RTS법과 RTS-SAREK 프로그램 소개

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김 강 산 두산건설(주) [email protected]

머리말

건물의 효율적인 에너지 절약을 추진하기 위해서는 우선 냉난방 부하를 정확히 계산하여 건물의 에너지 수요를 확실하게 파악하는 일 일 것이다.

냉난방부하는 실내 환경을 원하는 온도와 습도 조건으로 유지하기 위한 공조 및 냉난방시스템 선정의 기초자료가 되며 배관이나 덕트, 취 출구, 공조기, 보일러, 냉동기, 열교환기, 압축기, 송풍기 등 실내 환경 을 조절하는 시스템의 각 요소의 크기를 정하는 데 이용 된다.

이러한 냉난방부하 산정 즉, 냉난방부하 계산은 설비의 초기비용 이나 거주자의 쾌적성과 생산성, 그리고 설비의 운영비와 에너지 소비 량에 결정적인 영향을 주게 된다.

국내 최신의 냉난방부하계산 프로그램이 절실한 상황에서 대한설 비공학회 공조부하계산 표준화프로그램 특별위원회에서는 냉난방부 하계산 및 효율적인 장비 선정을 수행하는 공인 프로그램으로 RTS- SAREK(Ver. 1.0)을 2006년에 발표하였다. 이는, 2001년 ASHRAE Fundamental에 처음 소개된 이후 계속 수정 발표된 RTS법(Radiant

RTS법과 RTS-SAREK 프로그램 소개

ASHRAE에서 발표한 RTS법(Radiant Time Series)을

기초로 학회 공조부하계산 표준화 프로그램 특별위

원회에서 공인 프로그램으로 2006년부터 개발, 보급

한 RTS_SAREK의 기본 이론, 개발, 보급 현황 및 최신

기능이 추가된 업그레이드사항을 설명하고자 한다.

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Time Series : 복사시계열법)을 채택하여 장비선 정까지 수월하게 수행하는 국내 표준 프로그램으 로 자리를 잡고 있다.

RTS-SAREK 의 지속적인 개발 경과, 보급 현황, 그리고, 2013년 상반기에 발표할 예정인 Version 4.1에 추가 적용한 습공기 선도 개선, Duct/Pipe 관경 계산 프로그램 사항에 대하여 설 명하고자 한다.

냉난방부하계산방법의 변천과정

냉난방부하 계산의 중요성이 커지면서 다양한 이론들이 발표되었으며 그림 1에는 ASHRAE 에 의 한 부하계산이론의 변천 과정을 나타내고 있다.

그림 2 는 열취득과 대류, 복사의 과정을 거쳐

냉방부하, 열제거 과정을 설명하는 부하계산의 개념을 볼 수 있다.

RTS법 (Radiant Time Series : 복사시 계열법)

ASHRAE Fundamental (2001)에 처음 소 개된 RTS(Radiant Time Series)법은 HB(Heat Balance)법에서 파생된, 설계 냉방부하를 단순 하게 계산하기 위한 방법이다. RTS법은 TFM, CLTD/CLF 법, TETD/TA 법과 같은 다른 모든 단 순화된 방법(열 평형 방법이 아닌)을 효과적으로 대체할 수 있다. RTS법은 각 구성요소가 전체 냉 방부하에 미치는 영향을 정량화하기 위하여 개발 되었다. RTS법은 최대 냉방부하 계산을 위해 적

[그림 1] ASHRAE 부하 계산 방법의 변천과정

[그림 2] ASHRAE 부하 계산법의 개념 비교

[그림 3] RTS 법에 의한 부하계산 개략도

른 구조에서 발생하는 시간 지연의 효과를 쉽게 비교할 수 있게 해준다. 이런 비교는 선택하는 사 항들이 부하에 미치는 양적 차이를 설명할 수 있 어서, 엔지니어가 부하를 추정하는데 판단을 적 용하고 더 많은 정보가 포함된 가정을 할 수 있게 한다.

RTS 법 계산 절차

RTS법을 사용하여 각 부하인자 (전등, 사람, 벽, 지붕, 창문, 기구 등)의 냉방부하를 계산하는 일반적인 절차는 다음과 같다.

