에너지손실을 분석해 보면 열전달에 의한 손실과 공기유동에 의한 손실로 구분할수 있다. 열전달은 외벽, 지붕, 바닥의 열관류율에 의한 손실로 기존건축물의 가장 취약한 부분의 한 요소이다. 이런 손실을 방지 하려면 창을 포함한 외벽 전체의 평균 열관류율을 지역 기준값 이상으로 올리고 창의 기밀성을 확보함에 따라 방지 할수 있다. 노후건축물의 가장 취약한 부분이 외벽과 창호 이지만 출입문을 통한 침기량은 연돌효과에 의해 층계단을 타고 올라감과 동시에 각층의 공기를 흡입하여 더큰 유동을 잃으켜 층의 단열성 까지 취약하게 만드는 구조로 되어 있다. 현장 조사를 통한 진단과 에너지 개선처방이 제시될 때 반드시 건물전체에 대한 진단과 각층 부분에 대한 개선안이 함께 제출되어 단순히 창 교체만 하면 에너지절감을 이룰수 있다는 착각에서 벗어나야 할 것이다.
에너지손실을 분석해 보면 열전달에 의한 손실과 공기유동에 의한 손실로 구분할수 있다. 열전달은 외벽, 지붕, 바닥의 열관류율에 의한 손실로 기존건축물의 가장 취약한 부분의 한 요소이다. 이런 손실을 방지 하려면 창을 포함한 외벽 전체의 평균 열관류율을 지역 기준값 이상으로 올리고 창의 기밀성을 확보함에 따라 방지 할수 있다. 노후건축물의 가장 취약한 부분이 외벽과 창호 이지만 출입문을 통한 침기량은 연돌효과에 의해 층계단을 타고 올라감과 동시에 각층의 공기를 흡입하여 더큰 유동을 잃으켜 층의 단열성 까지 취약하게 만드는 구조로 되어 있다. 현장 조사를 통한 진단과 에너지 개선처방이 제시될 때 반드시 건물전체에 대한 진단과 각층 부분에 대한 개선안이 함께 제출되어 단순히 창 교체만 하면 에너지절감을 이룰수 있다는 착각에서 벗어나야 할 것이다.
The energy loss can be divided into the loss caused by heat transfer and the loss caused by air flow. Heat transfer is the loss resulting from the heat transmittance of external wall, roof, and floor, and represents one of the most vulnerable elements of existing buildings. To prevent such loss, it ...
The energy loss can be divided into the loss caused by heat transfer and the loss caused by air flow. Heat transfer is the loss resulting from the heat transmittance of external wall, roof, and floor, and represents one of the most vulnerable elements of existing buildings. To prevent such loss, it is necessary to increase the mean heat transmittance of entire external wall, including the window, to a level above the standard regional value and ensure the air-tightness of window. The old buildings have the structure which is prone to the loss of greater air flow due to the air infiltration through the exit/entrance door upward along the stairway by the stack effect and simultaneous suction of air from each floor, and becomes even vulnerable to the loss of heat insulation for each floor, although the external wall and windows are the most vulnerable parts. The improvement plans for each floor need to be submitted in tandem with the diagnosis of whole building, regarding the diagnosis plan and energy improvement measures based on the survey of site, rather than adhering to the misconception that the replacement of window alone will result in energy-savings.
The energy loss can be divided into the loss caused by heat transfer and the loss caused by air flow. Heat transfer is the loss resulting from the heat transmittance of external wall, roof, and floor, and represents one of the most vulnerable elements of existing buildings. To prevent such loss, it is necessary to increase the mean heat transmittance of entire external wall, including the window, to a level above the standard regional value and ensure the air-tightness of window. The old buildings have the structure which is prone to the loss of greater air flow due to the air infiltration through the exit/entrance door upward along the stairway by the stack effect and simultaneous suction of air from each floor, and becomes even vulnerable to the loss of heat insulation for each floor, although the external wall and windows are the most vulnerable parts. The improvement plans for each floor need to be submitted in tandem with the diagnosis of whole building, regarding the diagnosis plan and energy improvement measures based on the survey of site, rather than adhering to the misconception that the replacement of window alone will result in energy-savings.
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문제 정의
본 연구는 에너지조사, 진단과 개선처방을 제시 하면서 대안과 비교분석 , 회수기간을 고려한 최적의 개선 방법을 제시 하고자 한다.
