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2차원 정상상태 전열해석을 통한 교육시설의 알루미늄 창호 열관류율 평가에 관한 연구
A Study on the Evaluation of Thermal Transmittance Performance of Aluminum Alloy Window Frame of Educational Facility considering 2 Dimensional Steady-state Heat Transfer 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.12 no.11, 2011년, pp.5284 - 5289  

박동소 (한서대학교 건축학과)

초록
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본 연구에서는 대학 캠퍼스의 기존 교육시설에 설치된 알루미늄 합금 창의 2차원 정상상태 전열해석을 통한 열관류율(U-value) 평가를 수행하였다. 교육시설의 주요 창호 재료로 적용된 알루미늄은 열전도율이 175 $kca{\ell}/m^2h^{\circ}C$ 정도로 플라스틱 소재의 창틀과 비교할 때, 매우 불리하여 기존 교육시설에 설치된 알루미늄 창호는 열교를 통한 열손실의 주요인으로 지적되고 있다. 본 연구에서는 이러한 점에 착안하여 충남 서산지방에 위치한 대학건물의 알루미늄 알로이 합금 창호의 열관류율 평가에 관한 연구를 수행하여 다음의 해석 결과를 도출하였다. (1) 2차원 정상상태 전열해석을 위한 경계조건은 국토해양부고시 건축물 에너지절약설계기준의 남부지방 냉난방장치의 용량계산을 위한 설계 외기온 기준과 실내온도 기준을 적용하여 여름철 실내 $27^{\circ}C$, 실외 $31.3^{\circ}C$, 겨울철 실내 $21.0^{\circ}C$, 실외 $-9.6^{\circ}C$ 로 설정하고 시물레이션을 통한 해석 결과 열관류율은 알루미늄 합금 창호 U= 9.631 W/$m^2K$, 복층유리 U= 2.382 W/$m^2K$로 여름철과 겨울철 동일한 해석 결과치가 산출되었다. (2) 열관류율 해석결과를 "건축물의 에너지절약설계기준"의 열교차단재가 적용되지 않은 금속제 창의 단열성능 중 일반 복층창 단열성능기준인 U=4.0 W/$m^2K$와 비교할 때, 알루미늄 창틀을 통하여 225%의 열손실이 발생됨을 보여 주고 있다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study focused to evaluate thermal transmittance(U-value) performance of sliding type of aluminum alloy window frame(AAWF) with double glazing(DG) and glazing spacer and that without thermal breaker in winter and summer season by two dimensional steady state heat transfer analysis. The AAWE was ...

