1. 서론
1.1 연구의 배경 및 목적
19세기 산업혁명 이후 기술의 급진적인 발전과 과도한 에너지 소비가 20세기로 지속되면서 인류는 환경적인 문제를 해결하고자 다양한 분야에서 연구가
진행되고 있다. 특히 2015년 국가에너지통계종합정보시스템(KESIS)에서 발표한 한국 에너지 통계에 따르면 건물에너지 소비는 2000년에서 2014년까지
연평균 3.0%가 증가를 보였으며, 건물 부분에서의 에너지 소비량의 비중은 2000년 43%에서 2014년 62%로 확대되어 점차 건물에너지 소비량이
증가될 것으로 분석되고 있다.
(1) 그 중 건물에서 외피 부분이 차지하고 있는 에너지 손실은 69%
(2)로 나타나고 있으며, 이를 해결하고자 PCM,
(3,4) 광선반,
(5,6) 이중외피
(7) 등 다양한 연구가 진행되고 있다. 그러나 이와 같은 시스템은 단열성능이 우수하여 높은 평가를 받고 있지만 초기 비용이 높다는 단점을 가지고 있다.
에어캡은 단열성능과 투광성능을 보유한 다공질 형태의 경제성 있는 단열 소재로써 건물의 창호에 부착하여 건물 외피의 단열성능을 개선할 수 있다는 측면에서
각광을 받고 있다. 그러나 에어캡은 비닐소재로 내구성이 취약하다는 단점을 가지고 있으며, 이에 따라서 창호 등에 부착하여 단열성능을 개선하는 보조재의
역할로 활용되고 있다. 에어캡은 투과성을 가진 단열재료로 에어캡을 적층하여 단열성능 조정이 가능하며, 에어캡의 내구성을 개선시 건물외피의 소재로 활용이
가능할 것이라 판단된다.
이에 본 연구는 에어캡 적층 및 내구성 문제를 보완한 에어캡 벽 모듈을 개발한다. 이후 실스케일의 테스트베드를 통한 조명 및 냉난방기기를 기반으로
기존 마감재에 대비하여 에너지 저감 성능평가를 실시함으로써 그 유효성 검증 및 기초자료 구축을 목적으로 한다.
1.2 연구의 절차 및 방법
본 연구는 에어캡 적층을 통한 에어캡 벽 모듈(이하 ‘에어캡 벽’으로 지칭)의 개발 및 성능평가를 진행하며
Fig. 1에서 나타나듯이 다음의 절차에 의거하여 진행하였다. 첫 번째, 문헌고찰의 단계로 에어캡의 특성, 변인 및 에어캡의 선행연구를 고찰하였으며, 에어캡
벽의 에너지저감 성능평가를 진행하기 위하여 실내의 적정 조도 및 온도 기준에 대한 국내의 기준을 고찰하였다. 두 번째, 고찰된 내용을 기반으로 에어캡
벽을 제안하였다. 세 번째, 에어캡 벽의 성능평가를 진행하기 위하여 기존의 마감재인 두께 5 cm의 조립식 패널과 두께 5 cm, 10 cm, 15
cm, 20 cm의 에어캡 벽을 각각 Case 1, Case 2, Case 3, Case 4, Case 5로 설정하여 에너지저감 성능평가 및 분석을
실시하였다.
Fig. 1. Flowchart of Study.
본 연구의 성능평가는 에어캡의 녹는 재질 및 구조적인 특성으로 인하여 열전도율 등의 열적성능을 측정하기에 제한적이라는 성능평가 관련 전문기관인 한국고분자시험연구소,
SGS 시험연구소 및 연진코퍼레이션의 의견을 수렴하였으며, 이에 따라서 본 연구는 실스케일의 테스트베드를 구축하여 조명기기 및 냉난방기기의 전력사용량을
도출함으로써 성능평가를 진행하였다.
