엔지니어링 PE방수.방근시트가 결합된 박스 유닛형 옥상 녹화 시스템 적용을 위한 성능평가 Performance Evaluation for the Application of Roof Green Box Unit System Combined with Engineering P.E.Waterproof and Root Penetration Sheet원문보기
도심지 건물의 증가는 친환경 공간에 대한 요구를 발생시키고, 이에 따라 옥상 및 인공지반 녹화의 보급이 급속히 증가되고 있다. 본 연구는 녹화시스템의 보급 확대를 위해 공법의 단순화, 일체화, 프리훼브화 개념을 적용, 연속 토양층 형성 박스 유닛형 녹화시스템을 개발하고, 이 시스템의 주요 성능으로 부착성, 내풍성, 단열성을 평가하여 적용 가능성을 검토하였다. 부착성 및 내풍성 시험결과, 설계 풍압 및 풍속과 비교하면 100m 높이의 건물에 설치해도 안전한 것을 확인하였고, 단열성 평가를 위해 120일간 측정한 내부 온도의 변화를 분석한 결과, 개발 시스템이 연속된 토양층을 형성하여 기존 유닛박스 시스템보다 주간은 17%, 야간은 45% 우수한 단열성능을 보여 주었다.
도심지 건물의 증가는 친환경 공간에 대한 요구를 발생시키고, 이에 따라 옥상 및 인공지반 녹화의 보급이 급속히 증가되고 있다. 본 연구는 녹화시스템의 보급 확대를 위해 공법의 단순화, 일체화, 프리훼브화 개념을 적용, 연속 토양층 형성 박스 유닛형 녹화시스템을 개발하고, 이 시스템의 주요 성능으로 부착성, 내풍성, 단열성을 평가하여 적용 가능성을 검토하였다. 부착성 및 내풍성 시험결과, 설계 풍압 및 풍속과 비교하면 100m 높이의 건물에 설치해도 안전한 것을 확인하였고, 단열성 평가를 위해 120일간 측정한 내부 온도의 변화를 분석한 결과, 개발 시스템이 연속된 토양층을 형성하여 기존 유닛박스 시스템보다 주간은 17%, 야간은 45% 우수한 단열성능을 보여 주었다.
According to the increment of urban buildings, the demand of eco-environment space will be also increased. Therefore, the artificial ground green system on a roof will be supplied gradually. In this study, the concept of simplification, unification and prefabrication was widely applied to supply gre...
According to the increment of urban buildings, the demand of eco-environment space will be also increased. Therefore, the artificial ground green system on a roof will be supplied gradually. In this study, the concept of simplification, unification and prefabrication was widely applied to supply green system. Consequently, the box unit system with a continuous soil layer was developed, and adhesive property, wind resistance and insulation property of this system were evaluated for site application. As a results of adhesive property and wind resistance test, comparing with design wind pressure and wind velocity, this system was safe at the height of 100m building located in urban. In addition, results of temperature measurement for 120 days showed 17% higher insulation property at daytime and 45% higher insulation property at night than normal box unit system owing to continuous soil layer.
According to the increment of urban buildings, the demand of eco-environment space will be also increased. Therefore, the artificial ground green system on a roof will be supplied gradually. In this study, the concept of simplification, unification and prefabrication was widely applied to supply green system. Consequently, the box unit system with a continuous soil layer was developed, and adhesive property, wind resistance and insulation property of this system were evaluated for site application. As a results of adhesive property and wind resistance test, comparing with design wind pressure and wind velocity, this system was safe at the height of 100m building located in urban. In addition, results of temperature measurement for 120 days showed 17% higher insulation property at daytime and 45% higher insulation property at night than normal box unit system owing to continuous soil layer.
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가설 설정
개량 박스 유닛 시스템의 부착성 및 내풍성 평가를 위해 먼저 Table 4와 같이 계산 대상 건물을 가정하였다. 적용 변수는 건축구조기준 2009를 참고하여 Table 5와 같이 적용하였고[11], Midas set 3.
제안 방법
단열시험은 개량 박스 유닛 시스템과 기존 박스 유닛시스템을 mock-up 시공한 옥상층에서 2015년 9월 17일부터 2016년 01월 16일까지 120일간의 온도를 Figure 8과 같이 기존 및 개량 박스 유닛 시스템 내부 2개소 및 비교를 위한 외기 1개소에 k type의 열전대를 설치하고 데이터로거로 1시간 단위로 측정하여 일최고온도 및 일최저온도, 온도차에 따른 단열효과 등을 평가하였다.
따라서, 중층과 고층 건축물의 높이를 고려하여 50m, 100m 높이에서의 풍압력과 풍속을 계산하고, 이 결과를 개량 박스 유닛의 부착시험과 내풍성 시험결과와 비교하여 구조적 안전성을 검토하고자 하였다.
또한, 박스 유닛을 연속 설치시 간격이 노출되는 기존시스템과 달리 연속된 토양층의 구성으로 유닛 박스 간격이 노출되지 않는 개량 박스 유닛형 옥상 녹화시스템의 단열성능 검토를 위하여 기존 박스 유닛 시스템과 개량 박스 유닛 시스템의 mock-up 시험체를 대상으로 장기간의 온도 변화를 측정하고 비교 평가하고자 하였다.
