빛 등이 있으며 이 에서도

습도는 온도 공기 질과 같은 쾌 변수와 깊은 련이 있다고 할 수 있다 높은

습도는 건물 구성 재료의 부식과 같은 구조 문제를 야기하기 때문에 건물의

내구성을 제한하는 주요한 요소들 에 하나이며 건물 외피를 통한 습기 이동

은 미생물의 성장과 같은 실내 공기질의 악화를 래할 수 있다 기존의 연구에

서 Spengler at al(1991)은 상 습도 70 이상이면 곰팡이가 성장할 수 있다고

제시했다 한 건축물 외피의 단열성능에도 습기는 많은 향을 미치며 실내

열 환경 평가에서도 습기에 의해 쾌 감이 크게 변한다 결과 으로 실내에서

습기 문제를 해결하는 것은 건물의 내구성을 향상시키고 미생물과 곰팡이의 성

장을 제한하고 쾌 한 환경을 제공한다는 에서 반드시 필요하다

그 지만 이와 같이 실내의 쾌 요소로서 습기의 요성에도 불구하고 습

기와 련된 연구는 많이 부족한 것이 사실이다 그 이유로는 부분의 건물 외

피는 다공질의 재료로 이루어져 있기 때문에 습기 달 과정이 매우 복잡한 형

태로 이루어지며 재료의 물성치에 한 연구도 미흡하기 때문이다 한 습기

문제는 열 달 습기 달 공기유동 화학 생물학 반응과 같은 복합 인 요

소의 작용으로 일어나기 때문에 이것을 총체 으로 이해해야 하는 어려움이 있

건물에서 습기 문제는 일반 으로 높은 실내 습도 수 과 건물 외피를 통한

수분과 습기의 이동 건물 구조체 내middot외부 결로 상의 결과이다 따라서 습도

문제는 실내 온도와 습도 외기 기상조건 건물 외피 구조와 큰 련을 갖는다

고 할 수 있다 외기 기상 조건은 일정하기 때문에 기존의 건물에서 습기에 의

- 2 -

한 문제를 방하기 해서는 실내 온도와 습도를 조 하는 것이 필수 이라

할 수 있다

실내 습기 발생원으로는 크게 인체를 비롯하여 인간의 생활 활동에 수반되

어 발생하는 습기와 건물을 구성하고 있는 다공질의 벽체나 실내에 놓여 있는

각종 물체의 흡middot방습성에 의해 발생하는 습기로 나 수 있다 자의 경우에는

주거 공간에서 취사middot세탁middot목욕middot난방에 의한 것이고 후자의 경우는 다공질의 재

료가 주변 공기의 상 습도가 상승하면 수분을 흡수하고 상 습도가 감소하면

역으로 수분을 방습하는 것이다

본 연구에서는 자연 상태에서 건물의 자연 실온과 수증기량 변동을 측하

기 한 수학 모델링을 제시하고 실측값을 이용해 구조체의 흡습량과 방습량

에 의한 실내 수증기 발생량을 산정한 후 이를 통해 보다 정량 으로 자연 실

온과 수증기량을 측하고자 한다 한 이를 실제 사무소 건물에 용하여 모

델링의 타당성을 확인하고 자연 실온과 실내 수증기량 변동을 측함으로써 건

물에서의 습기 문제를 해결하는데 기 인 자료를 제공하고자 한다

1 2 연구 방 법 범

본 연구에서는 건물의 비공조시 즉 자연상태에서 자연실온과 수증기량 변

동을 측하기 한 수학 모델링을 제시하고 건물 재료의 흡middot방습에 따른 실

내 수증기 발생량을 통해 실내 발생 잠열을 고려한 보다 정량 인 자연실온과

실내 수증기량을 측하고자 한다 따라서 콘크리트 단일 건물 에서 측정한 자

연실온 값과 수증기량을 시뮬 이션 값과 비교 분석을 통해 시뮬 이션의 타

당성을 평가하 다 한 실제 건물에 용 가능성을 평가하기 해 실제 사무

소 건축물에서 측정과 시뮬 이션을 수행하 다 본 연구에서 분석한 건물은

공조가 이루어지지 않고 재실자가 없는 단순한 모델이며 실제 공조가 이루어

지고 재실자가 존재하는 건물에 한 분석은 차후 연구 범 로 설정하 다

- 3 -

연구 방법으로는 모델 건물의 자연실온과 수증기량에 한 수치계산을 실시

하기 해 수치해석 로그램을 작성하여 실제 상황을 시뮬 이션 하 다 이

때 일사 외기온도 풍속 상 습도 등의 기후요소에 한 값들은 실측 데이터

를 이용하 다 단 수직 벽면에 입사하는 일사량은 수평면 일사량을 직산분

리하여 계산하는 로그램을 작성했고 수증기량에 련된 값은 습공기 계산식

과 이상기체 방정식을 이용하여 구하 다 한 작성한 로그램에 한 타당

성을 분석하기 해 모델 건물에 한 실증 실험을 실시하고 그 결과를 비교

분석하 다

실증 실험을 통하여 작성한 로그램을 타당성을 검증하 다 그리고 자연

실온과 수증기량 측 로그램을 이용하여 실제 건물의 용 가능성을 평가하

기 해 사무소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값을 비교 분석하고 타당성을

평가하 다

- 4 -

본 연구의 진행을 한 흐름은 그림 1과 같다

그 림 1 연구의 체 흐 름 도

- 5 -

제 2 장 비 고 찰

2 1 자연실온

냉난방을 하지 않은 건물 자체의 단열 축열 성능으로써 외기 조건과 차

별된 실내온도를 형성하게 되며 이를 건물의 자연실온이라고 말할 수 있다

그림 2 자연실온과 난방 냉방부하

그림 2는 건물에 자연실온을 용한 냉난방 부하 계산 개념도이다 외기온도

와 실내 설정온도의 차이로 계산된 부하와 비교할 때 동계의 경우 부하가 감소

하고 하계의 경우는 증가함을 보이고 있다 이는 부하계산시 외기 온도와 실내

설정온도와의 차이가 아닌 자연실온과의 차이로써 계산해 주어야 보다 정확한

부하를 산정할 수 있음을 의미한다

자연실온 용의 효과에 해 건물의 기간부하 계산법인 냉난방도일법에서

도 쉽게 확인할 수 있다 냉난방도일은 실내설정온도와 외기온도와의 차이에

냉난방일수를 곱하여 계산한다 그림 3은 연 냉난방 도일을 나타내는 것으로

서 이를 근거로 부하 계산을 할 경우 과 한 설비 용량과 에 지 소비량이 추

정될 수 있는 것이다 이러한 결과가 발생하는 것은 건물 구조체의 열 성능에

- 6 -

의한 향으로 비공조시에도 실내온도와 외기온도는 지 않은 차이가 있기 때

문이다1)

그림 3 연 냉방도일 난방도일

2 2 습 기의 이론 고 찰

2 2 1 재 료 의 흡 middot 방 습 기능 (Moisture Storage F unction)

다공질의 건축 재료에서 물 분자는 주변 공기와 평형상태에 도달할 때까지

모세 상에 의해 재료의 공극에 채워진다 평형 함수율이란 고체 재료를 일

정한 온습도의 습한 공기 속에 장시간 놓아두고 주변 공기와 평형이 될 때의

재료의 함수율을 말하는데 재료의 흡middot방습 능력에 큰 향을 미치는 인자이다

평형 함수율은 온도와 습도에 의해 변하지만 상온의 범 (0~40)에서는 상

습도에 의해 결정되며 습도 역(30~70)에서는 거의 직선으로 간주할 수

있다

1) 윤성훈 2004건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학원 건축공학과

(계획 공) 2001 2

- 7 -

그림 4 상 습도에 따른 재료의 함습량

그림 4는 상 습도에 따른 재료의 함습량 곡선을 나타낸다 액체 상태의 물

에 하고 있는 재료내의 공극은 포화 wf까지 수분으로 채워질 것이다

이 수분양 wf는 상 습도 100에서 재료의 함습량이다 공극 내부에서 발

생하는 공기 때문에 다공률[]에 의해 결정되는 최 함습량 w max 값보

다 wf값은 다 wf

를 과하는 수분의 양은 벽체 내의 온도 구배에 의해 결

로를 발생시킬 수 있다

표 1 콘크리트 재료의 함습량

- 8 -

표 1은 상 습도에 따른 콘크리트 재료의 합습량을 나타낸다 상 습도가

증가함에 따라 재료의 함습량은 증가하는 것을 알 수 있다 여러 재료의 평형

함습량 곡선은 흡습과정과 방습과정에서 평형 함습량이 다른 경우가 있으며

이러한 상을 자기이력 상이라고 한다 그러나 흡습량과 방습량의 오차는

은 값이기 때문에 무시할 수 있다

상 습도[] 0 33 43 63 80 85 93 100

함습량[] 0 23 26 44 53 55 85 175

2 2 2 수분 달 계 수 (L iq uid Transport Coefficients)

다공질의 재료에서 습기 달 메커니즘은 모세 수분 달이지만 건축 재

료에서 수분 달을 확산 상으로 간주하는 것이 일반 이다 건축 재료에서

수분 메커니즘은 크게 두 가지로 나 수 있다

bull 흡입에 의한 수분 달 건축 재료가 강수로 인해 표면이 완 히 젖었을

때 모세 상에 의해 수분이 달된다

bull 확산에 의한 수분 달 공극에 축 된 수분은 강우가 멈췄을 때 확산에

의해 달된다

확산에 의한 수분 달은 천천히 이루어지기 때문에 확산에 의한 수분 달

계수는 일반 으로 흡입에 의한 수분 달 계수 값보다 다

다음 표2 표3은 콘크리트의 흡입과 확산에 의한 수분 달 계수를 나타낸

- 9 -

표 2 흡입에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 140 157 175

습기 달계수[s] 3times 10- 10 8times 10

- 9 2times 10- 8 3times 10

- 8 5times 10- 8 2times 10

- 7

표 3 확산에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 122 140 157 175

습기 달계수[s]2times

10- 11

2times

10- 10

25times

10- 10

13times

10- 9

72times

10- 9 2times 10 - 8 7times 10 - 8

2 2 3 물질 달 (Mass Transfer)

혼합물에서 어떤 화합물질의 농도 차이에 의해 물질이 이동하는 것을 물질

달이라고 한다 온도 기울기에 의해 열 달이 일어나는 것과 마찬가지로 물

질 달에서는 화학물질의 농도 기울기가 물질의 이동을 일으킨다 건조 공기로

수증기가 확산되는 것도 물질 달의 한 라고 할 수 있다

그림 5는 기체 혼합물의 확산에 의한 물질 달을 나타낸다 서로 다른 기체

가 같은 온도와 압력 상태에서 칸막이로 분리된 챔버를 고려해보자 칸막이가

제거된다면 기체는 확산에 의해 달될 것이다 더 큰 농도는 체 당 더 많은

분자수가 있다는 것을 의미한다 x축을 따라 기체 A의 농도가 감소하는 반면

기체 B의 농도는 증가할 것이다 물질 달은 농도 방향으로 일어나기 때문

에 기체 A는 오른편으로 기체 B는 왼편으로 이동할 것이다 충분한 시간이 경

과한 후에 A와 B의 농도는 균일해질 것이다

- 10 -

그림 5 혼합기체에서 확산에 의한 물질 달

물질 달은 기체에서 뿐만 아니라 액체와 고체에서도 일어난다 그러나

질 달은 분자 간격에 큰 향을 받기 때문에 확산은 기체 액체 고체의 순

서로 빠르게 일어난다

1 ) 물질 A의 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(1)과 같이 나

타낼 수 있다

ρ A=mAV

(1)

혼합물의 체 농도는 각각의 물질 농도를 합한 값과 같고 식(2)와 같이 나

타낼 수 있다

ρ= sumn

i=1ρ i (2)

혼합물에서 물질 A의 양은 mass fraction이며 식 (3)과 같이 나타낼 수 있다

- 11 -

wA=ρAρ

(3)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (4)와 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1wi=1 (4)

2) 물질 A의 몰 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(5)와 같이

나타낼 수 있다

c A=n AV

=m AM A

V=

ρ A

M A

(5)

혼합물의 체 몰 농도는 각각의 물질 몰 농도를 합한 값과 같고 식(6)와 같이

나타낼 수 있다

c= sumn

i=1c i

(6)

혼합물에서 물질 A의 양은 mole fraction이며 식 (7)과 같이 나타낼 수 있다

x i=c ic

(7)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (8)과 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1x i=1 (8)

- 12 -

3 ) 이상 기체 방 정 식

이상기체 혼합물에서 어떤 성분의 농도 와 몰 농도는 이상기체 법칙을 통해

그 성분의 부분 압력과 련된다 식(9)와 식(10)은 어떤 성분의 농도와 몰 농도

를 나타낸다

ρ i=p iR iT

(9)

Ci=p iRT

(10)

여기서 Ri는 물질 i의 기체 상수이고 R은 universal 기체 상수이다

4) F ick ` L aw

농도구배가 존재하는 계에서 물질은 분자의 움직임에 의한 확산속도를 갖

고 이때 발생하는 물질 달량은 농도구배(농도차거리)에 비례한다 식 (11)은

몰 달량를 식(12)는 도 달량를 나타낸다

J A z=-DABdcAdz

=- cDABdyAdz

(11)

j A z=-DABdρAdz

=-ρDABdwAdz

(12)

여기서 DAB는 혼합 물질에서 어떤 성분의 확산 계수를 나타내는데 차원은

다음과 같다

[ MoleL 2t ]= [ X ]

[ MoleL 3 ][ L ]

- 13 -

there4 [ X ]= [ L2

t ] 는 s

제 3 장

구조 체 실내 공 기의 열 습 기 평 형

3 1 건물의 열 수지 습 기 평 형

그림 6은 모델 건물의 열평형 방정식과 습기평형 방정식을 수립하기 한

개념도를 나타낸다 건물 외표면에는 일사의 유입과 외기와의 류 열 달

- 14 -

류 습기 달 천공과의 복사열교환 등이 작용하며 바닥에서는 지면으로부터의

열 도 습기 도가 일어나게 된다 내부에서는 실내공기와의 류 열 달

류 습기 달이 일어난다 한 인체 기기 발열 조명 발열 거주자 활동에

의한 수증기 발생이 존재하지만 비거주 공간을 상으로 삼았기 때문에 이에

한 부분은 고려하지 않았다

그림 6 건물의 열 습기 수지

3 2 구조 체 의 열 습 기 평 형식

자연실온 수증기량 해석을 한 건물 시스템은 크게 건물 벽체와 실내공

기로 나 어진다 수학 모델링의 과정은 다음과 같은 과정으로 일반화 된다

(1) 건물 외피에서 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (2) 건물 외피와 실

내 공기 사이에서의 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (3) 수치해석을

통해 경계조건으로 표 되는 외부 기상조건에 따른 비정상상태의 실내 자연실

온과 수증기량을 구한다

각 구조체의 1차원 열 달 방정식 습기 달 방정식 은 식 (13) 식 (14)

와 같다

- 15 -

ρw c pwpartTwpart t

=partpart x ( λw

partTwpartx ) (13)

part c wpart t

=partpartx (Dw

part c wpartx ) (14)

이질 재료의 층과 층 사이( x= n)에서 열과 습기 달은 다음과 같이 나타

낼 수 있다

λ1w

partT 1w

partx |x= n

=λ2w

partT 2w

partx |x= n

(15)

T1w | x= n=T

2w | x= n (16)

D1w

partc1w

partx |x= n

=D2w

partc2w

partx |x= n

(17)

c1w | x= n= c

2w | x= n (18)

구조체의 외표면 실내측에 한 경계조건은 다음과 같이 설정할 수 있다

λ wpartT w

partx |x= 0

=houttw (T out-T so)+αS+( 1+cosβ

2 ) σ ε(T sky4-T so

4)

(19)

λwpartTwpartx |

x= M=h intw (T in-T si)

(20)

- 16 -

Dwpart cwpart x |

x= 0=h

outmw (c out-c so) (21)

Dwpart cwpart x |

x= M=h

inmw (c in-c si) (22)

Lewis Relation은 외표면과 내표면 습기 달계수 houtmw h inmw

을 결정하기

하여 이용될 수 있다

h m=hT

ρ airCairp

(23)

3 3 실내 공 기의 열 습 기 평 형식

실내공기의 열평형식 습기 평형식은 각각 식(24) 식(25)와 같다

V ρ a c pad T in

d t=Q 1+Q 2+Q 3+Q 4

(24)

Q 1 벽체로부터의 열 달량[W]

Q 2 환기에 의한 열 달량[W]

Q 3 실내 수증기 증발 잠열량 [W]

Q 4 인체 조명 기기로부터의 발열량[W]

Vd c ind t

=M 1+M 2+M 3 (25)

M 1 벽체로부터의 수증기 달량 [kgs]

M 2 환기에 의한 수증기 달량 [kgs]

M 3 실내 수증기 발생량 [kgs]

- 17 -

식(24)는 실내 공기 온도에 한 열평형식으로 본 연구에서의 상 모델은

비거주 공간이므로 Q 4는 고려하지 않았다 한 재료의 흡middot방습에 의한 잠열

이 실내 온도에 미치는 향을 평가하기 해 Q 3를 고려한 경우와 Q 3

를 고려

하지 않은 경우로 나 어 분석하 다

식(25)는 실내 공기 수증기량에 한 습기평형식으로 M 3는 실내 수증기 발

생량을 나타내는데 이는 거주자의 취사 목욕 세탁 난방 등의 활동에 의한 수

증기 발생과 재료의 흡middot방습에의한 발생으로 크게 나 어 볼 수 있다 본 연구

에의 상 모델은 비거주 공간이므로 거주자의 활동에 의한 수증기 발생량은

고려하지 않고 재료의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량만을 분석하 다

3 4 실내 수증기 발 생 량

식(25)는 다음과 같이 표 할 수 있다

M 3=Vd c ind t

-M 1-M 2

(26)

실내 수증기 발생량 M 3를 구하기 해 시간에 따른 실내 수증기량의 미분

값인 dc indt

의 값을 구해야 한다 그러나 실내 수증기량의 직 미분은 미분값

이 불안정할 수 있다 수증기 발생원이 수증기를 방출할 때 발생량은 지수

으로 증가하고 방출을 멈췄을 때는 지수 으로 감소한다 Bennett et al은 포

름알데히드 측정을 하여 측정한 농도 데이터로부터 포르알데히드 방사량을

평가하기 하 로그램을 개발했다 Stirling interpolation polynomial fitting

이 오염물 농도를 미분하는데 이용된다 이와 유사한 방법을 이용하여 실내 수

증기량 c in은 Stirling interpolation polynomial fitting에 의해 미분된다

Stirling interpolation polynomial은 Gauss interpolation의 진과 후진의 평균

값으로 구한다

- 18 -

방정식에 다른 하나의 미지값은 건물 외피와 실내 공기와의 습기 달량인

비정상 습기 달량 M 1 값이다 기존의 연구에서 M 1

의 평균값은 003times 10- 6

[middotmiddots]으로 은 값이므로 실내 습기 발생량 M 3을 구하기 해 M 1

의 값은

0으로 가정한다

식 (27)은 실내 수증기 발생량을 구하기 해 측정한 수증기량 데이터를

Stirling polynomial 방법을 이용하여 미분하는 식을 나타낸다

[dc indt ]

t= t o

=1Δt (

Δc in-1+Δc in02

-16

Δ3c in-2+Δ

3c in-1

2

+130

Δ5c in-3+Δ

5c in-2

2+⋯) (27)

- 19 -

제 4 장

측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석

4 1 자연실온 수증기량 측정 실험

4 1 1 실험개 요

건물의 자연실온 수증기량 로그램의 타당성을 분석하기 하여 철근

콘크리트 건물에 측정 장비를 설치하고 실증 실험을 실시하 다 한 로그

램의 실제 건물 용 가능성을 평가하기 해 사무소 건물에서 실험을 실시하

다 철근 콘크리트 건물 모델은 주변과의 복사 향을 최소화하고 외부 건물

에 의한 일 의 향을 받지 않는 인천의 I 학교에 치하고 있다 사무소 건

물은 인천에 치하고 있으며 인 실의 향을 최소화하기 해 옥상의 독립

된 공간에서 실험을 실시하 다 실험 건물 모델은 거주 공간이 아니기 때문에

실내에서 발생되는 열과 수증기량은 0으로 간주된다 철근 콘크리트 건물 모델

에서 실험은 여름철인 2005년 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 고 사

무소 건물에서는 2005년 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시하 다

- 20 -

그림 7 모델 건물

4 1 2 측정 장 비

실험모델에 한 수평면 일사량 외기온도 상 습도 풍속 등의 기상 데이

터를 10분 간격으로 측정하 다 수평면 일사량 측정은 인천의 I 학교 옥상

에 설치된 자동 기상 측기 DAV16 를 사용하 다 수평면 일사량은 직산분

리 계산식을 사용하여 각 방 의 수직 벽면 일사량으로 환산되고 외기온도와

상 습도는 습공기 계산식을 통해 수증기량으로 환산된다

건물 모델 내부 공기 온도 상 습도 수증기량은 TH-CALC 8722 사용하여

10분 간격으로 측정하 다

4 1 3 모 델 건물

철근 콘크리트 건물 모델의 크기는 17mtimes17mtimes21m로 두께 015m의 단일

재료이고 방 는 정남향이다 표 4는 건물의 물성치를 나타낸다

- 21 -

표 4 건물의 물성치

열 도율 14 [WmK]

비열 880 [JkgK]

도 2100 [kg]

투습율 47 [ng(smPa)]

두께 015 [m]

4 2 비 정 상 자연실온 수증기량 해 석

4 2 1 비 정 상 자연실온 해 석

그림 8 다층벽의 열수지 차분계산 모델

그림 8은 다층벽의 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이에 있는

경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하면 경계면 m 에서의 계산식은

- 22 -

m-Δx L2~ m-Δx R2의 열용량이 m 에 집 하고 m-1~ m 사이와

m~ m+1 사이의 열 항을 각각 RL RR이라 하면 구조체 내부 각 층의 온

도에 한 차분식은 식 (28)과 같다

Tm-Tm

Δt | m= 105(CAPL+CAPR) 1

RR(T

m+1 -T

m)-

1RL

(Tm-T

m-1 )

(28)

여기서

CAPL= c L ρ LΔxL (29)

CAPR= c R ρ RΔxR (30)

RL=ΔxLλL

(31)

RR=

ΔxRλR

(32)

외표면 경계조건(m=0)은 일사 외기와의 류열 달 그리고 천공과의 복

사열 교환에 의한 유효복사량이며 식 (33)과 같다

+( 1+cosβ2 ) σ ε(T sky

4-(Tso )

4)-

1RL

(T so+1 -T

so))

(33)

내표면 경계조건(m=M)은 식 (34)와 같으며 각 벽체간의 온도 차이가 크지

않기 때문에 내부 복사열 교환은 생략하고 실내공기와의 류열 달만 있는

것으로 하 다

T si-Tsi

Δt |m= M

=1

05 C AP R (h intw (T si-T in)-

1R R

(T si-1-Tsi))

(34)

- 23 -

실내 공기온도 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 류열 달 환기

에 의한 열 달 잠열부하량을 고려하 으며 열 수지식은 식 (35)와 같다

T in-T

in

Δt=

1c aρ aV

(Q 1+Q 2+Q 3+Q 4)

(35)

여기서 Q 1은 구조체로부터의 열 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로부

터의 류열 달만을 고려하 으며 식(36)과 같다

Q 1= hintw sum

6

k= 1AkT si k

(36)

Q 2는 환기에 의한 열 달량을 나타내며 식(37)과 같다

Q 2= nV c aρ a(Tout-T in)

(37)

Q 3는 실내 수증기 발생량에 따른 실내 증발잠열량을 나타내며 식(38)과 같다

Q 3=HtimesGtimesVtimes1

3600 (38)

4 2 2 비 정 상 수증기량 해 석

- 24 -

그림 9 다층벽의 습기평형 차분계산 모델

그림 9는 다층벽의 습기평형 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이

에 있는 경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하며 구조체 내부 각 층의 습

기에 한 차분식은 식 (39)와 같다

cm-cm

Δt | m= 105(Δx L+Δ xR)

DwRΔx R

(cm+1 -c

m)-

DwLΔxL

(cm-c

m-1 )

(39)

외표면 경계조건(m=0)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계수

를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(40)과 같다

c so-cso

Δt |m= 0

=1

05ΔxL ( h outmw (c out-cso)-

DwLΔxL

(c so+1 -cso) )

(40)

내표면 경계조건(m=M)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계

수를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(41)과 같다

c si-c

si

Δt |m= M

=1

05ΔxR ( h inmw (c in-csi)-

DwRΔxR

(csi-1 -csi) )

(41)

- 25 -

실내 수증기량 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 습기 달계수 환

기에 의한 습기 달 실내 습기발생량을 고려하 으며 습기 평형식은 식(42)과

같다

c in-cin

Δt=

1V

(M 1+M 2+M 3)

(42)

여기서 M 1은 구조체로부터의 습기 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로

부터의 류습기 달만을 고려하 으며 식(43)과 같다

M 1= hinmw sum

6

k= 1Ak c si k

(43)

M 2는 환기에 의한 습기 달량을 나타내며 식(44)와 같다

M 2=nV (c out-c in)

(44)

M 3는 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 나타낸다

4 2 3 수치해 석 기본 가 정

본 수치 모델의 해석에 한 기본가정은 다음과 같다

(1) 벽체 지붕 바닥의 열 달 습기 달은 두께 방향의 1차원으로 보며 각

부 재료는 동일하다

(2) 실내공간을 단일 존으로 보고 실내온도와 수증기량은 치에 해 일정하

다고 본다

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 16: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 13 -

Δt 계산 시간간격 [s]

Superscript

air 공기

in 실내

out 외부

Subscript

1hellipm (외부면 부터)

in 실내

n 자연실온

out 외부

set 설정온도

si 내표면

sky 천공

so 외표면

w 벽체

- 1 -

제 1 장 서 론

1 1 연구 배 경 목

오늘날 사람들의 생활은 부분 실내 공간에서 이루어지기 때문에 실내 공

간의 쾌 한 환경에 한 심이 날로 높아지고 있다 실내 쾌 과 련된 환경

요소로는 온도 습도 기류 MRT 공기 질 소음 빛 등이 있으며 이 에서도

습도는 온도 공기 질과 같은 쾌 변수와 깊은 련이 있다고 할 수 있다 높은

습도는 건물 구성 재료의 부식과 같은 구조 문제를 야기하기 때문에 건물의

내구성을 제한하는 주요한 요소들 에 하나이며 건물 외피를 통한 습기 이동

은 미생물의 성장과 같은 실내 공기질의 악화를 래할 수 있다 기존의 연구에

서 Spengler at al(1991)은 상 습도 70 이상이면 곰팡이가 성장할 수 있다고

제시했다 한 건축물 외피의 단열성능에도 습기는 많은 향을 미치며 실내

열 환경 평가에서도 습기에 의해 쾌 감이 크게 변한다 결과 으로 실내에서

습기 문제를 해결하는 것은 건물의 내구성을 향상시키고 미생물과 곰팡이의 성

장을 제한하고 쾌 한 환경을 제공한다는 에서 반드시 필요하다

그 지만 이와 같이 실내의 쾌 요소로서 습기의 요성에도 불구하고 습

기와 련된 연구는 많이 부족한 것이 사실이다 그 이유로는 부분의 건물 외

피는 다공질의 재료로 이루어져 있기 때문에 습기 달 과정이 매우 복잡한 형

태로 이루어지며 재료의 물성치에 한 연구도 미흡하기 때문이다 한 습기

문제는 열 달 습기 달 공기유동 화학 생물학 반응과 같은 복합 인 요

소의 작용으로 일어나기 때문에 이것을 총체 으로 이해해야 하는 어려움이 있

건물에서 습기 문제는 일반 으로 높은 실내 습도 수 과 건물 외피를 통한

수분과 습기의 이동 건물 구조체 내middot외부 결로 상의 결과이다 따라서 습도

문제는 실내 온도와 습도 외기 기상조건 건물 외피 구조와 큰 련을 갖는다

고 할 수 있다 외기 기상 조건은 일정하기 때문에 기존의 건물에서 습기에 의

- 2 -

한 문제를 방하기 해서는 실내 온도와 습도를 조 하는 것이 필수 이라

할 수 있다

실내 습기 발생원으로는 크게 인체를 비롯하여 인간의 생활 활동에 수반되

어 발생하는 습기와 건물을 구성하고 있는 다공질의 벽체나 실내에 놓여 있는

각종 물체의 흡middot방습성에 의해 발생하는 습기로 나 수 있다 자의 경우에는

주거 공간에서 취사middot세탁middot목욕middot난방에 의한 것이고 후자의 경우는 다공질의 재

료가 주변 공기의 상 습도가 상승하면 수분을 흡수하고 상 습도가 감소하면

역으로 수분을 방습하는 것이다

본 연구에서는 자연 상태에서 건물의 자연 실온과 수증기량 변동을 측하

기 한 수학 모델링을 제시하고 실측값을 이용해 구조체의 흡습량과 방습량

에 의한 실내 수증기 발생량을 산정한 후 이를 통해 보다 정량 으로 자연 실

온과 수증기량을 측하고자 한다 한 이를 실제 사무소 건물에 용하여 모

델링의 타당성을 확인하고 자연 실온과 실내 수증기량 변동을 측함으로써 건

물에서의 습기 문제를 해결하는데 기 인 자료를 제공하고자 한다

1 2 연구 방 법 범

본 연구에서는 건물의 비공조시 즉 자연상태에서 자연실온과 수증기량 변

동을 측하기 한 수학 모델링을 제시하고 건물 재료의 흡middot방습에 따른 실

내 수증기 발생량을 통해 실내 발생 잠열을 고려한 보다 정량 인 자연실온과

실내 수증기량을 측하고자 한다 따라서 콘크리트 단일 건물 에서 측정한 자

연실온 값과 수증기량을 시뮬 이션 값과 비교 분석을 통해 시뮬 이션의 타

당성을 평가하 다 한 실제 건물에 용 가능성을 평가하기 해 실제 사무

소 건축물에서 측정과 시뮬 이션을 수행하 다 본 연구에서 분석한 건물은

공조가 이루어지지 않고 재실자가 없는 단순한 모델이며 실제 공조가 이루어

지고 재실자가 존재하는 건물에 한 분석은 차후 연구 범 로 설정하 다

- 3 -

연구 방법으로는 모델 건물의 자연실온과 수증기량에 한 수치계산을 실시

하기 해 수치해석 로그램을 작성하여 실제 상황을 시뮬 이션 하 다 이

때 일사 외기온도 풍속 상 습도 등의 기후요소에 한 값들은 실측 데이터

를 이용하 다 단 수직 벽면에 입사하는 일사량은 수평면 일사량을 직산분

리하여 계산하는 로그램을 작성했고 수증기량에 련된 값은 습공기 계산식

과 이상기체 방정식을 이용하여 구하 다 한 작성한 로그램에 한 타당

성을 분석하기 해 모델 건물에 한 실증 실험을 실시하고 그 결과를 비교

분석하 다

실증 실험을 통하여 작성한 로그램을 타당성을 검증하 다 그리고 자연

실온과 수증기량 측 로그램을 이용하여 실제 건물의 용 가능성을 평가하

기 해 사무소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값을 비교 분석하고 타당성을

평가하 다

- 4 -

본 연구의 진행을 한 흐름은 그림 1과 같다

그 림 1 연구의 체 흐 름 도

- 5 -

제 2 장 비 고 찰

2 1 자연실온

냉난방을 하지 않은 건물 자체의 단열 축열 성능으로써 외기 조건과 차

별된 실내온도를 형성하게 되며 이를 건물의 자연실온이라고 말할 수 있다

그림 2 자연실온과 난방 냉방부하

그림 2는 건물에 자연실온을 용한 냉난방 부하 계산 개념도이다 외기온도

와 실내 설정온도의 차이로 계산된 부하와 비교할 때 동계의 경우 부하가 감소

하고 하계의 경우는 증가함을 보이고 있다 이는 부하계산시 외기 온도와 실내

설정온도와의 차이가 아닌 자연실온과의 차이로써 계산해 주어야 보다 정확한

부하를 산정할 수 있음을 의미한다

자연실온 용의 효과에 해 건물의 기간부하 계산법인 냉난방도일법에서

도 쉽게 확인할 수 있다 냉난방도일은 실내설정온도와 외기온도와의 차이에

냉난방일수를 곱하여 계산한다 그림 3은 연 냉난방 도일을 나타내는 것으로

서 이를 근거로 부하 계산을 할 경우 과 한 설비 용량과 에 지 소비량이 추

정될 수 있는 것이다 이러한 결과가 발생하는 것은 건물 구조체의 열 성능에

- 6 -

의한 향으로 비공조시에도 실내온도와 외기온도는 지 않은 차이가 있기 때

문이다1)

그림 3 연 냉방도일 난방도일

2 2 습 기의 이론 고 찰

2 2 1 재 료 의 흡 middot 방 습 기능 (Moisture Storage F unction)

다공질의 건축 재료에서 물 분자는 주변 공기와 평형상태에 도달할 때까지

모세 상에 의해 재료의 공극에 채워진다 평형 함수율이란 고체 재료를 일

정한 온습도의 습한 공기 속에 장시간 놓아두고 주변 공기와 평형이 될 때의

재료의 함수율을 말하는데 재료의 흡middot방습 능력에 큰 향을 미치는 인자이다

평형 함수율은 온도와 습도에 의해 변하지만 상온의 범 (0~40)에서는 상

습도에 의해 결정되며 습도 역(30~70)에서는 거의 직선으로 간주할 수

있다

1) 윤성훈 2004건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학원 건축공학과

(계획 공) 2001 2

- 7 -

그림 4 상 습도에 따른 재료의 함습량

그림 4는 상 습도에 따른 재료의 함습량 곡선을 나타낸다 액체 상태의 물

에 하고 있는 재료내의 공극은 포화 wf까지 수분으로 채워질 것이다

이 수분양 wf는 상 습도 100에서 재료의 함습량이다 공극 내부에서 발

생하는 공기 때문에 다공률[]에 의해 결정되는 최 함습량 w max 값보

다 wf값은 다 wf

를 과하는 수분의 양은 벽체 내의 온도 구배에 의해 결

로를 발생시킬 수 있다

표 1 콘크리트 재료의 함습량

- 8 -

표 1은 상 습도에 따른 콘크리트 재료의 합습량을 나타낸다 상 습도가

증가함에 따라 재료의 함습량은 증가하는 것을 알 수 있다 여러 재료의 평형

함습량 곡선은 흡습과정과 방습과정에서 평형 함습량이 다른 경우가 있으며

이러한 상을 자기이력 상이라고 한다 그러나 흡습량과 방습량의 오차는

은 값이기 때문에 무시할 수 있다

상 습도[] 0 33 43 63 80 85 93 100

함습량[] 0 23 26 44 53 55 85 175

2 2 2 수분 달 계 수 (L iq uid Transport Coefficients)

다공질의 재료에서 습기 달 메커니즘은 모세 수분 달이지만 건축 재

료에서 수분 달을 확산 상으로 간주하는 것이 일반 이다 건축 재료에서

수분 메커니즘은 크게 두 가지로 나 수 있다

bull 흡입에 의한 수분 달 건축 재료가 강수로 인해 표면이 완 히 젖었을

때 모세 상에 의해 수분이 달된다

bull 확산에 의한 수분 달 공극에 축 된 수분은 강우가 멈췄을 때 확산에

의해 달된다

확산에 의한 수분 달은 천천히 이루어지기 때문에 확산에 의한 수분 달

계수는 일반 으로 흡입에 의한 수분 달 계수 값보다 다

다음 표2 표3은 콘크리트의 흡입과 확산에 의한 수분 달 계수를 나타낸

- 9 -

표 2 흡입에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 140 157 175

습기 달계수[s] 3times 10- 10 8times 10

- 9 2times 10- 8 3times 10

- 8 5times 10- 8 2times 10

- 7

표 3 확산에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 122 140 157 175

습기 달계수[s]2times

10- 11

2times

10- 10

25times

10- 10

13times

10- 9

72times

10- 9 2times 10 - 8 7times 10 - 8

2 2 3 물질 달 (Mass Transfer)

혼합물에서 어떤 화합물질의 농도 차이에 의해 물질이 이동하는 것을 물질

달이라고 한다 온도 기울기에 의해 열 달이 일어나는 것과 마찬가지로 물

질 달에서는 화학물질의 농도 기울기가 물질의 이동을 일으킨다 건조 공기로

수증기가 확산되는 것도 물질 달의 한 라고 할 수 있다

그림 5는 기체 혼합물의 확산에 의한 물질 달을 나타낸다 서로 다른 기체

가 같은 온도와 압력 상태에서 칸막이로 분리된 챔버를 고려해보자 칸막이가

제거된다면 기체는 확산에 의해 달될 것이다 더 큰 농도는 체 당 더 많은

분자수가 있다는 것을 의미한다 x축을 따라 기체 A의 농도가 감소하는 반면

기체 B의 농도는 증가할 것이다 물질 달은 농도 방향으로 일어나기 때문

에 기체 A는 오른편으로 기체 B는 왼편으로 이동할 것이다 충분한 시간이 경

과한 후에 A와 B의 농도는 균일해질 것이다

- 10 -

그림 5 혼합기체에서 확산에 의한 물질 달

물질 달은 기체에서 뿐만 아니라 액체와 고체에서도 일어난다 그러나

질 달은 분자 간격에 큰 향을 받기 때문에 확산은 기체 액체 고체의 순

서로 빠르게 일어난다

1 ) 물질 A의 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(1)과 같이 나

타낼 수 있다

ρ A=mAV

(1)

혼합물의 체 농도는 각각의 물질 농도를 합한 값과 같고 식(2)와 같이 나

타낼 수 있다

ρ= sumn

i=1ρ i (2)

혼합물에서 물질 A의 양은 mass fraction이며 식 (3)과 같이 나타낼 수 있다

- 11 -

wA=ρAρ

(3)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (4)와 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1wi=1 (4)

2) 물질 A의 몰 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(5)와 같이

나타낼 수 있다

c A=n AV

=m AM A

V=

ρ A

M A

(5)

혼합물의 체 몰 농도는 각각의 물질 몰 농도를 합한 값과 같고 식(6)와 같이

나타낼 수 있다

c= sumn

i=1c i

(6)

혼합물에서 물질 A의 양은 mole fraction이며 식 (7)과 같이 나타낼 수 있다

x i=c ic

(7)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (8)과 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1x i=1 (8)

- 12 -

3 ) 이상 기체 방 정 식

이상기체 혼합물에서 어떤 성분의 농도 와 몰 농도는 이상기체 법칙을 통해

그 성분의 부분 압력과 련된다 식(9)와 식(10)은 어떤 성분의 농도와 몰 농도

를 나타낸다

ρ i=p iR iT

(9)

Ci=p iRT

(10)

여기서 Ri는 물질 i의 기체 상수이고 R은 universal 기체 상수이다

4) F ick ` L aw

농도구배가 존재하는 계에서 물질은 분자의 움직임에 의한 확산속도를 갖

고 이때 발생하는 물질 달량은 농도구배(농도차거리)에 비례한다 식 (11)은

몰 달량를 식(12)는 도 달량를 나타낸다

J A z=-DABdcAdz

=- cDABdyAdz

(11)

j A z=-DABdρAdz

=-ρDABdwAdz

(12)

여기서 DAB는 혼합 물질에서 어떤 성분의 확산 계수를 나타내는데 차원은

다음과 같다

[ MoleL 2t ]= [ X ]

[ MoleL 3 ][ L ]

- 13 -

there4 [ X ]= [ L2

t ] 는 s

제 3 장

구조 체 실내 공 기의 열 습 기 평 형

3 1 건물의 열 수지 습 기 평 형

그림 6은 모델 건물의 열평형 방정식과 습기평형 방정식을 수립하기 한

개념도를 나타낸다 건물 외표면에는 일사의 유입과 외기와의 류 열 달

- 14 -

류 습기 달 천공과의 복사열교환 등이 작용하며 바닥에서는 지면으로부터의

열 도 습기 도가 일어나게 된다 내부에서는 실내공기와의 류 열 달

류 습기 달이 일어난다 한 인체 기기 발열 조명 발열 거주자 활동에

의한 수증기 발생이 존재하지만 비거주 공간을 상으로 삼았기 때문에 이에

한 부분은 고려하지 않았다

그림 6 건물의 열 습기 수지

3 2 구조 체 의 열 습 기 평 형식

자연실온 수증기량 해석을 한 건물 시스템은 크게 건물 벽체와 실내공

기로 나 어진다 수학 모델링의 과정은 다음과 같은 과정으로 일반화 된다

(1) 건물 외피에서 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (2) 건물 외피와 실

내 공기 사이에서의 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (3) 수치해석을

통해 경계조건으로 표 되는 외부 기상조건에 따른 비정상상태의 실내 자연실

온과 수증기량을 구한다

각 구조체의 1차원 열 달 방정식 습기 달 방정식 은 식 (13) 식 (14)

와 같다

- 15 -

ρw c pwpartTwpart t

=partpart x ( λw

partTwpartx ) (13)

part c wpart t

=partpartx (Dw

part c wpartx ) (14)

이질 재료의 층과 층 사이( x= n)에서 열과 습기 달은 다음과 같이 나타

낼 수 있다

λ1w

partT 1w

partx |x= n

=λ2w

partT 2w

partx |x= n

(15)

T1w | x= n=T

2w | x= n (16)

D1w

partc1w

partx |x= n

=D2w

partc2w

partx |x= n

(17)

c1w | x= n= c

2w | x= n (18)

구조체의 외표면 실내측에 한 경계조건은 다음과 같이 설정할 수 있다

λ wpartT w

partx |x= 0

=houttw (T out-T so)+αS+( 1+cosβ

2 ) σ ε(T sky4-T so

4)

(19)

λwpartTwpartx |

x= M=h intw (T in-T si)

(20)

- 16 -

Dwpart cwpart x |

x= 0=h

outmw (c out-c so) (21)

Dwpart cwpart x |

x= M=h

inmw (c in-c si) (22)

Lewis Relation은 외표면과 내표면 습기 달계수 houtmw h inmw

을 결정하기

하여 이용될 수 있다

h m=hT

ρ airCairp

(23)

3 3 실내 공 기의 열 습 기 평 형식

실내공기의 열평형식 습기 평형식은 각각 식(24) 식(25)와 같다

V ρ a c pad T in

d t=Q 1+Q 2+Q 3+Q 4

(24)

Q 1 벽체로부터의 열 달량[W]

Q 2 환기에 의한 열 달량[W]

Q 3 실내 수증기 증발 잠열량 [W]

Q 4 인체 조명 기기로부터의 발열량[W]

Vd c ind t

=M 1+M 2+M 3 (25)

M 1 벽체로부터의 수증기 달량 [kgs]

M 2 환기에 의한 수증기 달량 [kgs]

M 3 실내 수증기 발생량 [kgs]

- 17 -

식(24)는 실내 공기 온도에 한 열평형식으로 본 연구에서의 상 모델은

비거주 공간이므로 Q 4는 고려하지 않았다 한 재료의 흡middot방습에 의한 잠열

이 실내 온도에 미치는 향을 평가하기 해 Q 3를 고려한 경우와 Q 3

를 고려

하지 않은 경우로 나 어 분석하 다

식(25)는 실내 공기 수증기량에 한 습기평형식으로 M 3는 실내 수증기 발

생량을 나타내는데 이는 거주자의 취사 목욕 세탁 난방 등의 활동에 의한 수

증기 발생과 재료의 흡middot방습에의한 발생으로 크게 나 어 볼 수 있다 본 연구

에의 상 모델은 비거주 공간이므로 거주자의 활동에 의한 수증기 발생량은

고려하지 않고 재료의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량만을 분석하 다

3 4 실내 수증기 발 생 량

식(25)는 다음과 같이 표 할 수 있다

M 3=Vd c ind t

-M 1-M 2

(26)

실내 수증기 발생량 M 3를 구하기 해 시간에 따른 실내 수증기량의 미분

값인 dc indt

의 값을 구해야 한다 그러나 실내 수증기량의 직 미분은 미분값

이 불안정할 수 있다 수증기 발생원이 수증기를 방출할 때 발생량은 지수

으로 증가하고 방출을 멈췄을 때는 지수 으로 감소한다 Bennett et al은 포

름알데히드 측정을 하여 측정한 농도 데이터로부터 포르알데히드 방사량을

평가하기 하 로그램을 개발했다 Stirling interpolation polynomial fitting

이 오염물 농도를 미분하는데 이용된다 이와 유사한 방법을 이용하여 실내 수

증기량 c in은 Stirling interpolation polynomial fitting에 의해 미분된다

Stirling interpolation polynomial은 Gauss interpolation의 진과 후진의 평균

값으로 구한다

- 18 -

방정식에 다른 하나의 미지값은 건물 외피와 실내 공기와의 습기 달량인

비정상 습기 달량 M 1 값이다 기존의 연구에서 M 1

의 평균값은 003times 10- 6

[middotmiddots]으로 은 값이므로 실내 습기 발생량 M 3을 구하기 해 M 1

의 값은

0으로 가정한다

식 (27)은 실내 수증기 발생량을 구하기 해 측정한 수증기량 데이터를

Stirling polynomial 방법을 이용하여 미분하는 식을 나타낸다

[dc indt ]

t= t o

=1Δt (

Δc in-1+Δc in02

-16

Δ3c in-2+Δ

3c in-1

2

+130

Δ5c in-3+Δ

5c in-2

2+⋯) (27)

- 19 -

제 4 장

측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석

4 1 자연실온 수증기량 측정 실험

4 1 1 실험개 요

건물의 자연실온 수증기량 로그램의 타당성을 분석하기 하여 철근

콘크리트 건물에 측정 장비를 설치하고 실증 실험을 실시하 다 한 로그

램의 실제 건물 용 가능성을 평가하기 해 사무소 건물에서 실험을 실시하

다 철근 콘크리트 건물 모델은 주변과의 복사 향을 최소화하고 외부 건물

에 의한 일 의 향을 받지 않는 인천의 I 학교에 치하고 있다 사무소 건

물은 인천에 치하고 있으며 인 실의 향을 최소화하기 해 옥상의 독립

된 공간에서 실험을 실시하 다 실험 건물 모델은 거주 공간이 아니기 때문에

실내에서 발생되는 열과 수증기량은 0으로 간주된다 철근 콘크리트 건물 모델

에서 실험은 여름철인 2005년 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 고 사

무소 건물에서는 2005년 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시하 다

- 20 -

그림 7 모델 건물

4 1 2 측정 장 비

실험모델에 한 수평면 일사량 외기온도 상 습도 풍속 등의 기상 데이

터를 10분 간격으로 측정하 다 수평면 일사량 측정은 인천의 I 학교 옥상

에 설치된 자동 기상 측기 DAV16 를 사용하 다 수평면 일사량은 직산분

리 계산식을 사용하여 각 방 의 수직 벽면 일사량으로 환산되고 외기온도와

상 습도는 습공기 계산식을 통해 수증기량으로 환산된다

건물 모델 내부 공기 온도 상 습도 수증기량은 TH-CALC 8722 사용하여

10분 간격으로 측정하 다

4 1 3 모 델 건물

철근 콘크리트 건물 모델의 크기는 17mtimes17mtimes21m로 두께 015m의 단일

재료이고 방 는 정남향이다 표 4는 건물의 물성치를 나타낸다

- 21 -

표 4 건물의 물성치

열 도율 14 [WmK]

비열 880 [JkgK]

도 2100 [kg]

투습율 47 [ng(smPa)]

두께 015 [m]

4 2 비 정 상 자연실온 수증기량 해 석

4 2 1 비 정 상 자연실온 해 석

그림 8 다층벽의 열수지 차분계산 모델

그림 8은 다층벽의 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이에 있는

경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하면 경계면 m 에서의 계산식은

- 22 -

m-Δx L2~ m-Δx R2의 열용량이 m 에 집 하고 m-1~ m 사이와

m~ m+1 사이의 열 항을 각각 RL RR이라 하면 구조체 내부 각 층의 온

도에 한 차분식은 식 (28)과 같다

Tm-Tm

Δt | m= 105(CAPL+CAPR) 1

RR(T

m+1 -T

m)-

1RL

(Tm-T

m-1 )

(28)

여기서

CAPL= c L ρ LΔxL (29)

CAPR= c R ρ RΔxR (30)

RL=ΔxLλL

(31)

RR=

ΔxRλR

(32)

외표면 경계조건(m=0)은 일사 외기와의 류열 달 그리고 천공과의 복

사열 교환에 의한 유효복사량이며 식 (33)과 같다

+( 1+cosβ2 ) σ ε(T sky

4-(Tso )

4)-

1RL

(T so+1 -T

so))

(33)

내표면 경계조건(m=M)은 식 (34)와 같으며 각 벽체간의 온도 차이가 크지

않기 때문에 내부 복사열 교환은 생략하고 실내공기와의 류열 달만 있는

것으로 하 다

T si-Tsi

Δt |m= M

=1

05 C AP R (h intw (T si-T in)-

1R R

(T si-1-Tsi))

(34)

- 23 -

실내 공기온도 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 류열 달 환기

에 의한 열 달 잠열부하량을 고려하 으며 열 수지식은 식 (35)와 같다

T in-T

in

Δt=

1c aρ aV

(Q 1+Q 2+Q 3+Q 4)

(35)

여기서 Q 1은 구조체로부터의 열 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로부

터의 류열 달만을 고려하 으며 식(36)과 같다

Q 1= hintw sum

6

k= 1AkT si k

(36)

Q 2는 환기에 의한 열 달량을 나타내며 식(37)과 같다

Q 2= nV c aρ a(Tout-T in)

(37)

Q 3는 실내 수증기 발생량에 따른 실내 증발잠열량을 나타내며 식(38)과 같다

Q 3=HtimesGtimesVtimes1

3600 (38)

4 2 2 비 정 상 수증기량 해 석

- 24 -

그림 9 다층벽의 습기평형 차분계산 모델

그림 9는 다층벽의 습기평형 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이

에 있는 경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하며 구조체 내부 각 층의 습

기에 한 차분식은 식 (39)와 같다

cm-cm

Δt | m= 105(Δx L+Δ xR)

