[학위논문]공동주택 외피에서의 열교 방지를 위한 제도 개선 방안 연구 Improvement of Korean building energy regulation for removing thermal bridges in the apartment building envelope원문보기
국내외적으로 건축물에서의 에너지절약이 이슈화되면서 특히 유럽 쪽에서는 건물 에너지성능 지침(EPBD, Energy Performance of Buildings Directive)을 통해 건물의 에너지성능인증서(EPC, Energy Performance Certificate) 발급과 함께 신축, 매매, 임대시 첨부서류화를 요구하고 있다. 건물 외피에서의 성능 확보가 필요해지는 가운데, 국외에서는 건물 에너지성능 평가시 열교부위에 대한 영향을 고려하고 있으며, 표준 디테일 제시 및 선형 ...
국내외적으로 건축물에서의 에너지절약이 이슈화되면서 특히 유럽 쪽에서는 건물 에너지성능 지침(EPBD, Energy Performance of Buildings Directive)을 통해 건물의 에너지성능인증서(EPC, Energy Performance Certificate) 발급과 함께 신축, 매매, 임대시 첨부서류화를 요구하고 있다. 건물 외피에서의 성능 확보가 필요해지는 가운데, 국외에서는 건물 에너지성능 평가시 열교부위에 대한 영향을 고려하고 있으며, 표준 디테일 제시 및 선형 열관류율 기준 마련 등 열교부위의 단열성능을 향상시키려 노력하고 있다.
한편 국내의 경우, 기존의 공동주택 대비 단계적으로 30%∼100%의 에너지를 절감하는 친환경 주택 보급 정책이 제안되면서 공동주택에서의 에너지성능 향상에 초점이 모아지고 있으나, 기존 공동주택에는 내단열 시스템을 주로 적용하여 구조적으로 단열이 끊겨서 생기는 열교부위가 반복적으로 발생하고 있어, 이러한 부위에서의 단열 성능 강화가 필요하게 되었다.
따라서 본 연구에서는 국제 표준과 선진 외국의 추세를 반영, 공동주택을 대상으로 구조체 접합부의 열교 유무에 따른 에너지성능 차이를 보기 위해 내, 외단열 시스템 적용시 열교부위의 전열량이 건물의 난방 및 냉방 에너지요구량에 미치는 영향을 평가하고, 국내에서 공동주택의 열교부위 발생을 억제하여 구조체 접합부 열교부위에서 단열성능을 향상시키기 위한 열교부위 단열성능 규정 및 건물 에너지성능 평가시 활용할 수 있는 관련 국내 법제도 개선방안을 도출해보고자 하였다.
(1) 열교제거가 가능한 외단열 시스템이 공동주택에 미치는 영향을 파악하고, 열교 방지를 위한 국내외 제도 운용 현황을 조사하였다. 그 결과, 거의 모든 유럽의 국가들에서는 건물에너지성능 평가시 열교부위의 전열량을 외피 전열량 평가시 포함하도록 하고 있었으며, 계산시 사용되는 열교부위의 선형 열관류율은, 카탈로그 혹은 도표 등을 통해 전형적인 열교 부위에 대한 선형 열관류율 값을 제시하고 그 값을 이용(Simplified method)하도록 하거나, ISO 10211을 따라 직접 부위별 선형 열관류율을 계산하여 사용(Detailed method)하도록 하고 있었다. Simplified method를 이용하여 부위별 선형 열관류율 값을 결정하는 경우는 법 규정(Regulation) 혹은 국가 표준(Standard)에 대한 부록으로, 또는 독자적인 문서로서 제공되는데, 각 국가별 전형적인 건축 방식의 종류에 따라 열교가 자주 발생하는 부위를 대상으로 각 부위별 선형 열관류율(또는 점형 열관류율을 포함하여) 기준값을 제시하고 있다.
(2) 기존 내단열 공동주택과 열교제거형 외단열 공동주택의 에너지성능을 비교분석하기 위해, 열교의 유무와 단열재 위치에 따른 열용량의 차이에 따른 내, 외단열 공동주택의 난방 및 냉방 에너지요구량을 산출하였다.
(a) 열교 부위 전열량 산출을 위해 선형 열관류율을 먼저 산출하였고, 열교를 근원적으로 차단한 외단열 시스템 적용시 선형 열관류율이 약 76.6%~93.7%까지 낮아짐을 알 수 있었다.
