[논문]건축물 에너지 시뮬레이션 적용을 위한 목재 열전도율 데이터베이스 구축

서정기; 강유진; 김수민

[국내논문] 건축물 에너지 시뮬레이션 적용을 위한 목재 열전도율 데이터베이스 구축
Wood Thermal Conductivity Database Construction for the Application of Building Energy Simulation 원문보기

한국가구학회지 = Journal of the Korea furniture society, v.27 no.2, 2016년, pp.122 - 127

서정기 (숭실대학교 건축학부 건축환경재료연구실) , 강유진 (숭실대학교 건축학부 건축환경재료연구실) , 김수민 (숭실대학교 건축학부 건축환경재료연구실)

Abstract ▼ AI-Helper

The increasing interest in the environment and climate change around the globe, while the importance of building energy saving is increasing. The building energy simulation program is used for evaluating of energy performance of buildings. However, an input value of wood thermal conductivity in the programs is different from each other. Therefore, in this study, wood thermal conductivity was measured according to species. Through construction database by species of wood, the error of simulation program are able be decreased. In addition, if used as a structural and interior of buildings, the thermal conductivity and moisture of the wood is difficult to apply to the program because they were changed according to the occupant's lifestyle. In this paper, thermal conductivity and moisture content.of wood confirmed changes in the constant temperature and relative humidity ($25^{\circ}C$, 50% R.H.) condition.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이때 목재의 열전도율은 프로그램에 따라 각각 다른 값을 가지고 있으며, 수종에 따른 원목의 열전도율 데이터베이스가 구축되어 있지 않음을 확인하였다. 따라서 본 논문은 국내에서 사용되고 있는 다양한 원목을 수급하여 건물 에너지 시뮬레이션에 적용할 수 있는 열전도율을 측정하였다. 그러나 건축물의 구조재 및 내장재로 쓰이는 경우에는 재실자의 생활방식에 따라 목재의 열전도율과 함수율의 변화가 나타나므로 프로그램 적용이 어렵기 때문에 본 연구는 재실자가 쾌적하다고 느낄 수 있는 기준 온도 25℃, 상대습도 50% 조건에서의 열전도율을 측정하였다.
본 논문은 시뮬레이션에 적용 가능한 원목의 열전도율 데이터베이스를 구축하기 위하여 다양한 수종의 원목을 수급하였다. 총 56종을 수급하였다.
목재의 열전도율은 다른 건축 재료에 비하여 낮은 값을 지니고 있으며 일반적으로 공장에서 생산되는 재료들과 달리 측정 위치, 측정 장치에 따라 차이를 보이고 있다. 이에 본 연구는 에너지 시뮬레이션 프로그램의 열전도율 값 입력에 대한 오차를 줄이고자 연구를 진행하였다.

제안 방법

따라서 본 논문은 국내에서 사용되고 있는 다양한 원목을 수급하여 건물 에너지 시뮬레이션에 적용할 수 있는 열전도율을 측정하였다. 그러나 건축물의 구조재 및 내장재로 쓰이는 경우에는 재실자의 생활방식에 따라 목재의 열전도율과 함수율의 변화가 나타나므로 프로그램 적용이 어렵기 때문에 본 연구는 재실자가 쾌적하다고 느낄 수 있는 기준 온도 25℃, 상대습도 50% 조건에서의 열전도율을 측정하였다.
본 연구를 통해 수급된 총 56종의 목재를 실온에서의 열전도율을 측정하여 수종에 따른 열전도율 차이와 고비중재와 저비중재에 따른 차이를 확인하였다. 그러나 목재 기반 건축의 구조재 및 내장재로 쓰이는 목재는 재실자의 생활환경에 따른 온 ⋅ 습도 조건에 영향을 받기 때문에 저비중재 중 12종을 선정하여 25°C, 50% RH.의 항온항습 조건에서 함수율 및 열전도율을 측정하였다. 시뮬레이션에서 실내 조건을 쾌적 조건에 고정시킬 경우, 오차를 더욱 줄일 수 있을 것으로 판단하였다.
측정을 위하여 목재를 75 mm × 75 mm의 일정한 크기로 재단한 목재 샘플을 건조기에 항량에 도달할 때까지 건조를 시킨 뒤 항온항습기를 통하여 재실자가 쾌적하다고 느낄 수 있는 온도 25℃, 상대습도 50% 조건으로 설정하여 항온습 조건을 유지시켜 주었다. 그리고 무게 변화에 대한 안정화를 위하여 16일간의 무게 측정을 실시하여 안정화를 시킨 뒤 TCi 기기를 이용하여 열전도율을 측정하였다. 이때 측정 샘플의 수종과 두께는 Table 2와 같다.
본 연구를 통해 수급된 총 56종의 목재를 실온에서의 열전도율을 측정하여 수종에 따른 열전도율 차이와 고비중재와 저비중재에 따른 차이를 확인하였다. 그러나 목재 기반 건축의 구조재 및 내장재로 쓰이는 목재는 재실자의 생활환경에 따른 온 ⋅ 습도 조건에 영향을 받기 때문에 저비중재 중 12종을 선정하여 25°C, 50% RH.
총 56종을 수급하였다. 수급한 원목의 열전도율은 실온 조건에서 HFM (HEat Flow Meter)-436을 이용하여 열전도율을 측정하였고, 수종에 따른 열전도율 경향성을 확인하였다.
항온습 조건에서 16일간의 함수율 변화 측정을 통하여 수분에 대해 안정화되었음을 판단하여 각 목재의 열전도율을 측정하였다. Table 4와 Fig.

