[국내논문]창호 유리의 단열필름 시공에 따른 생애주기비용 비교 분석 A Comparative Analysis of Life Cycle Cost on the Window Glass and the Insulation Film Coated Glass for Window원문보기
본 연구에서는 경제적인 창호공사 방안을 확인하기 위해 단열필름이 시공된 창호유리와 일반유리의 생애주기비용을 분석하여 비교하고자 하였다. 이를 위해 Window 6.3과 ECO2-OD 시뮬레이션 프로그램을 사용하여 유리 유형별 창호의 열성능 데이터를 측정하고 사례 건물에 적용하여 냉 난방 유지비용 및 LCC를 산출하여 경제성을 비교하였다. 연구결과 단열필름을 추가적으로 시공함으로써, 냉 난방 유지비용 측면에서는 하절기 태양열이 실내로 투과하는 것을 막아 냉방비용 절감 효과가 있지만, 이로 인해 동절기에는 난방비용이 증가하는 것으로 나타났다. 생애주기비용 측면에서 볼 때, 냉방비용 절감 효과가 난방비용 증가량과 필름 시공 및 수선으로 발생하는 추가비용을 상쇄하지 못하기 때문에 단열필름의 시공은 적절한 방법이 아니라고 할 수 있다.
본 연구에서는 경제적인 창호공사 방안을 확인하기 위해 단열필름이 시공된 창호유리와 일반유리의 생애주기비용을 분석하여 비교하고자 하였다. 이를 위해 Window 6.3과 ECO2-OD 시뮬레이션 프로그램을 사용하여 유리 유형별 창호의 열성능 데이터를 측정하고 사례 건물에 적용하여 냉 난방 유지비용 및 LCC를 산출하여 경제성을 비교하였다. 연구결과 단열필름을 추가적으로 시공함으로써, 냉 난방 유지비용 측면에서는 하절기 태양열이 실내로 투과하는 것을 막아 냉방비용 절감 효과가 있지만, 이로 인해 동절기에는 난방비용이 증가하는 것으로 나타났다. 생애주기비용 측면에서 볼 때, 냉방비용 절감 효과가 난방비용 증가량과 필름 시공 및 수선으로 발생하는 추가비용을 상쇄하지 못하기 때문에 단열필름의 시공은 적절한 방법이 아니라고 할 수 있다.
The purpose of this study is to analyze and compare the life cycle cost of window glass with insulation film and regular glass, to verify an economical window construction method. As an approach method, the thermal performance data of each type of glass was measured using Window 6.3 and ECO2-OD Simu...
The purpose of this study is to analyze and compare the life cycle cost of window glass with insulation film and regular glass, to verify an economical window construction method. As an approach method, the thermal performance data of each type of glass was measured using Window 6.3 and ECO2-OD Simulation Program, applied it to the case building to calculate the air conditioning and heating maintenance costs and LCC, and compared the economic feasibility. As a result, installing an additional insulation film prevents the solar heat penetration in the summer, so it reduces the cooling cost, on the other hand, it increased heating cost in winter. From the life cycle cost perspective, the effect of cooling cost reduction does not counterbalance the increase in heating cost and the additional cost from film installation and repair; therefore, the installation of insulation film may not be a proper method.
The purpose of this study is to analyze and compare the life cycle cost of window glass with insulation film and regular glass, to verify an economical window construction method. As an approach method, the thermal performance data of each type of glass was measured using Window 6.3 and ECO2-OD Simulation Program, applied it to the case building to calculate the air conditioning and heating maintenance costs and LCC, and compared the economic feasibility. As a result, installing an additional insulation film prevents the solar heat penetration in the summer, so it reduces the cooling cost, on the other hand, it increased heating cost in winter. From the life cycle cost perspective, the effect of cooling cost reduction does not counterbalance the increase in heating cost and the additional cost from film installation and repair; therefore, the installation of insulation film may not be a proper method.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 단열필름이 시공된 창호유리와 일반유리의 생애주기비용 분석을 통하여 두 공법을 경제적 측면에서 비교하고자 한다. 창호유리의 시공에 있어 생애주기를 근거한 대안들의 적정비용을 산출함으로써 한정된 예산의 적절한 투자 및 효과적인 운영을 위한 의사결정을 지원할 것이다.
