ARTICLE 재난시대응을위한 Flexible-Unit 형인프라프리 ( 임시 ) 주거의성능평가 박병용 * 조진균 * 정용대 ** 이원학 * ( 재 ) 한국건설생활환경시험연구원, 에너지환경사업본부, 선임연구원 ( 재 ) 한국건설생활환경시험연구원, 에너지환경사업

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향기 범
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1 ARTICLE 재난시대응을위한 Flexible-Unit 형인프라프리 ( 임시 ) 주거의성능평가 박병용 * 조진균 * 정용대 ** 이원학 * ** ( 재 ) 한국건설생활환경시험연구원, 에너지환경사업본부, 선임연구원 ** ( 재 ) 한국건설생활환경시험연구원, 에너지환경사업본부, 연구원 Evaluation of Residential Performance in Commercialization of Flexible Unit Infra Free Residential for Disaster Park Beungyong * Cho Jinkyun * Jeong Yongdae ** Lee Wonhak * ** Korea Conformity Laboratories, Senior Research Engineer ** Korea Conformity Laboratories, Research Engineer Corresponding author: jinkyun.cho@kcl.re.kr OPEN ACCESS Journal of the Korean Solar Energy Society Vol.38, No.6, pp.37-49, December pissn : eissn : Received: 29 November 2018 Revised: 07 December 2018 Accepted: 10 December 2018 Copyright C Korean Solar Energy Society This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution NonCommercial License which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Abstract In this paper a new kind of unit-prefabricated building is shown. The unit-prefabricated buildings are made up living unit, energy unit, water unit. The design trend implemented the energy insulation, solar PV panels, energy storage system which are maintained for zero energy buildings. We made a prototype for zero energy flexible residential unit. The first step, we was evaluated the physical performance, insulation, airtightness. The second step, we was evaluated energy performance building to design heating and cooling system to combined PV system. As a results, the insulation performance wall was 0.18 W/(m 2 K). The results of air-tightness was ACH@50 (1/h). The building energy demand ratings and solar energy generation has the possible to be ballanced. Keywords: 재난대응주거시스템 (Disaster response housing system), 가변형유닛 (Flexible-unit), 인프라프리 (Infra free), 에너지유닛 (Energy unit), 주거성능 (Residential performance) 1. 서론 최근전세계적으로재난의발생빈도가급증하고있다 1,2). 재난은국민의생명ㆍ신체ㆍ재 산과국가에피해를주거나줄수있는것으로서자연재난과사회재난으로정의된다 3) 년도전세계재난발생에관한통계를살펴보면, 유럽의경우한파및폭설, 미국 의경우총 81 건의토네이도와캘리포니아대형산불, 일본의경우대설, 태풍, 지진등의 자연재해및피해가발생하였다 1,2). 국내에서도한파, 폭염, 열대야, 태풍등재해의발생 빈도가빈번해지고있으며산불, 밀집시설대형화재, 건축물붕괴등대규모인명 재산피해 가발생하여국민의안전을위협하고있다. 대표적으로, 2017 년 11 월 15 일포항지역에서 발생한지진으로공동주택은전파되고이주민이대거발생한사례를들수있다. Journal of the Korean Solar Energy Society Vol. 38, No. 6,

