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문제 정의
- 본 연구는 생태재료 마감재가 실내환경에 미치는 영향을 검증하기 위해 대표적인 생태재료인 황토미장재와 흔히 ‘실크벽지’라는 이름으로 널리 사용되는 PVC 발포벽지를 각각 시공한 실물 스케일의 실험체를 구축하여 비교 성능평가를 실시하였으며, 이를 통해 도출된 결과는 다음과 같다.
- 이러한 배경 하에 본 연구의 목적은 생태재료 마감재 중 각광받고 널리 사용되고 있는 황토 미장재의 실내 온·습도 조절 성능을 검증하는 것이다.
제안 방법
- 동절기 실험의 경우 기본 성능측정을 위해 별도의 난방은 실시하지 않았으며, 양 실험체가 동일한 조건 하에 내·외부 온도 센서, 습도 센서를 통해 1분 간격으로 데이터를 수집하였다.
- 또한 데이터 추출 및 장비 리셋을 위해 12∼15일, 15∼18일, 18∼21일의 3일 간격으로 실험을 나누어 실시하였고, 실험체 출입문 개방 시 2명의 연구자가 동시에 출입문을 개폐하여 필요한 절차를 진행하였으며, 동일하게 30분 환기 후 실험을 재시작 하였다.
- 80 W/㎡K)를 설치하였으며, 실험체의 내부는 연구의 목적에 의한 비교 실험을 위해 각각 생태재료인 황토미장재와 일반적으로 많이 사용 되는 PVC 발포벽지로 마감하였다. 미장용 황토는 생석회 10%,, 황토 30%,, 모래 60%의 비율로 배합하였으며, 볏짚을 섞어 강도를 높이도록 하였다. 투습계수는 흙 4x10-6∼4x10-8(김종배, 2003), 벽지 0.
- 하절기 장마 기간의 경우도 강우에 상관없이 황토미장 실험체가 안정적인 습도환경을 나타냈으며, 벽지마감 실험체에 비해 효과적인 성능을 보였다. 보다 정확한 습도유지 성능분석을 위해 온도와 상대습도 계산결과를 토대로 절대습도 값 및 외기와 실내 절대습도 값의 차이를 계산하였으며, 그 결과는 표 7, 그림 12와 같다.
- 본 연구의 목적인 생태재료의 성능 검증을 위해 실물 스케일의 실험체를 구축하여 실험을 진행하였다. 실험체는 약 11.
- 실험체 계획 시 적절한 온열 환경 조성을 위해 ‘건축물의 에너지절약설계기준’의 ‘나’ 등급 기준의 단열재를 사용하였으며, 실험체의 단열 성능은 건축법을 준용하여 실험체가 위치한 남부지방의 열관류율을 충족하도록 계획하였고, 특히 연구의 목적이 궁극적으로 지향하는 바가 친환경 주택 건설을 위한 자재 성능 검증임을 감안하여 국토해양부의 ‘친환경 주택의 건설기준 및 성능’ 이상을 만족하도록 계획하였다.
- 세부 벽체 단면 계획 및 상세 계획 내용은 다음의 표 4와 같으며, 시공 모습은 그림 1과 같다. 실험체의 환경 성능 검증을 위해 온/습도 센서 및 데이터 수집을 위한 모니터링 시스템을 설치하였으며, 측정용 센서 및 기기는 실험체의 중앙 바닥에서 약 1m의 높이에서 측정하였고 모니터링 시스템은 Lab-View 기반의 프로그램을 구축하여 실험에 이용하였다. 모니터링을 위한 센서의 설치계획 및 모니터링 시스템은 그림 2∼그림 6과 같다.
- 앞서 언급한 성능기준을 근거로 하여 바닥면적 11.5㎡ (3.3m x 3.3m)로 실물크기의 실험체를 구축하였다. 실험체의 향은 대지의 조건 및 일조량을 감안하여 남동향으로 계획하였으며, 양쪽 모두 구조체는 경량목구조, 단열재는 글라스울 R19 24K로 시공하였다.
- 이를 위해 실내 마감재로 보편적으로 사용되는 PVC 발포벽지(실크 벽지)와 황토 미장재를 각각 시공한 실물 스케일의 실험체를 구축하여 비교·성능평가를 실시하였으며, 이를 통해 일반 벽지 마감재 대비 황토 미장재 마감이 실내 온·습도환경에 미치는 영향을 검증하였다.
- 하절기 실험기간은 절기 상 장마 기간으로, 측정이 진행된 9일 중 3일(12일, 13일, 21일)을 제외한 나머지 기간은 모두 비가 내렸으며, 이를 통해 장마철의 고온다습한 환경에서 황토의 실내환경 조절성능을 분석하였다. 실험 기간 중 외기 온도는 22.
