대부분의 AEC 응용프로그램에서 외부 벽에 부딪히고 창을 통과하는 태양 복사는 점유자 쾌적성 및 구조 또는 공간의 전반적인 에너지 효율성에 큰 영향을 줍니다.
Autodesk® CFD의 AEC 태양열은 창과 벽을 통과하는 태양열 효과를 구조에 시뮬레이션합니다. 창을 통해 들어오는 태양 복사의 광학 경로를 계산하여 점유 공간으로 들어가는 일광으로 인해 얻게 되는 열을 계산합니다. 외부 태양열과 달리 내부 표면이 유체(일반적으로 공기)와 접촉하므로 구조 주위에 돔이 필요하지 않습니다.
다음 결과 이미지에서 점유자 반대쪽에 있는 창을 통과하는 태양 복사 효과를 볼 수 있습니다. 바닥의 온도가 높은 영역은 공간으로 들어오는 태양 복사에서 기인합니다. 의자 뒤쪽의 낮은 온도는 책상과 점유자에 의해 주사된 그림자로 인한 것입니다.
이 이미지에서는 구조 외부에 차양을 추가하여 조명이 창을 통과하지 않도록 부분적으로 차단했습니다. 룸으로 들어오는 태양 에너지의 감소로 인한 바닥의 온도 범위의 차이를 확인합니다.
대조하기 위해 다음 이미지에서 시뮬레이션의 태양 복사를 비활성화했습니다. 창이 불투명한 벽으로 바뀌고 일정한 필름 계수가 모든 벽 표면에 적용되었습니다. 창을 통과하는 태양 복사로 인한 그림자 효과가 없기 때문에 바닥에서 온도가 균일합니다.
모델링 지침
점유 공간 내에서 태양열 효과를 시뮬레이션할 때 표준 모델링 실습을 따라야 합니다.
- 즉, AEC 일조 시뮬레이션에서 공기 볼륨이 있어야 합니다.
- 일반적으로 내부 객체(점유자, 가구 등)도 있습니다.
- 벽을 3D 체적으로 모델링합니다.
- 창을 3D 체적으로 모형화합니다.
차양을 포함하여 일광의 방향을 바꾸려면 체적이나 부품을 구조 외부에 추가합니다. 그러면 유체와 닿지 않지만, 태양 복사를 차단하므로 그림자를 주사합니다.
시뮬레이션 설정
재질
외부 표면에 태양 복사를 고려하려면 솔리드 재료를 외부 부품에 지정하고 투과율 특성을 수정합니다.
- 불투명한 벽, 문 및 차양의 경우 투과율 변형 방법으로 일조 벽을 선택합니다.
- 창 및 기타 투명한 표면(예: 태양광)의 경우 투과율 변형 방법으로 일조 창을 선택합니다.
SHGC 및 U-요인에 대한 값을 입력합니다. 이러한 수량은 다음과 같이 정의됩니다.
- SHGC: 일사 획득 계수로, 창, 문 또는 태양광을 통해 들어온 태양 복사의 분율입니다. 직접 전송될 수 있을 뿐만 아니라, 점유 공간 내부의 있는 열로 흡수 및 방출될 수 있습니다. SHGC 값이 낮으면 태양열이 적게 전송되고 음영이 향상됨을 나타냅니다. SHGC 등급이 낮은 제품은 태양으로부터 열 획득을 차단하여 여름에 냉방 부하를 훨씬 효율적으로 줄일 수 있습니다. SHGC 등급이 높으면 겨울에 보다 효율적인 태양열을 수집할 수 있음을 나타냅니다. 기후, 방향 및 외부 음영은 특정 창, 문 또는 태양광에 대한 최적의 SHGC를 결정합니다.
- U-요인: 창, 문 또는 태양광이 태양열 이외의 흐름을 전도하는 속도입니다. 창, 태양광 및 유리 문의 경우 U-요인이 단순히 유리나 글래이징을 의미할 수 있습니다. 하지만 NFRC U-요인은 프레임 및 스페이서 재료를 포함하여 전체 창 성능을 나타냅니다. U-요인이 낮을수록 항목의 에너지 효율이 높아집니다.