(b) 내, 외단열 공동주택간 열용량을 동일하게 유지하고 난방 및 냉방 에너지요구량을 산출한 결과, 외단열 공동주택이 열교 제거만으로 연간 난방 에너지요구량을 내단열 대비 12.4% 감소시키는 것으로 나타났고, 냉방의 경우는 실제 냉방을 요구로 하는 6월~9월의 냉방 에너지요구량 만을 대상으로 하였을 때에 외단열 공동주택이 내단열 대비 약 1.1% 증가하는 것으로 나타났다. 또한 총 전열량에 영향을 미치는 요소들 중 열교 부위의 전열량이 총 전열량이 미치는 영향은 내단열 적용시 약 7%, 외단열 적용시 약 1~2%로 그 비율이 약 5~6% 감소함을 알 수 있으며, 외단열 시스템 적용시 총 전열량에서 열교 부위가 미치는 영향이 미미함을 알 수 있었다.
(c) 내, 외단열 공동주택간 열용량 차이와 열교유무에 대한 차이를 함께 반영하여 난방 및 냉방 에너지요구량을 산출한 결과, 내단열 대비 외단열 공동주택은 열교 제거에 의한 외피 전열량 감소와 단위면적당 유효 열용량 증가에 의한 획득 및 손실열량 활용계수 증가의 복합 작용을 통해, 연간 난방 에너지요구량은 약 13.6% 감소하고, 연간 냉방 에너지요구량은 실제 냉방 기간(6월~9월)만을 고려했을 때 약 2.9% 증가하는 것으로 나타났다.
(3) 국내 공동주택의 외피 단열성능 향상 및 이를 통한 건물 에너지성능 개선을 위하여, 기존 공동주택의 외벽-슬래브 접합부, 발코니 외벽-슬래브 접합부, 외벽-세대간벽 접합부, 지붕 슬래브-세대간벽 접합부(내단열 시스템, 내단열 시스템+보조단열재, 외단열 시스템 적용시)를 대상으로 에너지성능 평가시 열교부위의 전열량을 비전문가도 간단하게 계산할 수 있는 선형 열관류율 예측식을 도출하였고, 국내 공동주택 외피 열교부위의 단열성능 규정으로써 선형 열관류율의 범위를 제안하였다. 외벽의 경우 0.5W/mK, 지붕의 경우 외벽의 50% 수준인 0.25W/mK의 선형 열관류율 값을 가질 것을 제안하였다.
또한 이렇게 제시된 선형 열관류율 값을 이용하여 국내 건축물 에너지효율등급 산정시 열교부위 전열량을 반영할 수 있도록 기존의 건축물 에너지효율등급 인증제도 상에 열교부위 전열량 산출식을 추가하는 것을 제안하고, 기존 방법과 개선된 방법을 이용, 내, 외단열 공동주택의 에너지성능을 평가하였다. 그 결과, 기존 방법에서는 외단열 적용에 따른 가산점으로 총에너지 절감율이 내단열 21.36%, 외단열 24.47%로 나타나, 외단열 시스템이 3.11% 더 컸다. 또한 개선된 방법에서는 총에너지 절감율은 내단열 18.62%, 외단열 30.54%로 외단열이 11.92% 더 큰 것으로 나타났으며, 기존의 방법에 비하여 내, 외단열 시스템 적용에 따른 열교 유무의 영향이 크게 나타남을 알 수 있었다.
국내외적으로 건축물에서의 에너지절약이 이슈화되면서 특히 유럽 쪽에서는 건물 에너지성능 지침(EPBD, Energy Performance of Buildings Directive)을 통해 건물의 에너지성능인증서(EPC, Energy Performance Certificate) 발급과 함께 신축, 매매, 임대시 첨부서류화를 요구하고 있다. 건물 외피에서의 성능 확보가 필요해지는 가운데, 국외에서는 건물 에너지성능 평가시 열교부위에 대한 영향을 고려하고 있으며, 표준 디테일 제시 및 선형 열관류율 기준 마련 등 열교부위의 단열성능을 향상시키려 노력하고 있다.
한편 국내의 경우, 기존의 공동주택 대비 단계적으로 30%∼100%의 에너지를 절감하는 친환경 주택 보급 정책이 제안되면서 공동주택에서의 에너지성능 향상에 초점이 모아지고 있으나, 기존 공동주택에는 내단열 시스템을 주로 적용하여 구조적으로 단열이 끊겨서 생기는 열교부위가 반복적으로 발생하고 있어, 이러한 부위에서의 단열 성능 강화가 필요하게 되었다.