2 한국태양에너지학회논문집 재난발생시이재민에게는식량과임시거주공간의신속한제공이요구되며, 현재까지는임시거주시설로학교, 종교시설, 공공청사등지역의공공시설을우선적으로활용하였다. 한편임시거주시설이제공되기어려운상황에서는비상용텐트, 컨테이너등의간이시설이이용되어졌다. 임시주거시설로활용되고있는또다른형태로공업화주택이있는데, 이는대량생산이가능하고, 경량화된재료로운반이용이하며조립이간단하기때문에비교적손쉽게건축물을완성할수있다는장점이있다. 따라서전후도시복구문제와주택난해결의주요수단으로활용될수있어임시거주시설의좋은대안으로평가되고있다. 하지만상기의임시거주시설, 간이시설, 공업화주택과같은시설은전기, 수도, 도시가스등의인프라공급시설이갖춰지지않는경우안정적이고쾌적한생활을지속하기는어렵다. 따라서재난발생시이주민들이안심하고주거할수있는임시주택과인프라공급이없는상태에서도임시적으로주거생활이가능한인프라대응형주거모델의개발이필요하다고판단된다. 본연구에서는재난대응을위한 Flexible-unit 형 ( 모듈공법 ) 인프라프리주거개발을목적으로한다. 이를위해첫째, 재난상황에서임시주택으로써사용되고있는모듈형주택의국내외현황을조사하고, 둘째, 임시주택 Mock-up 모델을대상으로에너지적관점에서의건축성능을평가한다. 건축에너지적성능강화의주요기술인단열, 기밀, 결로를대상으로한다. 셋째, 인프라가없는상황에서도에너지자립형주택으로발전하기위한요소기술개선을통하여에너지절감성능및자립가능성확인하고자한다. 2. 이론적고찰및사례조사 Ryan E.Smith 4) 에따르면공업화주택은건축필요성및요구에따라발전했다고한다. 16세기 17세기대영제국의세계식민지화의역사속에서인도, 중동, 아프리카, 캐나다, 미국에의정착은급속한건축계획이요구되었으며, 영국에서구성품 ( 목재키트 ) 을제작하여전세계에배로운반했다. 최초기록은 1624년이다. 이후구성품인패널을현장에서조립하는 On-site방식과공장에서조립하여이동하는 Out-site 방식으로발전되어모듈화방식이라고불리어지고있다. 모듈식의건축은거주용및상업용으로분류할수있으며, 거주용인경우임시용 ( 재난임시주택 ) 과영구용 ( 다층, 다가구주택 ) 으로분류된다. 상업용모듈러건축의경우임시용은건설현장트레일러, 이동식교실, 통신포드, 전시실이다. 영구용은기숙사, 헬스케어시설, 호텔, 정부건물, 학교등으로분류된다. 해외모듈화건축시장은유럽, 일본, 미국, 호주, 캐나다등의선진국을중심으로시장이형성되어있으며가장큰시장규모를가지고있는영국의경우전체건설시장의 2.1% 를모듈러건축이점유하고있다. 시장규모는최소 1.34조원규모에서최대 4.2조원규모로추정되고있다 5). 2.1 문헌고찰 국내의경우재난대비구호주택의연구는임시주거시설의계획적인필요사항, 주거방법론, 필요성등에대 38 Journal of the Korean Solar Energy Society Vol. 38, No. 6, 2018

3 재난시대응을위한 Flexible-Unit 형인프라프리 ( 임시 ) 주거의성능평가 _ 박병용외 한건축계획적연구가주를이루었다. Kim et al. 6) 은재난이재민들의건축적대응방안을제안하기위하여임시주거구호의유형과계획안을제시하였다. 시계열별 ( 임시, 단기, 중장기구호주거유형 ), 구조, 공법별분류하여검토하였으며오픈시스템모듈러주택 (open system modular housing) 을적합한구호주택으로제안하였다. Moon et al. 7) 은임시주거는기후, 구조, 재료, 기간에대한영향을받으며가장중요요소로구조를언급하였으며, 구조적특성에따라고정식, 이동식형태로분리하였다. 실제적인개발의연구는 Lim et al. 8) 연구그룹의구호주택개발을대표적으로볼수있다. 모듈형표준입면타입의구호주택을개발하였다. 지하철임시거주공간활용을통한시범적용을검토하였다. Wang et al. 9) 은모듈러공법을적용한임시주거의개발에관하여수평확장결합방법을제안하였으며, 설계안과 Mock-up 모듈제작을통하여접합시의기밀성강화, 유닛접합시의수평레벨맞춤, 유닛과유닛의체결방식에대한추가기술개발필요성을언급하였다. 이처럼재난대비구호주택의계획및임시모듈형주택이개발되고있지만계획, 구조적인측면, 모듈간의체결을위한기술개발에한정되고있다. 주택의환경성능측면의단열성능, 기밀성능나아가신재생에너지적용및에너지저장시스템을활용한설비측면의에너지자립성능에대한연구사례는미비하다. 2.2 재난시모듈형주택의국내외사례분석 Table 1은국내 외의재난모듈형주택의기후, 외형 ( 타입 ), 수직 수평확장에대한조사결과를요약하고있다. 외형의구분은모듈형, 컨테이너, 컨테이너와텐트조합, 조립식, 박스유닛타입이대표적으로조사되었다. 각각의타입은외형특성에따른구조적인차이로수평적또는수직적공간확대형으로나뉜다. 구조부분의안정성이확보되지않는경우는수평적확대가일반적이며, 강구조를가지는모듈형, 컨테이너형은수직적확장구조가가능하였다. 기후의특성에따라서도외피부분외장재의마감, 디자인등의특색이다르게나타났다. 상세적으로살펴보면다음과같다. 국내의 A타입은모듈형타입으로수직, 수평확장이가능하며세대원수에따른유닛구성 ( 거실유닛, 유틸유닛 ) 이가능하도록되어있다. 강재구조로서외부재료는스틸패널을사용하였다. 미국A 타입은컨테이너외형의수직확장이가능한볼팅조립형이며오클라호마태풍피해이재민에게공급하였으며임시컨테이너에주택, 화장실, 부엌등을가진장방향평면이다. 미국 B 타입은컨테이너및텐트식의수직확장성을가지고있으며각실의구획과텐트가변형이용이하도록내장되어있어부엌, 화장실, 창고등자유롭게공간확장이용이하며최대 4인가족기준 2가구까지수용이가능하다. 미국 C 타입은모듈러방식이며사전제작시스템이다. 수직, 수평의공간확장기능은가지고있지않지만폭풍에견딜수있도록설계되었다. 미국 D 타입은조립식방식으로수직, 수평확대가가능하다. 공구없이손쉽게조립및확장이가능하며평탄하지않은지형에도설치가가능하다. 알루미늄절연패널을사용하므로재사용이용이하며, 조립식주택뿐만아니라, 교실, 사무실임시공간등의여러가지타입으로확장이용이하다. 일본 A타입은컨테이너방식으로수평적확대가가능하다. 지진과쓰나미난민을대상의임시주택으로사용후영구적인건축물로변환이가능하다. 두개의컨테이너를연결하여공간확장이가능하다. 일본 B 타입은컨 Journal of the Korean Solar Energy Society Vol. 38, No. 6,

