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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 국내의 창호 단열성능 및 결로방지성능 시험 규격인 KS22784)과 KS22955)에 따라 스틸 커튼월의 단열 및 결로방지성능을 평가하고, 일반적으로 사용되고 있는 알루미늄 커튼월의 성능과 비교 분석함으로써,열성능 측면에서 스틸 커튼월의 우수성을 평가하고자 한다.
- 스틸 커튼월은 알루미늄에 비해 열전도율이 낮은 스틸을 재료로 사용하면서 자재비 절감, 내구성 및 화재안전성 등의 측면에서 장점이 있어 유럽을 중심으로 제품 개발이 증가하고 있는 추세이다. 본 연구에서는 성능시험 규격에 따라 스틸 커튼월의 단열 및 결로방지성능을 평가하고, 일반적으로 널리 사용되고 있는 알루미늄 커튼월의 성능과 비교 분석하였다. 스틸 커튼월 시험체의 열관류율은 2.
제안 방법
- 각 실의 온도 및 열량은 정상상태가 된 후 30분 간격으로 3회 측정하였으며,측정 결과를 활용하여 식 (1)에 의해 열관류율을 계산하였다. 각 커튼월 시험체의 최종 열관류율은 3회 측정을 통해 계산된 열관류율 값을 평균하여 도출하였다.
- 항온항습실 내의 공기온도는 20℃, 상대습도 40%로 유지하였고, 저온실 내의 공기온도는 0℃부터 -15℃까지 5℃간격으로 4회 변경하여 설정하였다. 공기 및 시험체 표면온도가 정상상태에 도달하면 온도를 측정하고, 항온항습실을 가습하여 상대습도를 50%까지 상승시켜 이 조건을 1시간동안 유지한 후 시험체 표면에서의 결로 상태를 관찰하였다. 시험체 표면에 결로가 발생한 경우에는 항온항습실내 상대 습도 및 저온 실내의 공기온도를 조절하여 표면을 건조시킨 후, 다음 단계의 저온실 공기온도 조건에 대한 측정을 동일한 방법으로 실시하였다.
- . 그러나 본 연구에서는 알루미늄 커튼월과의 형평성을 고려하여 별도의 충진재 없이 가스켓만을 이용하여 프레임과 유리, 외부 알루미늄 캡을 결합하는 가장 단순한 형태의 단면을 선정하였다.
- 89℃로 나타났다. 또한 미국 NRFC(National Fenestration RatingCouncil)에서 보다 다양한 습도 조건을 반영하 창호의 결로방지성능을 평가하는 점을 려하여10), 수증기 발생량이 많은 상황을 가정한 온도 20℃, 상대습도 70%, 노점온도 14.2℃인 조건에 대해 9번 Edge 부위에서 결로가 발생하는 외기 온도를 예측하였다. 이 때의 외기 온도도 스틸 커튼월이 약 3.
- 공기 및 시험체 표면온도가 정상상태에 도달하면 온도를 측정하고, 항온항습실을 가습하여 상대습도를 50%까지 상승시켜 이 조건을 1시간동안 유지한 후 시험체 표면에서의 결로 상태를 관찰하였다. 시험체 표면에 결로가 발생한 경우에는 항온항습실내 상대 습도 및 저온 실내의 공기온도를 조절하여 표면을 건조시킨 후, 다음 단계의 저온실 공기온도 조건에 대한 측정을 동일한 방법으로 실시하였다.
- 3m 크기의 시험체 부착틀 전열 개구부에 그림 3과 같은 크기 및 형상의 시험체를 설치한 후, 시험체 부착틀과 시험체 사이의 틈새를 우레탄 폼으로 충진하고 실리콘으로 마감하였다.시험체를 9등분한 각 영역의 중앙부 9개 지점에 T type 열전대를 부착하여 시험체의 표면온도를 측정하였다. 항 온실과 저온실의 온도 및 표면열전달계수는 표 1과 같이 설정하였으며, 실제 측정에서 양쪽 표면 열전달 저항의 합이 0.
