본 연구는 WUFI Pro 5.3을 이용하여 한국농어촌공사에서 제시하고 있는 농어촌 표준 목조주택 설계를 기준으로 목조 벽체의 hygrothermal 거동에 대한 평가를 실시하였다. 그 결과, 2010년도에 제시된 벽체보다 2014년도에 개선된 벽체의 Total Water Contents (TWC)가 더 낮게 나타난 것을 확인하였고, 3년간의 평가에서 TWC가 일정하게 유지되는 동적 안정 상태에 도달하였음을 보아 hygrothermal 환경을 적절히 고려하는 개선임을 확인하였다. 또한 농촌지역과 어촌지역을 구분지어 hygrothermal 거동을 평가한 결과, 벽체가 해당지역의 온도보다 상대습도에 큰 영향을 미치는 것을 확인하였다. 또한, 목재 기반 재료의 과도한 수분 함량 문제는 실외마감의 재료를 바꾸는 것으로 어촌지역에도 적용이 가능한 벽체로 개선할 수 있었다. 곰팡이 성장 위험의 경우, 초기 실내 설정온도에서 여름철에 곰팡이가 성장할 가능성이 높은 것으로 나타났으며, 이를 고려하여 여름철 실내 설정온도를 변화시키는 것으로 개선되었다. 이러한 결과를 통해, 건축설계 단계에서 WUFI 프로그램과 같은 hygrothermal 거동 분석 프로그램을 이용하여 건축물의 수분에 대한 문제를 미리 분석하고 이에 맞는 벽체의 개선이 필요하다고 판단된다.
본 연구는 WUFI Pro 5.3을 이용하여 한국농어촌공사에서 제시하고 있는 농어촌 표준 목조주택 설계를 기준으로 목조 벽체의 hygrothermal 거동에 대한 평가를 실시하였다. 그 결과, 2010년도에 제시된 벽체보다 2014년도에 개선된 벽체의 Total Water Contents (TWC)가 더 낮게 나타난 것을 확인하였고, 3년간의 평가에서 TWC가 일정하게 유지되는 동적 안정 상태에 도달하였음을 보아 hygrothermal 환경을 적절히 고려하는 개선임을 확인하였다. 또한 농촌지역과 어촌지역을 구분지어 hygrothermal 거동을 평가한 결과, 벽체가 해당지역의 온도보다 상대습도에 큰 영향을 미치는 것을 확인하였다. 또한, 목재 기반 재료의 과도한 수분 함량 문제는 실외마감의 재료를 바꾸는 것으로 어촌지역에도 적용이 가능한 벽체로 개선할 수 있었다. 곰팡이 성장 위험의 경우, 초기 실내 설정온도에서 여름철에 곰팡이가 성장할 가능성이 높은 것으로 나타났으며, 이를 고려하여 여름철 실내 설정온도를 변화시키는 것으로 개선되었다. 이러한 결과를 통해, 건축설계 단계에서 WUFI 프로그램과 같은 hygrothermal 거동 분석 프로그램을 이용하여 건축물의 수분에 대한 문제를 미리 분석하고 이에 맞는 벽체의 개선이 필요하다고 판단된다.
As recent buildings become more air tight, the natural ventilation rate is significantly reduced and it leads to difficulty in removing accumulated moisture in buildings. Hot and humid weather in summer and the large amount of moisture caused by indoor activity are the major factors of moisture prob...
As recent buildings become more air tight, the natural ventilation rate is significantly reduced and it leads to difficulty in removing accumulated moisture in buildings. Hot and humid weather in summer and the large amount of moisture caused by indoor activity are the major factors of moisture problem in Korea. The hygrothermal behavior of building environment has to be considered carefully to reduce condensation risk and mold growth potential, and comfortable indoor environment. In this study, we evaluated hygrothermal behavior of Standard Wood-frame Structure published in the Korea Rural Community Corporation Using WUFI simulation program. The results indicated that the total water contents of wood wall measured in 2014 was lower than wood wall in 2010. As a result of evaluation by separating the farming and fishing areas, Moisture problems in fishing area became larger. The walls had a significant impact on the relative humidity than the temperature each areas. Furthermore, excessive water content problem of the wood-based material was reduced in the wall that could be applied in the fishing villages by changing the outdoor finishing materials. And Mold growth risk on the interior materials could be removed through the different setting of the indoor temperature during summertime.