한국태양에너지학회논문집 Table 1 Case study of modular housing Nation

Temporary relief housing Modular Temperate rainy Horizon ( )

international shipping container homes and shelters

7 m 2 USA - B Transportable emergency dwelling Container /

arc Prefab Horizon ( ) Vertical ( ) Subtropical 13.

unit Prefab Horizon ( ) Vertical ( ) Subtropical - JAPAN - A

Temperate rainy 24 m 2 JAPAN - B Multi-storey temporary

Vertical ( ) 12.3 m 2,14.1 m 2, 29.4 m 2,42.

develops flat-pack refugee shelters DH1 flat-pack disaster

Vertical ( ) Ocean climate - Prefab Horizon ( ) Vertical ( )

4 한국태양에너지학회논문집 Table 1 Case study of modular housing Nation Names Types Climate Extand Function Area Images Korea- A Temporary relief housing Modular Temperate rainy Horizon ( ) Vertical ( ) 9 m 2, 18 m 2, 27 m 2, 36 m 2 USA - A MODS international shipping container homes and shelters Container Horizon ( ) Vertical ( ) Monsoon 29.7 m 2 USA - B Transportable emergency dwelling Container / Tent Horizon ( ) Vertical ( ) Mediterranean - USA - C House arc Prefab Horizon ( ) Vertical ( ) Subtropical 13.9m 2 USA - D Rapidly deployable emergency modular living unit Prefab Horizon ( ) Vertical ( ) Subtropical - JAPAN - A EX-container project Container Horizon ( ) Vertical ( ) Temperate rainy 24 m 2 JAPAN - B Multi-storey temporary housing by shigeru Ban Container Temperate rainy Horizon ( ) Vertical ( ) 12.3 m 2,14.1 m 2, 29.4 m 2,42.6 m 2 EU - A (Sweaden) EU - B (England) EU - C (Italy) Ikea develops flat-pack refugee shelters DH1 flat-pack disaster house Gabriele aramu: sliding hub Prefab Horizon ( ) Vertical ( ) Ocean climate - Prefab Horizon ( ) Vertical ( ) West coast oceanic - Box unit Horizon ( ) Vertical ( ) Mediterranean - 40 Journal of the Korean Solar Energy Society Vol. 38, No. 6, 2018

재난시대응을위한 Flexible-Unit 형인프라프리 ( 임시 ) 주거의성능평가 _ 박병용외 테이너방식으로수직, 수평의확대가가능하다. 경사가있거나좁은대지에서도기본컨테이너면적만확보되면최대 3층이하로설치가가능하다. 컨테이너의프레임을활용하기에우수한내장성능및영구적사용이가능하며, 공간확대가용이하여수용에맞는다양한면적이확보가능한구조이다.