대상 데이터

수급한 56종의 원목 중에서 건축물의 구조재 및 내장재로 주로 쓰이는 저비중재 12종을 선정하여 동일한 온습도 기준에서의 열전도율을 측정하였다. 측정을 위하여 목재를 75 mm × 75 mm의 일정한 크기로 재단한 목재 샘플을 건조기에 항량에 도달할 때까지 건조를 시킨 뒤 항온항습기를 통하여 재실자가 쾌적하다고 느낄 수 있는 온도 25℃, 상대습도 50% 조건으로 설정하여 항온습 조건을 유지시켜 주었다.

성능/효과

1의 좌측은 고비중재이며, 우측은 저비중재를 나타내었다. 고비중재의 열전도율은 0.07 W/mK부터 최대 0.18 W/mK까지 고르게 분포되어 있는 것을 확인하였다. 저비중재의 경우에는 대부분 0.
18 W/mK까지 고르게 분포되어 있는 것을 확인하였다. 저비중재의 경우에는 대부분 0.13 W/mK 이하에 위치하고 있으며 에너지 시뮬레이션에 주로 적용되는 목재의 열전도율 값인 0.15 W/mK보다 낮은 것으로 확인하였다.

후속연구

연구를 통하여 얻어진 수종에 따른 목재 열전도율 데이터베이스를 기존 프로그램에 없었던 수종 또는 프로그램별로 차이가 발생한 수종에 적용할 경우 시뮬레이션 값의 오차를 줄일 수 있으며, 국내의 목조주택이 증가하고 있는 실정에서 국내산 목재를 적용할 경우에 건축물의 에너지 성능을 평가하는데 많은 도움이 될 것으로 판단된다. 또한 추후 연구를 통하여 국내 및 국외의 다양한 수종을 수급하여 항온항습에서의 함수율 및 열전도율 변화를 확인하고 이를 통하여 더 많은 데이터베이스를 구축하고자 한 뒤, 구축된 데이터베이스를 적용한 건축물 에너지 평가 사례를 통하여 기존의 평가와의 오차를 확인하는 연구를 진행하고자 한다.
따라서 목재의 열전도율은 함수율에 많은 영향을 받는 것으로 판단된다. 또한 향후 에너지 시뮬레이션에 적용한다면 더 정확한 시뮬레이션 결과 값을 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
연구를 통하여 얻어진 수종에 따른 목재 열전도율 데이터베이스를 기존 프로그램에 없었던 수종 또는 프로그램별로 차이가 발생한 수종에 적용할 경우 시뮬레이션 값의 오차를 줄일 수 있으며, 국내의 목조주택이 증가하고 있는 실정에서 국내산 목재를 적용할 경우에 건축물의 에너지 성능을 평가하는데 많은 도움이 될 것으로 판단된다. 또한 추후 연구를 통하여 국내 및 국외의 다양한 수종을 수급하여 항온항습에서의 함수율 및 열전도율 변화를 확인하고 이를 통하여 더 많은 데이터베이스를 구축하고자 한 뒤, 구축된 데이터베이스를 적용한 건축물 에너지 평가 사례를 통하여 기존의 평가와의 오차를 확인하는 연구를 진행하고자 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	건축에서의 원목은 어떻게 분류될 수 있습니까?	건축에서의 원목은 크게 고비중재(softwood)와 저비중재(hardwood)로 분류할 수 있다. 따라서 수종에 따라 측정된 열전도율 값을 고비중재와 저비중재로 정리하여 열전도율의 경향성을 파악하고자 Fig.
	목재는 활용성에 있어서 어떤 장점을 가지고 있습니까?	최근에는 에너지 절약형 건축물에 대한 관심이 증가함에 따라 북미와 유럽에서의 주거용 목조주택이 국내에 도입되어 많은 수의 목조주택이 신축되고 있다. 목재는 건축 재료로써 지속가능한 자원이며 에너지 효율적인 자재 중 하나로 주목받고 있다. 또한 현재까지 폭넓고 다양한 구조재 및 실내⋅외마감재로 사용되고 있으며 목재가 가지고 있는 다양한 장점으로 그 활용도는 높아져가고 있다(장 2003). 목재의 열적 특성을 타 건축 재료와 비교하면 목재(편백)의 열전도율은 0.
	목재가 에너지 효율적인 자재로 주목받는 이유는 무엇입니까?	또한 현재까지 폭넓고 다양한 구조재 및 실내⋅외마감재로 사용되고 있으며 목재가 가지고 있는 다양한 장점으로 그 활용도는 높아져가고 있다(장 2003). 목재의 열적 특성을 타 건축 재료와 비교하면 목재(편백)의 열전도율은 0.082 W/mK로 콘크 리트의 열전도율 1.3 W/mK에 비하여 약 10배의 단열성능을 지니고 있다. 목재를 실내 마감재로 사용하였을 경우, 건축물 에너지 소요량이 최대 7% 이상 감소하므로 에너지적인 측면으로 우수하다고 볼 수 있다(김 외 2013). 또한 목재의 탄소 저장량은 250 kg/m3으로 건축에 활용할 경우 탄소고정 효과로 건축물 시공 및 재료의 생산에서 발생되는 탄소를 효과적으로 저감할 수 있고 더불어 건축물 에너지 절감이 가능하다(김 2013).

참고문헌 (5)

김석환, 유슬기, 서정기, 김수민. 2013. 목조건축물 구조부재의 열전도율에 따른 건물외피의 단열 성능. 목재공학 41(6): 515-527.

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김수민. 2013. 건물에너지 절감을 위한 목재 및 목조건축의 활용. 건축(대한건축학회) 57(4): 13-16.
서정기. 2015. 목질 건축재료의 열적 특성과 열전도율 데이터베이스 구축에 대한 연구. 숭실대학교 박사학위논문.
에너지관리공단. 2012. 통계핸드북.
장극관. 2003. 친환경친화적인 목조주택. 대한건축학회 47(5): 33-36.

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