이한솔
(Han Sol Lee)
1
최경석
(Gyeong-Seok Choi)
2†
이현화
(Hyun Hwa Lee)
3
-
과학기술연합대학원대학교 건설환경공학, 박사과정/한국건설기술연구원 학생연구원
(
Ph.D. Course, Civil & Environmental Engineering, University of Science Technology,
217, Gajeong-ro, Yuseong-gu, Daejeon, 34113, Republic of Korea/Student Researcher,
Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology, 2311, Daehwa-dong, Ilsanseo-gu,
Goyang-si, Gyeonggi-do, 10233, Republic of Korea
)
-
과학기술연합대학원대학교 건설환경공학, 교수/한국건설기술연구원 연구위원
(
Professor, Civil & Environmental Engineering, University of Science Technology, 217,
Gajeong-ro, Yuseong-gu, Daejeon, 34113, Republic of Korea/Research Fellow, Korea Institute
of Civil Engineering and Building Technology, 2311, Daehwa-dong, Ilsanseo-gu, Goyang-si,
Gyeonggi-do, 10233, Republic of Korea
)
-
한국건설기술연구원 박사후연구원
(
Postdoctoral Researcher, Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology,
2311, Daehwa-dong, Ilsanseo-gu, Goyang-si, Gyeonggi-do, 10233, Republic of Korea
)
Copyright © 2016, Society of Air-Conditioning and Refrigeration Engineers of Korea
Key words
Design standard for preventing condensation in apartment buildings(공동주택 결로방지 설계기준), Low-emittance coatings(로이코팅), Double glazing window(이중창), Temperature difference ratio(온도차이비율)
1. 연구배경 및 목적
2020년부터 1,000 ㎡ 이상 공공기관을 대상으로 제로에너지 건축물 인증 등급 획득이 의무화되면서 고효율 건축에 대한 수요가 높아지고 있다. 창호는
건물에서 열손실이 발생하는 대표적인 부위로 벽체나 지붕 등에 비해 단열성능이 낮은 경우가 많아 건물 에너지 손실의 주요 원인이 되고 있다. 창호의
단열성능이 취약한 경우 결로 발생으로 인하여 마감재 훼손, 곰팡이 등 거주자의 주거환경에 피해를 입힐 수 있다.(1) 이에 국토부
에서는 결로하자 발생과 분쟁을 조정하기 위하여 2014년 5월 7일부터 500세대 이상 공동주택에 대해 ‘공동
주택 결로방지를 위한 설계기준’(2)을 도입하여 운영 중에 있다.
결로는 내․외부의 공기가 순환함에 따라 자연스럽게 발생하는데, 특히 겨울철에 실내․외 온도차가 커짐에 따라 결로가 자주 발생된다. 공동주택에서 가장
일반적으로 적용되고 있는 복층유리 이중창의 경우 유리하부에서 결로 취약 사례가 많이 발생하며 내창뿐만 아니라 외창에서도 결로가 발생하여 민원이 증가하는
추세이다. 결로현상을 방지하기 위하여 실내․외 온도 차이를 줄이는 방법으로 공동주택에서 로이
(low-Emittance)유리 사용이 증가하고 있다.(3) 로이유리는 겨울철 보온 및 결로방지, 여름철 단열효과, 자외선 방지 등이 가능하여 건물의 에너지 절감에 효과적이기 때문에 로이유리를 적용하는 건물이
확대되고 있다. 그러나 로이유리의 경우 저방사 코팅의 적용 위치에 따라 창호의 열성능과 건물의 에너지소비량이 달라질 수 있기 때문에 합리적인 적용
위치가 제시될 필요성이 있다.
이한솔, 최경석, 이현화
흡수식 냉동기의 증발기에 사용되는 전열촉진관에서 물의 유하 액막 증발 열전달에 대한 실험적 연구
따라서 본 연구는 실제 거주조건을 모사한 실규모 거실창을 대상으로 성능평가를 수행하여 이중창의 로이
코팅 위치 변화에 따른 결로방지성능 효과를 검증하고자 한다.
