국내에서 주로 사용되고 있는 건물에너지 성능평가 시뮬레이션 마다 상이한 재료의 열전도율로 평가 되고 있음이 파악되었다. 시뮬레이션을 통한 정확한 건물에너지부하를 평가하기 위하여, 각 시뮬레이션에서 목조건축물의 스터드로 사용되고 있는 목재의 열전도율을 확인하고, 이에 따른 벽체의 열관류율과 부재 접합부위에서의 선형열교 차이를 연구하였다. 각 시뮬레이션은 동일 수종에 대해 상이한 열전도율을 채택 후, 각 시뮬레이션에서 추출한 열전도율 간의 차이가 가장 상이한 소나무의 열전도율을 스터드에 적용하였다. 시뮬레이션 간 지붕, 벽체, 지면 슬래브의 열관류율 중 최대오차는 $0.023W/m^2{\cdot}K$이었으며, 지붕의 서까래 접합부, 지붕-벽체 접합부, 지면슬래브-벽체 접합부 중 최대 선형열교 오차는 $0.025W/m{\cdot}K$이었다. 또한, HEAT2 정상상태전열해석 프로그램을 활용하여 선형열교 및 벽체의 온도변화에 대한 전열해석 이미지를 분석하였다. 구조체에 온도 분포를 선으로 표시하여 단열이 부족한 곳에서는 온도선이 급격하게 변하는 것이 확인되었고, 온도선이 급격하게 변하는 부위에서는 다른 곳보다 온도가 낮으며, 다른 구조체 부분보다 더 많은 열류가 손실됨이 확인되었다.
국내에서 주로 사용되고 있는 건물에너지 성능평가 시뮬레이션 마다 상이한 재료의 열전도율로 평가 되고 있음이 파악되었다. 시뮬레이션을 통한 정확한 건물에너지부하를 평가하기 위하여, 각 시뮬레이션에서 목조건축물의 스터드로 사용되고 있는 목재의 열전도율을 확인하고, 이에 따른 벽체의 열관류율과 부재 접합부위에서의 선형열교 차이를 연구하였다. 각 시뮬레이션은 동일 수종에 대해 상이한 열전도율을 채택 후, 각 시뮬레이션에서 추출한 열전도율 간의 차이가 가장 상이한 소나무의 열전도율을 스터드에 적용하였다. 시뮬레이션 간 지붕, 벽체, 지면 슬래브의 열관류율 중 최대오차는 $0.023W/m^2{\cdot}K$이었으며, 지붕의 서까래 접합부, 지붕-벽체 접합부, 지면슬래브-벽체 접합부 중 최대 선형열교 오차는 $0.025W/m{\cdot}K$이었다. 또한, HEAT2 정상상태전열해석 프로그램을 활용하여 선형열교 및 벽체의 온도변화에 대한 전열해석 이미지를 분석하였다. 구조체에 온도 분포를 선으로 표시하여 단열이 부족한 곳에서는 온도선이 급격하게 변하는 것이 확인되었고, 온도선이 급격하게 변하는 부위에서는 다른 곳보다 온도가 낮으며, 다른 구조체 부분보다 더 많은 열류가 손실됨이 확인되었다.
Building energy simulations which are mainly used in Korea have evaluated the building energy performance with the different thermal conductivity of construction materials. In order to evaluate the energy consumption accurately, the difference in thermal conductivity of the wood used in stud for woo...
Building energy simulations which are mainly used in Korea have evaluated the building energy performance with the different thermal conductivity of construction materials. In order to evaluate the energy consumption accurately, the difference in thermal conductivity of the wood used in stud for wooden structure was confirmed from the each simulation. In addition, the thermal transmission of building members and the thermal bridge at the conjunction of building members according to thermal conductivity from each simulation programs were researched. The thermal conductivity of pine that has the largest variation among the energy simulations was applied to the thermal properties of studs in wooden structure. The maximum error between the maximum and minimum thermal transmission of roof, wall, and floor slab was $0.023W/m^2{\cdot}K$. Plus, that thermal bridge at Rafter junction on the roof, roof-wall joint, and floor slab-wall joint was $0.025W/m{\cdot}K$. The heat transfer image for changes in temperature and the heat exchange were analyzed by HEAT2 program. The distorted temperature lines were found around the insufficient insulated connection parts. It was predicted that the temperature at the distorted parts in the analyzed image was lower than that of the other portion of the other structures.