본 연구에서는 경제적인 창호공사 방안을 확인하기 위해 단열필름이 시공된 창호유리와 일반유리의 생애주기비용을 분석하여 비교하고자 하였다. 이를 위해 Window 6.
본 연구에서는 창호에 적용되는 유리(단열필름 포함) 유형별 LCC측면의 경제성을 분석하여 비교하고자 한다. 분석에 적용한 사례 건물은 공공 건축물인 주민센터이며, 사례에서 비교된 유리유형(단열필름 포함)으로는 4가지로 사례건물에 기(旣) 시공된 투명유리, 로이유리, 추가적 단열효과를 얻기 위해 단열필름이 시공된 투명유리, 그리고 단열필름 시공 로이유리 사례를 비교하고자 한다.
본 연구에서는 창호의 적용 유리에 따른 생애주기비용 측면의 경제성 분석을 하였고, 그 결과는 다음과 같다. 기존유리에 단열필름을 추가적으로 시공함으로써 냉·난방 유지비용 측면에서 냉방비용의 경우 투명유리 9.
창호유리의 시공에 있어 생애주기를 근거한 대안들의 적정비용을 산출함으로써 한정된 예산의 적절한 투자 및 효과적인 운영을 위한 의사결정을 지원할 것이다. 이에, 장기적 관점으로 초기 투자비용 회수기간과 에너지 사용량 감소에 따른 운영유지비용 절감 효과를 분석하여 경제적인 창호공사 방안을 확인하고자 한다.
제안 방법
Kim et al.[5]이 시중에 유통되고 있는 단열필름의 열 성능을 분석하였다. 이 연구에서는 실험을 통해 일반 창호와 단열필름이 시공된 창호의 일별 표면온도와 외기온도간의 차이를 측정하고, 이에 따른 내부 온도변화를 측정하였으며, 단열필름을 시공한 창호는 적외선을 일부 흡수하여 일반 창호 대비 표면온도는 상승하지만 내부온도는 오히려 낮다는 것을 확인하였다.
3 시뮬레이션 프로그램을 적용하였다. 그리고 각 유형별 열 성능 데이터를 ECO2-OD 프로그램에 적용하여 사례건물에 각 유형의 유리를 적용하였을 때 에너지 소비량 총량을 산출하였다.
3 프로그램에서 적용 유리의 유형에 따른 물리적 열 성능 값을 얻기 위하여 적용한 시뮬레이션 프로그램에서 기본적으로 제공하고 있는 유리 유형 중 세 가지 유형을 선택하였다(Table 2 참조). 다른 변수, 즉 창호의 면적, 프레임 종류, 그리고 창호의 시스템을 두장의 6mm 판유리 사이에 12mm 공기층(공기 10%, 아르곤가스 90%)으로 구성된 24mm 복층구조 등은 모든 유형에서 동일 값으로 설정하였다.
둘째, U-Value와 태양 일사량 관련 열 성능 지수만으로 냉·난방 에너지 소요량을 예측하였다.
첫째, 이론적 고찰을 통하여 선행연구의 진행정도와 창호의 열전달 메커니즘, 건축물에서 빈번하게 사용되는 창호 유리의 형태를 고찰하였다. 둘째, 각 유형별 유리의 열 성능 데이터와 연간 총 에너지 소비량을 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 산출하였다. 셋째, 각 유형별 LCC를 산출하여 경제성 비교를 하였다.
본 연구에서는 Window 6.3과 ECO2-OD 시뮬레이션 프로그램을 사용하여 각 유리 유형별 열 성능 데이터와 연간 총 에너지 소비량을 선정하였다. 적용한 시뮬레이션 프로그램을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 프로그램의 요구정보는 크게 일반사항, 건축부문, 설비로 구분되며 일반부문은 건축주·설계 정보와, 모델링 지역의 기상데이터 적용을 위한 지역선택이 있다.
