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목질 마감재 구성에 따른 주거용 건축물 부위별 열교 및 전열성능 분석
Thermal Bridge and Heat Transfer Analysis for Each Part in Residential Building According to Construction of Wood-based Finishing Material 원문보기

목재공학 = Journal of the Korean wood science and technology, v.45 no.3, 2017년, pp.343 - 359  

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

초록
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건축물에서 사용되는 에너지를 줄이기 위하여 다양한 연구 및 정책이 진행되고 있으나 건축물에서 구조재 및 실내 외 마감재로 폭넓게 사용되는 목재의 열적 특성에 관한 연구는 미미한 실정이다. 이에 따라, 본 연구는 목질재료와 비 목질재료의 전열성능을 분석하기 위하여 목질재료가 주로 이용되는 주거용 건축물을 대상으로 열성능이 취약한(열교 발생) 부위를 선정하고, 각 부위별로 구조재와 마감재의 구성에 따라 총 16 Case에 대해 전열성능 분석을 실시하였다. 전열 해석 시뮬레이션 도구는 ISO 10211의 계산 방법을 따르는 Physibel Trisco를 이용하였다. 해석 부위의 모델링 역시 ISO 10211에서 제시된 기준에 의해 실시하였으며, 경계 온도 조건은 에너지절약설계기준에 따라 실내온도 $20^{\circ}C$, 실외온도 $-11.3^{\circ}C$(서울 기준)로 설정하였다. 구조는 콘크리트구조와 비 목질재료마감, 콘크리트구조와 목질재료마감 그리고 목구조에 목질재료마감의 경우에 따라 구분하였다. 부위는 벽체, 지붕, 층간바닥 및 최하층 바닥 등으로 구분하여 시뮬레이션을 진행하였다. 결과로서, 콘크리트구조의 경우 형상적 원인에 의해, 목구조의 경우 형상적인 원인에 재료적 원인이 더해져 다발적으로 열교가 발생함을 확인할 수 있었다. 추가적으로 콘크리트구조에서는 단열재의 불연속 부위에서 구조적인 열교가 발생하고 목구조에서는 구조적인 열교와 이질재료의 적용 부위에서 재료적 원인에 의한 열교가 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 콘크리트 구조에 목질 실내마감재를 적용하였을 경우에는 벽체의 선형 열관류율 값이 감소하는 것을 확인할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Many researches and policies have been carried out for saving energy in buildings. However, there are a few studies of thermal characteristics of wood-based materials that have been widely used as structural materials and finishing materials in buildings. In this study, thermal bridging areas were f...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 단열재가 아닌 건축물을 구성하는 구조재, 실내외⋅마감재료에 대한 재료의 열적 특성에 대한 부분은 크게 고려되지 않는 것이 일반적이다. 따라서 본 연구에서는 건축물의 에너지 절약을 위해 목질 건축재료가 가지는 열적 특성에 초점을 맞추어 연구를 진행하였다. 목재는 인류 역사속에서 인간생활을 위하여 필수적인 건축재료로 사용되어져 왔다.
  • , 2016). 따라서, 본 연구는 목질재료와 비 목질재료의 전열성능을 분석하기 위하여 목질재료가 주로 이용되는 주거용 건물을 대상으로 열성능이 취약한(열교 발생) 부위를 선정하고, 각 부위별로 구조재와 마감재의 구성에 따른 전열성능을 분석하였다.
  • 두 번째 부위로서 목구조의 외벽에 대한 분석을 실시하였다. 목구조의 경우 단일재료로 외벽이 구성되지 않고 단열재 사이에 스터드와 같은 SPF (Sprus, Pine,Fir) 계열 구조재가 들어감에 따라 단열재의 연속성이 끊기게 되는데, 본 연구에서는 이러한 목구조의 비 단열요소인 스터드로 인한 열교 및 열적 성능에 대한 영향을 분석하였다. 또한, 시공에 따른 구조적 열교에 취약한 부분 중 하나인 층간슬래브와 외(측)벽의 교차부를 세 번째 부위로 선정함으로서 콘크리트 및 목구조의 열교 및 열적 성능을 분석하였다.
  • 본 연구에서는 이상의 입력 조건을 이용하여 단열성능이 취약한 열교 예상 부위의 전열 성능을 해석한 결과를 도출하였다. 연구 결과로서 각 Case별 총전열량(Q), 벽체 열관류율(U) 및 선형열관류율(Ψ)이 도출되었으며 이를 3차원 온도 그래프로 표현하였다.
  • 본 연구에서는 콘크리트 및 목구조의 목질마감재료 적용에 따른 열교 및 열적 성능을 분석하기 위하여 열교 및 열적 성능이 상대적으로 취약한 6개 부위를 총 16개의 Case로 나누어 분석하였다. 첫 번째 부위로서 내벽과 외벽의 교차부의 열적 성능을 분석하였다.
  • 첫 번째 부위로서 내벽과 외벽의 교차부의 열적 성능을 분석하였다. 이를 통해 콘크리트 및 목구조 모두 내벽과 외벽의 교차부에서 단열재의 연속성의 끊김으로 인해 발생된 열교발생과 열적 성능의 감소에 목질재료가 어느 정도 영향을 미치는지 확인할 수 있다. 두 번째 부위로서 목구조의 외벽에 대한 분석을 실시하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
비목질 마감재 대비 목질 마감재 처리 시, 선형열관류율이 낮게 나타난 이유는 무엇인가? 634 W/m⋅K으로 낮아짐을 확인할 수 있었다. 이는 목질 마감재의 단열 성능이 비목질 마감재보다 우수해 비목질 마감재를 적용한 Case 1에 비해 목질 마감재를 적용한 Case 2의 선형열관류율이 다소 낮게 나타난 것으로 분석하였다. 목구조의 경우, 내벽과 외벽 교차부의 전열량과 선형열관류율이 33.
건축물의 에너지 절감을 고려할 때 중요한 요소는 무엇인가? 일반적으로 건축물의 에너지 절감에 대한 부분을 고려할 때 중요하게 생각하는 부분은 단열, 기밀, 고성능 창호, 고효율 등으로 볼 수 있다. 단열재가 아닌 건축물을 구성하는 구조재, 실내외⋅마감재료에 대한 재료의 열적 특성에 대한 부분은 크게 고려되지 않는 것이 일반적이다.
단열재를 최대한 연속 시공하는 것이 열교방지에 유리한 이유는 무엇인가? 결과적으로 낮은 열전도율을 갖는 목질 마감재로 구성하고 목구조의 형태에 가까워질수록 전열량 및 선형열관류율이 낮아지는 것으로 확인하였다. 하지만, 모든 Case (1∼3)에서 선형열관류율이 발생하는 것을 확인하였으며, 정도의 차이는 있지만 목구조라고 하더라도 내벽과 외벽의 교차부의 단열재가 끊기는 부분에서 선형열관류율이 발생하는 것을 확인하였다. 따라서 선형열관류율을 낮추기 위해서는 단열재를 최대한 연속적으로 시공하는 것이 열교방지에 있어 유리함을 알 수 있다.
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참고문헌 (10)