대상 데이터
- 각 마감재에 의한 실내환경 성능평가를 위해 동절기는 2012년 2월 12일부터 2012년 2월 21일까지, 하절기는 2012년 7월 12일부터 7월 21일까지 각각 9일간 데이터를 수집하였다. 동절기 실험의 경우 기본 성능측정을 위해 별도의 난방은 실시하지 않았으며, 양 실험체가 동일한 조건 하에 내·외부 온도 센서, 습도 센서를 통해 1분 간격으로 데이터를 수집하였다.
- 5㎡규모의 방 2개로 계획하였으며, 같은 향 및 동일한 면적의 창을 설치하여 실험을 위한 동일 조건을 조성하였다. 모니터링 실험은 계절에 따른 실내환경 변화를 측정하기 위해 동절기와 하절기에 실시하였으며, 모니터링 시스템을 통해 획득된 데이터 중 동절기는 2012년 2월 12일부터 2012년 2월 21일, 하절기는 2012년 7월 12일부터 2012년 7월 21일의 데이터를 분석에 이용하여 결론을 도출하였다.
- 본 연구의 목적인 생태재료의 성능 검증을 위해 실물 스케일의 실험체를 구축하여 실험을 진행하였다. 실험체는 약 11.5㎡규모의 방 2개로 계획하였으며, 같은 향 및 동일한 면적의 창을 설치하여 실험을 위한 동일 조건을 조성하였다. 모니터링 실험은 계절에 따른 실내환경 변화를 측정하기 위해 동절기와 하절기에 실시하였으며, 모니터링 시스템을 통해 획득된 데이터 중 동절기는 2012년 2월 12일부터 2012년 2월 21일, 하절기는 2012년 7월 12일부터 2012년 7월 21일의 데이터를 분석에 이용하여 결론을 도출하였다.
- 3m)로 실물크기의 실험체를 구축하였다. 실험체의 향은 대지의 조건 및 일조량을 감안하여 남동향으로 계획하였으며, 양쪽 모두 구조체는 경량목구조, 단열재는 글라스울 R19 24K로 시공하였다. 창호는 Gienow사의 목조주택 전용창호(열관류율 1.
- 실험체의 향은 대지의 조건 및 일조량을 감안하여 남동향으로 계획하였으며, 양쪽 모두 구조체는 경량목구조, 단열재는 글라스울 R19 24K로 시공하였다. 창호는 Gienow사의 목조주택 전용창호(열관류율 1.80 W/㎡K)를 설치하였으며, 실험체의 내부는 연구의 목적에 의한 비교 실험을 위해 각각 생태재료인 황토미장재와 일반적으로 많이 사용 되는 PVC 발포벽지로 마감하였다. 미장용 황토는 생석회 10%,, 황토 30%,, 모래 60%의 비율로 배합하였으며, 볏짚을 섞어 강도를 높이도록 하였다.
성능/효과
- 1) 황토미장재를 시공한 방과 PVC 발포벽지를 시공한 방은 외기온도에 비해 안정적인 실내온도의 변화를 나타내었으며, 동절기의 경우 황토를 시공한 방이 황토의 두께에 따른 축열성능에 의해 벽지마감 실험체에 비해 15%높은 평균 실내온도를 나타내 황토미장이 겨울철 온열환경 조절에 효과가 있는 것으로 분석되었다.
- 2) 습도 분석 결과, 동절기의 경우 황토미장 실험체가 벽지마감 실험체에 비해 온도변화폭이 24% 적은 것으로 분석되어 상대적으로 안정적이고 쾌적한 실내환경을 나타냈으며, 하절기 장마기간의 경우, 황토미장 실험체의 절대습도가 벽지마감 실험체에 비해 5% 낮게 나타나 황토미장이 조습작용을 통한 실내 습도환경 조절에 효과가 있는 것으로 분석되었다.
- 3) 계절별 분석결과, 하절기 장마기간에 비해 동절기에 황토미장의 조습작용에 의한 실내 습도조절이 효과적인 것으로 분석되었으며, 특히 야간 실내공간 쾌적성 유지에 효과적인 것으로 나타났다. 또한 온열환경 조절 역시 축열효과에 의해 동절기에 좀 더 나은 성능을 나타냈다.
- 그러나 황토를 시공한 방은 38.1∼62.3%, 평균 습도 55.3%로 그래프에서 보듯 쾌적 범위의 습도(40%∼60%)를 꾸준히 유지하는 것으로 나타났으나, PVC 발포벽지를 시공한 방은 38.7%∼70.5% 및 평균 습도 64%로 상대적으로 습한 실내 환경인 것으로 분석되었다.
- 동절기 실험 기간 중 기상 상황은 15일의 ‘흐림‘을 제외하고 눈/비 없이 ‘약간 흐림‘인 날씨가 이어져 실험에 큰 영향을 줄만한 특별한 기상 변수는 없었으며, 전체적으로 온도, 습도 모두 실험 기간 동안 일정한 경향을 나타내어 특이사항 없이 진행된 것으로 나타났다.