- 설계일의 부하인자를 통한 열취득을 24시 간 도표로 계산한다.

- 열취득을 복사와 대류 부분으로 분할한다.

- 냉방부하로 변환되는 시간 지연을 나타내 기 위하여, 열취득의 복사부분에 적당한 RTS를 적용한다.

당하며, 제한적인 가정으로 인해 연간 에너지 시 뮬레이션으로는 부적합하다.

RTS법에서 태양 복사, 창문을 통해 투과된 태 양 열취득, 상당외기온도, 그리고 침입공기를 계산 하는 방법은 이전의 TFM과 TETD/TA에서와 동일 하다. 기존의 방법과 전도 열취득의 계산, 모든 열 취득의 복사와 전도부분으로의 분할, 및 복사 열취 득의 냉방부하로의 변환에서 차이점이 있다.

RTS법은 시간별 열취득에 24시간 시계열을 곱해서, 전도시간 지연과 복사시간 지연 영향을 나타낸다. 복사시간요소와 전도시간요소라고 불 리는 시계열계수(series coefficient)는 열평형 방 법을 사용하여 구한다. 복사시간요소는 총 복사 열취득 대비 현재 시간 동안 냉방부하가 되는 복 사 열취득의 백분율을 반영한다. 마찬가지로, 전 도 시간 요소는 벽이나 지붕 외면의 열취득 대비 현재 시간 동안 냉방부하가 되는 열취득의 백분 율을 반영한다. 이러한 시계열(series)은 서로 다

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SHGC(θ) : direct solar heat gain coefficient IAC: 내부차폐감쇄계수

(내부차폐 없으면 1.0)

Tin : 조절된 공간의 온도, ℃ Tout: 외기 설계 온도, ℃

외벽/지붕의 열취득

외부 표면을 통한 열취득은 주로 벽이나 지붕 구조체의 질량과 성질의 함수로 달라지게 된다.

① 상당외기온도차

볕이 드는 외부 표면의 상당외기온도(te)는 다음 식과 같다.

te = to + αEt/ho − rad_correction

to: 설계 외기 온도

α: 표면의 태양복사 흡수율

Et: 표면에 입사되는 총 태양 복사열, W/m² ho: 외부 표면에서의 장파 복사와 대류에

rad_correction = (7 / 1.8) * Cos(tiltR), tiltR 은 구조체의 기울기

태양복사의 강도가 높다면 지상에 있는 물체 의 표면은 외기 온도보다 더 높은 온도를 가지게 된다. 따라서 그들의 장파 복사는 하늘로부터의 방사 강도가 낮은 것을 어느 정도 보상한다.

② 전도 시계열을 이용한 전도 열취득 계산 RTS법에서, 외벽과 지붕을 통한 전도는 전도 시계열(CTS)을 사용하여 산출된다. 벽과 지붕 외 부의 전도 열입력은 다음과 같은 전도식에 의해 정의된다.

ql,q−n = U × A × (te,q−n − trc)

ql,q−n: n시간 전, 표면에의 전도 열입력, W

에 의한 열취득 부분과 시간지연 후의 복사 열취 득 부분의 합이다.

각 인자의 매 시간별 냉방부하를 계산한 후, 부하들을 더하여 매 시간별 전체 냉방부하를 결 정하고 공조시스템 설계를 위해 최대부하를 가 진 시간을 선정한다. 여러 달에 대해 설계하는 경 우에는 이 과정을 반복해서 최대부하가 일어나는 달을 결정한다.

창문의 열취득

일부 공간에서, 냉방부하에 주로 영향을 미치 는 기후와 관련된 변수는 태양복사이다. 창문을 통한 열취득에는 다음 식들을 사용한다.