Fig 13,14는 대안 2로 외부 일사조절장치의 개선 전,후를 나타내고 있다. 현재 설치된 창호에 외부 일사를 조절할 수 있는 차양장치를 설치하여 건물 에너지 절감을 꾀하고자 하였다. 햇빛이 강한 여름과 겨울에 일사를 조절하여 냉·난방 부분에서 약 9.
가설 설정
둘째로 각층의 기밀성능 확보로 공기유동을 줄이는 것이다. 창의 단열 성능외에 중요한 것이 기밀부분이다.
5 W/m2k로 기밀성은 등외등급에서 1등급으로 개선이 요구되고 있다. 외벽은 구조와 창호로 구성되는데 가장 취약한 부분으로 열전달이 일어난다고 가정한다면 창호의 개선이 시급한 것으로 판단된다.
제안 방법
건물 조사결과보고서에 따라 대안 1안인 고기밀성 덧창 및 블라인드 일체식으로 시공하는 것으로 하였다. 기밀과 창호의 효율성을 현기준 이상으로 개선함에도 불구하고 적절한 공사금액(150,712,015원)과 공사기간 주말 4주에 따른 업무 공백이 없다는 것이 큰 장점 이였다.
Fig 15, 16은 대안 3으로 현재 설치된 창호에 고기밀성 창호의 덧창 시공과 남측 블라인드설치, 외벽 단열재를 추가설치하여 에너지절감 분석을 하였다. 고기밀성 덧창시공, 내부단열공사을 수행함에 따른 공사기간이 3개월이상 소요되고 야간작업 주말 작업을 유도 하더라도 업무에 영향을 미칠 수밖에 없는 환경이 문제로 분석 되었다.
조사건물에 적용된 주요장비 현황을 살펴보면 급탕과 공조기 가습용으로 관류보일러 800 kg/h가 적용되었으며 난방은 지역난방, 냉방은 흡수식 냉동기 2대 240, 400 USRT가 각각 적용 되었다. 공조방식은 수-공기방식으로 적용 되었으며 창의 Cold Draft 방지를 위하여 FCU를 설치를 하였다. 내부존은 쾌적성과 환기를 위하여 AHU를 적용하여 거주공간의 쾌적성을 기하고 중간기 외기냉방을 가능 하도록 하였다.
공조방식은 수-공기방식으로 적용 되었으며 창의 Cold Draft 방지를 위하여 FCU를 설치를 하였다. 내부존은 쾌적성과 환기를 위하여 AHU를 적용하여 거주공간의 쾌적성을 기하고 중간기 외기냉방을 가능 하도록 하였다.
표 4는 개선방법으로 3가지로 구분하여 리모델링 전,후 에너지 절감율을 비교 분석 하고자 한다. 대안 1은 현재 설치된 창호에 22mm 일반복층유리를 덧댐과 블라인드 시공으로서 창호의 성능향상과 침기율을 최소화 하고자 한다. 대안 2는 현재 창호 외부에 차양을 설치하고, 대안 3은 22mm 일반복층유리 덧창 시공과 블라인드 시공 그리고 단열재를 보강하고자 한다.
대안 1은 현재 설치된 창호에 22mm 일반복층유리를 덧댐과 블라인드 시공으로서 창호의 성능향상과 침기율을 최소화 하고자 한다. 대안 2는 현재 창호 외부에 차양을 설치하고, 대안 3은 22mm 일반복층유리 덧창 시공과 블라인드 시공 그리고 단열재를 보강하고자 한다. 이렇게 총 3가지의 리모델링 대안을 ECO-2 시뮬레이션을 통해 분석 하였다.
설계도서를 검토하여 조사 건물의 에너지소요량을 ECO-2 프로그램으로 시뮬레이션하여 1차에너지 소요량을 분석 하였다.
조사건물에 적용된 주요장비 현황을 살펴보면 급탕과 공조기 가습용으로 관류보일러 800 kg/h가 적용되었으며 난방은 지역난방, 냉방은 흡수식 냉동기 2대 240, 400 USRT가 각각 적용 되었다. 공조방식은 수-공기방식으로 적용 되었으며 창의 Cold Draft 방지를 위하여 FCU를 설치를 하였다.
주요 입력요소를 살펴보면 건축부분에서 외벽, 지붕, 바닥의 형별성능과 창호의 열관류율을 입력하고 기계부분에서는 주요 장비의 열원, 설비를 각 존마다 적용 하였다. 용도 프로필에서는 각 용도별 선택과 사용시간, 실내온도 조건을 결정하였다.