As recent buildings become more air tight, the natural ventilation rate is significantly reduced and it leads to difficulty in removing accumulated moisture in buildings. Hot and humid weather in summer and the large amount of moisture caused by indoor activity are the major factors of moisture problem in Korea. The hygrothermal behavior of building environment has to be considered carefully to reduce condensation risk and mold growth potential, and comfortable indoor environment. In this study, we evaluated hygrothermal behavior of Standard Wood-frame Structure published in the Korea Rural Community Corporation Using WUFI simulation program. The results indicated that the total water contents of wood wall measured in 2014 was lower than wood wall in 2010. As a result of evaluation by separating the farming and fishing areas, Moisture problems in fishing area became larger. The walls had a significant impact on the relative humidity than the temperature each areas. Furthermore, excessive water content problem of the wood-based material was reduced in the wall that could be applied in the fishing villages by changing the outdoor finishing materials. And Mold growth risk on the interior materials could be removed through the different setting of the indoor temperature during summertime.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 설계단계에서 습기 문제를 해결하기 위해 WUFI 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 목조벽체의 hygrothermal 거동을 분석하였으며, 목조벽체의 함수율뿐만 아니라 목질기반재료의 질량 대비 수분함량과 곰팡이 성장 위험을 비교 분석하여 선정된 목조주택 벽체에 대한 분석를 실시하였다.
제안 방법
구성된 벽체 내에 다년간 수분이 축적되는 정도를 평가하기 위하여 시뮬레이션 기간을 3년으로 설정하여 시뮬레이션을 실시하였으며, 시뮬레이션 결과는 다음의 세 가지 기준에 의해 평가하였다. 첫 번째로 3년간 목조 벽체의 Total Water Contents (TWC)의 변화를 분석하였다.
본 연구는 한국농어촌공사에서 제시하고 있는 농어촌 표준 목조주택 설계안을 기준으로 목조 벽체를 구성하였고, 농어촌 표준 목조주택의 적용을 고려하여 국내의 농촌지역과 어촌지역을 각각 6곳을 선정하여 WUFI Pro 5.3 프로그램으로 hygrothermal 거동에 대한 평가를 실시하였다.
대상 데이터
WUFI Pro 5.3 프로그램에서 사용되는 기후데이터는 1년간 시간당 온도, 습도, 일사량, 풍속, 풍향, 강수량에 대한 데이터를 포함해야 하고 선정된 12곳의 농어촌 지역의 실외 기후데이터는 한국패시브건축협회(phiko)와 패시브제로에너지건축연구소(IPAZEB)에서 수정한 Meteo norm 7.2 기후데이터를 사용하였다. 실내 기후조건은 프로그램에서 제공하고 있는 WTA Guideline, EN 13788, EN 15026, ASHRAE 160 중에 높은 수분 부하를 설정할 수 있는 EN 13788을 근거하여 설정하였으며, 실내 온도는 20℃, 상대 습도는 가장 높은 수준인 Class 4로 설정하였다.
, 2013). 국내에서는 표준으로 제시되고 있는 목조 벽체가 없기 때문에 한국농어촌공사에서 제시하고 있는 국내 표준 목조주택 설계안을 기준으로 목조 벽체를 구성하여 평가 대상으로 선정하였다.
본 연구에서 농어촌 표준 목조주택의 hygrothermal 거동을 평가하기 위하여 국내의 농촌 지역과 어촌 지역을 각각 6곳씩 선정하여 시뮬레이션을 실시하였다. 국내에서는 일반적으로 읍, 면단위 행정구역의 소재지만을 농어촌 지역으로 본다.
본 연구에서는 한국농어촌공사에서 제시한 10년도 농어촌 표준설계도와 이를 개선한 14년도 표준설계도를 기준으로 목조 벽체를 구성하였다. Table 1은 본 연구에서 사용된 목조 벽체의 구성 및 hygrothermal 물성에 대해 나타내고 있으며, Wall-A는 10년도에 제시된 목조 벽체를 나타내고 Wall-B는 14년 도에 제시된 목조 벽체를 나타낸다.
