기후변화와 같은 에너지 문제에 대한 중요성이 부각되면서 우리나라는 2010년을 기준으로 2012년에는 주거용 건물의 연간 에너지소비량을 30% 감축, 2017년에는 패시브 주택 수준인 60%로 감축하고 2025년에는 제로에너지주택으로 의무화하는 국가 로드맵이 수립되었다. 한국은 에너지의 96.4%를 해외 수입에 의존하고 있으며, 총에너지 소비의 38%를 차지하는 석유의 경우 중동 수입비중이 87%를 차지하고 있어 에너지안보에 매우 취약한 수급 구조를 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 ...
기후변화와 같은 에너지 문제에 대한 중요성이 부각되면서 우리나라는 2010년을 기준으로 2012년에는 주거용 건물의 연간 에너지소비량을 30% 감축, 2017년에는 패시브 주택 수준인 60%로 감축하고 2025년에는 제로에너지주택으로 의무화하는 국가 로드맵이 수립되었다. 한국은 에너지의 96.4%를 해외 수입에 의존하고 있으며, 총에너지 소비의 38%를 차지하는 석유의 경우 중동 수입비중이 87%를 차지하고 있어 에너지안보에 매우 취약한 수급 구조를 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 신재생에너지의 비중은 지속적으로 증가하는 추세를 보이고 있으나 주 에너지원에 비하여 현저히 작은 것이 사실이다. 국내 최종 에너지 소비에서 건물부문이 차지하는 비중은 약 24%로 큰 비중을 차지하고 있으며, 지속적인 증가 추세에 있어 에너지 절약과 이를 통한 온실가스 배출 저감을 위해 건물의 에너지 절감이 매우 중요하게 되었다. 건설 활동에서 발생하는 대부분의 에너지 소모는 주로 건축물과 연관되어 있으며, 그 중 주거건물은 유지관리에서 주로 나타난다. 주거건물의 기획설계, 시공, 유지관리, 해체 단계에서 유지관리 비용이 전체의 80% 이상을 차지하고 하고 있다. 이중 냉․난방비가 70% 가까이 차지하고 있는 것을 볼 수 있으며, 이를 통해 전체 건물생애비용을 효과적으로 줄이기 위해 가장 큰 비중을 차지하고 있는 냉․난방비를 줄이는 것이 매우 중요 하다는 것을 유추 할 수 있다. 이에 본 연구에서는 주거건물 내에서 가장 많은 에너지가 소비되는 냉․난방부분에서 절감 할 수 있는 패시브 하우스 계획 요소 중 열교현상에 대한 분석을 목적으로 하였다.
본 논문에서는 열교현상의 원리, 관련 사례 및 연구를 통해 도출된 열교현상 저감 방안들을 바탕으로, 우리나라 중부지역에 위치한 단독주택을 대상으로 시뮬레이션을 통한 단열방식에 따른 열교현상을 분석하였다. 시뮬레이션 결과, 단열재 끊김 현상이 발생하지 않는 부위는 내단열과 외단열의 열류량 차이가 크지 않았다. 또한 외단열인 경우 구조체의 온도 변화에는 크게 영향이 없지만 단열재의 두께가 두꺼워 질수록 열류량이 현저히 줄어드는 것을 확인 할 수 있었다. 반면, 단열재 끊김 현상이 발생하는 부위는 큰 열류량이 나타났으며 외단열인 경우 구조체의 온도변화에는 크게 영향이 없지만 단열재의 두께가 두꺼워 질수록 열류량이 현저히 줄어드는 것을 확인 할 수 있었다. 본 연구는 단독 주택에서 단열방법과 두께에 따른 구조체의 온도와 열류량을 이용하여 열교현상에 대해 시뮬레이션을 통하여 결과 값을 얻었다. 이를 통해 도출된 내용을 토대로 각 부위들에 대하여 열교현상 최소화를 위한 단열방식을 다음과 같이 제시하였다.