직접일사에 의한 열취득

qb

qb = A × ED × SHGC(θ) × IAC

확산일사에 의한 열취득

qd

qd = A × (Ed + Er) × <SHGC>D × IAC

전도에 의한 열취득

qc

qc = U × A × (Tout−Tin)

창문의 열취득 합계

Q

Q = qb + qd + qc

A: 창문 면적, m² U: 열관류율, W/(m²K) ED: 직접 방사량 Ed: 확산 방사량 Er: 지표면 방사량

<SHGC>D : diffuse solar heat gain coefficient

A: 창문 면적, m² U : 열관류율, W/(m²K)

te,q-n: n시간 전의 상당외기온도, ℃ trc: 가정된 일정 실내공기온도, ℃

벽이나 지붕을 통한 전도 열취득은 현재 시간 과 지난 23시간의 전도 시계열 동안의 전도 열입 력을 사용하여 계산될 수 있다.

qq = c0qi,q+ c1qi,q-1 + c2qi,q−2 + ....

qq: 표면의 매 시간별 전도 열취득, W c0,c1... : CTS 계수

q

i,q: 현재 시간의 열취득, W qi,q-n: n시간 전의 열취득, W

24개의 주기적인 응답계수를 전체 벽이나 지 붕의 총괄 열전달계수(U-factor)로 나누면, 주기 적인 응답계수는 전도시간계수 (CTS)로 보다 간 단화된다. 주기적인 응답계수(따라서 CTS)를 사 용하여 계산된 벽이나 지붕의 열취득은 정상적이 고 주기적인 조건을 가정하고 전도전달함수를 이 용하여 설계냉방부하를 계산했을 때의 열취득과 동일하다.

내부표면을 통한 열취득

공조된 공간이 다른 온도를 가진 공간에 인접 해 있을 때마다, 두 공간을 분리하는 물리적 부분 을 통한 열전달이 고려되어야 한다. 열전달률은 다음과 같이 주어진다.

Q = U × A × (tb − ti)

A: 구조체 면적, m² U: 열관류율, W/(m²K)

Ti : 조절된 공간의 온도 Tb : 인접된 공간의 온도

인접한 공간이 통상적인 건축물이고, 열원이 없고, 또한 그 자체는 태양 열취득이 크지 않다는 것 외에는 아무 것도 모르는 경우,

tb − ti 는 외부

냉방부하 계산

순간 냉방부하는 열에너지가 어느 시점에 존 내부 한 지점의 공기로 대류되는 비율이다. 대 부분의 열취득원은 대류와 복사를 통해 에너지 를 전달한다. 복사열은 존에서 열물체들(themal mass)에 의해 흡수되고 시간이 지나면 대류에 의 해 공간으로 전달된다. 이 과정은 시간 지연과 감 쇠효과를 가져온다. 반면에 열취득의 대류 부분 은 열취득이 발생하는 시간에 즉시 냉방부하가 된다고 추측된다.

특정한 시간의 부하 요소 냉방부하는 그 시 간의 열취득의 대류 부분에 그 시간과 그전 23시 간의 복사 열취득 중 시간 지연 후에 취득된 열을 더한 합이다. RTS 법은 RTS 계수인 복사시간인자 를 사용하여 시간당 열취득을 시간당 냉방부하로 변환시킨다. 복사시간인자는 현재와 과거의 열취 득을 근간으로 현재 시간의 냉방부하를 계산하는 데 이용된다. 특정한 존에 대한 RTS는 그 존의 시 간-의존 응답을 복사 에너지의 단일한 펄스로 준 다. RTS는 각 시간당 존 공기로 대류되는 복사 펄 스의 비율을 보여준다. 따라서 이전시간 r0는 현 재시간에 존 공기로 대류되는 복사펄스의 비율이 고 r1은 그 전시간 등을 나타낸다.

