노후 건축물 실태조사에 의한 그린리모델링 단열성능 평가 및 현장 적용성 연구 A Study on the Green Remodeling Insulation Performance Evaluation and Site Applicability by Actual Condition Survey of Old Buildings원문보기
최근 국제사회는 지구온난화 방지를 목표로 “2015 유엔기후변화협약”을 체결했고, 대한민국 정부에서도 “2050 탄소중립”을 위한 건물분야 추진 전략으로 신축 건축물의 단열설계 기준 강화, 제로에너지건축물 인증 도입 및 기존 건축물의 그린리모델링 등을 통한 에너지성능 개선을 추진하고 있다. 이에 따라 기존 건축물 720만여 동 중 70%(504만 동)을 차지하는 15년 이상 된 노후 건축물(2021년 기준)의 ...
최근 국제사회는 지구온난화 방지를 목표로 “2015 유엔기후변화협약”을 체결했고, 대한민국 정부에서도 “2050 탄소중립”을 위한 건물분야 추진 전략으로 신축 건축물의 단열설계 기준 강화, 제로에너지건축물 인증 도입 및 기존 건축물의 그린리모델링 등을 통한 에너지성능 개선을 추진하고 있다. 이에 따라 기존 건축물 720만여 동 중 70%(504만 동)을 차지하는 15년 이상 된 노후 건축물(2021년 기준)의 녹색건축물 전환 활성화 추진과 냉방·난방에너지 등을 절감하고자, 기존 건축물에 녹색건축 인증(G-seed, 그린리모델링 인증 포함) 제도를 도입하고, 인증등급에 따른 인센티브제도를 시행 중이다. 그러나 단열성능 평가에 대한 실증적 현장실험에 대한 기준과 방법은 없는 실정이며 노후 단열재에 관한 연구 또한, 대부분 실험실에서 인위적 조건의 노후 촉진 실험 연구가 다수이고, 실제 노후 건축물에서 채취한 단열재에 관한 연구자료는 미미한 실정이다. 이에 건축물의 에너지성능 판단기준인 연간 단위면적당 1차 에너지소요량의 정확한 산출 근거자료 제공과 노후 건축물의 구조, 시공법에 관한 설계도서 부재, 단열성능 및 기능상실에 대한 불확실성 등으로 인한 단열성능 평가방법의 문제점을 파악하고 원인을 규명하고자 했으며, 이를 통해 최적화된 그린리모델링 공사 범위와 내용을 계획설계하고, 경제성과 실질적 성능개선 효율성 향상을 추구하고자 하였다. 아울러 건축물의 단열 하자로 인한 분쟁과 소송을 예방하고, 단열성능에 관한 사용검사(승인)의 투명성과 정밀성 확보를 위해 열관류율측정장비를 활용한 현장실험으로 건축물의 단열성능을 평가할 수 있는 시스템 적용성을 판단하고자“노후 건축물 단열재의 품질 특성 평가”및“건축물의 단열성능 및 현장 적용성 평가”로 구분하여 실험하였다. 본 연구의 결과는 다음과 같다.
1. 노후 건축물의 그린리모델링을 위한 현장조사 결과, 설계도서의 분실․훼손 및 불명확함 등으로 단열재 등급을 구분할 수 없었고, 일부 건축물은 준공도서와 상이한 시공을 한 상태임을 확인하였으며, 열관류율 현장실험 결과, 설계도서에 의해 산출한 설계값과 현장 측정값의 오차가 크게 발생하여 노후 건축물의 열관류율 현장실험에 관한 연구가 필요한 것으로 판단된다.
2. 20년 이상 경과 된 노후 건축물의 단열재 물성변화에 관한 KS M 3808(발포 폴리스티렌(PS) 단열재)의 품질 특성 실험결과, 열전도도는 생산 경과년수가 23년～39년 된 비드법(EPS)인 경우 생산 초기 성능과 동일하거나 약간 저하되어 열성능을 만족하였으나, 생산 경과년수가 34년 된 압출법(XPS)은 약 48% 증가하여 초기 열성능 기준값을 만족하지 못하였다. 또한, 비드법(EPS)인 경우 압축강도와 굴곡파괴하중, 흡수량, 연소성이 생산 초기 성능을 만족했으나, 밀도는 약 3%～30% 감소하였다. 압출법(XPS)인 경우 압축강도는 36% 감소하고, 굴곡파괴하중, 흡수량, 연소성은 생산 초기 성능을 만족하였다.