DwRΔx R

(cm+1 -c

m)-

DwLΔxL

(cm-c

m-1 )

(39)

외표면 경계조건(m=0)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계수

를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(40)과 같다

c so-cso

Δt |m= 0

=1

05ΔxL ( h outmw (c out-cso)-

DwLΔxL

(c so+1 -cso) )

(40)

내표면 경계조건(m=M)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계

수를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(41)과 같다

c si-c

si

Δt |m= M

=1

05ΔxR ( h inmw (c in-csi)-

DwRΔxR

(csi-1 -csi) )

(41)

- 25 -

실내 수증기량 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 습기 달계수 환

기에 의한 습기 달 실내 습기발생량을 고려하 으며 습기 평형식은 식(42)과

같다

c in-cin

Δt=

1V

(M 1+M 2+M 3)

(42)

여기서 M 1은 구조체로부터의 습기 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로

부터의 류습기 달만을 고려하 으며 식(43)과 같다

M 1= hinmw sum

6

k= 1Ak c si k

(43)

M 2는 환기에 의한 습기 달량을 나타내며 식(44)와 같다

M 2=nV (c out-c in)

(44)

M 3는 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 나타낸다

4 2 3 수치해 석 기본 가 정

본 수치 모델의 해석에 한 기본가정은 다음과 같다

(1) 벽체 지붕 바닥의 열 달 습기 달은 두께 방향의 1차원으로 보며 각

부 재료는 동일하다

(2) 실내공간을 단일 존으로 보고 실내온도와 수증기량은 치에 해 일정하

다고 본다

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 17: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 1 -

제 1 장 서 론

1 1 연구 배 경 목

오늘날 사람들의 생활은 부분 실내 공간에서 이루어지기 때문에 실내 공

간의 쾌 한 환경에 한 심이 날로 높아지고 있다 실내 쾌 과 련된 환경

요소로는 온도 습도 기류 MRT 공기 질 소음 빛 등이 있으며 이 에서도

습도는 온도 공기 질과 같은 쾌 변수와 깊은 련이 있다고 할 수 있다 높은

습도는 건물 구성 재료의 부식과 같은 구조 문제를 야기하기 때문에 건물의

내구성을 제한하는 주요한 요소들 에 하나이며 건물 외피를 통한 습기 이동

은 미생물의 성장과 같은 실내 공기질의 악화를 래할 수 있다 기존의 연구에

서 Spengler at al(1991)은 상 습도 70 이상이면 곰팡이가 성장할 수 있다고

제시했다 한 건축물 외피의 단열성능에도 습기는 많은 향을 미치며 실내

열 환경 평가에서도 습기에 의해 쾌 감이 크게 변한다 결과 으로 실내에서

습기 문제를 해결하는 것은 건물의 내구성을 향상시키고 미생물과 곰팡이의 성

장을 제한하고 쾌 한 환경을 제공한다는 에서 반드시 필요하다

그 지만 이와 같이 실내의 쾌 요소로서 습기의 요성에도 불구하고 습

기와 련된 연구는 많이 부족한 것이 사실이다 그 이유로는 부분의 건물 외

피는 다공질의 재료로 이루어져 있기 때문에 습기 달 과정이 매우 복잡한 형

태로 이루어지며 재료의 물성치에 한 연구도 미흡하기 때문이다 한 습기

문제는 열 달 습기 달 공기유동 화학 생물학 반응과 같은 복합 인 요

소의 작용으로 일어나기 때문에 이것을 총체 으로 이해해야 하는 어려움이 있

건물에서 습기 문제는 일반 으로 높은 실내 습도 수 과 건물 외피를 통한

수분과 습기의 이동 건물 구조체 내middot외부 결로 상의 결과이다 따라서 습도

문제는 실내 온도와 습도 외기 기상조건 건물 외피 구조와 큰 련을 갖는다

고 할 수 있다 외기 기상 조건은 일정하기 때문에 기존의 건물에서 습기에 의

- 2 -

한 문제를 방하기 해서는 실내 온도와 습도를 조 하는 것이 필수 이라

할 수 있다

실내 습기 발생원으로는 크게 인체를 비롯하여 인간의 생활 활동에 수반되

어 발생하는 습기와 건물을 구성하고 있는 다공질의 벽체나 실내에 놓여 있는

각종 물체의 흡middot방습성에 의해 발생하는 습기로 나 수 있다 자의 경우에는

주거 공간에서 취사middot세탁middot목욕middot난방에 의한 것이고 후자의 경우는 다공질의 재

료가 주변 공기의 상 습도가 상승하면 수분을 흡수하고 상 습도가 감소하면

역으로 수분을 방습하는 것이다

본 연구에서는 자연 상태에서 건물의 자연 실온과 수증기량 변동을 측하

기 한 수학 모델링을 제시하고 실측값을 이용해 구조체의 흡습량과 방습량

에 의한 실내 수증기 발생량을 산정한 후 이를 통해 보다 정량 으로 자연 실

온과 수증기량을 측하고자 한다 한 이를 실제 사무소 건물에 용하여 모

델링의 타당성을 확인하고 자연 실온과 실내 수증기량 변동을 측함으로써 건

물에서의 습기 문제를 해결하는데 기 인 자료를 제공하고자 한다

1 2 연구 방 법 범

본 연구에서는 건물의 비공조시 즉 자연상태에서 자연실온과 수증기량 변

동을 측하기 한 수학 모델링을 제시하고 건물 재료의 흡middot방습에 따른 실

내 수증기 발생량을 통해 실내 발생 잠열을 고려한 보다 정량 인 자연실온과

실내 수증기량을 측하고자 한다 따라서 콘크리트 단일 건물 에서 측정한 자

연실온 값과 수증기량을 시뮬 이션 값과 비교 분석을 통해 시뮬 이션의 타

당성을 평가하 다 한 실제 건물에 용 가능성을 평가하기 해 실제 사무

소 건축물에서 측정과 시뮬 이션을 수행하 다 본 연구에서 분석한 건물은

공조가 이루어지지 않고 재실자가 없는 단순한 모델이며 실제 공조가 이루어

지고 재실자가 존재하는 건물에 한 분석은 차후 연구 범 로 설정하 다

- 3 -

연구 방법으로는 모델 건물의 자연실온과 수증기량에 한 수치계산을 실시

하기 해 수치해석 로그램을 작성하여 실제 상황을 시뮬 이션 하 다 이

때 일사 외기온도 풍속 상 습도 등의 기후요소에 한 값들은 실측 데이터

를 이용하 다 단 수직 벽면에 입사하는 일사량은 수평면 일사량을 직산분

리하여 계산하는 로그램을 작성했고 수증기량에 련된 값은 습공기 계산식

과 이상기체 방정식을 이용하여 구하 다 한 작성한 로그램에 한 타당

성을 분석하기 해 모델 건물에 한 실증 실험을 실시하고 그 결과를 비교

분석하 다

실증 실험을 통하여 작성한 로그램을 타당성을 검증하 다 그리고 자연

실온과 수증기량 측 로그램을 이용하여 실제 건물의 용 가능성을 평가하

기 해 사무소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값을 비교 분석하고 타당성을

평가하 다

- 4 -

본 연구의 진행을 한 흐름은 그림 1과 같다

그 림 1 연구의 체 흐 름 도

- 5 -

제 2 장 비 고 찰

2 1 자연실온

냉난방을 하지 않은 건물 자체의 단열 축열 성능으로써 외기 조건과 차

별된 실내온도를 형성하게 되며 이를 건물의 자연실온이라고 말할 수 있다

그림 2 자연실온과 난방 냉방부하

그림 2는 건물에 자연실온을 용한 냉난방 부하 계산 개념도이다 외기온도

와 실내 설정온도의 차이로 계산된 부하와 비교할 때 동계의 경우 부하가 감소

하고 하계의 경우는 증가함을 보이고 있다 이는 부하계산시 외기 온도와 실내

설정온도와의 차이가 아닌 자연실온과의 차이로써 계산해 주어야 보다 정확한

부하를 산정할 수 있음을 의미한다

자연실온 용의 효과에 해 건물의 기간부하 계산법인 냉난방도일법에서

도 쉽게 확인할 수 있다 냉난방도일은 실내설정온도와 외기온도와의 차이에

냉난방일수를 곱하여 계산한다 그림 3은 연 냉난방 도일을 나타내는 것으로

서 이를 근거로 부하 계산을 할 경우 과 한 설비 용량과 에 지 소비량이 추

정될 수 있는 것이다 이러한 결과가 발생하는 것은 건물 구조체의 열 성능에

- 6 -

의한 향으로 비공조시에도 실내온도와 외기온도는 지 않은 차이가 있기 때

문이다1)

그림 3 연 냉방도일 난방도일

2 2 습 기의 이론 고 찰

2 2 1 재 료 의 흡 middot 방 습 기능 (Moisture Storage F unction)

다공질의 건축 재료에서 물 분자는 주변 공기와 평형상태에 도달할 때까지

모세 상에 의해 재료의 공극에 채워진다 평형 함수율이란 고체 재료를 일

정한 온습도의 습한 공기 속에 장시간 놓아두고 주변 공기와 평형이 될 때의

재료의 함수율을 말하는데 재료의 흡middot방습 능력에 큰 향을 미치는 인자이다

평형 함수율은 온도와 습도에 의해 변하지만 상온의 범 (0~40)에서는 상

습도에 의해 결정되며 습도 역(30~70)에서는 거의 직선으로 간주할 수

있다

1) 윤성훈 2004건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학원 건축공학과

(계획 공) 2001 2

- 7 -

그림 4 상 습도에 따른 재료의 함습량

그림 4는 상 습도에 따른 재료의 함습량 곡선을 나타낸다 액체 상태의 물

에 하고 있는 재료내의 공극은 포화 wf까지 수분으로 채워질 것이다

이 수분양 wf는 상 습도 100에서 재료의 함습량이다 공극 내부에서 발

생하는 공기 때문에 다공률[]에 의해 결정되는 최 함습량 w max 값보

다 wf값은 다 wf

를 과하는 수분의 양은 벽체 내의 온도 구배에 의해 결

로를 발생시킬 수 있다

표 1 콘크리트 재료의 함습량

- 8 -

표 1은 상 습도에 따른 콘크리트 재료의 합습량을 나타낸다 상 습도가

증가함에 따라 재료의 함습량은 증가하는 것을 알 수 있다 여러 재료의 평형

함습량 곡선은 흡습과정과 방습과정에서 평형 함습량이 다른 경우가 있으며

이러한 상을 자기이력 상이라고 한다 그러나 흡습량과 방습량의 오차는

은 값이기 때문에 무시할 수 있다

상 습도[] 0 33 43 63 80 85 93 100

함습량[] 0 23 26 44 53 55 85 175

2 2 2 수분 달 계 수 (L iq uid Transport Coefficients)

다공질의 재료에서 습기 달 메커니즘은 모세 수분 달이지만 건축 재

료에서 수분 달을 확산 상으로 간주하는 것이 일반 이다 건축 재료에서

수분 메커니즘은 크게 두 가지로 나 수 있다

bull 흡입에 의한 수분 달 건축 재료가 강수로 인해 표면이 완 히 젖었을

때 모세 상에 의해 수분이 달된다

bull 확산에 의한 수분 달 공극에 축 된 수분은 강우가 멈췄을 때 확산에

의해 달된다

확산에 의한 수분 달은 천천히 이루어지기 때문에 확산에 의한 수분 달

계수는 일반 으로 흡입에 의한 수분 달 계수 값보다 다

다음 표2 표3은 콘크리트의 흡입과 확산에 의한 수분 달 계수를 나타낸

- 9 -

표 2 흡입에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 140 157 175

습기 달계수[s] 3times 10- 10 8times 10

- 9 2times 10- 8 3times 10

- 8 5times 10- 8 2times 10

- 7

표 3 확산에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 122 140 157 175

습기 달계수[s]2times

10- 11

2times

10- 10

25times

10- 10

13times

10- 9

72times

10- 9 2times 10 - 8 7times 10 - 8

2 2 3 물질 달 (Mass Transfer)

혼합물에서 어떤 화합물질의 농도 차이에 의해 물질이 이동하는 것을 물질

달이라고 한다 온도 기울기에 의해 열 달이 일어나는 것과 마찬가지로 물

질 달에서는 화학물질의 농도 기울기가 물질의 이동을 일으킨다 건조 공기로

수증기가 확산되는 것도 물질 달의 한 라고 할 수 있다

그림 5는 기체 혼합물의 확산에 의한 물질 달을 나타낸다 서로 다른 기체

가 같은 온도와 압력 상태에서 칸막이로 분리된 챔버를 고려해보자 칸막이가

제거된다면 기체는 확산에 의해 달될 것이다 더 큰 농도는 체 당 더 많은

분자수가 있다는 것을 의미한다 x축을 따라 기체 A의 농도가 감소하는 반면

기체 B의 농도는 증가할 것이다 물질 달은 농도 방향으로 일어나기 때문

에 기체 A는 오른편으로 기체 B는 왼편으로 이동할 것이다 충분한 시간이 경

과한 후에 A와 B의 농도는 균일해질 것이다

- 10 -

그림 5 혼합기체에서 확산에 의한 물질 달

물질 달은 기체에서 뿐만 아니라 액체와 고체에서도 일어난다 그러나

질 달은 분자 간격에 큰 향을 받기 때문에 확산은 기체 액체 고체의 순

서로 빠르게 일어난다

1 ) 물질 A의 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(1)과 같이 나

타낼 수 있다

ρ A=mAV

(1)

혼합물의 체 농도는 각각의 물질 농도를 합한 값과 같고 식(2)와 같이 나

타낼 수 있다

ρ= sumn

i=1ρ i (2)

혼합물에서 물질 A의 양은 mass fraction이며 식 (3)과 같이 나타낼 수 있다

- 11 -

wA=ρAρ

(3)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (4)와 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1wi=1 (4)

2) 물질 A의 몰 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(5)와 같이

나타낼 수 있다

c A=n AV

=m AM A

V=

ρ A

M A

(5)

혼합물의 체 몰 농도는 각각의 물질 몰 농도를 합한 값과 같고 식(6)와 같이

나타낼 수 있다

c= sumn

i=1c i

(6)

혼합물에서 물질 A의 양은 mole fraction이며 식 (7)과 같이 나타낼 수 있다

x i=c ic

(7)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (8)과 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1x i=1 (8)

- 12 -

3 ) 이상 기체 방 정 식

이상기체 혼합물에서 어떤 성분의 농도 와 몰 농도는 이상기체 법칙을 통해

그 성분의 부분 압력과 련된다 식(9)와 식(10)은 어떤 성분의 농도와 몰 농도

를 나타낸다

ρ i=p iR iT

(9)

Ci=p iRT

(10)

여기서 Ri는 물질 i의 기체 상수이고 R은 universal 기체 상수이다

4) F ick ` L aw

농도구배가 존재하는 계에서 물질은 분자의 움직임에 의한 확산속도를 갖

고 이때 발생하는 물질 달량은 농도구배(농도차거리)에 비례한다 식 (11)은

몰 달량를 식(12)는 도 달량를 나타낸다

J A z=-DABdcAdz

=- cDABdyAdz

(11)

j A z=-DABdρAdz

=-ρDABdwAdz

(12)

여기서 DAB는 혼합 물질에서 어떤 성분의 확산 계수를 나타내는데 차원은

다음과 같다

[ MoleL 2t ]= [ X ]

[ MoleL 3 ][ L ]

- 13 -

there4 [ X ]= [ L2

t ] 는 s

제 3 장

구조 체 실내 공 기의 열 습 기 평 형

3 1 건물의 열 수지 습 기 평 형

그림 6은 모델 건물의 열평형 방정식과 습기평형 방정식을 수립하기 한

개념도를 나타낸다 건물 외표면에는 일사의 유입과 외기와의 류 열 달

- 14 -

류 습기 달 천공과의 복사열교환 등이 작용하며 바닥에서는 지면으로부터의

열 도 습기 도가 일어나게 된다 내부에서는 실내공기와의 류 열 달

류 습기 달이 일어난다 한 인체 기기 발열 조명 발열 거주자 활동에

의한 수증기 발생이 존재하지만 비거주 공간을 상으로 삼았기 때문에 이에

한 부분은 고려하지 않았다

그림 6 건물의 열 습기 수지

3 2 구조 체 의 열 습 기 평 형식

자연실온 수증기량 해석을 한 건물 시스템은 크게 건물 벽체와 실내공

기로 나 어진다 수학 모델링의 과정은 다음과 같은 과정으로 일반화 된다

(1) 건물 외피에서 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (2) 건물 외피와 실

내 공기 사이에서의 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (3) 수치해석을

통해 경계조건으로 표 되는 외부 기상조건에 따른 비정상상태의 실내 자연실

온과 수증기량을 구한다

각 구조체의 1차원 열 달 방정식 습기 달 방정식 은 식 (13) 식 (14)

와 같다

- 15 -

ρw c pwpartTwpart t

=partpart x ( λw

partTwpartx ) (13)

part c wpart t

=partpartx (Dw

part c wpartx ) (14)

이질 재료의 층과 층 사이( x= n)에서 열과 습기 달은 다음과 같이 나타

낼 수 있다

λ1w

partT 1w

partx |x= n

=λ2w

partT 2w

partx |x= n

(15)

T1w | x= n=T

2w | x= n (16)

D1w

partc1w

partx |x= n

=D2w

partc2w

partx |x= n

(17)

c1w | x= n= c

2w | x= n (18)

구조체의 외표면 실내측에 한 경계조건은 다음과 같이 설정할 수 있다

λ wpartT w

partx |x= 0

=houttw (T out-T so)+αS+( 1+cosβ

2 ) σ ε(T sky4-T so

4)

(19)

λwpartTwpartx |

x= M=h intw (T in-T si)

(20)

- 16 -

Dwpart cwpart x |

x= 0=h

outmw (c out-c so) (21)

Dwpart cwpart x |

x= M=h

inmw (c in-c si) (22)

Lewis Relation은 외표면과 내표면 습기 달계수 houtmw h inmw

을 결정하기

하여 이용될 수 있다

h m=hT

ρ airCairp

(23)

3 3 실내 공 기의 열 습 기 평 형식

실내공기의 열평형식 습기 평형식은 각각 식(24) 식(25)와 같다

V ρ a c pad T in

d t=Q 1+Q 2+Q 3+Q 4

(24)

Q 1 벽체로부터의 열 달량[W]

Q 2 환기에 의한 열 달량[W]

Q 3 실내 수증기 증발 잠열량 [W]

Q 4 인체 조명 기기로부터의 발열량[W]

Vd c ind t

=M 1+M 2+M 3 (25)

M 1 벽체로부터의 수증기 달량 [kgs]

M 2 환기에 의한 수증기 달량 [kgs]

M 3 실내 수증기 발생량 [kgs]

- 17 -

식(24)는 실내 공기 온도에 한 열평형식으로 본 연구에서의 상 모델은

비거주 공간이므로 Q 4는 고려하지 않았다 한 재료의 흡middot방습에 의한 잠열

이 실내 온도에 미치는 향을 평가하기 해 Q 3를 고려한 경우와 Q 3

를 고려

하지 않은 경우로 나 어 분석하 다

식(25)는 실내 공기 수증기량에 한 습기평형식으로 M 3는 실내 수증기 발

생량을 나타내는데 이는 거주자의 취사 목욕 세탁 난방 등의 활동에 의한 수

증기 발생과 재료의 흡middot방습에의한 발생으로 크게 나 어 볼 수 있다 본 연구

에의 상 모델은 비거주 공간이므로 거주자의 활동에 의한 수증기 발생량은

고려하지 않고 재료의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량만을 분석하 다

3 4 실내 수증기 발 생 량

식(25)는 다음과 같이 표 할 수 있다

M 3=Vd c ind t

-M 1-M 2

(26)

실내 수증기 발생량 M 3를 구하기 해 시간에 따른 실내 수증기량의 미분

값인 dc indt

의 값을 구해야 한다 그러나 실내 수증기량의 직 미분은 미분값

이 불안정할 수 있다 수증기 발생원이 수증기를 방출할 때 발생량은 지수

으로 증가하고 방출을 멈췄을 때는 지수 으로 감소한다 Bennett et al은 포

름알데히드 측정을 하여 측정한 농도 데이터로부터 포르알데히드 방사량을

평가하기 하 로그램을 개발했다 Stirling interpolation polynomial fitting

이 오염물 농도를 미분하는데 이용된다 이와 유사한 방법을 이용하여 실내 수

증기량 c in은 Stirling interpolation polynomial fitting에 의해 미분된다

Stirling interpolation polynomial은 Gauss interpolation의 진과 후진의 평균

값으로 구한다

- 18 -

방정식에 다른 하나의 미지값은 건물 외피와 실내 공기와의 습기 달량인

비정상 습기 달량 M 1 값이다 기존의 연구에서 M 1

의 평균값은 003times 10- 6

[middotmiddots]으로 은 값이므로 실내 습기 발생량 M 3을 구하기 해 M 1

의 값은

0으로 가정한다

식 (27)은 실내 수증기 발생량을 구하기 해 측정한 수증기량 데이터를

Stirling polynomial 방법을 이용하여 미분하는 식을 나타낸다

[dc indt ]

t= t o

=1Δt (

Δc in-1+Δc in02

-16

Δ3c in-2+Δ

3c in-1

2

+130

Δ5c in-3+Δ

5c in-2

2+⋯) (27)

- 19 -

제 4 장

측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석

4 1 자연실온 수증기량 측정 실험

4 1 1 실험개 요

건물의 자연실온 수증기량 로그램의 타당성을 분석하기 하여 철근

콘크리트 건물에 측정 장비를 설치하고 실증 실험을 실시하 다 한 로그

램의 실제 건물 용 가능성을 평가하기 해 사무소 건물에서 실험을 실시하

다 철근 콘크리트 건물 모델은 주변과의 복사 향을 최소화하고 외부 건물

에 의한 일 의 향을 받지 않는 인천의 I 학교에 치하고 있다 사무소 건

물은 인천에 치하고 있으며 인 실의 향을 최소화하기 해 옥상의 독립

된 공간에서 실험을 실시하 다 실험 건물 모델은 거주 공간이 아니기 때문에

실내에서 발생되는 열과 수증기량은 0으로 간주된다 철근 콘크리트 건물 모델

에서 실험은 여름철인 2005년 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 고 사

무소 건물에서는 2005년 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시하 다

- 20 -

그림 7 모델 건물

4 1 2 측정 장 비

실험모델에 한 수평면 일사량 외기온도 상 습도 풍속 등의 기상 데이

터를 10분 간격으로 측정하 다 수평면 일사량 측정은 인천의 I 학교 옥상

에 설치된 자동 기상 측기 DAV16 를 사용하 다 수평면 일사량은 직산분

리 계산식을 사용하여 각 방 의 수직 벽면 일사량으로 환산되고 외기온도와

상 습도는 습공기 계산식을 통해 수증기량으로 환산된다

건물 모델 내부 공기 온도 상 습도 수증기량은 TH-CALC 8722 사용하여

10분 간격으로 측정하 다

4 1 3 모 델 건물

철근 콘크리트 건물 모델의 크기는 17mtimes17mtimes21m로 두께 015m의 단일

재료이고 방 는 정남향이다 표 4는 건물의 물성치를 나타낸다

- 21 -

표 4 건물의 물성치

열 도율 14 [WmK]

비열 880 [JkgK]

도 2100 [kg]

투습율 47 [ng(smPa)]

두께 015 [m]

4 2 비 정 상 자연실온 수증기량 해 석

4 2 1 비 정 상 자연실온 해 석

그림 8 다층벽의 열수지 차분계산 모델

그림 8은 다층벽의 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이에 있는

경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하면 경계면 m 에서의 계산식은

- 22 -

m-Δx L2~ m-Δx R2의 열용량이 m 에 집 하고 m-1~ m 사이와

m~ m+1 사이의 열 항을 각각 RL RR이라 하면 구조체 내부 각 층의 온

도에 한 차분식은 식 (28)과 같다

Tm-Tm

Δt | m= 105(CAPL+CAPR) 1

RR(T

m+1 -T

m)-

1RL

(Tm-T

m-1 )

(28)

여기서

CAPL= c L ρ LΔxL (29)

CAPR= c R ρ RΔxR (30)

RL=ΔxLλL

(31)

RR=

ΔxRλR

(32)

외표면 경계조건(m=0)은 일사 외기와의 류열 달 그리고 천공과의 복

사열 교환에 의한 유효복사량이며 식 (33)과 같다

+( 1+cosβ2 ) σ ε(T sky

4-(Tso )

4)-

1RL

(T so+1 -T

so))

(33)

내표면 경계조건(m=M)은 식 (34)와 같으며 각 벽체간의 온도 차이가 크지

않기 때문에 내부 복사열 교환은 생략하고 실내공기와의 류열 달만 있는

것으로 하 다

T si-Tsi

Δt |m= M

=1

05 C AP R (h intw (T si-T in)-

1R R

(T si-1-Tsi))

(34)

- 23 -

실내 공기온도 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 류열 달 환기

에 의한 열 달 잠열부하량을 고려하 으며 열 수지식은 식 (35)와 같다

T in-T

in

Δt=

1c aρ aV

(Q 1+Q 2+Q 3+Q 4)

(35)

여기서 Q 1은 구조체로부터의 열 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로부

터의 류열 달만을 고려하 으며 식(36)과 같다

Q 1= hintw sum

6

k= 1AkT si k

(36)

Q 2는 환기에 의한 열 달량을 나타내며 식(37)과 같다

Q 2= nV c aρ a(Tout-T in)

(37)

Q 3는 실내 수증기 발생량에 따른 실내 증발잠열량을 나타내며 식(38)과 같다

Q 3=HtimesGtimesVtimes1

3600 (38)

4 2 2 비 정 상 수증기량 해 석

- 24 -

그림 9 다층벽의 습기평형 차분계산 모델

그림 9는 다층벽의 습기평형 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이

에 있는 경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하며 구조체 내부 각 층의 습

기에 한 차분식은 식 (39)와 같다

cm-cm

Δt | m= 105(Δx L+Δ xR)

DwRΔx R

(cm+1 -c

m)-

DwLΔxL

(cm-c

m-1 )

(39)

외표면 경계조건(m=0)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계수

를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(40)과 같다

c so-cso

Δt |m= 0

=1

05ΔxL ( h outmw (c out-cso)-

DwLΔxL

(c so+1 -cso) )

(40)

내표면 경계조건(m=M)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계

수를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(41)과 같다

c si-c

si

Δt |m= M

=1

05ΔxR ( h inmw (c in-csi)-

DwRΔxR

(csi-1 -csi) )

(41)

- 25 -

실내 수증기량 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 습기 달계수 환

기에 의한 습기 달 실내 습기발생량을 고려하 으며 습기 평형식은 식(42)과

같다

c in-cin

Δt=

1V

(M 1+M 2+M 3)

(42)

여기서 M 1은 구조체로부터의 습기 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로

부터의 류습기 달만을 고려하 으며 식(43)과 같다

M 1= hinmw sum

6

k= 1Ak c si k

(43)

M 2는 환기에 의한 습기 달량을 나타내며 식(44)와 같다

M 2=nV (c out-c in)

(44)

M 3는 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 나타낸다

4 2 3 수치해 석 기본 가 정

본 수치 모델의 해석에 한 기본가정은 다음과 같다

(1) 벽체 지붕 바닥의 열 달 습기 달은 두께 방향의 1차원으로 보며 각

부 재료는 동일하다

(2) 실내공간을 단일 존으로 보고 실내온도와 수증기량은 치에 해 일정하

다고 본다

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 18: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 2 -

한 문제를 방하기 해서는 실내 온도와 습도를 조 하는 것이 필수 이라

할 수 있다

실내 습기 발생원으로는 크게 인체를 비롯하여 인간의 생활 활동에 수반되

어 발생하는 습기와 건물을 구성하고 있는 다공질의 벽체나 실내에 놓여 있는

각종 물체의 흡middot방습성에 의해 발생하는 습기로 나 수 있다 자의 경우에는

주거 공간에서 취사middot세탁middot목욕middot난방에 의한 것이고 후자의 경우는 다공질의 재

료가 주변 공기의 상 습도가 상승하면 수분을 흡수하고 상 습도가 감소하면

역으로 수분을 방습하는 것이다

본 연구에서는 자연 상태에서 건물의 자연 실온과 수증기량 변동을 측하

기 한 수학 모델링을 제시하고 실측값을 이용해 구조체의 흡습량과 방습량

에 의한 실내 수증기 발생량을 산정한 후 이를 통해 보다 정량 으로 자연 실

온과 수증기량을 측하고자 한다 한 이를 실제 사무소 건물에 용하여 모

델링의 타당성을 확인하고 자연 실온과 실내 수증기량 변동을 측함으로써 건

물에서의 습기 문제를 해결하는데 기 인 자료를 제공하고자 한다

1 2 연구 방 법 범

본 연구에서는 건물의 비공조시 즉 자연상태에서 자연실온과 수증기량 변

동을 측하기 한 수학 모델링을 제시하고 건물 재료의 흡middot방습에 따른 실

내 수증기 발생량을 통해 실내 발생 잠열을 고려한 보다 정량 인 자연실온과

실내 수증기량을 측하고자 한다 따라서 콘크리트 단일 건물 에서 측정한 자

연실온 값과 수증기량을 시뮬 이션 값과 비교 분석을 통해 시뮬 이션의 타

당성을 평가하 다 한 실제 건물에 용 가능성을 평가하기 해 실제 사무

소 건축물에서 측정과 시뮬 이션을 수행하 다 본 연구에서 분석한 건물은

공조가 이루어지지 않고 재실자가 없는 단순한 모델이며 실제 공조가 이루어

지고 재실자가 존재하는 건물에 한 분석은 차후 연구 범 로 설정하 다

- 3 -

연구 방법으로는 모델 건물의 자연실온과 수증기량에 한 수치계산을 실시

하기 해 수치해석 로그램을 작성하여 실제 상황을 시뮬 이션 하 다 이

때 일사 외기온도 풍속 상 습도 등의 기후요소에 한 값들은 실측 데이터

를 이용하 다 단 수직 벽면에 입사하는 일사량은 수평면 일사량을 직산분

리하여 계산하는 로그램을 작성했고 수증기량에 련된 값은 습공기 계산식

과 이상기체 방정식을 이용하여 구하 다 한 작성한 로그램에 한 타당

성을 분석하기 해 모델 건물에 한 실증 실험을 실시하고 그 결과를 비교

분석하 다

실증 실험을 통하여 작성한 로그램을 타당성을 검증하 다 그리고 자연

실온과 수증기량 측 로그램을 이용하여 실제 건물의 용 가능성을 평가하

기 해 사무소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값을 비교 분석하고 타당성을

평가하 다

- 4 -

본 연구의 진행을 한 흐름은 그림 1과 같다

그 림 1 연구의 체 흐 름 도

- 5 -

제 2 장 비 고 찰

2 1 자연실온

냉난방을 하지 않은 건물 자체의 단열 축열 성능으로써 외기 조건과 차

별된 실내온도를 형성하게 되며 이를 건물의 자연실온이라고 말할 수 있다

그림 2 자연실온과 난방 냉방부하

그림 2는 건물에 자연실온을 용한 냉난방 부하 계산 개념도이다 외기온도

와 실내 설정온도의 차이로 계산된 부하와 비교할 때 동계의 경우 부하가 감소

하고 하계의 경우는 증가함을 보이고 있다 이는 부하계산시 외기 온도와 실내

설정온도와의 차이가 아닌 자연실온과의 차이로써 계산해 주어야 보다 정확한

부하를 산정할 수 있음을 의미한다

자연실온 용의 효과에 해 건물의 기간부하 계산법인 냉난방도일법에서

도 쉽게 확인할 수 있다 냉난방도일은 실내설정온도와 외기온도와의 차이에

냉난방일수를 곱하여 계산한다 그림 3은 연 냉난방 도일을 나타내는 것으로

서 이를 근거로 부하 계산을 할 경우 과 한 설비 용량과 에 지 소비량이 추

정될 수 있는 것이다 이러한 결과가 발생하는 것은 건물 구조체의 열 성능에

- 6 -

의한 향으로 비공조시에도 실내온도와 외기온도는 지 않은 차이가 있기 때

문이다1)

그림 3 연 냉방도일 난방도일

2 2 습 기의 이론 고 찰

2 2 1 재 료 의 흡 middot 방 습 기능 (Moisture Storage F unction)

다공질의 건축 재료에서 물 분자는 주변 공기와 평형상태에 도달할 때까지

모세 상에 의해 재료의 공극에 채워진다 평형 함수율이란 고체 재료를 일

정한 온습도의 습한 공기 속에 장시간 놓아두고 주변 공기와 평형이 될 때의

재료의 함수율을 말하는데 재료의 흡middot방습 능력에 큰 향을 미치는 인자이다

평형 함수율은 온도와 습도에 의해 변하지만 상온의 범 (0~40)에서는 상

습도에 의해 결정되며 습도 역(30~70)에서는 거의 직선으로 간주할 수

있다

1) 윤성훈 2004건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학원 건축공학과

(계획 공) 2001 2

- 7 -

그림 4 상 습도에 따른 재료의 함습량

그림 4는 상 습도에 따른 재료의 함습량 곡선을 나타낸다 액체 상태의 물

에 하고 있는 재료내의 공극은 포화 wf까지 수분으로 채워질 것이다

이 수분양 wf는 상 습도 100에서 재료의 함습량이다 공극 내부에서 발

생하는 공기 때문에 다공률[]에 의해 결정되는 최 함습량 w max 값보

다 wf값은 다 wf

를 과하는 수분의 양은 벽체 내의 온도 구배에 의해 결

로를 발생시킬 수 있다

표 1 콘크리트 재료의 함습량

- 8 -

표 1은 상 습도에 따른 콘크리트 재료의 합습량을 나타낸다 상 습도가

증가함에 따라 재료의 함습량은 증가하는 것을 알 수 있다 여러 재료의 평형

함습량 곡선은 흡습과정과 방습과정에서 평형 함습량이 다른 경우가 있으며

이러한 상을 자기이력 상이라고 한다 그러나 흡습량과 방습량의 오차는

은 값이기 때문에 무시할 수 있다

상 습도[] 0 33 43 63 80 85 93 100

함습량[] 0 23 26 44 53 55 85 175

2 2 2 수분 달 계 수 (L iq uid Transport Coefficients)

다공질의 재료에서 습기 달 메커니즘은 모세 수분 달이지만 건축 재

료에서 수분 달을 확산 상으로 간주하는 것이 일반 이다 건축 재료에서

수분 메커니즘은 크게 두 가지로 나 수 있다

bull 흡입에 의한 수분 달 건축 재료가 강수로 인해 표면이 완 히 젖었을

때 모세 상에 의해 수분이 달된다

bull 확산에 의한 수분 달 공극에 축 된 수분은 강우가 멈췄을 때 확산에

의해 달된다

확산에 의한 수분 달은 천천히 이루어지기 때문에 확산에 의한 수분 달

계수는 일반 으로 흡입에 의한 수분 달 계수 값보다 다

다음 표2 표3은 콘크리트의 흡입과 확산에 의한 수분 달 계수를 나타낸

- 9 -

표 2 흡입에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 140 157 175

습기 달계수[s] 3times 10- 10 8times 10

- 9 2times 10- 8 3times 10

- 8 5times 10- 8 2times 10

- 7

표 3 확산에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 122 140 157 175

습기 달계수[s]2times

10- 11

2times

10- 10

25times

10- 10

13times

10- 9

72times

10- 9 2times 10 - 8 7times 10 - 8

2 2 3 물질 달 (Mass Transfer)

혼합물에서 어떤 화합물질의 농도 차이에 의해 물질이 이동하는 것을 물질

달이라고 한다 온도 기울기에 의해 열 달이 일어나는 것과 마찬가지로 물

질 달에서는 화학물질의 농도 기울기가 물질의 이동을 일으킨다 건조 공기로

수증기가 확산되는 것도 물질 달의 한 라고 할 수 있다

그림 5는 기체 혼합물의 확산에 의한 물질 달을 나타낸다 서로 다른 기체

가 같은 온도와 압력 상태에서 칸막이로 분리된 챔버를 고려해보자 칸막이가

제거된다면 기체는 확산에 의해 달될 것이다 더 큰 농도는 체 당 더 많은

분자수가 있다는 것을 의미한다 x축을 따라 기체 A의 농도가 감소하는 반면

기체 B의 농도는 증가할 것이다 물질 달은 농도 방향으로 일어나기 때문

에 기체 A는 오른편으로 기체 B는 왼편으로 이동할 것이다 충분한 시간이 경

과한 후에 A와 B의 농도는 균일해질 것이다

- 10 -

그림 5 혼합기체에서 확산에 의한 물질 달

물질 달은 기체에서 뿐만 아니라 액체와 고체에서도 일어난다 그러나

질 달은 분자 간격에 큰 향을 받기 때문에 확산은 기체 액체 고체의 순

서로 빠르게 일어난다

1 ) 물질 A의 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(1)과 같이 나

타낼 수 있다

ρ A=mAV

(1)

혼합물의 체 농도는 각각의 물질 농도를 합한 값과 같고 식(2)와 같이 나

타낼 수 있다

ρ= sumn

i=1ρ i (2)

혼합물에서 물질 A의 양은 mass fraction이며 식 (3)과 같이 나타낼 수 있다

- 11 -

wA=ρAρ

(3)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (4)와 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1wi=1 (4)

2) 물질 A의 몰 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(5)와 같이

나타낼 수 있다

c A=n AV

=m AM A

V=

ρ A

M A

(5)

혼합물의 체 몰 농도는 각각의 물질 몰 농도를 합한 값과 같고 식(6)와 같이

나타낼 수 있다

c= sumn

i=1c i

(6)

혼합물에서 물질 A의 양은 mole fraction이며 식 (7)과 같이 나타낼 수 있다

x i=c ic

(7)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (8)과 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1x i=1 (8)

- 12 -

3 ) 이상 기체 방 정 식

이상기체 혼합물에서 어떤 성분의 농도 와 몰 농도는 이상기체 법칙을 통해

그 성분의 부분 압력과 련된다 식(9)와 식(10)은 어떤 성분의 농도와 몰 농도

를 나타낸다

ρ i=p iR iT

(9)

Ci=p iRT

(10)

여기서 Ri는 물질 i의 기체 상수이고 R은 universal 기체 상수이다

4) F ick ` L aw

농도구배가 존재하는 계에서 물질은 분자의 움직임에 의한 확산속도를 갖

고 이때 발생하는 물질 달량은 농도구배(농도차거리)에 비례한다 식 (11)은

몰 달량를 식(12)는 도 달량를 나타낸다

J A z=-DABdcAdz

=- cDABdyAdz

(11)

j A z=-DABdρAdz

=-ρDABdwAdz

(12)

여기서 DAB는 혼합 물질에서 어떤 성분의 확산 계수를 나타내는데 차원은

다음과 같다

[ MoleL 2t ]= [ X ]

[ MoleL 3 ][ L ]

- 13 -

there4 [ X ]= [ L2

t ] 는 s

제 3 장

구조 체 실내 공 기의 열 습 기 평 형

3 1 건물의 열 수지 습 기 평 형

그림 6은 모델 건물의 열평형 방정식과 습기평형 방정식을 수립하기 한

개념도를 나타낸다 건물 외표면에는 일사의 유입과 외기와의 류 열 달

- 14 -

류 습기 달 천공과의 복사열교환 등이 작용하며 바닥에서는 지면으로부터의

열 도 습기 도가 일어나게 된다 내부에서는 실내공기와의 류 열 달

류 습기 달이 일어난다 한 인체 기기 발열 조명 발열 거주자 활동에

의한 수증기 발생이 존재하지만 비거주 공간을 상으로 삼았기 때문에 이에

한 부분은 고려하지 않았다

그림 6 건물의 열 습기 수지

3 2 구조 체 의 열 습 기 평 형식

자연실온 수증기량 해석을 한 건물 시스템은 크게 건물 벽체와 실내공

기로 나 어진다 수학 모델링의 과정은 다음과 같은 과정으로 일반화 된다

(1) 건물 외피에서 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (2) 건물 외피와 실

내 공기 사이에서의 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (3) 수치해석을

통해 경계조건으로 표 되는 외부 기상조건에 따른 비정상상태의 실내 자연실

온과 수증기량을 구한다

각 구조체의 1차원 열 달 방정식 습기 달 방정식 은 식 (13) 식 (14)

와 같다

- 15 -

ρw c pwpartTwpart t

=partpart x ( λw

partTwpartx ) (13)

part c wpart t

=partpartx (Dw

part c wpartx ) (14)

이질 재료의 층과 층 사이( x= n)에서 열과 습기 달은 다음과 같이 나타

낼 수 있다

λ1w

partT 1w

partx |x= n

=λ2w

partT 2w

partx |x= n

(15)

T1w | x= n=T

2w | x= n (16)

D1w

partc1w

partx |x= n

=D2w

partc2w

partx |x= n

(17)

c1w | x= n= c

2w | x= n (18)

구조체의 외표면 실내측에 한 경계조건은 다음과 같이 설정할 수 있다

λ wpartT w

partx |x= 0

=houttw (T out-T so)+αS+( 1+cosβ

2 ) σ ε(T sky4-T so

4)

(19)

λwpartTwpartx |

x= M=h intw (T in-T si)

(20)

- 16 -

Dwpart cwpart x |

x= 0=h

outmw (c out-c so) (21)

Dwpart cwpart x |

x= M=h

inmw (c in-c si) (22)

Lewis Relation은 외표면과 내표면 습기 달계수 houtmw h inmw

을 결정하기

하여 이용될 수 있다

h m=hT

ρ airCairp

(23)

3 3 실내 공 기의 열 습 기 평 형식

실내공기의 열평형식 습기 평형식은 각각 식(24) 식(25)와 같다

V ρ a c pad T in

d t=Q 1+Q 2+Q 3+Q 4

(24)

Q 1 벽체로부터의 열 달량[W]

Q 2 환기에 의한 열 달량[W]

Q 3 실내 수증기 증발 잠열량 [W]

Q 4 인체 조명 기기로부터의 발열량[W]

Vd c ind t

=M 1+M 2+M 3 (25)

M 1 벽체로부터의 수증기 달량 [kgs]

M 2 환기에 의한 수증기 달량 [kgs]

M 3 실내 수증기 발생량 [kgs]

- 17 -

식(24)는 실내 공기 온도에 한 열평형식으로 본 연구에서의 상 모델은

비거주 공간이므로 Q 4는 고려하지 않았다 한 재료의 흡middot방습에 의한 잠열

이 실내 온도에 미치는 향을 평가하기 해 Q 3를 고려한 경우와 Q 3

를 고려

하지 않은 경우로 나 어 분석하 다

식(25)는 실내 공기 수증기량에 한 습기평형식으로 M 3는 실내 수증기 발

생량을 나타내는데 이는 거주자의 취사 목욕 세탁 난방 등의 활동에 의한 수

증기 발생과 재료의 흡middot방습에의한 발생으로 크게 나 어 볼 수 있다 본 연구

에의 상 모델은 비거주 공간이므로 거주자의 활동에 의한 수증기 발생량은

고려하지 않고 재료의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량만을 분석하 다

3 4 실내 수증기 발 생 량

식(25)는 다음과 같이 표 할 수 있다

M 3=Vd c ind t

-M 1-M 2

(26)

실내 수증기 발생량 M 3를 구하기 해 시간에 따른 실내 수증기량의 미분

값인 dc indt

의 값을 구해야 한다 그러나 실내 수증기량의 직 미분은 미분값

이 불안정할 수 있다 수증기 발생원이 수증기를 방출할 때 발생량은 지수

으로 증가하고 방출을 멈췄을 때는 지수 으로 감소한다 Bennett et al은 포

름알데히드 측정을 하여 측정한 농도 데이터로부터 포르알데히드 방사량을

평가하기 하 로그램을 개발했다 Stirling interpolation polynomial fitting

이 오염물 농도를 미분하는데 이용된다 이와 유사한 방법을 이용하여 실내 수

증기량 c in은 Stirling interpolation polynomial fitting에 의해 미분된다

Stirling interpolation polynomial은 Gauss interpolation의 진과 후진의 평균

값으로 구한다

- 18 -

방정식에 다른 하나의 미지값은 건물 외피와 실내 공기와의 습기 달량인

비정상 습기 달량 M 1 값이다 기존의 연구에서 M 1

의 평균값은 003times 10- 6

[middotmiddots]으로 은 값이므로 실내 습기 발생량 M 3을 구하기 해 M 1

의 값은

0으로 가정한다

식 (27)은 실내 수증기 발생량을 구하기 해 측정한 수증기량 데이터를

Stirling polynomial 방법을 이용하여 미분하는 식을 나타낸다

[dc indt ]

t= t o

=1Δt (

Δc in-1+Δc in02

-16

Δ3c in-2+Δ

3c in-1

2

+130

Δ5c in-3+Δ

5c in-2

2+⋯) (27)

- 19 -

제 4 장

측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석

4 1 자연실온 수증기량 측정 실험

4 1 1 실험개 요

건물의 자연실온 수증기량 로그램의 타당성을 분석하기 하여 철근

콘크리트 건물에 측정 장비를 설치하고 실증 실험을 실시하 다 한 로그

램의 실제 건물 용 가능성을 평가하기 해 사무소 건물에서 실험을 실시하

다 철근 콘크리트 건물 모델은 주변과의 복사 향을 최소화하고 외부 건물

에 의한 일 의 향을 받지 않는 인천의 I 학교에 치하고 있다 사무소 건

물은 인천에 치하고 있으며 인 실의 향을 최소화하기 해 옥상의 독립

된 공간에서 실험을 실시하 다 실험 건물 모델은 거주 공간이 아니기 때문에

실내에서 발생되는 열과 수증기량은 0으로 간주된다 철근 콘크리트 건물 모델

에서 실험은 여름철인 2005년 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 고 사

무소 건물에서는 2005년 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시하 다

- 20 -

그림 7 모델 건물

4 1 2 측정 장 비

실험모델에 한 수평면 일사량 외기온도 상 습도 풍속 등의 기상 데이

터를 10분 간격으로 측정하 다 수평면 일사량 측정은 인천의 I 학교 옥상

에 설치된 자동 기상 측기 DAV16 를 사용하 다 수평면 일사량은 직산분

리 계산식을 사용하여 각 방 의 수직 벽면 일사량으로 환산되고 외기온도와

상 습도는 습공기 계산식을 통해 수증기량으로 환산된다

건물 모델 내부 공기 온도 상 습도 수증기량은 TH-CALC 8722 사용하여

10분 간격으로 측정하 다

4 1 3 모 델 건물

철근 콘크리트 건물 모델의 크기는 17mtimes17mtimes21m로 두께 015m의 단일

재료이고 방 는 정남향이다 표 4는 건물의 물성치를 나타낸다

- 21 -

표 4 건물의 물성치

열 도율 14 [WmK]

비열 880 [JkgK]

도 2100 [kg]

투습율 47 [ng(smPa)]

두께 015 [m]

4 2 비 정 상 자연실온 수증기량 해 석

4 2 1 비 정 상 자연실온 해 석

그림 8 다층벽의 열수지 차분계산 모델

그림 8은 다층벽의 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이에 있는

경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하면 경계면 m 에서의 계산식은

- 22 -

m-Δx L2~ m-Δx R2의 열용량이 m 에 집 하고 m-1~ m 사이와

m~ m+1 사이의 열 항을 각각 RL RR이라 하면 구조체 내부 각 층의 온

도에 한 차분식은 식 (28)과 같다

Tm-Tm

Δt | m= 105(CAPL+CAPR) 1

RR(T

m+1 -T

m)-

1RL

(Tm-T

m-1 )

(28)

여기서

CAPL= c L ρ LΔxL (29)

CAPR= c R ρ RΔxR (30)

RL=ΔxLλL

(31)

RR=

ΔxRλR

(32)

외표면 경계조건(m=0)은 일사 외기와의 류열 달 그리고 천공과의 복

사열 교환에 의한 유효복사량이며 식 (33)과 같다

+( 1+cosβ2 ) σ ε(T sky

4-(Tso )

4)-

1RL

(T so+1 -T

so))

(33)

내표면 경계조건(m=M)은 식 (34)와 같으며 각 벽체간의 온도 차이가 크지

않기 때문에 내부 복사열 교환은 생략하고 실내공기와의 류열 달만 있는

것으로 하 다

T si-Tsi

Δt |m= M

=1

05 C AP R (h intw (T si-T in)-

1R R

(T si-1-Tsi))

(34)

- 23 -

실내 공기온도 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 류열 달 환기

에 의한 열 달 잠열부하량을 고려하 으며 열 수지식은 식 (35)와 같다

T in-T

in

Δt=

1c aρ aV

(Q 1+Q 2+Q 3+Q 4)

(35)

여기서 Q 1은 구조체로부터의 열 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로부

터의 류열 달만을 고려하 으며 식(36)과 같다

Q 1= hintw sum

6

k= 1AkT si k

(36)

Q 2는 환기에 의한 열 달량을 나타내며 식(37)과 같다

Q 2= nV c aρ a(Tout-T in)

(37)

Q 3는 실내 수증기 발생량에 따른 실내 증발잠열량을 나타내며 식(38)과 같다

Q 3=HtimesGtimesVtimes1

3600 (38)

4 2 2 비 정 상 수증기량 해 석

- 24 -

그림 9 다층벽의 습기평형 차분계산 모델

그림 9는 다층벽의 습기평형 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이

에 있는 경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하며 구조체 내부 각 층의 습

기에 한 차분식은 식 (39)와 같다

cm-cm

Δt | m= 105(Δx L+Δ xR)

DwRΔx R

(cm+1 -c

m)-

DwLΔxL

(cm-c

m-1 )

(39)

외표면 경계조건(m=0)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계수

를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(40)과 같다

c so-cso

Δt |m= 0

=1

05ΔxL ( h outmw (c out-cso)-

DwLΔxL

(c so+1 -cso) )

(40)

내표면 경계조건(m=M)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계

수를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(41)과 같다

c si-c

si

Δt |m= M

=1

05ΔxR ( h inmw (c in-csi)-

DwRΔxR

(csi-1 -csi) )

(41)

- 25 -

실내 수증기량 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 습기 달계수 환

기에 의한 습기 달 실내 습기발생량을 고려하 으며 습기 평형식은 식(42)과

같다

c in-cin

Δt=

1V

(M 1+M 2+M 3)