본 연구는 상기 기존 연구에 추가하여, 기존 현장 녹화시스템 에서 이루어지는 토양 포설 및 식생층 시공을 프리훼브화하여 현장 시공을 최소화할 수 있는 박스 유닛형 옥상 녹화시스템을 사용하되, 연속된 토양층의 구성이 가능하도록 개량된 박스 유닛형 옥상 녹화시스템의 부착성, 내풍성, 단열성을 평가, 현장적용 가능성을 검토하였다.
풍압 계산결과, 부압이 크므로, 50m 높이에서는 1,622N/m2, 100m 높이에서는 2,201N/m2를 개량 유닛 박스시스템의 부착성능 평가를 위한 구조안전 기준값으로 정하여 시험결과와 비교하고, 내풍성 평가를 위한 기준 풍속은 30m/sec, 40m/sec의 풍속 개량 유닛박스 시스템을 노출시 변화 등을 관찰하고자 하였다.
대상 데이터
개량 박스 유닛은 500×333×80mm 크기로 제작되며 1 m2당 6개의 박스유닛이 설치된다. 따라서 박스 유닛 1개당 스테인레스 부착 고정구 1개로 고정하므로 총 6개의 고정구를 1m2당 설치하므로 부착시험 결과값의 6배가 1m2 당 부착하중 값이며, 이 값이 Table 6의 계산 풍압보다 클 경우 구조적으로 안전한 것으로 평가할 수 있다.
개량 박스 유닛형 옥상 녹화시스템은 PE 방수․방근 복합시트, 식생용 유닛 박스, 인공경량토양, 시트 및 식생 박스 유닛을 상호 고정하는 고주파 가열 융착식 고정구를 사용한다. 이중 PE 방수․방근 복합시트는 이전 논문에서 성능을 확인한 바 있다[10].
녹화시스템의 성능 평가를 위한 시험체는 Table 2와 같이 부착성능은 가열 융착식 고정구, 내풍성은 인공경량토양 및 식생이 식재된 박스 유닛, 단열성은 옥상층에 설치한 박스 유닛 시스템을 대상으로 시험하였다. Figure 6은 시험에 사용한 고정구와 경량토양, 그리고 식재된 박스 유닛을 보여주고 있다.
본 연구에 적용되는 박스 유닛은 H사와 공동 개발한 것으로 Figure 2와 같이 기존의 녹화용 박스 유닛에 탈착형측면 날개를 추가하여 시공 후 이를 제거하면 토양층이 연속되어 구성되도록 개량한 것이다.
이론/모형
개량 박스 유닛 시스템의 부착성 및 내풍성 평가를 위해 먼저 Table 4와 같이 계산 대상 건물을 가정하였다. 적용 변수는 건축구조기준 2009를 참고하여 Table 5와 같이 적용하였고[11], Midas set 3.3.4를 이용하여 계산하였다.
내풍성 시험은 AAMA 501.1 “Standard Test Method for Exterior Windows, Curtain Walls, and Doors for Water Penetration Using Dynamic Pressure” 시험방법을 참고하여 수행하였다. 먼저 Table 2 및 Figure 7과 같이 인공경량토양을 포설하고 식생이 식재된 박스유닛 시험체 4개를 2×2 형태로 고정용 거치대에 고정하고, 규격 성능을 만족하는 직경 2m의 대형 풍력기를 이용하여, Figure 7과 같이 30m/sec, 40m/sec의 속도로 1분간 강풍에 노출시켰을 때, 식생의 전도, 뽑힘, 골재의 흩날림등 속도별 형상별 변화를 육안으로 확인하였다.
부착시험은 KS F 4715 “얇은 마무리용 벽 바름재”의 부착강도시험방법을 참고하여 시험하였다. 스테인레스제 부착 고정구의 하단은 개량 박스형 옥상 녹화시스템에 사용하는 PE 방수․방근 복합시트와, 상단은 유닛 박스와 동일한 재료인 고밀도 P.
성능/효과
개량 박스 유닛 시스템의 단열성을 평가하기 위하여 120일 간의 온도변화를 측정한 결과, 더운 주간에는 외부열을 외기보다 8.2℃ 더 낮게 차단하여, 기존 박스 유닛 시스템의 7.0℃보다 17% 우수하고, 차가운 야간에는 외기 온도보다 7.1℃ 높게 유지시켜 기존 박스 유닛 시스템의 4.9℃보다 45% 우수한 단열성능을 확인하였다.
개량 박스 유닛 시스템의 부착을 위한 부착 고정구의 최소 부착하중은 3,595N으로 이는 21,372N/m2 에 해당되며, 계산 풍압값과 비교할 때 안전성을 확인할 수 있었다.