- 창호의 결로방지성능은 창호 내측 결로발생 시점의 저온실 공기온도와 온도저하율의 두 가지 지표를 이용하여 평가하였다. 창호 내측 결로발생 시점의 저온실 공기온도는 각 측정 위치에서 측정된 항온항습실 측의 시험체 표면온도와 저온실 공기온도의 상관그래프를 통해 도출할 수 있다.
- 항온항습실 내의 공기온도는 20℃, 상대습도 40%로 유지하였고, 저온실 내의 공기온도는 0℃부터 -15℃까지 5℃간격으로 4회 변경하여 설정하였다. 공기 및 시험체 표면온도가 정상상태에 도달하면 온도를 측정하고, 항온항습실을 가습하여 상대습도를 50%까지 상승시켜 이 조건을 1시간동안 유지한 후 시험체 표면에서의 결로 상태를 관찰하였다.
대상 데이터
- 스틸 커튼월의 단열성능 및 결로방지성능을 알루미늄 커튼월의 성능과 비교 평가하기 위하여,24mm 복층 Low-E유리(6LE+12Ar+6CL) 및 스테인리스 스틸 스페이서를 포함하여 그림 1과 같은 단면 형상을 갖는 커튼월 시험체를 제작하였다.커튼월은 시공 방법에 따라 멀리언과 트랜섬을 가공하여 현장 조립하는 스틱 시스템과 공장에서 1～2개 층 단위로 완전 조립하여 현장 시공하는 유닛 시스템으로 크게 구분되는데, 본 연구에서는 스틱 시스템을 시험 대상으로 선정하였다.
- 3m 크기의 시험체 부착틀 전열 개구부에 커튼월 시험체를 설치하였으며, 틈새를 우레탄 폼과 실리콘으로 마감하였다. 시험체의 표면온도는 그림 4와 같이 결로에 취약할 것으로 예상되는 프레임 및 Edge 부위 유리 등을 중심으로 시험체 내외표면의 총 18개 지점에 대하여 측정하였다. 항온항습실의 상대습도는 시험체의 중앙에서 부착 패널면으로부터 약 30cm 떨어진 위치에서 측정하였다.
- 또한 스틸 커튼월은 프레임 제작방식에 따라 냉연 또는 열연강판을 롤포밍 가공하는 방식과 T형 부재나 Box형 부재 등 후판을 용접하여 프레임의 구조성능을 구현하는 빌트업 방식으로 구분할 수 있다. 이 중에서 보다 일반적인 방식인 아연도금 강판을 롤포밍 가공한 스틸 커튼월을 대상으로 하였으며,알루미늄 커튼월의 경우 국내에서 일반적으로 사용되고 있는 열교 차단재(Thermalbreaker)적용 단면 설계안을 선정하였다.
- 스틸 커튼월의 단열성능 및 결로방지성능을 알루미늄 커튼월의 성능과 비교 평가하기 위하여,24mm 복층 Low-E유리(6LE+12Ar+6CL) 및 스테인리스 스틸 스페이서를 포함하여 그림 1과 같은 단면 형상을 갖는 커튼월 시험체를 제작하였다.커튼월은 시공 방법에 따라 멀리언과 트랜섬을 가공하여 현장 조립하는 스틱 시스템과 공장에서 1～2개 층 단위로 완전 조립하여 현장 시공하는 유닛 시스템으로 크게 구분되는데, 본 연구에서는 스틱 시스템을 시험 대상으로 선정하였다.
데이터처리
- 각 실의 온도 및 열량은 정상상태가 된 후 30분 간격으로 3회 측정하였으며,측정 결과를 활용하여 식 (1)에 의해 열관류율을 계산하였다. 각 커튼월 시험체의 최종 열관류율은 3회 측정을 통해 계산된 열관류율 값을 평균하여 도출하였다.
이론/모형
- 스틸 커튼월의 결로방지성능은 KS F 2295 규격에 따라 실시하였다. 단열성능 평가 시와 마찬가지로 2.
- 커튼월 시험체의 열관류율 측정은 KS2278 규격에 따라 한국건설기술연구원에서 수행하였다. 2.