(42)

여기서 M 1은 구조체로부터의 습기 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로

부터의 류습기 달만을 고려하 으며 식(43)과 같다

M 1= hinmw sum

6

k= 1Ak c si k

(43)

M 2는 환기에 의한 습기 달량을 나타내며 식(44)와 같다

M 2=nV (c out-c in)

(44)

M 3는 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 나타낸다

4 2 3 수치해 석 기본 가 정

본 수치 모델의 해석에 한 기본가정은 다음과 같다

(1) 벽체 지붕 바닥의 열 달 습기 달은 두께 방향의 1차원으로 보며 각

부 재료는 동일하다

(2) 실내공간을 단일 존으로 보고 실내온도와 수증기량은 치에 해 일정하

다고 본다

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 19: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 3 -

연구 방법으로는 모델 건물의 자연실온과 수증기량에 한 수치계산을 실시

하기 해 수치해석 로그램을 작성하여 실제 상황을 시뮬 이션 하 다 이

때 일사 외기온도 풍속 상 습도 등의 기후요소에 한 값들은 실측 데이터

를 이용하 다 단 수직 벽면에 입사하는 일사량은 수평면 일사량을 직산분

리하여 계산하는 로그램을 작성했고 수증기량에 련된 값은 습공기 계산식

과 이상기체 방정식을 이용하여 구하 다 한 작성한 로그램에 한 타당

성을 분석하기 해 모델 건물에 한 실증 실험을 실시하고 그 결과를 비교

분석하 다

실증 실험을 통하여 작성한 로그램을 타당성을 검증하 다 그리고 자연

실온과 수증기량 측 로그램을 이용하여 실제 건물의 용 가능성을 평가하

기 해 사무소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값을 비교 분석하고 타당성을

평가하 다

- 4 -

본 연구의 진행을 한 흐름은 그림 1과 같다

그 림 1 연구의 체 흐 름 도

- 5 -

제 2 장 비 고 찰

2 1 자연실온

냉난방을 하지 않은 건물 자체의 단열 축열 성능으로써 외기 조건과 차

별된 실내온도를 형성하게 되며 이를 건물의 자연실온이라고 말할 수 있다

그림 2 자연실온과 난방 냉방부하

그림 2는 건물에 자연실온을 용한 냉난방 부하 계산 개념도이다 외기온도

와 실내 설정온도의 차이로 계산된 부하와 비교할 때 동계의 경우 부하가 감소

하고 하계의 경우는 증가함을 보이고 있다 이는 부하계산시 외기 온도와 실내

설정온도와의 차이가 아닌 자연실온과의 차이로써 계산해 주어야 보다 정확한

부하를 산정할 수 있음을 의미한다

자연실온 용의 효과에 해 건물의 기간부하 계산법인 냉난방도일법에서

도 쉽게 확인할 수 있다 냉난방도일은 실내설정온도와 외기온도와의 차이에

냉난방일수를 곱하여 계산한다 그림 3은 연 냉난방 도일을 나타내는 것으로

서 이를 근거로 부하 계산을 할 경우 과 한 설비 용량과 에 지 소비량이 추

정될 수 있는 것이다 이러한 결과가 발생하는 것은 건물 구조체의 열 성능에

- 6 -

의한 향으로 비공조시에도 실내온도와 외기온도는 지 않은 차이가 있기 때

문이다1)

그림 3 연 냉방도일 난방도일

2 2 습 기의 이론 고 찰

2 2 1 재 료 의 흡 middot 방 습 기능 (Moisture Storage F unction)

다공질의 건축 재료에서 물 분자는 주변 공기와 평형상태에 도달할 때까지

모세 상에 의해 재료의 공극에 채워진다 평형 함수율이란 고체 재료를 일

정한 온습도의 습한 공기 속에 장시간 놓아두고 주변 공기와 평형이 될 때의

재료의 함수율을 말하는데 재료의 흡middot방습 능력에 큰 향을 미치는 인자이다

평형 함수율은 온도와 습도에 의해 변하지만 상온의 범 (0~40)에서는 상

습도에 의해 결정되며 습도 역(30~70)에서는 거의 직선으로 간주할 수

있다

1) 윤성훈 2004건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학원 건축공학과

(계획 공) 2001 2

- 7 -

그림 4 상 습도에 따른 재료의 함습량

그림 4는 상 습도에 따른 재료의 함습량 곡선을 나타낸다 액체 상태의 물

에 하고 있는 재료내의 공극은 포화 wf까지 수분으로 채워질 것이다

이 수분양 wf는 상 습도 100에서 재료의 함습량이다 공극 내부에서 발

생하는 공기 때문에 다공률[]에 의해 결정되는 최 함습량 w max 값보

다 wf값은 다 wf

를 과하는 수분의 양은 벽체 내의 온도 구배에 의해 결

로를 발생시킬 수 있다

표 1 콘크리트 재료의 함습량

- 8 -

표 1은 상 습도에 따른 콘크리트 재료의 합습량을 나타낸다 상 습도가

증가함에 따라 재료의 함습량은 증가하는 것을 알 수 있다 여러 재료의 평형

함습량 곡선은 흡습과정과 방습과정에서 평형 함습량이 다른 경우가 있으며

이러한 상을 자기이력 상이라고 한다 그러나 흡습량과 방습량의 오차는

은 값이기 때문에 무시할 수 있다

상 습도[] 0 33 43 63 80 85 93 100

함습량[] 0 23 26 44 53 55 85 175

2 2 2 수분 달 계 수 (L iq uid Transport Coefficients)

다공질의 재료에서 습기 달 메커니즘은 모세 수분 달이지만 건축 재

료에서 수분 달을 확산 상으로 간주하는 것이 일반 이다 건축 재료에서

수분 메커니즘은 크게 두 가지로 나 수 있다

bull 흡입에 의한 수분 달 건축 재료가 강수로 인해 표면이 완 히 젖었을

때 모세 상에 의해 수분이 달된다

bull 확산에 의한 수분 달 공극에 축 된 수분은 강우가 멈췄을 때 확산에

의해 달된다

확산에 의한 수분 달은 천천히 이루어지기 때문에 확산에 의한 수분 달

계수는 일반 으로 흡입에 의한 수분 달 계수 값보다 다

다음 표2 표3은 콘크리트의 흡입과 확산에 의한 수분 달 계수를 나타낸

- 9 -

표 2 흡입에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 140 157 175

습기 달계수[s] 3times 10- 10 8times 10

- 9 2times 10- 8 3times 10

- 8 5times 10- 8 2times 10

- 7

표 3 확산에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 122 140 157 175

습기 달계수[s]2times

10- 11

2times

10- 10

25times

10- 10

13times

10- 9

72times

10- 9 2times 10 - 8 7times 10 - 8

2 2 3 물질 달 (Mass Transfer)

혼합물에서 어떤 화합물질의 농도 차이에 의해 물질이 이동하는 것을 물질

달이라고 한다 온도 기울기에 의해 열 달이 일어나는 것과 마찬가지로 물

질 달에서는 화학물질의 농도 기울기가 물질의 이동을 일으킨다 건조 공기로

수증기가 확산되는 것도 물질 달의 한 라고 할 수 있다

그림 5는 기체 혼합물의 확산에 의한 물질 달을 나타낸다 서로 다른 기체

가 같은 온도와 압력 상태에서 칸막이로 분리된 챔버를 고려해보자 칸막이가

제거된다면 기체는 확산에 의해 달될 것이다 더 큰 농도는 체 당 더 많은

분자수가 있다는 것을 의미한다 x축을 따라 기체 A의 농도가 감소하는 반면

기체 B의 농도는 증가할 것이다 물질 달은 농도 방향으로 일어나기 때문

에 기체 A는 오른편으로 기체 B는 왼편으로 이동할 것이다 충분한 시간이 경

과한 후에 A와 B의 농도는 균일해질 것이다

- 10 -

그림 5 혼합기체에서 확산에 의한 물질 달

물질 달은 기체에서 뿐만 아니라 액체와 고체에서도 일어난다 그러나

질 달은 분자 간격에 큰 향을 받기 때문에 확산은 기체 액체 고체의 순

서로 빠르게 일어난다

1 ) 물질 A의 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(1)과 같이 나

타낼 수 있다

ρ A=mAV

(1)

혼합물의 체 농도는 각각의 물질 농도를 합한 값과 같고 식(2)와 같이 나

타낼 수 있다

ρ= sumn

i=1ρ i (2)

혼합물에서 물질 A의 양은 mass fraction이며 식 (3)과 같이 나타낼 수 있다

- 11 -

wA=ρAρ

(3)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (4)와 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1wi=1 (4)

2) 물질 A의 몰 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(5)와 같이

나타낼 수 있다

c A=n AV

=m AM A

V=

ρ A

M A

(5)

혼합물의 체 몰 농도는 각각의 물질 몰 농도를 합한 값과 같고 식(6)와 같이

나타낼 수 있다

c= sumn

i=1c i

(6)

혼합물에서 물질 A의 양은 mole fraction이며 식 (7)과 같이 나타낼 수 있다

x i=c ic

(7)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (8)과 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1x i=1 (8)

- 12 -

3 ) 이상 기체 방 정 식

이상기체 혼합물에서 어떤 성분의 농도 와 몰 농도는 이상기체 법칙을 통해

그 성분의 부분 압력과 련된다 식(9)와 식(10)은 어떤 성분의 농도와 몰 농도

를 나타낸다

ρ i=p iR iT

(9)

Ci=p iRT

(10)

여기서 Ri는 물질 i의 기체 상수이고 R은 universal 기체 상수이다

4) F ick ` L aw

농도구배가 존재하는 계에서 물질은 분자의 움직임에 의한 확산속도를 갖

고 이때 발생하는 물질 달량은 농도구배(농도차거리)에 비례한다 식 (11)은

몰 달량를 식(12)는 도 달량를 나타낸다

J A z=-DABdcAdz

=- cDABdyAdz

(11)

j A z=-DABdρAdz

=-ρDABdwAdz

(12)

여기서 DAB는 혼합 물질에서 어떤 성분의 확산 계수를 나타내는데 차원은

다음과 같다

[ MoleL 2t ]= [ X ]

[ MoleL 3 ][ L ]

- 13 -

there4 [ X ]= [ L2

t ] 는 s

제 3 장

구조 체 실내 공 기의 열 습 기 평 형

3 1 건물의 열 수지 습 기 평 형

그림 6은 모델 건물의 열평형 방정식과 습기평형 방정식을 수립하기 한

개념도를 나타낸다 건물 외표면에는 일사의 유입과 외기와의 류 열 달

- 14 -

류 습기 달 천공과의 복사열교환 등이 작용하며 바닥에서는 지면으로부터의

열 도 습기 도가 일어나게 된다 내부에서는 실내공기와의 류 열 달

류 습기 달이 일어난다 한 인체 기기 발열 조명 발열 거주자 활동에

의한 수증기 발생이 존재하지만 비거주 공간을 상으로 삼았기 때문에 이에

한 부분은 고려하지 않았다

그림 6 건물의 열 습기 수지

3 2 구조 체 의 열 습 기 평 형식

자연실온 수증기량 해석을 한 건물 시스템은 크게 건물 벽체와 실내공

기로 나 어진다 수학 모델링의 과정은 다음과 같은 과정으로 일반화 된다

(1) 건물 외피에서 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (2) 건물 외피와 실

내 공기 사이에서의 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (3) 수치해석을

통해 경계조건으로 표 되는 외부 기상조건에 따른 비정상상태의 실내 자연실

온과 수증기량을 구한다

각 구조체의 1차원 열 달 방정식 습기 달 방정식 은 식 (13) 식 (14)

와 같다

- 15 -

ρw c pwpartTwpart t

=partpart x ( λw

partTwpartx ) (13)

part c wpart t

=partpartx (Dw

part c wpartx ) (14)

이질 재료의 층과 층 사이( x= n)에서 열과 습기 달은 다음과 같이 나타

낼 수 있다

λ1w

partT 1w

partx |x= n

=λ2w

partT 2w

partx |x= n

(15)

T1w | x= n=T

2w | x= n (16)

D1w

partc1w

partx |x= n

=D2w

partc2w

partx |x= n

(17)

c1w | x= n= c

2w | x= n (18)

구조체의 외표면 실내측에 한 경계조건은 다음과 같이 설정할 수 있다

λ wpartT w

partx |x= 0

=houttw (T out-T so)+αS+( 1+cosβ

2 ) σ ε(T sky4-T so

4)

(19)

λwpartTwpartx |

x= M=h intw (T in-T si)

(20)

- 16 -

Dwpart cwpart x |

x= 0=h

outmw (c out-c so) (21)

Dwpart cwpart x |

x= M=h

inmw (c in-c si) (22)

Lewis Relation은 외표면과 내표면 습기 달계수 houtmw h inmw

을 결정하기

하여 이용될 수 있다

h m=hT

ρ airCairp

(23)

3 3 실내 공 기의 열 습 기 평 형식

실내공기의 열평형식 습기 평형식은 각각 식(24) 식(25)와 같다

V ρ a c pad T in

d t=Q 1+Q 2+Q 3+Q 4

(24)

Q 1 벽체로부터의 열 달량[W]

Q 2 환기에 의한 열 달량[W]

Q 3 실내 수증기 증발 잠열량 [W]

Q 4 인체 조명 기기로부터의 발열량[W]

Vd c ind t

=M 1+M 2+M 3 (25)

M 1 벽체로부터의 수증기 달량 [kgs]

M 2 환기에 의한 수증기 달량 [kgs]

M 3 실내 수증기 발생량 [kgs]

- 17 -

식(24)는 실내 공기 온도에 한 열평형식으로 본 연구에서의 상 모델은

비거주 공간이므로 Q 4는 고려하지 않았다 한 재료의 흡middot방습에 의한 잠열

이 실내 온도에 미치는 향을 평가하기 해 Q 3를 고려한 경우와 Q 3

를 고려

하지 않은 경우로 나 어 분석하 다

식(25)는 실내 공기 수증기량에 한 습기평형식으로 M 3는 실내 수증기 발

생량을 나타내는데 이는 거주자의 취사 목욕 세탁 난방 등의 활동에 의한 수

증기 발생과 재료의 흡middot방습에의한 발생으로 크게 나 어 볼 수 있다 본 연구

에의 상 모델은 비거주 공간이므로 거주자의 활동에 의한 수증기 발생량은

고려하지 않고 재료의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량만을 분석하 다

3 4 실내 수증기 발 생 량

식(25)는 다음과 같이 표 할 수 있다

M 3=Vd c ind t

-M 1-M 2

(26)

실내 수증기 발생량 M 3를 구하기 해 시간에 따른 실내 수증기량의 미분

값인 dc indt

의 값을 구해야 한다 그러나 실내 수증기량의 직 미분은 미분값

이 불안정할 수 있다 수증기 발생원이 수증기를 방출할 때 발생량은 지수

으로 증가하고 방출을 멈췄을 때는 지수 으로 감소한다 Bennett et al은 포

름알데히드 측정을 하여 측정한 농도 데이터로부터 포르알데히드 방사량을

평가하기 하 로그램을 개발했다 Stirling interpolation polynomial fitting

이 오염물 농도를 미분하는데 이용된다 이와 유사한 방법을 이용하여 실내 수

증기량 c in은 Stirling interpolation polynomial fitting에 의해 미분된다

Stirling interpolation polynomial은 Gauss interpolation의 진과 후진의 평균

값으로 구한다

- 18 -

방정식에 다른 하나의 미지값은 건물 외피와 실내 공기와의 습기 달량인

비정상 습기 달량 M 1 값이다 기존의 연구에서 M 1

의 평균값은 003times 10- 6

[middotmiddots]으로 은 값이므로 실내 습기 발생량 M 3을 구하기 해 M 1

의 값은

0으로 가정한다

식 (27)은 실내 수증기 발생량을 구하기 해 측정한 수증기량 데이터를

Stirling polynomial 방법을 이용하여 미분하는 식을 나타낸다

[dc indt ]

t= t o

=1Δt (

Δc in-1+Δc in02

-16

Δ3c in-2+Δ

3c in-1

2

+130

Δ5c in-3+Δ

5c in-2

2+⋯) (27)

- 19 -

제 4 장

측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석

4 1 자연실온 수증기량 측정 실험

4 1 1 실험개 요

건물의 자연실온 수증기량 로그램의 타당성을 분석하기 하여 철근

콘크리트 건물에 측정 장비를 설치하고 실증 실험을 실시하 다 한 로그

램의 실제 건물 용 가능성을 평가하기 해 사무소 건물에서 실험을 실시하

다 철근 콘크리트 건물 모델은 주변과의 복사 향을 최소화하고 외부 건물

에 의한 일 의 향을 받지 않는 인천의 I 학교에 치하고 있다 사무소 건

물은 인천에 치하고 있으며 인 실의 향을 최소화하기 해 옥상의 독립

된 공간에서 실험을 실시하 다 실험 건물 모델은 거주 공간이 아니기 때문에

실내에서 발생되는 열과 수증기량은 0으로 간주된다 철근 콘크리트 건물 모델

에서 실험은 여름철인 2005년 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 고 사

무소 건물에서는 2005년 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시하 다

- 20 -

그림 7 모델 건물

4 1 2 측정 장 비

실험모델에 한 수평면 일사량 외기온도 상 습도 풍속 등의 기상 데이

터를 10분 간격으로 측정하 다 수평면 일사량 측정은 인천의 I 학교 옥상

에 설치된 자동 기상 측기 DAV16 를 사용하 다 수평면 일사량은 직산분

리 계산식을 사용하여 각 방 의 수직 벽면 일사량으로 환산되고 외기온도와

상 습도는 습공기 계산식을 통해 수증기량으로 환산된다

건물 모델 내부 공기 온도 상 습도 수증기량은 TH-CALC 8722 사용하여

10분 간격으로 측정하 다

4 1 3 모 델 건물

철근 콘크리트 건물 모델의 크기는 17mtimes17mtimes21m로 두께 015m의 단일

재료이고 방 는 정남향이다 표 4는 건물의 물성치를 나타낸다

- 21 -

표 4 건물의 물성치

열 도율 14 [WmK]

비열 880 [JkgK]

도 2100 [kg]

투습율 47 [ng(smPa)]

두께 015 [m]

4 2 비 정 상 자연실온 수증기량 해 석

4 2 1 비 정 상 자연실온 해 석

그림 8 다층벽의 열수지 차분계산 모델

그림 8은 다층벽의 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이에 있는

경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하면 경계면 m 에서의 계산식은

- 22 -

m-Δx L2~ m-Δx R2의 열용량이 m 에 집 하고 m-1~ m 사이와

m~ m+1 사이의 열 항을 각각 RL RR이라 하면 구조체 내부 각 층의 온

도에 한 차분식은 식 (28)과 같다

Tm-Tm

Δt | m= 105(CAPL+CAPR) 1

RR(T

m+1 -T

m)-

1RL

(Tm-T

m-1 )

(28)

여기서

CAPL= c L ρ LΔxL (29)

CAPR= c R ρ RΔxR (30)

RL=ΔxLλL

(31)

RR=

ΔxRλR

(32)

외표면 경계조건(m=0)은 일사 외기와의 류열 달 그리고 천공과의 복

사열 교환에 의한 유효복사량이며 식 (33)과 같다

+( 1+cosβ2 ) σ ε(T sky

4-(Tso )

4)-

1RL

(T so+1 -T

so))

(33)

내표면 경계조건(m=M)은 식 (34)와 같으며 각 벽체간의 온도 차이가 크지

않기 때문에 내부 복사열 교환은 생략하고 실내공기와의 류열 달만 있는

것으로 하 다

T si-Tsi

Δt |m= M

=1

05 C AP R (h intw (T si-T in)-

1R R

(T si-1-Tsi))

(34)

- 23 -

실내 공기온도 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 류열 달 환기

에 의한 열 달 잠열부하량을 고려하 으며 열 수지식은 식 (35)와 같다

T in-T

in

Δt=

1c aρ aV

(Q 1+Q 2+Q 3+Q 4)

(35)

여기서 Q 1은 구조체로부터의 열 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로부

터의 류열 달만을 고려하 으며 식(36)과 같다

Q 1= hintw sum

6

k= 1AkT si k

(36)

Q 2는 환기에 의한 열 달량을 나타내며 식(37)과 같다

Q 2= nV c aρ a(Tout-T in)

(37)

Q 3는 실내 수증기 발생량에 따른 실내 증발잠열량을 나타내며 식(38)과 같다

Q 3=HtimesGtimesVtimes1

3600 (38)

4 2 2 비 정 상 수증기량 해 석

- 24 -

그림 9 다층벽의 습기평형 차분계산 모델

그림 9는 다층벽의 습기평형 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이

에 있는 경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하며 구조체 내부 각 층의 습

기에 한 차분식은 식 (39)와 같다

cm-cm

Δt | m= 105(Δx L+Δ xR)

DwRΔx R

(cm+1 -c

m)-

DwLΔxL

(cm-c

m-1 )

(39)

외표면 경계조건(m=0)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계수

를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(40)과 같다

c so-cso

Δt |m= 0

=1

05ΔxL ( h outmw (c out-cso)-

DwLΔxL

(c so+1 -cso) )

(40)

내표면 경계조건(m=M)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계

수를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(41)과 같다

c si-c

si

Δt |m= M

=1

05ΔxR ( h inmw (c in-csi)-

DwRΔxR

(csi-1 -csi) )

(41)

- 25 -

실내 수증기량 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 습기 달계수 환

기에 의한 습기 달 실내 습기발생량을 고려하 으며 습기 평형식은 식(42)과

같다

c in-cin

Δt=

1V

(M 1+M 2+M 3)

(42)

여기서 M 1은 구조체로부터의 습기 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로

부터의 류습기 달만을 고려하 으며 식(43)과 같다

M 1= hinmw sum

6

k= 1Ak c si k

(43)

M 2는 환기에 의한 습기 달량을 나타내며 식(44)와 같다

M 2=nV (c out-c in)

(44)

M 3는 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 나타낸다

4 2 3 수치해 석 기본 가 정

본 수치 모델의 해석에 한 기본가정은 다음과 같다

(1) 벽체 지붕 바닥의 열 달 습기 달은 두께 방향의 1차원으로 보며 각

부 재료는 동일하다

(2) 실내공간을 단일 존으로 보고 실내온도와 수증기량은 치에 해 일정하

다고 본다

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 20: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 4 -

본 연구의 진행을 한 흐름은 그림 1과 같다

그 림 1 연구의 체 흐 름 도

- 5 -

제 2 장 비 고 찰

2 1 자연실온

냉난방을 하지 않은 건물 자체의 단열 축열 성능으로써 외기 조건과 차

별된 실내온도를 형성하게 되며 이를 건물의 자연실온이라고 말할 수 있다

그림 2 자연실온과 난방 냉방부하

그림 2는 건물에 자연실온을 용한 냉난방 부하 계산 개념도이다 외기온도

와 실내 설정온도의 차이로 계산된 부하와 비교할 때 동계의 경우 부하가 감소

하고 하계의 경우는 증가함을 보이고 있다 이는 부하계산시 외기 온도와 실내

설정온도와의 차이가 아닌 자연실온과의 차이로써 계산해 주어야 보다 정확한

부하를 산정할 수 있음을 의미한다

자연실온 용의 효과에 해 건물의 기간부하 계산법인 냉난방도일법에서

도 쉽게 확인할 수 있다 냉난방도일은 실내설정온도와 외기온도와의 차이에

냉난방일수를 곱하여 계산한다 그림 3은 연 냉난방 도일을 나타내는 것으로

서 이를 근거로 부하 계산을 할 경우 과 한 설비 용량과 에 지 소비량이 추

정될 수 있는 것이다 이러한 결과가 발생하는 것은 건물 구조체의 열 성능에

- 6 -

의한 향으로 비공조시에도 실내온도와 외기온도는 지 않은 차이가 있기 때

문이다1)

그림 3 연 냉방도일 난방도일

2 2 습 기의 이론 고 찰

2 2 1 재 료 의 흡 middot 방 습 기능 (Moisture Storage F unction)

다공질의 건축 재료에서 물 분자는 주변 공기와 평형상태에 도달할 때까지

모세 상에 의해 재료의 공극에 채워진다 평형 함수율이란 고체 재료를 일

정한 온습도의 습한 공기 속에 장시간 놓아두고 주변 공기와 평형이 될 때의

재료의 함수율을 말하는데 재료의 흡middot방습 능력에 큰 향을 미치는 인자이다

평형 함수율은 온도와 습도에 의해 변하지만 상온의 범 (0~40)에서는 상

습도에 의해 결정되며 습도 역(30~70)에서는 거의 직선으로 간주할 수

있다

1) 윤성훈 2004건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학원 건축공학과

(계획 공) 2001 2

- 7 -

그림 4 상 습도에 따른 재료의 함습량

그림 4는 상 습도에 따른 재료의 함습량 곡선을 나타낸다 액체 상태의 물

에 하고 있는 재료내의 공극은 포화 wf까지 수분으로 채워질 것이다

이 수분양 wf는 상 습도 100에서 재료의 함습량이다 공극 내부에서 발

생하는 공기 때문에 다공률[]에 의해 결정되는 최 함습량 w max 값보

다 wf값은 다 wf

를 과하는 수분의 양은 벽체 내의 온도 구배에 의해 결

로를 발생시킬 수 있다

표 1 콘크리트 재료의 함습량

- 8 -

표 1은 상 습도에 따른 콘크리트 재료의 합습량을 나타낸다 상 습도가

증가함에 따라 재료의 함습량은 증가하는 것을 알 수 있다 여러 재료의 평형

함습량 곡선은 흡습과정과 방습과정에서 평형 함습량이 다른 경우가 있으며

이러한 상을 자기이력 상이라고 한다 그러나 흡습량과 방습량의 오차는

은 값이기 때문에 무시할 수 있다

상 습도[] 0 33 43 63 80 85 93 100

함습량[] 0 23 26 44 53 55 85 175

2 2 2 수분 달 계 수 (L iq uid Transport Coefficients)

다공질의 재료에서 습기 달 메커니즘은 모세 수분 달이지만 건축 재

료에서 수분 달을 확산 상으로 간주하는 것이 일반 이다 건축 재료에서

수분 메커니즘은 크게 두 가지로 나 수 있다

bull 흡입에 의한 수분 달 건축 재료가 강수로 인해 표면이 완 히 젖었을

때 모세 상에 의해 수분이 달된다

bull 확산에 의한 수분 달 공극에 축 된 수분은 강우가 멈췄을 때 확산에

의해 달된다

확산에 의한 수분 달은 천천히 이루어지기 때문에 확산에 의한 수분 달

계수는 일반 으로 흡입에 의한 수분 달 계수 값보다 다

다음 표2 표3은 콘크리트의 흡입과 확산에 의한 수분 달 계수를 나타낸

- 9 -

표 2 흡입에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 140 157 175

습기 달계수[s] 3times 10- 10 8times 10

- 9 2times 10- 8 3times 10

- 8 5times 10- 8 2times 10

- 7

표 3 확산에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 122 140 157 175

습기 달계수[s]2times

10- 11

2times

10- 10

25times

10- 10

13times

10- 9

72times

10- 9 2times 10 - 8 7times 10 - 8

2 2 3 물질 달 (Mass Transfer)

혼합물에서 어떤 화합물질의 농도 차이에 의해 물질이 이동하는 것을 물질

달이라고 한다 온도 기울기에 의해 열 달이 일어나는 것과 마찬가지로 물

질 달에서는 화학물질의 농도 기울기가 물질의 이동을 일으킨다 건조 공기로

수증기가 확산되는 것도 물질 달의 한 라고 할 수 있다

그림 5는 기체 혼합물의 확산에 의한 물질 달을 나타낸다 서로 다른 기체

가 같은 온도와 압력 상태에서 칸막이로 분리된 챔버를 고려해보자 칸막이가

제거된다면 기체는 확산에 의해 달될 것이다 더 큰 농도는 체 당 더 많은

분자수가 있다는 것을 의미한다 x축을 따라 기체 A의 농도가 감소하는 반면

기체 B의 농도는 증가할 것이다 물질 달은 농도 방향으로 일어나기 때문

에 기체 A는 오른편으로 기체 B는 왼편으로 이동할 것이다 충분한 시간이 경

과한 후에 A와 B의 농도는 균일해질 것이다

- 10 -

그림 5 혼합기체에서 확산에 의한 물질 달

물질 달은 기체에서 뿐만 아니라 액체와 고체에서도 일어난다 그러나

질 달은 분자 간격에 큰 향을 받기 때문에 확산은 기체 액체 고체의 순

서로 빠르게 일어난다

1 ) 물질 A의 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(1)과 같이 나

타낼 수 있다

ρ A=mAV

(1)

혼합물의 체 농도는 각각의 물질 농도를 합한 값과 같고 식(2)와 같이 나

타낼 수 있다

ρ= sumn

i=1ρ i (2)

혼합물에서 물질 A의 양은 mass fraction이며 식 (3)과 같이 나타낼 수 있다

- 11 -

wA=ρAρ

(3)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (4)와 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1wi=1 (4)

2) 물질 A의 몰 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(5)와 같이

나타낼 수 있다

c A=n AV

=m AM A

V=

ρ A

M A

(5)

혼합물의 체 몰 농도는 각각의 물질 몰 농도를 합한 값과 같고 식(6)와 같이

나타낼 수 있다

c= sumn

i=1c i

(6)

혼합물에서 물질 A의 양은 mole fraction이며 식 (7)과 같이 나타낼 수 있다

x i=c ic

(7)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (8)과 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1x i=1 (8)

- 12 -

3 ) 이상 기체 방 정 식

이상기체 혼합물에서 어떤 성분의 농도 와 몰 농도는 이상기체 법칙을 통해

그 성분의 부분 압력과 련된다 식(9)와 식(10)은 어떤 성분의 농도와 몰 농도

를 나타낸다

ρ i=p iR iT

(9)

Ci=p iRT

(10)

여기서 Ri는 물질 i의 기체 상수이고 R은 universal 기체 상수이다

4) F ick ` L aw

농도구배가 존재하는 계에서 물질은 분자의 움직임에 의한 확산속도를 갖

고 이때 발생하는 물질 달량은 농도구배(농도차거리)에 비례한다 식 (11)은

몰 달량를 식(12)는 도 달량를 나타낸다

J A z=-DABdcAdz

=- cDABdyAdz

(11)

j A z=-DABdρAdz

=-ρDABdwAdz

(12)

여기서 DAB는 혼합 물질에서 어떤 성분의 확산 계수를 나타내는데 차원은

다음과 같다

[ MoleL 2t ]= [ X ]

[ MoleL 3 ][ L ]

- 13 -

there4 [ X ]= [ L2

t ] 는 s

제 3 장

구조 체 실내 공 기의 열 습 기 평 형

3 1 건물의 열 수지 습 기 평 형

그림 6은 모델 건물의 열평형 방정식과 습기평형 방정식을 수립하기 한

개념도를 나타낸다 건물 외표면에는 일사의 유입과 외기와의 류 열 달

- 14 -

류 습기 달 천공과의 복사열교환 등이 작용하며 바닥에서는 지면으로부터의

열 도 습기 도가 일어나게 된다 내부에서는 실내공기와의 류 열 달

류 습기 달이 일어난다 한 인체 기기 발열 조명 발열 거주자 활동에

의한 수증기 발생이 존재하지만 비거주 공간을 상으로 삼았기 때문에 이에

한 부분은 고려하지 않았다

그림 6 건물의 열 습기 수지

3 2 구조 체 의 열 습 기 평 형식

자연실온 수증기량 해석을 한 건물 시스템은 크게 건물 벽체와 실내공

기로 나 어진다 수학 모델링의 과정은 다음과 같은 과정으로 일반화 된다

(1) 건물 외피에서 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (2) 건물 외피와 실

내 공기 사이에서의 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (3) 수치해석을

통해 경계조건으로 표 되는 외부 기상조건에 따른 비정상상태의 실내 자연실

온과 수증기량을 구한다

각 구조체의 1차원 열 달 방정식 습기 달 방정식 은 식 (13) 식 (14)

와 같다

- 15 -

ρw c pwpartTwpart t

=partpart x ( λw

partTwpartx ) (13)

part c wpart t

=partpartx (Dw

part c wpartx ) (14)

이질 재료의 층과 층 사이( x= n)에서 열과 습기 달은 다음과 같이 나타

낼 수 있다

λ1w

partT 1w

partx |x= n

=λ2w

partT 2w

partx |x= n

(15)

T1w | x= n=T

2w | x= n (16)

D1w

partc1w

partx |x= n

=D2w

partc2w

partx |x= n

(17)

c1w | x= n= c

2w | x= n (18)

구조체의 외표면 실내측에 한 경계조건은 다음과 같이 설정할 수 있다

λ wpartT w

partx |x= 0

=houttw (T out-T so)+αS+( 1+cosβ

2 ) σ ε(T sky4-T so

4)

(19)

λwpartTwpartx |

x= M=h intw (T in-T si)

(20)

- 16 -

Dwpart cwpart x |

x= 0=h

outmw (c out-c so) (21)

Dwpart cwpart x |

x= M=h

inmw (c in-c si) (22)

Lewis Relation은 외표면과 내표면 습기 달계수 houtmw h inmw

을 결정하기

하여 이용될 수 있다

h m=hT

ρ airCairp

(23)

3 3 실내 공 기의 열 습 기 평 형식

실내공기의 열평형식 습기 평형식은 각각 식(24) 식(25)와 같다

V ρ a c pad T in

d t=Q 1+Q 2+Q 3+Q 4

(24)

Q 1 벽체로부터의 열 달량[W]

Q 2 환기에 의한 열 달량[W]

Q 3 실내 수증기 증발 잠열량 [W]

Q 4 인체 조명 기기로부터의 발열량[W]

Vd c ind t

=M 1+M 2+M 3 (25)

M 1 벽체로부터의 수증기 달량 [kgs]

M 2 환기에 의한 수증기 달량 [kgs]

M 3 실내 수증기 발생량 [kgs]

- 17 -

식(24)는 실내 공기 온도에 한 열평형식으로 본 연구에서의 상 모델은

비거주 공간이므로 Q 4는 고려하지 않았다 한 재료의 흡middot방습에 의한 잠열

이 실내 온도에 미치는 향을 평가하기 해 Q 3를 고려한 경우와 Q 3

를 고려

하지 않은 경우로 나 어 분석하 다

식(25)는 실내 공기 수증기량에 한 습기평형식으로 M 3는 실내 수증기 발

생량을 나타내는데 이는 거주자의 취사 목욕 세탁 난방 등의 활동에 의한 수

증기 발생과 재료의 흡middot방습에의한 발생으로 크게 나 어 볼 수 있다 본 연구

에의 상 모델은 비거주 공간이므로 거주자의 활동에 의한 수증기 발생량은

고려하지 않고 재료의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량만을 분석하 다

3 4 실내 수증기 발 생 량

식(25)는 다음과 같이 표 할 수 있다

M 3=Vd c ind t

-M 1-M 2

(26)

실내 수증기 발생량 M 3를 구하기 해 시간에 따른 실내 수증기량의 미분

값인 dc indt

의 값을 구해야 한다 그러나 실내 수증기량의 직 미분은 미분값

이 불안정할 수 있다 수증기 발생원이 수증기를 방출할 때 발생량은 지수

으로 증가하고 방출을 멈췄을 때는 지수 으로 감소한다 Bennett et al은 포

름알데히드 측정을 하여 측정한 농도 데이터로부터 포르알데히드 방사량을

평가하기 하 로그램을 개발했다 Stirling interpolation polynomial fitting

이 오염물 농도를 미분하는데 이용된다 이와 유사한 방법을 이용하여 실내 수

증기량 c in은 Stirling interpolation polynomial fitting에 의해 미분된다

Stirling interpolation polynomial은 Gauss interpolation의 진과 후진의 평균

값으로 구한다

- 18 -

방정식에 다른 하나의 미지값은 건물 외피와 실내 공기와의 습기 달량인

비정상 습기 달량 M 1 값이다 기존의 연구에서 M 1

의 평균값은 003times 10- 6

[middotmiddots]으로 은 값이므로 실내 습기 발생량 M 3을 구하기 해 M 1

의 값은

0으로 가정한다

식 (27)은 실내 수증기 발생량을 구하기 해 측정한 수증기량 데이터를

Stirling polynomial 방법을 이용하여 미분하는 식을 나타낸다

[dc indt ]

t= t o

=1Δt (

Δc in-1+Δc in02

-16

Δ3c in-2+Δ

3c in-1

2

+130

Δ5c in-3+Δ

5c in-2

2+⋯) (27)

- 19 -

제 4 장

측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석

4 1 자연실온 수증기량 측정 실험

4 1 1 실험개 요

건물의 자연실온 수증기량 로그램의 타당성을 분석하기 하여 철근

콘크리트 건물에 측정 장비를 설치하고 실증 실험을 실시하 다 한 로그

램의 실제 건물 용 가능성을 평가하기 해 사무소 건물에서 실험을 실시하

다 철근 콘크리트 건물 모델은 주변과의 복사 향을 최소화하고 외부 건물

에 의한 일 의 향을 받지 않는 인천의 I 학교에 치하고 있다 사무소 건

물은 인천에 치하고 있으며 인 실의 향을 최소화하기 해 옥상의 독립

된 공간에서 실험을 실시하 다 실험 건물 모델은 거주 공간이 아니기 때문에

실내에서 발생되는 열과 수증기량은 0으로 간주된다 철근 콘크리트 건물 모델

에서 실험은 여름철인 2005년 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 고 사

무소 건물에서는 2005년 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시하 다

- 20 -

그림 7 모델 건물

4 1 2 측정 장 비

실험모델에 한 수평면 일사량 외기온도 상 습도 풍속 등의 기상 데이

터를 10분 간격으로 측정하 다 수평면 일사량 측정은 인천의 I 학교 옥상

에 설치된 자동 기상 측기 DAV16 를 사용하 다 수평면 일사량은 직산분

리 계산식을 사용하여 각 방 의 수직 벽면 일사량으로 환산되고 외기온도와

상 습도는 습공기 계산식을 통해 수증기량으로 환산된다

건물 모델 내부 공기 온도 상 습도 수증기량은 TH-CALC 8722 사용하여

10분 간격으로 측정하 다

4 1 3 모 델 건물

철근 콘크리트 건물 모델의 크기는 17mtimes17mtimes21m로 두께 015m의 단일

재료이고 방 는 정남향이다 표 4는 건물의 물성치를 나타낸다

- 21 -

표 4 건물의 물성치

열 도율 14 [WmK]

비열 880 [JkgK]

도 2100 [kg]

투습율 47 [ng(smPa)]

두께 015 [m]

4 2 비 정 상 자연실온 수증기량 해 석

4 2 1 비 정 상 자연실온 해 석

그림 8 다층벽의 열수지 차분계산 모델

그림 8은 다층벽의 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이에 있는

경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하면 경계면 m 에서의 계산식은

- 22 -

m-Δx L2~ m-Δx R2의 열용량이 m 에 집 하고 m-1~ m 사이와

m~ m+1 사이의 열 항을 각각 RL RR이라 하면 구조체 내부 각 층의 온

도에 한 차분식은 식 (28)과 같다

Tm-Tm

Δt | m= 105(CAPL+CAPR) 1

RR(T

m+1 -T

m)-

1RL

(Tm-T

m-1 )

(28)

여기서

CAPL= c L ρ LΔxL (29)

CAPR= c R ρ RΔxR (30)

RL=ΔxLλL

(31)

RR=

ΔxRλR

(32)

외표면 경계조건(m=0)은 일사 외기와의 류열 달 그리고 천공과의 복

사열 교환에 의한 유효복사량이며 식 (33)과 같다

+( 1+cosβ2 ) σ ε(T sky

4-(Tso )

4)-

1RL

(T so+1 -T

so))

(33)

내표면 경계조건(m=M)은 식 (34)와 같으며 각 벽체간의 온도 차이가 크지

않기 때문에 내부 복사열 교환은 생략하고 실내공기와의 류열 달만 있는

것으로 하 다

T si-Tsi

Δt |m= M

=1

05 C AP R (h intw (T si-T in)-

1R R

(T si-1-Tsi))

(34)

- 23 -

실내 공기온도 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 류열 달 환기

에 의한 열 달 잠열부하량을 고려하 으며 열 수지식은 식 (35)와 같다

T in-T

in

Δt=

1c aρ aV

(Q 1+Q 2+Q 3+Q 4)

(35)

여기서 Q 1은 구조체로부터의 열 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로부

터의 류열 달만을 고려하 으며 식(36)과 같다

Q 1= hintw sum

6

k= 1AkT si k

(36)

Q 2는 환기에 의한 열 달량을 나타내며 식(37)과 같다

Q 2= nV c aρ a(Tout-T in)

(37)

Q 3는 실내 수증기 발생량에 따른 실내 증발잠열량을 나타내며 식(38)과 같다

Q 3=HtimesGtimesVtimes1

3600 (38)

4 2 2 비 정 상 수증기량 해 석

- 24 -

그림 9 다층벽의 습기평형 차분계산 모델

그림 9는 다층벽의 습기평형 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이

에 있는 경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하며 구조체 내부 각 층의 습

기에 한 차분식은 식 (39)와 같다

cm-cm

Δt | m= 105(Δx L+Δ xR)

DwRΔx R

(cm+1 -c

m)-

DwLΔxL

(cm-c

m-1 )

(39)

외표면 경계조건(m=0)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계수

를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(40)과 같다

c so-cso

Δt |m= 0

=1

05ΔxL ( h outmw (c out-cso)-

DwLΔxL

(c so+1 -cso) )

(40)

내표면 경계조건(m=M)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계

수를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(41)과 같다

c si-c

si

Δt |m= M

=1

05ΔxR ( h inmw (c in-csi)-

DwRΔxR

(csi-1 -csi) )

(41)

- 25 -

실내 수증기량 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 습기 달계수 환

기에 의한 습기 달 실내 습기발생량을 고려하 으며 습기 평형식은 식(42)과

같다

c in-cin

Δt=

1V

(M 1+M 2+M 3)

(42)

여기서 M 1은 구조체로부터의 습기 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로

부터의 류습기 달만을 고려하 으며 식(43)과 같다

M 1= hinmw sum

6

k= 1Ak c si k

(43)

M 2는 환기에 의한 습기 달량을 나타내며 식(44)와 같다

M 2=nV (c out-c in)

(44)

M 3는 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 나타낸다

4 2 3 수치해 석 기본 가 정

본 수치 모델의 해석에 한 기본가정은 다음과 같다

(1) 벽체 지붕 바닥의 열 달 습기 달은 두께 방향의 1차원으로 보며 각

부 재료는 동일하다

(2) 실내공간을 단일 존으로 보고 실내온도와 수증기량은 치에 해 일정하

다고 본다

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 21: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 5 -

제 2 장 비 고 찰

2 1 자연실온

냉난방을 하지 않은 건물 자체의 단열 축열 성능으로써 외기 조건과 차

별된 실내온도를 형성하게 되며 이를 건물의 자연실온이라고 말할 수 있다

그림 2 자연실온과 난방 냉방부하

그림 2는 건물에 자연실온을 용한 냉난방 부하 계산 개념도이다 외기온도

와 실내 설정온도의 차이로 계산된 부하와 비교할 때 동계의 경우 부하가 감소

하고 하계의 경우는 증가함을 보이고 있다 이는 부하계산시 외기 온도와 실내

설정온도와의 차이가 아닌 자연실온과의 차이로써 계산해 주어야 보다 정확한

부하를 산정할 수 있음을 의미한다

자연실온 용의 효과에 해 건물의 기간부하 계산법인 냉난방도일법에서

도 쉽게 확인할 수 있다 냉난방도일은 실내설정온도와 외기온도와의 차이에

냉난방일수를 곱하여 계산한다 그림 3은 연 냉난방 도일을 나타내는 것으로

서 이를 근거로 부하 계산을 할 경우 과 한 설비 용량과 에 지 소비량이 추

정될 수 있는 것이다 이러한 결과가 발생하는 것은 건물 구조체의 열 성능에

- 6 -

의한 향으로 비공조시에도 실내온도와 외기온도는 지 않은 차이가 있기 때

문이다1)

그림 3 연 냉방도일 난방도일

2 2 습 기의 이론 고 찰

2 2 1 재 료 의 흡 middot 방 습 기능 (Moisture Storage F unction)

다공질의 건축 재료에서 물 분자는 주변 공기와 평형상태에 도달할 때까지

모세 상에 의해 재료의 공극에 채워진다 평형 함수율이란 고체 재료를 일

정한 온습도의 습한 공기 속에 장시간 놓아두고 주변 공기와 평형이 될 때의

재료의 함수율을 말하는데 재료의 흡middot방습 능력에 큰 향을 미치는 인자이다

평형 함수율은 온도와 습도에 의해 변하지만 상온의 범 (0~40)에서는 상

습도에 의해 결정되며 습도 역(30~70)에서는 거의 직선으로 간주할 수

있다

1) 윤성훈 2004건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학원 건축공학과

(계획 공) 2001 2

- 7 -

그림 4 상 습도에 따른 재료의 함습량

그림 4는 상 습도에 따른 재료의 함습량 곡선을 나타낸다 액체 상태의 물

에 하고 있는 재료내의 공극은 포화 wf까지 수분으로 채워질 것이다

이 수분양 wf는 상 습도 100에서 재료의 함습량이다 공극 내부에서 발

생하는 공기 때문에 다공률[]에 의해 결정되는 최 함습량 w max 값보

다 wf값은 다 wf

를 과하는 수분의 양은 벽체 내의 온도 구배에 의해 결

로를 발생시킬 수 있다

표 1 콘크리트 재료의 함습량

- 8 -

표 1은 상 습도에 따른 콘크리트 재료의 합습량을 나타낸다 상 습도가

증가함에 따라 재료의 함습량은 증가하는 것을 알 수 있다 여러 재료의 평형

함습량 곡선은 흡습과정과 방습과정에서 평형 함습량이 다른 경우가 있으며

이러한 상을 자기이력 상이라고 한다 그러나 흡습량과 방습량의 오차는

은 값이기 때문에 무시할 수 있다

상 습도[] 0 33 43 63 80 85 93 100

함습량[] 0 23 26 44 53 55 85 175

2 2 2 수분 달 계 수 (L iq uid Transport Coefficients)

다공질의 재료에서 습기 달 메커니즘은 모세 수분 달이지만 건축 재

료에서 수분 달을 확산 상으로 간주하는 것이 일반 이다 건축 재료에서

수분 메커니즘은 크게 두 가지로 나 수 있다

bull 흡입에 의한 수분 달 건축 재료가 강수로 인해 표면이 완 히 젖었을

때 모세 상에 의해 수분이 달된다

bull 확산에 의한 수분 달 공극에 축 된 수분은 강우가 멈췄을 때 확산에

의해 달된다

확산에 의한 수분 달은 천천히 이루어지기 때문에 확산에 의한 수분 달

계수는 일반 으로 흡입에 의한 수분 달 계수 값보다 다

다음 표2 표3은 콘크리트의 흡입과 확산에 의한 수분 달 계수를 나타낸

- 9 -

표 2 흡입에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 140 157 175

습기 달계수[s] 3times 10- 10 8times 10

- 9 2times 10- 8 3times 10

- 8 5times 10- 8 2times 10

- 7

표 3 확산에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 122 140 157 175

습기 달계수[s]2times

10- 11

2times

10- 10

25times

10- 10

13times

10- 9

72times

10- 9 2times 10 - 8 7times 10 - 8

2 2 3 물질 달 (Mass Transfer)

혼합물에서 어떤 화합물질의 농도 차이에 의해 물질이 이동하는 것을 물질

달이라고 한다 온도 기울기에 의해 열 달이 일어나는 것과 마찬가지로 물

질 달에서는 화학물질의 농도 기울기가 물질의 이동을 일으킨다 건조 공기로

수증기가 확산되는 것도 물질 달의 한 라고 할 수 있다

그림 5는 기체 혼합물의 확산에 의한 물질 달을 나타낸다 서로 다른 기체

가 같은 온도와 압력 상태에서 칸막이로 분리된 챔버를 고려해보자 칸막이가

제거된다면 기체는 확산에 의해 달될 것이다 더 큰 농도는 체 당 더 많은

분자수가 있다는 것을 의미한다 x축을 따라 기체 A의 농도가 감소하는 반면

기체 B의 농도는 증가할 것이다 물질 달은 농도 방향으로 일어나기 때문

에 기체 A는 오른편으로 기체 B는 왼편으로 이동할 것이다 충분한 시간이 경

과한 후에 A와 B의 농도는 균일해질 것이다

- 10 -

그림 5 혼합기체에서 확산에 의한 물질 달

물질 달은 기체에서 뿐만 아니라 액체와 고체에서도 일어난다 그러나

질 달은 분자 간격에 큰 향을 받기 때문에 확산은 기체 액체 고체의 순

서로 빠르게 일어난다

1 ) 물질 A의 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(1)과 같이 나

타낼 수 있다

ρ A=mAV

(1)

혼합물의 체 농도는 각각의 물질 농도를 합한 값과 같고 식(2)와 같이 나

타낼 수 있다

ρ= sumn

i=1ρ i (2)

혼합물에서 물질 A의 양은 mass fraction이며 식 (3)과 같이 나타낼 수 있다

- 11 -

wA=ρAρ

(3)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (4)와 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1wi=1 (4)

2) 물질 A의 몰 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(5)와 같이

나타낼 수 있다

c A=n AV

=m AM A

V=

ρ A

M A

(5)

혼합물의 체 몰 농도는 각각의 물질 몰 농도를 합한 값과 같고 식(6)와 같이

나타낼 수 있다

c= sumn

i=1c i

(6)

혼합물에서 물질 A의 양은 mole fraction이며 식 (7)과 같이 나타낼 수 있다

x i=c ic

(7)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (8)과 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1x i=1 (8)

- 12 -

3 ) 이상 기체 방 정 식

이상기체 혼합물에서 어떤 성분의 농도 와 몰 농도는 이상기체 법칙을 통해

그 성분의 부분 압력과 련된다 식(9)와 식(10)은 어떤 성분의 농도와 몰 농도

를 나타낸다

ρ i=p iR iT

(9)

Ci=p iRT

(10)