Qr,θ = r0qr,θ + r1qr,θ−1 + r2qr,θ−2 +

r3qr,θ−3 + .... + r23qr,θ−3

Qr,θ: 현재시간(θ)의 복사 냉방부하(Qr), W qr,θ: 현재시간의 복사 열취득, W

qr,θ−n: n시간 전의 복사 열취득, W ro, r1: RTS 계수

RTS에는 직접적으로 전달된 태양 열취득 (바 닥, 가구에 분배될 것이라 추측되는 복사 에너 지)에 사용되는 태양열(solar) RTS, 다른 종류의 열취득 (모든 내부표면에 균일하게 분배될 것이 라 추측되는 복사 에너지)에 사용되는 비태양열 (nonsolar) RTS이 포함된다. 비태양열 RTS는 사 람, 전등, 기구, 벽, 지붕 및 바닥으로부터의 복사 열취득에 적용된다. 또한, 산란된 태양 열취득이 나 내부 음영(브라인드, 커튼 등)을 가지고 있는 창문으로 부터의 직달 태양 열취득에 대해서는 비태양열 RTS를 사용한다.

RTS-SAREK의 개발 및 발전 현황

현재 건물의 냉난방 열부하 계산법으로는 LCC 분석 등의 총량적인 에너지 사용량 분석을 위해 사용되는 연간부하 계산법과 건물 설계시 장비의 용량 선정을 위해 사용되는 최대부하 계 산법이 있다.

대한설비공학회 "공조부하계산 표준화 프로그 램 특별위원회"에서 국내 최대 냉방부하 계산 프 로그램으로 개발된 RTS-SAREK은 ASHRAE에서 제시한 RTS 법을 기본으로 하여 장비선정까지 수 월하게 하는 공인 실용 프로그램을 보급되고 있다.

실무에 적용하는 기계설비 설계사와 교육용 으로 적극 보급되어 우리나라의 부하계산 표준 프로그램으로 활용되고 있다.

RTS-SAREK 개발 현황

- 2005. 09. 12 : 공조부하계산 표준화 프로그램 특별위원회 발족

- 2006. 09. 30 : 대한설비공학회에 최종보고서 제출

- 2006. 11. 10 : RTS-SAREK Ver. 1.0 (출시) - 2008. 03. 10 : RTS-SAREK Ver. 2.1 (엔탈피 단위 변경, Wh/kg → kJ/kg) - 2010. 09. 01 : RTS-SAREK Ver. 3.1 (ASHRAE Fundamental 2009 개정) - 2012. 09. 21 : RTS-SAREK Ver. 3.6 (기능 개선)

- 2013. 04. 30 : RTS-SAREK Ver. 4.1 (발표 예정)

RTS-SAREK 강습회 및 학술대회 - 2006. 11. 01 : 제1회 강습회 개최

- 2006. 11. 15 : 한국기술사회 추계기술강연회 - 2006. 06. 22 : 대한설비공학회 하계 학술대회 - 2008/2010. 6 : 대한설비공학회 하계 학술대회 - 2012. 04/09 : 서울과학기술대학교.

국민대학교 공동개최 강습회

연도별 RTS-SAREK 보급 현황

표 1. 연도별 RTS-SAREK 보급 현황

구 분 2006년 2007년 2008년 2009년 2010년 2011년 2012년 2013년 합 계

교육용 2 62 105 40 38 65 169 1 482

일반용 25 101 55 66 78 82 81 9 497

합 계 27 163 160 106 116 147 250 10 979

<표 1> 연도별 RTS-SAREK 보급 현황

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번역 출판물

- 2010.06.30 : RTS 공조부하계산 매뉴얼 (Load Calculation Applications Manual 2009, ASHRAE)

RTS-SAREK 주요 기능

부하계산 방법

냉방부하계산 방법은 ASHRAE, Fundamental 2009년, Chapter 18 에 게재된 Cooling and Heating Load Calculation 방법인 RTS(Radiant Time Series)법의 계산식을 준용하였다.

냉방용 외기온도는 설계 건구 온도에서 각 시간에 해당하는 1일 온도 범위의 비율을 빼서 시간별 온도를 계산하였으며, 절대습도는 설계 조건과 일정하다고 가정하였다. 다만, 시각별 변 화로 상대습도가 95% 이상으로 나타나는 시간 대에는 상대습도 95% 점의 절대습도를 계산값 으로 활용하였다.

난방부하계산 방법은 외기온도가 난방용 외 기온습도 설계 기준치 상태로 1시간 동안 지속 되고 정상열전달이 이루어진다고 가정할 때의 부하를 계산하도록 하였으며, 방위별 할증이 가 능하도록 시스템 내부에 방위계수를 내장하여 적용 가능하도록 하였다.

