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축열용량을 고려한 건물 외피의 에너지 절약 설계지침에 관한 연구 ( A Study on the Building Envelope Design Guidelines for Energy Conservation Considering Thermal Storage Capacity )

김기훈   권영철   이언구  
  • 초록

    본 연구의 목적은 건물외피의 축열용량을 고려하여, 건물에서 발생하는 각종 에너지부하를 절감시킬 수 있 는 건물외피 설계방안을 제안하고자 하는 것이다. 본 연구에서는 먼저 8가지의 대표적인 건물 외피재료의 비열, 밀도, 열전도율 실험을 통하여 실험치를 구한 후, 건물 외피재료의 축열용량을 산정하였다. 다음으로는 산정된 축열용량을 근거로 실험재료들을 이용하여 다양하게 벽체를 구성한 후, 벽체의 축열용량에 따른 진폭감쇠율의 대소에 따른 건물의 에너지부하를 산정할 수 있도록 벽체의 열관류율값을 동일하게 맞추어, 이들 벽체를 각 방위별로 배치한 상태에서 동적 열류해석 방법인 MICRO-DOE2 프로그램을 이용하여 컴퓨터 시뮬레이션을 행하였다. 마지막으로 시뮬레이션 결과를 토대로 건물 외피의 진폭 감쇠율과 건물 에너지부하와의 상관관계를 통계분석전용 소프트웨어인 SPSS/PC+ 을 이용하여 분석하고, 다중회귀분석으로 검증함으로써 건물 설계시 외피의 축열용량에 따라 에너지부하를 최소화할 수 있는 외피설계의 기초자료를 제시하였다. 본 연구를 통하여 얻어진 결론은 다음과 같다. 1. 시뮬레이션 결과, 벽체의 축열성능이 서로 다른 경우에는 열관류율이 일정하더라도 건물의 에너지부하가 차이가 나는 것을 알 수 있었고, 외피의 축열성능을 적절히 이용함으로써 에너지를 절약할 수 있음을 확인하 였다. 2. 난방위주의 건물에서는 축열용량이 큰 중량벽체를 적용하여 시간대에 따른 외부일사를 적극적으로 유입하 는 것이 유리하다. 즉, 동,서,남측벽체의 축열성능을 충분히 활용하여 용량형 단열효과를 얻을 수 있도록 진폭 감쇠율이 작은 중량구조로 설계하는 것이 난방부하절감에 유리하며, 단열재의 위치는 동일재료로 구성된 경 우라도 진폭감쇠율이 작은 외단열이 유리하다. 3. 냉방위주의 건물에서는 축열용량이 작은 경량벽체를 적용하여 외부로부터의 일사열을 최대한 차단시키는 것이 중요하다. 즉,동,서,남측벽체를 축열성능을 고려한 축열설계보다는 외부기후에 저항할 수 있는 저항형 단열설계에 더욱 중점을 두어 진폭감쇠율이 큰 경량벽체로 설계함으로써 부하를 절감시킬 수 있으며, 단열재 의 위치는 진폭감쇠율이 큰 내단열이 부하절감에 유리하다. 4. 방위별 벽체변화시 부하변동 및 방위별 부하분포 비교분석 결과, 남측벽체의 경우에는 타방위의 벽체에 비 하여 커다란 부하변동폭을 나타내었다. 따라서 남측벽체에 있어서의 일사의 조절은 더욱 중요시되어야 할 것 이다.


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