Building energy simulations which are mainly used in Korea have evaluated the building energy performance with the different thermal conductivity of construction materials. In order to evaluate the energy consumption accurately, the difference in thermal conductivity of the wood used in stud for wooden structure was confirmed from the each simulation. In addition, the thermal transmission of building members and the thermal bridge at the conjunction of building members according to thermal conductivity from each simulation programs were researched. The thermal conductivity of pine that has the largest variation among the energy simulations was applied to the thermal properties of studs in wooden structure. The maximum error between the maximum and minimum thermal transmission of roof, wall, and floor slab was $0.023W/m^2{\cdot}K$. Plus, that thermal bridge at Rafter junction on the roof, roof-wall joint, and floor slab-wall joint was $0.025W/m{\cdot}K$. The heat transfer image for changes in temperature and the heat exchange were analyzed by HEAT2 program. The distorted temperature lines were found around the insufficient insulated connection parts. It was predicted that the temperature at the distorted parts in the analyzed image was lower than that of the other portion of the other structures.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 연구에서는 국내에서 주로 사용되고 있는 시뮬레이션들이 각기 상이한 재료의 열전도율 기준으로 건물에너지를 평가하고 있음을 파악하였다. 일반적으로 건축물 에너지 시뮬레이션의 경우 시뮬레이션의 데이터베이스에서 제시하는 재료의 물성을 사용 하게 되는데 시뮬레이션별로 같은 수종의 목재라도 열전도율의 차이가 많으며 최대 3배가 넘는 차이를 보이는 수종들도 존재하였다.
따라서 향후 관련 연구를 진행함에 있어서 특히 국내에서 주로 사용되는 목재의 열전도율과 관련된 데이터베이스의 확립이 우선적으로 필요할 것으로 생각된다. 본 연구에서는 목조건물에너지의 오차로 예측하기 위해, 각 시뮬레이션에서 스터드로 사용되고 있는 목재의 열전도율을 확인하고, 이에 따른 목구조 벽체의 열관류율과 부재 접합부위에서의 열교를 연구하였다.
제안 방법
시뮬레이션에서 추출한 열전도율 중 가장 큰 차이를 보이는 TRNSYS와 ECOTECT에서 조사된 소나무의 열전도율을 스터드에 적용하였다. 이때, 지붕, 벽체, 지면 슬래브의 최대, 최소 열관류율 차이는 지붕 0.
본 연구에서는 국내에서 높은 신뢰도로 사용되고 있는 건축물에너지 성능평가 시뮬레이션들 마다 상이한 재료의 열전도율 값으로 평가되고 있음을 파악하였다. 시뮬레이션을 통한 정확한 건물에너지를 평가하기 위하여 각 시뮬레이션에서 스터드로 사용되고 있는 목재의 열전도율을 확인하고, 이에 따른 목구조 벽체의 열관류율과 부재 접합부위에서의 선형 열교를 연구하였다.
대상 데이터
국내 수종 중 목조건축의 구조재로 사용되는 낙엽송(Larix leptolepis), 소나무(Pinus densiflora), 전나무(Abies holophylla)의 열전도율(K)을 각 시뮬레이션에서 추출하였다. 건축물에너지 성능평가 시뮬레이션인 Design Builder, ECOTECT, TRNSYS에서 조사한 수종별 열전도율은 Table 2와 같고, 목조건축의 지붕, 벽체, 지면 슬래브의 구성 및 물성을 Table 3에 나타내었다.
데이터처리
5배 이상을 상회한 값을 보였다. 또한, HEAT2 선형열교해석 프로그램을 통하여 각 부재의 접합부에서의 선형열교 및 온도변화에 대한 전열해석 이미지를 분석하였다. 전열해석 이미지를 활용하여 건축물 구조체의 온도 분포를 열선으로 표시하여 단열이 부족한 곳에서 끊어진 두 개의 온도선을 확인하였고, 끊어진 부분은 다른 부분보다 온도가 낮으며, 이 부위를 통해 다른 구조체 부분보다 더 많은 열류가 흐른다는 것을 예측할 수 있었다.