냉난방 부하계산의 안전율은 외부부하와 내 부부하로 구분하여 설계자가 임의로 적용할 수 있도록 하였으며, 침입외기에 대한 안전율은 적 용하지 않았으므로 이를 적용하고자 할 경우에 는 최초 입력값에서 할증하여야 한다.

장비용량선정 프로그램의 알고리즘은 엔지 니어들이 수 계산에 의해 장비용량을 선정하던 계산식과 계산서 양식들을 조사 분석하고, 학계 및 업계 전문가들의 자문을 받아 계산식과 계산 과정이 간단 명료하게 나타나도록 구성하였다.

습공기의 상태값(건구온도, 습구온도, 노점 온도, 상대습도, 절대습도, 엔탈피 등) 계산프로 그램을 내장시켜 공조방식 (CAV, VAV, CAV- With Reheat, FCU, PAC, Radiator, OAHU, HVU, Heat Recovery방식 등)별로 공기선도상 상태변화 과정과 그 값을 자동적으로 입력 계산 되도록 하였고, 습공기선도상에 상태변화 그래 프가 자동적으로 작성되도록 하였으며, 시스템 별로 다이아그램과 기기의 제원을 자동 출력하 여 오류 검증, 자체/외부 기술자간 원활한 소통 등 다양한 기능을 갖추었다.

건물부하 분석은 각 부하 요소별, 장비별로 다양하게 제공하여 사용자가 가장 합리적으로 열원 장비를 선정하도록 하였으며, 실별 부하 계 산과 분리하여 실제 장비 선정시 활용한 실과 미 활용실, 중복사용실의 데이터를 제공함으로써 계산 방법에 따른 서로간의 오차를 없앨 수 있도 록 지원한다. 추가 제공하는 팬 선정은 공조기의 실별 Air Balancing과 연계하여 사용하므로 그 기능을 활성화할 수 있다.

가장 작업량이 많은 룸 데이터 입력의 간편 화를 위해서 설계 기준의 외부/내부부하 인자 를 코드화함으로써 반복되는 작업과 오류 발생 을 최소화하였으며, 코드의 변경, 삭제 등에도 AHU, 터미널 유닛 선정의 해당 룸 부하가 자동 재계산하도록 하여 장비 선정시 잘못된 부하를 이용하는 것을 방지하도록 하였다.

룸 부하 계산과 장비 선정을 분리하여, 공조 시스템의 결정 전에도 룸 데이터를 입력 가능하 고, 장비 선정시 룸 부하 요소를 선택하도록 하 므로 시스템의 변경 등에도 매우 신속하게 대처 가 가능하다. 또한, 각종 입력 데이터의 오류 방 지 시스템을 내장하여 사용자의 입력 오류를 제 한하도록 하였다.

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부하계산 절차

냉난방 부하계산을 위한 항목과 계산범위 및 계산식은 표 2와 같다.

프로그램의 구성

□ 파일의 구성

프로그램은 실행 파일인 메인 파일과 데이터 파일로 구성되어 있다.

Main 파일 : RTS-SAREK(00_v0.0).xlsm (Visual Basic 6.0 으로 작성)

Sub 파일 : kvalue.mdb (재료의 물성치)

□ 적용 범위

- 계산 가능 위도 범위 : 북, 남반구 전지역 - 냉방용 실내온도 범위 : 15 ~ 30 ℃ DB - 냉방부하 계산 시각 : 24시간

- 구동 환경: 32 bit 의 Windows 7, 7 SP1, Windows XP, Microsoft Excel 2010 이상 - 표준 단위 : SI 단위계 적용

□ 계산 가능 범위

- 계산 가능 실(룸) 수 : 1,600개

- AHU, 터미널 유닛 담당실 수 : 190 개/시스템 - AHU, 시스템 수량 : 180개

- 장비용량 선정이 가능한 시스템 종류

No 구 분 제한 및 항목 계산 근거 및 계산식

1

일사 관련 계산 - Solar 열취득 - Sol Air Temp.