3. 에어캡 적층을 통한 에어캡 벽 모듈 제안 및 성능평가
3.1 에어캡 벽 모듈 제안
본 연구에서 제안하는 에어캡 벽은
Fig. 2 및
Fig. 3에서 나타나듯이 에어캡 적층 및 내구성을 보완하기 위한 프레임과 폴리카보네이트로 구성되며, 세부적인 내용은 다음과 같다.
첫 번째, 본 연구는 적층된 에어캡 측면의 내구성을 보완하기 위하여 에어캡 적층프레임과 에어캡 적층프레임 커버를 제작하였다. 에어캡 적층프레임은 샷시
재질로 제작하였으며, 에어캡을 적층할 수 있도록 하였다. 또한 에어캡 적층프레임과 에어캡 적층프레임 커버의 체결되는 부분은 기밀성 및 단열성능을 유지하기
위하여 단열테이프로 처리하였으며, 에어캡 적층프레임과 에어캡 적층프레임 커버를 체결 시 단면은 ‘ㄷ’ 모양으로 에어캡이 적층된 이후에도 형태가 고정될
수 있도록 하였다.
두 번째, 적층된 에어캡의 전면과 후면의 내구성 및 단열성능 개선을 위하여 제 2장의 폴리카보네이트를 에어캡이 적층되기 전후에 삽입되도록 하였으며,
본 연구에서 적용된 폴리카보네이트는 중공구조로 두께 1 cm 이다.
세 번째, 에어캡의 적층은 에어캡의 공기층이 교차되도록 하여 단열성능이 개선될 수 있도록 하였으며, 에어캡과 에어캡 사이는 접착을 위한 별다른 작업을
진행하지 않았다. 이는 이후 에어캡이 일부 파손시 교체를 용이하게 하기 위함이다. 단, 본 연구는 에어캡이 기밀하게 적층될 수 있도록 하기 위하여
에어캡 적층프레임 커버에 압축 볼트를 두어 에어캡이 적층된 이후 압축 및 기밀성을 유지할 수 있도록 하였다.
Fig. 2. Sugggestion of Aircap Wall Module.
Fig. 3. Section of Aircap Wall Module.
위에 내용에 의거한 에어캡 벽의 장점은 다음과 같다. 에어캡의 적층은 에어캡의 일부가 파손되어도 단열성능 유지가 가능하며, 파손된 에어캡은 손쉽게
교체가 가능하다. 또한, 필요에 따라서 에어캡을 두께를 조절하여 단열성능을 조절 가능하며, 이는 다양한 규격의 에어캡을 적용함으로써 그 효율성을 높일
수 있을 것이라 판단된다.
본 연구에서 제안하는 에어캡 벽 모듈의 제작 및 구축 과정은
Table 5와 같으며, 절차는 다음과 같다. 첫 번째, 샷시를 이용하여 에어캡 적층 프레임을 제작하였다. 프레임의 내부는 단열성능 개선을 위하여 아이소핑크를
채워 마감하였다. 두 번째, 에어캡을 적층하기 전 하부 폴리카보이네트를 에어캡 적층 프레임에 삽입하며, 이후 에어캡의 공기층이 교차될 수 있도록 에어캡을
적층한다. 세 번째, 적층된 에어캡의 기밀성 및 내구성을 위하여 상부 폴리카보네이트를 삽입하며, 에어캡 적층프레임 커버를 체결한다. 네 번째, 압축
볼트를 이용하여 2장의 폴리카보네이트 사이에 적층된 에어캡이 기밀하게 압축될 수 있도록 한다.
