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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 공동주택의 구조특성에 따른 기밀성능을 실측하고 이를 통해 수집한 데이터를 이용해 난방 에너지 요구량을 산출한 후 비교분석 하는 것을 목적으로 한다.
제안 방법
- 2와 같다. 구조적 특성에 따라 라멘구조와 벽식구조로 분류한 신축 공동주택의 기밀성능을 블로우도어(Blower Door)를 이용하여 측정하고 그 결과를 서로 비교해보았다. 또한 국내 기밀 성능 기존 연구동향과 비교하여 어떤 차이가 있는지 분석하였고, 이 실측값을 국외의 기밀성능 기준으로 평가하였다.
- 실측한 기밀성능이 국외 기밀성능 기준에 미치는지 여부를 판단했던 기존 논문과 달리 본 연구에서는 구조별로 분류하여 비교분석하였다. 그리고 난방에너지 요구량을 계산하여 정량적으로 분석하였다.
- 국내의 공동주택은 대부분 벽식구조로 시공되기 때문에 라멘구조의 표본이 부족하였다. 따라서 현재 다수의 구조인 벽식구조 공동주택의 기밀성능 범위를 구하고 이를 기준으로 라멘구조의 기밀성능을 비교하였다.
- 본 연구는 건물 구조 특성에 따른 기밀성능 분석을 위해 기존연구를 검토하고 국내 신축 공동주택을 대상으로 구조적 특성에 따라 분류하여 기밀성능을 측정한 후 에너지 요구량을 분석하였다. 그 결과는 다음과 같다.
- 또한 국내 기밀 성능 기존 연구동향과 비교하여 어떤 차이가 있는지 분석하였고, 이 실측값을 국외의 기밀성능 기준으로 평가하였다. 실측한 기밀성능이 국외 기밀성능 기준에 미치는지 여부를 판단했던 기존 논문과 달리 본 연구에서는 구조별로 분류하여 비교분석하였다. 그리고 난방에너지 요구량을 계산하여 정량적으로 분석하였다.
대상 데이터
- 2009년 이후 지어진 신축건물 중 건물에너지효율등급 본인증에서 2등급을 받은 건물을 대상으로 하였고 바닥 면적이 약 30.0㎡초과 60.0㎡미만인 소형 공동주택과 84.0㎡초과 85.0㎡미만인 중형 공동주택으로 나누어 수집하였다. 라멘구조 8세대, 벽식구조 304세대를 선정하여 총 312세대의 기밀성능 실측을 진행하였다.
- 기상 자료와 건물의 외피정보 입력을 위해 본 연구에서 실측하였던 단위세대 중 대표성이 있는 하나의 평면 형태를 선정하였고, 지역은 대전으로 선정하여 기상청에서 제시하는 1981년부터 2010년까지의 30년간 기후데이터를 적용하였다. 실내 난방설정 온도는 ‘건축물의 에너지 절약계획기준’에서 제시하는 20℃로 설정하였고, 한국에너지기술연구원 신재생에너지데이터센터에서 제시하는 방위별 수직 일사량을 이용하여 태양열 취득을 계산하였다.
- 0㎡미만인 중형 공동주택으로 나누어 수집하였다. 라멘구조 8세대, 벽식구조 304세대를 선정하여 총 312세대의 기밀성능 실측을 진행하였다. 건물에너지효율등급 본인증에서 2등급을 받은 단위세대만 선정하였는데 그 이유는 유사한 냉난방 성능을 가질 것으로 판단되기 때문이다.
- 사용한 측정기기는 미국의 Minneapolis 사의 Model 4 system로 DG-700 게이지와 함께 사용하였다. Fig .
데이터처리
- 본 연구에서 실측한 결과를 벽식구조와 라멘구조로 분류하여 국내 기존 연구 동향과 비교분석하였다. 그 결과 벽식구조 공동주택의 실측 결과는 기존 연구의 기밀성능 범위와 유사하게 측정되었으나 라멘구조의 경우 이를 벗어나 있을 뿐만 아니라 기존 연구의 최댓값보다 더 높게 측정된 것을 알 수 있었다.
- 실측을 통해 얻은 라멘구조 8세대와 벽식구조 304세대의 기밀성능의 평균을 구하여 자연 환기율을 구하였다. 라멘구조의 경우 기밀성능 평균인 6.