여기서 Ri는 물질 i의 기체 상수이고 R은 universal 기체 상수이다

4) F ick ` L aw

농도구배가 존재하는 계에서 물질은 분자의 움직임에 의한 확산속도를 갖

고 이때 발생하는 물질 달량은 농도구배(농도차거리)에 비례한다 식 (11)은

몰 달량를 식(12)는 도 달량를 나타낸다

J A z=-DABdcAdz

=- cDABdyAdz

(11)

j A z=-DABdρAdz

=-ρDABdwAdz

(12)

여기서 DAB는 혼합 물질에서 어떤 성분의 확산 계수를 나타내는데 차원은

다음과 같다

[ MoleL 2t ]= [ X ]

[ MoleL 3 ][ L ]

- 13 -

there4 [ X ]= [ L2

t ] 는 s

제 3 장

구조 체 실내 공 기의 열 습 기 평 형

3 1 건물의 열 수지 습 기 평 형

그림 6은 모델 건물의 열평형 방정식과 습기평형 방정식을 수립하기 한

개념도를 나타낸다 건물 외표면에는 일사의 유입과 외기와의 류 열 달

- 14 -

류 습기 달 천공과의 복사열교환 등이 작용하며 바닥에서는 지면으로부터의

열 도 습기 도가 일어나게 된다 내부에서는 실내공기와의 류 열 달

류 습기 달이 일어난다 한 인체 기기 발열 조명 발열 거주자 활동에

의한 수증기 발생이 존재하지만 비거주 공간을 상으로 삼았기 때문에 이에

한 부분은 고려하지 않았다

그림 6 건물의 열 습기 수지

3 2 구조 체 의 열 습 기 평 형식

자연실온 수증기량 해석을 한 건물 시스템은 크게 건물 벽체와 실내공

기로 나 어진다 수학 모델링의 과정은 다음과 같은 과정으로 일반화 된다

(1) 건물 외피에서 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (2) 건물 외피와 실

내 공기 사이에서의 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (3) 수치해석을

통해 경계조건으로 표 되는 외부 기상조건에 따른 비정상상태의 실내 자연실

온과 수증기량을 구한다

각 구조체의 1차원 열 달 방정식 습기 달 방정식 은 식 (13) 식 (14)

와 같다

- 15 -

ρw c pwpartTwpart t

=partpart x ( λw

partTwpartx ) (13)

part c wpart t

=partpartx (Dw

part c wpartx ) (14)

이질 재료의 층과 층 사이( x= n)에서 열과 습기 달은 다음과 같이 나타

낼 수 있다

λ1w

partT 1w

partx |x= n

=λ2w

partT 2w

partx |x= n

(15)

T1w | x= n=T

2w | x= n (16)

D1w

partc1w

partx |x= n

=D2w

partc2w

partx |x= n

(17)

c1w | x= n= c

2w | x= n (18)

구조체의 외표면 실내측에 한 경계조건은 다음과 같이 설정할 수 있다

λ wpartT w

partx |x= 0

=houttw (T out-T so)+αS+( 1+cosβ

2 ) σ ε(T sky4-T so

4)

(19)

λwpartTwpartx |

x= M=h intw (T in-T si)

(20)

- 16 -

Dwpart cwpart x |

x= 0=h

outmw (c out-c so) (21)

Dwpart cwpart x |

x= M=h

inmw (c in-c si) (22)

Lewis Relation은 외표면과 내표면 습기 달계수 houtmw h inmw

을 결정하기

하여 이용될 수 있다

h m=hT

ρ airCairp

(23)

3 3 실내 공 기의 열 습 기 평 형식

실내공기의 열평형식 습기 평형식은 각각 식(24) 식(25)와 같다

V ρ a c pad T in

d t=Q 1+Q 2+Q 3+Q 4

(24)

Q 1 벽체로부터의 열 달량[W]

Q 2 환기에 의한 열 달량[W]

Q 3 실내 수증기 증발 잠열량 [W]

Q 4 인체 조명 기기로부터의 발열량[W]

Vd c ind t

=M 1+M 2+M 3 (25)

M 1 벽체로부터의 수증기 달량 [kgs]

M 2 환기에 의한 수증기 달량 [kgs]

M 3 실내 수증기 발생량 [kgs]

- 17 -

식(24)는 실내 공기 온도에 한 열평형식으로 본 연구에서의 상 모델은

비거주 공간이므로 Q 4는 고려하지 않았다 한 재료의 흡middot방습에 의한 잠열

이 실내 온도에 미치는 향을 평가하기 해 Q 3를 고려한 경우와 Q 3

를 고려

하지 않은 경우로 나 어 분석하 다

식(25)는 실내 공기 수증기량에 한 습기평형식으로 M 3는 실내 수증기 발

생량을 나타내는데 이는 거주자의 취사 목욕 세탁 난방 등의 활동에 의한 수

증기 발생과 재료의 흡middot방습에의한 발생으로 크게 나 어 볼 수 있다 본 연구

에의 상 모델은 비거주 공간이므로 거주자의 활동에 의한 수증기 발생량은

고려하지 않고 재료의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량만을 분석하 다

3 4 실내 수증기 발 생 량

식(25)는 다음과 같이 표 할 수 있다

M 3=Vd c ind t

-M 1-M 2

(26)

실내 수증기 발생량 M 3를 구하기 해 시간에 따른 실내 수증기량의 미분

값인 dc indt

의 값을 구해야 한다 그러나 실내 수증기량의 직 미분은 미분값

이 불안정할 수 있다 수증기 발생원이 수증기를 방출할 때 발생량은 지수

으로 증가하고 방출을 멈췄을 때는 지수 으로 감소한다 Bennett et al은 포

름알데히드 측정을 하여 측정한 농도 데이터로부터 포르알데히드 방사량을

평가하기 하 로그램을 개발했다 Stirling interpolation polynomial fitting

이 오염물 농도를 미분하는데 이용된다 이와 유사한 방법을 이용하여 실내 수

증기량 c in은 Stirling interpolation polynomial fitting에 의해 미분된다

Stirling interpolation polynomial은 Gauss interpolation의 진과 후진의 평균

값으로 구한다

- 18 -

방정식에 다른 하나의 미지값은 건물 외피와 실내 공기와의 습기 달량인

비정상 습기 달량 M 1 값이다 기존의 연구에서 M 1

의 평균값은 003times 10- 6

[middotmiddots]으로 은 값이므로 실내 습기 발생량 M 3을 구하기 해 M 1

의 값은

0으로 가정한다

식 (27)은 실내 수증기 발생량을 구하기 해 측정한 수증기량 데이터를

Stirling polynomial 방법을 이용하여 미분하는 식을 나타낸다

[dc indt ]

t= t o

=1Δt (

Δc in-1+Δc in02

-16

Δ3c in-2+Δ

3c in-1

2

+130

Δ5c in-3+Δ

5c in-2

2+⋯) (27)

- 19 -

제 4 장

측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석

4 1 자연실온 수증기량 측정 실험

4 1 1 실험개 요

건물의 자연실온 수증기량 로그램의 타당성을 분석하기 하여 철근

콘크리트 건물에 측정 장비를 설치하고 실증 실험을 실시하 다 한 로그

램의 실제 건물 용 가능성을 평가하기 해 사무소 건물에서 실험을 실시하

다 철근 콘크리트 건물 모델은 주변과의 복사 향을 최소화하고 외부 건물

에 의한 일 의 향을 받지 않는 인천의 I 학교에 치하고 있다 사무소 건

물은 인천에 치하고 있으며 인 실의 향을 최소화하기 해 옥상의 독립

된 공간에서 실험을 실시하 다 실험 건물 모델은 거주 공간이 아니기 때문에

실내에서 발생되는 열과 수증기량은 0으로 간주된다 철근 콘크리트 건물 모델

에서 실험은 여름철인 2005년 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 고 사

무소 건물에서는 2005년 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시하 다

- 20 -

그림 7 모델 건물

4 1 2 측정 장 비

실험모델에 한 수평면 일사량 외기온도 상 습도 풍속 등의 기상 데이

터를 10분 간격으로 측정하 다 수평면 일사량 측정은 인천의 I 학교 옥상

에 설치된 자동 기상 측기 DAV16 를 사용하 다 수평면 일사량은 직산분

리 계산식을 사용하여 각 방 의 수직 벽면 일사량으로 환산되고 외기온도와

상 습도는 습공기 계산식을 통해 수증기량으로 환산된다

건물 모델 내부 공기 온도 상 습도 수증기량은 TH-CALC 8722 사용하여

10분 간격으로 측정하 다

4 1 3 모 델 건물

철근 콘크리트 건물 모델의 크기는 17mtimes17mtimes21m로 두께 015m의 단일

재료이고 방 는 정남향이다 표 4는 건물의 물성치를 나타낸다

- 21 -

표 4 건물의 물성치

열 도율 14 [WmK]

비열 880 [JkgK]

도 2100 [kg]

투습율 47 [ng(smPa)]

두께 015 [m]

4 2 비 정 상 자연실온 수증기량 해 석

4 2 1 비 정 상 자연실온 해 석

그림 8 다층벽의 열수지 차분계산 모델

그림 8은 다층벽의 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이에 있는

경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하면 경계면 m 에서의 계산식은

- 22 -

m-Δx L2~ m-Δx R2의 열용량이 m 에 집 하고 m-1~ m 사이와

m~ m+1 사이의 열 항을 각각 RL RR이라 하면 구조체 내부 각 층의 온

도에 한 차분식은 식 (28)과 같다

Tm-Tm

Δt | m= 105(CAPL+CAPR) 1

RR(T

m+1 -T

m)-

1RL

(Tm-T

m-1 )

(28)

여기서

CAPL= c L ρ LΔxL (29)

CAPR= c R ρ RΔxR (30)

RL=ΔxLλL

(31)

RR=

ΔxRλR

(32)

외표면 경계조건(m=0)은 일사 외기와의 류열 달 그리고 천공과의 복

사열 교환에 의한 유효복사량이며 식 (33)과 같다

+( 1+cosβ2 ) σ ε(T sky

4-(Tso )

4)-

1RL

(T so+1 -T

so))

(33)

내표면 경계조건(m=M)은 식 (34)와 같으며 각 벽체간의 온도 차이가 크지

않기 때문에 내부 복사열 교환은 생략하고 실내공기와의 류열 달만 있는

것으로 하 다

T si-Tsi

Δt |m= M

=1

05 C AP R (h intw (T si-T in)-

1R R

(T si-1-Tsi))

(34)

- 23 -

실내 공기온도 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 류열 달 환기

에 의한 열 달 잠열부하량을 고려하 으며 열 수지식은 식 (35)와 같다

T in-T

in

Δt=

1c aρ aV

(Q 1+Q 2+Q 3+Q 4)

(35)

여기서 Q 1은 구조체로부터의 열 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로부

터의 류열 달만을 고려하 으며 식(36)과 같다

Q 1= hintw sum

6

k= 1AkT si k

(36)

Q 2는 환기에 의한 열 달량을 나타내며 식(37)과 같다

Q 2= nV c aρ a(Tout-T in)

(37)

Q 3는 실내 수증기 발생량에 따른 실내 증발잠열량을 나타내며 식(38)과 같다

Q 3=HtimesGtimesVtimes1

3600 (38)

4 2 2 비 정 상 수증기량 해 석

- 24 -

그림 9 다층벽의 습기평형 차분계산 모델

그림 9는 다층벽의 습기평형 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이

에 있는 경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하며 구조체 내부 각 층의 습

기에 한 차분식은 식 (39)와 같다

cm-cm

Δt | m= 105(Δx L+Δ xR)

DwRΔx R

(cm+1 -c

m)-

DwLΔxL

(cm-c

m-1 )

(39)

외표면 경계조건(m=0)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계수

를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(40)과 같다

c so-cso

Δt |m= 0

=1

05ΔxL ( h outmw (c out-cso)-

DwLΔxL

(c so+1 -cso) )

(40)

내표면 경계조건(m=M)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계

수를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(41)과 같다

c si-c

si

Δt |m= M

=1

05ΔxR ( h inmw (c in-csi)-

DwRΔxR

(csi-1 -csi) )

(41)

- 25 -

실내 수증기량 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 습기 달계수 환

기에 의한 습기 달 실내 습기발생량을 고려하 으며 습기 평형식은 식(42)과

같다

c in-cin

Δt=

1V

(M 1+M 2+M 3)

(42)

여기서 M 1은 구조체로부터의 습기 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로

부터의 류습기 달만을 고려하 으며 식(43)과 같다

M 1= hinmw sum

6

k= 1Ak c si k

(43)

M 2는 환기에 의한 습기 달량을 나타내며 식(44)와 같다

M 2=nV (c out-c in)

(44)

M 3는 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 나타낸다

4 2 3 수치해 석 기본 가 정

본 수치 모델의 해석에 한 기본가정은 다음과 같다

(1) 벽체 지붕 바닥의 열 달 습기 달은 두께 방향의 1차원으로 보며 각

부 재료는 동일하다

(2) 실내공간을 단일 존으로 보고 실내온도와 수증기량은 치에 해 일정하

다고 본다

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 22: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 6 -

의한 향으로 비공조시에도 실내온도와 외기온도는 지 않은 차이가 있기 때

문이다1)

그림 3 연 냉방도일 난방도일

2 2 습 기의 이론 고 찰

2 2 1 재 료 의 흡 middot 방 습 기능 (Moisture Storage F unction)

다공질의 건축 재료에서 물 분자는 주변 공기와 평형상태에 도달할 때까지

모세 상에 의해 재료의 공극에 채워진다 평형 함수율이란 고체 재료를 일

정한 온습도의 습한 공기 속에 장시간 놓아두고 주변 공기와 평형이 될 때의

재료의 함수율을 말하는데 재료의 흡middot방습 능력에 큰 향을 미치는 인자이다

평형 함수율은 온도와 습도에 의해 변하지만 상온의 범 (0~40)에서는 상

습도에 의해 결정되며 습도 역(30~70)에서는 거의 직선으로 간주할 수

있다

1) 윤성훈 2004건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학원 건축공학과

(계획 공) 2001 2

- 7 -

그림 4 상 습도에 따른 재료의 함습량

그림 4는 상 습도에 따른 재료의 함습량 곡선을 나타낸다 액체 상태의 물

에 하고 있는 재료내의 공극은 포화 wf까지 수분으로 채워질 것이다

이 수분양 wf는 상 습도 100에서 재료의 함습량이다 공극 내부에서 발

생하는 공기 때문에 다공률[]에 의해 결정되는 최 함습량 w max 값보

다 wf값은 다 wf

를 과하는 수분의 양은 벽체 내의 온도 구배에 의해 결

로를 발생시킬 수 있다

표 1 콘크리트 재료의 함습량

- 8 -

표 1은 상 습도에 따른 콘크리트 재료의 합습량을 나타낸다 상 습도가

증가함에 따라 재료의 함습량은 증가하는 것을 알 수 있다 여러 재료의 평형

함습량 곡선은 흡습과정과 방습과정에서 평형 함습량이 다른 경우가 있으며

이러한 상을 자기이력 상이라고 한다 그러나 흡습량과 방습량의 오차는

은 값이기 때문에 무시할 수 있다

상 습도[] 0 33 43 63 80 85 93 100

함습량[] 0 23 26 44 53 55 85 175

2 2 2 수분 달 계 수 (L iq uid Transport Coefficients)

다공질의 재료에서 습기 달 메커니즘은 모세 수분 달이지만 건축 재

료에서 수분 달을 확산 상으로 간주하는 것이 일반 이다 건축 재료에서

수분 메커니즘은 크게 두 가지로 나 수 있다

bull 흡입에 의한 수분 달 건축 재료가 강수로 인해 표면이 완 히 젖었을

때 모세 상에 의해 수분이 달된다

bull 확산에 의한 수분 달 공극에 축 된 수분은 강우가 멈췄을 때 확산에

의해 달된다

확산에 의한 수분 달은 천천히 이루어지기 때문에 확산에 의한 수분 달

계수는 일반 으로 흡입에 의한 수분 달 계수 값보다 다

다음 표2 표3은 콘크리트의 흡입과 확산에 의한 수분 달 계수를 나타낸

- 9 -

표 2 흡입에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 140 157 175

습기 달계수[s] 3times 10- 10 8times 10

- 9 2times 10- 8 3times 10

- 8 5times 10- 8 2times 10

- 7

표 3 확산에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 122 140 157 175

습기 달계수[s]2times

10- 11

2times

10- 10

25times

10- 10

13times

10- 9

72times

10- 9 2times 10 - 8 7times 10 - 8

2 2 3 물질 달 (Mass Transfer)

혼합물에서 어떤 화합물질의 농도 차이에 의해 물질이 이동하는 것을 물질

달이라고 한다 온도 기울기에 의해 열 달이 일어나는 것과 마찬가지로 물

질 달에서는 화학물질의 농도 기울기가 물질의 이동을 일으킨다 건조 공기로

수증기가 확산되는 것도 물질 달의 한 라고 할 수 있다

그림 5는 기체 혼합물의 확산에 의한 물질 달을 나타낸다 서로 다른 기체

가 같은 온도와 압력 상태에서 칸막이로 분리된 챔버를 고려해보자 칸막이가

제거된다면 기체는 확산에 의해 달될 것이다 더 큰 농도는 체 당 더 많은

분자수가 있다는 것을 의미한다 x축을 따라 기체 A의 농도가 감소하는 반면

기체 B의 농도는 증가할 것이다 물질 달은 농도 방향으로 일어나기 때문

에 기체 A는 오른편으로 기체 B는 왼편으로 이동할 것이다 충분한 시간이 경

과한 후에 A와 B의 농도는 균일해질 것이다

- 10 -

그림 5 혼합기체에서 확산에 의한 물질 달

물질 달은 기체에서 뿐만 아니라 액체와 고체에서도 일어난다 그러나

질 달은 분자 간격에 큰 향을 받기 때문에 확산은 기체 액체 고체의 순

서로 빠르게 일어난다

1 ) 물질 A의 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(1)과 같이 나

타낼 수 있다

ρ A=mAV

(1)

혼합물의 체 농도는 각각의 물질 농도를 합한 값과 같고 식(2)와 같이 나

타낼 수 있다

ρ= sumn

i=1ρ i (2)

혼합물에서 물질 A의 양은 mass fraction이며 식 (3)과 같이 나타낼 수 있다

- 11 -

wA=ρAρ

(3)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (4)와 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1wi=1 (4)

2) 물질 A의 몰 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(5)와 같이

나타낼 수 있다

c A=n AV

=m AM A

V=

ρ A

M A

(5)

혼합물의 체 몰 농도는 각각의 물질 몰 농도를 합한 값과 같고 식(6)와 같이

나타낼 수 있다

c= sumn

i=1c i

(6)

혼합물에서 물질 A의 양은 mole fraction이며 식 (7)과 같이 나타낼 수 있다

x i=c ic

(7)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (8)과 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1x i=1 (8)

- 12 -

3 ) 이상 기체 방 정 식

이상기체 혼합물에서 어떤 성분의 농도 와 몰 농도는 이상기체 법칙을 통해

그 성분의 부분 압력과 련된다 식(9)와 식(10)은 어떤 성분의 농도와 몰 농도

를 나타낸다

ρ i=p iR iT

(9)

Ci=p iRT

(10)

여기서 Ri는 물질 i의 기체 상수이고 R은 universal 기체 상수이다

4) F ick ` L aw

농도구배가 존재하는 계에서 물질은 분자의 움직임에 의한 확산속도를 갖

고 이때 발생하는 물질 달량은 농도구배(농도차거리)에 비례한다 식 (11)은

몰 달량를 식(12)는 도 달량를 나타낸다

J A z=-DABdcAdz

=- cDABdyAdz

(11)

j A z=-DABdρAdz

=-ρDABdwAdz

(12)

여기서 DAB는 혼합 물질에서 어떤 성분의 확산 계수를 나타내는데 차원은

다음과 같다

[ MoleL 2t ]= [ X ]

[ MoleL 3 ][ L ]

- 13 -

there4 [ X ]= [ L2

t ] 는 s

제 3 장

구조 체 실내 공 기의 열 습 기 평 형

3 1 건물의 열 수지 습 기 평 형

그림 6은 모델 건물의 열평형 방정식과 습기평형 방정식을 수립하기 한

개념도를 나타낸다 건물 외표면에는 일사의 유입과 외기와의 류 열 달

- 14 -

류 습기 달 천공과의 복사열교환 등이 작용하며 바닥에서는 지면으로부터의

열 도 습기 도가 일어나게 된다 내부에서는 실내공기와의 류 열 달

류 습기 달이 일어난다 한 인체 기기 발열 조명 발열 거주자 활동에

의한 수증기 발생이 존재하지만 비거주 공간을 상으로 삼았기 때문에 이에

한 부분은 고려하지 않았다

그림 6 건물의 열 습기 수지

3 2 구조 체 의 열 습 기 평 형식

자연실온 수증기량 해석을 한 건물 시스템은 크게 건물 벽체와 실내공

기로 나 어진다 수학 모델링의 과정은 다음과 같은 과정으로 일반화 된다

(1) 건물 외피에서 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (2) 건물 외피와 실

내 공기 사이에서의 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (3) 수치해석을

통해 경계조건으로 표 되는 외부 기상조건에 따른 비정상상태의 실내 자연실

온과 수증기량을 구한다

각 구조체의 1차원 열 달 방정식 습기 달 방정식 은 식 (13) 식 (14)

와 같다

- 15 -

ρw c pwpartTwpart t

=partpart x ( λw

partTwpartx ) (13)

part c wpart t

=partpartx (Dw

part c wpartx ) (14)

이질 재료의 층과 층 사이( x= n)에서 열과 습기 달은 다음과 같이 나타

낼 수 있다

λ1w

partT 1w

partx |x= n

=λ2w

partT 2w

partx |x= n

(15)

T1w | x= n=T

2w | x= n (16)

D1w

partc1w

partx |x= n

=D2w

partc2w

partx |x= n

(17)

c1w | x= n= c

2w | x= n (18)

구조체의 외표면 실내측에 한 경계조건은 다음과 같이 설정할 수 있다

λ wpartT w

partx |x= 0

=houttw (T out-T so)+αS+( 1+cosβ

2 ) σ ε(T sky4-T so

4)

(19)

λwpartTwpartx |

x= M=h intw (T in-T si)

(20)

- 16 -

Dwpart cwpart x |

x= 0=h

outmw (c out-c so) (21)

Dwpart cwpart x |

x= M=h

inmw (c in-c si) (22)

Lewis Relation은 외표면과 내표면 습기 달계수 houtmw h inmw

을 결정하기

하여 이용될 수 있다

h m=hT

ρ airCairp

(23)

3 3 실내 공 기의 열 습 기 평 형식

실내공기의 열평형식 습기 평형식은 각각 식(24) 식(25)와 같다

V ρ a c pad T in

d t=Q 1+Q 2+Q 3+Q 4

(24)

Q 1 벽체로부터의 열 달량[W]

Q 2 환기에 의한 열 달량[W]

Q 3 실내 수증기 증발 잠열량 [W]

Q 4 인체 조명 기기로부터의 발열량[W]

Vd c ind t

=M 1+M 2+M 3 (25)

M 1 벽체로부터의 수증기 달량 [kgs]

M 2 환기에 의한 수증기 달량 [kgs]

M 3 실내 수증기 발생량 [kgs]

- 17 -

식(24)는 실내 공기 온도에 한 열평형식으로 본 연구에서의 상 모델은

비거주 공간이므로 Q 4는 고려하지 않았다 한 재료의 흡middot방습에 의한 잠열

이 실내 온도에 미치는 향을 평가하기 해 Q 3를 고려한 경우와 Q 3

를 고려

하지 않은 경우로 나 어 분석하 다

식(25)는 실내 공기 수증기량에 한 습기평형식으로 M 3는 실내 수증기 발

생량을 나타내는데 이는 거주자의 취사 목욕 세탁 난방 등의 활동에 의한 수

증기 발생과 재료의 흡middot방습에의한 발생으로 크게 나 어 볼 수 있다 본 연구

에의 상 모델은 비거주 공간이므로 거주자의 활동에 의한 수증기 발생량은

고려하지 않고 재료의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량만을 분석하 다

3 4 실내 수증기 발 생 량

식(25)는 다음과 같이 표 할 수 있다

M 3=Vd c ind t

-M 1-M 2

(26)

실내 수증기 발생량 M 3를 구하기 해 시간에 따른 실내 수증기량의 미분

값인 dc indt

의 값을 구해야 한다 그러나 실내 수증기량의 직 미분은 미분값

이 불안정할 수 있다 수증기 발생원이 수증기를 방출할 때 발생량은 지수

으로 증가하고 방출을 멈췄을 때는 지수 으로 감소한다 Bennett et al은 포

름알데히드 측정을 하여 측정한 농도 데이터로부터 포르알데히드 방사량을

평가하기 하 로그램을 개발했다 Stirling interpolation polynomial fitting

이 오염물 농도를 미분하는데 이용된다 이와 유사한 방법을 이용하여 실내 수

증기량 c in은 Stirling interpolation polynomial fitting에 의해 미분된다

Stirling interpolation polynomial은 Gauss interpolation의 진과 후진의 평균

값으로 구한다

- 18 -

방정식에 다른 하나의 미지값은 건물 외피와 실내 공기와의 습기 달량인

비정상 습기 달량 M 1 값이다 기존의 연구에서 M 1

의 평균값은 003times 10- 6

[middotmiddots]으로 은 값이므로 실내 습기 발생량 M 3을 구하기 해 M 1

의 값은

0으로 가정한다

식 (27)은 실내 수증기 발생량을 구하기 해 측정한 수증기량 데이터를

Stirling polynomial 방법을 이용하여 미분하는 식을 나타낸다

[dc indt ]

t= t o

=1Δt (

Δc in-1+Δc in02

-16

Δ3c in-2+Δ

3c in-1

2

+130

Δ5c in-3+Δ

5c in-2

2+⋯) (27)

- 19 -

제 4 장

측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석

4 1 자연실온 수증기량 측정 실험

4 1 1 실험개 요

건물의 자연실온 수증기량 로그램의 타당성을 분석하기 하여 철근

콘크리트 건물에 측정 장비를 설치하고 실증 실험을 실시하 다 한 로그

램의 실제 건물 용 가능성을 평가하기 해 사무소 건물에서 실험을 실시하

다 철근 콘크리트 건물 모델은 주변과의 복사 향을 최소화하고 외부 건물

에 의한 일 의 향을 받지 않는 인천의 I 학교에 치하고 있다 사무소 건

물은 인천에 치하고 있으며 인 실의 향을 최소화하기 해 옥상의 독립

된 공간에서 실험을 실시하 다 실험 건물 모델은 거주 공간이 아니기 때문에

실내에서 발생되는 열과 수증기량은 0으로 간주된다 철근 콘크리트 건물 모델

에서 실험은 여름철인 2005년 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 고 사

무소 건물에서는 2005년 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시하 다

- 20 -

그림 7 모델 건물

4 1 2 측정 장 비

실험모델에 한 수평면 일사량 외기온도 상 습도 풍속 등의 기상 데이

터를 10분 간격으로 측정하 다 수평면 일사량 측정은 인천의 I 학교 옥상

에 설치된 자동 기상 측기 DAV16 를 사용하 다 수평면 일사량은 직산분

리 계산식을 사용하여 각 방 의 수직 벽면 일사량으로 환산되고 외기온도와

상 습도는 습공기 계산식을 통해 수증기량으로 환산된다

건물 모델 내부 공기 온도 상 습도 수증기량은 TH-CALC 8722 사용하여

10분 간격으로 측정하 다

4 1 3 모 델 건물

철근 콘크리트 건물 모델의 크기는 17mtimes17mtimes21m로 두께 015m의 단일

재료이고 방 는 정남향이다 표 4는 건물의 물성치를 나타낸다

- 21 -

표 4 건물의 물성치

열 도율 14 [WmK]

비열 880 [JkgK]

도 2100 [kg]

투습율 47 [ng(smPa)]

두께 015 [m]

4 2 비 정 상 자연실온 수증기량 해 석

4 2 1 비 정 상 자연실온 해 석

그림 8 다층벽의 열수지 차분계산 모델

그림 8은 다층벽의 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이에 있는

경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하면 경계면 m 에서의 계산식은

- 22 -

m-Δx L2~ m-Δx R2의 열용량이 m 에 집 하고 m-1~ m 사이와

m~ m+1 사이의 열 항을 각각 RL RR이라 하면 구조체 내부 각 층의 온

도에 한 차분식은 식 (28)과 같다

Tm-Tm

Δt | m= 105(CAPL+CAPR) 1

RR(T

m+1 -T

m)-

1RL

(Tm-T

m-1 )

(28)

여기서

CAPL= c L ρ LΔxL (29)

CAPR= c R ρ RΔxR (30)

RL=ΔxLλL

(31)

RR=

ΔxRλR

(32)

외표면 경계조건(m=0)은 일사 외기와의 류열 달 그리고 천공과의 복

사열 교환에 의한 유효복사량이며 식 (33)과 같다

+( 1+cosβ2 ) σ ε(T sky

4-(Tso )

4)-

1RL

(T so+1 -T

so))

(33)

내표면 경계조건(m=M)은 식 (34)와 같으며 각 벽체간의 온도 차이가 크지

않기 때문에 내부 복사열 교환은 생략하고 실내공기와의 류열 달만 있는

것으로 하 다

T si-Tsi

Δt |m= M

=1

05 C AP R (h intw (T si-T in)-

1R R

(T si-1-Tsi))

(34)

- 23 -

실내 공기온도 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 류열 달 환기

에 의한 열 달 잠열부하량을 고려하 으며 열 수지식은 식 (35)와 같다

T in-T

in

Δt=

1c aρ aV

(Q 1+Q 2+Q 3+Q 4)

(35)

여기서 Q 1은 구조체로부터의 열 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로부

터의 류열 달만을 고려하 으며 식(36)과 같다

Q 1= hintw sum

6

k= 1AkT si k

(36)

Q 2는 환기에 의한 열 달량을 나타내며 식(37)과 같다

Q 2= nV c aρ a(Tout-T in)

(37)

Q 3는 실내 수증기 발생량에 따른 실내 증발잠열량을 나타내며 식(38)과 같다

Q 3=HtimesGtimesVtimes1

3600 (38)

4 2 2 비 정 상 수증기량 해 석

- 24 -

그림 9 다층벽의 습기평형 차분계산 모델

그림 9는 다층벽의 습기평형 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이

에 있는 경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하며 구조체 내부 각 층의 습

기에 한 차분식은 식 (39)와 같다

cm-cm

Δt | m= 105(Δx L+Δ xR)

DwRΔx R

(cm+1 -c

m)-

DwLΔxL

(cm-c

m-1 )

(39)

외표면 경계조건(m=0)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계수

를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(40)과 같다

c so-cso

Δt |m= 0

=1

05ΔxL ( h outmw (c out-cso)-

DwLΔxL

(c so+1 -cso) )

(40)

내표면 경계조건(m=M)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계

수를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(41)과 같다

c si-c

si

Δt |m= M

=1

05ΔxR ( h inmw (c in-csi)-

DwRΔxR

(csi-1 -csi) )

(41)

- 25 -

실내 수증기량 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 습기 달계수 환

기에 의한 습기 달 실내 습기발생량을 고려하 으며 습기 평형식은 식(42)과

같다

c in-cin

Δt=

1V

(M 1+M 2+M 3)

(42)

여기서 M 1은 구조체로부터의 습기 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로

부터의 류습기 달만을 고려하 으며 식(43)과 같다

M 1= hinmw sum

6

k= 1Ak c si k

(43)

M 2는 환기에 의한 습기 달량을 나타내며 식(44)와 같다

M 2=nV (c out-c in)

(44)

M 3는 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 나타낸다

4 2 3 수치해 석 기본 가 정

본 수치 모델의 해석에 한 기본가정은 다음과 같다

(1) 벽체 지붕 바닥의 열 달 습기 달은 두께 방향의 1차원으로 보며 각

부 재료는 동일하다

(2) 실내공간을 단일 존으로 보고 실내온도와 수증기량은 치에 해 일정하

다고 본다

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 23: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 7 -

그림 4 상 습도에 따른 재료의 함습량

그림 4는 상 습도에 따른 재료의 함습량 곡선을 나타낸다 액체 상태의 물

에 하고 있는 재료내의 공극은 포화 wf까지 수분으로 채워질 것이다

이 수분양 wf는 상 습도 100에서 재료의 함습량이다 공극 내부에서 발

생하는 공기 때문에 다공률[]에 의해 결정되는 최 함습량 w max 값보

다 wf값은 다 wf

를 과하는 수분의 양은 벽체 내의 온도 구배에 의해 결

로를 발생시킬 수 있다

표 1 콘크리트 재료의 함습량

- 8 -

표 1은 상 습도에 따른 콘크리트 재료의 합습량을 나타낸다 상 습도가

증가함에 따라 재료의 함습량은 증가하는 것을 알 수 있다 여러 재료의 평형

함습량 곡선은 흡습과정과 방습과정에서 평형 함습량이 다른 경우가 있으며

이러한 상을 자기이력 상이라고 한다 그러나 흡습량과 방습량의 오차는

은 값이기 때문에 무시할 수 있다

상 습도[] 0 33 43 63 80 85 93 100

함습량[] 0 23 26 44 53 55 85 175

2 2 2 수분 달 계 수 (L iq uid Transport Coefficients)

다공질의 재료에서 습기 달 메커니즘은 모세 수분 달이지만 건축 재

료에서 수분 달을 확산 상으로 간주하는 것이 일반 이다 건축 재료에서

수분 메커니즘은 크게 두 가지로 나 수 있다

bull 흡입에 의한 수분 달 건축 재료가 강수로 인해 표면이 완 히 젖었을

때 모세 상에 의해 수분이 달된다

bull 확산에 의한 수분 달 공극에 축 된 수분은 강우가 멈췄을 때 확산에

의해 달된다

확산에 의한 수분 달은 천천히 이루어지기 때문에 확산에 의한 수분 달

계수는 일반 으로 흡입에 의한 수분 달 계수 값보다 다

다음 표2 표3은 콘크리트의 흡입과 확산에 의한 수분 달 계수를 나타낸

- 9 -

표 2 흡입에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 140 157 175

습기 달계수[s] 3times 10- 10 8times 10

- 9 2times 10- 8 3times 10

- 8 5times 10- 8 2times 10

- 7

표 3 확산에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 122 140 157 175

습기 달계수[s]2times

10- 11

2times

10- 10

25times

10- 10

13times

10- 9

72times

10- 9 2times 10 - 8 7times 10 - 8

2 2 3 물질 달 (Mass Transfer)

혼합물에서 어떤 화합물질의 농도 차이에 의해 물질이 이동하는 것을 물질

달이라고 한다 온도 기울기에 의해 열 달이 일어나는 것과 마찬가지로 물

질 달에서는 화학물질의 농도 기울기가 물질의 이동을 일으킨다 건조 공기로

수증기가 확산되는 것도 물질 달의 한 라고 할 수 있다

그림 5는 기체 혼합물의 확산에 의한 물질 달을 나타낸다 서로 다른 기체

가 같은 온도와 압력 상태에서 칸막이로 분리된 챔버를 고려해보자 칸막이가

제거된다면 기체는 확산에 의해 달될 것이다 더 큰 농도는 체 당 더 많은

분자수가 있다는 것을 의미한다 x축을 따라 기체 A의 농도가 감소하는 반면

기체 B의 농도는 증가할 것이다 물질 달은 농도 방향으로 일어나기 때문

에 기체 A는 오른편으로 기체 B는 왼편으로 이동할 것이다 충분한 시간이 경

과한 후에 A와 B의 농도는 균일해질 것이다

- 10 -

그림 5 혼합기체에서 확산에 의한 물질 달

물질 달은 기체에서 뿐만 아니라 액체와 고체에서도 일어난다 그러나

질 달은 분자 간격에 큰 향을 받기 때문에 확산은 기체 액체 고체의 순

서로 빠르게 일어난다

1 ) 물질 A의 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(1)과 같이 나

타낼 수 있다

ρ A=mAV

(1)

혼합물의 체 농도는 각각의 물질 농도를 합한 값과 같고 식(2)와 같이 나

타낼 수 있다

ρ= sumn

i=1ρ i (2)

혼합물에서 물질 A의 양은 mass fraction이며 식 (3)과 같이 나타낼 수 있다

- 11 -

wA=ρAρ

(3)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (4)와 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1wi=1 (4)

2) 물질 A의 몰 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(5)와 같이

나타낼 수 있다

c A=n AV

=m AM A

V=

ρ A

M A

(5)

혼합물의 체 몰 농도는 각각의 물질 몰 농도를 합한 값과 같고 식(6)와 같이

나타낼 수 있다

c= sumn

i=1c i

(6)

혼합물에서 물질 A의 양은 mole fraction이며 식 (7)과 같이 나타낼 수 있다

x i=c ic

(7)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (8)과 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1x i=1 (8)

- 12 -

3 ) 이상 기체 방 정 식

이상기체 혼합물에서 어떤 성분의 농도 와 몰 농도는 이상기체 법칙을 통해

그 성분의 부분 압력과 련된다 식(9)와 식(10)은 어떤 성분의 농도와 몰 농도

를 나타낸다

ρ i=p iR iT

(9)

Ci=p iRT

(10)

여기서 Ri는 물질 i의 기체 상수이고 R은 universal 기체 상수이다

4) F ick ` L aw

농도구배가 존재하는 계에서 물질은 분자의 움직임에 의한 확산속도를 갖

고 이때 발생하는 물질 달량은 농도구배(농도차거리)에 비례한다 식 (11)은

몰 달량를 식(12)는 도 달량를 나타낸다

J A z=-DABdcAdz

=- cDABdyAdz

(11)

j A z=-DABdρAdz

=-ρDABdwAdz

(12)

여기서 DAB는 혼합 물질에서 어떤 성분의 확산 계수를 나타내는데 차원은

다음과 같다

[ MoleL 2t ]= [ X ]

[ MoleL 3 ][ L ]

- 13 -

there4 [ X ]= [ L2

t ] 는 s

제 3 장

구조 체 실내 공 기의 열 습 기 평 형

3 1 건물의 열 수지 습 기 평 형

그림 6은 모델 건물의 열평형 방정식과 습기평형 방정식을 수립하기 한

개념도를 나타낸다 건물 외표면에는 일사의 유입과 외기와의 류 열 달

- 14 -

류 습기 달 천공과의 복사열교환 등이 작용하며 바닥에서는 지면으로부터의

열 도 습기 도가 일어나게 된다 내부에서는 실내공기와의 류 열 달

류 습기 달이 일어난다 한 인체 기기 발열 조명 발열 거주자 활동에

의한 수증기 발생이 존재하지만 비거주 공간을 상으로 삼았기 때문에 이에

한 부분은 고려하지 않았다

그림 6 건물의 열 습기 수지

3 2 구조 체 의 열 습 기 평 형식

자연실온 수증기량 해석을 한 건물 시스템은 크게 건물 벽체와 실내공

기로 나 어진다 수학 모델링의 과정은 다음과 같은 과정으로 일반화 된다

(1) 건물 외피에서 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (2) 건물 외피와 실

내 공기 사이에서의 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (3) 수치해석을

통해 경계조건으로 표 되는 외부 기상조건에 따른 비정상상태의 실내 자연실

온과 수증기량을 구한다

각 구조체의 1차원 열 달 방정식 습기 달 방정식 은 식 (13) 식 (14)

와 같다

- 15 -

ρw c pwpartTwpart t

=partpart x ( λw

partTwpartx ) (13)

part c wpart t

=partpartx (Dw

part c wpartx ) (14)

이질 재료의 층과 층 사이( x= n)에서 열과 습기 달은 다음과 같이 나타

낼 수 있다

λ1w

partT 1w

partx |x= n

=λ2w

partT 2w

partx |x= n

(15)

T1w | x= n=T

2w | x= n (16)

D1w

partc1w

partx |x= n

=D2w

partc2w

partx |x= n

(17)

c1w | x= n= c

2w | x= n (18)

구조체의 외표면 실내측에 한 경계조건은 다음과 같이 설정할 수 있다

λ wpartT w

partx |x= 0

=houttw (T out-T so)+αS+( 1+cosβ

2 ) σ ε(T sky4-T so

4)

(19)

λwpartTwpartx |

x= M=h intw (T in-T si)

(20)

- 16 -

Dwpart cwpart x |

x= 0=h

outmw (c out-c so) (21)

Dwpart cwpart x |

x= M=h

inmw (c in-c si) (22)

Lewis Relation은 외표면과 내표면 습기 달계수 houtmw h inmw

을 결정하기

하여 이용될 수 있다

h m=hT

ρ airCairp

(23)

3 3 실내 공 기의 열 습 기 평 형식

실내공기의 열평형식 습기 평형식은 각각 식(24) 식(25)와 같다

V ρ a c pad T in

d t=Q 1+Q 2+Q 3+Q 4

(24)

Q 1 벽체로부터의 열 달량[W]

Q 2 환기에 의한 열 달량[W]

Q 3 실내 수증기 증발 잠열량 [W]

Q 4 인체 조명 기기로부터의 발열량[W]

Vd c ind t

=M 1+M 2+M 3 (25)

M 1 벽체로부터의 수증기 달량 [kgs]

M 2 환기에 의한 수증기 달량 [kgs]

M 3 실내 수증기 발생량 [kgs]

- 17 -

식(24)는 실내 공기 온도에 한 열평형식으로 본 연구에서의 상 모델은

비거주 공간이므로 Q 4는 고려하지 않았다 한 재료의 흡middot방습에 의한 잠열

이 실내 온도에 미치는 향을 평가하기 해 Q 3를 고려한 경우와 Q 3

를 고려

하지 않은 경우로 나 어 분석하 다

식(25)는 실내 공기 수증기량에 한 습기평형식으로 M 3는 실내 수증기 발

생량을 나타내는데 이는 거주자의 취사 목욕 세탁 난방 등의 활동에 의한 수

증기 발생과 재료의 흡middot방습에의한 발생으로 크게 나 어 볼 수 있다 본 연구

에의 상 모델은 비거주 공간이므로 거주자의 활동에 의한 수증기 발생량은

고려하지 않고 재료의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량만을 분석하 다

3 4 실내 수증기 발 생 량

식(25)는 다음과 같이 표 할 수 있다

M 3=Vd c ind t

-M 1-M 2

(26)

실내 수증기 발생량 M 3를 구하기 해 시간에 따른 실내 수증기량의 미분

값인 dc indt

의 값을 구해야 한다 그러나 실내 수증기량의 직 미분은 미분값

이 불안정할 수 있다 수증기 발생원이 수증기를 방출할 때 발생량은 지수

으로 증가하고 방출을 멈췄을 때는 지수 으로 감소한다 Bennett et al은 포

름알데히드 측정을 하여 측정한 농도 데이터로부터 포르알데히드 방사량을

평가하기 하 로그램을 개발했다 Stirling interpolation polynomial fitting

이 오염물 농도를 미분하는데 이용된다 이와 유사한 방법을 이용하여 실내 수

증기량 c in은 Stirling interpolation polynomial fitting에 의해 미분된다

Stirling interpolation polynomial은 Gauss interpolation의 진과 후진의 평균

값으로 구한다

- 18 -

방정식에 다른 하나의 미지값은 건물 외피와 실내 공기와의 습기 달량인

비정상 습기 달량 M 1 값이다 기존의 연구에서 M 1

의 평균값은 003times 10- 6

[middotmiddots]으로 은 값이므로 실내 습기 발생량 M 3을 구하기 해 M 1

의 값은

0으로 가정한다

식 (27)은 실내 수증기 발생량을 구하기 해 측정한 수증기량 데이터를

Stirling polynomial 방법을 이용하여 미분하는 식을 나타낸다

[dc indt ]

t= t o

=1Δt (

Δc in-1+Δc in02

-16

Δ3c in-2+Δ

3c in-1

2

+130

Δ5c in-3+Δ

5c in-2

2+⋯) (27)

- 19 -

제 4 장

측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석

4 1 자연실온 수증기량 측정 실험

4 1 1 실험개 요

건물의 자연실온 수증기량 로그램의 타당성을 분석하기 하여 철근

콘크리트 건물에 측정 장비를 설치하고 실증 실험을 실시하 다 한 로그

램의 실제 건물 용 가능성을 평가하기 해 사무소 건물에서 실험을 실시하

다 철근 콘크리트 건물 모델은 주변과의 복사 향을 최소화하고 외부 건물

에 의한 일 의 향을 받지 않는 인천의 I 학교에 치하고 있다 사무소 건

물은 인천에 치하고 있으며 인 실의 향을 최소화하기 해 옥상의 독립

된 공간에서 실험을 실시하 다 실험 건물 모델은 거주 공간이 아니기 때문에

실내에서 발생되는 열과 수증기량은 0으로 간주된다 철근 콘크리트 건물 모델

에서 실험은 여름철인 2005년 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 고 사

무소 건물에서는 2005년 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시하 다

- 20 -

그림 7 모델 건물

4 1 2 측정 장 비

실험모델에 한 수평면 일사량 외기온도 상 습도 풍속 등의 기상 데이

터를 10분 간격으로 측정하 다 수평면 일사량 측정은 인천의 I 학교 옥상

에 설치된 자동 기상 측기 DAV16 를 사용하 다 수평면 일사량은 직산분

리 계산식을 사용하여 각 방 의 수직 벽면 일사량으로 환산되고 외기온도와

상 습도는 습공기 계산식을 통해 수증기량으로 환산된다

건물 모델 내부 공기 온도 상 습도 수증기량은 TH-CALC 8722 사용하여

10분 간격으로 측정하 다

4 1 3 모 델 건물

철근 콘크리트 건물 모델의 크기는 17mtimes17mtimes21m로 두께 015m의 단일

재료이고 방 는 정남향이다 표 4는 건물의 물성치를 나타낸다

- 21 -

표 4 건물의 물성치

열 도율 14 [WmK]

비열 880 [JkgK]

도 2100 [kg]

투습율 47 [ng(smPa)]

두께 015 [m]

4 2 비 정 상 자연실온 수증기량 해 석

4 2 1 비 정 상 자연실온 해 석

그림 8 다층벽의 열수지 차분계산 모델

그림 8은 다층벽의 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이에 있는

경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하면 경계면 m 에서의 계산식은

- 22 -

m-Δx L2~ m-Δx R2의 열용량이 m 에 집 하고 m-1~ m 사이와

m~ m+1 사이의 열 항을 각각 RL RR이라 하면 구조체 내부 각 층의 온

도에 한 차분식은 식 (28)과 같다

Tm-Tm

Δt | m= 105(CAPL+CAPR) 1

RR(T

m+1 -T

m)-

1RL

(Tm-T

m-1 )

(28)

여기서

CAPL= c L ρ LΔxL (29)

CAPR= c R ρ RΔxR (30)

RL=ΔxLλL

(31)

RR=

ΔxRλR

(32)

외표면 경계조건(m=0)은 일사 외기와의 류열 달 그리고 천공과의 복

사열 교환에 의한 유효복사량이며 식 (33)과 같다

+( 1+cosβ2 ) σ ε(T sky

4-(Tso )

4)-

1RL

(T so+1 -T

so))

(33)

내표면 경계조건(m=M)은 식 (34)와 같으며 각 벽체간의 온도 차이가 크지

않기 때문에 내부 복사열 교환은 생략하고 실내공기와의 류열 달만 있는

것으로 하 다

T si-Tsi

Δt |m= M

=1

05 C AP R (h intw (T si-T in)-

1R R

(T si-1-Tsi))

(34)

- 23 -

실내 공기온도 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 류열 달 환기

에 의한 열 달 잠열부하량을 고려하 으며 열 수지식은 식 (35)와 같다

T in-T

in

Δt=

1c aρ aV

(Q 1+Q 2+Q 3+Q 4)

(35)

여기서 Q 1은 구조체로부터의 열 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로부

터의 류열 달만을 고려하 으며 식(36)과 같다

Q 1= hintw sum

6

k= 1AkT si k

(36)

Q 2는 환기에 의한 열 달량을 나타내며 식(37)과 같다

Q 2= nV c aρ a(Tout-T in)

(37)

Q 3는 실내 수증기 발생량에 따른 실내 증발잠열량을 나타내며 식(38)과 같다

Q 3=HtimesGtimesVtimes1

3600 (38)

4 2 2 비 정 상 수증기량 해 석

- 24 -

그림 9 다층벽의 습기평형 차분계산 모델

그림 9는 다층벽의 습기평형 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이

에 있는 경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하며 구조체 내부 각 층의 습

기에 한 차분식은 식 (39)와 같다

cm-cm

Δt | m= 105(Δx L+Δ xR)

DwRΔx R

(cm+1 -c

m)-

DwLΔxL

(cm-c

m-1 )

(39)

외표면 경계조건(m=0)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계수

를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(40)과 같다

c so-cso

Δt |m= 0

=1

05ΔxL ( h outmw (c out-cso)-

DwLΔxL

(c so+1 -cso) )

(40)

내표면 경계조건(m=M)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계

수를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(41)과 같다

c si-c

si

Δt |m= M

=1

05ΔxR ( h inmw (c in-csi)-

DwRΔxR

(csi-1 -csi) )

(41)

- 25 -

실내 수증기량 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 습기 달계수 환

기에 의한 습기 달 실내 습기발생량을 고려하 으며 습기 평형식은 식(42)과

같다

c in-cin

Δt=

1V

(M 1+M 2+M 3)

(42)

여기서 M 1은 구조체로부터의 습기 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로

부터의 류습기 달만을 고려하 으며 식(43)과 같다

M 1= hinmw sum

6

k= 1Ak c si k

(43)

M 2는 환기에 의한 습기 달량을 나타내며 식(44)와 같다

M 2=nV (c out-c in)

(44)

M 3는 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 나타낸다

4 2 3 수치해 석 기본 가 정

본 수치 모델의 해석에 한 기본가정은 다음과 같다

(1) 벽체 지붕 바닥의 열 달 습기 달은 두께 방향의 1차원으로 보며 각

부 재료는 동일하다

(2) 실내공간을 단일 존으로 보고 실내온도와 수증기량은 치에 해 일정하

다고 본다

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 24: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 8 -