Table 5. Aircap wall Production Process
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① Insert the Aircap Lamination Frame and The Bottom Polycarbonate
|
② Laminate the Aircap
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③ Insert the Top Polycarbonate
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④ Apply The Insulation Tape
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⑤ Place The Aircap Lamination Frame Cover
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⑥ Compress The Aircap
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⑦ Complete The Aircap Module
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⑧ Install The Aircap Wall Module Testbed
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본 연구에서 제안하는 에어캡 벽은 에어캡 벽의 두께 중 상부 및 하부 폴리카보네이트의 두께인 2 cm를 제외한 나머지 공간이 에어캡으로 적층되게 제작하였으며,
그 결과 두께 5 cm의 에어캡 벽은 폴리카보네이트 2장의 두께인 2 cm를 제외한 3 cm의 두께만큼 에어캡이 적층된다.
3.2 성능평가 환경설정
본 연구는 에어캡 벽의 성능평가를 진행하기 위하여 실스케일의 테스트베드를 구축하였으며, 테스트베드는
Table 6에서 나타나듯이 폭 4.9 m, 높이 2.5 m, 깊이 6.6 m의 크기이다. 또한 테스트베드는 본 연구에서 제안하는 에어캡 벽의 성능평가를 진행하기
위하여 에어캡 벽을 설치할 수 있는 개구부를 제작하였으며, 테스트베드의 개구부 크기는 폭 2.2 m, 높이 1.8 m이다. 단, 본 연구의 성능평가는
테스트베드의 한계로 인하여 테스트베드 벽의 일부분에 설치되어 진행되고 있으나, 본 연구를 통하여 제안되는 에어캡 벽 모듈의 적용 범위는 모듈을 결합하여
벽면 전체 또는 일부에 적용 가능하다. 본 연구는 성능평가를 위하여 부착되는 시험체의 외부에 인공환경 조성이 가능한 인공 기후챔버를 구축하였으며,
인공 기후챔버는 광원의 광량, 높이 및 각도 설정이 가능한 인공태양광 조사장치를 설치하였다. 단, 인공태양광 조사장치는 인공광원으로 실제 환경과는
차이를 보일 수 있으며, 이는 본 연구가 가지는 한계이다. 그러나 본 연구의 인공태양광 조사장치는 성능평가 간 동일한 수준의 인공환경을 조성할 수
있다는 측면과 국제 규격인 ASTM E927-85에 의한 조도 균일도 측면에서 A등급으로 성능평가간 유효한 빛환경 조성이 가능하다. 또한, 인공 기후챔버는
-20℃에서 40℃의 온도 설정이 가능하도록 하였으며, 이는 본 연구가 진행하는 성능평가 간 동지 및 하지의 외부 빛환경 및 온열환경 조성이 가능하다는
것을 의미한다. 테스트베드의 내부에는 IES의 4점법에 의거하여 4개의 LED 타입 조명을 설치하였으며, 조명은 8단계 디밍 조명제어가 가능한 모델을
채택하였다. 또한 조명의 디밍제어는 실내 공간의 환경 정보를 수집하여 실내 조도를 400 lx를 만족할 수 있도록 4개의 조명이 그룹화 되어 자동
디밍제어 되도록 하였다. 또한 테스트베드의 내부에는 냉난방기기를 설치하였으며, 본 연구의 냉난방기기의 제어는 실내의 온도 센서와 연동하여 자동으로
제어되도록 하였다. 냉난방기기의 자동제어는 실내의 온도센서의 값을 모니터링하여 실내 적정온도를 유지하기 위하여 On/Off 되도록 하였으며, 냉난방기기의
Off는 실제로는 냉난방기기가 Off되는 것이 아니라 최소전력으로 가동되며 공간에 대한 냉난방은 이루어지지 않는 상태이다. 본 연구의 조명과 냉난방기기의
자동제어는 국내의 S사와 협업하여 구축한 결과이다.