- 실측한 결과를 벽식구조와 라멘구조로 분류하여 국외 기밀성능기준과 비교분석하였다. 그 결과 벽식구조의 경우 일부는 국외기밀성능기준을 충족하였으나 라멘구조는 일본의 기밀성능 기준을 제외한 다른 나라의 기밀성능 기준을 충족하지 못하였다.
이론/모형
- ACH50을 자연 환기율로 환산하는 방법은 LBL(Lawrence Berkeley Laboratory)에서 제안하는 LBL Factor를 이용한 방법과, 건물에너지효율등급에서 사용하는 환기율 계산방법 등이 있지만 본 연구에서는 일반적으로 사용되고 있는 교정상수 20을 이용한 평균 침기횟수(ACH50/20)방법을 이용하였다.[5]
- 구조 특성에 따른 환기 및 침기 열손실과 에너지 요구량 차이를 구하기 위하여 앞서 선정한 기상 자료와 건물의 외피정보, 그리고 ISO 13790을 통해 계산하였다. 구조 특성에 따른 환기 및 침기 열 손실을 월별로 나타낸 것은 Fig.
- 본 연구에서는 실험 조건을 임의로 변화시킬 수 있고, 계절, 바람 등 외부 기후의 영향을 비교적 적게 받는 가압/감압법 중 가장 대표적인 방법인 블로어도어테스트(Blower Door Test)를 선택하였다. 이 측정 기구를 통해 기밀성능을 측정할 경우 10Pa 미만으로 압력을 증가시키면서 특정 차압 범위에서의 풍량을 측정한다.
- 의 평균값을 시뮬레이션의 경계조건으로 설정하였다. 실측값을 자연 환기율로 환산한 후 ECO21) 및 BESS(Building Energy Simulation for Seoul)2)의 에너지해석로직으로 적용되고 있는 ISO 13790를 기반으로 하여 라멘구조와 벽식구조의 난방 에너지요구량을 산정하였다.
- 현재 국제적으로 활용되고 있는 미국의 ASTM E779-03, 캐나다의 CGSB 149.15, 유럽의 DIN EN 13829, 국제기준인 ISO 9972중 EN 13829 기준을 따라 실험 및 분석을 수행하였고, 각 세대 당 5회씩 측정하여 측정오차를 줄이고자 노력하였다. 실험기기를 설치하는 현관문을 제외하고 자연환기시스템, 비상 개폐문, 외부에 면한 창문은 모두 닫았고, 내부의 균일한 압력 유지를 위하여 세대 내 모든 방문, 화장실 문 등은 개방하고 환기구는 밀봉하였다.
성능/효과
- 구조 특성에 따른 난방 에너지 요구량 분석 결과 라멘구조의 경우 78.80kWh/㎡yr, 벽식 구조의 경우 70.66kWh/㎡yr 로 측정되어 라멘구조의 에너지요구량이 약 11.5% 더 많은 것으로 분석되었다.
- 구조 특성에 따른 자연 환기율을 계산한 결과 라멘구조의 경우 0.35회/h이고, 벽식구조의 경우 0.18회/h이다.
- 66kWh/㎡yr이다. 구조특성에 따른 기밀성능의 변화만으로 에너지 요구량이 약 11.5% 더 증가하였다.
- 소형 공동주택의 기밀성능은 라멘구조의 경우 7.05회/h, 벽식구조의 경우 평균 3.69회/h로 측정되었고, 중형 공동주택의 기밀성능은 라멘구조의 경우 6.63회/h, 벽식구조의 경우 3.45회/h로 측정되었다. 그 이유는 벽식구조보다 라멘구조에 누기 발생가능성이 높은 접합부가 더 많기 때문으로 사료된다.
후속연구
- 향후 보다 많은 표본을 수집하여 분석범위를 확대하는 보완이 필요하다. 또한 구조적 특성에 따라 환기율 및 난방에너지 요구량이 차이남으로 추후 구조에 따른 별도의 기준에 대한 연구가 필요하다.
- 본 연구에 사용된 실측자료는 라멘구조 표본이 적어 실측 결과 및 분석의 일반화가 제한적이다. 향후 보다 많은 표본을 수집하여 분석범위를 확대하는 보완이 필요하다.
- 본 연구에 사용된 실측자료는 라멘구조 표본이 적어 실측 결과 및 분석의 일반화가 제한적이다. 향후 보다 많은 표본을 수집하여 분석범위를 확대하는 보완이 필요하다. 또한 구조적 특성에 따라 환기율 및 난방에너지 요구량이 차이남으로 추후 구조에 따른 별도의 기준에 대한 연구가 필요하다.
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