본 연구에서는 창호에 적용되는 유리(단열필름 포함) 유형별 LCC측면의 경제성을 분석하여 비교하고자 한다. 분석에 적용한 사례 건물은 공공 건축물인 주민센터이며, 사례에서 비교된 유리유형(단열필름 포함)으로는 4가지로 사례건물에 기(旣) 시공된 투명유리, 로이유리, 추가적 단열효과를 얻기 위해 단열필름이 시공된 투명유리, 그리고 단열필름 시공 로이유리 사례를 비교하고자 한다. 각 유형을 비교하기 위해 시뮬레이션 프로그램을 사용하였으며, 각단계별 적용 시뮬레이션 프로그램은 유리 유형별 창호의열 성능 데이터를 얻기 위해 Window 6.
사례건물의 유리 유형별 냉·난방비용은 시뮬레이션에 의해 얻어진 냉·난방 소비량과 공공기관 기준 연간 전기에너지 단가 평균값을 곱하여 산출하였다.
둘째, 각 유형별 유리의 열 성능 데이터와 연간 총 에너지 소비량을 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 산출하였다. 셋째, 각 유형별 LCC를 산출하여 경제성 비교를 하였다.
수선주기 및 수선율을 선정함에 있어 주택법 시행규칙 제26조 제1항 및 제20조(장기수선계획의 수립기준)에 제시된 복층유리의 수선주기와 수선율, 교체율과 교체주기를 적용하였다. 단열필름의 경우 수선주기와 수선율, 교체주기와 교체율에 대한 기준이 수립되어 있지 않지만 일반적인 제품의 평균 품질보증기간을 참조하여 Table 4와 같이 설정하였으며, 보증기간 동안에는 필름에 발생하는 변색 및 탈색 등의 문제에 대하여 제조사로부터 보증을 받을 수 있다.
시공 및 수선비용과 냉·난방비용을 종합하여 40년 주기의 생애주기비용을 분석하였다.
유리공사의 생애주기비용을 산정하기 위해 필요한 비용정보는 초기건설비용, 유지관리비용 등 2가지로 크게 구분하여 각 단가는 일관성 유지를 위하여 한국물가정보지의 단가를 적용하였다.
분석기간은 법인세법 시행규칙(건축물 등의 기준내용연수 및 내용 연수 범위표)에 따라 철근콘크리트 구조의 건축물 생애주기를 40년으로 설정하였다. 유리유형에 따른 기간별 생애주기 비용을 계산하였다. Table 7에서 확인할 수 있는 것처럼 투명 복층유리의 경우 생애주기비용 측면에서 단열필름을 시공한 경우가 27.
이를 위해 Window 6.3과 ECO2-OD 시뮬레이션 프로그램을 사용하여 유리 유형별 창호의 열성능 데이터를 측정하고 사례 건물에 적용하여 냉·난방 유지비용 및 LCC를 산출하여 경제성을 비교하였다.
일반유리와 단열필름을 시공한 유리의 생애주기비용 차이점을 분석하기 위해 수선 및 공사비 부문에서는 창호의 프레임, 도장, 인건비 등은 고려대상에서 제외하여 단순화하였으며 일반 유리의 유지비용 대비 단열필름 추가 시공시 발생하는 비용과 냉·난방비용만을 고려하여 분석기간을 설정하고 비교하였다.
유리공사의 생애주기비용을 산정하기 위해 필요한 비용정보는 초기건설비용, 유지관리비용 등 2가지로 크게 구분하여 각 단가는 일관성 유지를 위하여 한국물가정보지의 단가를 적용하였다. 일반적으로 공사내역서에는 각종 재료의 할증율 및 각종 품 등이 포함되어 있지만 본 연구에서는 생애주기비용을 산정함에 있어 객관적인 비교를 위하여 할증율 및 각종 품을 제외한 순 투입원가만을 고려하였으며 그 내용은 Table 5와 같다.