- 시험체를 9등분한 각 영역의 중앙부 9개 지점에 T type 열전대를 부착하여 시험체의 표면온도를 측정하였다. 항 온실과 저온실의 온도 및 표면열전달계수는 표 1과 같이 설정하였으며, 실제 측정에서 양쪽 표면 열전달 저항의 합이 0.16m2K/W이 되지 않은 경우에 대해서는 KS 2278에 따라 보정을 실시하였다.
성능/효과
- KS 2278에 따라 열관류율을 측정한 결과, 스틸 커튼월 시험체는 2.0W/m2K, 알루미늄 커튼월 시험체는 2.13W/m2K로 스틸 커튼월이 알루미늄 커튼월에 비해 약 6% 정도 단열 성능이 우수한 것으로 나타났다. 일반적으로 커튼월을 포함한 창호를 통한 열류는 유리 부위, 프레임 부위, 유리와 프레임이 접하는 Edge 부위로 구분하여 평가하는데, 이 때 Edge 부위는 프레임에서 63.
- 13W/m2K에 비해 낮게 나타났으며, 특히 열적으로 취약한 프레임 및 Edge 부위의 단열성능이 우수함을 알 수 있었다. 결로방지성능 시험 결과에서도 스틸 커튼월의 온도저하율이 알루미늄 커튼월에 비해 더 낮아 결로방지에 상대적으로 유리할 것으로 예측되었다. 연구 수행 결과, 스틸 커튼월 및 알루미늄 커튼월에서 공통적으로 프레임 부위가 커튼월 전체의 단열 및 결로방지성능에 미치는 영향이 큰 것으로 확인되었다.
- 0, -5, -10, -15℃의 4개 실외 온도 조건에 대해 식 (2)를 이용하여 계산한 스틸, 알루미늄 커튼월 각 부위에서의 온도저하율 평균값은 그림 7과 같다. 스틸 커튼월 및 알루미늄 커튼월에서 공통적으로 멀리언과 트랜섬이 결합되는 상부(1～3번)나 하부(7～9번)측정점에 비해 멀리언만의 영향을 받는 중심부(4～6번)측정점의 온도저하율이 전반적으로 낮게 나타나, 프레임 부위가 커튼월의 결로방지성능에 미치는 영향이 큰 것을 알 수 있다.
- 본 연구에서는 성능시험 규격에 따라 스틸 커튼월의 단열 및 결로방지성능을 평가하고, 일반적으로 널리 사용되고 있는 알루미늄 커튼월의 성능과 비교 분석하였다. 스틸 커튼월 시험체의 열관류율은 2.0W/m2K로 알루미늄 커튼월 시험체의 열관류율은 2.13W/m2K에 비해 낮게 나타났으며, 특히 열적으로 취약한 프레임 및 Edge 부위의 단열성능이 우수함을 알 수 있었다. 결로방지성능 시험 결과에서도 스틸 커튼월의 온도저하율이 알루미늄 커튼월에 비해 더 낮아 결로방지에 상대적으로 유리할 것으로 예측되었다.
- 결로방지성능 시험 결과에서도 스틸 커튼월의 온도저하율이 알루미늄 커튼월에 비해 더 낮아 결로방지에 상대적으로 유리할 것으로 예측되었다. 연구 수행 결과, 스틸 커튼월 및 알루미늄 커튼월에서 공통적으로 프레임 부위가 커튼월 전체의 단열 및 결로방지성능에 미치는 영향이 큰 것으로 확인되었다. 특히 Edge 부위의 성능이 낮게 나타나, 향후 프레임과 유리 접합부위의 단열 및 결로방지 성능 보강 기술을 개발할 필요가 있을 것으로 판단된다.
- 18W/m2K이다. 즉, 열적으로 취약한 프레임 및 Edge 부위만을 비교하면, 스틸 커튼월이 알루미늄 커튼월에 비해 10% 정도 단열성능이 우수함을 알 수 있다.
후속연구
- 연구 수행 결과, 스틸 커튼월 및 알루미늄 커튼월에서 공통적으로 프레임 부위가 커튼월 전체의 단열 및 결로방지성능에 미치는 영향이 큰 것으로 확인되었다. 특히 Edge 부위의 성능이 낮게 나타나, 향후 프레임과 유리 접합부위의 단열 및 결로방지 성능 보강 기술을 개발할 필요가 있을 것으로 판단된다.
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