  1. Chang, K.-K. 2003. Environment-friendly Wood House Architectural Institute of Korea, Review of Architecture and Building Science 47(5): 33-36. 

  2. Energy Statistics Handbook, 2014, Korea Energy Management Corporation. 

  3. Forsberg, A., von Malmborg, F. 2004. Tools for environmental assessment of the built environment, Building and Environment 39: 223-228. 

  4. Frank, T. 2005. Climate change impacts on building heating and cooling energy demand in Switzerland, Energy and Buildings 37: 1175-1185. 

  5. Kang, Y., Kim, S. 2016. Evaluation of The Hygrothermal Performance by Wall Layer Component of Wooden Houses Using WUFI Simulation Program, Journal of the Korean Wood Science and Technology 44(1): 75-84. 

  6. Ngohe-Ekam, P.S., Meukam, P., Menguy, G., Girard, P. 2006. Thermophysical characterisation of tropical wood used as building materials: With respect to the basal density, Construction and Building materials 20: 929-938. 

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  8. Suleiman, B.M., Larfeldt, J., Leckner, B., Gustavsson, M. 1999. Thermal conductivity and diffusivity of wood, Wood Science and Technology 33: 465-473. 

  9. Urushizaki, N., Mizuno, M., Shimoda, Y. 2003. The study on life-cycle waste and CO2 emission from countermeasure of long-life building, Journal of Architecture and Planning (Transactions of AIJ) 563: 93-100. 

  10. Yu, S.-G., Kim, S., Seo, J., Kim, S. 2013. Analysis of Energy Efficiency of Light-Weigh Wood Frame House and Wooden Passive House Using PHPP, Journal of the Architectural Institute of Korea 29(8): 199-207. 

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