한국건설기술연구원, 인공태양 실험 시설 건립
최근 도심의 주거 건물은 토지의 집약적인 이용과 지가상승에 따른 경제성 추구, 건축 기술의 발전에 따른 건설 단가의 하락, 도심거주 인구의 확보를 위한 도심 공동화에 대응하기 위해 건물의 고층화 추진되고 있다. 따라서 서울 용산, 부산의 해운대나 인천의 송도 등에 요즘 초고층 주상복합 아파트 등이 많이 들어서고 있다.
그러나 이런 초고층 건물은 유리 면적이 넓은 커튼월공법으로 시공되게 된다. 이 때 넓은 유리면적으로 인해 초고층 건물은 냉난방에너지 소비를 많이 필요로 하여 실내의 쾌적성을 유지시키는 데에 별로 좋지 않다. 여름의 경우 초고층 건물의 넓은 유리면을 통해 들어오는 햇볕이 초고층 건물 실내의 온도를 높여주기 때문에 사람의 생활에 알맞은 적정온도 유지를 위해서는 에어콘 냉방을 최대로 하여 계속 틀어 놓는 것이 필요하다. 이런 이유로 전기세 등 냉방 에너지 비용이 많이 든다. 또한 초고층 건물의 사무실은 매우 추운 한겨울에도 실내로 들어오는 한낮의 햇볕이 실내의 온도를 높여주고 이러한 열기는 단열성능이 좋은 벽 때문에 외부로 빠져 나갈 수 없어 실내온도를 상승시켜 가끔 실내에 냉방이 필요로 되어진다. 따라서 건물외피(창이나 외벽)설계에서 창벽 면적비의 합리적 조정이나 이러한 한여름 햇볕 차단 전략은 고층건물에서 절대적으로 필요하다.
한국건설기술연구원 이건호 박사팀은 이와 같은 초고층 건물의 창문과 같은 건물외피를 설계하는데 있어 최적의 결과를 얻어내기 위한 인공태양 실험시설을 만들었다. 이번에 연구팀은 국내최초로 자연 태양광으로 인한 창문과 같은 건물외피가 실내에 끼치는 영향을 정확히 분석하기 위하여 최대한 자연광이 가지는 스펙트럼과 비슷하게 일치하는 메탈 할라이드를 사용한 인공태양 실험설비를 만들었다. 다른 기존 인공태양장치는 할로겐 등을 사용하여 유리창에 도달하는 에너지의 합을 태양광의 에너지양과 같게 하는 것에 주안점을 둔다. 즉 할로겐 인공태양장치는 실내가 아닌 창문에 도달하는 에너지양의 측면에서 실제 태양광을 모사하였다. 또한 적외선이 대부분을 차지하는 할로겐 인공태양은 파장대역을 고려한 스펙트럼(자외선, 가시광선, 자외선)이 실제 태양광의 것과 다르기 때문에 실내에 영향을 주는 자연태양광과는 다르다. 자연 태양광의 경우 유리통과시 가시광선, 자외선 그리고 근적외선이 통과되어 실내온도를 높여 준다. 반면에 할로겐 인공태양은 실제 자연 태양광과는 매우 다르게 적외선이 대부분 창문에 흡수됨으로써 창문의 온도가 높아져 실내의 온도를 상승시킨다.
* 근적외선 : 빛의 스펙트럼에서 적색 바깥쪽을 적외선이라 한다. 적외선은 가시광선보다 파장이 긴데, 그 중에서 파장이 가장 짧은 0.75~3㎛인 것을 근적외선이라 한다. 공업용, 의료용으로 많이 이용한다.
기존에는 창호관련 신기술을 개발할 때 자연기상 상태에서 창호시스템의 여름철과 겨울철 기상영향 실험이 실시됨으로써 1년 이상의 실험기간이 소요되었다. 따라서 피드백(feedback) 과정과 재 실험 등을 고려하면 창호신기술 개발을 위한 실험은 2년 이상 소요되었다. 또한 자연기상 상태의 조건에서는 변수 조정이나 반복실험은 어려웠다. 하지만 인공태양 실험실은 이런 일련의 실험과정을 6개월 이내에 이루어지게 함으로써 창호신기술 개발기간을 1.5년 이상 단축시킬 수 있다.
실제로 초고층 건물이 시공될 경우, 기존에는 시뮬레이션을 통해 냉난방에너지 소비량 및 실내온열환경을 예측하였다. 그러나 시뮬레이션에서 나온 예측치는 현실에서 나온 측정치와 큰 오차를 나타내었다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 실험실에서는 지역적 특성에 맞게 인공기상을 만들어내어 시공될 건물외피의 건물냉난방에너지소비량 및 건물온열환경이 종합적으로 검토될 수 있도록 하였다.
이번 인공태양실험실은 향후에 세워질 실제 초고층 건물에 대한 종합적이고 정확한 성능평가를 위한 모사 실험을 가능하게 함으로써 창호신기술 개발에 소요되는 인력 및 소요비용을 저감시킴과 동시에 한국이 향후 세계적인 창호 신기술을 확보하게 하는데 기여할 것으로 기대된다. 또한 여기에서 개발된 창호기술이 현장에 적용되고 초고층 건물의 냉난방에너지를 절감시켜 정부의 녹색성장 정책에도 기여할 수 있을 것이다.
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