국내에서는 일반적으로 읍, 면단위 행정구역의 소재지만을 농어촌 지역으로 본다. 이를 기준으로 농촌 지역은 홍천, 양평, 봉화, 보은, 거창, 임실을 선택하였고 어촌 지역은 울진, 영덕, 부안, 남해, 고흥, 해남을 선택하였으며, Fig. 1에 나타내었다.
농어촌 표준주택으로 제시되고 있는 14년도 벽체를 어촌지역에서 사용하기 위해서는 목재 기반 재료의 수분 함량이 20%를 초과하지 않도록 적절한 개선하여 필요하다. 이를 위해 단열재 양면의 투습방습층은 그대로 두고, 14년도 벽체의 외장마감인 Cement Board를 10년도 벽체에 사용된 Plywood Board로 변경하여 새로운 목조 벽체(Wall-B-1)를 구성하였으며, 3년간 농어촌 지역을 대상으로 시뮬레이션을 실시하였다. Table 2에 Wall-A, Wall-B, Wall-B-1의 OSB의 질량대비 수분 함량을 비율로 나타내었다.
데이터처리
3년 후에 TWC가 초기 값보다 감소해야 평가 기준을 만족하는 것이며, 이 벽체가 장기적으로 건조를 할 수 있는 잠재력을 갖고 있다는 것을 의미한다. 다음으로 목질기반재료는 질량대비 수분 함량이 20%를 초과하면 안 되기 때문에 (Zirkelbach et al., 2007) 구성 벽체에서 목질기반재료인 Oriented Strand Board (OSB)에 대한 수분함량을 평가하였다. 마지막으로 곰팡이 성장 위험에 대한 평가를 실시하였다.
목조벽체의 hygrothermal 거동은 WUFI (Wäme und Feuchte instationär - 동적 열기와 습기) 프로그램을 이용하여 분석하였다. 캐나다의 Mortgage Housing Corporation의 연구에 의하면 2003년을 기준으로 45개의 hygrothermal 거동 평가 프로그램이 확인이 되었고, 지난 4년간 12개의 새로운 프로그램이 더 개발되었다(Andreas et al.
, 2013; John and Eric, 2013). 이러한 hygrothermal 거동 평가 프로그램 중에 본 연구에서는 WUFI Pro 5.3 프로그램을 선정하여 시뮬레이션을 진행하였다. WUFI는 일차원 모델을 구성하여 건물의 hygrothermal 거동을 평가한다.
이론/모형
마지막으로 곰팡이 성장 위험에 대한 평가를 실시하였다. 곰팡이 성장 위험은 Lowest Isopleth for Mold growth (LIM) 시스템을 이용하였으며(Sedlbaure and Breuer, 2003), 벽체의 실내마감 재료가 석고보드이므로 벽지, 석고보드 등의 재료를 평가하는 LIM B I 곡선을 기준으로 평가하였다. 매 시간마다 해당지점의 온도와 습도를 분석하여 각 온도에서 습도 기준을 초과하는 습도를 갖게 되면 곰팡이가 성장할 위험을 갖는다고 판단한다.
실내 표면의 곰팡이 성장 위험은 Lowest Isopleth for Mold growth (LIM) 시스템을 이용하였으며(Sedlbaure and Breuer, 2003), 14년도 벽체의 실내마감 재료는 Gypsum Board이므로 벽지, 석고보드 등의 재료를 평가하는 LIM B I 곡선을 기준으로 평가 하였다. LIM B I 곡선에 의해, 해당벽체는 초기에 설정한 실내온도인 20℃일 때 상대습도가 76.
성능/효과
5는 농어촌 지역에서 Wall-B의 구성 중 목재 기반의 재료인 Oriented Strand Board (OSB)의 질량대비 수분 함량을 비율로 나타낸다. 12개의 농어촌 지역 중에 어촌지역에 해당하는 해남, 울진, 부안, 고흥, 영덕에서 수분 함량이 20%를 초과하는 것으로 나타났다. 벽체 전체의 총 수분함량이 높기 때문에 구성 재료인 OSB의 질량대비 수분 함량이 높게 나타난 것으로 판단된다.
목조주택에서도 습기와 관련된 문제는 피할 수 없다. 건물 에너지 절약과 관련된 정책흐름과 함께 국내 주거문화가 친환경성, 실내 쾌적성을 중시하는 방향으로 변하면서 단독주택에 대한 수요가 증가하였다. 이로 인해 시공과정과 기법이 단순하고 공기가 짧아 경제적인 목조주택이 주목을 받고 있다(Yu et al.
