본 논문에서는 모바일 환경에서 원격으로 창호시스템을 감시하고 제어하기 위한 새로운 관제시스템을 개발한다. 이를 위해 창호개폐기, 게이트웨이, 관제서버 시스템을 각각 설계 구현한다. 여기서 창호개폐기는 개폐를 위해 직류모터를 이용한 구동장치와 상태정보를 모니터링하고 개폐제어 정보를 전송하는 모션제어장치로 구성된다. 게이트웨이는 창호의 현재 상태정보와 제어정보를 전송하기 위한 유 무선 통신 인터페이스로 TCP/IP와 CDMA 프로토콜을 지원한다. 또한 관제서버는 창호 제어정보의 저장과 처리를 위한 프로그램, 다양한 상태메시지의 처리를 지원하기 위한 미들웨어, 그리고 개폐 상태를 감시하여 시스템을 원격제어하기 위한 DB로 구성된다. 특히 스마트폰과 같은 모바일환경을 지원하는 응용소프트웨어와 웹기반 사용자 인터페이스도 함께 개발되었다. PC 및 스마트폰 기반 개발된 창호 시스템의 시작품을 대상으로 동작성능, 환경영향, 구동 내구성, 그리고 동작오율 각각을 2개의 공인기관에서 시험한 결과, 우수한 성능이 있음을 확인하였다.
본 논문은 방범과 쾌적한 실내 환경 유지를 위한 창호의 상태와 실내외 환경데이터를 수집 분석하여 원격관리하기 위한 스마트 창호시스템 플랫폼을 제안한다. 특히 보안 분야, 안전 분야, 가전기기 제어와 같은 홈서비스를 용이하게 하기 위한 스마트 창호 플랫폼과 스마트 홈 플랫폼 사이 표준 API를 제안한다. 제안된 플랫폼 기반으로 언제 어디에서나 방범 및 환기 등의 문제를 해결할 수 있는 원격 자동개폐 및 감시를 위한 유무선 통신인터페이스의 창호시스템 전용 게이트웨이를 개발하였다. 또한 모바일 환경에서 창호의 개폐 상태 감시 및 원격제어를 위한 웹과 앱 기반 사용자 인터페이스도 각각 개발하였다.
공동주택에서 태양광발전(PV)을 통한 세대 전기에너지 이용은 모듈 설치 면적의 제약으로 인해 전 세대를 대상으로 활용하기에 현실적으로 어려움이 있다. 특히 남향이나 남동, 남서향으로 위치한 거실 창호를 활용하는 경우에도 결정질 실리콘(crystalline silicon) 태양전지 셀로 인한 실내 음영문제 등으로 건물통합형 태양광발전(BIPV) 시스템의 가시성을 확보하는데 한계가 있다. 따라서 이런 문제점을 극복하고자 투광형 비정질실리콘(amorphous silicon) 태양전지를 이용한 발코니창호/커튼월 BIPV 시스템을 구축하고, 테스트베드를 통한 적용성 평가 검증을 수행하였다. 테스트베드는 KCC 중앙연구소 1층 외부 측창에 결정질 BIPV 모듈(A2PEAK 사(社), 최대 출력 210 Wp, W 2,000 mm ${\times}$ H 1,066 mm)과 10% 및 30% 투광형 비정질 BIPV 모듈(Sharp 사(社) See Through type, 최대 출력 135 Wp/123 Wp, W 1,930 mm ${\times}$ H 1,180 mm)을 각각 설치(남서 $30^{\circ}$, 수직 $90^{\circ}$)하여, 2009년 5월에서 8월 사이 4개월에 걸친 모니터링을 통해 실제 발전량 데이터를 확보, 시스템에 대한 분석을 진행하였다. 분석 결과, 설치용량당 일평균 발전량은 결정질형이 1.46 kWh/kWp, 10% 투광형은 1.10 kWh/kWp, 30% 투광형은 0.73 kWh/kWp을 나타내었다. 10% 투광형과 30% 투광형의 모듈 성능 차이는 크지 않으나 발전량에 있어서는 큰 차이를 보였고, 10% 투광형의 설치용량당 일평균 발전량은 경정질형의 75.2% 수준으로 투광형 비정질실리콘 BIPV 시스템의 창호 적용 가능성을 확인하였다. 특히 세대 거실 창호를 통한 가시성 확보는 기존 결정질 BIPV 창호의 단점을 개선하였다. 건자재 일체화로 구축된 가시성확보 BIPV시스템 창호는 단위 세대별 적용이 쉽고, 공동주택에서 PV 시스템의 설치면적을 극대화시키므로 향후 Zero Energy 공동주택 구축에도 활용성이 클 것으로 기대된다.