따라서 본 연구에서는 국제 표준과 선진 외국의 추세를 반영, 공동주택을 대상으로 구조체 접합부의 열교 유무에 따른 에너지성능 차이를 보기 위해 내, 외단열 시스템 적용시 열교부위의 전열량이 건물의 난방 및 냉방 에너지요구량에 미치는 영향을 평가하고, 국내에서 공동주택의 열교부위 발생을 억제하여 구조체 접합부 열교부위에서 단열성능을 향상시키기 위한 열교부위 단열성능 규정 및 건물 에너지성능 평가시 활용할 수 있는 관련 국내 법제도 개선방안을 도출해보고자 하였다.
(1) 열교제거가 가능한 외단열 시스템이 공동주택에 미치는 영향을 파악하고, 열교 방지를 위한 국내외 제도 운용 현황을 조사하였다. 그 결과, 거의 모든 유럽의 국가들에서는 건물에너지성능 평가시 열교부위의 전열량을 외피 전열량 평가시 포함하도록 하고 있었으며, 계산시 사용되는 열교부위의 선형 열관류율은, 카탈로그 혹은 도표 등을 통해 전형적인 열교 부위에 대한 선형 열관류율 값을 제시하고 그 값을 이용(Simplified method)하도록 하거나, ISO 10211을 따라 직접 부위별 선형 열관류율을 계산하여 사용(Detailed method)하도록 하고 있었다. Simplified method를 이용하여 부위별 선형 열관류율 값을 결정하는 경우는 법 규정(Regulation) 혹은 국가 표준(Standard)에 대한 부록으로, 또는 독자적인 문서로서 제공되는데, 각 국가별 전형적인 건축 방식의 종류에 따라 열교가 자주 발생하는 부위를 대상으로 각 부위별 선형 열관류율(또는 점형 열관류율을 포함하여) 기준값을 제시하고 있다.
(2) 기존 내단열 공동주택과 열교제거형 외단열 공동주택의 에너지성능을 비교분석하기 위해, 열교의 유무와 단열재 위치에 따른 열용량의 차이에 따른 내, 외단열 공동주택의 난방 및 냉방 에너지요구량을 산출하였다.
(a) 열교 부위 전열량 산출을 위해 선형 열관류율을 먼저 산출하였고, 열교를 근원적으로 차단한 외단열 시스템 적용시 선형 열관류율이 약 76.6%~93.7%까지 낮아짐을 알 수 있었다.
(b) 내, 외단열 공동주택간 열용량을 동일하게 유지하고 난방 및 냉방 에너지요구량을 산출한 결과, 외단열 공동주택이 열교 제거만으로 연간 난방 에너지요구량을 내단열 대비 12.4% 감소시키는 것으로 나타났고, 냉방의 경우는 실제 냉방을 요구로 하는 6월~9월의 냉방 에너지요구량 만을 대상으로 하였을 때에 외단열 공동주택이 내단열 대비 약 1.1% 증가하는 것으로 나타났다. 또한 총 전열량에 영향을 미치는 요소들 중 열교 부위의 전열량이 총 전열량이 미치는 영향은 내단열 적용시 약 7%, 외단열 적용시 약 1~2%로 그 비율이 약 5~6% 감소함을 알 수 있으며, 외단열 시스템 적용시 총 전열량에서 열교 부위가 미치는 영향이 미미함을 알 수 있었다.
(c) 내, 외단열 공동주택간 열용량 차이와 열교유무에 대한 차이를 함께 반영하여 난방 및 냉방 에너지요구량을 산출한 결과, 내단열 대비 외단열 공동주택은 열교 제거에 의한 외피 전열량 감소와 단위면적당 유효 열용량 증가에 의한 획득 및 손실열량 활용계수 증가의 복합 작용을 통해, 연간 난방 에너지요구량은 약 13.6% 감소하고, 연간 냉방 에너지요구량은 실제 냉방 기간(6월~9월)만을 고려했을 때 약 2.9% 증가하는 것으로 나타났다.