표 1은 상 습도에 따른 콘크리트 재료의 합습량을 나타낸다 상 습도가

증가함에 따라 재료의 함습량은 증가하는 것을 알 수 있다 여러 재료의 평형

함습량 곡선은 흡습과정과 방습과정에서 평형 함습량이 다른 경우가 있으며

이러한 상을 자기이력 상이라고 한다 그러나 흡습량과 방습량의 오차는

은 값이기 때문에 무시할 수 있다

상 습도[] 0 33 43 63 80 85 93 100

함습량[] 0 23 26 44 53 55 85 175

2 2 2 수분 달 계 수 (L iq uid Transport Coefficients)

다공질의 재료에서 습기 달 메커니즘은 모세 수분 달이지만 건축 재

료에서 수분 달을 확산 상으로 간주하는 것이 일반 이다 건축 재료에서

수분 메커니즘은 크게 두 가지로 나 수 있다

bull 흡입에 의한 수분 달 건축 재료가 강수로 인해 표면이 완 히 젖었을

때 모세 상에 의해 수분이 달된다

bull 확산에 의한 수분 달 공극에 축 된 수분은 강우가 멈췄을 때 확산에

의해 달된다

확산에 의한 수분 달은 천천히 이루어지기 때문에 확산에 의한 수분 달

계수는 일반 으로 흡입에 의한 수분 달 계수 값보다 다

다음 표2 표3은 콘크리트의 흡입과 확산에 의한 수분 달 계수를 나타낸

- 9 -

표 2 흡입에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 140 157 175

습기 달계수[s] 3times 10- 10 8times 10

- 9 2times 10- 8 3times 10

- 8 5times 10- 8 2times 10

- 7

표 3 확산에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 122 140 157 175

습기 달계수[s]2times

10- 11

2times

10- 10

25times

10- 10

13times

10- 9

72times

10- 9 2times 10 - 8 7times 10 - 8

2 2 3 물질 달 (Mass Transfer)

혼합물에서 어떤 화합물질의 농도 차이에 의해 물질이 이동하는 것을 물질

달이라고 한다 온도 기울기에 의해 열 달이 일어나는 것과 마찬가지로 물

질 달에서는 화학물질의 농도 기울기가 물질의 이동을 일으킨다 건조 공기로

수증기가 확산되는 것도 물질 달의 한 라고 할 수 있다

그림 5는 기체 혼합물의 확산에 의한 물질 달을 나타낸다 서로 다른 기체

가 같은 온도와 압력 상태에서 칸막이로 분리된 챔버를 고려해보자 칸막이가

제거된다면 기체는 확산에 의해 달될 것이다 더 큰 농도는 체 당 더 많은

분자수가 있다는 것을 의미한다 x축을 따라 기체 A의 농도가 감소하는 반면

기체 B의 농도는 증가할 것이다 물질 달은 농도 방향으로 일어나기 때문

에 기체 A는 오른편으로 기체 B는 왼편으로 이동할 것이다 충분한 시간이 경

과한 후에 A와 B의 농도는 균일해질 것이다

- 10 -

그림 5 혼합기체에서 확산에 의한 물질 달

물질 달은 기체에서 뿐만 아니라 액체와 고체에서도 일어난다 그러나

질 달은 분자 간격에 큰 향을 받기 때문에 확산은 기체 액체 고체의 순

서로 빠르게 일어난다

1 ) 물질 A의 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(1)과 같이 나

타낼 수 있다

ρ A=mAV

(1)

혼합물의 체 농도는 각각의 물질 농도를 합한 값과 같고 식(2)와 같이 나

타낼 수 있다

ρ= sumn

i=1ρ i (2)

혼합물에서 물질 A의 양은 mass fraction이며 식 (3)과 같이 나타낼 수 있다

- 11 -

wA=ρAρ

(3)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (4)와 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1wi=1 (4)

2) 물질 A의 몰 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(5)와 같이

나타낼 수 있다

c A=n AV

=m AM A

V=

ρ A

M A

(5)

혼합물의 체 몰 농도는 각각의 물질 몰 농도를 합한 값과 같고 식(6)와 같이

나타낼 수 있다

c= sumn

i=1c i

(6)

혼합물에서 물질 A의 양은 mole fraction이며 식 (7)과 같이 나타낼 수 있다

x i=c ic

(7)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (8)과 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1x i=1 (8)

- 12 -

3 ) 이상 기체 방 정 식

이상기체 혼합물에서 어떤 성분의 농도 와 몰 농도는 이상기체 법칙을 통해

그 성분의 부분 압력과 련된다 식(9)와 식(10)은 어떤 성분의 농도와 몰 농도

를 나타낸다

ρ i=p iR iT

(9)

Ci=p iRT

(10)

여기서 Ri는 물질 i의 기체 상수이고 R은 universal 기체 상수이다

4) F ick ` L aw

농도구배가 존재하는 계에서 물질은 분자의 움직임에 의한 확산속도를 갖

고 이때 발생하는 물질 달량은 농도구배(농도차거리)에 비례한다 식 (11)은

몰 달량를 식(12)는 도 달량를 나타낸다

J A z=-DABdcAdz

=- cDABdyAdz

(11)

j A z=-DABdρAdz

=-ρDABdwAdz

(12)

여기서 DAB는 혼합 물질에서 어떤 성분의 확산 계수를 나타내는데 차원은

다음과 같다

[ MoleL 2t ]= [ X ]

[ MoleL 3 ][ L ]

- 13 -

there4 [ X ]= [ L2

t ] 는 s

제 3 장

구조 체 실내 공 기의 열 습 기 평 형

3 1 건물의 열 수지 습 기 평 형

그림 6은 모델 건물의 열평형 방정식과 습기평형 방정식을 수립하기 한

개념도를 나타낸다 건물 외표면에는 일사의 유입과 외기와의 류 열 달

- 14 -

류 습기 달 천공과의 복사열교환 등이 작용하며 바닥에서는 지면으로부터의

열 도 습기 도가 일어나게 된다 내부에서는 실내공기와의 류 열 달

류 습기 달이 일어난다 한 인체 기기 발열 조명 발열 거주자 활동에

의한 수증기 발생이 존재하지만 비거주 공간을 상으로 삼았기 때문에 이에

한 부분은 고려하지 않았다

그림 6 건물의 열 습기 수지

3 2 구조 체 의 열 습 기 평 형식

자연실온 수증기량 해석을 한 건물 시스템은 크게 건물 벽체와 실내공

기로 나 어진다 수학 모델링의 과정은 다음과 같은 과정으로 일반화 된다

(1) 건물 외피에서 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (2) 건물 외피와 실

내 공기 사이에서의 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (3) 수치해석을

통해 경계조건으로 표 되는 외부 기상조건에 따른 비정상상태의 실내 자연실

온과 수증기량을 구한다

각 구조체의 1차원 열 달 방정식 습기 달 방정식 은 식 (13) 식 (14)

와 같다

- 15 -

ρw c pwpartTwpart t

=partpart x ( λw

partTwpartx ) (13)

part c wpart t

=partpartx (Dw

part c wpartx ) (14)

이질 재료의 층과 층 사이( x= n)에서 열과 습기 달은 다음과 같이 나타

낼 수 있다

λ1w

partT 1w

partx |x= n

=λ2w

partT 2w

partx |x= n

(15)

T1w | x= n=T

2w | x= n (16)

D1w

partc1w

partx |x= n

=D2w

partc2w

partx |x= n

(17)

c1w | x= n= c

2w | x= n (18)

구조체의 외표면 실내측에 한 경계조건은 다음과 같이 설정할 수 있다

λ wpartT w

partx |x= 0

=houttw (T out-T so)+αS+( 1+cosβ

2 ) σ ε(T sky4-T so

4)

(19)

λwpartTwpartx |

x= M=h intw (T in-T si)

(20)

- 16 -

Dwpart cwpart x |

x= 0=h

outmw (c out-c so) (21)

Dwpart cwpart x |

x= M=h

inmw (c in-c si) (22)

Lewis Relation은 외표면과 내표면 습기 달계수 houtmw h inmw

을 결정하기

하여 이용될 수 있다

h m=hT

ρ airCairp

(23)

3 3 실내 공 기의 열 습 기 평 형식

실내공기의 열평형식 습기 평형식은 각각 식(24) 식(25)와 같다

V ρ a c pad T in

d t=Q 1+Q 2+Q 3+Q 4

(24)

Q 1 벽체로부터의 열 달량[W]

Q 2 환기에 의한 열 달량[W]

Q 3 실내 수증기 증발 잠열량 [W]

Q 4 인체 조명 기기로부터의 발열량[W]

Vd c ind t

=M 1+M 2+M 3 (25)

M 1 벽체로부터의 수증기 달량 [kgs]

M 2 환기에 의한 수증기 달량 [kgs]

M 3 실내 수증기 발생량 [kgs]

- 17 -

식(24)는 실내 공기 온도에 한 열평형식으로 본 연구에서의 상 모델은

비거주 공간이므로 Q 4는 고려하지 않았다 한 재료의 흡middot방습에 의한 잠열

이 실내 온도에 미치는 향을 평가하기 해 Q 3를 고려한 경우와 Q 3

를 고려

하지 않은 경우로 나 어 분석하 다

식(25)는 실내 공기 수증기량에 한 습기평형식으로 M 3는 실내 수증기 발

생량을 나타내는데 이는 거주자의 취사 목욕 세탁 난방 등의 활동에 의한 수

증기 발생과 재료의 흡middot방습에의한 발생으로 크게 나 어 볼 수 있다 본 연구

에의 상 모델은 비거주 공간이므로 거주자의 활동에 의한 수증기 발생량은

고려하지 않고 재료의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량만을 분석하 다

3 4 실내 수증기 발 생 량

식(25)는 다음과 같이 표 할 수 있다

M 3=Vd c ind t

-M 1-M 2

(26)

실내 수증기 발생량 M 3를 구하기 해 시간에 따른 실내 수증기량의 미분

값인 dc indt

의 값을 구해야 한다 그러나 실내 수증기량의 직 미분은 미분값

이 불안정할 수 있다 수증기 발생원이 수증기를 방출할 때 발생량은 지수

으로 증가하고 방출을 멈췄을 때는 지수 으로 감소한다 Bennett et al은 포

름알데히드 측정을 하여 측정한 농도 데이터로부터 포르알데히드 방사량을

평가하기 하 로그램을 개발했다 Stirling interpolation polynomial fitting

이 오염물 농도를 미분하는데 이용된다 이와 유사한 방법을 이용하여 실내 수

증기량 c in은 Stirling interpolation polynomial fitting에 의해 미분된다

Stirling interpolation polynomial은 Gauss interpolation의 진과 후진의 평균

값으로 구한다

- 18 -

방정식에 다른 하나의 미지값은 건물 외피와 실내 공기와의 습기 달량인

비정상 습기 달량 M 1 값이다 기존의 연구에서 M 1

의 평균값은 003times 10- 6

[middotmiddots]으로 은 값이므로 실내 습기 발생량 M 3을 구하기 해 M 1

의 값은

0으로 가정한다

식 (27)은 실내 수증기 발생량을 구하기 해 측정한 수증기량 데이터를

Stirling polynomial 방법을 이용하여 미분하는 식을 나타낸다

[dc indt ]

t= t o

=1Δt (

Δc in-1+Δc in02

-16

Δ3c in-2+Δ

3c in-1

2

+130

Δ5c in-3+Δ

5c in-2

2+⋯) (27)

- 19 -

제 4 장

측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석

4 1 자연실온 수증기량 측정 실험

4 1 1 실험개 요

건물의 자연실온 수증기량 로그램의 타당성을 분석하기 하여 철근

콘크리트 건물에 측정 장비를 설치하고 실증 실험을 실시하 다 한 로그

램의 실제 건물 용 가능성을 평가하기 해 사무소 건물에서 실험을 실시하

다 철근 콘크리트 건물 모델은 주변과의 복사 향을 최소화하고 외부 건물

에 의한 일 의 향을 받지 않는 인천의 I 학교에 치하고 있다 사무소 건

물은 인천에 치하고 있으며 인 실의 향을 최소화하기 해 옥상의 독립

된 공간에서 실험을 실시하 다 실험 건물 모델은 거주 공간이 아니기 때문에

실내에서 발생되는 열과 수증기량은 0으로 간주된다 철근 콘크리트 건물 모델

에서 실험은 여름철인 2005년 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 고 사

무소 건물에서는 2005년 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시하 다

- 20 -

그림 7 모델 건물

4 1 2 측정 장 비

실험모델에 한 수평면 일사량 외기온도 상 습도 풍속 등의 기상 데이

터를 10분 간격으로 측정하 다 수평면 일사량 측정은 인천의 I 학교 옥상

에 설치된 자동 기상 측기 DAV16 를 사용하 다 수평면 일사량은 직산분

리 계산식을 사용하여 각 방 의 수직 벽면 일사량으로 환산되고 외기온도와

상 습도는 습공기 계산식을 통해 수증기량으로 환산된다

건물 모델 내부 공기 온도 상 습도 수증기량은 TH-CALC 8722 사용하여

10분 간격으로 측정하 다

4 1 3 모 델 건물

철근 콘크리트 건물 모델의 크기는 17mtimes17mtimes21m로 두께 015m의 단일

재료이고 방 는 정남향이다 표 4는 건물의 물성치를 나타낸다

- 21 -

표 4 건물의 물성치

열 도율 14 [WmK]

비열 880 [JkgK]

도 2100 [kg]

투습율 47 [ng(smPa)]

두께 015 [m]

4 2 비 정 상 자연실온 수증기량 해 석

4 2 1 비 정 상 자연실온 해 석

그림 8 다층벽의 열수지 차분계산 모델

그림 8은 다층벽의 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이에 있는

경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하면 경계면 m 에서의 계산식은

- 22 -

m-Δx L2~ m-Δx R2의 열용량이 m 에 집 하고 m-1~ m 사이와

m~ m+1 사이의 열 항을 각각 RL RR이라 하면 구조체 내부 각 층의 온

도에 한 차분식은 식 (28)과 같다

Tm-Tm

Δt | m= 105(CAPL+CAPR) 1

RR(T

m+1 -T

m)-

1RL

(Tm-T

m-1 )

(28)

여기서

CAPL= c L ρ LΔxL (29)

CAPR= c R ρ RΔxR (30)

RL=ΔxLλL

(31)

RR=

ΔxRλR

(32)

외표면 경계조건(m=0)은 일사 외기와의 류열 달 그리고 천공과의 복

사열 교환에 의한 유효복사량이며 식 (33)과 같다

+( 1+cosβ2 ) σ ε(T sky

4-(Tso )

4)-

1RL

(T so+1 -T

so))

(33)

내표면 경계조건(m=M)은 식 (34)와 같으며 각 벽체간의 온도 차이가 크지

않기 때문에 내부 복사열 교환은 생략하고 실내공기와의 류열 달만 있는

것으로 하 다

T si-Tsi

Δt |m= M

=1

05 C AP R (h intw (T si-T in)-

1R R

(T si-1-Tsi))

(34)

- 23 -

실내 공기온도 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 류열 달 환기

에 의한 열 달 잠열부하량을 고려하 으며 열 수지식은 식 (35)와 같다

T in-T

in

Δt=

1c aρ aV

(Q 1+Q 2+Q 3+Q 4)

(35)

여기서 Q 1은 구조체로부터의 열 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로부

터의 류열 달만을 고려하 으며 식(36)과 같다

Q 1= hintw sum

6

k= 1AkT si k

(36)

Q 2는 환기에 의한 열 달량을 나타내며 식(37)과 같다

Q 2= nV c aρ a(Tout-T in)

(37)

Q 3는 실내 수증기 발생량에 따른 실내 증발잠열량을 나타내며 식(38)과 같다

Q 3=HtimesGtimesVtimes1

3600 (38)

4 2 2 비 정 상 수증기량 해 석

- 24 -

그림 9 다층벽의 습기평형 차분계산 모델

그림 9는 다층벽의 습기평형 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이

에 있는 경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하며 구조체 내부 각 층의 습

기에 한 차분식은 식 (39)와 같다

cm-cm

Δt | m= 105(Δx L+Δ xR)

DwRΔx R

(cm+1 -c

m)-

DwLΔxL

(cm-c

m-1 )

(39)

외표면 경계조건(m=0)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계수

를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(40)과 같다

c so-cso

Δt |m= 0

=1

05ΔxL ( h outmw (c out-cso)-

DwLΔxL

(c so+1 -cso) )

(40)

내표면 경계조건(m=M)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계

수를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(41)과 같다

c si-c

si

Δt |m= M

=1

05ΔxR ( h inmw (c in-csi)-

DwRΔxR

(csi-1 -csi) )

(41)

- 25 -

실내 수증기량 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 습기 달계수 환

기에 의한 습기 달 실내 습기발생량을 고려하 으며 습기 평형식은 식(42)과

같다

c in-cin

Δt=

1V

(M 1+M 2+M 3)

(42)

여기서 M 1은 구조체로부터의 습기 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로

부터의 류습기 달만을 고려하 으며 식(43)과 같다

M 1= hinmw sum

6

k= 1Ak c si k

(43)

M 2는 환기에 의한 습기 달량을 나타내며 식(44)와 같다

M 2=nV (c out-c in)

(44)

M 3는 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 나타낸다

4 2 3 수치해 석 기본 가 정

본 수치 모델의 해석에 한 기본가정은 다음과 같다

(1) 벽체 지붕 바닥의 열 달 습기 달은 두께 방향의 1차원으로 보며 각

부 재료는 동일하다

(2) 실내공간을 단일 존으로 보고 실내온도와 수증기량은 치에 해 일정하

다고 본다

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 25: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 9 -

표 2 흡입에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 140 157 175

습기 달계수[s] 3times 10- 10 8times 10

- 9 2times 10- 8 3times 10

- 8 5times 10- 8 2times 10

- 7

표 3 확산에 의한 수분 달 계수

함습량[] 0 35 87 122 140 157 175

습기 달계수[s]2times

10- 11

2times

10- 10

25times

10- 10

13times

10- 9

72times

10- 9 2times 10 - 8 7times 10 - 8

2 2 3 물질 달 (Mass Transfer)

혼합물에서 어떤 화합물질의 농도 차이에 의해 물질이 이동하는 것을 물질

달이라고 한다 온도 기울기에 의해 열 달이 일어나는 것과 마찬가지로 물

질 달에서는 화학물질의 농도 기울기가 물질의 이동을 일으킨다 건조 공기로

수증기가 확산되는 것도 물질 달의 한 라고 할 수 있다

그림 5는 기체 혼합물의 확산에 의한 물질 달을 나타낸다 서로 다른 기체

가 같은 온도와 압력 상태에서 칸막이로 분리된 챔버를 고려해보자 칸막이가

제거된다면 기체는 확산에 의해 달될 것이다 더 큰 농도는 체 당 더 많은

분자수가 있다는 것을 의미한다 x축을 따라 기체 A의 농도가 감소하는 반면

기체 B의 농도는 증가할 것이다 물질 달은 농도 방향으로 일어나기 때문

에 기체 A는 오른편으로 기체 B는 왼편으로 이동할 것이다 충분한 시간이 경

과한 후에 A와 B의 농도는 균일해질 것이다

- 10 -

그림 5 혼합기체에서 확산에 의한 물질 달

물질 달은 기체에서 뿐만 아니라 액체와 고체에서도 일어난다 그러나

질 달은 분자 간격에 큰 향을 받기 때문에 확산은 기체 액체 고체의 순

서로 빠르게 일어난다

1 ) 물질 A의 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(1)과 같이 나

타낼 수 있다

ρ A=mAV

(1)

혼합물의 체 농도는 각각의 물질 농도를 합한 값과 같고 식(2)와 같이 나

타낼 수 있다

ρ= sumn

i=1ρ i (2)

혼합물에서 물질 A의 양은 mass fraction이며 식 (3)과 같이 나타낼 수 있다

- 11 -

wA=ρAρ

(3)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (4)와 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1wi=1 (4)

2) 물질 A의 몰 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(5)와 같이

나타낼 수 있다

c A=n AV

=m AM A

V=

ρ A

M A

(5)

혼합물의 체 몰 농도는 각각의 물질 몰 농도를 합한 값과 같고 식(6)와 같이

나타낼 수 있다

c= sumn

i=1c i

(6)

혼합물에서 물질 A의 양은 mole fraction이며 식 (7)과 같이 나타낼 수 있다

x i=c ic

(7)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (8)과 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1x i=1 (8)

- 12 -

3 ) 이상 기체 방 정 식

이상기체 혼합물에서 어떤 성분의 농도 와 몰 농도는 이상기체 법칙을 통해

그 성분의 부분 압력과 련된다 식(9)와 식(10)은 어떤 성분의 농도와 몰 농도

를 나타낸다

ρ i=p iR iT

(9)

Ci=p iRT

(10)

여기서 Ri는 물질 i의 기체 상수이고 R은 universal 기체 상수이다

4) F ick ` L aw

농도구배가 존재하는 계에서 물질은 분자의 움직임에 의한 확산속도를 갖

고 이때 발생하는 물질 달량은 농도구배(농도차거리)에 비례한다 식 (11)은

몰 달량를 식(12)는 도 달량를 나타낸다

J A z=-DABdcAdz

=- cDABdyAdz

(11)

j A z=-DABdρAdz

=-ρDABdwAdz

(12)

여기서 DAB는 혼합 물질에서 어떤 성분의 확산 계수를 나타내는데 차원은

다음과 같다

[ MoleL 2t ]= [ X ]

[ MoleL 3 ][ L ]

- 13 -

there4 [ X ]= [ L2

t ] 는 s

제 3 장

구조 체 실내 공 기의 열 습 기 평 형

3 1 건물의 열 수지 습 기 평 형

그림 6은 모델 건물의 열평형 방정식과 습기평형 방정식을 수립하기 한

개념도를 나타낸다 건물 외표면에는 일사의 유입과 외기와의 류 열 달

- 14 -

류 습기 달 천공과의 복사열교환 등이 작용하며 바닥에서는 지면으로부터의

열 도 습기 도가 일어나게 된다 내부에서는 실내공기와의 류 열 달

류 습기 달이 일어난다 한 인체 기기 발열 조명 발열 거주자 활동에

의한 수증기 발생이 존재하지만 비거주 공간을 상으로 삼았기 때문에 이에

한 부분은 고려하지 않았다

그림 6 건물의 열 습기 수지

3 2 구조 체 의 열 습 기 평 형식

자연실온 수증기량 해석을 한 건물 시스템은 크게 건물 벽체와 실내공

기로 나 어진다 수학 모델링의 과정은 다음과 같은 과정으로 일반화 된다

(1) 건물 외피에서 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (2) 건물 외피와 실

내 공기 사이에서의 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (3) 수치해석을

통해 경계조건으로 표 되는 외부 기상조건에 따른 비정상상태의 실내 자연실

온과 수증기량을 구한다

각 구조체의 1차원 열 달 방정식 습기 달 방정식 은 식 (13) 식 (14)

와 같다

- 15 -

ρw c pwpartTwpart t

=partpart x ( λw

partTwpartx ) (13)

part c wpart t

=partpartx (Dw

part c wpartx ) (14)

이질 재료의 층과 층 사이( x= n)에서 열과 습기 달은 다음과 같이 나타

낼 수 있다

λ1w

partT 1w

partx |x= n

=λ2w

partT 2w

partx |x= n

(15)

T1w | x= n=T

2w | x= n (16)

D1w

partc1w

partx |x= n

=D2w

partc2w

partx |x= n

(17)

c1w | x= n= c

2w | x= n (18)

구조체의 외표면 실내측에 한 경계조건은 다음과 같이 설정할 수 있다

λ wpartT w

partx |x= 0

=houttw (T out-T so)+αS+( 1+cosβ

2 ) σ ε(T sky4-T so

4)

(19)

λwpartTwpartx |

x= M=h intw (T in-T si)

(20)

- 16 -

Dwpart cwpart x |

x= 0=h

outmw (c out-c so) (21)

Dwpart cwpart x |

x= M=h

inmw (c in-c si) (22)

Lewis Relation은 외표면과 내표면 습기 달계수 houtmw h inmw

을 결정하기

하여 이용될 수 있다

h m=hT

ρ airCairp

(23)

3 3 실내 공 기의 열 습 기 평 형식

실내공기의 열평형식 습기 평형식은 각각 식(24) 식(25)와 같다

V ρ a c pad T in

d t=Q 1+Q 2+Q 3+Q 4

(24)

Q 1 벽체로부터의 열 달량[W]

Q 2 환기에 의한 열 달량[W]

Q 3 실내 수증기 증발 잠열량 [W]

Q 4 인체 조명 기기로부터의 발열량[W]

Vd c ind t

=M 1+M 2+M 3 (25)

M 1 벽체로부터의 수증기 달량 [kgs]

M 2 환기에 의한 수증기 달량 [kgs]

M 3 실내 수증기 발생량 [kgs]

- 17 -

식(24)는 실내 공기 온도에 한 열평형식으로 본 연구에서의 상 모델은

비거주 공간이므로 Q 4는 고려하지 않았다 한 재료의 흡middot방습에 의한 잠열

이 실내 온도에 미치는 향을 평가하기 해 Q 3를 고려한 경우와 Q 3

를 고려

하지 않은 경우로 나 어 분석하 다

식(25)는 실내 공기 수증기량에 한 습기평형식으로 M 3는 실내 수증기 발

생량을 나타내는데 이는 거주자의 취사 목욕 세탁 난방 등의 활동에 의한 수

증기 발생과 재료의 흡middot방습에의한 발생으로 크게 나 어 볼 수 있다 본 연구

에의 상 모델은 비거주 공간이므로 거주자의 활동에 의한 수증기 발생량은

고려하지 않고 재료의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량만을 분석하 다

3 4 실내 수증기 발 생 량

식(25)는 다음과 같이 표 할 수 있다

M 3=Vd c ind t

-M 1-M 2

(26)

실내 수증기 발생량 M 3를 구하기 해 시간에 따른 실내 수증기량의 미분

값인 dc indt

의 값을 구해야 한다 그러나 실내 수증기량의 직 미분은 미분값

이 불안정할 수 있다 수증기 발생원이 수증기를 방출할 때 발생량은 지수

으로 증가하고 방출을 멈췄을 때는 지수 으로 감소한다 Bennett et al은 포

름알데히드 측정을 하여 측정한 농도 데이터로부터 포르알데히드 방사량을

평가하기 하 로그램을 개발했다 Stirling interpolation polynomial fitting

이 오염물 농도를 미분하는데 이용된다 이와 유사한 방법을 이용하여 실내 수

증기량 c in은 Stirling interpolation polynomial fitting에 의해 미분된다

Stirling interpolation polynomial은 Gauss interpolation의 진과 후진의 평균

값으로 구한다

- 18 -

방정식에 다른 하나의 미지값은 건물 외피와 실내 공기와의 습기 달량인

비정상 습기 달량 M 1 값이다 기존의 연구에서 M 1

의 평균값은 003times 10- 6

[middotmiddots]으로 은 값이므로 실내 습기 발생량 M 3을 구하기 해 M 1

의 값은

0으로 가정한다

식 (27)은 실내 수증기 발생량을 구하기 해 측정한 수증기량 데이터를

Stirling polynomial 방법을 이용하여 미분하는 식을 나타낸다

[dc indt ]

t= t o

=1Δt (

Δc in-1+Δc in02

-16

Δ3c in-2+Δ

3c in-1

2

+130

Δ5c in-3+Δ

5c in-2

2+⋯) (27)

- 19 -

제 4 장

측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석

4 1 자연실온 수증기량 측정 실험

4 1 1 실험개 요

건물의 자연실온 수증기량 로그램의 타당성을 분석하기 하여 철근

콘크리트 건물에 측정 장비를 설치하고 실증 실험을 실시하 다 한 로그

램의 실제 건물 용 가능성을 평가하기 해 사무소 건물에서 실험을 실시하

다 철근 콘크리트 건물 모델은 주변과의 복사 향을 최소화하고 외부 건물

에 의한 일 의 향을 받지 않는 인천의 I 학교에 치하고 있다 사무소 건

물은 인천에 치하고 있으며 인 실의 향을 최소화하기 해 옥상의 독립

된 공간에서 실험을 실시하 다 실험 건물 모델은 거주 공간이 아니기 때문에

실내에서 발생되는 열과 수증기량은 0으로 간주된다 철근 콘크리트 건물 모델

에서 실험은 여름철인 2005년 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 고 사

무소 건물에서는 2005년 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시하 다

- 20 -

그림 7 모델 건물

4 1 2 측정 장 비

실험모델에 한 수평면 일사량 외기온도 상 습도 풍속 등의 기상 데이

터를 10분 간격으로 측정하 다 수평면 일사량 측정은 인천의 I 학교 옥상

에 설치된 자동 기상 측기 DAV16 를 사용하 다 수평면 일사량은 직산분

리 계산식을 사용하여 각 방 의 수직 벽면 일사량으로 환산되고 외기온도와

상 습도는 습공기 계산식을 통해 수증기량으로 환산된다

건물 모델 내부 공기 온도 상 습도 수증기량은 TH-CALC 8722 사용하여

10분 간격으로 측정하 다

4 1 3 모 델 건물

철근 콘크리트 건물 모델의 크기는 17mtimes17mtimes21m로 두께 015m의 단일

재료이고 방 는 정남향이다 표 4는 건물의 물성치를 나타낸다

- 21 -

표 4 건물의 물성치

열 도율 14 [WmK]

비열 880 [JkgK]

도 2100 [kg]

투습율 47 [ng(smPa)]

두께 015 [m]

4 2 비 정 상 자연실온 수증기량 해 석

4 2 1 비 정 상 자연실온 해 석

그림 8 다층벽의 열수지 차분계산 모델

그림 8은 다층벽의 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이에 있는

경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하면 경계면 m 에서의 계산식은

- 22 -

m-Δx L2~ m-Δx R2의 열용량이 m 에 집 하고 m-1~ m 사이와

m~ m+1 사이의 열 항을 각각 RL RR이라 하면 구조체 내부 각 층의 온

도에 한 차분식은 식 (28)과 같다

Tm-Tm

Δt | m= 105(CAPL+CAPR) 1

RR(T

m+1 -T

m)-

1RL

(Tm-T

m-1 )

(28)

여기서

CAPL= c L ρ LΔxL (29)

CAPR= c R ρ RΔxR (30)

RL=ΔxLλL

(31)

RR=

ΔxRλR

(32)

외표면 경계조건(m=0)은 일사 외기와의 류열 달 그리고 천공과의 복

사열 교환에 의한 유효복사량이며 식 (33)과 같다

+( 1+cosβ2 ) σ ε(T sky

4-(Tso )

4)-

1RL

(T so+1 -T

so))

(33)

내표면 경계조건(m=M)은 식 (34)와 같으며 각 벽체간의 온도 차이가 크지

않기 때문에 내부 복사열 교환은 생략하고 실내공기와의 류열 달만 있는

것으로 하 다

T si-Tsi

Δt |m= M

=1

05 C AP R (h intw (T si-T in)-

1R R

(T si-1-Tsi))

(34)

- 23 -

실내 공기온도 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 류열 달 환기

에 의한 열 달 잠열부하량을 고려하 으며 열 수지식은 식 (35)와 같다

T in-T

in

Δt=

1c aρ aV

(Q 1+Q 2+Q 3+Q 4)

(35)

여기서 Q 1은 구조체로부터의 열 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로부

터의 류열 달만을 고려하 으며 식(36)과 같다

Q 1= hintw sum

6

k= 1AkT si k

(36)

Q 2는 환기에 의한 열 달량을 나타내며 식(37)과 같다

Q 2= nV c aρ a(Tout-T in)

(37)

Q 3는 실내 수증기 발생량에 따른 실내 증발잠열량을 나타내며 식(38)과 같다

Q 3=HtimesGtimesVtimes1

3600 (38)

4 2 2 비 정 상 수증기량 해 석

- 24 -

그림 9 다층벽의 습기평형 차분계산 모델

그림 9는 다층벽의 습기평형 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이

에 있는 경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하며 구조체 내부 각 층의 습

기에 한 차분식은 식 (39)와 같다

cm-cm

Δt | m= 105(Δx L+Δ xR)

DwRΔx R

(cm+1 -c

m)-

DwLΔxL

(cm-c

m-1 )

(39)

외표면 경계조건(m=0)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계수

를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(40)과 같다

c so-cso

Δt |m= 0

=1

05ΔxL ( h outmw (c out-cso)-

DwLΔxL

(c so+1 -cso) )

(40)

내표면 경계조건(m=M)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계

수를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(41)과 같다

c si-c

si

Δt |m= M

=1

05ΔxR ( h inmw (c in-csi)-

DwRΔxR

(csi-1 -csi) )

(41)

- 25 -

실내 수증기량 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 습기 달계수 환

기에 의한 습기 달 실내 습기발생량을 고려하 으며 습기 평형식은 식(42)과

같다

c in-cin

Δt=

1V

(M 1+M 2+M 3)

(42)

여기서 M 1은 구조체로부터의 습기 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로

부터의 류습기 달만을 고려하 으며 식(43)과 같다

M 1= hinmw sum

6

k= 1Ak c si k

(43)

M 2는 환기에 의한 습기 달량을 나타내며 식(44)와 같다

M 2=nV (c out-c in)

(44)

M 3는 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 나타낸다

4 2 3 수치해 석 기본 가 정

본 수치 모델의 해석에 한 기본가정은 다음과 같다

(1) 벽체 지붕 바닥의 열 달 습기 달은 두께 방향의 1차원으로 보며 각

부 재료는 동일하다

(2) 실내공간을 단일 존으로 보고 실내온도와 수증기량은 치에 해 일정하

다고 본다

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 26: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 10 -

그림 5 혼합기체에서 확산에 의한 물질 달

물질 달은 기체에서 뿐만 아니라 액체와 고체에서도 일어난다 그러나

질 달은 분자 간격에 큰 향을 받기 때문에 확산은 기체 액체 고체의 순

서로 빠르게 일어난다

1 ) 물질 A의 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(1)과 같이 나

타낼 수 있다

ρ A=mAV

(1)

혼합물의 체 농도는 각각의 물질 농도를 합한 값과 같고 식(2)와 같이 나

타낼 수 있다

ρ= sumn

i=1ρ i (2)

혼합물에서 물질 A의 양은 mass fraction이며 식 (3)과 같이 나타낼 수 있다

- 11 -

wA=ρAρ

(3)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (4)와 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1wi=1 (4)

2) 물질 A의 몰 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(5)와 같이

나타낼 수 있다

c A=n AV

=m AM A

V=

ρ A

M A

(5)

혼합물의 체 몰 농도는 각각의 물질 몰 농도를 합한 값과 같고 식(6)와 같이

나타낼 수 있다

c= sumn

i=1c i

(6)

혼합물에서 물질 A의 양은 mole fraction이며 식 (7)과 같이 나타낼 수 있다

x i=c ic

(7)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (8)과 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1x i=1 (8)

- 12 -

3 ) 이상 기체 방 정 식

이상기체 혼합물에서 어떤 성분의 농도 와 몰 농도는 이상기체 법칙을 통해

그 성분의 부분 압력과 련된다 식(9)와 식(10)은 어떤 성분의 농도와 몰 농도

를 나타낸다

ρ i=p iR iT

(9)

Ci=p iRT

(10)

여기서 Ri는 물질 i의 기체 상수이고 R은 universal 기체 상수이다

4) F ick ` L aw

농도구배가 존재하는 계에서 물질은 분자의 움직임에 의한 확산속도를 갖

고 이때 발생하는 물질 달량은 농도구배(농도차거리)에 비례한다 식 (11)은

몰 달량를 식(12)는 도 달량를 나타낸다

J A z=-DABdcAdz

=- cDABdyAdz

(11)

j A z=-DABdρAdz

=-ρDABdwAdz

(12)

여기서 DAB는 혼합 물질에서 어떤 성분의 확산 계수를 나타내는데 차원은

다음과 같다

[ MoleL 2t ]= [ X ]

[ MoleL 3 ][ L ]

- 13 -

there4 [ X ]= [ L2

t ] 는 s

제 3 장

구조 체 실내 공 기의 열 습 기 평 형

3 1 건물의 열 수지 습 기 평 형

그림 6은 모델 건물의 열평형 방정식과 습기평형 방정식을 수립하기 한

개념도를 나타낸다 건물 외표면에는 일사의 유입과 외기와의 류 열 달

- 14 -

류 습기 달 천공과의 복사열교환 등이 작용하며 바닥에서는 지면으로부터의

열 도 습기 도가 일어나게 된다 내부에서는 실내공기와의 류 열 달

류 습기 달이 일어난다 한 인체 기기 발열 조명 발열 거주자 활동에

의한 수증기 발생이 존재하지만 비거주 공간을 상으로 삼았기 때문에 이에

한 부분은 고려하지 않았다

그림 6 건물의 열 습기 수지

3 2 구조 체 의 열 습 기 평 형식

자연실온 수증기량 해석을 한 건물 시스템은 크게 건물 벽체와 실내공

기로 나 어진다 수학 모델링의 과정은 다음과 같은 과정으로 일반화 된다

(1) 건물 외피에서 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (2) 건물 외피와 실

내 공기 사이에서의 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (3) 수치해석을

통해 경계조건으로 표 되는 외부 기상조건에 따른 비정상상태의 실내 자연실

온과 수증기량을 구한다

각 구조체의 1차원 열 달 방정식 습기 달 방정식 은 식 (13) 식 (14)

와 같다

- 15 -

ρw c pwpartTwpart t

=partpart x ( λw

partTwpartx ) (13)

part c wpart t

=partpartx (Dw

part c wpartx ) (14)

이질 재료의 층과 층 사이( x= n)에서 열과 습기 달은 다음과 같이 나타

낼 수 있다

λ1w

partT 1w

partx |x= n

=λ2w

partT 2w

partx |x= n

(15)

T1w | x= n=T

2w | x= n (16)

D1w

partc1w

partx |x= n

=D2w

partc2w

partx |x= n

(17)

c1w | x= n= c

2w | x= n (18)

구조체의 외표면 실내측에 한 경계조건은 다음과 같이 설정할 수 있다

λ wpartT w

partx |x= 0

=houttw (T out-T so)+αS+( 1+cosβ

2 ) σ ε(T sky4-T so

4)

(19)

λwpartTwpartx |

x= M=h intw (T in-T si)

(20)

- 16 -

Dwpart cwpart x |

x= 0=h

outmw (c out-c so) (21)

Dwpart cwpart x |

x= M=h

inmw (c in-c si) (22)

Lewis Relation은 외표면과 내표면 습기 달계수 houtmw h inmw

을 결정하기

하여 이용될 수 있다

h m=hT

ρ airCairp

(23)

3 3 실내 공 기의 열 습 기 평 형식

실내공기의 열평형식 습기 평형식은 각각 식(24) 식(25)와 같다

V ρ a c pad T in

d t=Q 1+Q 2+Q 3+Q 4

(24)

Q 1 벽체로부터의 열 달량[W]

Q 2 환기에 의한 열 달량[W]

Q 3 실내 수증기 증발 잠열량 [W]

Q 4 인체 조명 기기로부터의 발열량[W]

Vd c ind t

=M 1+M 2+M 3 (25)

M 1 벽체로부터의 수증기 달량 [kgs]

M 2 환기에 의한 수증기 달량 [kgs]

M 3 실내 수증기 발생량 [kgs]

- 17 -

식(24)는 실내 공기 온도에 한 열평형식으로 본 연구에서의 상 모델은

비거주 공간이므로 Q 4는 고려하지 않았다 한 재료의 흡middot방습에 의한 잠열

이 실내 온도에 미치는 향을 평가하기 해 Q 3를 고려한 경우와 Q 3

를 고려

하지 않은 경우로 나 어 분석하 다

식(25)는 실내 공기 수증기량에 한 습기평형식으로 M 3는 실내 수증기 발

생량을 나타내는데 이는 거주자의 취사 목욕 세탁 난방 등의 활동에 의한 수

증기 발생과 재료의 흡middot방습에의한 발생으로 크게 나 어 볼 수 있다 본 연구

에의 상 모델은 비거주 공간이므로 거주자의 활동에 의한 수증기 발생량은

고려하지 않고 재료의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량만을 분석하 다

3 4 실내 수증기 발 생 량

식(25)는 다음과 같이 표 할 수 있다

M 3=Vd c ind t

-M 1-M 2

(26)

실내 수증기 발생량 M 3를 구하기 해 시간에 따른 실내 수증기량의 미분

값인 dc indt

의 값을 구해야 한다 그러나 실내 수증기량의 직 미분은 미분값

이 불안정할 수 있다 수증기 발생원이 수증기를 방출할 때 발생량은 지수

으로 증가하고 방출을 멈췄을 때는 지수 으로 감소한다 Bennett et al은 포

름알데히드 측정을 하여 측정한 농도 데이터로부터 포르알데히드 방사량을

평가하기 하 로그램을 개발했다 Stirling interpolation polynomial fitting

이 오염물 농도를 미분하는데 이용된다 이와 유사한 방법을 이용하여 실내 수

증기량 c in은 Stirling interpolation polynomial fitting에 의해 미분된다

Stirling interpolation polynomial은 Gauss interpolation의 진과 후진의 평균

값으로 구한다

- 18 -

방정식에 다른 하나의 미지값은 건물 외피와 실내 공기와의 습기 달량인

비정상 습기 달량 M 1 값이다 기존의 연구에서 M 1

의 평균값은 003times 10- 6

[middotmiddots]으로 은 값이므로 실내 습기 발생량 M 3을 구하기 해 M 1

의 값은

0으로 가정한다

식 (27)은 실내 수증기 발생량을 구하기 해 측정한 수증기량 데이터를

Stirling polynomial 방법을 이용하여 미분하는 식을 나타낸다

[dc indt ]

t= t o

=1Δt (

Δc in-1+Δc in02

-16

Δ3c in-2+Δ

3c in-1

2

+130

Δ5c in-3+Δ

5c in-2

2+⋯) (27)

- 19 -

제 4 장

측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석

4 1 자연실온 수증기량 측정 실험

4 1 1 실험개 요

건물의 자연실온 수증기량 로그램의 타당성을 분석하기 하여 철근

콘크리트 건물에 측정 장비를 설치하고 실증 실험을 실시하 다 한 로그

램의 실제 건물 용 가능성을 평가하기 해 사무소 건물에서 실험을 실시하

다 철근 콘크리트 건물 모델은 주변과의 복사 향을 최소화하고 외부 건물

에 의한 일 의 향을 받지 않는 인천의 I 학교에 치하고 있다 사무소 건

물은 인천에 치하고 있으며 인 실의 향을 최소화하기 해 옥상의 독립

된 공간에서 실험을 실시하 다 실험 건물 모델은 거주 공간이 아니기 때문에

실내에서 발생되는 열과 수증기량은 0으로 간주된다 철근 콘크리트 건물 모델

에서 실험은 여름철인 2005년 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 고 사

무소 건물에서는 2005년 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시하 다

- 20 -

그림 7 모델 건물

4 1 2 측정 장 비

실험모델에 한 수평면 일사량 외기온도 상 습도 풍속 등의 기상 데이

터를 10분 간격으로 측정하 다 수평면 일사량 측정은 인천의 I 학교 옥상

에 설치된 자동 기상 측기 DAV16 를 사용하 다 수평면 일사량은 직산분

리 계산식을 사용하여 각 방 의 수직 벽면 일사량으로 환산되고 외기온도와

상 습도는 습공기 계산식을 통해 수증기량으로 환산된다

건물 모델 내부 공기 온도 상 습도 수증기량은 TH-CALC 8722 사용하여

10분 간격으로 측정하 다

4 1 3 모 델 건물

철근 콘크리트 건물 모델의 크기는 17mtimes17mtimes21m로 두께 015m의 단일

재료이고 방 는 정남향이다 표 4는 건물의 물성치를 나타낸다

- 21 -

표 4 건물의 물성치

열 도율 14 [WmK]

비열 880 [JkgK]

도 2100 [kg]

투습율 47 [ng(smPa)]

두께 015 [m]

4 2 비 정 상 자연실온 수증기량 해 석

4 2 1 비 정 상 자연실온 해 석

그림 8 다층벽의 열수지 차분계산 모델

그림 8은 다층벽의 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이에 있는

경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하면 경계면 m 에서의 계산식은

- 22 -

m-Δx L2~ m-Δx R2의 열용량이 m 에 집 하고 m-1~ m 사이와

m~ m+1 사이의 열 항을 각각 RL RR이라 하면 구조체 내부 각 층의 온

도에 한 차분식은 식 (28)과 같다

Tm-Tm

Δt | m= 105(CAPL+CAPR) 1

RR(T

m+1 -T

m)-

1RL

(Tm-T

m-1 )

(28)

여기서

CAPL= c L ρ LΔxL (29)

CAPR= c R ρ RΔxR (30)

RL=ΔxLλL

(31)

RR=

ΔxRλR

(32)

외표면 경계조건(m=0)은 일사 외기와의 류열 달 그리고 천공과의 복

사열 교환에 의한 유효복사량이며 식 (33)과 같다

+( 1+cosβ2 ) σ ε(T sky

4-(Tso )

4)-

1RL

(T so+1 -T

so))

(33)

내표면 경계조건(m=M)은 식 (34)와 같으며 각 벽체간의 온도 차이가 크지

않기 때문에 내부 복사열 교환은 생략하고 실내공기와의 류열 달만 있는

것으로 하 다

T si-Tsi

Δt |m= M

=1

05 C AP R (h intw (T si-T in)-

1R R

(T si-1-Tsi))

(34)

- 23 -

실내 공기온도 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 류열 달 환기

에 의한 열 달 잠열부하량을 고려하 으며 열 수지식은 식 (35)와 같다

T in-T

in

Δt=

1c aρ aV

(Q 1+Q 2+Q 3+Q 4)

(35)

여기서 Q 1은 구조체로부터의 열 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로부

터의 류열 달만을 고려하 으며 식(36)과 같다

Q 1= hintw sum

6

k= 1AkT si k

(36)

Q 2는 환기에 의한 열 달량을 나타내며 식(37)과 같다

Q 2= nV c aρ a(Tout-T in)

(37)

Q 3는 실내 수증기 발생량에 따른 실내 증발잠열량을 나타내며 식(38)과 같다

Q 3=HtimesGtimesVtimes1

3600 (38)

4 2 2 비 정 상 수증기량 해 석

- 24 -

그림 9 다층벽의 습기평형 차분계산 모델

그림 9는 다층벽의 습기평형 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이

에 있는 경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하며 구조체 내부 각 층의 습

기에 한 차분식은 식 (39)와 같다

cm-cm

Δt | m= 105(Δx L+Δ xR)

DwRΔx R

(cm+1 -c

m)-

DwLΔxL

(cm-c

m-1 )

(39)

외표면 경계조건(m=0)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계수

를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(40)과 같다

c so-cso

Δt |m= 0

=1

05ΔxL ( h outmw (c out-cso)-

DwLΔxL

(c so+1 -cso) )

(40)

내표면 경계조건(m=M)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계

수를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(41)과 같다

c si-c

si

Δt |m= M

=1

05ΔxR ( h inmw (c in-csi)-

DwRΔxR

(csi-1 -csi) )

(41)

- 25 -

실내 수증기량 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 습기 달계수 환

기에 의한 습기 달 실내 습기발생량을 고려하 으며 습기 평형식은 식(42)과

같다

c in-cin

Δt=

1V

(M 1+M 2+M 3)

(42)

여기서 M 1은 구조체로부터의 습기 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로

부터의 류습기 달만을 고려하 으며 식(43)과 같다

M 1= hinmw sum

6

k= 1Ak c si k

(43)

M 2는 환기에 의한 습기 달량을 나타내며 식(44)와 같다

M 2=nV (c out-c in)

(44)

M 3는 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 나타낸다

4 2 3 수치해 석 기본 가 정

본 수치 모델의 해석에 한 기본가정은 다음과 같다

(1) 벽체 지붕 바닥의 열 달 습기 달은 두께 방향의 1차원으로 보며 각

부 재료는 동일하다

(2) 실내공간을 단일 존으로 보고 실내온도와 수증기량은 치에 해 일정하

다고 본다

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 27: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 11 -

wA=ρAρ

(3)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (4)와 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1wi=1 (4)

2) 물질 A의 몰 농 도

혼합물의 체 당 물질 A의 질량을 A의 농도라고 하며 다음 식(5)와 같이

나타낼 수 있다

c A=n AV

=m AM A

V=

ρ A

M A

(5)

혼합물의 체 몰 농도는 각각의 물질 몰 농도를 합한 값과 같고 식(6)와 같이

나타낼 수 있다

c= sumn

i=1c i

(6)

혼합물에서 물질 A의 양은 mole fraction이며 식 (7)과 같이 나타낼 수 있다

x i=c ic

(7)

따라서 각각 물질의 mass fraction을 합한 값은 1이므로 식 (8)과 같이 나

타낼 수 있다

sumn

i=1x i=1 (8)

- 12 -

3 ) 이상 기체 방 정 식

이상기체 혼합물에서 어떤 성분의 농도 와 몰 농도는 이상기체 법칙을 통해

그 성분의 부분 압력과 련된다 식(9)와 식(10)은 어떤 성분의 농도와 몰 농도

를 나타낸다

ρ i=p iR iT

(9)

Ci=p iRT

(10)

여기서 Ri는 물질 i의 기체 상수이고 R은 universal 기체 상수이다

4) F ick ` L aw

농도구배가 존재하는 계에서 물질은 분자의 움직임에 의한 확산속도를 갖

고 이때 발생하는 물질 달량은 농도구배(농도차거리)에 비례한다 식 (11)은

몰 달량를 식(12)는 도 달량를 나타낸다

J A z=-DABdcAdz

=- cDABdyAdz

(11)

j A z=-DABdρAdz

=-ρDABdwAdz

(12)

여기서 DAB는 혼합 물질에서 어떤 성분의 확산 계수를 나타내는데 차원은

다음과 같다

[ MoleL 2t ]= [ X ]

[ MoleL 3 ][ L ]