본 연구에서는 전열해석 프로그램인 피지벨(PHYSIBEL)을 사용하여 블라인드 내장형 창호시스템의 일사차단성능 및 단열성능에 따른 에너지 성능을 평가하였다. 피지벨 해석시 창호별 구성 재료의 열적특성과 해석조건을 결정하기 위해서 Mock-up시험을 실시하였으며, 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 결과를 바탕으로 공동주택 기준층 1개 세대(33평형)를 대상으로 연간에너지 소비특성, 연간전열량, 연간 냉난방 비용을 분석하였다. 실험결과, 연간전열량은 일반 창호시스템 대비 블라인드 내장형 창호시스템에서 블라인드를 올린 경우 냉방시 10%, 난방시 11% 절감할 수 있으며, 블라인드를 내린 경우 냉방시 25%, 난방시 30%정도를 절감할 수 있는 것으로 나타났다. 블라인드 내장형 창호시스템의 냉 난방 부하 절감량은 일반 창호시스템에 비해 냉방시 283.3KWh, 난방시 76.3KWh 로 냉 난방 에너지 절감효과는 단위세대당 359.6KWh 절감시킬 수 있는 것으로 나타났으며, 이것은 단위세대당 연간 에너지원단위(TOE) 약 0.078toe, 이산화탄소톤($tCO_2$) $0.16tCO_2$을 절감시킬 수 있어 온실가스 저감에도 유리할 것으로 판단된다. 또한, 블라인드 내장형 창호시스템의 냉 난방비용 절감액은 일반창호시스템과 비교하여 연간 냉방비용 10만원, 난방비용 5만원으로 연간 냉 난방 비용을 약 15만원 정도 절감시킬 수 있는 것으로 나타났다.
공동주택에서 2025년 정부가 추진하고 있는 Zero Energy 건축물 구현과 친환경에 대한 탄소배출 저감 문제로 재생에너지 생산시스템의 추가 적용은 반드시 필요하다. 따라서 공동주택 적용 및 활용성을 높일 수 있는 BIPV시스템 개발을 통하여 설치면적 확보와 세대 활용성을 높일 수 있도록 하는 것이 필요하다. 특히 거실 창호의 경우 주방향이 남향, 남동 또는 남서향으로 배치되어 태양광을 적용하기에 적합한 특성을 가지고 있다. 그러나 창호는 건물외피의 역할과 재실자가 조망과 정보취득을 얻을 수 있는 중요한 통로가 되기 때문에 단열 문제나 시야 차폐의 문제는 발생하지는 않도록 하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 a-si타입 모듈 2개를 10% 투과율로 Bsck Coating 색상을 달리한 모듈과 c-si BIPV 모듈을 커튼월 창호시스템으로 개발, 일반 2중 창호시스템과 비교 평가를 위해 실제 Test bed 건물에 시공하여 시환경 및 실내 창측면 온도변화 측정 분석을 진행하였다. 현재 국내외 출시되고 있는 a-si see through 모듈은 10~30%의 투과율로 창 마감재로 대체가 가능하나 건축 환경(시환경,열환경)에 대한 분석은 전무한 상태이다. 본 연구에서는 시환경과 창유리면의 열 부하, 자외선, 적외선 차폐 및 가시광선의 투과율에 대한 평가와 Back Coating에 따른 색온도 평가를 통해서 a-si BIPV의 공동주택 세대 발코니 창호 적합성에 대한 검토를 진행하였다. 연구결과는 아래와 같다. ${\bullet}$ 실내조도는 청천공 정오기준 가시성 확보 모듈의 경우 2,300 ~ 3,500lx를 나타내고 있어 대비 현상이나 창측의 급격한 조도 변화가 적은 시환경 구축이 가능 ${\bullet}$ 12시경 휘도는 창측면, 실내 벽체, 코너 바닥면을 대상으로 a-si BIPV 모듈을 적용한 경우 휘도비가 12:1로 KS나 IESNA의 광원과 근접면의 비 20:1 범위에 모두 존재, 적합한 것으로 분석되었으나 c-si의 경우는 그림자로 인한 대비 현상이 발생, 작업 시환경 문제 발생. ${\bullet}$ 이중시스템 창호와 비교하여 단열 성능 떨어짐. 발전시간대 창유리 면 온도 상승 으로 하절기 냉방부하 증가. ${\bullet}$ 자외선은 100% 가까이 차단, 적외선은 13~42%만 투과되고 가시광선은 13% 투과율을 나타내어 일반 창에 칼라 코팅을 적용하는 것과 유사한 경향을 나타냄.