본 연구에서는 다음과 같은 한계가 있다. 첫째, 생애주기비용 분석과정에서 단열필름의 수선주기를 참고할 기준이 수립되어 있지 않기 때문에 제조사들이 제안하는 보증기간을 참고하였다. 둘째, U-Value와 태양 일사량 관련 열 성능 지수만으로 냉·난방 에너지 소요량을 예측하였다.
본 연구를 수행한 절차는 다음과 같다. 첫째, 이론적 고찰을 통하여 선행연구의 진행정도와 창호의 열전달 메커니즘, 건축물에서 빈번하게 사용되는 창호 유리의 형태를 고찰하였다. 둘째, 각 유형별 유리의 열 성능 데이터와 연간 총 에너지 소비량을 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 산출하였다.
대상 데이터
건물의 에너지 소요량을 분석하기 위한 시뮬레이션 적용대상 사례는 경기도 수원시 소재 주민센터 신축 건물이다. 사례건물은 연면적 1997.
건물의 에너지 소요량을 분석하기 위한 시뮬레이션 적용대상 사례는 경기도 수원시 소재 주민센터 신축 건물이다. 사례건물은 연면적 1997.83㎡, 지상 3층, 지하 1층의 철근콘크리트 구조이다(Table 1 참조).
이론/모형
분석기간은 법인세법 시행규칙(건축물 등의 기준내용연수 및 내용 연수 범위표)에 따라 철근콘크리트 구조의 건축물 생애주기를 40년으로 설정하였다. 유리유형에 따른 기간별 생애주기 비용을 계산하였다.
성능/효과
기존유리에 단열필름을 추가적으로 시공함으로써 냉·난방 유지비용 측면에서 냉방비용의 경우 투명유리 9.90%, 로이유리 1.81%의 절감 효과가 나타났다.
시공 및 수선비용과 냉·난방비용을 종합하여 40년 주기의 생애주기비용을 분석하였다. 단열필름은 하절기 냉방비용에는 효과가 있는 것으로 나타났으며 로이유리 대비 일반 투명유리에 시공하였을 경우 효과가 큰 것으로 나타났다. Table 9에서 확인할 수 있는 것처럼 투명 복층유리의 경우 생애주기비용 측면에서 단열필름을 시공한 경우가 27.
사례건물의 유리 유형별 냉·난방비용은 시뮬레이션에 의해 얻어진 냉·난방 소비량과 공공기관 기준 연간 전기에너지 단가 평균값을 곱하여 산출하였다. 단열필름을 시공한 Case A와 Case C의 경우 SHGC와 VT 성능 지수 향상에 따른 일사량 차단 효과로 단열필름을 시공하지 않은 Case B와 Case D에 비해 각각 9.90%, 1.81%의 하절기 냉방비용 절감 효과가 있는 것으로 나타났지만 동절기에는 주간 일사량을 충분히 취득하지 못해 난방비용이 2.79%, 0.98%로 오히려 증가하는 것으로 나타났다(Figure 2 참조).
65% 더 높게 나타났다. 따라서 생애주기 비용 측면에서 단열필름을 시공하는 것이 효율적이지 못한 것으로 나타났다.
65% 더 높게 나타났다. 따라서 생애주기 비용 측면에서 단열필름을 시공하는 것이 효율적이지 못한 것으로 나타났다.
VT는 SHGC와도 관련이 있으며, 일반적으로 VT값이 낮을수록 SHGC도 낮아져 좀 더 많은 일사량이 차단된다. 또한 VT가 낮아지면 눈부심 감소율이 높아져서 눈부심 감소에 보다 효과적이다.
생애주기비용 측면에서는 단열필름 추가시공에 따른 40년 주기 결과 투명유리 27.33%, 로이유리는 29.65%의 유지비용이 증가하는 것으로 분석되었다. 단열필름 시공 창호의 냉방비용 절감이 난방비용과, 필름 시공 및 수선으로 발생하는 추가비용의 증가를 상쇄하지 못하기 때문이다.