- 13 -

there4 [ X ]= [ L2

t ] 는 s

제 3 장

구조 체 실내 공 기의 열 습 기 평 형

3 1 건물의 열 수지 습 기 평 형

그림 6은 모델 건물의 열평형 방정식과 습기평형 방정식을 수립하기 한

개념도를 나타낸다 건물 외표면에는 일사의 유입과 외기와의 류 열 달

- 14 -

류 습기 달 천공과의 복사열교환 등이 작용하며 바닥에서는 지면으로부터의

열 도 습기 도가 일어나게 된다 내부에서는 실내공기와의 류 열 달

류 습기 달이 일어난다 한 인체 기기 발열 조명 발열 거주자 활동에

의한 수증기 발생이 존재하지만 비거주 공간을 상으로 삼았기 때문에 이에

한 부분은 고려하지 않았다

그림 6 건물의 열 습기 수지

3 2 구조 체 의 열 습 기 평 형식

자연실온 수증기량 해석을 한 건물 시스템은 크게 건물 벽체와 실내공

기로 나 어진다 수학 모델링의 과정은 다음과 같은 과정으로 일반화 된다

(1) 건물 외피에서 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (2) 건물 외피와 실

내 공기 사이에서의 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (3) 수치해석을

통해 경계조건으로 표 되는 외부 기상조건에 따른 비정상상태의 실내 자연실

온과 수증기량을 구한다

각 구조체의 1차원 열 달 방정식 습기 달 방정식 은 식 (13) 식 (14)

와 같다

- 15 -

ρw c pwpartTwpart t

=partpart x ( λw

partTwpartx ) (13)

part c wpart t

=partpartx (Dw

part c wpartx ) (14)

이질 재료의 층과 층 사이( x= n)에서 열과 습기 달은 다음과 같이 나타

낼 수 있다

λ1w

partT 1w

partx |x= n

=λ2w

partT 2w

partx |x= n

(15)

T1w | x= n=T

2w | x= n (16)

D1w

partc1w

partx |x= n

=D2w

partc2w

partx |x= n

(17)

c1w | x= n= c

2w | x= n (18)

구조체의 외표면 실내측에 한 경계조건은 다음과 같이 설정할 수 있다

λ wpartT w

partx |x= 0

=houttw (T out-T so)+αS+( 1+cosβ

2 ) σ ε(T sky4-T so

4)

(19)

λwpartTwpartx |

x= M=h intw (T in-T si)

(20)

- 16 -

Dwpart cwpart x |

x= 0=h

outmw (c out-c so) (21)

Dwpart cwpart x |

x= M=h

inmw (c in-c si) (22)

Lewis Relation은 외표면과 내표면 습기 달계수 houtmw h inmw

을 결정하기

하여 이용될 수 있다

h m=hT

ρ airCairp

(23)

3 3 실내 공 기의 열 습 기 평 형식

실내공기의 열평형식 습기 평형식은 각각 식(24) 식(25)와 같다

V ρ a c pad T in

d t=Q 1+Q 2+Q 3+Q 4

(24)

Q 1 벽체로부터의 열 달량[W]

Q 2 환기에 의한 열 달량[W]

Q 3 실내 수증기 증발 잠열량 [W]

Q 4 인체 조명 기기로부터의 발열량[W]

Vd c ind t

=M 1+M 2+M 3 (25)

M 1 벽체로부터의 수증기 달량 [kgs]

M 2 환기에 의한 수증기 달량 [kgs]

M 3 실내 수증기 발생량 [kgs]

- 17 -

식(24)는 실내 공기 온도에 한 열평형식으로 본 연구에서의 상 모델은

비거주 공간이므로 Q 4는 고려하지 않았다 한 재료의 흡middot방습에 의한 잠열

이 실내 온도에 미치는 향을 평가하기 해 Q 3를 고려한 경우와 Q 3

를 고려

하지 않은 경우로 나 어 분석하 다

식(25)는 실내 공기 수증기량에 한 습기평형식으로 M 3는 실내 수증기 발

생량을 나타내는데 이는 거주자의 취사 목욕 세탁 난방 등의 활동에 의한 수

증기 발생과 재료의 흡middot방습에의한 발생으로 크게 나 어 볼 수 있다 본 연구

에의 상 모델은 비거주 공간이므로 거주자의 활동에 의한 수증기 발생량은

고려하지 않고 재료의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량만을 분석하 다

3 4 실내 수증기 발 생 량

식(25)는 다음과 같이 표 할 수 있다

M 3=Vd c ind t

-M 1-M 2

(26)

실내 수증기 발생량 M 3를 구하기 해 시간에 따른 실내 수증기량의 미분

값인 dc indt

의 값을 구해야 한다 그러나 실내 수증기량의 직 미분은 미분값

이 불안정할 수 있다 수증기 발생원이 수증기를 방출할 때 발생량은 지수

으로 증가하고 방출을 멈췄을 때는 지수 으로 감소한다 Bennett et al은 포

름알데히드 측정을 하여 측정한 농도 데이터로부터 포르알데히드 방사량을

평가하기 하 로그램을 개발했다 Stirling interpolation polynomial fitting

이 오염물 농도를 미분하는데 이용된다 이와 유사한 방법을 이용하여 실내 수

증기량 c in은 Stirling interpolation polynomial fitting에 의해 미분된다

Stirling interpolation polynomial은 Gauss interpolation의 진과 후진의 평균

값으로 구한다

- 18 -

방정식에 다른 하나의 미지값은 건물 외피와 실내 공기와의 습기 달량인

비정상 습기 달량 M 1 값이다 기존의 연구에서 M 1

의 평균값은 003times 10- 6

[middotmiddots]으로 은 값이므로 실내 습기 발생량 M 3을 구하기 해 M 1

의 값은

0으로 가정한다

식 (27)은 실내 수증기 발생량을 구하기 해 측정한 수증기량 데이터를

Stirling polynomial 방법을 이용하여 미분하는 식을 나타낸다

[dc indt ]

t= t o

=1Δt (

Δc in-1+Δc in02

-16

Δ3c in-2+Δ

3c in-1

2

+130

Δ5c in-3+Δ

5c in-2

2+⋯) (27)

- 19 -

제 4 장

측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석

4 1 자연실온 수증기량 측정 실험

4 1 1 실험개 요

건물의 자연실온 수증기량 로그램의 타당성을 분석하기 하여 철근

콘크리트 건물에 측정 장비를 설치하고 실증 실험을 실시하 다 한 로그

램의 실제 건물 용 가능성을 평가하기 해 사무소 건물에서 실험을 실시하

다 철근 콘크리트 건물 모델은 주변과의 복사 향을 최소화하고 외부 건물

에 의한 일 의 향을 받지 않는 인천의 I 학교에 치하고 있다 사무소 건

물은 인천에 치하고 있으며 인 실의 향을 최소화하기 해 옥상의 독립

된 공간에서 실험을 실시하 다 실험 건물 모델은 거주 공간이 아니기 때문에

실내에서 발생되는 열과 수증기량은 0으로 간주된다 철근 콘크리트 건물 모델

에서 실험은 여름철인 2005년 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 고 사

무소 건물에서는 2005년 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시하 다

- 20 -

그림 7 모델 건물

4 1 2 측정 장 비

실험모델에 한 수평면 일사량 외기온도 상 습도 풍속 등의 기상 데이

터를 10분 간격으로 측정하 다 수평면 일사량 측정은 인천의 I 학교 옥상

에 설치된 자동 기상 측기 DAV16 를 사용하 다 수평면 일사량은 직산분

리 계산식을 사용하여 각 방 의 수직 벽면 일사량으로 환산되고 외기온도와

상 습도는 습공기 계산식을 통해 수증기량으로 환산된다

건물 모델 내부 공기 온도 상 습도 수증기량은 TH-CALC 8722 사용하여

10분 간격으로 측정하 다

4 1 3 모 델 건물

철근 콘크리트 건물 모델의 크기는 17mtimes17mtimes21m로 두께 015m의 단일

재료이고 방 는 정남향이다 표 4는 건물의 물성치를 나타낸다

- 21 -

표 4 건물의 물성치

열 도율 14 [WmK]

비열 880 [JkgK]

도 2100 [kg]

투습율 47 [ng(smPa)]

두께 015 [m]

4 2 비 정 상 자연실온 수증기량 해 석

4 2 1 비 정 상 자연실온 해 석

그림 8 다층벽의 열수지 차분계산 모델

그림 8은 다층벽의 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이에 있는

경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하면 경계면 m 에서의 계산식은

- 22 -

m-Δx L2~ m-Δx R2의 열용량이 m 에 집 하고 m-1~ m 사이와

m~ m+1 사이의 열 항을 각각 RL RR이라 하면 구조체 내부 각 층의 온

도에 한 차분식은 식 (28)과 같다

Tm-Tm

Δt | m= 105(CAPL+CAPR) 1

RR(T

m+1 -T

m)-

1RL

(Tm-T

m-1 )

(28)

여기서

CAPL= c L ρ LΔxL (29)

CAPR= c R ρ RΔxR (30)

RL=ΔxLλL

(31)

RR=

ΔxRλR

(32)

외표면 경계조건(m=0)은 일사 외기와의 류열 달 그리고 천공과의 복

사열 교환에 의한 유효복사량이며 식 (33)과 같다

+( 1+cosβ2 ) σ ε(T sky

4-(Tso )

4)-

1RL

(T so+1 -T

so))

(33)

내표면 경계조건(m=M)은 식 (34)와 같으며 각 벽체간의 온도 차이가 크지

않기 때문에 내부 복사열 교환은 생략하고 실내공기와의 류열 달만 있는

것으로 하 다

T si-Tsi

Δt |m= M

=1

05 C AP R (h intw (T si-T in)-

1R R

(T si-1-Tsi))

(34)

- 23 -

실내 공기온도 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 류열 달 환기

에 의한 열 달 잠열부하량을 고려하 으며 열 수지식은 식 (35)와 같다

T in-T

in

Δt=

1c aρ aV

(Q 1+Q 2+Q 3+Q 4)

(35)

여기서 Q 1은 구조체로부터의 열 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로부

터의 류열 달만을 고려하 으며 식(36)과 같다

Q 1= hintw sum

6

k= 1AkT si k

(36)

Q 2는 환기에 의한 열 달량을 나타내며 식(37)과 같다

Q 2= nV c aρ a(Tout-T in)

(37)

Q 3는 실내 수증기 발생량에 따른 실내 증발잠열량을 나타내며 식(38)과 같다

Q 3=HtimesGtimesVtimes1

3600 (38)

4 2 2 비 정 상 수증기량 해 석

- 24 -

그림 9 다층벽의 습기평형 차분계산 모델

그림 9는 다층벽의 습기평형 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이

에 있는 경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하며 구조체 내부 각 층의 습

기에 한 차분식은 식 (39)와 같다

cm-cm

Δt | m= 105(Δx L+Δ xR)

DwRΔx R

(cm+1 -c

m)-

DwLΔxL

(cm-c

m-1 )

(39)

외표면 경계조건(m=0)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계수

를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(40)과 같다

c so-cso

Δt |m= 0

=1

05ΔxL ( h outmw (c out-cso)-

DwLΔxL

(c so+1 -cso) )

(40)

내표면 경계조건(m=M)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계

수를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(41)과 같다

c si-c

si

Δt |m= M

=1

05ΔxR ( h inmw (c in-csi)-

DwRΔxR

(csi-1 -csi) )

(41)

- 25 -

실내 수증기량 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 습기 달계수 환

기에 의한 습기 달 실내 습기발생량을 고려하 으며 습기 평형식은 식(42)과

같다

c in-cin

Δt=

1V

(M 1+M 2+M 3)

(42)

여기서 M 1은 구조체로부터의 습기 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로

부터의 류습기 달만을 고려하 으며 식(43)과 같다

M 1= hinmw sum

6

k= 1Ak c si k

(43)

M 2는 환기에 의한 습기 달량을 나타내며 식(44)와 같다

M 2=nV (c out-c in)

(44)

M 3는 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 나타낸다

4 2 3 수치해 석 기본 가 정

본 수치 모델의 해석에 한 기본가정은 다음과 같다

(1) 벽체 지붕 바닥의 열 달 습기 달은 두께 방향의 1차원으로 보며 각

부 재료는 동일하다

(2) 실내공간을 단일 존으로 보고 실내온도와 수증기량은 치에 해 일정하

다고 본다

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 28: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 12 -

3 ) 이상 기체 방 정 식

이상기체 혼합물에서 어떤 성분의 농도 와 몰 농도는 이상기체 법칙을 통해

그 성분의 부분 압력과 련된다 식(9)와 식(10)은 어떤 성분의 농도와 몰 농도

를 나타낸다

ρ i=p iR iT

(9)

Ci=p iRT

(10)

여기서 Ri는 물질 i의 기체 상수이고 R은 universal 기체 상수이다

4) F ick ` L aw

농도구배가 존재하는 계에서 물질은 분자의 움직임에 의한 확산속도를 갖

고 이때 발생하는 물질 달량은 농도구배(농도차거리)에 비례한다 식 (11)은

몰 달량를 식(12)는 도 달량를 나타낸다

J A z=-DABdcAdz

=- cDABdyAdz

(11)

j A z=-DABdρAdz

=-ρDABdwAdz

(12)

여기서 DAB는 혼합 물질에서 어떤 성분의 확산 계수를 나타내는데 차원은

다음과 같다

[ MoleL 2t ]= [ X ]

[ MoleL 3 ][ L ]

- 13 -

there4 [ X ]= [ L2

t ] 는 s

제 3 장

구조 체 실내 공 기의 열 습 기 평 형

3 1 건물의 열 수지 습 기 평 형

그림 6은 모델 건물의 열평형 방정식과 습기평형 방정식을 수립하기 한

개념도를 나타낸다 건물 외표면에는 일사의 유입과 외기와의 류 열 달

- 14 -

류 습기 달 천공과의 복사열교환 등이 작용하며 바닥에서는 지면으로부터의

열 도 습기 도가 일어나게 된다 내부에서는 실내공기와의 류 열 달

류 습기 달이 일어난다 한 인체 기기 발열 조명 발열 거주자 활동에

의한 수증기 발생이 존재하지만 비거주 공간을 상으로 삼았기 때문에 이에

한 부분은 고려하지 않았다

그림 6 건물의 열 습기 수지

3 2 구조 체 의 열 습 기 평 형식

자연실온 수증기량 해석을 한 건물 시스템은 크게 건물 벽체와 실내공

기로 나 어진다 수학 모델링의 과정은 다음과 같은 과정으로 일반화 된다

(1) 건물 외피에서 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (2) 건물 외피와 실

내 공기 사이에서의 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (3) 수치해석을

통해 경계조건으로 표 되는 외부 기상조건에 따른 비정상상태의 실내 자연실

온과 수증기량을 구한다

각 구조체의 1차원 열 달 방정식 습기 달 방정식 은 식 (13) 식 (14)

와 같다

- 15 -

ρw c pwpartTwpart t

=partpart x ( λw

partTwpartx ) (13)

part c wpart t

=partpartx (Dw

part c wpartx ) (14)

이질 재료의 층과 층 사이( x= n)에서 열과 습기 달은 다음과 같이 나타

낼 수 있다

λ1w

partT 1w

partx |x= n

=λ2w

partT 2w

partx |x= n

(15)

T1w | x= n=T

2w | x= n (16)

D1w

partc1w

partx |x= n

=D2w

partc2w

partx |x= n

(17)

c1w | x= n= c

2w | x= n (18)

구조체의 외표면 실내측에 한 경계조건은 다음과 같이 설정할 수 있다

λ wpartT w

partx |x= 0

=houttw (T out-T so)+αS+( 1+cosβ

2 ) σ ε(T sky4-T so

4)

(19)

λwpartTwpartx |

x= M=h intw (T in-T si)

(20)

- 16 -

Dwpart cwpart x |

x= 0=h

outmw (c out-c so) (21)

Dwpart cwpart x |

x= M=h

inmw (c in-c si) (22)

Lewis Relation은 외표면과 내표면 습기 달계수 houtmw h inmw

을 결정하기

하여 이용될 수 있다

h m=hT

ρ airCairp

(23)

3 3 실내 공 기의 열 습 기 평 형식

실내공기의 열평형식 습기 평형식은 각각 식(24) 식(25)와 같다

V ρ a c pad T in

d t=Q 1+Q 2+Q 3+Q 4

(24)

Q 1 벽체로부터의 열 달량[W]

Q 2 환기에 의한 열 달량[W]

Q 3 실내 수증기 증발 잠열량 [W]

Q 4 인체 조명 기기로부터의 발열량[W]

Vd c ind t

=M 1+M 2+M 3 (25)

M 1 벽체로부터의 수증기 달량 [kgs]

M 2 환기에 의한 수증기 달량 [kgs]

M 3 실내 수증기 발생량 [kgs]

- 17 -

식(24)는 실내 공기 온도에 한 열평형식으로 본 연구에서의 상 모델은

비거주 공간이므로 Q 4는 고려하지 않았다 한 재료의 흡middot방습에 의한 잠열

이 실내 온도에 미치는 향을 평가하기 해 Q 3를 고려한 경우와 Q 3

를 고려

하지 않은 경우로 나 어 분석하 다

식(25)는 실내 공기 수증기량에 한 습기평형식으로 M 3는 실내 수증기 발

생량을 나타내는데 이는 거주자의 취사 목욕 세탁 난방 등의 활동에 의한 수

증기 발생과 재료의 흡middot방습에의한 발생으로 크게 나 어 볼 수 있다 본 연구

에의 상 모델은 비거주 공간이므로 거주자의 활동에 의한 수증기 발생량은

고려하지 않고 재료의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량만을 분석하 다

3 4 실내 수증기 발 생 량

식(25)는 다음과 같이 표 할 수 있다

M 3=Vd c ind t

-M 1-M 2

(26)

실내 수증기 발생량 M 3를 구하기 해 시간에 따른 실내 수증기량의 미분

값인 dc indt

의 값을 구해야 한다 그러나 실내 수증기량의 직 미분은 미분값

이 불안정할 수 있다 수증기 발생원이 수증기를 방출할 때 발생량은 지수

으로 증가하고 방출을 멈췄을 때는 지수 으로 감소한다 Bennett et al은 포

름알데히드 측정을 하여 측정한 농도 데이터로부터 포르알데히드 방사량을

평가하기 하 로그램을 개발했다 Stirling interpolation polynomial fitting

이 오염물 농도를 미분하는데 이용된다 이와 유사한 방법을 이용하여 실내 수

증기량 c in은 Stirling interpolation polynomial fitting에 의해 미분된다

Stirling interpolation polynomial은 Gauss interpolation의 진과 후진의 평균

값으로 구한다

- 18 -

방정식에 다른 하나의 미지값은 건물 외피와 실내 공기와의 습기 달량인

비정상 습기 달량 M 1 값이다 기존의 연구에서 M 1

의 평균값은 003times 10- 6

[middotmiddots]으로 은 값이므로 실내 습기 발생량 M 3을 구하기 해 M 1

의 값은

0으로 가정한다

식 (27)은 실내 수증기 발생량을 구하기 해 측정한 수증기량 데이터를

Stirling polynomial 방법을 이용하여 미분하는 식을 나타낸다

[dc indt ]

t= t o

=1Δt (

Δc in-1+Δc in02

-16

Δ3c in-2+Δ

3c in-1

2

+130

Δ5c in-3+Δ

5c in-2

2+⋯) (27)

- 19 -

제 4 장

측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석

4 1 자연실온 수증기량 측정 실험

4 1 1 실험개 요

건물의 자연실온 수증기량 로그램의 타당성을 분석하기 하여 철근

콘크리트 건물에 측정 장비를 설치하고 실증 실험을 실시하 다 한 로그

램의 실제 건물 용 가능성을 평가하기 해 사무소 건물에서 실험을 실시하

다 철근 콘크리트 건물 모델은 주변과의 복사 향을 최소화하고 외부 건물

에 의한 일 의 향을 받지 않는 인천의 I 학교에 치하고 있다 사무소 건

물은 인천에 치하고 있으며 인 실의 향을 최소화하기 해 옥상의 독립

된 공간에서 실험을 실시하 다 실험 건물 모델은 거주 공간이 아니기 때문에

실내에서 발생되는 열과 수증기량은 0으로 간주된다 철근 콘크리트 건물 모델

에서 실험은 여름철인 2005년 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 고 사

무소 건물에서는 2005년 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시하 다

- 20 -

그림 7 모델 건물

4 1 2 측정 장 비

실험모델에 한 수평면 일사량 외기온도 상 습도 풍속 등의 기상 데이

터를 10분 간격으로 측정하 다 수평면 일사량 측정은 인천의 I 학교 옥상

에 설치된 자동 기상 측기 DAV16 를 사용하 다 수평면 일사량은 직산분

리 계산식을 사용하여 각 방 의 수직 벽면 일사량으로 환산되고 외기온도와

상 습도는 습공기 계산식을 통해 수증기량으로 환산된다

건물 모델 내부 공기 온도 상 습도 수증기량은 TH-CALC 8722 사용하여

10분 간격으로 측정하 다

4 1 3 모 델 건물

철근 콘크리트 건물 모델의 크기는 17mtimes17mtimes21m로 두께 015m의 단일

재료이고 방 는 정남향이다 표 4는 건물의 물성치를 나타낸다

- 21 -

표 4 건물의 물성치

열 도율 14 [WmK]

비열 880 [JkgK]

도 2100 [kg]

투습율 47 [ng(smPa)]

두께 015 [m]

4 2 비 정 상 자연실온 수증기량 해 석

4 2 1 비 정 상 자연실온 해 석

그림 8 다층벽의 열수지 차분계산 모델

그림 8은 다층벽의 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이에 있는

경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하면 경계면 m 에서의 계산식은

- 22 -

m-Δx L2~ m-Δx R2의 열용량이 m 에 집 하고 m-1~ m 사이와

m~ m+1 사이의 열 항을 각각 RL RR이라 하면 구조체 내부 각 층의 온

도에 한 차분식은 식 (28)과 같다

Tm-Tm

Δt | m= 105(CAPL+CAPR) 1

RR(T

m+1 -T

m)-

1RL

(Tm-T

m-1 )

(28)

여기서

CAPL= c L ρ LΔxL (29)

CAPR= c R ρ RΔxR (30)

RL=ΔxLλL

(31)

RR=

ΔxRλR

(32)

외표면 경계조건(m=0)은 일사 외기와의 류열 달 그리고 천공과의 복

사열 교환에 의한 유효복사량이며 식 (33)과 같다

+( 1+cosβ2 ) σ ε(T sky

4-(Tso )

4)-

1RL

(T so+1 -T

so))

(33)

내표면 경계조건(m=M)은 식 (34)와 같으며 각 벽체간의 온도 차이가 크지

않기 때문에 내부 복사열 교환은 생략하고 실내공기와의 류열 달만 있는

것으로 하 다

T si-Tsi

Δt |m= M

=1

05 C AP R (h intw (T si-T in)-

1R R

(T si-1-Tsi))

(34)

- 23 -

실내 공기온도 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 류열 달 환기

에 의한 열 달 잠열부하량을 고려하 으며 열 수지식은 식 (35)와 같다

T in-T

in

Δt=

1c aρ aV

(Q 1+Q 2+Q 3+Q 4)

(35)

여기서 Q 1은 구조체로부터의 열 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로부

터의 류열 달만을 고려하 으며 식(36)과 같다

Q 1= hintw sum

6

k= 1AkT si k

(36)

Q 2는 환기에 의한 열 달량을 나타내며 식(37)과 같다

Q 2= nV c aρ a(Tout-T in)

(37)

Q 3는 실내 수증기 발생량에 따른 실내 증발잠열량을 나타내며 식(38)과 같다

Q 3=HtimesGtimesVtimes1

3600 (38)

4 2 2 비 정 상 수증기량 해 석

- 24 -

그림 9 다층벽의 습기평형 차분계산 모델

그림 9는 다층벽의 습기평형 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이

에 있는 경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하며 구조체 내부 각 층의 습

기에 한 차분식은 식 (39)와 같다

cm-cm

Δt | m= 105(Δx L+Δ xR)

DwRΔx R

(cm+1 -c

m)-

DwLΔxL

(cm-c

m-1 )

(39)

외표면 경계조건(m=0)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계수

를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(40)과 같다

c so-cso

Δt |m= 0

=1

05ΔxL ( h outmw (c out-cso)-

DwLΔxL

(c so+1 -cso) )

(40)

내표면 경계조건(m=M)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계

수를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(41)과 같다

c si-c

si

Δt |m= M

=1

05ΔxR ( h inmw (c in-csi)-

DwRΔxR

(csi-1 -csi) )

(41)

- 25 -

실내 수증기량 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 습기 달계수 환

기에 의한 습기 달 실내 습기발생량을 고려하 으며 습기 평형식은 식(42)과

같다

c in-cin

Δt=

1V

(M 1+M 2+M 3)

(42)

여기서 M 1은 구조체로부터의 습기 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로

부터의 류습기 달만을 고려하 으며 식(43)과 같다

M 1= hinmw sum

6

k= 1Ak c si k

(43)

M 2는 환기에 의한 습기 달량을 나타내며 식(44)와 같다

M 2=nV (c out-c in)

(44)

M 3는 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 나타낸다

4 2 3 수치해 석 기본 가 정

본 수치 모델의 해석에 한 기본가정은 다음과 같다

(1) 벽체 지붕 바닥의 열 달 습기 달은 두께 방향의 1차원으로 보며 각

부 재료는 동일하다

(2) 실내공간을 단일 존으로 보고 실내온도와 수증기량은 치에 해 일정하

다고 본다

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 29: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 13 -

there4 [ X ]= [ L2

t ] 는 s

제 3 장

구조 체 실내 공 기의 열 습 기 평 형

3 1 건물의 열 수지 습 기 평 형

그림 6은 모델 건물의 열평형 방정식과 습기평형 방정식을 수립하기 한

개념도를 나타낸다 건물 외표면에는 일사의 유입과 외기와의 류 열 달

- 14 -

류 습기 달 천공과의 복사열교환 등이 작용하며 바닥에서는 지면으로부터의

열 도 습기 도가 일어나게 된다 내부에서는 실내공기와의 류 열 달

류 습기 달이 일어난다 한 인체 기기 발열 조명 발열 거주자 활동에

의한 수증기 발생이 존재하지만 비거주 공간을 상으로 삼았기 때문에 이에

한 부분은 고려하지 않았다

그림 6 건물의 열 습기 수지

3 2 구조 체 의 열 습 기 평 형식

자연실온 수증기량 해석을 한 건물 시스템은 크게 건물 벽체와 실내공

기로 나 어진다 수학 모델링의 과정은 다음과 같은 과정으로 일반화 된다

(1) 건물 외피에서 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (2) 건물 외피와 실

내 공기 사이에서의 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (3) 수치해석을

통해 경계조건으로 표 되는 외부 기상조건에 따른 비정상상태의 실내 자연실

온과 수증기량을 구한다

각 구조체의 1차원 열 달 방정식 습기 달 방정식 은 식 (13) 식 (14)

와 같다

- 15 -

ρw c pwpartTwpart t

=partpart x ( λw

partTwpartx ) (13)

part c wpart t

=partpartx (Dw

part c wpartx ) (14)

이질 재료의 층과 층 사이( x= n)에서 열과 습기 달은 다음과 같이 나타

낼 수 있다

λ1w

partT 1w

partx |x= n

=λ2w

partT 2w

partx |x= n

(15)

T1w | x= n=T

2w | x= n (16)

D1w

partc1w

partx |x= n

=D2w

partc2w

partx |x= n

(17)

c1w | x= n= c

2w | x= n (18)

구조체의 외표면 실내측에 한 경계조건은 다음과 같이 설정할 수 있다

λ wpartT w

partx |x= 0

=houttw (T out-T so)+αS+( 1+cosβ

2 ) σ ε(T sky4-T so

4)

(19)

λwpartTwpartx |

x= M=h intw (T in-T si)

(20)

- 16 -

Dwpart cwpart x |

x= 0=h

outmw (c out-c so) (21)

Dwpart cwpart x |

x= M=h

inmw (c in-c si) (22)

Lewis Relation은 외표면과 내표면 습기 달계수 houtmw h inmw

을 결정하기

하여 이용될 수 있다

h m=hT

ρ airCairp

(23)

3 3 실내 공 기의 열 습 기 평 형식

실내공기의 열평형식 습기 평형식은 각각 식(24) 식(25)와 같다

V ρ a c pad T in

d t=Q 1+Q 2+Q 3+Q 4

(24)

Q 1 벽체로부터의 열 달량[W]

Q 2 환기에 의한 열 달량[W]

Q 3 실내 수증기 증발 잠열량 [W]

Q 4 인체 조명 기기로부터의 발열량[W]

Vd c ind t

=M 1+M 2+M 3 (25)

M 1 벽체로부터의 수증기 달량 [kgs]

M 2 환기에 의한 수증기 달량 [kgs]

M 3 실내 수증기 발생량 [kgs]

- 17 -

식(24)는 실내 공기 온도에 한 열평형식으로 본 연구에서의 상 모델은

비거주 공간이므로 Q 4는 고려하지 않았다 한 재료의 흡middot방습에 의한 잠열

이 실내 온도에 미치는 향을 평가하기 해 Q 3를 고려한 경우와 Q 3

를 고려

하지 않은 경우로 나 어 분석하 다

식(25)는 실내 공기 수증기량에 한 습기평형식으로 M 3는 실내 수증기 발

생량을 나타내는데 이는 거주자의 취사 목욕 세탁 난방 등의 활동에 의한 수

증기 발생과 재료의 흡middot방습에의한 발생으로 크게 나 어 볼 수 있다 본 연구

에의 상 모델은 비거주 공간이므로 거주자의 활동에 의한 수증기 발생량은

고려하지 않고 재료의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량만을 분석하 다

3 4 실내 수증기 발 생 량

식(25)는 다음과 같이 표 할 수 있다

M 3=Vd c ind t

-M 1-M 2

(26)

실내 수증기 발생량 M 3를 구하기 해 시간에 따른 실내 수증기량의 미분

값인 dc indt

의 값을 구해야 한다 그러나 실내 수증기량의 직 미분은 미분값

이 불안정할 수 있다 수증기 발생원이 수증기를 방출할 때 발생량은 지수

으로 증가하고 방출을 멈췄을 때는 지수 으로 감소한다 Bennett et al은 포

름알데히드 측정을 하여 측정한 농도 데이터로부터 포르알데히드 방사량을

평가하기 하 로그램을 개발했다 Stirling interpolation polynomial fitting

이 오염물 농도를 미분하는데 이용된다 이와 유사한 방법을 이용하여 실내 수

증기량 c in은 Stirling interpolation polynomial fitting에 의해 미분된다

Stirling interpolation polynomial은 Gauss interpolation의 진과 후진의 평균

값으로 구한다

- 18 -

방정식에 다른 하나의 미지값은 건물 외피와 실내 공기와의 습기 달량인

비정상 습기 달량 M 1 값이다 기존의 연구에서 M 1

의 평균값은 003times 10- 6

[middotmiddots]으로 은 값이므로 실내 습기 발생량 M 3을 구하기 해 M 1

의 값은

0으로 가정한다

식 (27)은 실내 수증기 발생량을 구하기 해 측정한 수증기량 데이터를

Stirling polynomial 방법을 이용하여 미분하는 식을 나타낸다

[dc indt ]

t= t o

=1Δt (

Δc in-1+Δc in02

-16

Δ3c in-2+Δ

3c in-1

2

+130

Δ5c in-3+Δ

5c in-2

2+⋯) (27)

- 19 -

제 4 장

측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석

4 1 자연실온 수증기량 측정 실험

4 1 1 실험개 요

건물의 자연실온 수증기량 로그램의 타당성을 분석하기 하여 철근

콘크리트 건물에 측정 장비를 설치하고 실증 실험을 실시하 다 한 로그

램의 실제 건물 용 가능성을 평가하기 해 사무소 건물에서 실험을 실시하

다 철근 콘크리트 건물 모델은 주변과의 복사 향을 최소화하고 외부 건물

에 의한 일 의 향을 받지 않는 인천의 I 학교에 치하고 있다 사무소 건

물은 인천에 치하고 있으며 인 실의 향을 최소화하기 해 옥상의 독립

된 공간에서 실험을 실시하 다 실험 건물 모델은 거주 공간이 아니기 때문에

실내에서 발생되는 열과 수증기량은 0으로 간주된다 철근 콘크리트 건물 모델

에서 실험은 여름철인 2005년 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 고 사

무소 건물에서는 2005년 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시하 다

- 20 -

그림 7 모델 건물

4 1 2 측정 장 비

실험모델에 한 수평면 일사량 외기온도 상 습도 풍속 등의 기상 데이

터를 10분 간격으로 측정하 다 수평면 일사량 측정은 인천의 I 학교 옥상

에 설치된 자동 기상 측기 DAV16 를 사용하 다 수평면 일사량은 직산분

리 계산식을 사용하여 각 방 의 수직 벽면 일사량으로 환산되고 외기온도와

상 습도는 습공기 계산식을 통해 수증기량으로 환산된다

건물 모델 내부 공기 온도 상 습도 수증기량은 TH-CALC 8722 사용하여

10분 간격으로 측정하 다

4 1 3 모 델 건물

철근 콘크리트 건물 모델의 크기는 17mtimes17mtimes21m로 두께 015m의 단일

재료이고 방 는 정남향이다 표 4는 건물의 물성치를 나타낸다

- 21 -

표 4 건물의 물성치

열 도율 14 [WmK]

비열 880 [JkgK]

도 2100 [kg]

투습율 47 [ng(smPa)]

두께 015 [m]

4 2 비 정 상 자연실온 수증기량 해 석

4 2 1 비 정 상 자연실온 해 석

그림 8 다층벽의 열수지 차분계산 모델

그림 8은 다층벽의 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이에 있는

경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하면 경계면 m 에서의 계산식은

- 22 -

m-Δx L2~ m-Δx R2의 열용량이 m 에 집 하고 m-1~ m 사이와

m~ m+1 사이의 열 항을 각각 RL RR이라 하면 구조체 내부 각 층의 온

도에 한 차분식은 식 (28)과 같다

Tm-Tm

Δt | m= 105(CAPL+CAPR) 1

RR(T

m+1 -T

m)-

1RL

(Tm-T

m-1 )

(28)

여기서

CAPL= c L ρ LΔxL (29)

CAPR= c R ρ RΔxR (30)

RL=ΔxLλL

(31)

RR=

ΔxRλR

(32)

외표면 경계조건(m=0)은 일사 외기와의 류열 달 그리고 천공과의 복

사열 교환에 의한 유효복사량이며 식 (33)과 같다

+( 1+cosβ2 ) σ ε(T sky

4-(Tso )

4)-

1RL

(T so+1 -T

so))

(33)

내표면 경계조건(m=M)은 식 (34)와 같으며 각 벽체간의 온도 차이가 크지

않기 때문에 내부 복사열 교환은 생략하고 실내공기와의 류열 달만 있는

것으로 하 다

T si-Tsi

Δt |m= M

=1

05 C AP R (h intw (T si-T in)-

1R R

(T si-1-Tsi))

(34)

- 23 -

실내 공기온도 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 류열 달 환기

에 의한 열 달 잠열부하량을 고려하 으며 열 수지식은 식 (35)와 같다

T in-T

in

Δt=

1c aρ aV

(Q 1+Q 2+Q 3+Q 4)

(35)

여기서 Q 1은 구조체로부터의 열 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로부

터의 류열 달만을 고려하 으며 식(36)과 같다

Q 1= hintw sum

6

k= 1AkT si k

(36)

Q 2는 환기에 의한 열 달량을 나타내며 식(37)과 같다

Q 2= nV c aρ a(Tout-T in)

(37)

Q 3는 실내 수증기 발생량에 따른 실내 증발잠열량을 나타내며 식(38)과 같다

Q 3=HtimesGtimesVtimes1

3600 (38)

4 2 2 비 정 상 수증기량 해 석

- 24 -

그림 9 다층벽의 습기평형 차분계산 모델

그림 9는 다층벽의 습기평형 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이

에 있는 경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하며 구조체 내부 각 층의 습

기에 한 차분식은 식 (39)와 같다

cm-cm

Δt | m= 105(Δx L+Δ xR)

DwRΔx R

(cm+1 -c

m)-

DwLΔxL

(cm-c

m-1 )

(39)

외표면 경계조건(m=0)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계수

를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(40)과 같다

c so-cso

Δt |m= 0

=1

05ΔxL ( h outmw (c out-cso)-

DwLΔxL

(c so+1 -cso) )

(40)

내표면 경계조건(m=M)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계

수를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(41)과 같다

c si-c

si

Δt |m= M

=1

05ΔxR ( h inmw (c in-csi)-

DwRΔxR

(csi-1 -csi) )

(41)

- 25 -

실내 수증기량 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 습기 달계수 환

기에 의한 습기 달 실내 습기발생량을 고려하 으며 습기 평형식은 식(42)과

같다

c in-cin

Δt=

1V

(M 1+M 2+M 3)

(42)

여기서 M 1은 구조체로부터의 습기 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로

부터의 류습기 달만을 고려하 으며 식(43)과 같다

M 1= hinmw sum

6

k= 1Ak c si k

(43)

M 2는 환기에 의한 습기 달량을 나타내며 식(44)와 같다

M 2=nV (c out-c in)

(44)

M 3는 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 나타낸다

4 2 3 수치해 석 기본 가 정

본 수치 모델의 해석에 한 기본가정은 다음과 같다

(1) 벽체 지붕 바닥의 열 달 습기 달은 두께 방향의 1차원으로 보며 각

부 재료는 동일하다

(2) 실내공간을 단일 존으로 보고 실내온도와 수증기량은 치에 해 일정하

다고 본다

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 30: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 14 -

류 습기 달 천공과의 복사열교환 등이 작용하며 바닥에서는 지면으로부터의

열 도 습기 도가 일어나게 된다 내부에서는 실내공기와의 류 열 달

류 습기 달이 일어난다 한 인체 기기 발열 조명 발열 거주자 활동에

의한 수증기 발생이 존재하지만 비거주 공간을 상으로 삼았기 때문에 이에

한 부분은 고려하지 않았다

그림 6 건물의 열 습기 수지

3 2 구조 체 의 열 습 기 평 형식

자연실온 수증기량 해석을 한 건물 시스템은 크게 건물 벽체와 실내공

기로 나 어진다 수학 모델링의 과정은 다음과 같은 과정으로 일반화 된다

(1) 건물 외피에서 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (2) 건물 외피와 실

내 공기 사이에서의 열과 습기 달 모델 방정식을 수립한다 (3) 수치해석을

통해 경계조건으로 표 되는 외부 기상조건에 따른 비정상상태의 실내 자연실

온과 수증기량을 구한다

각 구조체의 1차원 열 달 방정식 습기 달 방정식 은 식 (13) 식 (14)

와 같다

- 15 -

ρw c pwpartTwpart t

=partpart x ( λw

partTwpartx ) (13)

part c wpart t

=partpartx (Dw

part c wpartx ) (14)

이질 재료의 층과 층 사이( x= n)에서 열과 습기 달은 다음과 같이 나타

낼 수 있다

λ1w

partT 1w

partx |x= n

=λ2w

partT 2w

partx |x= n

(15)

T1w | x= n=T

2w | x= n (16)

D1w

partc1w

partx |x= n

=D2w

partc2w

partx |x= n

(17)

c1w | x= n= c

2w | x= n (18)

구조체의 외표면 실내측에 한 경계조건은 다음과 같이 설정할 수 있다

λ wpartT w

partx |x= 0

=houttw (T out-T so)+αS+( 1+cosβ

2 ) σ ε(T sky4-T so

4)

(19)

λwpartTwpartx |

x= M=h intw (T in-T si)

(20)

- 16 -

Dwpart cwpart x |

x= 0=h

outmw (c out-c so) (21)

Dwpart cwpart x |

x= M=h

inmw (c in-c si) (22)

Lewis Relation은 외표면과 내표면 습기 달계수 houtmw h inmw

을 결정하기

하여 이용될 수 있다

h m=hT

ρ airCairp

(23)

3 3 실내 공 기의 열 습 기 평 형식

실내공기의 열평형식 습기 평형식은 각각 식(24) 식(25)와 같다

V ρ a c pad T in

d t=Q 1+Q 2+Q 3+Q 4

(24)

Q 1 벽체로부터의 열 달량[W]

Q 2 환기에 의한 열 달량[W]

Q 3 실내 수증기 증발 잠열량 [W]

Q 4 인체 조명 기기로부터의 발열량[W]

Vd c ind t

=M 1+M 2+M 3 (25)

M 1 벽체로부터의 수증기 달량 [kgs]

M 2 환기에 의한 수증기 달량 [kgs]

M 3 실내 수증기 발생량 [kgs]

- 17 -

식(24)는 실내 공기 온도에 한 열평형식으로 본 연구에서의 상 모델은

비거주 공간이므로 Q 4는 고려하지 않았다 한 재료의 흡middot방습에 의한 잠열

이 실내 온도에 미치는 향을 평가하기 해 Q 3를 고려한 경우와 Q 3

를 고려

하지 않은 경우로 나 어 분석하 다

식(25)는 실내 공기 수증기량에 한 습기평형식으로 M 3는 실내 수증기 발

생량을 나타내는데 이는 거주자의 취사 목욕 세탁 난방 등의 활동에 의한 수

증기 발생과 재료의 흡middot방습에의한 발생으로 크게 나 어 볼 수 있다 본 연구

에의 상 모델은 비거주 공간이므로 거주자의 활동에 의한 수증기 발생량은

고려하지 않고 재료의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량만을 분석하 다

3 4 실내 수증기 발 생 량

식(25)는 다음과 같이 표 할 수 있다

M 3=Vd c ind t

-M 1-M 2

(26)

실내 수증기 발생량 M 3를 구하기 해 시간에 따른 실내 수증기량의 미분

값인 dc indt

의 값을 구해야 한다 그러나 실내 수증기량의 직 미분은 미분값

이 불안정할 수 있다 수증기 발생원이 수증기를 방출할 때 발생량은 지수

으로 증가하고 방출을 멈췄을 때는 지수 으로 감소한다 Bennett et al은 포

름알데히드 측정을 하여 측정한 농도 데이터로부터 포르알데히드 방사량을

평가하기 하 로그램을 개발했다 Stirling interpolation polynomial fitting

이 오염물 농도를 미분하는데 이용된다 이와 유사한 방법을 이용하여 실내 수

증기량 c in은 Stirling interpolation polynomial fitting에 의해 미분된다

Stirling interpolation polynomial은 Gauss interpolation의 진과 후진의 평균

값으로 구한다

- 18 -

방정식에 다른 하나의 미지값은 건물 외피와 실내 공기와의 습기 달량인

비정상 습기 달량 M 1 값이다 기존의 연구에서 M 1

의 평균값은 003times 10- 6

[middotmiddots]으로 은 값이므로 실내 습기 발생량 M 3을 구하기 해 M 1

의 값은

0으로 가정한다

식 (27)은 실내 수증기 발생량을 구하기 해 측정한 수증기량 데이터를

Stirling polynomial 방법을 이용하여 미분하는 식을 나타낸다

[dc indt ]

t= t o

=1Δt (

Δc in-1+Δc in02

-16

Δ3c in-2+Δ

3c in-1

2

+130

Δ5c in-3+Δ

5c in-2

2+⋯) (27)

- 19 -

제 4 장

측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석

4 1 자연실온 수증기량 측정 실험

4 1 1 실험개 요

건물의 자연실온 수증기량 로그램의 타당성을 분석하기 하여 철근

콘크리트 건물에 측정 장비를 설치하고 실증 실험을 실시하 다 한 로그

램의 실제 건물 용 가능성을 평가하기 해 사무소 건물에서 실험을 실시하

다 철근 콘크리트 건물 모델은 주변과의 복사 향을 최소화하고 외부 건물

에 의한 일 의 향을 받지 않는 인천의 I 학교에 치하고 있다 사무소 건

물은 인천에 치하고 있으며 인 실의 향을 최소화하기 해 옥상의 독립

된 공간에서 실험을 실시하 다 실험 건물 모델은 거주 공간이 아니기 때문에

실내에서 발생되는 열과 수증기량은 0으로 간주된다 철근 콘크리트 건물 모델

에서 실험은 여름철인 2005년 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 고 사

무소 건물에서는 2005년 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시하 다

- 20 -

그림 7 모델 건물

4 1 2 측정 장 비

실험모델에 한 수평면 일사량 외기온도 상 습도 풍속 등의 기상 데이

터를 10분 간격으로 측정하 다 수평면 일사량 측정은 인천의 I 학교 옥상

에 설치된 자동 기상 측기 DAV16 를 사용하 다 수평면 일사량은 직산분

리 계산식을 사용하여 각 방 의 수직 벽면 일사량으로 환산되고 외기온도와

상 습도는 습공기 계산식을 통해 수증기량으로 환산된다

건물 모델 내부 공기 온도 상 습도 수증기량은 TH-CALC 8722 사용하여

10분 간격으로 측정하 다

4 1 3 모 델 건물

철근 콘크리트 건물 모델의 크기는 17mtimes17mtimes21m로 두께 015m의 단일

재료이고 방 는 정남향이다 표 4는 건물의 물성치를 나타낸다

- 21 -

표 4 건물의 물성치

열 도율 14 [WmK]

비열 880 [JkgK]

도 2100 [kg]

투습율 47 [ng(smPa)]

두께 015 [m]

4 2 비 정 상 자연실온 수증기량 해 석

4 2 1 비 정 상 자연실온 해 석

그림 8 다층벽의 열수지 차분계산 모델

그림 8은 다층벽의 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이에 있는

경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하면 경계면 m 에서의 계산식은

- 22 -

m-Δx L2~ m-Δx R2의 열용량이 m 에 집 하고 m-1~ m 사이와

m~ m+1 사이의 열 항을 각각 RL RR이라 하면 구조체 내부 각 층의 온

도에 한 차분식은 식 (28)과 같다

Tm-Tm

Δt | m= 105(CAPL+CAPR) 1

RR(T

m+1 -T

m)-

1RL

(Tm-T

m-1 )

(28)

여기서

CAPL= c L ρ LΔxL (29)

CAPR= c R ρ RΔxR (30)

RL=ΔxLλL

(31)

RR=

ΔxRλR

(32)

외표면 경계조건(m=0)은 일사 외기와의 류열 달 그리고 천공과의 복

사열 교환에 의한 유효복사량이며 식 (33)과 같다

+( 1+cosβ2 ) σ ε(T sky

4-(Tso )

4)-

1RL

(T so+1 -T

so))

(33)

내표면 경계조건(m=M)은 식 (34)와 같으며 각 벽체간의 온도 차이가 크지

않기 때문에 내부 복사열 교환은 생략하고 실내공기와의 류열 달만 있는

것으로 하 다

T si-Tsi

Δt |m= M

=1

05 C AP R (h intw (T si-T in)-

1R R

(T si-1-Tsi))

(34)

- 23 -

실내 공기온도 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 류열 달 환기

에 의한 열 달 잠열부하량을 고려하 으며 열 수지식은 식 (35)와 같다

T in-T

in

Δt=

1c aρ aV

(Q 1+Q 2+Q 3+Q 4)

(35)

여기서 Q 1은 구조체로부터의 열 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로부

터의 류열 달만을 고려하 으며 식(36)과 같다

Q 1= hintw sum

6

k= 1AkT si k

(36)

Q 2는 환기에 의한 열 달량을 나타내며 식(37)과 같다

Q 2= nV c aρ a(Tout-T in)

(37)

Q 3는 실내 수증기 발생량에 따른 실내 증발잠열량을 나타내며 식(38)과 같다

Q 3=HtimesGtimesVtimes1

3600 (38)

4 2 2 비 정 상 수증기량 해 석

- 24 -

그림 9 다층벽의 습기평형 차분계산 모델

그림 9는 다층벽의 습기평형 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이

에 있는 경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하며 구조체 내부 각 층의 습

기에 한 차분식은 식 (39)와 같다

cm-cm

Δt | m= 105(Δx L+Δ xR)

DwRΔx R

(cm+1 -c

m)-

DwLΔxL

(cm-c

m-1 )

(39)

외표면 경계조건(m=0)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계수

를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(40)과 같다

c so-cso

Δt |m= 0

=1

05ΔxL ( h outmw (c out-cso)-

DwLΔxL

(c so+1 -cso) )

(40)

내표면 경계조건(m=M)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계

수를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(41)과 같다

c si-c

si

Δt |m= M

=1

05ΔxR ( h inmw (c in-csi)-

DwRΔxR

(csi-1 -csi) )

(41)

- 25 -

실내 수증기량 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 습기 달계수 환

기에 의한 습기 달 실내 습기발생량을 고려하 으며 습기 평형식은 식(42)과

같다

c in-cin

Δt=

1V

(M 1+M 2+M 3)

(42)

여기서 M 1은 구조체로부터의 습기 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로

부터의 류습기 달만을 고려하 으며 식(43)과 같다

M 1= hinmw sum

6

k= 1Ak c si k

(43)

M 2는 환기에 의한 습기 달량을 나타내며 식(44)와 같다

M 2=nV (c out-c in)

(44)

M 3는 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 나타낸다

4 2 3 수치해 석 기본 가 정

본 수치 모델의 해석에 한 기본가정은 다음과 같다

(1) 벽체 지붕 바닥의 열 달 습기 달은 두께 방향의 1차원으로 보며 각

부 재료는 동일하다

(2) 실내공간을 단일 존으로 보고 실내온도와 수증기량은 치에 해 일정하

다고 본다

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 31: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 15 -

ρw c pwpartTwpart t

=partpart x ( λw

partTwpartx ) (13)

part c wpart t

=partpartx (Dw

part c wpartx ) (14)

이질 재료의 층과 층 사이( x= n)에서 열과 습기 달은 다음과 같이 나타

낼 수 있다

λ1w

partT 1w

partx |x= n

=λ2w

partT 2w

partx |x= n

(15)

T1w | x= n=T

2w | x= n (16)

D1w

partc1w

partx |x= n

=D2w

partc2w

partx |x= n

(17)

c1w | x= n= c

2w | x= n (18)

구조체의 외표면 실내측에 한 경계조건은 다음과 같이 설정할 수 있다

λ wpartT w

partx |x= 0

=houttw (T out-T so)+αS+( 1+cosβ

2 ) σ ε(T sky4-T so

4)

(19)

λwpartTwpartx |

x= M=h intw (T in-T si)

(20)

- 16 -

Dwpart cwpart x |

x= 0=h

outmw (c out-c so) (21)

Dwpart cwpart x |

x= M=h

inmw (c in-c si) (22)

Lewis Relation은 외표면과 내표면 습기 달계수 houtmw h inmw

을 결정하기

하여 이용될 수 있다

h m=hT

ρ airCairp

(23)

3 3 실내 공 기의 열 습 기 평 형식

실내공기의 열평형식 습기 평형식은 각각 식(24) 식(25)와 같다

V ρ a c pad T in

d t=Q 1+Q 2+Q 3+Q 4

(24)