2. 연구방법
본 연구는 로이코팅의 위치 변화에 따른 결로방지성능 효과를 검증하고자 실제 거주조건을 모사한 실규모 거실창을 대상으로 성능평가를 수행한 후 이중창의
온도차이비율을 산출하여 분석하였다. 결로방지성능을 평가하기 위하여 ‘공동주택 결로방지를 위한 설계 기준’에 따라 측정 위치 및 시험조건을 선정하였고
KS F 2295(4)의 실험방법을 통하여 실험을 수행하였다. 이중창의 로이코팅 위치 및 간봉 종류에 따라 총 6가지 Case 조합안에 대하여 실규모의 성능평가를 실시하였다.
2.1 결로방지 설계기준 및 평가방법
‘공동주택 결로방지를 위한 설계 기준’은 ｢주택건설기준 등에 관한 규정｣ 제14조의3에 따라 공동주택 결로 방지를 위한 성능기준 등에 관하여 위임된
사항과 그 시행에 필요한 세부적인 사항을 정하여 공동주택 세대 내의 결로 저감을 유도하고 쾌적한 주거환경을 확보하는데 기여하고자 제정된 기준이며,
｢주택법｣ 제16조에 따른 사업계획승인을 받아 건설하는 500세대 이상의 공동주택을 대상으로 시행되고 있다. 결로방지성능을 평가하기 위한 지표로 온도차이비율(TDR;
Temperature Difference Ratio)을 사용하고 있으며, 온도차이비율은 실내와 외기의 온도차이에 대한 실내와 적용 대상부위의 실내표면의
온도차이를 상대적인 비율로 표현하여 아래의 식 (1)에 따라 0에서 1사이의 값으로 산정한다. Table 1은 ‘공동주택 결로방지를 위한 설계 기준’의 평가방법 일부를 나타낸 것으로 실내․외 온습도 설정조건 및 지역별 외기온도 기준, 창호의 온도차이비율
성능기준 등을 확인할 수 있다.
$T_{o}$ ：외기온도 [℃]
$T_{i}$ ：실내온도 [℃]
$T_{si}$ ：실내측 평가부위 표면온도 [℃]
Table 1. ‘Design standard for preventing condensation in apartment buildings’ for
each major part
|
Indoor and Outdoor
Environmental Conditions
|
Target Parts
|
TDR
|
|
Indoor
|
Outdoor
|
Region division
|
RegionⅠ*
|
RegionⅡ**
|
RegionⅢ***
|
|
25℃/50%
(R.H.)
|
RegionⅠ(-20℃)
RegionⅡ(-15℃)
RegionⅢ(-10℃)
|
Window
|
Glass center
|
0.16 (0.16)
|
0.18 (0.18)
|
0.20 (0.24)
|
|
Glass edge
|
0.22 (0.26)
|
0.24 (0.29)
|
0.27 (0.32)
|
|
Window frame and sash
|
0.25 (0.30)
|
0.28 (0.33)
|
0.32 (0.38)
|
* Ganghwa, Dongducheon, Yangpyeong, Inje, Cheorwon, etc.
** Seoul, Daejeon, Chungcheongbuk-do(excluding Yeongdong), Gyeongsangbuk-do(Mungyeong,
Andong, Uiseong, Yeongju), etc.
*** Busan, Daegu, Jeollanam-do, Jeju-do, e
2.2 실험방법
실제 규모의 목업실험실에 공동주택에서 적용되고 있는 이중창을 시공하여 성능평가를 실시하였다. KS F 2295 및 ‘공동주택 결로방지를 위한 설계기준’의
실험방법을 준용하여 실제 공동주택에 적용되는 이중창 사이즈 및 실제 시공현장 조건을 기반으로 공동주택에 적용되는 이중창의 실질적인 결로방지성능을 검증하고자
하였다. 이중창에서 유리와 유리의 간격을 유지시켜주는 간봉의 경우 열교현상과 겨울철 결로를 발생시키는 등 단열
성능에 취약한 요인이기 때문에 창호의 열관류율 값에 미치는 영향을 알아보고자 이중창의 로이코팅 위치 및 간봉 종류에 따라 총 6가지의 Case를 선정하였다.(5,6,7) 로이는 위치에 따라 실내측·실외측으로 구분하였으며, 간봉은 단열 간봉(TPS)과 알루미늄 간봉(AL)으로 구분하였다. 시험체 실내측 창호의 온도차이비율
값 산정을 위하여 ‘공동주택 결로방지를 위한 설계 기준’에 적용된 측정 위치 37지점의 표면온도를 측정하였고 위치는 창의 유리(유리 중앙부, 유리
모서리), 창틀(창틀 프레임, 창틀 프레임 모서리), 창짝(창짝 프레임, 창짝 프레임 모서리)으로 구분된다. 또한 실내측 표면온도에 영향을 미치는
이중창 내 중공층의 공기온도 변화에 따른 실내측 결로방지 성능 변화를 파악하기 위하여 중공층의 공기온도를 상․중․하로 나누어 측정하였다.