연구결과 단열필름을 추가적으로 시공함으로써, 냉·난방 유지비용 측면에서는 하절기 태양열이 실내로 투과하는 것을 막아 냉방비용 절감 효과가 있지만, 이로 인해 동절기에는 난방비용이 증가하는 것으로 나타났다.
[5]이 시중에 유통되고 있는 단열필름의 열 성능을 분석하였다. 이 연구에서는 실험을 통해 일반 창호와 단열필름이 시공된 창호의 일별 표면온도와 외기온도간의 차이를 측정하고, 이에 따른 내부 온도변화를 측정하였으며, 단열필름을 시공한 창호는 적외선을 일부 흡수하여 일반 창호 대비 표면온도는 상승하지만 내부온도는 오히려 낮다는 것을 확인하였다.
후속연구
즉, 유리의 표면이 반사 에너지를 실내로 재발산하는 방사율이 냉·난방 에너지 소요량에 영향을 미칠 수 있다는 것이다. 따라서 향후 단열필름의 수선율과 수선주기 그리고 교체율과 교체주기에 대한 추가연구가 필요하며, 유리의 성능에서 열 성능 지수뿐만 아니라 방사율을 고려한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다. 또한, 본 연구에서는 네 가지 유형에 대한 시뮬레이션으로 생애주기 비용을 예측하였으나 향후 더 다양한 유리유형과 시뮬레이션뿐만 아니라 실측 또는 모형실험 등을 통하여 좀 더 실제적인 자료를 바탕으로 한 추가적인 연구를 통하여 일반화할 필요가 있다.
또한, 단열의 목적 이외에 내·외관 기능 개선, 눈부심 방지로 개방성 확보, 사생활 보호, 유리 파손 시 비산으로 인한 2차 피해를 막아 안전성 확보를 기대할 수 있다.
따라서 향후 단열필름의 수선율과 수선주기 그리고 교체율과 교체주기에 대한 추가연구가 필요하며, 유리의 성능에서 열 성능 지수뿐만 아니라 방사율을 고려한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다. 또한, 본 연구에서는 네 가지 유형에 대한 시뮬레이션으로 생애주기 비용을 예측하였으나 향후 더 다양한 유리유형과 시뮬레이션뿐만 아니라 실측 또는 모형실험 등을 통하여 좀 더 실제적인 자료를 바탕으로 한 추가적인 연구를 통하여 일반화할 필요가 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
로이유리의 단점은 무엇인가?
최근 널리 보급되고 있는 로이유리는 유리의 표면에 전도성 박막 코팅을 하여 에너지의 흡수 및 재방사에 의한 열손실을 막아준다[3]. 하지만 여름동안의 고온에 의한 유리 사이의 내부 공기층 산화로 단열성능이 쉽게 상실되어 냉방에는 취약한 단점을 가지고 있다[4]. 이에 손쉽게 열 취득 및 손실을 통제할 수 있는 단열필름의 수요가 매년 증가하고 있는 추세이다[5].
로이유리의 장점은 무엇인가?
이에 따라 창호의 에너지 손실 문제를 해결하기 위한 방안으로써 진공유리, 삼중유리, 로이(Low-Emissivity) 유리, 창유리용 단열필름 등을 사용하고 있다. 최근 널리 보급되고 있는 로이유리는 유리의 표면에 전도성 박막 코팅을 하여 에너지의 흡수 및 재방사에 의한 열손실을 막아준다[3]. 하지만 여름동안의 고온에 의한 유리 사이의 내부 공기층 산화로 단열성능이 쉽게 상실되어 냉방에는 취약한 단점을 가지고 있다[4].
창호에서의 열성능 향상에 관한 요구는 계속해서 증가하는 이유는 무엇인가?
건물에서 창호는 벽체나 지붕에 비해 열전달계수가 크기 때문에 건물 외피 중 열손실이 가장 많이 발생하는 부위로 창호에서의 열성능 향상에 관한 요구는 계속해서 증가하고있다[6]. Jelle et al.
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