3. 건축물의 에너지성능 판단기준인 연간 단위면적당 1차 에너지소요량 산정에 있어, 단열재의 열저항 성능이 큰 영향을 미치는 바, 압출법 (XPS)인 경우 장기열전도율이 제정된(2009년) 이전의 자재는 생산 경과년수에 따라 열저항 성능이 저하되고 있으나, 기존 건축물의 연간 단위면적당 1차 에너지소요량 산출은 이를 적절히 반영하지 못하고 있어 생산 경과년수에 따라 열전도도 저감계수를 반영해야 할 것으로 사료되며, 비드법(EPS)의 경우 열전도도의 변화가 없어 현재와 같은 KS M 3808의 기준값을 적용할 수 있을 것으로 판단된다.
4. KS L ISO 9869(단열-건물 요소-열저항과 열투과율의 현장 측정)을 준용한 건축물 외피 열관류율 현장실험 결과, 측정 일자별 열관류율 값 표준편차는 Day-1 > Day-3 > Day-2 순으로 줄어들어 측정 2일째가 가장 정밀한 열관류율 값임을 확인할 수 있었다.
5. 실험기간 동안의 시간대별 열관류율 값 표준편차는 00:00～24:00(다음날) > 19:00～07:00(다음날) > 00:00～07:00(다음날) 순으로 작아졌고, 열관류율 측정값은 19:00～19:00(다음날) 시간대인 경우 설계값 대비 +5% 편차를 보여, KS L ISO 9869에서 제시하는 현장 측정값(허용오차 ±5% 이내) 기준을 만족하였다. 아울러, 00:00～07:00(다음날)인 경우는 –3%～+2% 편차를 보여, 야간대의 열류량 이동이 안정적임을 알 수 있었다.
6. 현장실험을 위해 조작과 휴대가 간편한 열관류율 측정기로 실험기간 3일 측정 시, 단열성능(열관류율) 적합여부를 검증할 수 있음을 확인하였고, 현장실험 기초자료를 제시함으로써, 이를 지속적으로 연구한다면 추후 노후 건축물의 그린리모델링 등의 녹색건축물 전환 효율성 증대와 건축물의 단열성능에 관한 분쟁과 소송을 예방할 수 있어 건설문화 선진화에 도움을 줄 것으로 판단된다.
최근 국제사회는 지구온난화 방지를 목표로 “2015 유엔기후변화협약”을 체결했고, 대한민국 정부에서도 “2050 탄소중립”을 위한 건물분야 추진 전략으로 신축 건축물의 단열설계 기준 강화, 제로에너지건축물 인증 도입 및 기존 건축물의 그린리모델링 등을 통한 에너지성능 개선을 추진하고 있다. 이에 따라 기존 건축물 720만여 동 중 70%(504만 동)을 차지하는 15년 이상 된 노후 건축물(2021년 기준)의 녹색건축물 전환 활성화 추진과 냉방·난방에너지 등을 절감하고자, 기존 건축물에 녹색건축 인증(G-seed, 그린리모델링 인증 포함) 제도를 도입하고, 인증등급에 따른 인센티브제도를 시행 중이다. 그러나 단열성능 평가에 대한 실증적 현장실험에 대한 기준과 방법은 없는 실정이며 노후 단열재에 관한 연구 또한, 대부분 실험실에서 인위적 조건의 노후 촉진 실험 연구가 다수이고, 실제 노후 건축물에서 채취한 단열재에 관한 연구자료는 미미한 실정이다. 이에 건축물의 에너지성능 판단기준인 연간 단위면적당 1차 에너지소요량의 정확한 산출 근거자료 제공과 노후 건축물의 구조, 시공법에 관한 설계도서 부재, 단열성능 및 기능상실에 대한 불확실성 등으로 인한 단열성능 평가방법의 문제점을 파악하고 원인을 규명하고자 했으며, 이를 통해 최적화된 그린리모델링 공사 범위와 내용을 계획설계하고, 경제성과 실질적 성능개선 효율성 향상을 추구하고자 하였다. 아울러 건축물의 단열 하자로 인한 분쟁과 소송을 예방하고, 단열성능에 관한 사용검사(승인)의 투명성과 정밀성 확보를 위해 열관류율 측정장비를 활용한 현장실험으로 건축물의 단열성능을 평가할 수 있는 시스템 적용성을 판단하고자“노후 건축물 단열재의 품질 특성 평가”및“건축물의 단열성능 및 현장 적용성 평가”로 구분하여 실험하였다. 본 연구의 결과는 다음과 같다.
1. 노후 건축물의 그린리모델링을 위한 현장조사 결과, 설계도서의 분실․훼손 및 불명확함 등으로 단열재 등급을 구분할 수 없었고, 일부 건축물은 준공도서와 상이한 시공을 한 상태임을 확인하였으며, 열관류율 현장실험 결과, 설계도서에 의해 산출한 설계값과 현장 측정값의 오차가 크게 발생하여 노후 건축물의 열관류율 현장실험에 관한 연구가 필요한 것으로 판단된다.
