자연채광 및 에너지 복합성능 최적화 프로세스를 통한 체육관 천창 통합설계

Abstract

본 논문의 목적은 체육관 천창의 자연채광, 현휘감소, 에너지 사용량 최소화에 대한 복합 최적 대안을 도출하고 분석하며 설계 초기 단계에 적용하기 위한 메타모델을 구축하여 가이드라인으로 활용하는 것이다. 최적화 분석 플래폼인 모드프런티어에 그래스호퍼 모델 기반 모델을 연동하여 에너지 플러스, 레이디언스를 자동으로 분석하는 틀을 사용하였다. 현휘의 영향을 확인하기 위하여 채광-에너지, 채광-현휘-에너지, 메타모델 구축의 3 단계 분석을 진행하였으며, 최적 대안 개발과 메타모델 구축에 적합한 최적화 알고리즘을 적용하였다. 1,2단계 최적화에서는 복합 성능을 동시에 충족하는 파레토 대안을 도출하고, 그 특성을 분석하였다. 최종적으로 메타모델을 구축하여 변수변화에도 성능확인을 통한 대안선정이 가능하도록 가이드라인을 개발하였다. 천창 채광방식은 콘형태의 광정을 균질하게 배치하는 모델을 대상으로 하였으며, 4개의 기하변수와 2개의 재료변수를 적용하였다. 가장 기여도가 높은 바닥대비창면적비의 경우 1단계 최적화에서는 11-21 퍼센트가 권장되었으나, 2단계 현휘 포함 최저고하에서는 8.5-11 퍼센트로 축소되었다. 천창 높이도 축소되었으며, 현휘 포함 최적화에서는 전반적인 광정 반사율은 높게 적용되었다. 최종 반응표면모델은 씨앗모델과의 검증을 통해 구축되었으며, 현휘의 경우 메타모델 구성을 불가하여 씨앗모델의 선형상관도표에서 현휘를 방지하기 위하여 9.5-13 퍼센트의 바닥면적대비창면적비율 적용 후 메타모델을 활용한 설계가 가능할 것으로 판단된다.