Table 6에 따르면, 50m 높이에서는 1,622N/m2, 100m 높이에서는 2,201N/m2를의 풍압에 견뎌야 한다. 따라서 개량 박스 유닛 시스템은 100m 높이 건축물 옥상에 설치하더라도 풍압에 의한 탈락 등은 없는 것으로 판단되었다.
또한 계산 풍속을 고려하여 30m/s, 40m/s의 강풍에 노출한 실험에서도 개량 박스 유닛 시스템은 경량토양 및 식생과 박스 유닛에 어떠한 변화도 육안으로 확인되지 않았다. 따라서 개량 박스 유닛 시스템은 100m 높이에서도 사용이 가능한 것으로 판단되었다.
따라서 개량 박스 유닛 시스템을 설치하는 건축물의 옥상 설계 풍압이 21,372N/m2보다 낮을 경우 안전한 것으로 평가할 수 있다. Table 6에 따르면, 50m 높이에서는 1,622N/m2, 100m 높이에서는 2,201N/m2를의 풍압에 견뎌야 한다.
또한 풍속을 40m/sec로 올렸을 때도 어떠한 형상 변화 없이 처음의 상태를 유지하였다. 따라서 최대 설계 풍속이 40m/sec인 건축물의 옥상에 개량 박스형 유닛 옥상 녹화시스템을 설치할 경우 안전하게 유지되는 것으로 판단되었다.
본 시험 결과에서 주간 일 최고온도는 개량 박스 유닛 시스템이 가장 낮고, 야간 일 최저온도는 개량 박스 유닛 시스템이 가장 높은 것을 확인할 수 있었다. 이는 기온이 높은 주간에는 외부 열을 8.
본 시험 결과에서 주간 일 최고온도는 개량 박스 유닛 시스템이 가장 낮고, 야간 일 최저온도는 개량 박스 유닛 시스템이 가장 높은 것을 확인할 수 있었다. 이는 기온이 높은 주간에는 외부 열을 8.2℃ 더 낮게 차단하여 기존 박스유닛 시스템의 7.0℃보다 17% 우수하고, 기온이 낮은 야간에는 외기 온도보다 7.1℃ 높게 유지시켜 기존 박스 유닛 시스템의 4.9℃보다 45% 우수한 단열성능을 갖고 있음을 알 수 있었다.
후속연구
이 경우 박스 유닛과 구조체와의 부착성능을 검토할 필요가 있다. 또한, 박스 유닛내의 경량토양, 식재류도 바람에 의한 영향을 받으므로 확인할 필요가 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
박스유닛 녹화공법의 특징은 무엇입니까?
박스유닛 녹화공법은 건물의 옥상층에 설치하므로 구조적으로 부담을 주지 않기 위하여 경량토양을 사용하고, 토양층이 20cm 이하로 낮으므로 식생 종류도 뿌리가 깊지않은 세덤 및 초화류를 식재하므로, 바람의 영향을 받는 경우가 발생하고 있다.
옥상 녹화시스템의 보급 확대를 위해서 필요한 것은 무엇입니까?
따라서, 옥상 녹화시스템의 보급 확대를 위해서는 공법의 단순화, 일체화, 프리훼브화에 의한 하자 저감 및 공사기간을 단축할 수 있도록 전체 녹화시스템 구성을 포함한 공법의 개발이 요구된다.
기존 녹화시스템에 관련된 연구의 한계점은 무엇입니까?
녹화시스템은 다양한 층의 구성 및 시공으로 인하여 하자 발생 가능성이 높고, 공사기간 또한 증가할 수 있다. 그러나, 대부분의 기존 연구는 녹화 시스템의 일부인 방수층 또는 방근층에 한정하여 다양한 재료 및 공법에 대한 연구가 대부분이며, 배수층, 필터층, 토양층, 식생층을 모두 포함한 연구가 부족하다[1,2,3,4].
참고문헌 (11)
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Kim HS, Jang DH, Choi SK. Resistance to root penetration of root barrier for green for system. Journal of the Korea Institute of Building Construction. 2008 Dec 20;8(6):123-9.
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Park CH, Oh SK, Lim NG. Performance evaluation system for construction environment of the unified waterproofing-root resistance membrane layer of the green roof system. Journal of the Korea Institute of Building Construction. 2011 Apr 20;11(2):189-99.
Jang DH, Kim HS. New technology of lightweight roof green structure using unit box green system. Proceedings of Journal of the Korea Institute of Building Construction; 2011 May 12; Busan, Korea. Seoul (Korea): Korea Institute of Building Construction; 2011. p. 57-8.
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Kim YM, Nam MA, Jang DH, Kim HS, Kim HO. Reduction potential for thermal load by extensive green roofs. Journal of the Korea Institute of Ecological Architecture and Environment. 2013 Oct;13(5):67-77.
Moon JW, Yeom DB. A study on indoor temperature reduction effect through new green roof system. Journal of the Regional Association of Architectural Institute of Korea. 2009 Sep;11(3):161-7.
Oh CW, Hong JC, Park KB. Assessment of evaluation by hybrid waterproof-roof barrier layer for green system on artificial ground. Journal of the Korea Institute of Building Construction. 2015 Aug;15(4):391-6.
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