Table 6. Overview of Test-bed, Chamber
|
|
Standard*
|
Sunny Subjects
(N = 5)
|
Cloudy Subjects
(N = 5)
|
Subjects
|
|
Room Size
|
4.9 m(W)×6.6 m(D)×2.5 m(C)
|
|
|
Wall Material
|
Insulation panel(Thk 100 mm)
|
|
Emplacement Size
|
1.76 m(W)×1.76 m(H)
|
|
Lighting
|
Eight-level dimming (LED type) : 4ea,
Electricity consumption according to the level of dimming lighting control :
lv 1(12 W), lv 2(18 W), lv 3(22 W), lv 4(28 W), lv 5(34 W), lv 6(39 W), lv 7(43 W),
lv 8(51 W)
|
|
Air Conditioner
|
Model : AP-SM302(EHP),
Heating/Cooling capacity : 13,200 W/11,000 W,
Heating/Cooling consumption : 3.90 kW/3.90 kW
|
|
Illuminance Sensor
|
Sensing element : Silicon photo sensor, with filter,
Detection range : 0~200,000 lx, Precision : ±3%
|
|
Temperature Sensor
|
Sensing element : NTC 10 ㏀(AN Type)
Detection range : -40~+90℃, Precision : ±0.3℃
|
|
Direction
|
Full south aspect
|
본 연구는 에어캡 벽의 성능평가를 진행하기 위한 테스트 베드의 외부조도 및 온도, 남중고도를
Table 7과 같이 설정하였으며, 외부 조도 및 온도 설정은 관련연구
(17)를 근거한 결과이다. 인공태양광 조사장치의 남중고도 설정은 서울지역을 기준으로 하지와 동지를 각각 76.5˚, 29.5˚로 설정하였다.
(18) 단, 본 연구의 성능평가를 위하여 설정된 일사량은 인공태양광의 광원에 설정에 의하여 측정되는 값이며, 이는 본 연구의 인공 환경에 기인한 제한 사항이다.
Table 7. Overview of Test-bed, Chamber
|
Season
|
External Illumination
|
External Temperature
|
Solar Radiation Quantity
|
Solar Culmination Altitude
|
|
Summer
|
35℃
|
80,000 lx
|
503 W/m2
|
76.5˚
|
|
Winter
|
-11.3℃
|
30,000 lx
|
340 W/m2
|
29.5˚
|
성능평가를 위한 온도센서와 조도센서는
Fig. 4와 같이 설치하였으며, 온도센서는 실내의 냉난방환경의 평균 온도를 측정하기 위하여 테스트베드 실내공간의 중앙에 설치하였다. 성능평가를 위한 조도센서의
위치는 실내 조도의 평균 조도를 측정하기 위한 조도센서의 위치가 채광창으로부터 4,400 mm 지점이 적합하다는 관련 선행연구
(19)를 근거하여 조정한 결과이다. 단, 테스트베드의 외부환경 구축에 있어 에어캡 벽 모듈이 설치되는 부분만 외부 환경이 고려되었으며 천장, 벽 및 바닥
부분의 외부 환경 조건을 동일시 못한 것은 본 연구의 한계이다. 또한, 테스트베드는 에어캡 벽 모듈이 부착되는 개구부 부분이 한쪽으로 치우쳐져 있는
한계로 인하여 조도센서 ④는 외부의 빛의 유입이 직접적으로 영향을 미치며, 조도센서 ①, ②, ③은 실내공간의 유입된 빛에 의한 반사에 인하여 조도값이
측정된다.
Fig. 4. Plan, Section of Test-bed and Location of Sensor.
