파라메트릭 설계를 적용한 에너지 저감형 오피스 외피 최적 설계안

김종현; 김진호

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자료유형: 학술저널

저자정보: 김종현 김진호

저널정보: 한국공간디자인학회 한국공간디자인학회 논문집 한국공간디자인학회 논문집 제15권 제1호

발행연도: 2020.1

수록면: 205 - 216 (12page)

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(연구배경 및 목적) 최근 기후변화와 자원의 고갈 등으로 인한 환경 문제는 전 세계가 당면한 심각한 문제이다. 정부는 에너지 절감 계획과 구체적인 실천방안에 대한 정책을 수립 및 추진 중이다. 특히 건축물 외피의 경우 창호 성능개선, 단열보강, 외부차양 설치 등을 통한 에너지 소비량 절감이 우선 과제로 제안되고 있다. 본 디자인에서는 고층건축물 외피 설계에 있어 전면 유리 커튼월로 사용하는 비율이 점차 증가함에 따라 외피의 열 손실로 인한 에너지 소비량을 절감하는 방안을 모색하고자 한다. 이에 따라 실시간으로 환경성능 검토가 가능한 파라메트릭 디자인을 활용하여 에너지 성능 분석을 통한 새로운 친환경 외피 설계 최적화 방안을 제안하고자 한다. (연구방법) 고층건축물이 밀집한 대상지를 선정하고, 해당 건축물의 에너지 소비량 절감을 위한 배치, 평면, 입면을 계획한다. 도출된 결과를 바탕으로 외피 모듈 조건을 분석하여 최적화된 외피 설계안을 도출한다. 이를 위해 파라메트릭 디자인 툴인 라이노 (Mcneel Rhino)와 그라스하퍼(Grasshopper 3D), 그라스하퍼의 에드온(Add-On)인 레이디벅(Ladybug) 프로그램을 활용한다. 먼저 레이디벅을 활용하여 배치, 평면, 입면에 따른 에너지 성능 분석을 통해 최적화된 매스 형태를 결정한다. 그리고 각 향의 외피와 인근 건축물의 영향이 반영된 일사량의 영역별 소비량을 파악하여 외피 최적 설계안을 제안한다. (결과) 도출된 디자인은 외피 디자인을 비롯하여 대상지에 계획하는 건축물이 가지는 문제점들에 대한 해결방안을 포함하는 설계안이다. 먼저 에너지 성능 분석을 통해 도출된 배치, 평면, 입면이 적용된 유리 커튼월 시스템을 도입하여 입면의 일사 조건별 적용 범위에 최적화된 차양계획을 적용한다. 실내가 아닌 외부차양 시스템을 활용하여 직사광선이 건축물 유리에 열전도가 되기 전에 차단 가능한 가장 효과적인 방법을 도출하였다. (결론) 본 디자인에서는 건축물의 배치, 평면, 입면 형태별 기준 모델을 바탕으로 개념설계단계에서 건축물의 에너지 효율적인 최적의 외피 설계 프로세스를 제시하였다. 더 나아가 개념설계단계에 적합한 에너지 효율적인 디자인 전략과 초기 형태 대안의 기준 모델을 기반으로 고층건축물의 에너지 효율적인 형태제안 방법론을 정립하였으며, 에너지 효율적인 건축물의 형태제안 시스템의 개발 방향을 제안한다.

(Background and Purpose) The recent environmental problems caused by climate change and the depletion of resources are serious problems facing the world. The government establishes and implements policies on energy saving plans and concrete measures. In particular, priority has been given to improving the performance of windows and doors, reinforcing insulation and installing louver system. In this design, we found that the ratio of using the outer skin as the curtain wall in the design of high-rise buildings is gradually increasing. This results in heat loss of the shell and increased energy consumption. This design utilizes parametric for real-time environmental performance review. In addition, we propose a new environmentally friendly envelope design optimization method through energy performance analysis. (Method) First, select the site where high-rise buildings are concentrated. Then plan layouts, floor plans, and elevations to reduce the energy consumption of the building. Based on the results, the condition of the shell module is analyzed to derive the optimized facade design. Utilize the parametric design tools Rhino, Grasshopper and Ladybug. we use Ladybug to analyze energy performance according to layout, plane and elevation. The resulting results determine the optimal mass. In addition, we plan the louver system the amount of insolation in each area, which reflects the facade of each incense and the influence of nearby buildings. The proposed facade is a sunshade system tha t encloses the glass curtain wall part to effectively absorb direct sunlight, providing easy temperature control inside the building. (Results) The derived design is a design plan that includes the facade design and the solution to the problems of the projected building. A glass curtain wall system with layouts, planes, and elevations derived from energy performance analysis is introduced to apply the sunshade plan optimized for the application of the solar condition of the facade. An external louver system was used to derive the most effective way to block direct sunlight before it became thermally conductive to the building glass. (Conclusions) In this design, based on the reference model for the layout, floor plan, and elevation of the building, the design process of the energy-efficient optimal facade design was presented at the conceptual design stage. Furthermore, the energy-efficient form proposal methodology of high-rise buildings is established based on the energy-efficient design strategy suitable for the conceptual design stage and the reference model of the initial form alternative. In addition, we propose the development direction of the form proposal system of energy efficient buildings.

#Parametric Design #Energy Performance Analysis #Green Architecture #Facade Design #Data-Based Design

참고문헌 (15)

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장월상 / 2014 / 커튼월 방식 업무시설의 외피 조건에 따른 냉난방에너지 성능에 관한 연구 / 한국건축친환경설비학회 논문집 8(3):97~103

Gerber, David / 2007 / Parametric Practices: Models for Design Exploration in Architecture

Yeang, K. / 1999 / The Green Skyscraper / Prestel

김동욱 / 2016 / 오피스 형상 및 입면설계지원을 위한 일조 및 에너지 성능 최적화 기법

김선덕 / 2011 / 초고층 건축물 매스형태에 따른 효용성에 관한 연구 - 표면적을 통한 에너지 이동량의 비교분석을 중심으로 - / 대한건축학회논문집 27(11):53~60

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