북, 남반부 전 지역 2009 ASHRAE HoF, Ch.14 te=to+α Et/ho– rad_correction

2 설계 외기 온습도 냉방 : 50 ℃ 이하 난방 : -50 ℃ 이상

냉방 : t^oh = t^o – th x D.Range 난방 : 설계기준 값 적용

3

K 값 계산 - Glass - Wl / Rf / Pt

Glass : 15 개

R/W/P : 40 개 K = 1/(αⁱ + d¹/λ¹ + d²/λ² … + α^o) 4 CTS 계수 Wall/Roof : 35/19 개 2009 ASHRAE HoF Ch. 30, Table 17, 18 5 RTS 계수 Zone : 24 개 2009 ASHRAE HoF Ch. 18, Table 19, 20

6

Glass 열 취득 - SHGC 값 - IAC 값

Direct/Diffuse/

Conduction 의 열 취득

Qb = A·ED·SHGC(θ)·IAC Qd = A·(E^d+E^r)·<SHGC>^D·IAC Qc = K·A· (To – Ti)

Q = Qb + Qd + Qc 7 Wall/Roof 열취득 시각별 상당 외기 온도차 /

CTS 계수

qI,q-n =K·A·(te,q-n-trc) qq=c0qi,q+c1qi,q-1+c2qi,q-2+c3qi,q-3+…

8 내부 열 취득 인체 부하(현열, 잠열)

전등, 기기 부하

Qp=Ufx Pnos x (Psh + Plh) Q^L=B.Fx Uf x Lld, QE=Eldx Uf

9 복사/대류 열취득 6,7,8 항에 적용 각 인자(내부, Gl/Rf/Wl)의 열 취득을 복사와 대류로 구분 10 복사 냉방 부하 9항 중 복사열 취득에 적용 Qr,q = r0qr,q + r1qr,q-1 + r2qr,q-2 + r3qr,q-3 + .. + r23qr,q-23

11 Part. 냉방부하 전도식 QpT=K·A· (Tb – Ti) 12 침입외기냉방부하 환기횟수/직접입력 QIF=1.2 x V x (Ento – Enti)

13 전체 냉방부하

복사/대류 부하, 유리의 전도 부하, 간벽 부하,

침입외기 부하의 합

QT=9항 대류 열취득+10항+Qc+QPT+QIF

14 난방 부하 외부(G/R/W), 간벽 부하 및 유리 부하

Qh=K·A·(To – Ti) QIF=0.335 x V x (Tout – Tin)

<표 2> 냉난방 부하계산 절차

(주) 상세한 계산식에 대한 설명은 ASHRAE Fundamental 2009, Chapter 18 참조

정풍량 단일덕트 시스템 (CAV AHU 방식) 변풍량 단일덕트 시스템 (VAV AHU 방식) 팬코일 유닛 방식 (FCU 방식)

팬코일 유닛 + 정풍량 단일덕트 시스템 (FCU + CAV AHU 방식)

팬코일 유닛 + 변풍량 단일덕트 시스템 (FCU + VAV AHU 방식)

정풍량 단일덕트 재열 시스템 (CAV AHU with Reheat 방식)

전외기 공조 시스템 (OAHU 또는 HVU 방식) 패키지 에어콘 시스템 (PAC 방식)

방열기/콘벡터 (Radiator / Convector) 배열회수 시스템 (Heat Recovery System) 프로그램의 특징

□ 사용상의 편의성 및 유용성

설계 순서에 따라 기 입력된 데이터와 입력에 필요한 각종 데이터를 화면에 나타내어 연계되는 후속 입력 작업에 바로 활용 가능하게 하여 작업 을 용이하게 하였다.

- 룸 데이터 입력시 설계 기준 리스트 생성 - 장비 선정시 룸 리스트 생성

- 계산 결과의 화면상 출력 기능

또한, 출력 형태는 엔지니어 체크 항목 및 계산 과정을 나타나도록 하여, 사용자의 검증이 용이하 며, 엔지니어에 익숙한 양식이 되도록 하였다.