2. 20년 이상 경과 된 노후 건축물의 단열재 물성변화에 관한 KS M 3808(발포 폴리스티렌(PS) 단열재)의 품질 특성 실험결과, 열전도도는 생산 경과년수가 23년～39년 된 비드법(EPS)인 경우 생산 초기 성능과 동일하거나 약간 저하되어 열성능을 만족하였으나, 생산 경과년수가 34년 된 압출법(XPS)은 약 48% 증가하여 초기 열성능 기준값을 만족하지 못하였다. 또한, 비드법(EPS)인 경우 압축강도와 굴곡파괴하중, 흡수량, 연소성이 생산 초기 성능을 만족했으나, 밀도는 약 3%～30% 감소하였다. 압출법(XPS)인 경우 압축강도는 36% 감소하고, 굴곡파괴하중, 흡수량, 연소성은 생산 초기 성능을 만족하였다.
3. 건축물의 에너지성능 판단기준인 연간 단위면적당 1차 에너지소요량 산정에 있어, 단열재의 열저항 성능이 큰 영향을 미치는 바, 압출법 (XPS)인 경우 장기열전도율이 제정된(2009년) 이전의 자재는 생산 경과년수에 따라 열저항 성능이 저하되고 있으나, 기존 건축물의 연간 단위면적당 1차 에너지소요량 산출은 이를 적절히 반영하지 못하고 있어 생산 경과년수에 따라 열전도도 저감계수를 반영해야 할 것으로 사료되며, 비드법(EPS)의 경우 열전도도의 변화가 없어 현재와 같은 KS M 3808의 기준값을 적용할 수 있을 것으로 판단된다.
4. KS L ISO 9869(단열-건물 요소-열저항과 열투과율의 현장 측정)을 준용한 건축물 외피 열관류율 현장실험 결과, 측정 일자별 열관류율 값 표준편차는 Day-1 > Day-3 > Day-2 순으로 줄어들어 측정 2일째가 가장 정밀한 열관류율 값임을 확인할 수 있었다.
5. 실험기간 동안의 시간대별 열관류율 값 표준편차는 00:00～24:00(다음날) > 19:00～07:00(다음날) > 00:00～07:00(다음날) 순으로 작아졌고, 열관류율 측정값은 19:00～19:00(다음날) 시간대인 경우 설계값 대비 +5% 편차를 보여, KS L ISO 9869에서 제시하는 현장 측정값(허용오차 ±5% 이내) 기준을 만족하였다. 아울러, 00:00～07:00(다음날)인 경우는 –3%～+2% 편차를 보여, 야간대의 열류량 이동이 안정적임을 알 수 있었다.
6. 현장실험을 위해 조작과 휴대가 간편한 열관류율 측정기로 실험기간 3일 측정 시, 단열성능(열관류율) 적합여부를 검증할 수 있음을 확인하였고, 현장실험 기초자료를 제시함으로써, 이를 지속적으로 연구한다면 추후 노후 건축물의 그린리모델링 등의 녹색건축물 전환 효율성 증대와 건축물의 단열성능에 관한 분쟁과 소송을 예방할 수 있어 건설문화 선진화에 도움을 줄 것으로 판단된다.
Recently, the international community has signed the “2015 United Nations Framework Convention on Climate Change” with the goal of preventing global warming, and the Korean government has also strengthened insulation design standards for new buildings, introduced zero-energy building certification, ...
Recently, the international community has signed the “2015 United Nations Framework Convention on Climate Change” with the goal of preventing global warming, and the Korean government has also strengthened insulation design standards for new buildings, introduced zero-energy building certification, and Energy performance improvement is promoted through green remodeling of existing buildings. Accordingly, in order to activate the conversion of old buildings (as of 2021) of 15 years or older (as of 2021), which account for 70% (5.04 million) of the 7.2 million existing buildings, and to reduce cooling and heating energy, existing buildings are certified as green buildings. (G-seed, green remodeling certification included) system has been introduced, and an incentive system according to the certification level is being implemented. However, there are no standards and methods for empirical field experiments for the evaluation of insulation performance, and studies on aged insulation materials are also numerous, and most of the research on aging acceleration experiments under artificial conditions are conducted in laboratories, and research data on insulation materials collected from actual aged buildings. is insignificant. Therefore, it is necessary to provide the basis for accurate calculation of the primary energy consumption per unit area per year, which is the criterion for determining the energy performance of buildings, and to evaluate the insulation performance due to the uncertainty of the structure of old buildings, the absence of design documents for construction methods, and the uncertainty of insulation performance and loss of function. We tried to identify the problem and identify the cause, and through this, we planned and designed the scope and contents of the optimized green remodeling project, and pursued economic feasibility, practical performance improvement, and efficiency improvement. In addition, in order to prevent disputes and lawsuits due to defects in insulation of buildings and to secure transparency and precision of use inspection (approval) for insulation performance, the system applicability to evaluate the insulation performance of buildings by field experiments using thermal transmittance measuring equipment In order to determine the effect, the experiment was conducted by dividing it into “Evaluation of quality characteristics of old building insulation materials” and “Evaluation of insulation performance and field applicability of buildings”. The results of this study are as follows.