첫째. 내단열의 경우 단열 끊김 현상이 발생 할 수밖에 없다. 따라서, 겨울철 외부의 차가운 외기가 열전도율이 높은 구조체에 전달이 되며 이러한 외기는 결국 단열재가 끊기는 부위를 통해 실내로 유입되어 열교현상이 발생하게 된다. 여름철의 경우 역시 같은 이유로 내부의 시원한 공기가 외부로 빠져나가게 된다. 이러한 문제점에 대한 원천적인 봉쇄를 위해 외단열을 실시한다. 둘째, 파라펫, 테라스 등의 돌출부에서 열교현상을 최소화시키기 위해 외단열을 실시할 경우, 단열 두께로 인해 미관상 불리할 뿐만 아니라 유효면적이 줄어드는 단점이 있다. 파라펫의 경우 열교 차단제를 적절히 사용하거나, 파라펫 부위를 열전도율이 낮은 보강블럭으로 대체하여 외단열을 실시하면 파라펫 자체의 두께를 줄일 수 있으며 열교현상을 줄일 수 있다. 테라스의 경우 역시 열교차단제를 사용하거나, 여건이 되지 않을시 테라스 구조체에 의해 단열이 끊기는 부분의 내부 단열 연장을 통해 열교를 최소화 할 수 있다. 셋째, 비난방공간인 지하의 경우 역시 외단열을 실시하여 지중으로부터 들어오는 열차단을 하는 것이 유리하다. 이때 지하층 바닥 상부 단열을 하게 되면 외벽과 지하층 바닥이 접하는 구간에서 단열재 끊김 현상이 발생하게 되며, 단열을 두껍게 할수록 열류량은 더 커지게 된다. 따라서 본질적인 열교현상 방지를 위해 지하층 바닥 역시 외단열을 실시하여 단열재 끊김 현상이 발생하지 않도록 한다.
결론적으로 기존 내단열 건물에서 단열 보강을 위해 단열재의 두께를 두껍게 하게 되면 실내․외 온도차이가 커지게 되고 단열이 끊기는 부위로 인해 많은 열들이 빠져나가게 된다. 따라서 단열의 두께나 성능만이 중요한 것이 아니며, 단열 방법에 있어서 단열 끊김 현상이 발생하지 않는 외단열을 실시하는 것이 가장 이상적인 방법이라 할 수 있다.
기후변화와 같은 에너지 문제에 대한 중요성이 부각되면서 우리나라는 2010년을 기준으로 2012년에는 주거용 건물의 연간 에너지소비량을 30% 감축, 2017년에는 패시브 주택 수준인 60%로 감축하고 2025년에는 제로에너지주택으로 의무화하는 국가 로드맵이 수립되었다. 한국은 에너지의 96.4%를 해외 수입에 의존하고 있으며, 총에너지 소비의 38%를 차지하는 석유의 경우 중동 수입비중이 87%를 차지하고 있어 에너지안보에 매우 취약한 수급 구조를 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 신재생에너지의 비중은 지속적으로 증가하는 추세를 보이고 있으나 주 에너지원에 비하여 현저히 작은 것이 사실이다. 국내 최종 에너지 소비에서 건물부문이 차지하는 비중은 약 24%로 큰 비중을 차지하고 있으며, 지속적인 증가 추세에 있어 에너지 절약과 이를 통한 온실가스 배출 저감을 위해 건물의 에너지 절감이 매우 중요하게 되었다. 건설 활동에서 발생하는 대부분의 에너지 소모는 주로 건축물과 연관되어 있으며, 그 중 주거건물은 유지관리에서 주로 나타난다. 주거건물의 기획설계, 시공, 유지관리, 해체 단계에서 유지관리 비용이 전체의 80% 이상을 차지하고 하고 있다. 이중 냉․난방비가 70% 가까이 차지하고 있는 것을 볼 수 있으며, 이를 통해 전체 건물생애비용을 효과적으로 줄이기 위해 가장 큰 비중을 차지하고 있는 냉․난방비를 줄이는 것이 매우 중요 하다는 것을 유추 할 수 있다. 이에 본 연구에서는 주거건물 내에서 가장 많은 에너지가 소비되는 냉․난방부분에서 절감 할 수 있는 패시브 하우스 계획 요소 중 열교현상에 대한 분석을 목적으로 하였다.
본 논문에서는 열교현상의 원리, 관련 사례 및 연구를 통해 도출된 열교현상 저감 방안들을 바탕으로, 우리나라 중부지역에 위치한 단독주택을 대상으로 시뮬레이션을 통한 단열방식에 따른 열교현상을 분석하였다. 시뮬레이션 결과, 단열재 끊김 현상이 발생하지 않는 부위는 내단열과 외단열의 열류량 차이가 크지 않았다. 또한 외단열인 경우 구조체의 온도 변화에는 크게 영향이 없지만 단열재의 두께가 두꺼워 질수록 열류량이 현저히 줄어드는 것을 확인 할 수 있었다. 반면, 단열재 끊김 현상이 발생하는 부위는 큰 열류량이 나타났으며 외단열인 경우 구조체의 온도변화에는 크게 영향이 없지만 단열재의 두께가 두꺼워 질수록 열류량이 현저히 줄어드는 것을 확인 할 수 있었다. 본 연구는 단독 주택에서 단열방법과 두께에 따른 구조체의 온도와 열류량을 이용하여 열교현상에 대해 시뮬레이션을 통하여 결과 값을 얻었다. 이를 통해 도출된 내용을 토대로 각 부위들에 대하여 열교현상 최소화를 위한 단열방식을 다음과 같이 제시하였다.
