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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

서종원 (서울과학기술대학교, 서울과학기술대학교 대학원)

지도교수
김영일
발행연도
2021
저작권
서울과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수18

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2021

복합단열벽체 적용 주택의 냉방부하에 관한 연구
서종원 ,  김영일 설비공학논문집 2021.06 학술저널
복합단열 벽체 적용 주택의 단열성능평가와 시공성에 관한 연구
서종원 에너지시스템공학과 2021.01 학위논문

초록· 키워드

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본 연구에서는 국정운영 목표와 국가 정책에서 요구하고 있는 고효율 주택에 관하여 연구하고, 이에 부합할 수 있는 고효율 벽체를 연구/개발하여 주택에 적용함으로써 고효율 주택과 제로에너지 하우스 확산을 실현하고자 하였다.
먼저 고효율 주택을 대별하고 있는 패시브 건축의 성능 인준기준을 확인하고, 패시브 성능인준 기준 “A0”등급에 따라, 연간난방에너지요구량이 1.5 L 이하인 고효율 주택을 축조하기 위하여, 복합단열 벽체를 연구/개발하고 Full Scale 주택모형에 적용하여 단열성능과 시공성을 평가하였으며, 패시브 하우스 성능기준과의 일치 여부를 확인하였다.
복합단열 벽체를 이용한 실제 크기의 주택모형을 축조하고, 하절기와 동절기 내/외부의 온도와 습도를 측정하였다. 측정된 데이터는 Design Builder로 모델링 하여 Energy Plus 시뮬레이션 프로그램으로 해석된 결과와 상호 검증과정을 거쳐 일치 조건을 확인한 후 벽체종류별 시뮬레이션 결과를 도출하여 비교분석을 진행하였다.
연구진행은 벽체종류를 시험군과 비교군으로 구분하여, 시험군에는 복합단열 벽체를 선정하고 비교군에는 내단열, 중간단열, 외단열 벽체를 선정하였으며, 시험군과 비교군의 비교/분석을 위해 동적해석과 정적해석, 설문조사로 구분하여 진행하였다.
동적해석은 프로그램을 활용한 벽체종류별 모델링과 시뮬레이션 결과분석을 통한 건축물 내부의 온도변화와 재실자의 열 쾌적성을 하절기와 동절기로 구분하여 진행하였다. 하절기에는 재실자의 활동을 통제하여 냉방부하와 건축물의 패시브적 요소를 확인하는 방향으로 연구 방향을 설정하였으며, 동절기에는 건축물의 패시브적 요소와 재실자의 실내 활동을 반영한 건축물의 난방부하를 확인하는 방향으로 연구를 진행하였다.
정적해석으로는 벽체종류별 재료구성과 단면형상을 통해 동일한 외기조건과 실내조건에서의 온도변화와 노점온도변화를 확인하고, 수증기압의 변화와 포화수증기압의 변화를 상호 중첩하여 결로 발생여부를 확인한다. 또한 정적해석을 통해 벽체종류별 열관류율을 분석하여 동적해석에 필요한 벽체 입력조건을 확인하였다.
벽체종류별 시공성 분석을 위해 설문조사 기법을 활용하였다. 시험군의 복합단열 벽체는 상용화 되지 않은 벽체로, 상용화되어 많은 기술력과 경험이 축적된 비교군의 벽체들과의 객관적인 비교평가가 어려운 상황이므로 설문조사 기법 중 델파이 기법을 활용하여 건설분야 전문패널의 전문가적 직관을 통한 객관적인 시각으로 시공성을 분석하고 평가하였다.
벽체종류를 시험군과 비교군으로 구분하고 상호 비교분석을 위해 동적해석과 정적해석, 설문조사를 실시한 결과 시험군의 복합단열 벽체는 열관류율 측면에서 고효율 주택이 요구하는 수준에 만족한 것을 확인되었으며, 벽체 내부의 결로가 발생하지 않아, 결로 발생으로 인한 벽체 내/외부의 각종 오염과 단열성능의 저하가 발생하지 않을 것으로 판단된다. 그리고 재실자의 열 쾌적성 부분에서도 타 벽체에 비교하여 우수성을 확인할 수 있었다. 또한 설문조사기법을 통한 전문가 패널의 의견을 취합해본 결과 분야별 중요도 평가와 건축경력별 중요도평가, 종합평가 뿐만 아니라 건축벽체가 갖추어야할 중요항목 21개 항목 모두에서 가장 좋은 평가를 받았으며, 최종 분석결과에 대한 종합적 긍정도 평가에서도 리커터(Likert Scale) 5점 척도 기준 평균 4.20점, 분산 0.45, 표준편차 0.67로 설문조사 결과에 대하여 “긍정”으로 확인되었다.
본 연구를 통해 얻은 다양한 실험값들은 고효율 주택의 계획 및 설계, 시공단계에 많은 활용이 될 것으로 생각한다. 또한, 본 논문에 기술한 추가연구 과제를 통해 후속적인 기술연구가 활발히 진행되어 복합단열 벽체가 표준화 및 상용화를 거쳐 국정운영 목표와 국가 정책에 부합하는 고효율 주택을 실현해줄 것을 기대한다.
#복합단열벽체 #Complex insulation wall #열쾌적성 #Thermal comfort #열관류율 #Overall heat transfer coefficient #결로 #Condensation #에너지플러스 #Energy Plus #델파이기법 #Delphi Technique