1. As a result of on-site investigation for green remodeling of old buildings, it was not possible to classify the insulation grade due to loss, damage, or uncertainty of design documents, and it was confirmed that some buildings were constructed differently from completed documents, and thermal transmittance field test results However, it is judged that a study on field experiments on the thermal transmittance of old buildings is necessary because there is a large error between the design value calculated by the design book and the field measurement value.
2. As a result of the quality characteristics test of KS M 3808 (expanded polystyrene (PS) insulation) on the change in physical properties of insulation materials of old buildings over 20 years old, the thermal conductivity was obtained by the bead method (EPS) with 23 to 39 years of production In the case of , the thermal performance was satisfied with the same as or slightly lowered than the initial production performance, but the extrusion method (XPS) with a production age of 34 years increased by about 48% and did not satisfy the initial thermal performance standard value. In addition, in the case of the bead method (EPS), the compressive strength, flexural failure load, water absorption, and combustibility satisfied the initial production performance, but the density decreased by about 3% to 30%. In the case of the extrusion method (XPS), the compressive strength decreased by 36%, and the flexural failure load, absorption, and combustibility satisfied the initial production performance.
3. In calculating the primary energy consumption per unit area per year, which is the criterion for determining the energy performance of buildings, the thermal resistance performance of the insulation material has a great influence. In the case of the extrusion method (XPS), the long-term thermal conductivity Although the thermal resistance performance of materials is degraded according to the elapsed years of production, the calculation of the primary energy consumption per unit area per year of existing buildings does not properly reflect this, so it is considered that the thermal conductivity reduction coefficient should be reflected according to the elapsed years of production In the case of the bead method (EPS), there is no change in thermal conductivity, so it is judged that the current standard value of KS M 3808 can be applied.
4. KS L ISO 9869 (Insulation-Building Elements-Field Measurement of Thermal Resistance and Thermal Transmittance) Result of Field Experiment for Thermal Transmittance of Building Enclosure, Standard Deviation of Thermal Transmittance Value by Measurement Date in Order of Day-1 > Day-3 > Day-2 , confirming that the second day of measurement is the most precise thermal transmittance value.
5. The standard deviation of the thermal transmittance value by time zone during the experiment period decreased in the order of 00:00~24:00 (next day) > 19:00~07:00 (next day) > 00:00~07:00 (next day), The thermal transmittance measured value showed a +5% deviation from the design value in the time zone of 19:00 to 19:00 (next day), satisfying the standard of field measurement (within ±5% tolerance) presented in KS L ISO 9869. In addition, in the case of 00:00 to 07:00 (next day), -3% to +2% deviation was shown, indicating that the heat flow movement in the night zone was stable.
6. For the field experiment, it was confirmed that the insulation performance (thermal transmittance) suitability could be verified when the experiment period was measured for 3 days with a portable and easy-to-operate thermal transmittance meter. In the future, it is judged that it will help advance construction culture by increasing the efficiency of green building conversion such as green remodeling of old buildings and preventing disputes and lawsuits regarding the insulation performance of buildings.