(3) 국내 공동주택의 외피 단열성능 향상 및 이를 통한 건물 에너지성능 개선을 위하여, 기존 공동주택의 외벽-슬래브 접합부, 발코니 외벽-슬래브 접합부, 외벽-세대간벽 접합부, 지붕 슬래브-세대간벽 접합부(내단열 시스템, 내단열 시스템+보조단열재, 외단열 시스템 적용시)를 대상으로 에너지성능 평가시 열교부위의 전열량을 비전문가도 간단하게 계산할 수 있는 선형 열관류율 예측식을 도출하였고, 국내 공동주택 외피 열교부위의 단열성능 규정으로써 선형 열관류율의 범위를 제안하였다. 외벽의 경우 0.5W/mK, 지붕의 경우 외벽의 50% 수준인 0.25W/mK의 선형 열관류율 값을 가질 것을 제안하였다.
또한 이렇게 제시된 선형 열관류율 값을 이용하여 국내 건축물 에너지효율등급 산정시 열교부위 전열량을 반영할 수 있도록 기존의 건축물 에너지효율등급 인증제도 상에 열교부위 전열량 산출식을 추가하는 것을 제안하고, 기존 방법과 개선된 방법을 이용, 내, 외단열 공동주택의 에너지성능을 평가하였다. 그 결과, 기존 방법에서는 외단열 적용에 따른 가산점으로 총에너지 절감율이 내단열 21.36%, 외단열 24.47%로 나타나, 외단열 시스템이 3.11% 더 컸다. 또한 개선된 방법에서는 총에너지 절감율은 내단열 18.62%, 외단열 30.54%로 외단열이 11.92% 더 큰 것으로 나타났으며, 기존의 방법에 비하여 내, 외단열 시스템 적용에 따른 열교 유무의 영향이 크게 나타남을 알 수 있었다.
In Korean apartment buildings, internal insulation system is usually applied, so the layer of insulation is disconnected due to structural component at wall-slab and wall-wall joints in envelope. In particular, the amount of heat loss is significant at the wall-slab joints adjacent to hot water heat...
In Korean apartment buildings, internal insulation system is usually applied, so the layer of insulation is disconnected due to structural component at wall-slab and wall-wall joints in envelope. In particular, the amount of heat loss is significant at the wall-slab joints adjacent to hot water heating pipes through these thermal bridges. In Europe, EPBD(Energy Performance of Buildings Directive) came into effect, and national building energy performance evaluation tool is needed for issuing EPC(Energy Performance Certificate). Though thermal bridges are not explicitly mentioned in EPBD, they are included in the calculation of building energy performances. Linear thermal transmittance is required for energy performance evaluation including the effect of these thermal bridges, and it should be calculated by an expert with an experience of multi-dimensional heat transfer simulation. If a non-expert can get a linear thermal transmittance without complex calculation, it would be very helpful. So, in this way, in most of European nations, simplified assessment methods for thermal bridges are provided in the national building energy performance evaluation standard.
This study aims to improve Korean building energy regulation system to prevent the occurrence of thermal bridges in the envelope of apartment buildings by suggesting improved Korean national building energy performance evaluation method of simplified method. For that, regression functions, for calculating linear thermal transmittance values without heat transfer simulation of four linear thermal bridge types of Korean typical apartment building, were suggested.
In Korean apartment buildings, internal insulation system is usually applied, so the layer of insulation is disconnected due to structural component at wall-slab and wall-wall joints in envelope. In particular, the amount of heat loss is significant at the wall-slab joints adjacent to hot water heating pipes through these thermal bridges. In Europe, EPBD(Energy Performance of Buildings Directive) came into effect, and national building energy performance evaluation tool is needed for issuing EPC(Energy Performance Certificate). Though thermal bridges are not explicitly mentioned in EPBD, they are included in the calculation of building energy performances. Linear thermal transmittance is required for energy performance evaluation including the effect of these thermal bridges, and it should be calculated by an expert with an experience of multi-dimensional heat transfer simulation. If a non-expert can get a linear thermal transmittance without complex calculation, it would be very helpful. So, in this way, in most of European nations, simplified assessment methods for thermal bridges are provided in the national building energy performance evaluation standard.
This study aims to improve Korean building energy regulation system to prevent the occurrence of thermal bridges in the envelope of apartment buildings by suggesting improved Korean national building energy performance evaluation method of simplified method. For that, regression functions, for calculating linear thermal transmittance values without heat transfer simulation of four linear thermal bridge types of Korean typical apartment building, were suggested.
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