주제어

#2 Dimensional   #Steady-state   #Heat Transfer Analysis   #Aluminum Alloy Window Frame   #Thermal Transmittance Evaluation  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 기존 건축물에 설치된 알루미늄 합금 창의 2차원 정상상태 전열해석을 통한 열성능 평가를 수행하였다. 건축물의 주요 창호재료로 사용되고 있는 알루미늄은 알루미늄 고유의 물리적 특성에 따른 장점뿐 아니라 가격이 비교적 저렴하여 다양한 형태의 창호재료로 활용되고 있으나, 열전도율이 175 ㎉/㎡h℃ 정도로 플라스틱 소재와 비교하여 매우 불리하다[4],[5].
  • 이와 함께 일반용도의 건물을 비롯하여 교육시설, 상업시설 등 기존 건물에 설치된 알루미늄 등의 금속제 창프레임은 열교에 의한 열손실의 주요인으로 지적되고 있어 열손실 방지를 위한 적절한 대책 마련이 시급해 요청되고 있다. 본 연구에서는 이러한 점에 착안하여 충남 서산지방에 위치한 대학 캠퍼스의 교육시설에 적용된 알루미늄 합금 창 프레임의 열관류율 평가에 관한 연구를 수행하여 다음과 같은 해석 결과를 도출하였다.
  • 건물의 에너지 효율을 높임으로써 온실가스를 저감하고자하는 이러한 움직임은 창호 에너지 효율 등급제 등과 같은 건물부문의 단열관련 법령이 이전보다 강화되고 있으며, 이러한 정책적 변화는 향후 건물부문의 에너지 저감에 상당한 실효를 거둘 것으로 전망되고 있다. 본 연구의 목적은 대학 캠퍼스의 기존 교육시설에 설치된 알루미늄 합금 창틀의 열관류율을 2차원 정상상태 전열해석을 통하여 파악하고 향후 교육시설 뿐 아니라 다양한 용도의 기존 건물에 적용된 금속제 창틀의 단열성능 향상을 위한 방안을 수립하는데 기초자료로 활용하고자 수행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
건축물의 단열성능은 국토해양부의「건축물의 설비기준 등에 관한 규칙」에서 어떻게 개정하고 있는가? 건축물의 단열성능은 국토해양부의「건축물의 설비기준 등에 관한 규칙」에 따르면 지역별 건축물부위의 열관 류율(Thermal Transmittance, U-value) 중에서 거실의 외벽이 외기에 직접 면하는 경우 열관류율을 U=0.36 W/㎡ ㆍK 이하로 할 것을 개정하고 있다[1]. 이는 이전의 2002 년 기준인 열관류율 U=0.
충남 서산지방에 위치한 대학 캠퍼스의 교육시설에 적용된 알루미늄 합금 창 프레임의 열관류율 평가에 관한 해석 결과는? ⑴ 2차원 정상상태 전열해석을 위한 경계조건은 국토 해양부고시「건축물의 에너지절약설계기준」의 냉난방장치 용량계산을 위한 설계 외기온 기준과 실내온도 기준의 남부지방을 적용하여 여름철 실내 27℃, 실외 31.3℃, 겨울철 실내기온 21.0℃, 실외기온 -9.6℃ 로 설정하고 해석한 결과, 열관류율은 알루미늄 합금 창틀에서 U= 9.631 W/m 2 K, 복층유리 U= 2.382 W/m 2 K로 여름철과 겨울철의 열관류율 값이 동일한 해석 결과치로 산출되었다. ⑵ 산출된 열관류율 해석결과를 「건축물의 에너지절 약설계기준」의 열교차단재가 적용되지 않은 금속제 창의 단열성능 중 일반 복층창의 단열 성능기준인 U=4.0 W/m 2 K와 비교할 때, 알루미늄 창틀을 통하여 두 배가 넘는 225%의 열량이 손실됨을 보여 주고 있다.
건축물의 에너지절약설계기준의 규정과 기준은? 한편,「건축물의 에너지절약설계기준」은 창 및 문의 단열성능에 관한 기준으로 창 및 문의 종류에 따라 창틀및 문틀의 종류별 열관류율 규정하고 있으며, 열교차단재가 적용되지 않은 금속제 복층창의 열관류율은 복층유리의 공기층 두께에 따라 U=3.6～4.0 W/m 2 ･K으로 규정하고 있다[2]. 또한 위의 기준은 열관류율 계산에 적용되는 실내 및 실외측 표면 열전달저항값을 제시하고 있고, 이와 함께 열관류율 계산에 적용하는 중공층(cavity)의 두께에 따른 열저항값(/m 2 ･K/W)을 규정하고 있다. 또한 동 기준은 국내의 기후특성에 따른 지역별 냉난방설비의 용량 계산을 위한 설계 외기온과, 건축물의 용도별 실내온습도 기준을 정하고 있다[2]. 여기에 창호의 열관류율 계산법이 신설되어 단창, 이중창, 단층유리, 복층유리의 계산법이 제시되어 표면열전달저항, 창호 공기층의 열저항, 플라스틱 소재 프레임의 열관류율, 알미늄 간격재의 선형 열관류율값이 규정되어 있다. 본 연구에서는 이와 같은 기준을 근거로 알루미늄 합금 창호의 2차원 정상상태 전열해석을 수행하였다.
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참고문헌 (10)

  1. Building Regulation of Building Services, Code of Ministry of Land & Maritime, Vol. 306, 2010.11. 5 

  2. Building Regulation of Building Services, Code of Ministry of Land & Maritime, Vol. 2008-5 [Appendix 3] Insulation Performance of Window & Door. 

  3. Standard of Building Energy Saving Design, Code of Ministry of Land & Maritime, Vol. 2010-1031. 

  4. Park, Hyo-soon, et al, Insulation Performance Evaluation of the Aluminum and PVC Framed Double Glazing Window Systems with Low-e Coating and Insulation Spacer, Journal of AIK, Vol. 22 4, 210, 2006. 4 

  5. Huh, Jung-Ho, et al, Thermal Performance Improvement of Aluminum Frames, Proceedings of AIK Vol. 21 2, 2001. 10. 

  6. EN ISO 10077-2: Thermal Performance of Windows, Doors and Shutters 

  7. EN ISO 10211, ISO 13788: Thermal Bridge Analysis: Heat Loss Calculation, Surface Condensation 

  8. EN ISO 6946: Thermal Transmittances of Building Components and Elements 

  9. KOALCO F-0003: Aluminum Alloy Window 

  10. KS D 6579: Aluminum & Aluminum Alloy Materials 

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