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문제 정의
- 본 연구에서는 커튼월 결로발생 구조에 대한 검 토절차를 마련하기 위한 기초적 연구로서 유리와 프레임으로 구성된 커튼월 시스템의 대표적인 타입 을 선정하고 열성능을 평가하는데 사용되고 있는 THERM 5와 Psy-evalove4를 활용하여 커튼월 결 로발생 여부를 검토하고 생성범위 및 온도분포를 분석하여 결로성능을 평가하고자 한다.
제안 방법
- 수정된 도면을 THERM 5에 실행하여 각 부재 에 맞는 재질을 입력하고 경계조건을 설정한 후 시 뮬레이션을 실시하였으며 위 작업은 그림 1에 나타내었다. 결과값은 Isotherms(등온선)과 Color Infrared Pixel Resolution(색상)의 2가지 형태로 나 타내었으며 Psy-evalove42)를 활용하여 결로 생성 온도를 파악한 후 THERM 5로 분석한 커튼월 단 면에 온도와 결로온도를 비교하여 결로성능을 평가 하였다. 그림 2와 그림 3에 Psy-evalove4 프로그램 과 실험순서를 나타내었다.
- 초고층 주거건물 커튼월의 창호부 전열 및 결로 성능평가에 관한 연구로 정만석 외(2005)는 초고층 주거건축물에 적용된 커튼월 창호부에 전열과 결로 성능을 평가하며 커튼월 창호부에 구성되어진 요소 들의 전열 . 결로 성능을 분석 후 미치는 영향들을 확인하여 개선안을 제시하였다. 또한 축소모형실험을 통한 커튼월 창호부의 결로 발생 양상 분석에 관한 연구에서 정지나 외(2005)는 모델로 선정한 축 소모형을 가지고 난방방식 및 실내외 온도조건 상 대습도를 변화시켜 유리 및 알루미늄 프레임의 결 로 발생 양상을 측정 및 비교분석하였다.
- 커튼월 결로 성능 평가에 관한 선행 연구를 분석 해 본 결과 설비에 의한 공조 및 난방방식, 커튼월 시스템을 구성하는데 포함되어진 요소들과 마감재 를 기준으로 한 전열 및 결로 평가에 관한 사항들 은 진행되고 있지만 커튼월 시스템의 타입별에 관한 연구는 전무하다는 것을 확인하였다. 그러므로 본 연구에서는 대표적인 커튼월 시스템 2가지를 선 택하여 타입별 결로 성능평가를 실시하였다.
- 본 연구에서는 대표적인 커튼월 시스템 타입인 Unitized 시스템과 Stick시스템 2가지를 선정하여 동등한 실내외 조건과 부재의 재질을 설정하여 열 성능 시뮬레이션 실시한다. 이에 타입별 결로 발생 의 생성범위와 온도분포 결과를 비교하여 커튼월 결로성능을 평가한다.
- 실험 타입으로 선정한 시스템인 Unitized 시스템 과 Stick 시스템 각각의 CAD도면을 준비한 후 시 뮬레이션 프로그램인 THERM 5로 보내 실험하기 위해 불필요한 부분 수정 및 보완 작업을 실시하였다. 수정된 도면을 THERM 5에 실행하여 각 부재 에 맞는 재질을 입력하고 경계조건을 설정한 후 시 뮬레이션을 실시하였으며 위 작업은 그림 1에 나타내었다. 결과값은 Isotherms(등온선)과 Color Infrared Pixel Resolution(색상)의 2가지 형태로 나 타내었으며 Psy-evalove42)를 활용하여 결로 생성 온도를 파악한 후 THERM 5로 분석한 커튼월 단 면에 온도와 결로온도를 비교하여 결로성능을 평가 하였다.
- 시뮬레이션 결과를 Isotherms 형식으로 나타내어 Psy-evalove4 프로그램을 기준온도 210로 고정하고 상대습도를 40%, 50%로 나누어 결로온도를 파 악하였다. 위의 내용은 그림 4에 나타내었다.
- 실험 타입으로 선정한 시스템인 Unitized 시스템 과 Stick 시스템 각각의 CAD도면을 준비한 후 시 뮬레이션 프로그램인 THERM 5로 보내 실험하기 위해 불필요한 부분 수정 및 보완 작업을 실시하였다. 수정된 도면을 THERM 5에 실행하여 각 부재 에 맞는 재질을 입력하고 경계조건을 설정한 후 시 뮬레이션을 실시하였으며 위 작업은 그림 1에 나타내었다.
- 본 연구에서는 대표적인 커튼월 시스템 타입인 Unitized 시스템과 Stick시스템 2가지를 선정하여 동등한 실내외 조건과 부재의 재질을 설정하여 열 성능 시뮬레이션 실시한다. 이에 타입별 결로 발생 의 생성범위와 온도분포 결과를 비교하여 커튼월 결로성능을 평가한다.
- 커튼월에 가장 대표적인 2가지 타입의 Unitized 시스템과 Stick 시스템에 구성부재의 동등한 재질 과 외부조건을 설정하여 상대습도의 변화에 따라 달라지는 결로온도를 커튼월 단면부분과 온도분포를 확인하여 결로 여부를 판정하였다.