이론/모형
각 수종의 열전도율을 스터드의 물성에 대입하여 지붕, 벽체, 지면 슬래브의 열관류율(U)을 2.1 열관류율 산출방법에서 언급한 비균질 부재의 열전도율 공식을 이용하여 계산하였다. 계산된 각 부재의 열관류율은 Table 4에 나타내었다.
선형열교를 계산 시 수식의 총 손실열량 값을 얻기 위해서는 HEAT2 시뮬레이션을 활용하며, 본 시뮬레이션은 2차원 정상상태 전열해석 프로그램으로 ISO 10211에서 명시하고 있는 선형열교산출 방식을 기반으로 하고 있다. 본 연구에서는 HEAT2를 활용하여 국내 건축물 설비 등에 관한 규칙[11]에서 명시하고 있는 경계조건인 실내온도 20°C, 외부온도 –10°C에 따라 목구조의 서까래, 지붕-벽체 접합부, 지면 슬래브-벽체 접합부에서의 선형열교를 분석하였다.
본 연구에서는 사용된 실내ㆍ외의 표면열전달저항 값은 Table 1과 같으며, 이 값은 KS L ISO 6946[9]에서 규정하고 있는 값을 사용하였다. Rsi는 복사율 0.
5를 바탕으로 선형열교 산출식은 식 (4), (5), (6)과 같다. 선형열교를 계산 시 수식의 총 손실열량 값을 얻기 위해서는 HEAT2 시뮬레이션을 활용하며, 본 시뮬레이션은 2차원 정상상태 전열해석 프로그램으로 ISO 10211에서 명시하고 있는 선형열교산출 방식을 기반으로 하고 있다. 본 연구에서는 HEAT2를 활용하여 국내 건축물 설비 등에 관한 규칙[11]에서 명시하고 있는 경계조건인 실내온도 20°C, 외부온도 –10°C에 따라 목구조의 서까래, 지붕-벽체 접합부, 지면 슬래브-벽체 접합부에서의 선형열교를 분석하였다.
성능/효과
본 연구에서는 국내에서 높은 신뢰도로 사용되고 있는 건축물에너지 성능평가 시뮬레이션들 마다 상이한 재료의 열전도율 값으로 평가되고 있음을 파악하였다. 시뮬레이션을 통한 정확한 건물에너지를 평가하기 위하여 각 시뮬레이션에서 스터드로 사용되고 있는 목재의 열전도율을 확인하고, 이에 따른 목구조 벽체의 열관류율과 부재 접합부위에서의 선형 열교를 연구하였다.
017 W/m2ㆍK이었다. 열관류율 연구와 동일하게 서까래 접합부, 지붕-벽체 접합부, 지면 슬래브-벽체 접합부의 최대, 최소 선형열교 차이를 보면 지붕 서까래 0.021 W/mㆍK, 지붕벽체에서 0.025 W/mㆍK, 지면 슬래브-벽체 0.002 W/mㆍK이었으며, 시뮬레이션 별 열전도율 차이에 따른 평균 선형열교의 오차는 0.016 W/mㆍK이었다. 독일 패시브하우스 협회에서 초에너지절약형 건축물을 실현시키기 위하여 Passive House 기준으로 열교부위의 선형열교를 0.
또한, HEAT2 선형열교해석 프로그램을 통하여 각 부재의 접합부에서의 선형열교 및 온도변화에 대한 전열해석 이미지를 분석하였다. 전열해석 이미지를 활용하여 건축물 구조체의 온도 분포를 열선으로 표시하여 단열이 부족한 곳에서 끊어진 두 개의 온도선을 확인하였고, 끊어진 부분은 다른 부분보다 온도가 낮으며, 이 부위를 통해 다른 구조체 부분보다 더 많은 열류가 흐른다는 것을 예측할 수 있었다.