첫째. 내단열의 경우 단열 끊김 현상이 발생 할 수밖에 없다. 따라서, 겨울철 외부의 차가운 외기가 열전도율이 높은 구조체에 전달이 되며 이러한 외기는 결국 단열재가 끊기는 부위를 통해 실내로 유입되어 열교현상이 발생하게 된다. 여름철의 경우 역시 같은 이유로 내부의 시원한 공기가 외부로 빠져나가게 된다. 이러한 문제점에 대한 원천적인 봉쇄를 위해 외단열을 실시한다. 둘째, 파라펫, 테라스 등의 돌출부에서 열교현상을 최소화시키기 위해 외단열을 실시할 경우, 단열 두께로 인해 미관상 불리할 뿐만 아니라 유효면적이 줄어드는 단점이 있다. 파라펫의 경우 열교 차단제를 적절히 사용하거나, 파라펫 부위를 열전도율이 낮은 보강블럭으로 대체하여 외단열을 실시하면 파라펫 자체의 두께를 줄일 수 있으며 열교현상을 줄일 수 있다. 테라스의 경우 역시 열교차단제를 사용하거나, 여건이 되지 않을시 테라스 구조체에 의해 단열이 끊기는 부분의 내부 단열 연장을 통해 열교를 최소화 할 수 있다. 셋째, 비난방공간인 지하의 경우 역시 외단열을 실시하여 지중으로부터 들어오는 열차단을 하는 것이 유리하다. 이때 지하층 바닥 상부 단열을 하게 되면 외벽과 지하층 바닥이 접하는 구간에서 단열재 끊김 현상이 발생하게 되며, 단열을 두껍게 할수록 열류량은 더 커지게 된다. 따라서 본질적인 열교현상 방지를 위해 지하층 바닥 역시 외단열을 실시하여 단열재 끊김 현상이 발생하지 않도록 한다.
결론적으로 기존 내단열 건물에서 단열 보강을 위해 단열재의 두께를 두껍게 하게 되면 실내․외 온도차이가 커지게 되고 단열이 끊기는 부위로 인해 많은 열들이 빠져나가게 된다. 따라서 단열의 두께나 성능만이 중요한 것이 아니며, 단열 방법에 있어서 단열 끊김 현상이 발생하지 않는 외단열을 실시하는 것이 가장 이상적인 방법이라 할 수 있다.
As the importance of the energy issues, such as climate changes, have been highlighted, Korea set a road map in 2010 to mandate reducing the annual energy consumption of residential buildings up to 30% by 2012, 60% of the level of passive houses by 2017, and 0% by 2025. As for Korea, 96.4% of energy...
As the importance of the energy issues, such as climate changes, have been highlighted, Korea set a road map in 2010 to mandate reducing the annual energy consumption of residential buildings up to 30% by 2012, 60% of the level of passive houses by 2017, and 0% by 2025. As for Korea, 96.4% of energy relies on foreign imports. In the case of the oil that accounts for 38% of total energy, 87% is imported from the Middle East. This is a very weak supply-demand structure for energy security. The share of renewable energy continues to increase to address this problem; however, the proportion is significantly low, compared to the main energy source. In the domestic final energy consumption of Korea, buildings occupy a large proportion of about 24% and the proportion continues to increase. Thus, the energy saving of buildings has been very important to save energy and reduce gas emissions thereby. Most of the energy consumption resulting from construction work is mainly associated with buildings, especially for maintaining residential buildings. The maintenance costs account for more than 80% of the total in the process of planning, designing, constructing, maintaining, and dismantling residential buildings. In particular, the heating and cooling costs account for almost 70%. This allows us to deduce that it is very important to reduce the heating and cooling costs that account for the largest share in order to effectively reduce the total life cycle costs of buildings. Thus, this study aimed to analyze thermal bridges effects, one of the passive house planning factors, to save the costs in the cooling and heating parts consuming the most energy in residential buildings.