표 4는 개선방법으로 3가지로 구분하여 리모델링 전,후 에너지 절감율을 비교 분석 하고자 한다. 대안 1은 현재 설치된 창호에 22mm 일반복층유리를 덧댐과 블라인드 시공으로서 창호의 성능향상과 침기율을 최소화 하고자 한다.
표 8은 대안 2의 설치비용을 분석한 것으로 외부 일사조절장치를 1~4층 까지 창문의 면적에 따라 3~4m2, 6m2을 구분하여 설치를 하였다. 외부에서 공사가 진행되므로 업무의 피해가 전혀 없다는 것이 장점으로 분석 되었다.
표 5는 대안 1의 설치비용을 분석한 것으로 적용 금액은 업체의 견적금액을 적용 하였다. 표에서 나타낸바와 같이 고기밀덧창은 전체창 부분에 적용하였고 블라인드는 1~4층 남측존만 적용 하였다. 공사기간은 약 4주가 소요되며 공사금액은 약 1억5천이 소요되는 것으로 나타났다.
이론/모형
대안 2는 현재 창호 외부에 차양을 설치하고, 대안 3은 22mm 일반복층유리 덧창 시공과 블라인드 시공 그리고 단열재를 보강하고자 한다. 이렇게 총 3가지의 리모델링 대안을 ECO-2 시뮬레이션을 통해 분석 하였다.
성능/효과
연간 에너지사용량은 약 1,007,568 kW 이며 준공한지 19년 4개월이 된건물이라 건물외피의 단열 성능이 취약하여 난방 에너지 사용량이 상당히 높은 것으로 분석 되었다. 겨울철(1월, 2월, 12월) 에너지 사용량이 352,999 kW로 연간에너지 사용량의 약 35%를 차지하고 있는 것으로 확인 되었으며, 이에 따라 Fig 2에서 에너지 사용 비용도 겨울철에 특히 많은 것으로 나타났다.
현재 본관 건물 창호는 일반 복층유리와 알루미늄 창틀로 구성되어 있으며, 사업승인당시 일반적인 성능으로 설치되었다고 본다면 19년 4개월동안 사용한 것으로 노후화가 진행된 것으로 조사되었다. 기밀성이 거주공간의 쾌적성이 저하 되었으며 겨울철 침기에 의한 열손실이 상당히 큰 것으로 분석 되었다. 또한, 유리와 창틀의 변색, 외벽의 노후화로 인해 시각적으로 좋지 않은 상태였다.
기존 창호에 덧창을 시공하여 단열보완과 기밀성을 향상 하였으며, 이중창 사이 블라인드를 적용하여 여름엔 차단하고 겨울엔 햇빛을 받아들여 냉·난방약 22.32%의 에너지 절감을 꾀하였다.
창의 단열 성능외에 중요한 것이 기밀부분이다. 노후건축물 지속사용에 따른 창의 변형, 씰소손, 잦은 이사에 따른 문틀소손 등으로 기밀이 아주 취약한 것으로 나타났다. 공기유동 측면에서도 출입문은 2중 방풍구조가 되어 있음에도 불구하고 기밀이 취약한 것으로 나타났다.
성능개선 주안점은 단열개선과 공기의 유동을 최소로 할수 있는 개선이 되어야 할 것이다. 단열성능은 최소 현기준에 의한 단열개선이 필요하며 공기의 유동을 최소화 할수 있는 출입문의 정밀 시공과 창하부 씰의 부착으로 기밀성을 확보하고 계단실의 문과 각층의 문을 폐쇠함과 동시에 적정한 구획을 함으로서 공기의 유동을 최소화 하는 건물운영이 중요한 것으로 분석 되었다. 이는 에너지 담당자만 하는 것이 아니라 건물재실자의 에너지절감에 대한 인식전환 행위가 필요한 것으로 분석 되었다.
본관 건물의 외피 부분을 열화상카메라로 분석한 결과 전체적으로 창호의 노후화로 인한 성능이 현저히 떨어져 있는 상태로 확인되었다. 또한, 건물이 약 19년 4개월이 경과 되어 창호의 단열성은 거의 없다고 봐도 무방하며 이로인해 겨울철 난방 에너지 사용량은 증대되며 실내 쾌적도가 매우 불량한 상태로 파악 되었다.
리모델링 전후 ECO-2 1차에너지 소요량 402.8→344.6으로 약 58.2 kWh/m2로 절감과 회수연한 6.6년으로 분석되어 사용자의 생각에 합당한 것으로 판단 되었다.