3. 로이코팅 적용위치에 따른 성능평가
3.1 실험 개요
시험체의 실내․외 표면온도 및 중공층의 공기온도 측정위치는 Table 2와 같고 실험개요는 Table 3, 시험체 설치 사진은 Table 4와 같다. 결로방지성능을 평가하기 위하여 창호의 유리 중앙, 유리 모서리, 창틀 및 창짝의 표면온도와 실내측, 실외측 및 중공층의 공기온도를 10분
간격으로 측정하였고 목업실험실이 경기도 용인시에 위치하기 때문에 지역 Ⅱ의 월평균 일 최저 외기온도 기준을 적용하였다. 이중창의 로이코팅 위치 및
간봉 종류에 따른 Case 조합안은 Table 5와 같다. Case 1은 Base case로 일반 유리 및 알루미늄 간봉(AL)을 적용하였고 Case 2는 알루미늄 간봉(AL)을 대신하여 단열 간봉(TPS)을
적용하였다. Case 3는 알루미늄 간봉(AL) 및 내창 로이코팅을 적용하였고 Case 4는 단열 간봉(TPS) 및 내창 로이코팅을 적용한 경우이다.
Case 5는 알루미늄 간봉(AL) 및 외창 로이코팅을 적용하였고 Case 6는 단열 간봉(TPS) 및 외창 로이코팅을 적용하였다.
Table 2. Measurement point
Table 3. Overview of Mock-up test
|
Test Site
|
Window laboratory of Yongin-si
|
|
Mock-up
|
Size : 3900 mm(W)×2150 mm(H)×246mm(D)/Glass Thickness : 22 mm(5-12-5)
|
|
Test Method
|
Measurement Item
|
Surface temperature, Air temperature
|
|
Measurement Device
|
Thermocouple(T type), GL820(Data logger),
Temperature-humidity sensor, Heat flow sensor
|
|
Measurement Interval
|
10 minutes
|
|
Measurement Location
|
Glass center, Glass edge, Window frame and sash, Air cavity
|
|
Test
Conditions
|
Steady Temperature
and Humidity Room
|
25℃, 50%(R.H.)
|
|
Cold Chamber
|
-15℃(RegionⅡ)
|
|
Standard
|
Design Regulation for Condensation Prevention
|
Table 4. Installation image of Mock-up
Table 5. Case summary of Mock-up test
|
Case
|
Outside Window
|
Inside Window
|
Division
|
Comparison Contents
|
|
Glass
Specification
|
Location of Low-E
|
Spacer
|
Glass
Specification
|
Location of Low-E
|
Spacer
|
|
1
|
5CL+12Air+5CL
|
×
|
AL
|
5CL+12Air+5CL
|
×
|
AL
|
A_C_C
|
Base case
- Low-E : None
- Spacer : AL
|
|
2
|
5CL+12Air+5CL
|
×
|
TPS
|
5CL+12Air+5CL
|
×
|
TPS
|
T_C_C
|
- Low-E : None
- Spacer : TPS
|
|
3
|
5CL+12Air+5CL
|
×
|
AL
|
5CL+12Air+5LE
|
○
|
AL
|
A_C_L
|
- LE : Inside window
- Spacer : AL
|
|
4
|
5CL+12Air+5CL
|
×
|
TPS
|
5CL+12Air+5LE
|
○
|
TPS
|
T_C_L
|
LE : Inside window
- Spacer : TPS
|
|
5
|
5CL+12Air+5LE
|
○
|
AL
|
5CL+12Air+5CL
|
×
|
AL
|
A_L_C
|
- LE : Outside window
- Spacer : AL
|
|
6
|
5CL+12Air+5LE
|
○
|
TPS
|
5CL+12Air+5CL
|
×
|
TPS
|
T_L_C
|
LE : Outside window
- Spacer : TPS
|
3.2 실험 결과
3.2.1 중공층 공기온도 비교
이중창 내․외창의 로이코팅 위치 및 간봉 종류에 따른 6가지 Case에 대하여 결로방지성능 평가를 수행한 후 창호의 실내측 표면온도를 실측하여 온도차이비율을
산출하였다.
