건물열시뮬레이션 비교: 코디런 vs 트랜시스

초록

본 논문은 주거용 열거동 모델링에 특화된 CODYRUN과 다목적 열시스템 시뮬레이터인 TRNSYS를 비교한다. 단일 구역 시험셀과 열대 다구역 주택을 대상으로 두 프로그램의 예측 정확도와 입력 데이터 민감도를 신호 처리 기법으로 평가한다. 결과는 기후 데이터와 건물 상세 입력이 모델 오차에 미치는 영향을 보여주며, 각각의 도구가 갖는 강점과 한계를 제시한다.

상세 분석

본 연구는 열거동 시뮬레이션 분야에서 널리 사용되는 두 소프트웨어, CODYRUN과 TRNSYS의 성능을 정량적으로 비교하기 위해 두 단계의 실험적 모델링을 수행하였다. 첫 번째 단계는 단일 구역(모노존) 시험셀을 대상으로 하였으며, 이는 건물 외피와 내부 열용량이 명확히 정의된 표준화된 실험 환경을 제공한다. 시험셀에 대한 입력 파라미터는 동일한 기상 데이터(외기 온도, 습도, 일사량 등)와 건물 물성(벽체 두께, 열전도도, 창호 면적 및 투과율)으로 설정하였다. 두 시뮬레이터는 각각 고유의 열전달 모델(예: CODYRUN은 다중 방정식 기반의 방사형 열전달 모델, TRNSYS는 Type 56 ‘Multi‑Zone Building’ 모듈)을 적용했으며, 시뮬레이션 결과는 실측 온도와 습도 데이터를 기준으로 오차 분석을 수행하였다. 신호 처리 기법으로는 시간‑주파수 분석, 상관계수 계산, 그리고 잔차의 스펙트럼 밀도 추정이 활용되었으며, 이를 통해 두 모델이 주기적(일일 사이클) 및 비주기적(날씨 급변) 변동에 어떻게 반응하는지를 정밀히 파악하였다. 결과적으로 CODYRUN은 시험셀 내부 온도 변동을 보다 정확히 재현했으며, 특히 일사량 급증 시 내부 온도 상승을 과소평가하는 현상이 적었다. 반면 TRNSYS는 복합적인 내부 열원(인체, 가전제품)과 환기 효과를 모델링하는 데 강점을 보였지만, 외피 열관류에 대한 파라미터 설정이 민감하게 작용해 오차가 확대되는 경향을 보였다. 두 번째 단계에서는 열대 기후(고온다습, 강우량 풍부) 조건을 갖는 다구역 주택을 모델링하였다. 여기서는 각 구역의 사용 패턴, 자연 환기, 그리고 습도 제어 시스템이 복합적으로 작용한다. CODYRUN은 건물 내부의 습도 동역학을 상세히 다루는 모듈을 제공하여 상대 습도 예측에서 평균 절대 오차가 5 % 이하로 유지되었다. 반면 TRNSYS는 습도 모델이 상대적으로 단순하여, 특히 밤 시간대 외기 습도 급변 시 예측 오차가 10 % 이상으로 증가하였다. 또한, 기상 데이터의 시간 해상도(1 시간 vs 15 분)와 건물 재료의 열용량 입력 정확도가 두 모델 모두 오차에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 민감도 분석 결과, CODYRUN은 외피 열관류율 변화에 대해 높은 민감도를 보였으며, TRNSYS는 환기 흐름량과 내부 열원 배분에 더 큰 민감도를 보였다. 이러한 차이는 각각의 소프트웨어가 설계 단계에서 중점을 두는 물리적 현상이 다름을 시사한다. 종합적으로, CODYRUN은 주거용 단일·다구역 건물의 열·습도 거동을 정밀히 예측하는 데 적합하며, TRNSYS는 복합 시스템(예: 태양열 집열, HVAC 연계)과 다목적 시뮬레이션에 유리하지만, 건물 외피 특성 입력에 대한 정확도가 확보되지 않을 경우 오차가 크게 증가한다는 한계가 있다.