후속연구
또한, 실내 열적 쾌적감이 저하, 실내표면에 결로현상 및 곰팡이 서식으로 인한 실내 공기질 악화, 습기 유입으로 구조체 및 마감재의 구조적, 시각적 문제, 건물 가치 하락과 내구성 저하를 야기하여 경제적 손실을 유발할 수 있다. 결국 정확한 열관류율 및 선형열교를 시뮬레이션을 활용하여 예측하기 위해서는 각 목질 재료의 열전도율을 규정할 수 있는 조사가 필요할 뿐만 아니라, 목구조의 열교를 줄일 수 있는 새로운 접합부 상세 디자인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
목재의 장점은?
최근, 녹색건축물의 효과적인 방안으로 목조건축이 주목받고 있다. 목재는 자연적으로 태양에너지를 사용하여 성장하기 때문에 재생 가능하며 지속가능한 자원으로 특히 이산화탄소를 흡수하고 분해 또는 연소 시에 이산화탄소를 배출하기 때문에 건축재료 및 가구 등의 제품으로 사용될 경우 탄소고정효과가 탁월하다[1,2]. 에너지적인 측면에서 목재를 실내 마감재로 사용하였을 시에는 우수한 단열 성능 덕분에 건물에너지 소요량이 최대 7.
냉ㆍ난방 부하를 최소화를 위한 첫걸음은?
건물 외피 성능은 건축물의 에너지소비와 재실자가 거주하는 실내환경에 큰 영향을 준다. 냉ㆍ난방 부하를 최소화하기 위해서는 우수한 성능의 외피를 구축하는 것이 저에너지건축물을 만들기 위한 첫 걸음이다. 최근, 녹색건축물의 효과적인 방안으로 목조건축이 주목받고 있다.
목조주택의 벽체 이외 부분에서 단열의 문제점은?
목조주택은 목재의 우수한 절연성 덕분에 벽체를 단열재와 함께 구성 시 높은 단열성능을 얻을 수 있다. 하지만, 목재 스터드와 단열재가 함께 조립을 이루는 벽체와 달리 지붕-벽체, 벽체-지면과 같이 벽체와 벽체가 만나는 접합부에서는 단열재가 시공되지 않아, 단열재보다 상대적으로 열전도율이 높은 목재 스터드로 열손실이 집중되는 문제점이 있다(Fig. 1).
참고문헌 (11)
Dodoo, A., L. Gustavsson, and R. Sathre. 2012. Effect of thermal mass on life cycle primary energy balances of a concrete- and a wood-frame building. Applied Energy 92: 462-472.
Nassen, J., F. Hedenus, S. Karlsson, and J. Holmberg. 2012. Concrete vs wood in buildings e An energy system approach. Building and Environment 51: 361-369.
McGraw Hill Construction. Wood Rates: How Wood Products Stack Up in Green Building Systems / How Wood Products Stack Up in Green Building Systems. continuingeducation. construction. com.
Koo, B.-K., J.-H. Lim, and S.-Y. Song. 2011. Improvement schemes of regulation related to thermal bridges in residential buildings. Korean Institute of Architectural Sustainable Environment and Building Systems: 55-58.
Inspect A pedia. Mold inspect test remove. www.inspectapedia.com.
Theodosiou, T. G. and A. M. Papadopoulous. 2008. The impact of thermal bridges on the energy demand of buildings with double brick wall constructions. Energy and Buildings 40: 2083-2089.
Erhorn, H., H. Erhorn-Kluttig, M. Citterio, M. Cocco, D. V. Orshoven, and A. Tilmans. 2010. An effective handling of thermal bridges in the EPBD context. Final Report of the IEE ASIEPI Work on Thermal Bridges.
Jeon, J. S., J. K. Seo, and S. M. Kim. 2011. Suggestion of termal environment miniature for evaluation of heating efficiency based on thermal conductivity measurement merhod of building materials. Mokchae Konghak 39: 269-280.
Korean Standard Association. 2007. ISO 6946 Building components and building elements Thermal resistance and thermal transmittance Calculation method.
Koo, B.-K., J.-H. Lim, and S.-Y. Song. 2011. Statistical analysis on the prediction of linear thermal transmittances for wall-slab joints in internally and externally-insulated apartment buildings. Journal of Architectural Institute of Korea 27: 305-312.
Ministry of Land, Infrastructure and Transport. 2013. Regulation for Facility in Building.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.