3.3 성능평가 방법
본 연구에서 제안하는 에어캡 벽의 성능평가를 진행하기 위하여
Table 8에서 나타나듯이 조립식 패널(Case 1)과 조명기기 및 냉난방기기의 에너지 저감 성능평가를 진행하였다. 조립식 패널은 사용용도에 따라 두께가 달라지며,
벽체용도와 지붕용도로 나누어진다. 시중에서 판매되고 있는 규격은 5 cm부터 20 cm까지 2.5 cm 단위로 판매되어지고 있으며, 벽체용 조립식
패널보다 지붕용 조립식 패널이 두껍게 사용되어지고 있다. 본 연구에서 성능평가를 위한 조립식 패널(Case 1)은 시중에 판매되고 있는 규격 중 최소두께
5 cm의 EPS 패널로 선정하였다. 또한, 에어캡 벽은 조립식 패널의 두께를 고려하여 두께 5 cm, 10 cm, 15 cm, 20 cm를 각각
Case 2, Case 3, Case 4, Case 5로 설정하였다. 단, 에어캡 벽의 두께는 앞서서 언급하였듯이 내구성을 개선을 위한 2장의 폴리카보
네이트 두께인 2 ㎝가 포함되어 있다. 이에 따라서 Case 2, Case 3, Case 4, Case 5는 각각 제 6장, 16장, 26장, 36장의
에어캡이 적층된 형태이다. 본 연구에서 제안하는 에어캡 벽의 성능평가 방법은 다음과 같다.
Table 8. Performance Evaluation Case
|
Case
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
|
Specification
|
Sandwich pannel
|
Aircap wall
|
|
Laminated Aircap
|
Thickness
|
0
|
3 ㎝
|
8 ㎝
|
13 ㎝
|
18 ㎝
|
|
Number of Laminated Aircap
|
0
|
6
|
16
|
26
|
36
|
|
Total Thickness
(Aircap+Polycarbonate)
|
5 ㎝
(-)
|
8 ㎝
(5 ㎝)
|
13 ㎝
(10 ㎝)
|
18 ㎝
(15 ㎝)
|
23 ㎝
(20 ㎝)
|
첫 번째, 본 연구는 각 Case의 설치에 따른 실내 적정조도를 유지하기 위한 조명제어 및 조명에너지 사용량을 도출하였으며, 조명제어는 다음의 절차에
의거하여 진행하였다. 조명제어는 측정되는 조도센서의 측정값들 중 400 lx 이하의 값이 있을 경우에 실시되도록 하였으며, 조도센서의 측정값이 400
lx가 있을 경우 조명의 디밍 단계를 순차적으로 올리도록 하였다. 이러한 조명 디밍제어 중 실내 조도센서 값이 400 lx를 만족시 조명제어를 종료되도록
하였으며, 이때의 조명제어를 근거하여 조명에너지 전력사용량을 산출하였다. 단, 본 연구는 테스트베드의 4개의 조명을 그룹제어 하였다.
두 번째, 본 연구는 각 Case의 냉난방에너지 저감 성능을 비교분석하기 위하여 실내의 적정온도를 유지하기 위한 냉난방에너지 사용량을 도출하였으며,
냉난방에너지 사용량은 냉난방기기의 실제 사용량을 모니터링 하였다. 냉난방기기의 에너지 사용량은 주간 및 야간에 대하여 각각 5시간으로 설정하여 도출하였다.
세 번째, 본 연구는 두께 5 ㎝의 조립식 패널(Case 1) 및 다양한 두께의 에어캡 벽에 대한 에너지 저감 성능을 비교 및 분석하며, 두께 5
㎝의 조립식 패널(Case 1)에 준하는 에어캡 벽의 규격을 도출하였다. 또한, 에어캡 벽의 두께별 조명기기 및 냉난방기기의 에너지 저감의 추이를
분석함으로써 본 연구의 에어캡 적층에 따른 유효성을 검증하였다.
3.4 성능평가 결과 및 논의
본 연구는
Table 9,
Table 10,
Table 11에서 나타나듯이 에어캡 벽의 조명기기 및 냉난방기기의 에너지 저감 성능평가를 실시하였으며, 이에 대한 결과는 다음과 같다.
Table 9. Overview of Experiment
|
Case
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
|
Summer
|
|
|
|
|
|
|
Winter
|
|
|
|
|
|
|
Specification
|
Sandwich pannel
5 cm
|
Aircap wall
5 cm
|
Aircap wall
10 cm
|
Aircap wall
15 cm
|
Aircap wall
20 cm
|
*In Case 1 where illumination is set at 0 lux, the image was captured after turning
on the light.