Recently, the international community has signed the “2015 United Nations Framework Convention on Climate Change” with the goal of preventing global warming, and the Korean government has also strengthened insulation design standards for new buildings, introduced zero-energy building certification, and Energy performance improvement is promoted through green remodeling of existing buildings. Accordingly, in order to activate the conversion of old buildings (as of 2021) of 15 years or older (as of 2021), which account for 70% (5.04 million) of the 7.2 million existing buildings, and to reduce cooling and heating energy, existing buildings are certified as green buildings. (G-seed, green remodeling certification included) system has been introduced, and an incentive system according to the certification level is being implemented. However, there are no standards and methods for empirical field experiments for the evaluation of insulation performance, and studies on aged insulation materials are also numerous, and most of the research on aging acceleration experiments under artificial conditions are conducted in laboratories, and research data on insulation materials collected from actual aged buildings. is insignificant. Therefore, it is necessary to provide the basis for accurate calculation of the primary energy consumption per unit area per year, which is the criterion for determining the energy performance of buildings, and to evaluate the insulation performance due to the uncertainty of the structure of old buildings, the absence of design documents for construction methods, and the uncertainty of insulation performance and loss of function. We tried to identify the problem and identify the cause, and through this, we planned and designed the scope and contents of the optimized green remodeling project, and pursued economic feasibility, practical performance improvement, and efficiency improvement. In addition, in order to prevent disputes and lawsuits due to defects in insulation of buildings and to secure transparency and precision of use inspection (approval) for insulation performance, the system applicability to evaluate the insulation performance of buildings by field experiments using thermal transmittance measuring equipment In order to determine the effect, the experiment was conducted by dividing it into “Evaluation of quality characteristics of old building insulation materials” and “Evaluation of insulation performance and field applicability of buildings”. The results of this study are as follows.
1. As a result of on-site investigation for green remodeling of old buildings, it was not possible to classify the insulation grade due to loss, damage, or uncertainty of design documents, and it was confirmed that some buildings were constructed differently from completed documents, and thermal transmittance field test results However, it is judged that a study on field experiments on the thermal transmittance of old buildings is necessary because there is a large error between the design value calculated by the design book and the field measurement value.
2. As a result of the quality characteristics test of KS M 3808 (expanded polystyrene (PS) insulation) on the change in physical properties of insulation materials of old buildings over 20 years old, the thermal conductivity was obtained by the bead method (EPS) with 23 to 39 years of production In the case of , the thermal performance was satisfied with the same as or slightly lowered than the initial production performance, but the extrusion method (XPS) with a production age of 34 years increased by about 48% and did not satisfy the initial thermal performance standard value. In addition, in the case of the bead method (EPS), the compressive strength, flexural failure load, water absorption, and combustibility satisfied the initial production performance, but the density decreased by about 3% to 30%. In the case of the extrusion method (XPS), the compressive strength decreased by 36%, and the flexural failure load, absorption, and combustibility satisfied the initial production performance.
3. In calculating the primary energy consumption per unit area per year, which is the criterion for determining the energy performance of buildings, the thermal resistance performance of the insulation material has a great influence. In the case of the extrusion method (XPS), the long-term thermal conductivity Although the thermal resistance performance of materials is degraded according to the elapsed years of production, the calculation of the primary energy consumption per unit area per year of existing buildings does not properly reflect this, so it is considered that the thermal conductivity reduction coefficient should be reflected according to the elapsed years of production In the case of the bead method (EPS), there is no change in thermal conductivity, so it is judged that the current standard value of KS M 3808 can be applied.
4. KS L ISO 9869 (Insulation-Building Elements-Field Measurement of Thermal Resistance and Thermal Transmittance) Result of Field Experiment for Thermal Transmittance of Building Enclosure, Standard Deviation of Thermal Transmittance Value by Measurement Date in Order of Day-1 > Day-3 > Day-2 , confirming that the second day of measurement is the most precise thermal transmittance value.
5. The standard deviation of the thermal transmittance value by time zone during the experiment period decreased in the order of 00:00~24:00 (next day) > 19:00~07:00 (next day) > 00:00~07:00 (next day), The thermal transmittance measured value showed a +5% deviation from the design value in the time zone of 19:00 to 19:00 (next day), satisfying the standard of field measurement (within ±5% tolerance) presented in KS L ISO 9869. In addition, in the case of 00:00 to 07:00 (next day), -3% to +2% deviation was shown, indicating that the heat flow movement in the night zone was stable.
6. For the field experiment, it was confirmed that the insulation performance (thermal transmittance) suitability could be verified when the experiment period was measured for 3 days with a portable and easy-to-operate thermal transmittance meter. In the future, it is judged that it will help advance construction culture by increasing the efficiency of green building conversion such as green remodeling of old buildings and preventing disputes and lawsuits regarding the insulation performance of buildings.
주제어
#그리리모델링 압출법 비드법 에너지소요량 에너지요구량 노후 건축물 단열성능 평가 열관류율 온실가스 열전도율 물성변화 품질 특성
학위논문 정보
저자
김현진
학위수여기관
원광대학교 일반대학원
학위구분
국내박사
학과
건축공학과
지도교수
최세진
발행연도
2023
총페이지
200 p.
키워드
그리리모델링 압출법 비드법 에너지소요량 에너지요구량 노후 건축물 단열성능 평가 열관류율 온실가스 열전도율 물성변화 품질 특성
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