출처: http://energy.gov/energysaver/articles/energy-performance-ratings-windows-doors-and-skylights
일조 벽의 경우 U-요인만 필요합니다. 일조 창의 경우 U-요인과 SHGC 값을 모두 지정해야 합니다.
계산 중에 산출된 U-요인과 온도 차이는 솔리드의 유효 전도율을 계산하고 재료에 할당된 열 전도율 특성을 자동으로 재지정하는 데 사용됩니다.
기본 재료 라이브러리에는 시뮬레이션에서 사용하거나 고유한 일조 재료의 템플릿으로 사용할 수 있는 두 가지 일조 재료가 있습니다. 둘 다 투과율에 대해 규정된 적절한 SHGC 및 U-요인 값이 있습니다.
- 창(태양): 유리 솔리드 재료의 수정된 버전입니다. SHGC는 0.3이고, U-요인은 0.35 BTU/hr-ft2-F입니다. 이러한 값은 혼합/남쪽(지대 6-8) 기후에 설치된 주거용 이중 유리창에 대한 일반적인 값입니다.
- 벽(태양): 단열재(유리섬유) 솔리드 재료의 수정된 버전입니다. SHGC는 0이고, U-요인은 0.1 BTU/hr-ft2-F입니다. 이러한 값은 기후 지대 6-8의 유리섬유 단열재로 된 주거용 벽 구성에 대한 일반적인 값입니다.
해석 대화상자 및 태양열 대화상자
해석 대화상자에서 다음 항목을 사용으로 설정합니다.
- 열 전달
- 복사
- 자연 대류 효과를 예상하고 재료 환경 대화상자에서 변수를 사용으로 설정한 경우 중력 방향을 지정합니다.
태양열 버튼을 클릭합니다. 태양열 대화상자에서 다음 항목을 사용으로 설정합니다.
- 시뮬레이션하는 위치. 위치가 국가 및 도시 필드에 나열되지 않은 경우 수동을 선택하고 위도 및 경도를 입력합니다.
- 시뮬레이션하는 날짜 및 시간
- 모형의 방향. 시뮬레이션 모형에 표시된 축을 사용하여 이러한 방향을 정의할 수 있습니다.
- 주변 참조. 이 온도는 일조 벽 및 일조 창의 모든 외부 표면에 적용됩니다. 일조 벽 및 일조 창의 외부 표면에 적용된 필름 계수, 온도, 열 플럭스 및 총 열 플럭스와 같은 열 경계 조건은 규정된 대로 작동하며, 주변 참조 온도를 재지정합니다.
- 주변 참조의 시간 변형. 안정 상태를 선택하는 경우 단일 값을 지정합니다. 과도를 선택하는 경우 시간 곡선과 관련이 있는 시간-온도 관계를 지정합니다.
AEC 일조 결과 보기
태양열 시뮬레이션을 가장 잘 파악할 수 있는 두 개의 결과 수량은 온도 및 일조 열 플럭스입니다. Autodesk® CFD는 태양열 시뮬레이션에 대해 일조 열 플럭스를 사용으로 자동 설정합니다. 일조 열 플럭스는 모형의 표면에 나타나므로 전역 수량으로 보는 것이 좋습니다. 다음 예에서 차양이 있는 모형과 없는 모형에 일조 열 플럭스를 표시합니다. 두 경우 모두 시뮬레이션 시간 및 날짜가 12월 초 정오이며, 위치는 미국 동부 연안 지역에 있습니다.
두 경우 모두 태양이 수평선에 낮게 걸려 있으며, 바닥에 긴 외곽설정을 주사합니다. 차양이 있는 경우 태양광의 많은 부분이 차단되고, 태양열 외곽설정이 책상 앞에만 표시됩니다. 차양이 없는 경우 외곽설정이 룸을 통과하여 확장되며, 점유자 뒤에 그림자가 생깁니다.