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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 정재원
- 발행연도
- 2013
- 저작권
- 세종대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수3
이 논문의 연구 히스토리 (5)
2013
2012
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현재 국내외에서 기존의 정형화된 건물의 형태를 벗어나 외피의 및 구조의 형식에서 파격적인 자유를 추구하는 비정형 건축물(free-form architecture)의 사례가 증가하고 있다. 또한, 전 세계적으로 건물분야에서의 에너지소비 절감 및 탄소배출 저감이 매우 시급한 문제로 떠오르면서 설계초기단계부터 건물의 신속한 에너지성능 예측 및 최적화가 요구되고 있다. 하지만 비정형건물(free-form building)의 경우 자유로운 곡면으로 이루어진 외피로 인하여 건물에너지 해석에 기본이 되는 면적, 체적과 같은 형상정보 파악에 어려움이 있으며 이는 정형건물의 에너지 해석보다 많은 시간과 노력이 필요함을 의미하며 에너지 해석 정보를 초기 형상설계부터 반영하는 것은 매우 제한적이다.
이에 본 논문에서는 비정형건물의 초기 형상설계단계에서 손쉽게 외피를 통한 열 손실, 열 획득 및 일사부하를 예측할 수 있는 열부하 예측 모델과, 신속하게 외피의 열 성능을 평가하여 에너지 절약적인 비정형건물의 외피설계에 반영 할 수 있는 외피 열성능 최적화 방안을 제안하고자 한다.
열 부하 예측 모델을 개발하기 위해 우선, 건물의 열부하에 영향을 미치는 설계변수 중 설계초기단계에 고려되는 설계변수를 선정하고, 국내 에너지절약 설계 기준을 고려한 기준건물과 앞 서 선정한 설계변수를 실험계획법(design of experiments)으로 조합하여 얻은 임의의 비정형건물의 열 부하를 Trnsys 16을 이용하여 계산하였다. 여기서 얻어진 설계변수와 기준건물 대비 열 부하 변화율의 관계를 분석하여 회귀분석 모델(regression model)로 제시하였다.
또한, 초기설계단계 NURBS 기반 3D설계 프로그램인 Rhino를 사용하여 매개변수 설계법(parametric design merhod)을 이용한 비정형건물을 설계할 때, 형상설계에 사용한 매개변수(parameter)를 유전자(gene)로 정의하고, 열부하 예측모델을 목적함수로 사용하는 유전자 알고리즘(genetic algorithm)기반 외피 최적화 프로세스를 제시하였으며, 본 프로세스를 임의의 매개변수 비정형건물(parametric free-form building)의 최적화에 사용하여 적용성을 평가하였다.
본 연구에서 제안 한 열 부하 예측 모델과 외피최적화 프로세스를 이용하면 설계 초기단계에 신속하게 외피 형상변화에 따른 건물의 열부하변화를 실시간으로 예측하고 그 결과를 최적화에 반영하여 에너지 절약적인 비정형건물을 설계할 수 있다.
이에 본 논문에서는 비정형건물의 초기 형상설계단계에서 손쉽게 외피를 통한 열 손실, 열 획득 및 일사부하를 예측할 수 있는 열부하 예측 모델과, 신속하게 외피의 열 성능을 평가하여 에너지 절약적인 비정형건물의 외피설계에 반영 할 수 있는 외피 열성능 최적화 방안을 제안하고자 한다.
열 부하 예측 모델을 개발하기 위해 우선, 건물의 열부하에 영향을 미치는 설계변수 중 설계초기단계에 고려되는 설계변수를 선정하고, 국내 에너지절약 설계 기준을 고려한 기준건물과 앞 서 선정한 설계변수를 실험계획법(design of experiments)으로 조합하여 얻은 임의의 비정형건물의 열 부하를 Trnsys 16을 이용하여 계산하였다. 여기서 얻어진 설계변수와 기준건물 대비 열 부하 변화율의 관계를 분석하여 회귀분석 모델(regression model)로 제시하였다.
또한, 초기설계단계 NURBS 기반 3D설계 프로그램인 Rhino를 사용하여 매개변수 설계법(parametric design merhod)을 이용한 비정형건물을 설계할 때, 형상설계에 사용한 매개변수(parameter)를 유전자(gene)로 정의하고, 열부하 예측모델을 목적함수로 사용하는 유전자 알고리즘(genetic algorithm)기반 외피 최적화 프로세스를 제시하였으며, 본 프로세스를 임의의 매개변수 비정형건물(parametric free-form building)의 최적화에 사용하여 적용성을 평가하였다.
본 연구에서 제안 한 열 부하 예측 모델과 외피최적화 프로세스를 이용하면 설계 초기단계에 신속하게 외피 형상변화에 따른 건물의 열부하변화를 실시간으로 예측하고 그 결과를 최적화에 반영하여 에너지 절약적인 비정형건물을 설계할 수 있다.
목차
1장 서론 11. 연구의 배경 및 목적 12. 연구의 방법 23. 논문의 구성 32장 문헌고찰 41. 건물의 열부하에 영향을 미치는 변수 42. 관련연구 동향 73장 비정형건물의 열부하 예측모델 개발1 비정형건물의 열성능 관련 설계변수 91.1 제어 불가능한 변수 91.2 제어 가능한 변수 102 열부하 예측 모델의 형식 133 건물 모델링 및 시뮬레이션 153.1 기준건물 모델링 153.2 비정형건물 모델링 174 비정형건물의 열부하 예측 모델 도출 214.1 외피열손실부하 변화율 예측 모델 214.2 외피열획득부하 변화율 예측 모델 234.3 일사열획득부하 변화율 예측 모델 255 열부하 특성 예측 모델 검증 285.1 대상건물 285.2 건물 형상정보 변환과정 305.2.1 기하학적 형상정보 추출 315.2.2 방위기준 및 범위 345.2.3 외피의 형상관련 설계변수 365.2.4 외피의 물리적 특성관련 설계변수 375.3 TRNSYS 16을 이용한 모델 검증 386. 열부하 예측 글로벌 모델 개발 426.1 실험계획법을 이용한 비정형건물 모델링 446.2 기후의 영향 466.3 외피열손실부하 변화율 글로벌 모델 496.4 외피열획득부하 변화율 글로벌 모델 516.5 일사열획득부하 변화율 글로벌 모델 536.6 모델 검증 567. 소결 614장. 비정형건물의 외피형상 최적화 621. 비정형건물 설계 및 열성능 평가 621.1 매개변수 설계법 621.2 비정형건물 생성 631.3 열부하 성능 평가 및 최적화과정 662. 유전자알고리즘 기반 매개변수 최적화 682.1 최적화 과정 682.2 목적함수 702.3 가중치부여 방법 712.4 최적화 수행 733. 최적화 결과 753.1 서울지역의 대상건물 최적화 결과 753.2 우리나라 주요도시에 대한 최적화 결과 774. 글로벌 기후 외피최적화 804.1 비정형건물 설계 및 유전자정보 804.2 글로벌 모델 가중치 분석 834.3 최적화 수행 및 결과 865. 소결 945장. 결론1. 연구의 결과 95
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