중공층 공기온도 평균값은 Fig. 1과 같이 Case 6(10.5℃), Case 5(9.8℃), Case 1(6.9℃), Case 2(6.7℃), Case 4 (3.0℃), Case
3(2.6℃) 순으로 높게 나타났다. 로이코팅 위치를 내창에서 외창으로 변경한 경우 평균 중공층 공기온도는 알루미늄 간봉(AL)을 적용한 Case
3 대비 Case 5는 7.2℃, 단열 간봉(TPS)을 적용한 Case 4 대비 Case 6은 7.5℃로 상승하여 평균 중공층 공기온도가 약 7.4℃
상승한 것을 확인하였다. 로이를 외창에 구성함에 따라 실내측 따뜻한 공기가 중공층으로 유입이 상대적으로 자유롭게 되며, 이로 인한 중공층 내의 대류현상에
의해 중앙부위 온도 상승효과 매우 큰 것으로 판단된다. 알루미늄 간봉(AL)을 적용한 Case 1(A_C_C), 3(A_C_L), 5(A_L_C)에
대비하여 단열 간봉(TPS)을 적용한 Case 2(T_C_C), 4(T_C_L), 6(T_L_C)의 평균 중공층 공기온도가 약 0.5℃상승하여 단열
간봉(TPS) 적용이 단열성능 향상에 효과적인 것을 알 수 있다.
Fig. 1 Air temperature of air cavity.
3.2.2 내창 취약부위의 온도차이비율 비교
창호의 실내측 취약부위 표면온도 측정값을 통해 온도차이비율을 산출하였다. ‘공동주택 결로방지를 위한 설계기준’의 지역Ⅱ 기준의 결로방지 성능기준에
적합성 여부를 분석한 결과 내창의 취약부위 온도차이
비율 평균값은 Fig. 2와 같이 Case 6(0.23), Case 5(0.25), Case 4(0.25), Case 2(0.28), Case 1(0.29), Case 3(0.30)
순으로 낮게 나타났다. 온도차이비율의 값이 작을수록 결로방지성능이 우수함을 나타내며 Case 6의 경우 로이를 외부창에 구성함에 따라 중공층의 공기온도
상승을 유도하여 이중창의 실내측 창호 표면온도가 상승
하였기 때문에 결로방지성능을 향상시킨 것으로 판단된다. 취약부위 중 유리 모서리부위(36, 37지점)의 경우 단열 간봉(TPS)의 적용이 결로방지성능
향상에 영향을 주는 것으로 확인되었다. 로이 외창 및 단열 간봉(TPS)을 적용한 Case 6의 경우 온도차이비율의 값 창짝(20)지점에서 0.26,
창짝(21)지점에서 0.23, 창짝(22)지점에서 0.28, 유리 모서리(36)지점에서 0.19, 유리 모서리(37)지점에서 0.20으로 산출되어
유일하게 창짝 및 유리 모서리 부위의 법적 성능기준에 만족한 것을 확인할 수 있다.
Fig. 2 TDR of Inside window.