- 하절기 황토미장 실험체의 경우, 조습작용을 통해 벽지 마감 실험체에 비해 상대적으로 외부의 습기를 실내로덜 유입시키는 것으로 분석되었다. 동절기의 경우, 두 실험체 모두 낮은 외부 절대습도에도 불구하고 상대적으로 높은 실내 절대습도 값을 나타내고 있으며 벽지방의 절대습도가 약간 높은 것으로 나타나지만, 앞서 그림 12의 분석 결과 황토미장 실험체의 동절기 습도가 쾌적범위에 가까운 것으로 나타나 황토미장이 조습작용을 통해 실내에 적정량 수분을 공급하는 것으로 분석되었다.
- 두 방의 최대/최소 온도는 큰 차이가 없는 것으로 측정되었으나, 온도변화의 폭은 황토미장 실험체 2.9℃, 벽지미장 실험체 3.4℃로 황토미장 실험체가 벽지마감 실험 체에 비해 약간 안정적인 것으로 나타났으며, 온도분포의 표준편차 값 역시 황토미장 실험체가 작은 것으로 분석되어 황토미장이 여름철 장마기간의 온열환경을 안정적으로 유지하는데 효과적인 것으로 분석되었다.
- 또한 그림 10을 보면, 날씨가 맑았던 12, 13일과 낮 시간에 잠시 소나기가 내렸던 14일의 경우, 외기 습도가 일조변화에 따라 크게 변화하는 반면, 두 실험체의 습도는 70%∼75% 사이에서 유지되고 있으며, 특히 황토미장 실험체의 경우, 70%를 기준으로 크게 벗어나지 않는 변화 폭을 나타내고 있다. 마찬가지로 집중 호우로 인해 습도가 상승한 15일, 16일, 19일의 경우에도 황토미장 실험체의 경우 70%를 크게 벗어나지 않고 일정 습도를 유지하고 있으며, 벽지마감 실험체에 비해 변화폭이 작고 낮은 습도를 나타내어 황토미장이 여름철 장마기간 실내 환경의 습도 조절에 효과가 있는 것으로 분석되었다.
- 습도 변화에 대한 실험 결과, 온도와 마찬가지로 외기의 변화에 비해 두 방 모두 상대적으로 일정한 습도를 유지하는 것으로 측정되었다. 그러나 황토를 시공한 방은 38.
- 습도를 비교한 그림 11을 보면, 동절기의 실험체 습도 조절 성능이 하절기 장마기간에 비해 우수한 것으로 분석되며, 특히 황토미장 실험체의 경우 외부 습도가 낮고 변화 폭이 큰데 비해 50%∼60%의 실내 습도를 안정적으로 유지하는 것으로 나타났고, 일반 벽지미장에 비해서도 습도조절 성능이 우수한 것으로 분석되었다.
- 습도 변화에 대한 세부 실험 결과는 그림 9와 같다. 습도변화 역시 온도와 마찬가지로 외기의 변화에 비해 두방 모두 상대적으로 일정한 습도를 유지하는 것으로 나타났다. 여름철 장마로 인해 외기 습도는 48.
- 실험 기간 중 외기 온도는 –7.7℃∼14℃, 습도는 18.9%∼48.9%로 나타났으며, 3반복 실험에 의해 12일, 15일, 18일에 일정한 패턴으로 실험체의 습도가 수렴하는 것을 확인할수 있고 온도의 경우 반복실험 절차에 대해 상대적으로 영향을 덜 받는 것으로 나타났다.
- 하절기 장마기간의 경우, 두 실험체 모두 겨울철에 비해 안정적으로 실내 기온을 유지하는 것을 확인할 수 있으며, 황토미장 실험체의 기온이 약간 낮게 유지되는 것으로 분석되어, 황토미장이 여름철에 쾌적한 환경을 유지하는데 도움을 주는 것으로 나타났다. 외기의 변화 폭이 큰 동절기의 경우, 실험체의 온도조절 성능이 상대적으로 효과가 더 큰 것으로 분석되었으며, 특히 황토미장 실험체의 경우 벽지마감 실험체에 비해 지속적으로 높은 실내온도를 나타내 황토미장의 축열성능이 효과를 발휘하는 것으로 판단되어, 황토미장이 동절기와 하절기 장마기간 모두 실내 적정온도 유지에 효과가 있는 것으로 분석되었다.