본관 건물의 외피 부분을 열화상카메라로 분석한 결과 전체적으로 창호의 노후화로 인한 성능이 현저히 떨어져 있는 상태로 확인되었다. 또한, 건물이 약 19년 4개월이 경과 되어 창호의 단열성은 거의 없다고 봐도 무방하며 이로인해 겨울철 난방 에너지 사용량은 증대되며 실내 쾌적도가 매우 불량한 상태로 파악 되었다.
전체적으로 외피(창호+벽체)와 외부와의 온도편차가 심하며 이로인해 열손실이 크게 나타나고 있다. 창모서리 풍량이 1.67 m/sec로 측정되었으며 일반적인 창호보다 높은 상태로 침기에 의한 열손실과 재실자의 쾌적성이 떨어지는 것으로 분석 되었다.
5cm이상 되는 것으로 나타나 출입문의 기밀성을 언급하는 자체가 의미가 없을 정도로 분석 되었다. 출입문을 통한 침기량은 연돌효과에 의해 층 계단을 타고 올라감과 동시에 각층의 공기를 흡입하여 더큰 유동을 잃으켜 층의 단열성까지 취약하게 하는 구조로 나타났다.
표 2에서 나타낸바와 같이 단위면적당 연간 1차 에너지 소요량을 평가한 결과 402.8 kWh/m2 로 분석되었다. 이는 비주거 건축물에너지효율등급 인증등급 기준에 따르면 표 3과 같이 4등급에 해당하는 것으로 분석 되었다.
햇빛이 강한 여름과 겨울에 일사를 조절하여 냉·난방 부분에서 약 9.85% 의 에너지가 절감되는 것으로 분석 되었다.
현재 본관 건물 창호는 일반 복층유리와 알루미늄 창틀로 구성되어 있으며, 사업승인당시 일반적인 성능으로 설치되었다고 본다면 19년 4개월동안 사용한 것으로 노후화가 진행된 것으로 조사되었다. 기밀성이 거주공간의 쾌적성이 저하 되었으며 겨울철 침기에 의한 열손실이 상당히 큰 것으로 분석 되었다.
현재 본관 건물은 준공된지 약 19년 4개월이 경과 되었으며 시간에 따른 단열재 및 창호성능의 노후화에 따른 손실률을 고려하면 현재 계산된 결과값 보다 더 낮아질 것으로 예측 되었다.
후속연구
본 연구는 기존건축물의 노후도에 따른 에너지소비증가와 외벽에 의한 침기에 의한 재실자의 쾌적성 저하로 에너지 성능을 개선 하고자 할 때 여러가지 개선 방법이 있지만 어떤 개선책으로 에너지를 절감할 것인가가 문제가 될 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
에너지손실을 구분하면 무엇이 있는가?
에너지손실을 분석해 보면 열전달에 의한 손실과 공기유동에 의한 손실로 구분할수 있다. 열전달은 외벽, 지붕, 바닥의 열관류율에 의한 손실로 기존건축물의 가장 취약한 부분의 한 요소이다.
열전달은 어떤 요소인가?
에너지손실을 분석해 보면 열전달에 의한 손실과 공기유동에 의한 손실로 구분할수 있다. 열전달은 외벽, 지붕, 바닥의 열관류율에 의한 손실로 기존건축물의 가장 취약한 부분의 한 요소이다. 이런 손실을 방지 하려면 창을 포함한 외벽 전체의 평균 열관류율을 지역 기준값 이상으로 올리고 창의 기밀성을 확보함에 따라 방지 할수 있다.
열전달인 외벽, 지붕, 바닥의 열관류율에 의한 손실을 방지하려면 어떻게 해야하는가?
열전달은 외벽, 지붕, 바닥의 열관류율에 의한 손실로 기존건축물의 가장 취약한 부분의 한 요소이다. 이런 손실을 방지 하려면 창을 포함한 외벽 전체의 평균 열관류율을 지역 기준값 이상으로 올리고 창의 기밀성을 확보함에 따라 방지 할수 있다. 노후건축물의 가장 취약한 부분이 외벽과 창호 이지만 출입문을 통한 침기량은 연돌효과에 의해 층계단을 타고 올라감과 동시에 각층의 공기를 흡입하여 더큰 유동을 잃으켜 층의 단열성 까지 취약하게 만드는 구조로 되어 있다.
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