Table 10. Result of Performance Evaluation : Amount of Electricity Used for Lighting
|
Season
|
Case
|
|
Illumination Sensor(lx)
|
Lighting Dimming Control(Level)
|
Electricity Consumption for Lighting(kWh)
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
|
Summer
(day)
|
1
2
3
4
5
|
80,000
80,000
80,000
80,000
80,000
|
0
173.2
98.1
48.0
22.8
|
0
200.1
115.0
78.4
38.0
|
0
188.5
100.2
70.2
30.5
|
0
312.8
143.2
95.0
62.3
|
6
3
4
5
5
|
0.770
0.441
0.553
0.680
0.680
|
|
Summer
(night)
|
1
2
3
4
5
|
0
0
0
0
0
|
0
0
0
0
0
|
0
0
0
0
0
|
0
0
0
0
0
|
0
0
0
0
0
|
6
6
6
6
6
|
0.770
0.770
0.770
0.770
0.770
|
|
Winter
(day)
|
1
2
3
4
5
|
30,000
30,000
30,000
30,000
30,000
|
0
223.8
128.8
83.8
52.5
|
0
272.3
140.0
95.0
71.3
|
0
230.0
137.5
93.8
55.0
|
0
427.5
182.5
152.5
107.5
|
6
1
2
3
3
|
0.770
0.247
0.336
0.441
0.441
|
|
Winter
(night)
|
1
2
3
4
5
|
0
0
0
0
0
|
0
0
0
0
0
|
0
0
0
0
0
|
0
0
0
0
0
|
0
0
0
0
0
|
6
6
6
6
6
|
0.770
0.770
0.770
0.770
0.770
|
Table 11. Result of Performance Evaluation : Amount of Electricity Used for Heating and Air-Conditioning
|
Case
|
Electricity Consumption of Cooling EquipmentkWh)
|
Sum of Electricity Consumption of Cooling Equipment (kWh)
|
Electricity Consumption of Heating Equipment(kWh)
|
Sum of Electricity Consumption of Heating Equipment (kWh)
|
|
Summer
(Day)
|
Summer
(Night)
|
Winter
(Day)
|
Winter
(Night)
|
|
1
|
1.565
|
1.245
|
2.810
|
1.541
|
1.980
|
3.521
|
|
2
|
1.885
|
1.694
|
3.579
|
1.655
|
2.260
|
3.915
|
|
3
|
1.584
|
1.404
|
2.988
|
1.513
|
2.035
|
3.548
|
|
4
|
1.364
|
1.197
|
2.561
|
1.295
|
1.611
|
2.906
|
|
5
|
1.199
|
1.090
|
2.289
|
1.160
|
1.484
|
2.644
|
첫 번째, 에어캡 벽 모듈인 두께 5 cm 에어캡 벽(Case 2), 두께 10 cm 에어캡 벽(Case 3), 두께 15 cm 에어캡 벽(Case
4), 두께 20 cm 에어캡 벽(Case 5)은 두께 5 cm 조립식 패널(Case 1)에 대비하여 하지 및 동지에 대하여 각각 42.7%, 28.2%,
11.7%, 11.7% 및 67.9%, 56.4%, 42.7%, 42.7%의 조명에너지 저감이 가능하다.