Q 1 벽체로부터의 열 달량[W]

Q 2 환기에 의한 열 달량[W]

Q 3 실내 수증기 증발 잠열량 [W]

Q 4 인체 조명 기기로부터의 발열량[W]

Vd c ind t

=M 1+M 2+M 3 (25)

M 1 벽체로부터의 수증기 달량 [kgs]

M 2 환기에 의한 수증기 달량 [kgs]

M 3 실내 수증기 발생량 [kgs]

- 17 -

식(24)는 실내 공기 온도에 한 열평형식으로 본 연구에서의 상 모델은

비거주 공간이므로 Q 4는 고려하지 않았다 한 재료의 흡middot방습에 의한 잠열

이 실내 온도에 미치는 향을 평가하기 해 Q 3를 고려한 경우와 Q 3

를 고려

하지 않은 경우로 나 어 분석하 다

식(25)는 실내 공기 수증기량에 한 습기평형식으로 M 3는 실내 수증기 발

생량을 나타내는데 이는 거주자의 취사 목욕 세탁 난방 등의 활동에 의한 수

증기 발생과 재료의 흡middot방습에의한 발생으로 크게 나 어 볼 수 있다 본 연구

에의 상 모델은 비거주 공간이므로 거주자의 활동에 의한 수증기 발생량은

고려하지 않고 재료의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량만을 분석하 다

3 4 실내 수증기 발 생 량

식(25)는 다음과 같이 표 할 수 있다

M 3=Vd c ind t

-M 1-M 2

(26)

실내 수증기 발생량 M 3를 구하기 해 시간에 따른 실내 수증기량의 미분

값인 dc indt

의 값을 구해야 한다 그러나 실내 수증기량의 직 미분은 미분값

이 불안정할 수 있다 수증기 발생원이 수증기를 방출할 때 발생량은 지수

으로 증가하고 방출을 멈췄을 때는 지수 으로 감소한다 Bennett et al은 포

름알데히드 측정을 하여 측정한 농도 데이터로부터 포르알데히드 방사량을

평가하기 하 로그램을 개발했다 Stirling interpolation polynomial fitting

이 오염물 농도를 미분하는데 이용된다 이와 유사한 방법을 이용하여 실내 수

증기량 c in은 Stirling interpolation polynomial fitting에 의해 미분된다

Stirling interpolation polynomial은 Gauss interpolation의 진과 후진의 평균

값으로 구한다

- 18 -

방정식에 다른 하나의 미지값은 건물 외피와 실내 공기와의 습기 달량인

비정상 습기 달량 M 1 값이다 기존의 연구에서 M 1

의 평균값은 003times 10- 6

[middotmiddots]으로 은 값이므로 실내 습기 발생량 M 3을 구하기 해 M 1

의 값은

0으로 가정한다

식 (27)은 실내 수증기 발생량을 구하기 해 측정한 수증기량 데이터를

Stirling polynomial 방법을 이용하여 미분하는 식을 나타낸다

[dc indt ]

t= t o

=1Δt (

Δc in-1+Δc in02

-16

Δ3c in-2+Δ

3c in-1

2

+130

Δ5c in-3+Δ

5c in-2

2+⋯) (27)

- 19 -

제 4 장

측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석

4 1 자연실온 수증기량 측정 실험

4 1 1 실험개 요

건물의 자연실온 수증기량 로그램의 타당성을 분석하기 하여 철근

콘크리트 건물에 측정 장비를 설치하고 실증 실험을 실시하 다 한 로그

램의 실제 건물 용 가능성을 평가하기 해 사무소 건물에서 실험을 실시하

다 철근 콘크리트 건물 모델은 주변과의 복사 향을 최소화하고 외부 건물

에 의한 일 의 향을 받지 않는 인천의 I 학교에 치하고 있다 사무소 건

물은 인천에 치하고 있으며 인 실의 향을 최소화하기 해 옥상의 독립

된 공간에서 실험을 실시하 다 실험 건물 모델은 거주 공간이 아니기 때문에

실내에서 발생되는 열과 수증기량은 0으로 간주된다 철근 콘크리트 건물 모델

에서 실험은 여름철인 2005년 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 고 사

무소 건물에서는 2005년 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시하 다

- 20 -

그림 7 모델 건물

4 1 2 측정 장 비

실험모델에 한 수평면 일사량 외기온도 상 습도 풍속 등의 기상 데이

터를 10분 간격으로 측정하 다 수평면 일사량 측정은 인천의 I 학교 옥상

에 설치된 자동 기상 측기 DAV16 를 사용하 다 수평면 일사량은 직산분

리 계산식을 사용하여 각 방 의 수직 벽면 일사량으로 환산되고 외기온도와

상 습도는 습공기 계산식을 통해 수증기량으로 환산된다

건물 모델 내부 공기 온도 상 습도 수증기량은 TH-CALC 8722 사용하여

10분 간격으로 측정하 다

4 1 3 모 델 건물

철근 콘크리트 건물 모델의 크기는 17mtimes17mtimes21m로 두께 015m의 단일

재료이고 방 는 정남향이다 표 4는 건물의 물성치를 나타낸다

- 21 -

표 4 건물의 물성치

열 도율 14 [WmK]

비열 880 [JkgK]

도 2100 [kg]

투습율 47 [ng(smPa)]

두께 015 [m]

4 2 비 정 상 자연실온 수증기량 해 석

4 2 1 비 정 상 자연실온 해 석

그림 8 다층벽의 열수지 차분계산 모델

그림 8은 다층벽의 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이에 있는

경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하면 경계면 m 에서의 계산식은

- 22 -

m-Δx L2~ m-Δx R2의 열용량이 m 에 집 하고 m-1~ m 사이와

m~ m+1 사이의 열 항을 각각 RL RR이라 하면 구조체 내부 각 층의 온

도에 한 차분식은 식 (28)과 같다

Tm-Tm

Δt | m= 105(CAPL+CAPR) 1

RR(T

m+1 -T

m)-

1RL

(Tm-T

m-1 )

(28)

여기서

CAPL= c L ρ LΔxL (29)

CAPR= c R ρ RΔxR (30)

RL=ΔxLλL

(31)

RR=

ΔxRλR

(32)

외표면 경계조건(m=0)은 일사 외기와의 류열 달 그리고 천공과의 복

사열 교환에 의한 유효복사량이며 식 (33)과 같다

+( 1+cosβ2 ) σ ε(T sky

4-(Tso )

4)-

1RL

(T so+1 -T

so))

(33)

내표면 경계조건(m=M)은 식 (34)와 같으며 각 벽체간의 온도 차이가 크지

않기 때문에 내부 복사열 교환은 생략하고 실내공기와의 류열 달만 있는

것으로 하 다

T si-Tsi

Δt |m= M

=1

05 C AP R (h intw (T si-T in)-

1R R

(T si-1-Tsi))

(34)

- 23 -

실내 공기온도 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 류열 달 환기

에 의한 열 달 잠열부하량을 고려하 으며 열 수지식은 식 (35)와 같다

T in-T

in

Δt=

1c aρ aV

(Q 1+Q 2+Q 3+Q 4)

(35)

여기서 Q 1은 구조체로부터의 열 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로부

터의 류열 달만을 고려하 으며 식(36)과 같다

Q 1= hintw sum

6

k= 1AkT si k

(36)

Q 2는 환기에 의한 열 달량을 나타내며 식(37)과 같다

Q 2= nV c aρ a(Tout-T in)

(37)

Q 3는 실내 수증기 발생량에 따른 실내 증발잠열량을 나타내며 식(38)과 같다

Q 3=HtimesGtimesVtimes1

3600 (38)

4 2 2 비 정 상 수증기량 해 석

- 24 -

그림 9 다층벽의 습기평형 차분계산 모델

그림 9는 다층벽의 습기평형 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이

에 있는 경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하며 구조체 내부 각 층의 습

기에 한 차분식은 식 (39)와 같다

cm-cm

Δt | m= 105(Δx L+Δ xR)

DwRΔx R

(cm+1 -c

m)-

DwLΔxL

(cm-c

m-1 )

(39)

외표면 경계조건(m=0)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계수

를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(40)과 같다

c so-cso

Δt |m= 0

=1

05ΔxL ( h outmw (c out-cso)-

DwLΔxL

(c so+1 -cso) )

(40)

내표면 경계조건(m=M)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계

수를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(41)과 같다

c si-c

si

Δt |m= M

=1

05ΔxR ( h inmw (c in-csi)-

DwRΔxR

(csi-1 -csi) )

(41)

- 25 -

실내 수증기량 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 습기 달계수 환

기에 의한 습기 달 실내 습기발생량을 고려하 으며 습기 평형식은 식(42)과

같다

c in-cin

Δt=

1V

(M 1+M 2+M 3)

(42)

여기서 M 1은 구조체로부터의 습기 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로

부터의 류습기 달만을 고려하 으며 식(43)과 같다

M 1= hinmw sum

6

k= 1Ak c si k

(43)

M 2는 환기에 의한 습기 달량을 나타내며 식(44)와 같다

M 2=nV (c out-c in)

(44)

M 3는 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 나타낸다

4 2 3 수치해 석 기본 가 정

본 수치 모델의 해석에 한 기본가정은 다음과 같다

(1) 벽체 지붕 바닥의 열 달 습기 달은 두께 방향의 1차원으로 보며 각

부 재료는 동일하다

(2) 실내공간을 단일 존으로 보고 실내온도와 수증기량은 치에 해 일정하

다고 본다

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 32: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 16 -

Dwpart cwpart x |

x= 0=h

outmw (c out-c so) (21)

Dwpart cwpart x |

x= M=h

inmw (c in-c si) (22)

Lewis Relation은 외표면과 내표면 습기 달계수 houtmw h inmw

을 결정하기

하여 이용될 수 있다

h m=hT

ρ airCairp

(23)

3 3 실내 공 기의 열 습 기 평 형식

실내공기의 열평형식 습기 평형식은 각각 식(24) 식(25)와 같다

V ρ a c pad T in

d t=Q 1+Q 2+Q 3+Q 4

(24)

Q 1 벽체로부터의 열 달량[W]

Q 2 환기에 의한 열 달량[W]

Q 3 실내 수증기 증발 잠열량 [W]

Q 4 인체 조명 기기로부터의 발열량[W]

Vd c ind t

=M 1+M 2+M 3 (25)

M 1 벽체로부터의 수증기 달량 [kgs]

M 2 환기에 의한 수증기 달량 [kgs]

M 3 실내 수증기 발생량 [kgs]

- 17 -

식(24)는 실내 공기 온도에 한 열평형식으로 본 연구에서의 상 모델은

비거주 공간이므로 Q 4는 고려하지 않았다 한 재료의 흡middot방습에 의한 잠열

이 실내 온도에 미치는 향을 평가하기 해 Q 3를 고려한 경우와 Q 3

를 고려

하지 않은 경우로 나 어 분석하 다

식(25)는 실내 공기 수증기량에 한 습기평형식으로 M 3는 실내 수증기 발

생량을 나타내는데 이는 거주자의 취사 목욕 세탁 난방 등의 활동에 의한 수

증기 발생과 재료의 흡middot방습에의한 발생으로 크게 나 어 볼 수 있다 본 연구

에의 상 모델은 비거주 공간이므로 거주자의 활동에 의한 수증기 발생량은

고려하지 않고 재료의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량만을 분석하 다

3 4 실내 수증기 발 생 량

식(25)는 다음과 같이 표 할 수 있다

M 3=Vd c ind t

-M 1-M 2

(26)

실내 수증기 발생량 M 3를 구하기 해 시간에 따른 실내 수증기량의 미분

값인 dc indt

의 값을 구해야 한다 그러나 실내 수증기량의 직 미분은 미분값

이 불안정할 수 있다 수증기 발생원이 수증기를 방출할 때 발생량은 지수

으로 증가하고 방출을 멈췄을 때는 지수 으로 감소한다 Bennett et al은 포

름알데히드 측정을 하여 측정한 농도 데이터로부터 포르알데히드 방사량을

평가하기 하 로그램을 개발했다 Stirling interpolation polynomial fitting

이 오염물 농도를 미분하는데 이용된다 이와 유사한 방법을 이용하여 실내 수

증기량 c in은 Stirling interpolation polynomial fitting에 의해 미분된다

Stirling interpolation polynomial은 Gauss interpolation의 진과 후진의 평균

값으로 구한다

- 18 -

방정식에 다른 하나의 미지값은 건물 외피와 실내 공기와의 습기 달량인

비정상 습기 달량 M 1 값이다 기존의 연구에서 M 1

의 평균값은 003times 10- 6

[middotmiddots]으로 은 값이므로 실내 습기 발생량 M 3을 구하기 해 M 1

의 값은

0으로 가정한다

식 (27)은 실내 수증기 발생량을 구하기 해 측정한 수증기량 데이터를

Stirling polynomial 방법을 이용하여 미분하는 식을 나타낸다

[dc indt ]

t= t o

=1Δt (

Δc in-1+Δc in02

-16

Δ3c in-2+Δ

3c in-1

2

+130

Δ5c in-3+Δ

5c in-2

2+⋯) (27)

- 19 -

제 4 장

측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석

4 1 자연실온 수증기량 측정 실험

4 1 1 실험개 요

건물의 자연실온 수증기량 로그램의 타당성을 분석하기 하여 철근

콘크리트 건물에 측정 장비를 설치하고 실증 실험을 실시하 다 한 로그

램의 실제 건물 용 가능성을 평가하기 해 사무소 건물에서 실험을 실시하

다 철근 콘크리트 건물 모델은 주변과의 복사 향을 최소화하고 외부 건물

에 의한 일 의 향을 받지 않는 인천의 I 학교에 치하고 있다 사무소 건

물은 인천에 치하고 있으며 인 실의 향을 최소화하기 해 옥상의 독립

된 공간에서 실험을 실시하 다 실험 건물 모델은 거주 공간이 아니기 때문에

실내에서 발생되는 열과 수증기량은 0으로 간주된다 철근 콘크리트 건물 모델

에서 실험은 여름철인 2005년 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 고 사

무소 건물에서는 2005년 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시하 다

- 20 -

그림 7 모델 건물

4 1 2 측정 장 비

실험모델에 한 수평면 일사량 외기온도 상 습도 풍속 등의 기상 데이

터를 10분 간격으로 측정하 다 수평면 일사량 측정은 인천의 I 학교 옥상

에 설치된 자동 기상 측기 DAV16 를 사용하 다 수평면 일사량은 직산분

리 계산식을 사용하여 각 방 의 수직 벽면 일사량으로 환산되고 외기온도와

상 습도는 습공기 계산식을 통해 수증기량으로 환산된다

건물 모델 내부 공기 온도 상 습도 수증기량은 TH-CALC 8722 사용하여

10분 간격으로 측정하 다

4 1 3 모 델 건물

철근 콘크리트 건물 모델의 크기는 17mtimes17mtimes21m로 두께 015m의 단일

재료이고 방 는 정남향이다 표 4는 건물의 물성치를 나타낸다

- 21 -

표 4 건물의 물성치

열 도율 14 [WmK]

비열 880 [JkgK]

도 2100 [kg]

투습율 47 [ng(smPa)]

두께 015 [m]

4 2 비 정 상 자연실온 수증기량 해 석

4 2 1 비 정 상 자연실온 해 석

그림 8 다층벽의 열수지 차분계산 모델

그림 8은 다층벽의 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이에 있는

경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하면 경계면 m 에서의 계산식은

- 22 -

m-Δx L2~ m-Δx R2의 열용량이 m 에 집 하고 m-1~ m 사이와

m~ m+1 사이의 열 항을 각각 RL RR이라 하면 구조체 내부 각 층의 온

도에 한 차분식은 식 (28)과 같다

Tm-Tm

Δt | m= 105(CAPL+CAPR) 1

RR(T

m+1 -T

m)-

1RL

(Tm-T

m-1 )

(28)

여기서

CAPL= c L ρ LΔxL (29)

CAPR= c R ρ RΔxR (30)

RL=ΔxLλL

(31)

RR=

ΔxRλR

(32)

외표면 경계조건(m=0)은 일사 외기와의 류열 달 그리고 천공과의 복

사열 교환에 의한 유효복사량이며 식 (33)과 같다

+( 1+cosβ2 ) σ ε(T sky

4-(Tso )

4)-

1RL

(T so+1 -T

so))

(33)

내표면 경계조건(m=M)은 식 (34)와 같으며 각 벽체간의 온도 차이가 크지

않기 때문에 내부 복사열 교환은 생략하고 실내공기와의 류열 달만 있는

것으로 하 다

T si-Tsi

Δt |m= M

=1

05 C AP R (h intw (T si-T in)-

1R R

(T si-1-Tsi))

(34)

- 23 -

실내 공기온도 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 류열 달 환기

에 의한 열 달 잠열부하량을 고려하 으며 열 수지식은 식 (35)와 같다

T in-T

in

Δt=

1c aρ aV

(Q 1+Q 2+Q 3+Q 4)

(35)

여기서 Q 1은 구조체로부터의 열 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로부

터의 류열 달만을 고려하 으며 식(36)과 같다

Q 1= hintw sum

6

k= 1AkT si k

(36)

Q 2는 환기에 의한 열 달량을 나타내며 식(37)과 같다

Q 2= nV c aρ a(Tout-T in)

(37)

Q 3는 실내 수증기 발생량에 따른 실내 증발잠열량을 나타내며 식(38)과 같다

Q 3=HtimesGtimesVtimes1

3600 (38)

4 2 2 비 정 상 수증기량 해 석

- 24 -

그림 9 다층벽의 습기평형 차분계산 모델

그림 9는 다층벽의 습기평형 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이

에 있는 경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하며 구조체 내부 각 층의 습

기에 한 차분식은 식 (39)와 같다

cm-cm

Δt | m= 105(Δx L+Δ xR)

DwRΔx R

(cm+1 -c

m)-

DwLΔxL

(cm-c

m-1 )

(39)

외표면 경계조건(m=0)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계수

를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(40)과 같다

c so-cso

Δt |m= 0

=1

05ΔxL ( h outmw (c out-cso)-

DwLΔxL

(c so+1 -cso) )

(40)

내표면 경계조건(m=M)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계

수를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(41)과 같다

c si-c

si

Δt |m= M

=1

05ΔxR ( h inmw (c in-csi)-

DwRΔxR

(csi-1 -csi) )

(41)

- 25 -

실내 수증기량 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 습기 달계수 환

기에 의한 습기 달 실내 습기발생량을 고려하 으며 습기 평형식은 식(42)과

같다

c in-cin

Δt=

1V

(M 1+M 2+M 3)

(42)

여기서 M 1은 구조체로부터의 습기 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로

부터의 류습기 달만을 고려하 으며 식(43)과 같다

M 1= hinmw sum

6

k= 1Ak c si k

(43)

M 2는 환기에 의한 습기 달량을 나타내며 식(44)와 같다

M 2=nV (c out-c in)

(44)

M 3는 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 나타낸다

4 2 3 수치해 석 기본 가 정

본 수치 모델의 해석에 한 기본가정은 다음과 같다

(1) 벽체 지붕 바닥의 열 달 습기 달은 두께 방향의 1차원으로 보며 각

부 재료는 동일하다

(2) 실내공간을 단일 존으로 보고 실내온도와 수증기량은 치에 해 일정하

다고 본다

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 33: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 17 -

식(24)는 실내 공기 온도에 한 열평형식으로 본 연구에서의 상 모델은

비거주 공간이므로 Q 4는 고려하지 않았다 한 재료의 흡middot방습에 의한 잠열

이 실내 온도에 미치는 향을 평가하기 해 Q 3를 고려한 경우와 Q 3

를 고려

하지 않은 경우로 나 어 분석하 다

식(25)는 실내 공기 수증기량에 한 습기평형식으로 M 3는 실내 수증기 발

생량을 나타내는데 이는 거주자의 취사 목욕 세탁 난방 등의 활동에 의한 수

증기 발생과 재료의 흡middot방습에의한 발생으로 크게 나 어 볼 수 있다 본 연구

에의 상 모델은 비거주 공간이므로 거주자의 활동에 의한 수증기 발생량은

고려하지 않고 재료의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량만을 분석하 다

3 4 실내 수증기 발 생 량

식(25)는 다음과 같이 표 할 수 있다

M 3=Vd c ind t

-M 1-M 2

(26)

실내 수증기 발생량 M 3를 구하기 해 시간에 따른 실내 수증기량의 미분

값인 dc indt

의 값을 구해야 한다 그러나 실내 수증기량의 직 미분은 미분값

이 불안정할 수 있다 수증기 발생원이 수증기를 방출할 때 발생량은 지수

으로 증가하고 방출을 멈췄을 때는 지수 으로 감소한다 Bennett et al은 포

름알데히드 측정을 하여 측정한 농도 데이터로부터 포르알데히드 방사량을

평가하기 하 로그램을 개발했다 Stirling interpolation polynomial fitting

이 오염물 농도를 미분하는데 이용된다 이와 유사한 방법을 이용하여 실내 수

증기량 c in은 Stirling interpolation polynomial fitting에 의해 미분된다

Stirling interpolation polynomial은 Gauss interpolation의 진과 후진의 평균

값으로 구한다

- 18 -

방정식에 다른 하나의 미지값은 건물 외피와 실내 공기와의 습기 달량인

비정상 습기 달량 M 1 값이다 기존의 연구에서 M 1

의 평균값은 003times 10- 6

[middotmiddots]으로 은 값이므로 실내 습기 발생량 M 3을 구하기 해 M 1

의 값은

0으로 가정한다

식 (27)은 실내 수증기 발생량을 구하기 해 측정한 수증기량 데이터를

Stirling polynomial 방법을 이용하여 미분하는 식을 나타낸다

[dc indt ]

t= t o

=1Δt (

Δc in-1+Δc in02

-16

Δ3c in-2+Δ

3c in-1

2

+130

Δ5c in-3+Δ

5c in-2

2+⋯) (27)

- 19 -

제 4 장

측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석

4 1 자연실온 수증기량 측정 실험

4 1 1 실험개 요

건물의 자연실온 수증기량 로그램의 타당성을 분석하기 하여 철근

콘크리트 건물에 측정 장비를 설치하고 실증 실험을 실시하 다 한 로그

램의 실제 건물 용 가능성을 평가하기 해 사무소 건물에서 실험을 실시하

다 철근 콘크리트 건물 모델은 주변과의 복사 향을 최소화하고 외부 건물

에 의한 일 의 향을 받지 않는 인천의 I 학교에 치하고 있다 사무소 건

물은 인천에 치하고 있으며 인 실의 향을 최소화하기 해 옥상의 독립

된 공간에서 실험을 실시하 다 실험 건물 모델은 거주 공간이 아니기 때문에

실내에서 발생되는 열과 수증기량은 0으로 간주된다 철근 콘크리트 건물 모델

에서 실험은 여름철인 2005년 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 고 사

무소 건물에서는 2005년 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시하 다

- 20 -

그림 7 모델 건물

4 1 2 측정 장 비

실험모델에 한 수평면 일사량 외기온도 상 습도 풍속 등의 기상 데이

터를 10분 간격으로 측정하 다 수평면 일사량 측정은 인천의 I 학교 옥상

에 설치된 자동 기상 측기 DAV16 를 사용하 다 수평면 일사량은 직산분

리 계산식을 사용하여 각 방 의 수직 벽면 일사량으로 환산되고 외기온도와

상 습도는 습공기 계산식을 통해 수증기량으로 환산된다

건물 모델 내부 공기 온도 상 습도 수증기량은 TH-CALC 8722 사용하여

10분 간격으로 측정하 다

4 1 3 모 델 건물

철근 콘크리트 건물 모델의 크기는 17mtimes17mtimes21m로 두께 015m의 단일

재료이고 방 는 정남향이다 표 4는 건물의 물성치를 나타낸다

- 21 -

표 4 건물의 물성치

열 도율 14 [WmK]

비열 880 [JkgK]

도 2100 [kg]

투습율 47 [ng(smPa)]

두께 015 [m]

4 2 비 정 상 자연실온 수증기량 해 석

4 2 1 비 정 상 자연실온 해 석

그림 8 다층벽의 열수지 차분계산 모델

그림 8은 다층벽의 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이에 있는

경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하면 경계면 m 에서의 계산식은

- 22 -

m-Δx L2~ m-Δx R2의 열용량이 m 에 집 하고 m-1~ m 사이와

m~ m+1 사이의 열 항을 각각 RL RR이라 하면 구조체 내부 각 층의 온

도에 한 차분식은 식 (28)과 같다

Tm-Tm

Δt | m= 105(CAPL+CAPR) 1

RR(T

m+1 -T

m)-

1RL

(Tm-T

m-1 )

(28)

여기서

CAPL= c L ρ LΔxL (29)

CAPR= c R ρ RΔxR (30)

RL=ΔxLλL

(31)

RR=

ΔxRλR

(32)

외표면 경계조건(m=0)은 일사 외기와의 류열 달 그리고 천공과의 복

사열 교환에 의한 유효복사량이며 식 (33)과 같다

+( 1+cosβ2 ) σ ε(T sky

4-(Tso )

4)-

1RL

(T so+1 -T

so))

(33)

내표면 경계조건(m=M)은 식 (34)와 같으며 각 벽체간의 온도 차이가 크지

않기 때문에 내부 복사열 교환은 생략하고 실내공기와의 류열 달만 있는

것으로 하 다

T si-Tsi

Δt |m= M

=1

05 C AP R (h intw (T si-T in)-

1R R

(T si-1-Tsi))

(34)

- 23 -

실내 공기온도 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 류열 달 환기

에 의한 열 달 잠열부하량을 고려하 으며 열 수지식은 식 (35)와 같다

T in-T

in

Δt=

1c aρ aV

(Q 1+Q 2+Q 3+Q 4)

(35)

여기서 Q 1은 구조체로부터의 열 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로부

터의 류열 달만을 고려하 으며 식(36)과 같다

Q 1= hintw sum

6

k= 1AkT si k

(36)

Q 2는 환기에 의한 열 달량을 나타내며 식(37)과 같다

Q 2= nV c aρ a(Tout-T in)

(37)

Q 3는 실내 수증기 발생량에 따른 실내 증발잠열량을 나타내며 식(38)과 같다

Q 3=HtimesGtimesVtimes1

3600 (38)

4 2 2 비 정 상 수증기량 해 석

- 24 -

그림 9 다층벽의 습기평형 차분계산 모델

그림 9는 다층벽의 습기평형 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이

에 있는 경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하며 구조체 내부 각 층의 습

기에 한 차분식은 식 (39)와 같다

cm-cm

Δt | m= 105(Δx L+Δ xR)

DwRΔx R

(cm+1 -c

m)-

DwLΔxL

(cm-c

m-1 )

(39)

외표면 경계조건(m=0)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계수

를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(40)과 같다

c so-cso

Δt |m= 0

=1

05ΔxL ( h outmw (c out-cso)-

DwLΔxL

(c so+1 -cso) )

(40)

내표면 경계조건(m=M)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계

수를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(41)과 같다

c si-c

si

Δt |m= M

=1

05ΔxR ( h inmw (c in-csi)-

DwRΔxR

(csi-1 -csi) )

(41)

- 25 -

실내 수증기량 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 습기 달계수 환

기에 의한 습기 달 실내 습기발생량을 고려하 으며 습기 평형식은 식(42)과

같다

c in-cin

Δt=

1V

(M 1+M 2+M 3)

(42)

여기서 M 1은 구조체로부터의 습기 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로

부터의 류습기 달만을 고려하 으며 식(43)과 같다

M 1= hinmw sum

6

k= 1Ak c si k

(43)

M 2는 환기에 의한 습기 달량을 나타내며 식(44)와 같다

M 2=nV (c out-c in)

(44)

M 3는 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 나타낸다

4 2 3 수치해 석 기본 가 정

본 수치 모델의 해석에 한 기본가정은 다음과 같다

(1) 벽체 지붕 바닥의 열 달 습기 달은 두께 방향의 1차원으로 보며 각

부 재료는 동일하다

(2) 실내공간을 단일 존으로 보고 실내온도와 수증기량은 치에 해 일정하

다고 본다

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 34: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 18 -

방정식에 다른 하나의 미지값은 건물 외피와 실내 공기와의 습기 달량인

비정상 습기 달량 M 1 값이다 기존의 연구에서 M 1

의 평균값은 003times 10- 6

[middotmiddots]으로 은 값이므로 실내 습기 발생량 M 3을 구하기 해 M 1

의 값은

0으로 가정한다

식 (27)은 실내 수증기 발생량을 구하기 해 측정한 수증기량 데이터를

Stirling polynomial 방법을 이용하여 미분하는 식을 나타낸다

[dc indt ]

t= t o

=1Δt (

Δc in-1+Δc in02

-16

Δ3c in-2+Δ

3c in-1

2

+130

Δ5c in-3+Δ

5c in-2

2+⋯) (27)

- 19 -

제 4 장

측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석

4 1 자연실온 수증기량 측정 실험

4 1 1 실험개 요

건물의 자연실온 수증기량 로그램의 타당성을 분석하기 하여 철근

콘크리트 건물에 측정 장비를 설치하고 실증 실험을 실시하 다 한 로그

램의 실제 건물 용 가능성을 평가하기 해 사무소 건물에서 실험을 실시하

다 철근 콘크리트 건물 모델은 주변과의 복사 향을 최소화하고 외부 건물

에 의한 일 의 향을 받지 않는 인천의 I 학교에 치하고 있다 사무소 건

물은 인천에 치하고 있으며 인 실의 향을 최소화하기 해 옥상의 독립

된 공간에서 실험을 실시하 다 실험 건물 모델은 거주 공간이 아니기 때문에

실내에서 발생되는 열과 수증기량은 0으로 간주된다 철근 콘크리트 건물 모델

에서 실험은 여름철인 2005년 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 고 사

무소 건물에서는 2005년 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시하 다

- 20 -

그림 7 모델 건물

4 1 2 측정 장 비

실험모델에 한 수평면 일사량 외기온도 상 습도 풍속 등의 기상 데이

터를 10분 간격으로 측정하 다 수평면 일사량 측정은 인천의 I 학교 옥상

에 설치된 자동 기상 측기 DAV16 를 사용하 다 수평면 일사량은 직산분

리 계산식을 사용하여 각 방 의 수직 벽면 일사량으로 환산되고 외기온도와

상 습도는 습공기 계산식을 통해 수증기량으로 환산된다

건물 모델 내부 공기 온도 상 습도 수증기량은 TH-CALC 8722 사용하여

10분 간격으로 측정하 다

4 1 3 모 델 건물

철근 콘크리트 건물 모델의 크기는 17mtimes17mtimes21m로 두께 015m의 단일

재료이고 방 는 정남향이다 표 4는 건물의 물성치를 나타낸다

- 21 -

표 4 건물의 물성치

열 도율 14 [WmK]

비열 880 [JkgK]

도 2100 [kg]

투습율 47 [ng(smPa)]

두께 015 [m]

4 2 비 정 상 자연실온 수증기량 해 석

4 2 1 비 정 상 자연실온 해 석

그림 8 다층벽의 열수지 차분계산 모델

그림 8은 다층벽의 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이에 있는

경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하면 경계면 m 에서의 계산식은

- 22 -

m-Δx L2~ m-Δx R2의 열용량이 m 에 집 하고 m-1~ m 사이와

m~ m+1 사이의 열 항을 각각 RL RR이라 하면 구조체 내부 각 층의 온

도에 한 차분식은 식 (28)과 같다

Tm-Tm

Δt | m= 105(CAPL+CAPR) 1

RR(T

m+1 -T

m)-

1RL

(Tm-T

m-1 )

(28)

여기서

CAPL= c L ρ LΔxL (29)

CAPR= c R ρ RΔxR (30)

RL=ΔxLλL

(31)

RR=

ΔxRλR

(32)

외표면 경계조건(m=0)은 일사 외기와의 류열 달 그리고 천공과의 복

사열 교환에 의한 유효복사량이며 식 (33)과 같다

+( 1+cosβ2 ) σ ε(T sky

4-(Tso )

4)-

1RL

(T so+1 -T

so))

(33)

내표면 경계조건(m=M)은 식 (34)와 같으며 각 벽체간의 온도 차이가 크지

않기 때문에 내부 복사열 교환은 생략하고 실내공기와의 류열 달만 있는

것으로 하 다

T si-Tsi

Δt |m= M

=1

05 C AP R (h intw (T si-T in)-

1R R

(T si-1-Tsi))

(34)

- 23 -

실내 공기온도 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 류열 달 환기

에 의한 열 달 잠열부하량을 고려하 으며 열 수지식은 식 (35)와 같다

T in-T

in

Δt=

1c aρ aV

(Q 1+Q 2+Q 3+Q 4)

(35)

여기서 Q 1은 구조체로부터의 열 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로부

터의 류열 달만을 고려하 으며 식(36)과 같다

Q 1= hintw sum

6

k= 1AkT si k

(36)

Q 2는 환기에 의한 열 달량을 나타내며 식(37)과 같다

Q 2= nV c aρ a(Tout-T in)

(37)

Q 3는 실내 수증기 발생량에 따른 실내 증발잠열량을 나타내며 식(38)과 같다

Q 3=HtimesGtimesVtimes1

3600 (38)

4 2 2 비 정 상 수증기량 해 석

- 24 -

그림 9 다층벽의 습기평형 차분계산 모델

그림 9는 다층벽의 습기평형 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이

에 있는 경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하며 구조체 내부 각 층의 습

기에 한 차분식은 식 (39)와 같다

cm-cm

Δt | m= 105(Δx L+Δ xR)

DwRΔx R

(cm+1 -c

m)-

DwLΔxL

(cm-c

m-1 )

(39)

외표면 경계조건(m=0)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계수

를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(40)과 같다

c so-cso

Δt |m= 0

=1

05ΔxL ( h outmw (c out-cso)-

DwLΔxL

(c so+1 -cso) )

(40)

내표면 경계조건(m=M)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계

수를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(41)과 같다

c si-c

si

Δt |m= M

=1

05ΔxR ( h inmw (c in-csi)-

DwRΔxR

(csi-1 -csi) )

(41)

- 25 -

실내 수증기량 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 습기 달계수 환

기에 의한 습기 달 실내 습기발생량을 고려하 으며 습기 평형식은 식(42)과

같다

c in-cin

Δt=

1V

(M 1+M 2+M 3)

(42)

여기서 M 1은 구조체로부터의 습기 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로

부터의 류습기 달만을 고려하 으며 식(43)과 같다

M 1= hinmw sum

6

k= 1Ak c si k

(43)

M 2는 환기에 의한 습기 달량을 나타내며 식(44)와 같다

M 2=nV (c out-c in)

(44)

M 3는 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 나타낸다

4 2 3 수치해 석 기본 가 정

본 수치 모델의 해석에 한 기본가정은 다음과 같다

(1) 벽체 지붕 바닥의 열 달 습기 달은 두께 방향의 1차원으로 보며 각

부 재료는 동일하다

(2) 실내공간을 단일 존으로 보고 실내온도와 수증기량은 치에 해 일정하

다고 본다

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 35: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 19 -

제 4 장

측정 실험 자연실온과 수증기량 해 석

4 1 자연실온 수증기량 측정 실험

4 1 1 실험개 요

건물의 자연실온 수증기량 로그램의 타당성을 분석하기 하여 철근

콘크리트 건물에 측정 장비를 설치하고 실증 실험을 실시하 다 한 로그

램의 실제 건물 용 가능성을 평가하기 해 사무소 건물에서 실험을 실시하

다 철근 콘크리트 건물 모델은 주변과의 복사 향을 최소화하고 외부 건물

에 의한 일 의 향을 받지 않는 인천의 I 학교에 치하고 있다 사무소 건

물은 인천에 치하고 있으며 인 실의 향을 최소화하기 해 옥상의 독립

된 공간에서 실험을 실시하 다 실험 건물 모델은 거주 공간이 아니기 때문에

실내에서 발생되는 열과 수증기량은 0으로 간주된다 철근 콘크리트 건물 모델

에서 실험은 여름철인 2005년 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 고 사

무소 건물에서는 2005년 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시하 다

- 20 -

그림 7 모델 건물

4 1 2 측정 장 비

실험모델에 한 수평면 일사량 외기온도 상 습도 풍속 등의 기상 데이

터를 10분 간격으로 측정하 다 수평면 일사량 측정은 인천의 I 학교 옥상

에 설치된 자동 기상 측기 DAV16 를 사용하 다 수평면 일사량은 직산분

리 계산식을 사용하여 각 방 의 수직 벽면 일사량으로 환산되고 외기온도와

상 습도는 습공기 계산식을 통해 수증기량으로 환산된다

건물 모델 내부 공기 온도 상 습도 수증기량은 TH-CALC 8722 사용하여

10분 간격으로 측정하 다

4 1 3 모 델 건물

철근 콘크리트 건물 모델의 크기는 17mtimes17mtimes21m로 두께 015m의 단일

재료이고 방 는 정남향이다 표 4는 건물의 물성치를 나타낸다

- 21 -

표 4 건물의 물성치

열 도율 14 [WmK]

비열 880 [JkgK]

도 2100 [kg]

투습율 47 [ng(smPa)]

두께 015 [m]

4 2 비 정 상 자연실온 수증기량 해 석

4 2 1 비 정 상 자연실온 해 석

그림 8 다층벽의 열수지 차분계산 모델

그림 8은 다층벽의 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이에 있는

경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하면 경계면 m 에서의 계산식은

- 22 -

m-Δx L2~ m-Δx R2의 열용량이 m 에 집 하고 m-1~ m 사이와

m~ m+1 사이의 열 항을 각각 RL RR이라 하면 구조체 내부 각 층의 온

도에 한 차분식은 식 (28)과 같다

Tm-Tm

Δt | m= 105(CAPL+CAPR) 1

RR(T

m+1 -T

m)-

1RL

(Tm-T

m-1 )

(28)

여기서

CAPL= c L ρ LΔxL (29)

CAPR= c R ρ RΔxR (30)

RL=ΔxLλL

(31)

RR=

ΔxRλR

(32)

외표면 경계조건(m=0)은 일사 외기와의 류열 달 그리고 천공과의 복

사열 교환에 의한 유효복사량이며 식 (33)과 같다

+( 1+cosβ2 ) σ ε(T sky

4-(Tso )

4)-

1RL

(T so+1 -T

so))

(33)

내표면 경계조건(m=M)은 식 (34)와 같으며 각 벽체간의 온도 차이가 크지

않기 때문에 내부 복사열 교환은 생략하고 실내공기와의 류열 달만 있는

것으로 하 다

T si-Tsi

Δt |m= M

=1

05 C AP R (h intw (T si-T in)-

1R R

(T si-1-Tsi))

(34)

- 23 -

실내 공기온도 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 류열 달 환기

에 의한 열 달 잠열부하량을 고려하 으며 열 수지식은 식 (35)와 같다

T in-T

in

Δt=

1c aρ aV

(Q 1+Q 2+Q 3+Q 4)

(35)

여기서 Q 1은 구조체로부터의 열 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로부

터의 류열 달만을 고려하 으며 식(36)과 같다

Q 1= hintw sum

6

k= 1AkT si k

(36)

Q 2는 환기에 의한 열 달량을 나타내며 식(37)과 같다

Q 2= nV c aρ a(Tout-T in)

(37)

Q 3는 실내 수증기 발생량에 따른 실내 증발잠열량을 나타내며 식(38)과 같다

Q 3=HtimesGtimesVtimes1

3600 (38)

4 2 2 비 정 상 수증기량 해 석

- 24 -

그림 9 다층벽의 습기평형 차분계산 모델

그림 9는 다층벽의 습기평형 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이

에 있는 경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하며 구조체 내부 각 층의 습

기에 한 차분식은 식 (39)와 같다

cm-cm

Δt | m= 105(Δx L+Δ xR)

DwRΔx R

(cm+1 -c

m)-

DwLΔxL

(cm-c

m-1 )

(39)

외표면 경계조건(m=0)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계수

를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(40)과 같다

c so-cso

Δt |m= 0

=1

05ΔxL ( h outmw (c out-cso)-

DwLΔxL

(c so+1 -cso) )

(40)

내표면 경계조건(m=M)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계

수를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(41)과 같다

c si-c

si

Δt |m= M

=1

05ΔxR ( h inmw (c in-csi)-

DwRΔxR

(csi-1 -csi) )

(41)

- 25 -

실내 수증기량 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 습기 달계수 환

기에 의한 습기 달 실내 습기발생량을 고려하 으며 습기 평형식은 식(42)과

같다

c in-cin

Δt=

1V

(M 1+M 2+M 3)

(42)

여기서 M 1은 구조체로부터의 습기 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로

부터의 류습기 달만을 고려하 으며 식(43)과 같다

M 1= hinmw sum

6

k= 1Ak c si k

(43)

M 2는 환기에 의한 습기 달량을 나타내며 식(44)와 같다

M 2=nV (c out-c in)

(44)

M 3는 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 나타낸다

4 2 3 수치해 석 기본 가 정

본 수치 모델의 해석에 한 기본가정은 다음과 같다

(1) 벽체 지붕 바닥의 열 달 습기 달은 두께 방향의 1차원으로 보며 각

부 재료는 동일하다

(2) 실내공간을 단일 존으로 보고 실내온도와 수증기량은 치에 해 일정하

다고 본다

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 36: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 20 -

그림 7 모델 건물

4 1 2 측정 장 비

실험모델에 한 수평면 일사량 외기온도 상 습도 풍속 등의 기상 데이

터를 10분 간격으로 측정하 다 수평면 일사량 측정은 인천의 I 학교 옥상

에 설치된 자동 기상 측기 DAV16 를 사용하 다 수평면 일사량은 직산분

리 계산식을 사용하여 각 방 의 수직 벽면 일사량으로 환산되고 외기온도와

상 습도는 습공기 계산식을 통해 수증기량으로 환산된다

건물 모델 내부 공기 온도 상 습도 수증기량은 TH-CALC 8722 사용하여

10분 간격으로 측정하 다

4 1 3 모 델 건물

철근 콘크리트 건물 모델의 크기는 17mtimes17mtimes21m로 두께 015m의 단일

재료이고 방 는 정남향이다 표 4는 건물의 물성치를 나타낸다

- 21 -

표 4 건물의 물성치

열 도율 14 [WmK]

비열 880 [JkgK]

도 2100 [kg]

투습율 47 [ng(smPa)]

두께 015 [m]

4 2 비 정 상 자연실온 수증기량 해 석

4 2 1 비 정 상 자연실온 해 석

그림 8 다층벽의 열수지 차분계산 모델

그림 8은 다층벽의 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이에 있는

경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하면 경계면 m 에서의 계산식은

- 22 -

m-Δx L2~ m-Δx R2의 열용량이 m 에 집 하고 m-1~ m 사이와

m~ m+1 사이의 열 항을 각각 RL RR이라 하면 구조체 내부 각 층의 온

도에 한 차분식은 식 (28)과 같다

Tm-Tm

Δt | m= 105(CAPL+CAPR) 1

RR(T

m+1 -T

m)-

1RL

(Tm-T

m-1 )

(28)

여기서

CAPL= c L ρ LΔxL (29)

CAPR= c R ρ RΔxR (30)

RL=ΔxLλL

(31)

RR=

ΔxRλR

(32)

외표면 경계조건(m=0)은 일사 외기와의 류열 달 그리고 천공과의 복

사열 교환에 의한 유효복사량이며 식 (33)과 같다

+( 1+cosβ2 ) σ ε(T sky

4-(Tso )

4)-

1RL

(T so+1 -T

so))

(33)

내표면 경계조건(m=M)은 식 (34)와 같으며 각 벽체간의 온도 차이가 크지

않기 때문에 내부 복사열 교환은 생략하고 실내공기와의 류열 달만 있는

것으로 하 다

T si-Tsi

Δt |m= M

=1

05 C AP R (h intw (T si-T in)-

1R R

(T si-1-Tsi))

(34)

- 23 -

실내 공기온도 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 류열 달 환기

에 의한 열 달 잠열부하량을 고려하 으며 열 수지식은 식 (35)와 같다

T in-T

in

Δt=

1c aρ aV

(Q 1+Q 2+Q 3+Q 4)

(35)

여기서 Q 1은 구조체로부터의 열 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로부

터의 류열 달만을 고려하 으며 식(36)과 같다

Q 1= hintw sum

6

k= 1AkT si k

(36)

Q 2는 환기에 의한 열 달량을 나타내며 식(37)과 같다

Q 2= nV c aρ a(Tout-T in)

(37)

Q 3는 실내 수증기 발생량에 따른 실내 증발잠열량을 나타내며 식(38)과 같다

Q 3=HtimesGtimesVtimes1

3600 (38)

4 2 2 비 정 상 수증기량 해 석

- 24 -

그림 9 다층벽의 습기평형 차분계산 모델

그림 9는 다층벽의 습기평형 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이

에 있는 경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하며 구조체 내부 각 층의 습

기에 한 차분식은 식 (39)와 같다

cm-cm

Δt | m= 105(Δx L+Δ xR)

DwRΔx R

(cm+1 -c

m)-

DwLΔxL

(cm-c

m-1 )

(39)

외표면 경계조건(m=0)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계수

를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(40)과 같다

c so-cso

Δt |m= 0

=1

05ΔxL ( h outmw (c out-cso)-

DwLΔxL

(c so+1 -cso) )

(40)

내표면 경계조건(m=M)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계

수를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(41)과 같다

c si-c

si

Δt |m= M

=1

05ΔxR ( h inmw (c in-csi)-

DwRΔxR

(csi-1 -csi) )

(41)

- 25 -

실내 수증기량 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 습기 달계수 환

기에 의한 습기 달 실내 습기발생량을 고려하 으며 습기 평형식은 식(42)과

같다

c in-cin

Δt=

1V

(M 1+M 2+M 3)

(42)

여기서 M 1은 구조체로부터의 습기 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로

부터의 류습기 달만을 고려하 으며 식(43)과 같다

M 1= hinmw sum

6

k= 1Ak c si k

(43)

M 2는 환기에 의한 습기 달량을 나타내며 식(44)와 같다

M 2=nV (c out-c in)

(44)

M 3는 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 나타낸다

4 2 3 수치해 석 기본 가 정

본 수치 모델의 해석에 한 기본가정은 다음과 같다

(1) 벽체 지붕 바닥의 열 달 습기 달은 두께 방향의 1차원으로 보며 각

부 재료는 동일하다

(2) 실내공간을 단일 존으로 보고 실내온도와 수증기량은 치에 해 일정하

다고 본다

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 37: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 21 -

표 4 건물의 물성치

열 도율 14 [WmK]

비열 880 [JkgK]

도 2100 [kg]

투습율 47 [ng(smPa)]

두께 015 [m]

4 2 비 정 상 자연실온 수증기량 해 석

4 2 1 비 정 상 자연실온 해 석

그림 8 다층벽의 열수지 차분계산 모델

그림 8은 다층벽의 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이에 있는

경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하면 경계면 m 에서의 계산식은

- 22 -

m-Δx L2~ m-Δx R2의 열용량이 m 에 집 하고 m-1~ m 사이와

m~ m+1 사이의 열 항을 각각 RL RR이라 하면 구조체 내부 각 층의 온

도에 한 차분식은 식 (28)과 같다

Tm-Tm

Δt | m= 105(CAPL+CAPR) 1

RR(T

m+1 -T

m)-

1RL

(Tm-T

m-1 )

(28)

여기서

CAPL= c L ρ LΔxL (29)

CAPR= c R ρ RΔxR (30)

RL=ΔxLλL

(31)

RR=

ΔxRλR

(32)

외표면 경계조건(m=0)은 일사 외기와의 류열 달 그리고 천공과의 복

사열 교환에 의한 유효복사량이며 식 (33)과 같다

+( 1+cosβ2 ) σ ε(T sky

4-(Tso )

4)-

1RL

(T so+1 -T

so))

(33)

내표면 경계조건(m=M)은 식 (34)와 같으며 각 벽체간의 온도 차이가 크지

않기 때문에 내부 복사열 교환은 생략하고 실내공기와의 류열 달만 있는

것으로 하 다

T si-Tsi

Δt |m= M

=1

05 C AP R (h intw (T si-T in)-

1R R

(T si-1-Tsi))

(34)

- 23 -

실내 공기온도 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 류열 달 환기

에 의한 열 달 잠열부하량을 고려하 으며 열 수지식은 식 (35)와 같다

T in-T

in

Δt=

1c aρ aV

(Q 1+Q 2+Q 3+Q 4)

(35)

여기서 Q 1은 구조체로부터의 열 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로부

터의 류열 달만을 고려하 으며 식(36)과 같다

Q 1= hintw sum

6

k= 1AkT si k

(36)

Q 2는 환기에 의한 열 달량을 나타내며 식(37)과 같다

Q 2= nV c aρ a(Tout-T in)

(37)

Q 3는 실내 수증기 발생량에 따른 실내 증발잠열량을 나타내며 식(38)과 같다

Q 3=HtimesGtimesVtimes1

3600 (38)

4 2 2 비 정 상 수증기량 해 석

- 24 -

그림 9 다층벽의 습기평형 차분계산 모델

그림 9는 다층벽의 습기평형 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이

에 있는 경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하며 구조체 내부 각 층의 습

기에 한 차분식은 식 (39)와 같다

cm-cm

Δt | m= 105(Δx L+Δ xR)

DwRΔx R

(cm+1 -c

m)-

DwLΔxL

(cm-c

m-1 )

(39)

외표면 경계조건(m=0)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계수

를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(40)과 같다

c so-cso

Δt |m= 0

=1

05ΔxL ( h outmw (c out-cso)-

DwLΔxL

(c so+1 -cso) )

(40)

내표면 경계조건(m=M)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계

수를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(41)과 같다

c si-c

si

Δt |m= M

=1

05ΔxR ( h inmw (c in-csi)-

DwRΔxR

(csi-1 -csi) )

(41)

- 25 -

실내 수증기량 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 습기 달계수 환

기에 의한 습기 달 실내 습기발생량을 고려하 으며 습기 평형식은 식(42)과

같다

c in-cin

Δt=

1V

(M 1+M 2+M 3)

(42)

여기서 M 1은 구조체로부터의 습기 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로

부터의 류습기 달만을 고려하 으며 식(43)과 같다

M 1= hinmw sum

6

k= 1Ak c si k

(43)