□ 신속성 및 효율성

활용하는 모든 데이터를 코드화하여 용도/실 명/계통 명칭 및 기준 데이터를 반복해서 입력하 지 않도록 하였으며 코드값 한번의 변경으로 연 결된 모든 데이터가 따라서 변경되도록 하여 부 하계산에 소요되는 시간이 최대한 단축되도록 하 였다.

건축 계획의 변경(재료 두께 변경, 실면적 변 경, 실용도 변경 등) 및 설계 기준 변경시 신속하 게 입력 데이터의 추가/수정/삭제가 가능하도록 하였으며 변경 결과를 스크롤바로 이동시켜가며 용이하게 검색할 수 있다. 또한 변경된 계산결과 의 집계도 자동적으로 이루어지므로 변경되는 장 비용량도 쉽게 선정할 수 있다.

장비용량 선정과 동시에 장비일람표를 출력할 수 있으므로 장비연결 배관에 설치되는 각종 밸브, 트랩의 관경 선정을 용이하게 할 뿐만 아니라 타 분야 협의용(전기 동력, 자동제어 설계, 방진, 소음 설계 및 견적용 등)으로 즉시 활용할 수 있으며 Air Balancing Sheets는 덕트 도면 작성 및 취출구 규 격 선정시 신속 정확하게 활용할 수 있다.

계산에 활용한 입력 데이터 파일과 출력물 파 일로 분리하여 저장할 수 있도록 구분되어 있어 서 효율적인 관리가 가능하며, 출력물 파일은 연 산 시트상에 결과물을 나타내므로 타 용도의 계 산시(관경 계산서 작성 등) 활용이 가능하다.

□ 정확성

ASHRAE에서 새로운 부하 계산법으로 제시 한 RTS법의 알고리즘을 준용하였기 때문에 계산 결과가 정확하고 공기조화기 용량 선정에 필요한 습공기선도상 상태점 변화는 내장된 상태점 계산 프로그램으로 계산하므로 시스템 선정시 오류가 발생되지 않는다.

프로그램의 실행 순서 및 실행 방법상의 오류 발생시와 숫자와 문자 등의 입력 데이터가 규정 된 범위를 벗어나게 입력하는 경우는 에러 메시 지와 입력 가능한 값이 화면에 표시되도록 하여 즉시 수정 입력할 수 있는 오류 입력 방지 시스템 을 채택하고 있다.

부하 계산 결과로 부하 요소별 단위 면적당 부하값 및 부하 비율을 자동 분석할 수 있고, 시

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스템 용량 선정 시트상에도 단위 면적당 부하 계 산값, 단위 면적당 공조 용량 및 환기 횟수 등이 자동 분석 표시되도록 하여 계산에 참여하지 않 은 엔지니어들도 경험치와 비교 검토할 수 있도 록 하였다.

RTS-SAREK 주요 입력 화면

메인 메뉴, 설계기준 : 프로젝트 개요, 인체/전등 기 준, 열관류율 계산

룸 부하 계산

- Projection 검증 : 유리의 외부 Shading 에 대한 검증으로 24 시간 값 계산

AHU, 터미널 유닛 선정

건물 블럭 피크 부하 집계

RTS-SAREK 주요 출력물

실별 냉난방 부하계산

공조기 시스템 다이어그램 출력

공조기 선정 중 습공기선도 부분 출력

건물부하 분석 중 일부 출력

RTS-SAREK Version 4.1 개선 사항

지난 2013년 3월 1일 발표한 PsyChart- SAREK과 일치화시키기 위해서 개선하였고, 기 능을 추가한 Duct / Pipe 계산 프로그램은 RTS- SAREK 으로 부하계산하고 선정한 장비의 데이터 를 공유하여 구간별 덕트 및 배관의 규격을 계산

할 수 있도록 하였다. 또한, 기존 별개로 구성된 RTS-LOAD, RTS 법을 이해하는 데 도움을 주는 RTS법 Sheet 계산을 통합으로 내장하여 편의성 을 대폭 향상시켰다.