두 번째, 하지시 에어캡 벽 모듈인 두께 5 cm 에어캡 벽(Case 2), 두께 10 cm 에어캡 벽(Case 3)은 두께 5 cm의 조립식 패널(Case
1)에 대비하여 27.4%, 6.3%의 냉방에너지 사용량이 증가하고 있으나, 두께 15 cm 에어캡 벽(Case 4), 두께 20 cm 에어캡 벽(Case
5)의 경우에는 9.7%, 22.8%의 냉방 에너지 저감이 가능하다. 또한, 동지시 적층을 통한 에어캡 벽 모듈인 두께 5 cm 에어캡 벽(Case
2), 두께 10 cm 에어캡 벽(Case 3)은 두께 5 cm의 조립식 패널(Case 1)에 대비하여 11.2%, 0.8%의 난방에너지 사용량이
증가하는 반면, 두께 15 cm 에어캡 벽(Case 4), 두께 20 cm 에어캡 벽(Case 5)의 경우에는 21.2%, 33.2%의 난방에너지
저감이 가능하다.
세 번째, 본 연구에서 설정된 Case에 따라서 도출되는 조명기기 및 냉난 방기기의 전력사용은
Fig. 5 및
Fig. 6과 같으며, 하지의 경우 에어캡 벽은 두께 5 ㎝의 조립식 패널(Case 1)에 대비하여 에어캡 벽의 두께가 10 ㎝ 이상인 경우 에너지 저감이 가능하다.
반면 동지의 경우 에어캡 벽은 두께 5 ㎝의 조립식 패널(Case 1)에 대비하여 에어캡 벽의 두께가 5 ㎝ 이상부터 에너지 저감이 가능한 것으로
분석된다.
Fig. 5. Comparison of Electricity Consumption During Summer.
Fig. 6. Comparison of Electricity Consumption During Winter.
본 연구의 결과에 대한 논의는 다음과 같다. 연구에서 제안하는 에어캡 벽은 에어캡의 적층 두께을 증가함에 따라서 단열성능이 개선되어 냉난방에너지의
저감이 가능하나, 외부로부터 투과되는 자연광양의 저하로 조명 에너지는 증가된다. 그러나 에어캡 벽은 조명기기 및 냉난방에너지 성능평가 결과 적층 두께가
5 ㎝에서 20 ㎝로 증가함에 따라서 에너지 저감이 가능할 것으로 판단된다. 특히 두께 5 ㎝의 조립식 패널(Case 1)에 대비하여 동지 및 하지에
대하여 각각 에어캡 벽의 두께가 10 ㎝ 및 5 ㎝ 이상부터 에너지 저감이 가능하며, 이에 따라서 하지 및 동지를 고려시 두께 10 ㎝ 에어캡 벽(Case
3)이 두께 5 ㎝의 조립식 패널(Case 1)의 외피 성능을 보일 것이라 판단된다. 또한, 본 연구의 에어캡 벽은 기존의 비투과성의 마감재와는 달리
투과성을 보유하고 있으며, 그 결과 태양의 고도가 낮은 동지의 경우에는 두께 5 ㎝의 조립식 패널(Case 1)에 대비하여 효율적인 조명에너지 저감이
가능하다. 그 결과 두께 5 ㎝ 에어캡 벽(Case 2)이 두께 5 ㎝의 조립식 패널(Case 1)보다 난방에너지 사용량이 높이 나타나고 있음에도
조명기기 및 냉난방기기의 에너지 사용량을 모두 고려시 두께 5 ㎝ 에어캡 벽(Case 2)이 5 ㎝의 조립식 패널(Case 1)보다 에너지 저감에
우수하게 분석된다. 이는 에어캡이 가진 투과성과 단열성능에 기인한 결과로 본 연구에서 제시하는 에어캡 벽의 유효성을 의미한다.
4. 결 론
본 연구는 에어캡을 적층 및 내구성의 문제를 보완하여 에어캡 벽을 개발하였으며, 실스케일의 테스트베드를 통한 조명기기 및 냉난방기기의 에너지 사용량을
도출하여 성능평가를 진행하였다. 이에 대한 결론은 다음과 같다.