3.2.3 취약부위 표면온도 비교
창호의 단열성능 취약부위에 대하여 온도변화를 분석하고자 이중창의 내창 및 외창에서 측정된 최저 표면온도를 Fig. 3, Fig. 4와 같이 나타내었다. 6가지 Case 중 로이 내창 및 알루미늄 간봉(AL)을 적용한 Case 3 대비 로이 외창 및 단열 간봉(TPS)을 적용한
Case 6의 최저 표면온도 상승폭을 확인할 수 있다. 내창에서 유리 중앙, 유리 모서리, 창틀 및 창짝의 최저 표면온도를 비교한 결과 유리 중앙에서
0.4℃, 유리 모서리에서 3.2℃, 창틀 및 창짝에서 3.6℃ 상승하여 단열성능이 취약한 창틀 및 창짝에서의 최저 표면온도 상승폭이 가장 큰 것으로
확인되었다. 외창의 경우 유리 중앙에서 6.6℃, 유리 모서리에서 3.5℃, 창틀 및 창짝에서 2.4℃ 상승하여 유리 중앙에서의 상승폭이 가장 큰
것을 알 수 있다.
Fig. 3 Minimum surface temperature of inside window
Fig. 4 Minimum surface temperature of outside window
Fig. 5 Surface temperature of outside window.
Fig. 5와 같이 외창의 취약부위 표면온도 평균값 분석 결과, Case 6(2.6℃), Case 5(2.0℃), Case 1(0.1℃), Case 2(-0.5℃),
Case 3(-1.1℃), Case 4(-2.1℃) 순으로 높게 나타났다. 로이가 외창에 적용 된 경우(Case 5, Case 6) 중공층 공기온도가
상승하여 내창뿐만 아니라 외창의 표면온도 또한 상승하여 결로방지성능을 향상시키는 것으로 확인되었다. 로이가 내창에 적용된 Case 3(A_C_L),
Case 4(T_C_L)의 경우 로이가 적용되지 않은 Case 1(A_C_C), Case 2(T_C_C)보다 외창의 취약부위 표면온도가 낮게 나타난
것을 확인할 수 있는데 이는 로이가 내창에 적용된 경우 중공층 공기온도가 저하되기 때문인 것으로 판단된다. 로이의 단열효과로 인하여 로이가 적용되지
않은 일반 복층유리에 비하여 로이가 내창에 적용된 유리는 실내에서 실외로의 열 이동이 감소하여 중공층 공기온도가 저하되고 외창의 표면온도도 낮게 나타난
것으로 사료된다.
4. 결 론
본 연구는 복층유리 이중창호를 대상으로 로이코팅 위치 변화에 따른 결로방지성능 효과를 검증하고자 실제 거주조건을 모사한 실제 규모 성능평가를 수행하였다.
창호의 로이위치(내창/외창) 및 간봉 종류(AL/TPS) 에 따라 Case를 선정 후, 실내ᆞ․외측 표면온도 및 중공층 공기온도를 실측하여 온도차이비율을
비교․분석하였다.
실물대 Mock-up 실험을 통하여 실제 결로방지성능을 검증한 결과, 6가지 Case 중 지역Ⅱ 기준(-15℃)에서 로이외창 및 단열 간봉(TPS)의
결로방지성능이 가장 우수한 것으로 나타났다. 또한 내창에서 외창으로의 로이코팅 위치 변경은 결로방지성능 향상에 효과적인 것으로 확인되었다.
중공층 공기온도 평균값은 Case 6(10.5℃), Case 5(9.8℃), Case 1(6.9℃), Case 2(6.7℃), Case 4(3.0℃),
Case 3
(2.6℃) 순으로 높게 나타났고 내창의 취약부위 온도차이비율 평균값은 Case 6(0.23), Case 4(0.25), Case 5
(0.25), Case 2(0.28), Case 1(0.29), Case 3(0.30) 순으로 낮게 나타났다. 외창의 취약부위 표면온도 평균값 분석
결과, Case 6(2.6℃), Case 5(2.0℃), Case 1(0.1℃) Case 2(-0.5℃), Case 3(-1.1℃), Case 4(-2.1℃)
순으로 높게 나타났다.
외창에 로이 및 단열 간봉(TPS)을 적용한 경우 중공층의 공기온도를 상승시키고 유리 모서리부위의 표면온도를 상승시켜 내창 및 외창의 결로방지성능을
향상시킴과 동시에 에너지 비용 절감이 가능할 것으로 판단된다.
후 기
본 연구는 국토교통부 주거환경연구사업의 연구비지원(20RERP-C146906-03)에 의해 수행되었습니다.
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