추가적으로 목재 기반 재료의 과도한 수분 함량 문제는 실외마감의 재료를 바꾸는 것으로 어촌지역에도 적용이 가능한 벽체로 개선을 할 수 있었다. 곰팡이 성장 위험의 경우, 초기 실내 설정온도에서 여름철에 곰팡이가 성장할 가능성이 높은 것으로 나타났다. 이는 초기 실내 설정온도 20℃로 설정되어 있어서 적절치 않은 것으로 판단되었으며, 이를 고려하여 여름철 실내 설정온도를 변화시키는 것으로 개선되었다.
그 결과, 10년도에 제시된 벽체보다 14년도에 개선된 벽체의 Total Water Contents (TWC)가 더 낮게 나타난 것을 확인하였고, 3년간의 평가에서 TWC가 일정하게 유지되는 동적 안정 상태에 도달하였음을 보아 hygrothermal 환경을 적절히 고려하는 개선임을 확인하였다. 또한 농촌지역과 어촌지역을 구분지어 hygrothermal 거동을 평가한 결과, 어촌지역에서 수분문제가 더 크게 나타났으며, 이것은 벽체가 해당 지역의 온도보다 상대습도에 큰 영향을 미치는 것을 확인하였다.
(2015)은 자연조건에서의 실측값과 시뮬레이션 값을 비교하는 것을 통해 WUFI 프로그램이 실제 설계 단계에서 hygrothermal 거동에 대한 예측이 가능한 것을 보여준다. 따라서 시뮬레이션을 통한 목조 벽체의 hygrothermal 거동 평가를 위해 WUFI 프로그램을 사용하는 것이 적합하다고 판단된다.
또한, TWC가 증가하지 않는 것으로 보아 벽체 내의 수분 축적은 없는 것으로 판단되며, 일정하게 유지되는 것으로 보아 동적 안정 상태에 도달하였다고 볼 수 있다. 따라서, Wall-B는 Wall-A보다 높은 hygrothermal 성능을 갖고 있으며, 단열재 내측에 한 겹의 방습층을 추가하는 것을 통해 hygrothermal 환경을 적절히 고려하는 방향으로 개선되었음을 확인할 수 있다.
후속연구
이는 초기 실내 설정온도 20℃로 설정되어 있어서 적절치 않은 것으로 판단되었으며, 이를 고려하여 여름철 실내 설정온도를 변화시키는 것으로 개선되었다. 이러한 결과를 통해, 건축설계 단계에서 WUFI 프로그램과 같은 hygrothermal 거동 분석 프로그램을 이용하여 건축물의 수분에 대한 문제를 미리 분석하고 이에 맞는 벽체의 개선이 필요하다고 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
습기를 조절하는 방법에는 무엇이 있는가?
또한 국내의 고온다습한 여름철 기후와 실내에서 발생하는 다량의 습기 또한 습환경에 불리한 주요 요인이 되며, 이러한 습기를 적절히 제어하여 결로 및 실내 곰팡이 발생을 억제하고 쾌적한 실내환경을 조성해야 한다(Chang and Kim, 2015). 습기를 조절하는 방법에는 에어컨, 제습기 등을 통한 액티브적인 방법도 있지만 추가적인 에너지 소비가 예상되기 때문에 건축설계 단계에서부터 습기 문제를 해결할 수 있도록 벽체 구성에 대한 평가를 통해 패시브적인 접근이 필요하다.
자연환기량이 크게 감소하여 건축물 내부에 축적된 습기를 외부로 방출하는데 어려움을 야기한 원인은?
건축물들이 점차 고층화되고, 폐쇄적이 되어가고 있으며 에너지 비용의 급격한 상승에 따른 에너지절약을 이유로 점점 더 고기밀화 되고 있다(Moon et al., 2012).
목조주택이 주목받는 이유는?
건물 에너지 절약과 관련된 정책흐름과 함께 국내 주거문화가 친환경성, 실내 쾌적성을 중시하는 방향으로 변하면서 단독주택에 대한 수요가 증가하였다. 이로 인해 시공과정과 기법이 단순하고 공기가 짧아 경제적인 목조주택이 주목을 받고 있다(Yu et al., 2013).
참고문헌 (13)
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