(1) 본 연구는 에어캡의 내구성 및 에어캡 적층시 그 형태를 유지하기 위하여 에어캡 적층 프레임을 제안하였으며, 또한 폴리카보 네이트를 덧대어 내구성이
보완된 에어캡 벽이라는 새로운 개념의 마감재를 개발하였다. 특히 에어캡 적층 프레임은 압축 볼트를 사용하여 에어캡의 적층 두께 조정이 가능하도록 하였다.
이러한 에어캡 적층을 통한 에어캡 벽은 단열성능 및 투과성의 장점을 보유하고 있으며, 에어캡의 교체가 용이하여 유지 및 관리가 용이하다.
(2) 에어캡 벽의 조명 에너지 저감은 두께 5 ㎝ 조립식 패널(Case 1)에 대비하여 두께 5 ㎝ 에어캡 벽(Case 2), 두께 10 ㎝ 에어캡
벽(Case 3), 두께 15 ㎝ 에어캡 벽(Case 4), 두께 20 ㎝ 에어캡 벽(Case 5)은 하지 및 동지에 대하여 각각 42.7%, 28.2%,
11.7%, 11.7% 및 67.9%, 56.4%, 42.7%, 42.7%의 조명 에너지 저감이 가능하여 유효하게 분석된다. 이는 에어캡 벽이 가지는
투과성으로 인하여 비투과성의 마감재에 대비하여 실내 조명 에너지 저감에 유효하다는 것을 의미한다. 특히, 태양의 고도가 낮은 동지의 경우 에어캡 벽은
본 연구의 비교 대상인 두께 5 ㎝의 조립식 패널(Case 1)에 대비하여 효율적인 조명에너지 저감이 가능하다.
(3) 하지시 두께 5 ㎝ 에어캡 벽(Case 2)과 두께 10 ㎝ 에어캡 벽(Case 3)은 두께 5 ㎝ 조립식 패널(Case 1)에 대비하여 27.4%,
6.3%의 냉방 에너지 사용량이 증가하며, 두께 15 ㎝ 에어캡 벽(Case 3), 두께 20 ㎝ 에어캡 벽(Case 4)의 경우에는 9.7%, 22.8%의
냉방 에너지 저감이 가능하다. 동지시 두께 5 ㎝ 에어캡 벽(Case 2)과 두께 10 ㎝ 에어캡 벽(Case 3)은 두께 5 ㎝ 조립식 패널(Case
1)에 대비하여 11.2%, 0.8%의 난방에너지 사용량이 증가하며, 두께 15 ㎝ 에어캡 벽(Case 3), 두께 20 ㎝ 에어캡 벽(Case 4)의
경우에는 21.2%, 33.2%의 난방에너지 저감이 가능하다.
(4) 본 연구에서 제안하는 에어캡 벽은 조명기기 및 냉난방기기 에너지 저감 측면에서 두께 10 ㎝인 경우 두께 5 ㎝ 조립식 패널(Case 1)
수준의 에너지 저감 성능을 보이고 있으며, 에어캡의 적층 두께를 조절하여 에너지저감 성능을 개선할 수 있다. 이는 에어캡 적층에 따른 에어캡 벽의
장점이며, 필요에 따라 그 두께 및 규격을 달리 적용함으로써 그 유효성을 높일 수 있을 것이라 판단한다.
본 연구는 에어캡을 적층 및 내구성의 문제를 보완하여 새로운 개념의 마감재인 에어캡 벽을 개발하였으며, 성능평가를 통하여 그 유효성 및 에너지저감
성능의 기초자료를 구축하였다는 점에서 의미를 가진다. 그러나 본 연구는 인공환경에 기인한 성능평가를 진행하였으며, 성능평가 간 특정 상황에 국한함으로써
가지는 한계가 있다. 이에 향후에는 이를 개선하기 위한 테스트베드의 열류, 타임랙, 재료, 항온항습조, 전반적인 외부 환경 조건을 고려한 연구가 진행되어야
하며, 다각적인 평가방법과 에어캡의 다양한 규격등을 고려한 연구가 지속적으로 진행되어야 할 것이다.