PsyChart-SAREK 과의 일치화 작업

ASHRAE Fundamental 2009, Chapter 1.

Psychrometrics 의 식과 상수를 적용하여 개발한 PsyChart-SAREK과 계산 결과가 일치화 되도록 하였고, 해발고도 입력 칸을 생성하여 대기압을 보정한 습공기선도로 해석하도록 하였다.

이는, 지난 3월 발표한 PsyChart-SAREK 과 일치하게 하는 개선 작업으로 기존 RTS-SAEK 을 보다 정확하게 사용할 수 있게 개선된 것이다.

설계 기준 및 AHU 선정의 습공기선도 출력물 에 적용 해발 고도와 대기압을 나타내어 사용자 가 쉽게 인지할 수 있도록 보완하였다.

기능 보완 사항 입/출력물

덕트 / 파이프 관경 계산 프로그램 내장

덕트는 오벌, 원형, 각형 덕트의 유량과 규격으 로 마찰계수, 압력 손실, 속도를 구하도록 하였다.

파이프는 강관, 동관, 스테인리스관의 종류에 따라 유량과 배관경으로 압력손실과 속도를 구한다.

RTS-SAREK 에서 구한 AHU의 유량, 실별 풍 량을 직정 연결하여 계산할 수 있도록 연결하여 매우 효율적으로 이용이 가능하다.

덕트는 다음 2개의 식을 적용하여 계산한다.

Darcy-Weisbach 식

∆P = F × l/d × V

F = ∆P × d

× (π/4Q)

× 2/ρ

l = 1m, V = 4Q/πd²)

∆P : 압력 강하 (Pa)

F : 마찰 계수 (레이놀즈 수, 상대조도의 함수) l : 직관 길이 (m)

d : 관 내경 (m) V : 평균 속도 (m/s) ρ : 유체 밀도 (kg/m³)

Hagen-Poiseuille 식

층류 :

F = 64 / Re, Re = ρ × V × d/μ

= v × d/ν

F : 마찰 계수 Re : 레이놀즈 수 μ : 점성계수 (kg/m.s)

v : 동점성 계수, 20 ℃ 에서 1.5 × 10 ⁻

난류 : 1 / F ^0.5 = 1.74 - 2 log { 2 × E/d

+ 1.87 / (Re × F

E/d : 상대 조도

파이프의 관경계산은 Williams and Hazen 공식으로 계산한다.

D(mm) = (Q / (1.67 × C × 10

×

P(Pa/m) = (Q / (1.67 × C × (D × 10

× 10

))

D : 관경 (mm)

Q : 유량 (lpm)

Duct / Pipe Sizing Calculator

구간별 Duct / Pipe Sizing

집 중

집중기획기 획

구간별 덕트 / 파이프 출력물

맺음말

건물의 냉난방부하 계산법과 적용되는 데이 터값은 실제 발생 부하와 일치되도록 하기 위해 오랜 시간에 걸쳐 연구되고 발전되어 왔다. 그 결 과 ASHRAE의 경우 2001년에 Heat Balance 법 을 단순화한 RTS 법을 발표하였으며, 2005, 2009 년 판에서는 수정 보완한 내용을 게재했다.

대한설비공학회의 “공조부하계산 표준화특 별위원회”에서는 보다 정확하고 편리하고 신속 하게 새로운 부하계산법을 이용할 수 있도록 하 는데 목표를 두고 ASHRAE RTS 법에 근간을 둔 RTS-SAREK 프로그램을 개발하였고, 지속적으 로 성능 향상을 위한 개정판을 출시하고 있다.

또한, 우리 위원회는 세미나, 강습회를 통한 사용자의 편익을 위한 지속적인 활동을 수행할 것이다. RTS-SAREK이 기계설비 분야의 기술자 들에게 보다 진보되고 효율적인 냉난방 부하계 산/장비선정 프로그램으로 활용되길 바란다.

참고문헌

1. ASHRAE Handbook Fundamentals. 2001, 2005, 2009

2. Load Calculation Applications Manual 2009, ASHRAE

3. 대한설비공학회 설비공학편람 제1권 기초