- 이에 비해 황토미장 실험체는 67.6%∼73.8%, 벽지마감 실험체는 67.9%∼76.4%의 습도 분포를 나타내었으며, 특히 황토미장 실험체의 경우 습도 변화 폭 6.2%, 표준편차 1.29로 습도변화폭 8.5%, 표준편차 1.62인 벽지마감 실험체에 비해 안정적인 실내 습도 환경을 나타내 황토미장이 실내 습도조절에 효과가 있는 것으로 분석되었다.
- 특히 그림 7의 그래프에서 볼 수 있듯이, PVC 발포벽지를 시공한 방의 경우 일조에 의해 온도가 높아지는 낮시간을 제외한 대부분의 시간에서 쾌적범위(40%∼60%) 를 벗어나 60% 이상의 습도를 보여 황토미장이 실내 일정 습도의 유지 및 조습작용을 통한 쾌적범위 습도조절에 유리한 것으로 분석되었으며, 특히 야간 습도조절에 효과가 큰 것으로 나타났다.
- 습도를 비교한 그림 11을 보면, 동절기의 실험체 습도 조절 성능이 하절기 장마기간에 비해 우수한 것으로 분석되며, 특히 황토미장 실험체의 경우 외부 습도가 낮고 변화 폭이 큰데 비해 50%∼60%의 실내 습도를 안정적으로 유지하는 것으로 나타났고, 일반 벽지미장에 비해서도 습도조절 성능이 우수한 것으로 분석되었다. 하절기 장마 기간의 경우도 강우에 상관없이 황토미장 실험체가 안정적인 습도환경을 나타냈으며, 벽지마감 실험체에 비해 효과적인 성능을 보였다. 보다 정확한 습도유지 성능분석을 위해 온도와 상대습도 계산결과를 토대로 절대습도 값 및 외기와 실내 절대습도 값의 차이를 계산하였으며, 그 결과는 표 7, 그림 12와 같다.
- 온도를 비교한 그림 10을 보면 두 계절 모두 외기의 온도변화에 비해 실험체의 온도 변화가 안정적인 것을 확인할 수 있다. 하절기 장마기간의 경우, 두 실험체 모두 겨울철에 비해 안정적으로 실내 기온을 유지하는 것을 확인할 수 있으며, 황토미장 실험체의 기온이 약간 낮게 유지되는 것으로 분석되어, 황토미장이 여름철에 쾌적한 환경을 유지하는데 도움을 주는 것으로 나타났다. 외기의 변화 폭이 큰 동절기의 경우, 실험체의 온도조절 성능이 상대적으로 효과가 더 큰 것으로 분석되었으며, 특히 황토미장 실험체의 경우 벽지마감 실험체에 비해 지속적으로 높은 실내온도를 나타내 황토미장의 축열성능이 효과를 발휘하는 것으로 판단되어, 황토미장이 동절기와 하절기 장마기간 모두 실내 적정온도 유지에 효과가 있는 것으로 분석되었다.
- 하절기의 온도변화에 대한 세부 실험 결과는 표 6, 그림 8 및 그림 9와 같다. 황토미장재로 마감한 방과 PVC 발포벽지를 시공한 방에 대한 온도측정 결과, 두 실험체 모두 안정적인 온도변화를 나타내었다. 실외 온도의 변화 범위가 22.
- 동절기 실험체에 대한 실험 결과는 다음 표 5 및 그림 6, 그림 7과 같다. 황토미장재를 시공한 방과 PVC 발포 벽지를 시공한 방에 대한 온도측정 결과, 두 실험체 모두 외기 온도에 비해 안정적인 실내 온도의 변화를 보였다. 실외 온도의 변화 범위가 –7.
후속연구
- 기존 선행 연구를 분석해보면, 황토를 건축자재로 적용 하기 위한 물성 실험 및 실내환경에 미치는 영향에 대한 검증 실험은 다수 진행되었지만 모두 축소모형 및 시편을 통한 연구인 점이 한계점으로 분석되며, 이에 따라 실물 스케일의 실험체를 통해 실제 거주환경과 유사한 상황에서 성능을 검증한 본 연구는 기존 연구와 차별성을 획득함과 동시에 실험 결과에 대한 신뢰도 또한 높을 것으로 판단된다.
- 연구를 통해 황토미장이 실내 환경의 쾌적성 유지에 효과적인 것으로 나타났으며, 장기간의 데이터 확보를 통한 추가적인 검증이 요구된다. 또한 미장두께 및 공법 별 차이 등 다양한 시험조건에서의 추가 실험과 함께 향후건식공법으로의 확대 적용 및 성능검증이 향후 연구과제로 남는다
- 연구를 통해 황토미장이 실내 환경의 쾌적성 유지에 효과적인 것으로 나타났으며, 장기간의 데이터 확보를 통한 추가적인 검증이 요구된다. 또한 미장두께 및 공법 별 차이 등 다양한 시험조건에서의 추가 실험과 함께 향후건식공법으로의 확대 적용 및 성능검증이 향후 연구과제로 남는다
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