M 2는 환기에 의한 습기 달량을 나타내며 식(44)와 같다

M 2=nV (c out-c in)

(44)

M 3는 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 나타낸다

4 2 3 수치해 석 기본 가 정

본 수치 모델의 해석에 한 기본가정은 다음과 같다

(1) 벽체 지붕 바닥의 열 달 습기 달은 두께 방향의 1차원으로 보며 각

부 재료는 동일하다

(2) 실내공간을 단일 존으로 보고 실내온도와 수증기량은 치에 해 일정하

다고 본다

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 38: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 22 -

m-Δx L2~ m-Δx R2의 열용량이 m 에 집 하고 m-1~ m 사이와

m~ m+1 사이의 열 항을 각각 RL RR이라 하면 구조체 내부 각 층의 온

도에 한 차분식은 식 (28)과 같다

Tm-Tm

Δt | m= 105(CAPL+CAPR) 1

RR(T

m+1 -T

m)-

1RL

(Tm-T

m-1 )

(28)

여기서

CAPL= c L ρ LΔxL (29)

CAPR= c R ρ RΔxR (30)

RL=ΔxLλL

(31)

RR=

ΔxRλR

(32)

외표면 경계조건(m=0)은 일사 외기와의 류열 달 그리고 천공과의 복

사열 교환에 의한 유효복사량이며 식 (33)과 같다

+( 1+cosβ2 ) σ ε(T sky

4-(Tso )

4)-

1RL

(T so+1 -T

so))

(33)

내표면 경계조건(m=M)은 식 (34)와 같으며 각 벽체간의 온도 차이가 크지

않기 때문에 내부 복사열 교환은 생략하고 실내공기와의 류열 달만 있는

것으로 하 다

T si-Tsi

Δt |m= M

=1

05 C AP R (h intw (T si-T in)-

1R R

(T si-1-Tsi))

(34)

- 23 -

실내 공기온도 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 류열 달 환기

에 의한 열 달 잠열부하량을 고려하 으며 열 수지식은 식 (35)와 같다

T in-T

in

Δt=

1c aρ aV

(Q 1+Q 2+Q 3+Q 4)

(35)

여기서 Q 1은 구조체로부터의 열 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로부

터의 류열 달만을 고려하 으며 식(36)과 같다

Q 1= hintw sum

6

k= 1AkT si k

(36)

Q 2는 환기에 의한 열 달량을 나타내며 식(37)과 같다

Q 2= nV c aρ a(Tout-T in)

(37)

Q 3는 실내 수증기 발생량에 따른 실내 증발잠열량을 나타내며 식(38)과 같다

Q 3=HtimesGtimesVtimes1

3600 (38)

4 2 2 비 정 상 수증기량 해 석

- 24 -

그림 9 다층벽의 습기평형 차분계산 모델

그림 9는 다층벽의 습기평형 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이

에 있는 경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하며 구조체 내부 각 층의 습

기에 한 차분식은 식 (39)와 같다

cm-cm

Δt | m= 105(Δx L+Δ xR)

DwRΔx R

(cm+1 -c

m)-

DwLΔxL

(cm-c

m-1 )

(39)

외표면 경계조건(m=0)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계수

를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(40)과 같다

c so-cso

Δt |m= 0

=1

05ΔxL ( h outmw (c out-cso)-

DwLΔxL

(c so+1 -cso) )

(40)

내표면 경계조건(m=M)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계

수를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(41)과 같다

c si-c

si

Δt |m= M

=1

05ΔxR ( h inmw (c in-csi)-

DwRΔxR

(csi-1 -csi) )

(41)

- 25 -

실내 수증기량 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 습기 달계수 환

기에 의한 습기 달 실내 습기발생량을 고려하 으며 습기 평형식은 식(42)과

같다

c in-cin

Δt=

1V

(M 1+M 2+M 3)

(42)

여기서 M 1은 구조체로부터의 습기 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로

부터의 류습기 달만을 고려하 으며 식(43)과 같다

M 1= hinmw sum

6

k= 1Ak c si k

(43)

M 2는 환기에 의한 습기 달량을 나타내며 식(44)와 같다

M 2=nV (c out-c in)

(44)

M 3는 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 나타낸다

4 2 3 수치해 석 기본 가 정

본 수치 모델의 해석에 한 기본가정은 다음과 같다

(1) 벽체 지붕 바닥의 열 달 습기 달은 두께 방향의 1차원으로 보며 각

부 재료는 동일하다

(2) 실내공간을 단일 존으로 보고 실내온도와 수증기량은 치에 해 일정하

다고 본다

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 39: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 23 -

실내 공기온도 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 류열 달 환기

에 의한 열 달 잠열부하량을 고려하 으며 열 수지식은 식 (35)와 같다

T in-T

in

Δt=

1c aρ aV

(Q 1+Q 2+Q 3+Q 4)

(35)

여기서 Q 1은 구조체로부터의 열 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로부

터의 류열 달만을 고려하 으며 식(36)과 같다

Q 1= hintw sum

6

k= 1AkT si k

(36)

Q 2는 환기에 의한 열 달량을 나타내며 식(37)과 같다

Q 2= nV c aρ a(Tout-T in)

(37)

Q 3는 실내 수증기 발생량에 따른 실내 증발잠열량을 나타내며 식(38)과 같다

Q 3=HtimesGtimesVtimes1

3600 (38)

4 2 2 비 정 상 수증기량 해 석

- 24 -

그림 9 다층벽의 습기평형 차분계산 모델

그림 9는 다층벽의 습기평형 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이

에 있는 경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하며 구조체 내부 각 층의 습

기에 한 차분식은 식 (39)와 같다

cm-cm

Δt | m= 105(Δx L+Δ xR)

DwRΔx R

(cm+1 -c

m)-

DwLΔxL

(cm-c

m-1 )

(39)

외표면 경계조건(m=0)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계수

를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(40)과 같다

c so-cso

Δt |m= 0

=1

05ΔxL ( h outmw (c out-cso)-

DwLΔxL

(c so+1 -cso) )

(40)

내표면 경계조건(m=M)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계

수를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(41)과 같다

c si-c

si

Δt |m= M

=1

05ΔxR ( h inmw (c in-csi)-

DwRΔxR

(csi-1 -csi) )

(41)

- 25 -

실내 수증기량 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 습기 달계수 환

기에 의한 습기 달 실내 습기발생량을 고려하 으며 습기 평형식은 식(42)과

같다

c in-cin

Δt=

1V

(M 1+M 2+M 3)

(42)

여기서 M 1은 구조체로부터의 습기 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로

부터의 류습기 달만을 고려하 으며 식(43)과 같다

M 1= hinmw sum

6

k= 1Ak c si k

(43)

M 2는 환기에 의한 습기 달량을 나타내며 식(44)와 같다

M 2=nV (c out-c in)

(44)

M 3는 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 나타낸다

4 2 3 수치해 석 기본 가 정

본 수치 모델의 해석에 한 기본가정은 다음과 같다

(1) 벽체 지붕 바닥의 열 달 습기 달은 두께 방향의 1차원으로 보며 각

부 재료는 동일하다

(2) 실내공간을 단일 존으로 보고 실내온도와 수증기량은 치에 해 일정하

다고 본다

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 40: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 24 -

그림 9 다층벽의 습기평형 차분계산 모델

그림 9는 다층벽의 습기평형 차분계산 모델을 나타낸 것이다 이종재료 사이

에 있는 경계면의 좌 우 첨자를 L R 로 구별하며 구조체 내부 각 층의 습

기에 한 차분식은 식 (39)와 같다

cm-cm

Δt | m= 105(Δx L+Δ xR)

DwRΔx R

(cm+1 -c

m)-

DwLΔxL

(cm-c

m-1 )

(39)

외표면 경계조건(m=0)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계수

를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(40)과 같다

c so-cso

Δt |m= 0

=1

05ΔxL ( h outmw (c out-cso)-

DwLΔxL

(c so+1 -cso) )

(40)

내표면 경계조건(m=M)은 Lewis Relation에 의해 계산한 류 습기 달계

수를 이용하여 나타낼 수 있으며 식(41)과 같다

c si-c

si

Δt |m= M

=1

05ΔxR ( h inmw (c in-csi)-

DwRΔxR

(csi-1 -csi) )

(41)

- 25 -

실내 수증기량 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 습기 달계수 환

기에 의한 습기 달 실내 습기발생량을 고려하 으며 습기 평형식은 식(42)과

같다

c in-cin

Δt=

1V

(M 1+M 2+M 3)

(42)

여기서 M 1은 구조체로부터의 습기 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로

부터의 류습기 달만을 고려하 으며 식(43)과 같다

M 1= hinmw sum

6

k= 1Ak c si k

(43)

M 2는 환기에 의한 습기 달량을 나타내며 식(44)와 같다

M 2=nV (c out-c in)

(44)

M 3는 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 나타낸다

4 2 3 수치해 석 기본 가 정

본 수치 모델의 해석에 한 기본가정은 다음과 같다

(1) 벽체 지붕 바닥의 열 달 습기 달은 두께 방향의 1차원으로 보며 각

부 재료는 동일하다

(2) 실내공간을 단일 존으로 보고 실내온도와 수증기량은 치에 해 일정하

다고 본다

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 41: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 25 -

실내 수증기량 변화는 각 벽체의 실내측 표면으로부터의 습기 달계수 환

기에 의한 습기 달 실내 습기발생량을 고려하 으며 습기 평형식은 식(42)과

같다

c in-cin

Δt=

1V

(M 1+M 2+M 3)

(42)

여기서 M 1은 구조체로부터의 습기 달량이며 각 벽체의 실내측 표면으로

부터의 류습기 달만을 고려하 으며 식(43)과 같다

M 1= hinmw sum

6

k= 1Ak c si k

(43)

M 2는 환기에 의한 습기 달량을 나타내며 식(44)와 같다

M 2=nV (c out-c in)

(44)

M 3는 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 나타낸다

4 2 3 수치해 석 기본 가 정

본 수치 모델의 해석에 한 기본가정은 다음과 같다

(1) 벽체 지붕 바닥의 열 달 습기 달은 두께 방향의 1차원으로 보며 각

부 재료는 동일하다

(2) 실내공간을 단일 존으로 보고 실내온도와 수증기량은 치에 해 일정하

다고 본다

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 42: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 26 -

(3) 계산시간 간격은 1분이며 10분 간격 기상데이터의 보간값을 사용한다

(4) h inTw=2|T surface in-T in | 이며 실외의 경우 풍속에 따라 변화한다 류

습기 달률은 Lewis Relation 에 의해 구한다

(5) 바닥 아래면의 온도는 20 상 습도는 100로 일정하다

(6) 실내의 인체 조명 기기 발열 환기 벽체간 복사열 교환은 무시 한다

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 43: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 27 -

제 5 장

시 뮬 이션 결 과 분 석

5 1 수치해 석 과 실험결 과 분 석

실험은 기상조건이 양호한 8월 29일부터 9월 4일까지 7일간 실시하 으며

실측결과 실험모델과 동일한 기상조건에 해 계산한 수치해석 결과를 비교

하 다 계산에서 콘크리트 표면 일사 흡수율은 06 침기량은 04 [회h] 기

온도 수증기량 조건은 기 외기 온도와 외기 수증기량을 사용하 다

5 1 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 10은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 44: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 28 -

그림 10 각 수직벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

8월 29일 9월 4일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 3135 204 194 159 131의 비 을

나타냈다

5 1 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

건물 구조체의 흡middot방습을 고려하지 않은 경우에 자연실온 실내 수증기량 변

동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교 분석하 다 이는 구조

체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 시뮬 이션 결과와

발생량을 고려한 시뮬에이션 결과를 비교 분석하기 한 것이다

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 45: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 29 -

그림 11 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

그림 11은 8월 29일부터 9월 4일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 모델 건

물은 자연상태이므로 식 (24)에서 인체 조명 기기로부터의 발열량 Q 4는 0으

로 간주되고 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기 발생량을 고려하지 않았기 때문

에 Q 3는 0으로 가정된다 거동에 해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치

하고 있지만 온도 편차가 있을을 알 수 있다 측정값의 실온 평균은 283이

고 계산값의 실온 평균은 267로 평균값이 차이는 16이다 계산값이 실측

치에 해 5의 오차를 보이고 있다

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 46: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 30 -

그림 12 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 12는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은

경우 실내 수증기량 분포를 나타낸다 즉 식(25)에서 M 3=0으로 가정했을 때

의 수증기량 분포이다 구조체를 통한 수증기 확산은 기존의 연구에서

TenWhole은 0068 10minus 6middots로 Xiadshu Lu는 003 10minus 6middots로 분

석하 다 이 값은 실내 수증기량의 변동에는 큰 향을 미치지 않는 은 값이

기 때문에 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량의 변동에

가장 큰 향을 미치는 인자는 환기에 의한 수증기 달이라고 할 수 있으며

그림 12에서 보는 바와 같이 외기 수증기량과 실내 수증기량의 분포과 거의 일

치함을 알 수 있다

그림 12에서 측정값과 시뮬 이션 계산값이 큰 차이가 있는 것을 알 수 있

다 이는 구조체의 흡middot방습량을 고려하지 않은 결과이므로 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량 한 실내 수증기량 변동에 큰 향을 미치는 인자라

고 할 수 있다

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 47: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 31 -

그림 13 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 13은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

5 1 3 구조 체 의 흡 middot 방 습 에 의한 실내 수증기 발 생 량

연구에서 실내 수증기량과 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사

한 거동을 보이지만 실측값과는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다 따라

서 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량이 실내 수증기량 분포와 상

습도에 큰 향을 미치는 주요한 인자라고 할 수 있다 따라서 측정한 실내 수

증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 계산하

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 48: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 32 -

그림 14 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0

5

10

15

20

25

30

실내 수증기량 수증기 발생량

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 14는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량을 계산한 결과이다 거동에 해서는 실내 수증기 발

생량과 실내 수증기량이 유사한 것을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습은 주변의

상 습도에 향을 받는다 즉 주변의 상 습도가 증가하면 흡습량이 커지고

상 습도가 감소하면 방습량이 커지게 된다 측정기간동안 구조체의 흡middot방습에

의한 실내 수증기 발생량의 평균값은 62 gh=1045times 10- 6 s이다 기존의

연구에서 Xiadshu Lu는 2명의 성인과 1명의 어린이가 거주하는 건물에서 수증

기 발생량은 57times 10- 6 s TenWhole은 1명이 거주하는 건물에서 수증기 발

생량은 63times 10- 6 s라고 평가하 다 본 연구에서 건물은 거주자의 활동에

의한 실내 수증기 발생량은 고려하지 않았기 때문에 이들 값보다는 다는 것

을 알 수 있다

5 1 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

건물 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 결과값을 고려하여 자연

실온 실내 수증기량 변동과 상 습도를 시뮬 이션한 계산값과 측정값을 비교

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 49: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 33 -

분석하 다

그림 15 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

외기온도 계산값 측정값

온도[]

8월 29일 9월 4일

표 5 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 239

자연실온 측정값 283

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

267 16 5

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

276 07 2

그림 15는 분석 기간동안 증발잠열을 고려한 자연실온 분포를 나타낸다 측

정값의 실온 평균은 283이고 계산값의 실온 평균은 276로 평균값이 차이

는 07이다 계산값이 실측치에 해 2의 오차를 보이고 있다

표 5는 증발잠열을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 자연실온 비교로서

보다 정량 인 계산을 해서는 증발잠열을 고려해야함을 알 수 있다 구조체

의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기 발생량이 많은 경우 증발잠

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 50: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 34 -

열의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 16 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

외기 계산값 측정값

수증기량[g]

8월 29일 9월 4일

그림 16은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 273 g이고 계

산값의 평균값은 300 g이다 평균값이 차이는 27 g정도로 계산값이 측

정값에 해 10의 오차를 보이고 있다

표 6 평균 수증기량 비교

비 고 평균수증기량[g]] 측정값-계산값 오차[]

외기 수증기량 168

실내 수증기량 측정값 273

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려하지 않음)

170 103 38

실내 수증기량 계산값 (수증기 발생량을 고려)

300 27 10

표 6은 실내 수증기 발생량을 고려한 모델과 고려하지 않은 모델의 평균 실

내 수증기량 비교로서 보다 정량 인 계산을 해서는 수증기 발생량을 고려

해야함을 알 수 있다 구조체의 흡middot방습량 외에 거주자의 활동으로 인한 수증기

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 51: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 35 -

발생량이 많은 경우 수증기 발생량의 고려는 더 필수 이라 할 수 있다

그림 17 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

20

40

60

80

100

120

외기 계산값 측정값

상대습도[]

8월 29일 9월 4일

그림 17은 분석 기간 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 측정값과 계

산값이 서로 유사한 거동을 보이고 있으며 측정값의 평균값은 976이고 계

산값의 평균값은 997이다 평균값이 차이는 21 정도로 계산값이 측정값에

해 2의 오차를 보이고 있다

이상의 결과는 건물의 자연실온 실내 수증기량 상 습도를 보다 정량

으로 계산하기 해서는 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려

해야 한다는 것을 보여주고 있다 실내 수증기 발생원으로는 구조체의 흡middot방습

에 의한 수증기 발생 뿐만 아니라 거주자의 활동이나 식물에 련되는 수증기

발생 가구 등 비품의 흡middot방습에 의한 수증기 발생등이 있으며 건물의 자연실온

과 수증기량 측을 해서는 이에 한 고려가 필수 이라고 할 수 있다

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 52: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 36 -

제 6 장 사 례 연구 (case study )

콘크리트 단일 구조체의 모델 시뮬 이션을 바탕으로 실제 사무소 건물에서

자연실온 수증기량 측에 한 시뮬 이션과 실험을 실시하 다

6 1 실험개 요

그림 18은 건물의 평면도를 나타내는데 건물은 인천 도화동에 치한 철근

콘크리트 건물로 분석을 한 상 공간의 크기는 347mtimes273mtimes234m 이

고 바닥면 은 947 이다 상 건물은 지상 5층의 건물이지만 분석을 한

상 공간은 옥탑에 치하고 북측면만 인 실에 연결되고 다른 외벽은 외기에

노출되어 있다 실험기간동안은 모델 건물은 비거주 공간이었기 때문에 거주자

의 활동이나 기기에의해 발생되는 열량이나 수증기량은 고려되지 않았다

실험은 9월 9일부터 20일까지 12일간 실시되었으며 일사량 온도 상 습도

풍속 등의 외기 기상상태가 측정되었고 모델 건물에서는 온도 상 습도 수증

기량등이 10분 간격으로 측정되었다

그림 18 건물의 평면도

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 53: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 37 -

그림 19는 모델 건물의 벽체 재료의 구성을 나타낸 것으로 인 실과 맞닿아

있는 북측면의 내벽과 바닥면 벽체에 의해 달되는 열량과 수증기량은 고려하

지 않았다 표 6은 외벽과 지붕의 벽체 재료에 한 물성치를 나타낸다

그림 19 모델 건물 벽체의 재료 구성도

표 7 모델 건물 벽체의 재료 물성치

구 분열 도율

(wmK)비열

(JkgK)도

(kg)투습율

(ng(s m Pa)두께

(m)

지 붕

모르타르 0513 900 1915 800 002

액체방수 2차

05 1000 2400 0 002

모르타르 0513 900 1915 800 002

콘크리트 16 850 2200 47 012

단열재 0025 1470 286 17 008

외벽

석재타일 0723 840 2500 69 002

콘크리트 16 850 2200 47 015

단열재 0025 1470 286 17 005

시멘트 벽돌

0733 800 2315 137 010

모르타르 0513 800 1915 800 002

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 54: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 38 -

6 2 수치해 석 과 실험결 과 의 분 석 고 찰

6 2 1 벽 체 의 수직 면 일 사 량

그림 20은 실험기간 측정한 수평면 일사량을 직산분리식을 이용하여

각 방 별 수직 벽체의 일사량으로 계산한 값을 나타낸다

그림 20 각 수직 벽체의 일사량 계산 결과

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000수평면 남측면 서측면 북측면 동측면

일사량[W]

9월 9일 9월 20일

실험기간 체 일사량의 합에 해 각 수직 벽체의 일사량 비율은 수평면

남측 서측 동측 북측의 순서로 301 218 196 179 106의 비 을

나타냈다

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 55: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 39 -

6 2 2 실내 수증기 발 생 량을 고 려 하 지 않 은 경 우

그림 21 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

그림 21은 9월 9일부터 9월 20일까지의 자연실온 분포를 나타낸다 거동에

해서는 계산값과 측정값이 서로 거의 일치하고 있지만 온도 편차가 있을을

알 수 있다 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온 평균은 258로

평균값이 차이는 1이다 계산값이 실측치에 해 4의 오차를 보이고 있다

그림 22는 실내 수증기량 분포를 나타내는데 계산값은 외기 수증기량과 거

의 일치하지만 측정값과는 큰 차이가 있는 것을 알 수 있다 이는 실내 수증기

발생량을 고려하지 않은 결과이다

그림 23은 실내 상 습도 분포를 나타내는데 상 습도를 구하기 한 실내

온도는 측정값이 아닌 시뮬 이션 값을 이용했다 실내 수증기량 분포와 마찬

가지로 실내 상 습도는 외기 상 습도 분포와 유사한 거동을 보이며 측정한

상 습도 값과 큰 차이를 보이고 있다

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 56: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 40 -

그림 22 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 23 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 57: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 41 -

6 2 3 실내 수증기 발 생 량

그림 24 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량

-3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

-3

0

3

6

9

12

9월 9일 9월 20일

수증기 발생량[gh]수증기량[g]

그림 24는 측정을 통해 얻은 실내 수증기량을 이용하여 실내 수증기 발생량

을 계산한 결과이다 측정기간동안 실내 수증기 발생량의 평균값은 129 g

h=794times 10- 6 s이다

6 2 4 실내 수증기 발 생 량을 고 려 한 경 우

그림 25는 분석 기간동안의 자연실온 분포를 나타낸다 실내 수증기 발생량

을 고려하여 계산하 으며 측정값의 실온 평균은 268이고 계산값의 실온

평균은 268로 평균값이 차이는 0로 서로 일치하는 것을 알 수 있다 표 7

은 증발 잠열을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우의 자연실온 평균값과 오차

를 나타낸다

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 58: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 42 -

그림 25 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포

0

5

10

15

20

25

30

35

외기온도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

온도[]

표 8 평균 자연실온 비교

비 고 평균온도[] 측정값-계산값 오차[]

외기온도 221

자연실온 측정값 268

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려하지 않음)

258 1 4

자연실온의 계산값 (증발잠열을 고려)

268 0 0

그림 26은 분석 기간 동안의 실내 수증기량 분포를 나타낸다 측정값과 계산

값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다 구조체로 부터 실내 공기에 달되는 수

증기량이 거의 없음을 알 수 있다

그림 27은 분석 기강 동안의 실내 상 습도 분포를 나타낸다 실내 수증기량

분포와 마찬가지로 측정값과 계산값이 서로 일치하는 것을 알 수 있다

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 59: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 43 -

그림 26 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 27 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 60: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 44 -

6 2 5 실내 수증기 발 생 량을 상 수값 으로 고 려 한 경 우

실내 수증기 발생량을 평균값인 129 gh=794times 10- 6 s로 간주하고 시

뮬 이션한 결과를 나타낸다

그림 28 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포

0

5

10

15

20

25

외기 수증기량 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

수증기량[g]

그림 28은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균 수증기량은 178g 계산값의 평균 수증기량은178g로 평균값

이 차이는 0로 서로 같고 수증기량 분포 한 거의 일치함을 알 수 있다

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 61: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 45 -

그림 29 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상 습도 분포

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100외기 상대습도 계산값 측정값

9월 9일 9월 20일

상대습도[]

그림 29은 실내 수증기 발생량을 상수값으로 간주하고 계산한 결과이며 측

정값의 평균값은 69이고 계산값의 평균값은 69이다 계산값과 측정값이 서

로 일치하는 것을 알 수 있다

의 계산 결과는 실내 수증기량과 상 습도를 측하는데 있어서 계산 과

정을 더 단순화할 수 있게 한다 즉 실내 수증기 발생원에 있어서 수증기 발생

량의 평균값만을 가지고도 실내 수증기량과 상 습도의 측이 가능 할 수 있

다 를들어 거주공간에서 거주자의 활동에 의한 평균 수증기 발생량의 데이

터를 이용하면 시간에 따른 수증기 발생량의 데이터가 없이도 실내 수증기량

과 상 습도의 측이 가능하다

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 62: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 46 -

제 7 장 결 론

본 연구에서는 수치해석 로그램을 통해 철근 콘크리트 단일 건물의 자연

실온과 수증기량 상 습도를 분석하고 모델 건물에 한 실증 실험을 통해

로그램의 타당성을 검증 하 다 이를 바탕으로 사무소 건물에서 실증 실험과

시뮬 이션을 수행하여 실제 건물에서 자연실온과 수증기량 상 습도 측을

한 용 가능성을 평가하 다

이상의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다

(1) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

실내 수증기량 상 습도는 외기 수증기량 상 습도와 유사한 거동을 보

다 이는 구조체를 통한 수증기 달보다는 환기에 의한 수증기 달이 실

내 수증기량과 상 습도를 결정하는데 주요한 인자라고 할 수 있다

(2) 건물 구조체의 흡middot 방습에 의한 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우

건물에서 실내 수증기량 상 습도 측정값과 시뮬 이션을 통해 얻은 계산

값이 큰 차이를 보 다 따라서 실내 수증기량과 상 습도를 측하기 해

서는 실내 수증기 발생량이 주요한 인자라고 할 수 있다

(3) 실내 수증기 발생량에 의한 증발 잠열량을 고려하지 않은 경우 자연실온

측정값과 계산값이 콘크리트 구조체에서 16 사무소 건물에서 1의 차

이를 보 다 증발 잠열량을 고려한 경우 콘크리트 구조체에서 07 사무

소 건물에서 0의 차이를 보 다 따라서 보다 정량 인 자연실온을 계산

하기 해서는 실내 수증기 발생량에 따른 증발잠열량을 고려해주어야 한

(4) 공극이 있는 재료의 함습량은 주변 공기의 상 습도에 의해 결정된다 즉

주변 공기의 상 습도가 증가하면 재료의 함습량은 증가하고 감소하면 함

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 63: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 47 -

습량은 감소한다 콘크리트 단일 건물에서 구조체의 흡middot방습에 의한 수증기

발생량은 평균 1045times 10- 6 s이고 사무소 건물에서는 794times 10

- 6 s

다 이 값은 기존 연구 결과값에 비해 은 값인데 이는 본 연구에서의

상 모델은 비거주 공간이기 때문이다

(5) 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 실내 수증기량은 콘크리트 단일 건물에

서 측정값과 계산값의 오차는 10 사무소 건물에서의 오차는 0 고 상

습도는 콘크리트 건물에서 2 사무소 건물에서 0 다

(6) 계산의 단순화를 해서 사무소 건물에서 실내 수증기 발생량을 평균값으

로 간주한 경우에 실내 수증기량 상 습도의 계산값과 측정값의 평균값 오

차는 0 고 서로 거의 일치하는 분포를 보 다

이와 같은 결과로 자연실온과 실내 수증기량 분포를 보다 정량 으로 측

하기 해서는 실내 수증기 발생원의 특성에 따른 발생량의 고려가 선행되어야

한다는 것을 알 수 있었다 이를 바탕으로 본 연구에서는 건물에서 자연실온

수증기량과 상 습도 측을 한 수학 모델링의 타당성을 확인하 고 사무

소 건물에서 측정값과 시뮬 이션 값의 비교 분석을 통해 실제 건물에서의

용 가능성을 알 수 있었다

본 연구에서는 비거주 공간을 실험 상으로 하 기 때문에 다양한 실내 수

증기 발생원이 존재하는 거주 공간에서의 실내 수증기량은 분석되지 않았으며

실내 수증기 발생원의 특성에 따른 정량 인 수증기 발생량 데이터가 부족한

것이 사실이다 실내 습기 문제를 해결하기 해서는 실내 수증기량에 한

측이 필수 이며 이것에 가장 큰 향을 미치는 인자인 실내 수증기 발생원에

한 보다 정량 인 데이터가 필요할 것이다

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 64: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 48 -

참고 문헌

1 서승직 친환경을 고려한 건축설비계획 2004

2 서승직 학과정 건축환경공학 일진사 2002

3 이동권 김헌 서승직 실내 수증기 발생량을 통한 자연실온 수증기량

측을 한 수치 연구 한건축학회 창립60주년 학술발표 회논문집 제 25

권 제 1호 2005

4 이동권 장월상 유경돈 서승직 건물의 자연실온 수증기량 측을 한 실

험 수치 연구 한건축학회 추계학술발표 회 논문집 제 24권 제 2호

2004

5 宇田川 光弘 空氣調和計算法 기문당 1993

6 윤성훈 건물의 자연실온 측을 한 실험 수치 연구 인하 학교 학

원 건축공학과(계획 공) 2001

7 Xiaoshu Lu Estimation of indoor moisture generation rate from

measurement in buildings Building and Environment 38 2003

8 J A Duffie W A Beckman Solar engineering of thermal processes John

Willey amp Sons 1991

9 Frank P Incrofera David P Dewit Fndamentals of Heat and Mass

Transfer John Wiley amp Sons

10 Steven C Chapra Raymond P Canale Numerical Methods for

Engineerings Mc Graw Hill

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 65: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 49 -

부록

포 트 란 로그 램 코딩

1 자연실온 계산 로그램

2 실내 수증기량 계산 로그램

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 66: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 50 -

1 자연실온 계산 로그램

REAL ISOKAIRLMMUISOWISOSISONISOEKINSKKLEIMG

REAL K1K2K3K4K5

PARAMETER (LL=17940)

DIMENSION TOUT(LL)TSOIL(LL)VEL(LL)TSKY(LL)

DIMENSION ISO(LL)ISOS(LL)ISOW(LL)ISON(LL)ISOE(LL)

DIMENSION A(LL)

OPEN(1FILE=TOUTTXT)

OPEN(11FILE=TSOILTXT)

OPEN(21FILE=VELTXT)

OPEN(31FILE=ISOTXT)

OPEN(41FILE=CISOSTXT)

OPEN(51FILE=CISOWTXT)

OPEN(61FILE=CISONTXT)

OPEN(71FILE=CISOETXT)

OPEN(111FILE=IMGDAT)

OPEN(81 FILE=RE_TEMPDAT)

OPEN(91 FILE=HTDAT )

OPEN(101 FILE=TMDAT)

OPEN(121 FILE=RE_QDAT)

DO 10 I=1LL

READ(1) TOUT(I)

READ(11) TSOIL(I)

READ(21) VEL(I)

READ(31) ISO(I)

READ(41) ISOS(I)

READ(51) ISOW(I)

READ(61) ISON(I)

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 67: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 51 -

READ(71) ISOE(I)

READ(111) A(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

RHO1=2500

CP1=840

K1=0723

DX1=002

RHO2=2200

CP2=850

K2=16

DX2=015

RHO3=286

CP3=1470

K3=0025

DX3=005

RHO4=2315

CP4=800

K4=0733

DX4=01

RHO5=1915

CP5=900

K5=0513

DX5=002

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 68: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 52 -

RHOA=11614

CPA=1007

C 천정의 물성치

CRHO1=1915

CCP1=900

CK1=0513

CDX1=002

CRHO2=2400

CCP2=1000

CK2=05

CDX2=002

CRHO3=1915

CCP3=900

CK3=0513

CDX3=002

CRHO4=2200

CCP4=850

CK4=16

CDX4=012

CRHO5=286

CCP5=1470

CK5=0025

CDX5=008

C 남측 벽체의 초기 온도

TS0=TOUT(1)+273

TS1=TOUT(1)+273

TS2=TOUT(1)+273

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 69: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 53 -

TS3=TOUT(1)+273

TS4=TOUT(1)+273

TS5=TOUT(1)+273

C 서측 벽체의 초기 온도

TW0=TOUT(1)+273

TW1=TOUT(1)+273

TW2=TOUT(1)+273

TW3=TOUT(1)+273

TW4=TOUT(1)+273

TW5=TOUT(1)+273

C 동측 벽체의 초기 온도

TE0=TOUT(1)+273

TE1=TOUT(1)+273

TE2=TOUT(1)+273

TE3=TOUT(1)+273

TE4=TOUT(1)+273

TE5=TOUT(1)+273

C 천정의 초기 온도

T0=TOUT(1)+273

T1=TOUT(1)+273

T2=TOUT(1)+273

T3=TOUT(1)+273

T4=TOUT(1)+273

T5=TOUT(1)+273

TIN=0+273

DO 20 K=1LL

T=TOUT(K)+273

VE=VEL(K)

TSK=00522(TOUT(K)+273)15

SOLAR=ISO(K)

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 70: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 54 -

SOLARW=ISOW(K)

SOLARE=ISOE(K)

SOLARS=ISOS(K)

SOLARN=ISON(K)

AA=A(K)

C CONVECTION COEFFICIENT ON THE RADIATOR(HV1)

IF (VELE5) THEN

HV1=(53+36VE)1163

ELSE

HV1=(647VE078)1163

ENDIF

C REDIATION COEFFICIENT

E=0072

EC=02

SIGMA=5670E-8

HR=ESIGMA(T02+TSK2)(T0+TSK)

HRW=05ECSIGMA(TSK2+TW02)(TSK+TW0)

HRE=05ECSIGMA(TSK2+TE02)(TSK+TE0)

HRS=05ECSIGMA(TSK2+TS02)(TSK+TS0)

HRN=05ECSIGMA(TSK2+TN12)(TSK+TN1)

DT=60

TAUC=05

HV3=2ABS((T2+TS5+TW5+TE5)4-TIN)025

C 남측벽체

TS0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARS+HV1(T-TS0)+HRS

amp (TSK-TS0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TS1-TS0)+TS0

TS1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TS2-TS1)

amp -K1DX1(TS1-TS0))+TS1

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 71: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 55 -

TS2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TS3-TS2)

amp -K2DX2(TS2-TS1))+TS2

TS3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TS4-TS3)

amp -K3DX3(TS3-TS2))+TS3

TS4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TS5-TS4)

amp -K4DX4(TS4-TS3))+TS4

TS5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TS5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TS4-TS5)+TS5

C 서측벽체

T W 0 = 2 D T ( C P 1 R H O 1 D X 1 ) ( T A U C S O L A R W +

HV1(T-TW0)+HRW(TSK-TW0))

amp +2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TW1-TW0)+TW0

TW1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TW2-TW1)

amp -K1DX1(TW1-TW0))+TW1

TW2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TW3-TW2)

amp -K2DX2(TW2-TW1))+TW2

TW3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TW4-TW3)

amp -K3DX3(TW3-TW2))+TW3

TW4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TW5-TW4)

amp -K4DX4(TW4-TW3))+TW4

TW5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TW5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TW4-TW5)+TW5

C 동측벽체

TE0=2DT(CP1RHO1DX1)(TAUCSOLARE+HV1(T-TE0)+

amp RE(TSK-TE0))+2K1DT(CP1RHO1(DX12))(TE1-TE0)+TE0

TE1=2DT(CP1RHO1DX1+CP2RHO2DX2)(K2DX2(TE2-TE1)

amp -K1DX1(TE1-TE0))+TE1

TE2=2DT(CP2RHO2DX2+CP3RHO3DX3)(K3DX3(TE3-TE2)

amp -K2DX2(TE2-TE1))+TE2

TE3=2DT(CP3RHO3DX3+CP4RHO4DX4)(K4DX4(TE4-TE3)

amp -K3DX3(TE3-TE2))+TE3

TE4=2DT(CP4RHO4DX4+CP5RHO5DX5)(K5DX5(TE5-TE4)

amp -K4DX4(TE4-TE3))+TE4

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 72: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 56 -

TE5=2DT(CP5RHO5DX5)(HV3(TIN-TE5))

amp +2K5DT(CP5RHO5(DX5)2)(TE4-TE5)+TE5

C 천정

T0=2DT(CCP1CRHO1CDX1)(TAUCSOLAR+HV1(T-T0)+HR

amp (TSK-T0))+2CK1DT(CCP1CRHO1(CDX12))(T1-T0)+T0

T1=2DT(CCP1CRHO1CDX1+CCP2CRHO2CDX2)(CK2CDX2(T2-T1)

amp -CK1CDX1(T1-T0))+T1

T2=2DT(CCP2CRHO2CDX2+CCP3CRHO3CDX3)(CK3CDX3(T3-T2)

amp -CK2CDX2(T2-T1))+T2

T3=2DT(CCP3CRHO3CDX3+CCP4CRHO4CDX4)(CK4CDX4(T4-T3)

amp -CK3CDX3(T3-T2))+T3

T4=2DT(CCP4CRHO4CDX4+CCP5CRHO5CDX5)(CK5CDX5(T5-T4)

amp -CK4CDX4(T4-T3))+T4

T5=2DT(CCP5CRHO5CDX5)(HV3(TIN-T5))

amp +2CK5DT(CCP5CRHO5(CDX5)2)(T4-T5)+T5

Q1=053600LEWEHE(T-TIN)CPARHOA

Q2=HV3(LEHE(TE5-TIN)+LEHE(TW5-TIN)+WEHE

amp (TS5-TIN)+LEWE(T5-TIN))

Q3=2440AA3600LEHEWE

TIN=DT(CPARHOAHEWELE)(Q1+Q2+Q3)+TIN

WRITE(101300) TIN-273

WRITE(91200) VEHV1HV3

IF (MOD(K10)EQ1) THEN

WRITE(81100) T-273T5-273TS5-273TW5-273TE5-273TIN-273

WRITE(121400) Q1Q2Q3

ELSE

GOTO 20

ENDIF

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 73: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 57 -

100 FORMAT(6F155)

200 FORMAT(3F153)

300 FORMAT(F152)

400 FORMAT(3F153)

20 CONTINUE

END

2 실내 수증기량 계산 로그램

PARAMETER(II=17940)

REAL LE

DIMENSION COUT(II)HM1(II)HM2(II)TOUT(II)AA(II)

OPEN(1 FILE=CTXT)

OPEN(11 FILE=HOUTTXT)

OPEN(21 FILE=HINTXT)

OPEN(31 FILE=TEDAT)

OPEN(41 FILE=IMGDAT)

OPEN(101 FILE=RE_CDAT)

OPEN(111 FILE=RE_RHDAT)

DO 10 I=1II

READ(1) COUT(I)

READ(11) HM1(I)

READ(21) HM2(I)

READ(31) TOUT(I)

READ(41) AA(I)

10 CONTINUE

C 실의 크기

LE=273

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 74: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 58 -

WE=347

HE=234

C 벽체의 물성치

DW1=700E-8

DW2=200E-7

DW3=0

DW4=354E-10

DW5=109E-7

C 벽체의 두께

DXW1=002

DXW2=015

DXW3=005

DXW4=01

DXW5=002

C 천정의 물성치

DC1=109E-10

DC2=0

DC3=109E-10

DC4=200E-10

DC5=0

C 천정의 두께

DXC1=002

DXC2=002

DXC3=002

DXC4=012

DXC5=008

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 75: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 59 -

C 남측 벽체의 기

WS0=COUT(1)

WS1=COUT(1)

WS2=COUT(1)

WS3=COUT(1)

WS4=COUT(1)

WS5=COUT(1)

C 서측 벽체의 기

WW0=COUT(1)

WW1=COUT(1)

WW2=COUT(1)

WW3=COUT(1)

WW4=COUT(1)

WW5=COUT(1)

C 동측 벽체의 기

WE0=COUT(1)

WE1=COUT(1)

WE2=COUT(1)

WE3=COUT(1)

WE4=COUT(1)

WE5=COUT(1)

C 천정의 기

WC0=COUT(1)

WC1=COUT(1)

WC2=COUT(1)

WC3=COUT(1)

WC4=COUT(1)

WC5=COUT(1)

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 76: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 60 -

CIN=10

DT=60

DO 20 I=1II

C=COUT(I)

HOUT=00003

HIN=1(751000)

T=TOUT(I)+27315

A=AA(I)

C 남측벽체의 수증기량

WS0=2DTDXW1(HOUT(C-WS0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WS0-WS1)+WS0

WS1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WS2-WS1)-

amp DW1DXW1(WS1-WS0))+WS1

WS2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WS3-WS2)-

amp DW2DXW2(WS2-WS1))+WS2

WS3=2DT(DXW3+DXW4)(DW4DXW4(WS4-WS3)

amp -DW3DXW3(WS3-WS2))+WS3

WS4=2DT(DXW4+DXW5)(DW5DXW5(WS5-WS4)-

amp DW4DXW4(WS4-WS3))+WS4

WS5=2DTDXW5(HIN(CIN-WS5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WS4-WS5)+WS5

C 서측벽체의 수증기량

WW0=2DTDXW1(HOUT(C-WW0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WW1-WW0)+WW0

WW1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WW2-WW1)-

amp DW1DXW1(WW1-WW0))+WW1

WW2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WW3-WW2)-

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 77: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 61 -

amp DW2DXW2(WW2-WW1))+WW2

WW3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WW4-WW3)-

amp DW3DXW3(WW3-WW2))+WW3

WW4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WW5-WW4)-

amp DW4DXW4(WW1-WW3))+WW4

WW5=2DTDXW5(HIN(CIN-WW5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WW4-WW5)+WW5

C 동측벽체의 수증기량

WE0=2DTDXW1(HOUT(C-WE0))+2DTDW1(DXW12)

amp (WE1-WE0)+WE0

WE1=2DT(DXW1+DXW2)(DW2DXW2(WE2-WE1)-

amp DW1DXW1(WE1-WE0))+WE1

WE2=2DT(DXW2+DXW3)(DW3DXW3(WE3-WE2)-

amp DW2DXW2(WE2-WE1))+WE2

WE3=2DT(DXW3+DXW4)(DW3DXW3(WE4-WE3)-

amp DW3DXW3(WE3-WE2))+WE3

WE4=2DT(DXW4+DXW5)(DW4DXW4(WE5-WE4)

amp -DW4DXW4(WE1-WE3))+WE4

WE5=2DTDXW5(HIN(CIN-WE5))+2DTDW5(DXW52)

amp (WE4-WE5)+WE5

C 천정의 수증기량

WC0=2DTDXC1(HOUT(C-WC0))+2DTDC1(DXC12)

amp (WC1-WC0)+WC0

WC1=2DT(DXC1+DXC2)(DC2DXC2(WC2-WC1)-

amp DC1DXC1(WC1-WC0))+WC1

WC2=2DT(DXC2+DXC3)(DC3DXC3(WC3-WC2)-

amp DC2DXC2(WC2-WC1))+WC2

WC3=2DT(DXC3+DXC4)(DC3DXC3(WC4-WC3)-

amp DC3DXC3(WC3-WC2))+WC3

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 78: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 62 -

WC4=2DT(DXC4+DXC5)(DC4DXC4(WC5-WC4)-

amp DC4DXC4(WC1-WC3))+WC4

WC5=2DTDXC5(HIN(CIN-WC5))+2DTDC5(DXC52)

amp (WC4-WC5)+WC5

AIR=053600

CM1=HIN(WEHE(CIN-WS5)+LEHE(CIN-WW5)+LEHE

amp (CINWE5)+WELE(CIN-WC5))

CM2=AIRHELEWE(C-CIN)

CM3=1293189WELEHE3600

CIN=DT(HELEWE)(CM1+CM2+CM3)+CIN

DATA C1C2C3C4C5C6C7-5674359E+363925247-9677843E-3

amp 62215701E-720747825E-9-9484024E-1341635019

DATA C8C9C10C11C12C13-58002206E+313914993

amp -48640239E-241764768E-5-14452093E-865459673

IF(TLT0) THEN

PWS=EXP(C1T+C2+C3T+C4T2+C5T3+

amp C6T4+C7ALOG(T))1000

ELSE

PWS=EXP(C8T+C9+C10T+C11T2+

amp C12T3+C13ALOG(T))1000

ENDIF

PW=CIN10008310T181000

RH=PWPWS100

IF(RHGE100) THEN

RHK=100

ELSE

RHK=RH

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45
Page 79: 건물의 자연실온 및 수증기량 예측을 위한 실험 및 수치적 연구thesis.inha.ac.kr/Lib/upload/pdf/2006-02/22041212.pdf · 적 요소로는 온도, 습도, 기류,

- 63 -

ENDIF

IF (MOD(I10)EQ1) THEN

WRITE(101100) CWS5WW5WE5WC5CM1CM2CIN

WRITE(111 200) T-27315PWSPWRHK

ELSE

GOTO 20

ENDIF

20 CONTINUE

100 FORMAT(8F153)

200 FORMAT(4F155)

END

  • 목차
    • 제 1 장 서 론
      • 11 연구 배경 및 목적
      • 12 연구 범위 및 방법
        • 제 2 장 예비적 고찰
          • 21 자연 실온
          • 22 습기의 이론적 고찰
            • 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function)
            • 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients)
            • 223 물질전달 (Mass Transfer)
                • 제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형
                  • 31 건물의 열수지 및 습기 평형
                  • 32 구조체의 열 및 습기 평형식
                  • 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식
                  • 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                    • 제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석
                      • 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험
                        • 411 실험개요
                        • 412 측정 장비
                        • 413 모델 건물
                          • 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석
                            • 421 비정상 자연실온 해석
                            • 422 비정상 수증기량 해석
                            • 423 수치해석 기본가정
                                • 제 5 장 시뮬레이션 결과 분석
                                  • 51 수치해석과 실험결과 분석
                                    • 511 벽체의 수직면 전 일사량
                                    • 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                    • 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량
                                    • 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                        • 제 6 장 사례 연구 (case study)
                                          • 61 실험개요
                                          • 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰
                                            • 621 벽체의 수직면 전 일사량
                                            • 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우
                                            • 623 실내 수증기 발생량
                                            • 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우
                                            • 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우
                                                • 제 7 장 결 론
                                                • 참고문헌
                                                • 부록
                                                  • 표목차
                                                    • [표 1] 콘크리트 재료의 함습량
                                                    • [표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수
                                                    • [표 4] 건물의 물성치
                                                    • [표 5] 평균 자연실온 비교
                                                    • [표 6] 평균 수증기량 비교
                                                    • [표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치
                                                    • [표 8] 평균 자연실온 비교
                                                      • 그림목차
                                                        • [그림 1] 연구의 전체 흐름도
                                                        • [그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하
                                                        • [그림 3] 연중 냉방도일 난방도일
                                                        • [그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량
                                                        • [그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달
                                                        • [그림 6] 물의 열 및 습기 수지
                                                        • [그림 7] 모델 건물
                                                        • [그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델
                                                        • [그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델
                                                        • [그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 18] 건물의 평면도
                                                        • [그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도
                                                        • [그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과
                                                        • [그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량
                                                        • [그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포
                                                        • [그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                        • [그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포
                                                        • [그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포
                                                            • 목차제 1 장 서 론 1 11 연구 배경 및 목적 1 12 연구 범위 및 방법 2제 2 장 예비적 고찰 5 21 자연 실온 5 22 습기의 이론적 고찰 6 221 재료의 흡middot방습 기능 (Moisture Storage Function) 6 222 수분 전달계수 (Liquid Transport Coefficients) 8 223 물질전달 (Mass Transfer) 9제 3 장 구조체 및 실내공기의 열 및 습기 평형 13 31 건물의 열수지 및 습기 평형 13 32 구조체의 열 및 습기 평형식 14 33 실내 공기의 열 및 습기 평형식 16 34 재료의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 17제 4 장 측정 실험 및 자연실온과 수증기량 해석 19 41 자연실온 및 수증기량 측정 실험 19 411 실험개요 19 412 측정 장비 20 413 모델 건물 20 42 비정상 자연실온 및 수증기량 해석 20 421 비정상 자연실온 해석 20 422 비정상 수증기량 해석 23 423 수치해석 기본가정 25제 5 장 시뮬레이션 결과 분석 27 51 수치해석과 실험결과 분석 27 511 벽체의 수직면 전 일사량 27 512 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 28 513 구조체의 흡middot방습에 의한 실내 수증기 발생량 31 514 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 32제 6 장 사례 연구 (case study) 36 61 실험개요 36 62 수치해석과 실험결과의 분석 및 고찰 38 621 벽체의 수직면 전 일사량 38 622 실내 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 39 623 실내 수증기 발생량 41 624 실내 수증기 발생량을 고려한 경우 41 625 실내 수증기 발생량을 상수값으로 고려한 경우 44제 7 장 결 론 46참고문헌 48부록 49 표목차[표 1] 콘크리트 재료의 함습량 7[표 2] 흡입에 의한 수분 전달 계수 9[표 3] 확산에 의한 수분 전달 계수 9[표 4] 건물의 물성치 21[표 5] 평균 자연실온 비교 33[표 6] 평균 수증기량 비교 34[표 7] 모델 건물 벽체의 재료 및 물성치 37[표 8] 평균 자연실온 비교 42그림목차[그림 1] 연구의 전체 흐름도 4[그림 2] 자연실온과 난방 냉방부하 5[그림 3] 연중 냉방도일 난방도일 6[그림 4] 상대습도에 따른 재료의 함습량 7[그림 5] 혼합기체에서 확산에 의한 물질전달 10[그림 6] 물의 열 및 습기 수지 14[그림 7] 모델 건물 20[그림 8] 다층벽의 열수지 차분계산 모델 21[그림 9] 다층벽의 습기평형 차분계산 모델 24[그림 10] 각 수직벽체의 전일사량 계산 결과 28[그림 11] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 29[그림 12] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 30[그림 13] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 31[그림 14] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 32[그림 15] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 33[그림 16] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 34[그림 17] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 35[그림 18] 건물의 평면도 36[그림 19] 모델 건물 벽체의 재료 구성도 37[그림 20] 각 수직 벽체의 전일사량 계산 결과 38[그림 21] 증발잠열을 고려하지 않은 경우 자연실온 분포 39[그림 22] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 수증기량 분포 40[그림 23] 수증기 발생량을 고려하지 않은 경우 실내 상대습도 분포 40[그림 24] 측정한 실내 수증기량과 계산된 실내 수증기 발생량 41[그림 25] 증발잠열을 고려한 경우 자연실온 분포 42[그림 26] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 수증기량 분포 43[그림 27] 수증기 발생을 고려한 경우 실내 상대습도 분포 43[그림 28] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 수증기량 분포 44[그림 29] 수증기 발생량을 평균값으로 고려한 경우 실내 상대습도 분포 45