목차

목 차
요 약 ⅰ
표 목차 ⅶ
그림 목차 ⅷ
사진 목차 ⅹ
기호 설명 ?
I. 서 론 1
1. 연구의 배경 및 목적 1
2. 연구의 방법 및 범위 3
3. 논문의 구성 4
II. 이론적 고찰 7
1. 선행연구의 고찰 7
2. 벽체 종류와 성능에 관한 연구 9
2.1. 벽체 종류와 분류 9
2.2. 커튼월 종류 10
3. Passive House 10
3.1. Zero Energy House 10
3.2. Passive House의 정의 12
3.3. Passive House의 6요소 13
3.3.1. 설계요소 14
3.3.2. 열교/냉교 차단구조 15
3.3.3. 고단열 요소 15
3.3.4. 고기밀 요소 15
3.3.5. Passive 창호요소 16
3.3.6. 폐열회수 환기장치 16
3.4. Passive House 성능인증기준 17
III. Full Scale 모형제작 19
1. 복합단열벽체 구성과 제작 19
1.1. 벽체구성과 제작 19
1.1.1. 벽체 두께 19
1.1.2. 벽체 Layer 구성 20
1.2. 설계도서의 작성 20
1.2.1. 설계도면 20
1.2.2. 특기 시방서 21
2. Full Scale 모형주택 시공 23
2.1. 공사개요 23
2.2. 공사절차 23
3. 온도/습도 계측 25
3.1. 계획 및 준비 25
3.1.1. Data 수집계획 25
3.1.2. 계측기 선정 및 설치위치 25
3.1.3. Data 보정계획 26
3.1.4. 내부 발열기기 확인 및 전기계량기, 유량 확인 27
3.1.5. 재실자의 Schedule 관리계획 27
IV. 프로그램을 활용 모형평가 30
1. 분석 프로그램 개요 30
1.1. 시뮬레이션 발전과 Energy Plus 30
1.2. Design Builder 30
1.3. 프로그램 활용계획 31
2. 모형주택 모델링과 시뮬레이션 31
2.1. 적용과정 31
2.2. 시뮬레이션 입력조건 32
3. M&V 모형평가 33
4. 정합성 검증 34
4.1. 모형과 시뮬레이션 정합성 검증 34
V. 벽체 종류별 성능분석 36
1. 기본연구를 통한 벽체별 정적해석 36
1.1. 벽체 종류별 구성 36
1.1.1. 벽체 기본 구성 36
1.1.2. 벽체 종류별 Layer 36
1.2. 열관류율 37
1.3. 결로 발생 확인 39
1.3.1. 벽체 내/외부조건 40
1.3.2. 온도구배 산정 41
1.3.3. 노점 온도구배 산정 42
1.3.4. 결로 발생 확인 45
1.3.5. 결로 피해와 발생요인 46
1.3.6. 결로 방지대책 49
1.4. 정적해석 51
1.4.1. 내단열 벽체의 특성 51
1.4.2. 중단열 벽체의 특성 52
1.4.3. 외단열 벽체의 특성 53
1.4.4. 복합단열 벽체의 특성 54
1.5. 정적해석 결과 55
2. 프로그램을 활용한 벽체별 동적해석 56
2.1. 벽체 종류별 모델링 56
2.2. 재실자의 Activity Schedule 확인 56
2.3. 프로그램 입력조건 57
2.4. 벽체종류별 시뮬레이션 결과 60
2.4.1. 하절기 시뮬레이션 결과 60
2.4.2. 동절기 시뮬레이션 결과 62
2.5. 기밀성과 열 쾌적성 63
2.5.1. 기밀성 63
2.5.2. 열 쾌적성 64
2.6. 동적해석 결과 66
3. 설문조사를 활용한 시공성 분석 68
3.1. 시공성 분석방법 68
3.1.1. 설문조사의 척도와 측정방법 69
3.1.2. 델파이 기법의 개념 70
3.1.3. 전문가 선정기준과 델파이 기법의 절차 71
3.1.4. 델파이 기법의 활용범위와 장/단점 72
3.1.5. 예비적 문헌고찰 73
3.2. 설문조사를 활용한 벽체별 시공성 분석 74
3.2.1. 설문조사 준비 74
3.2.2. 참여전문가 패널 구성 75
3.3. 설문조사 75
3.3.1. 1차 설문조사 75
3.3.2. 1차 설문조사 취합결과 분석 77
3.3.3. 2차 설문조사 77
3.3.4. 2차 설문조사 취합결과 분석 80
3.3.5. 3차 설문조사 88
3.3.6. 3차 설문조사 취합결과 분석 89
3.4. 시공성 분석결과 90
4. 종합분석결과 92
Ⅵ. 결 론 95
1. 연구결론 95
2. 추후 연구과제 97
참고문헌 99
영문초록(Abstract) 107
감사의 글 110
부록 112

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