To this end, based on the thermal bridges reduction derived from principles, practices, and related research, this study attempted to analyze thermal bridges effects in accordance with the insulation scheme by simulating detached houses located in the central region of Korea. Simulation results found that the site where insulation breakdown had occurred showed a minor difference in heat flow between the interior insulation and the exterior insulation. In addition, it was confirmed that the outer insulation did not change in the temperature of the structure but was reduced in heat flow with the thickness of the insulation getting thicker. In this study, results were obtained for thermal bridges effects using the temperature and heat flow of the structure in accordance with the insulation scheme and thickness in detached houses. Thus, this study presented the following insulation scheme to minimize thermal bridges effects for each site based on the contents derived accordingly. First, the internal insulation is bound to encounter insulation breakdown. Thus, the cold outdoor air in winter is transmitted to the structure with high thermal conductivity. This outdoor air is introduced indoor through the site where the insulation breakdown occurs, causing thermal bridges effects. In summer, for the same reason, the cool air indoor escapes to the outside. For the fundamental solution to this problem, the external insulation should be performed. Second, performing the exterior insulation to minimize thermal bridges effects in the projections such as parapets, terraces, etc. results in the aesthetical disadvantage due to the insulation thickness. For parapets, thermal bridges effects can be reduced by appropriately using a thermal bridges effects blocker or replacing the parapet site with a reinforced block with low thermal conductivity. For terraces, thermal bridges effects can be decreased by also using a thermal bridges effects blocker or expanding the internal insulation for the site where insulation breakdown occurs due to the structure of the terrace under other circumstances. Third, for the basement as an unheated space, it is also advantageous to block the heat coming from the ground by performing the exterior insulation. At this time, insulation breakdown may occurs in the section where the outer wall contacts the basement floor, and heat flow becomes higher with the insulation getting thicker. Therefore, for the basement floor, it is necessary to perform the exterior insulation to prevent intrinsic thermal bridges effects to prevent insulation breakdown. In conclusion, applying the thick insulation to reinforce insulation in the existing building increases the temperature difference between indoor and outdoor and has much heat exists due to the site where insulation breakdown occurs. Therefore, the most ideal insulation scheme is not only to consider the thickness and performance of the insulation but also to perform the exterior insulation to prevent insulation breakdown.
As the importance of the energy issues, such as climate changes, have been highlighted, Korea set a road map in 2010 to mandate reducing the annual energy consumption of residential buildings up to 30% by 2012, 60% of the level of passive houses by 2017, and 0% by 2025. As for Korea, 96.4% of energy relies on foreign imports. In the case of the oil that accounts for 38% of total energy, 87% is imported from the Middle East. This is a very weak supply-demand structure for energy security. The share of renewable energy continues to increase to address this problem; however, the proportion is significantly low, compared to the main energy source. In the domestic final energy consumption of Korea, buildings occupy a large proportion of about 24% and the proportion continues to increase. Thus, the energy saving of buildings has been very important to save energy and reduce gas emissions thereby. Most of the energy consumption resulting from construction work is mainly associated with buildings, especially for maintaining residential buildings. The maintenance costs account for more than 80% of the total in the process of planning, designing, constructing, maintaining, and dismantling residential buildings. In particular, the heating and cooling costs account for almost 70%. This allows us to deduce that it is very important to reduce the heating and cooling costs that account for the largest share in order to effectively reduce the total life cycle costs of buildings. Thus, this study aimed to analyze thermal bridges effects, one of the passive house planning factors, to save the costs in the cooling and heating parts consuming the most energy in residential buildings.
To this end, based on the thermal bridges reduction derived from principles, practices, and related research, this study attempted to analyze thermal bridges effects in accordance with the insulation scheme by simulating detached houses located in the central region of Korea. Simulation results found that the site where insulation breakdown had occurred showed a minor difference in heat flow between the interior insulation and the exterior insulation. In addition, it was confirmed that the outer insulation did not change in the temperature of the structure but was reduced in heat flow with the thickness of the insulation getting thicker. In this study, results were obtained for thermal bridges effects using the temperature and heat flow of the structure in accordance with the insulation scheme and thickness in detached houses. Thus, this study presented the following insulation scheme to minimize thermal bridges effects for each site based on the contents derived accordingly. First, the internal insulation is bound to encounter insulation breakdown. Thus, the cold outdoor air in winter is transmitted to the structure with high thermal conductivity. This outdoor air is introduced indoor through the site where the insulation breakdown occurs, causing thermal bridges effects. In summer, for the same reason, the cool air indoor escapes to the outside. For the fundamental solution to this problem, the external insulation should be performed. Second, performing the exterior insulation to minimize thermal bridges effects in the projections such as parapets, terraces, etc. results in the aesthetical disadvantage due to the insulation thickness. For parapets, thermal bridges effects can be reduced by appropriately using a thermal bridges effects blocker or replacing the parapet site with a reinforced block with low thermal conductivity. For terraces, thermal bridges effects can be decreased by also using a thermal bridges effects blocker or expanding the internal insulation for the site where insulation breakdown occurs due to the structure of the terrace under other circumstances. Third, for the basement as an unheated space, it is also advantageous to block the heat coming from the ground by performing the exterior insulation. At this time, insulation breakdown may occurs in the section where the outer wall contacts the basement floor, and heat flow becomes higher with the insulation getting thicker. Therefore, for the basement floor, it is necessary to perform the exterior insulation to prevent intrinsic thermal bridges effects to prevent insulation breakdown. In conclusion, applying the thick insulation to reinforce insulation in the existing building increases the temperature difference between indoor and outdoor and has much heat exists due to the site where insulation breakdown occurs. Therefore, the most ideal insulation scheme is not only to consider the thickness and performance of the insulation but also to perform the exterior insulation to prevent insulation breakdown.
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