대상 데이터
- 커튼월 타입에 의한 분류에는 Stick 시스템과 Unitized 시스템, 윈도우 월 시스템이 있다. 본 연구 에는 이 3가지 중에서 기본적이고 대표적으로 많이 사용되는 Stick 시스템과 Unitized 시스템을 선정하여 시뮬레이션을 적용하였다. Unitized 시스템은 건 축모듈을 기준으로 취급이 가능한 크기로 나누고 구성부재들 모두 공장에서 조립된 프리패브 (Pre-fab)형식으로 대부분 글래이징(Glazing)을 포 함하며 시공속도 및 품질관리의 업무가 업체의존도 가 높아 현장상황에 융통성을 발휘하기 어려운 점 이 있다.
- 건물의 구조적인 특성과 외부환경에 따라 여러가지 형식으로 설계되고 시공되는 커튼월의 타입을 실내외 온도와 상대습도에 의한 결로 발생 유무와 생성범위 및 온도분포를 파악하였으며 해석 도구는 2D 시뮬레이션 프로그램으로 열 성능 평가가 가능한 THERM 5을 사용하였다. 시뮬레이션을 위해서 사용된 커튼월 구성부재의 재질들은 대부분 THERM 5 프로그램 라이브러리에서 사용하였고 시뮬레이션 환경은 실외 T8℃, 실내 21℃내로 설정 하였다. 구성부재들의 재질에 대한 세부사항 및 경 계조건은 표 1과 같다.
이론/모형
- 건물의 구조적인 특성과 외부환경에 따라 여러가지 형식으로 설계되고 시공되는 커튼월의 타입을 실내외 온도와 상대습도에 의한 결로 발생 유무와 생성범위 및 온도분포를 파악하였으며 해석 도구는 2D 시뮬레이션 프로그램으로 열 성능 평가가 가능한 THERM 5을 사용하였다. 시뮬레이션을 위해서 사용된 커튼월 구성부재의 재질들은 대부분 THERM 5 프로그램 라이브러리에서 사용하였고 시뮬레이션 환경은 실외 T8℃, 실내 21℃내로 설정 하였다.
성능/효과
- (1) 상대습도를 40%로 설정하였을 때 결로온도는6.9C로 나타났으며 THERM 5에 나타난 등온선을 통하여 온도를 비교浦 본 결과 Unitized 시스템은 유리부분과 인접해 있는 Weather Sealant 부분에 집중적으로 결로가 발생하는 것으로 나타났고 Stick 시스템은 유리부분과 백업재 주변 프레임 부 분에 결로가 발생하는 것으로 나타났다.
- (2) 상대습도를 50%로 설정하였을 때에는 10℃의 결로온도가 생성되었고 Unitized 시스템은 실내측에 가장 가까운 Weather Strip Silcone Gasket과 그 주변의 프레임을 제외한 모든 부분에 결로가 발생하는 것으로 나타났으며 Stick 시스템은 커튼월 전 부분에 결로가 발생하는 것으로 나타났다.
- 동일한 온도를 설정하고 상대습도의 변화에 생성된 결로온도를 바탕으로 타입별 결로범위를 확인한 결과 Unitized 시스템과 Stick 시스템 2가지 모두 시스템적으로 어느 한 쪽이 결로생성 저항에 강한 면을 가지고 있지 않고 유사한 결로성능을 갖고 있다고 판단하였으며 상대습도의 변화가 커튼월 결 로생성에 큰 영향을 미치는 것을 확인하였다.
- 따라서 커튼월 결로생성을 방지하기 위해서는 시스템 타입 자체에 따른 문제에 접근하기보다는 타입 별 상대습도의 변화를 측정하는 시뮬레이션을 활용 하여 설계검토에 정확한 결로성능 평가를 실시하고 온도에 따른 상대습도를 적절하게 조절하는 방법이 효과적이라 판단하였다.
- 따라서 커튼월의 결로생성를 방지하기 위해서는 설계 검토 단계에서 상대습도를 효과적으로 조절하는 방안에 대한 고려와 커튼월 타입별 시뮬레이션 을 통하여 상대습도에 변화에 의해 발생되는 결로 생성 범위 및 온도를 측정하는 결로성능 평가에 대한 고려가 강화되어야 한다고 판단하였다.
- 또한 시스템 타입보다는 결로온도를 변화시키는 상대습도에 의해 커튼월의 결로 생성범위와 온도에 큰 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다.
- 본 연구는 커튼월 시스템 타입에 따른 결로성능 평가를 제시하였고 열 성능 평가 프로그램과 자동 결로온도 생성프로그램을 활용하여 타입별 결로 유 무 및 범위를 측정한 결과, 각 구성부재의 재질과 경계조건을 동일하게 설정하였을 경우 Unitized 시 스템이나 Stick 시스템, 2가지 타입 중 어느 한 시 스템이 월등히 결로생성 저항에 강하지 않음을 알 수 있었다.
- 커튼월 결로 성능 평가에 관한 선행 연구를 분석 해 본 결과 설비에 의한 공조 및 난방방식, 커튼월 시스템을 구성하는데 포함되어진 요소들과 마감재 를 기준으로 한 전열 및 결로 평가에 관한 사항들 은 진행되고 있지만 커튼월 시스템의 타입별에 관한 연구는 전무하다는 것을 확인하였다. 그러므로 본 연구에서는 대표적인 커튼월 시스템 2가지를 선 택하여 타입별 결로 성능평가를 실시하였다.
후속연구
- 향후 더욱 정확하고 광범위한 결로 및 전열 성능 평가를 적용하여 건축물의 총 에너지 소비량을 분 석하고 LCC를 연계한 비용적인 면에서 검토가 필 요할 것이다.
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