최근 한스타일이 추진되면서 한옥을 현대화 및 산업화하려는 노력과 기대가 커지고 있다. 이에 따라 정부 주도로 관련 기술 개발을 위한 대규모 장기 연구개발 사업이 진행 중이며, 건축정보모델링 기반 한옥 설계 지원 시스템 개발도 세부 과제 중 하나로 포함되어 있다. 그러나, 이러한 한옥 설계 지원 시스템에서는 한옥의 골조 및 지붕 등 구조 요소에 주안점을 두어 한국 전통건축의 주요 수장 요소 중 하나인 창호가 소흘하게 다루어지고 있다. 따라서 이 연구는 다양한 한옥 요소가 현대 건물에 통합 적용될 수 있도록 하는 접근으로서 한옥 창호의 건축정보모델링 기반 설계 도구를 개발하고자 한다. 이를 위하여 이 연구는 우선 한옥 창호의 위치, 개폐방식, 양식 및 부재 구성 등의 특성을 분석하고 아키캐드 시스템의 변수형 모델링 기능을 활용한 한옥 창호 설계 도구를 개발한다. 개발된 한옥 창호 설계 도구는 실내외구분, 살문양선택, 개폐방식 선택, 치수입력, 재료속성 선택, 도면속성 등 6가지 입력 항목을 포함함으로써 설계 과정에서 원활하게 원하는 창호를 설계할 수 있도록 하였다. 그리고 모의실험을 통하여 개발된 설계도구의 적용성과 효율성을 검증함으로써 한옥 창호를 현대 건물 설계에 손쉽게 적용함과 아울러 향후 한옥 통합 설계 시스템 개발의 가능성을 제시하였다.
현재 우리나라의 중소창호업계는 글레이징과 창프레임 제조가 별도의 산업체로 분리되어 있다. 그러나, 창호에너지소비효율 등급제와 건물의 에너지절약설계기준에 따르면, 창호의 열관류율 기준은 글레이징과 창프레임을 일체화시킨 창세트에 의해 정의된다. 대부분의 창호제조 중소업체는 글레이징과 프레임부분을 통합하는 생산체계를 갖추지 못하고 있으며, 대부분의 공사현장에서 창호는 별도로 납품된 유리와 프레임을 설치하는 방식으로 시공된다. 이러한 현실과 제도를 연결할 수 있는 연구가 필요하다. 본 연구에서는 우선 창호에너지소비효율등급제의 현장상황을 조사 분석하였다. 그 결과, 창호에너지소비효율 등급제에 대한 이해도는 전반적으로 높았으나, 만족도는 낮았으며, 공사현장에서는 공장제조된 일체화된 시스템의 창호가 아니라 현장조립에 의한 창호를 사용하는 것이 일반적으로, 현재의 등급제가 현장에서 잘 적용된다고 확신하지 못하는 상황이었다. 따라서, '창호에너지소비효율등급제'는 산업현장의 현실성을 돌이켜보고, 이론적으로 치우칠 것이 아니라, 현실적인 대안을 제시해야 한다.
Importation of mass production of building elements with standardization are vital way for environment-friendly architectural planning, which it makes the lifespan of a building longer than normal with easier maintenance and remodeling. The advantage might be magnified here in Korea since typical types of apartment house are dominated in our construction market. For the purpose, a series of pre-manufactured window systems is one of the optimal elements to be prototype building modules. In the design process of the system windows, lots of consideration should be involved and they include aesthetics, thermal performance, noise reduction, airtightness, and so forth. A real survey on the ready-made window systems has been performed and its optical issue related to luminous peculiarity is what is of major interest in this study. In addition, technical review on more advanced window products and their adaptable potential for the integration with fundamental architectural design elements were carried out.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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