많은 건축 적용 분야에서는 태양 복사가 가까이 있는 건물과 상호 작용하는 방법이 점유자의 쾌적성과 구조 또는 공간의 전반적인 에너지 효율성에 크게 영향을 줍니다.
Autodesk CFD의 외부 태양열은 구조에 좋지 않은 영향을 미치는 태양열 효과를 시뮬레이션하고, 인접한 구조 사이의 그림자를 계산합니다. 작업 유체(일반적으로 공기)를 포함하려면 장면 주위에 주변 공기 볼륨이 필요합니다.
모델링 지침
객체의 태양열을 제대로 계산하려면 해당 객체가 환경을 나타내는 더 큰 볼륨으로 완전히 둘러싸여야 합니다. 지면을 나타내는 볼륨을 모형에 포함할 수도 있지만, 필요하지 않습니다. 두 영역(환경과 지면)의 용도는 객체와 해당 주변 사이의 반사 및 방출된 방사열 전달 효과를 적절하게 시뮬레이션하는 것입니다. 태양열 모형에서 이러한 두 요소를 통해 지면으로 및 지면에서 간접 일조 플럭스와 복사 에너지 손실 및/또는 증가를 적절하게 시뮬레이션할 수 있습니다.
지면 볼륨의 두께는 약 1미터이어야 합니다. 두께는 며칠 간에 걸친 주간 가열을 연구하는 경우에만 중요하며, 이 경우 지면의 열 관성을 계산하는 데 필요합니다. 지면 부품은 연구한 객체보다 약 20배가 더 넓어야 합니다.
환경 볼륨의 쉐이프는 중요하지 않으며, 반구 또는 큐브가 선택하기에 가장 편리합니다. 환경 볼륨은 해석 모델에서 객체의 높이보다 최소한 10배 이상 확장해야 합니다. 더 작은 환경을 사용할 수 있지만, 자연 대류를 분석하는 경우 작은 체적은 부력 유도 흐름에 영향을 주어 복잡해질 수 있습니다. 또한 주간 가열을 분석하는 경우 객체에 너무 가까운 차가운 천공 온도가 전도를 통해 객체를 인위적으로 냉각시킵니다.
태양의 동작은 고도 및 동-서(방위각 각도) 방향의 함수이므로 3D 형상만 일조 해석에서 지원됩니다. 태양 에너지 플럭스는 3D 공간의 함수이므로 Autodesk® CFD는 이 에너지를 2D 모형의 동일한 에너지 부하로 변환하지 않습니다. 예를 들어 Y축에서 축대칭인 모형의 경우 태양열 입력은 이 객체의 한쪽에만 있습니다. 태양열은 본래 비대칭 특성이 있으므로, 이 경우 Y축을 중심으로 대칭 조건과 충돌합니다.
그림자는 태양열 모형에 의해 계산되므로 해석 모형에서 객체의 상대적 위치가 중요합니다. 객체가 다른 객체의 일조 플럭스를 부분적으로 또는 완전히 차단하는 경우 차단된 해당 객체에 그림자가 적용됩니다. 그러한 객체는 여전히 천공, 지면 및 주변 객체에서 수신하는 간접 복사 열 플럭스의 영향을 받습니다.
시뮬레이션 설정
지면과 천공에 대한 온도 경계 조건 및 방사율 값을 지정해야 합니다.
지면 온도는 지구에서의 위치에 따라 다르므로, 지면 볼륨의 외부 표면에 지정해야 합니다. 지면의 방사율을 지면 재료의 특성으로 지정해야 합니다. 이 값은 재료 유형에 따라 달라집니다. 예를 들어 잔디 표면에 약 0.3의 방사율이 있을 수 있지만, 아스팔트에는 약 0.8의 방사율이 있을 수 있습니다. 공항 타맥과 같은 흰색 표면은 반사율이 매우 높으므로 아주 낮은 방사율 값을 가질 수 있습니다.
천공 복사 온도를 돔 외부 표면에 적용합니다. 일반적으로 이 온도는 대략 0~30°C 사이의 좁은 범위에 속합니다. 이 온도는 공기 온도가 아닙니다. 낮 동안에는 천공 온도가 거의 주변 온도와 비슷합니다. 하지만 밤에는 천공 온도가 약 0C까지 떨어집니다. 따뜻한 기후에서 매우 흐린 밤에는 천공 온도가 이보다 더 따뜻할 수 있습니다. 냉대 기후에서 맑게 개인 밤에는 천공 온도가 -15C까지 내려갈 수 있습니다.
구름의 양과 앰비언트 라이트의 양은 천공에서 반사되고 다시 지구로 반사되는(알베도) 복사 에너지 양에 영향을 줍니다. 공기에 지정된 방사율 값을 사용하여 천공의 방사율(및 반사도)을 제어합니다. 방사율은 반사 에너지 양(반사 = 1-방사율)을 제어합니다.
- 구름이 거의 없거나 전혀 없는 맑은 하늘은 흐린 하늘보다 방사율 값이 높습니다(반사도는 낮음).
- 밤에는 맑은 하늘의 방사율이 1만큼 높지만, 야간의 천공의 온도가 낮기 때문에 차가운 방사체 역할을 합니다. 따라서 열이 다시 객체와 지면으로 방사됩니다.
- 흐린 밤하늘은 방사율이 낮으므로(높은 반사) 구름이 지면으로부터 복사 방출을 반사하여 지면의 열 손실을 제한합니다.
주간 가열을 연구하려면 천공 온도를 과도 경계 조건으로 지정하고, 환경 볼륨의 외부 표면에 자동으로 지정된 공기의 방사율을 온도 함수로 지정합니다. 낮 동안 높은 천공 온도는 낮은 방사율에 해당합니다. 밤 동안 낮은 천공 온도는 높은 방사율 값에 해당합니다.
창과 같은 투명 객체를 태양열 해석에 통합할 수 있습니다. 재료 편집기에서 투과율 특성 값을 지정합니다. 모든 부품이 태양열 해석 내부에 있으므로 투명 태양열 모형에서 투명 경계 조건을 사용해서는 안 됩니다. 이 경계 조건은 모형 외부에 있는 객체의 외부 온도를 규정하므로 일조 해석 내부에 있는 객체에 적합하지 않습니다. 태양열 부하는 지면 또는 바닥에 '핫 스폿'을 작성하는 투명 객체를 통해 전파되지 않습니다. 대신, 에너지가 투과율 특성에 정의된 대로 객체를 통과한 다음 반대 표면에서 균일하게 반사됩니다.