5 재난시대응을위한 Flexible-Unit 형인프라프리 ( 임시 ) 주거의성능평가 _ 박병용외 테이너방식으로수직, 수평의확대가가능하다. 경사가있거나좁은대지에서도기본컨테이너면적만확보되면최대 3층이하로설치가가능하다. 컨테이너의프레임을활용하기에우수한내장성능및영구적사용이가능하며, 공간확대가용이하여수용에맞는다양한면적이확보가능한구조이다. 유럽 A 타입은조립식구조로수평확대가가능하다. 각재료를패널화하여설치가쉽고공간확장이용이하다. 해양성기후지역에맞게태양열을반사하여실내의온도유지를용이하게하기위한특색을가지고있다. 유럽 B 타입은조립식으로수평확장이가능하다. 나무재질의합판패널을못이나접착제없이설치가능하도록하였으며, 대피소나작은단위의주택으로사용가능하다. 유럽의 C 타입은박스유닛형태로수평적확대가가능하다. 운반및설치, 유닛간연결및단일분리가용이하여공간확대의장점을가지고있다. 3. 개발모듈화주택의특성 3.1 개발모듈화주택의개요 Fig. 1에재난대응을위한 Flexible-Unit 형인프라프리 ( 임시 ) 주거의개념도를나타낸다. 각모듈형유닛은 3 3 m 크기로유닛구조를가지는특징을가지고있다. 총 4개의기능적유닛으로거주공간유닛, 에너지 ( 전력공급 ) 유닛, 워터유닛 ( 중 / 하수도 ), 코어유닛 ( 계단 / 복도 ) 으로구성된다. 모듈형유닛으로제작되어이동과운반이편리하며, 정육면체형태로수직, 수평적공간확장이우수하다. 사용기간에따라임시시설, 영구시설로사용이가능하다. 각유닛의 1개조합은하나의주택이되며에너지고립지역, 재난지역등의소요에따라독립적으로이동하여설치가능하고필요기능성에따라유닛을확장조합가능한특징이있다. Fig. 1 Concept of flexible-unit infra free module housing 인프라가없는상황에에너지생산-저장이가능하도록태양광, 에너지저장장치 (Energy storage system, ESS) 를에너지유닛에구성하였다. 워터유닛은기존상수도의저장및우수, 중수재활용을위해패키지수처리시스템을도입하여생활용수로활용가능하다. 생활환경유지를위한냉방, 난방, 급탕시스템은전기를소비하여에너지를생산하는시스템으로구성하였다. 코어유닛은사용자및관리자의건축유닛, 에너지유닛, 워너유닛간수평, 수직이동목적의유닛으로모듈화주택의확장성과증축가능성을실현시키는조립유닛이다. Journal of the Korean Solar Energy Society Vol. 38, No. 6,

한국태양에너지학회논문집 3.2 Mock-up 모듈주택의환경성능시험평가 (1) 개요본논문에서는현수준의 Flexible-Unit형모듈러주택 ( 이하모듈형주택 ) 에대하여건축적성능을평가한다. 이러한주택에서요구되는성능에는국토교통부령제 362호 (2016.9.12.

Table 2 Performance standard of industrialized housing (House) Item Standard Requirement Air Tightness KS L ISO 9972 Airtightness 1.

20 Condensation ISO 10211 T i = Indoor air temperature ( C) T m = Indoor minimum surface temperature ( C) T o = Outdoor air temperature ( C) 기밀성의경우 KS L ISO 9972 단열-

결로방지성능의경우 ISO 10211 13) 결로방지의성능시험방법등국제표준에적합한프로그램을사용하여실시한건축물결로방지성능시뮬레이션에의하여측정하되, 접합부위의표면온도와실내 외온도의온도차이비율 (TDR: Temperature Difference Ratio) 이 0.20 이하이어야한다 10).

6 한국태양에너지학회논문집 3.2 Mock-up 모듈주택의환경성능시험평가 (1) 개요본논문에서는현수준의 Flexible-Unit형모듈러주택 ( 이하모듈형주택 ) 에대하여건축적성능을평가한다. 이러한주택에서요구되는성능에는국토교통부령제 362호 ( ) 10) 의 주택건설기준등에관한규칙제13조 ( 공업화주택의성능및생산기준 ) 에는 [ 별표 6] 공업화주택의성능및생산기준 을정의하고있다. 본절에서는그중에너지소비에영향을미치는기밀성능, 단열성능을평가한다. Table 2에공업화주택의기밀성, 단열성평가표준및결로요구사항을나타낸다. Table 2 Performance standard of industrialized housing (House) Item Standard Requirement Air Tightness KS L ISO 9972 Airtightness 1.5 times/h, at 50 Pa pressure difference Insulation KS F 2278 Suitable for heat loss prevention standard Temperatuew difference ratio less than 0.20 Condensation ISO T i = Indoor air temperature ( C) T m = Indoor minimum surface temperature ( C) T o = Outdoor air temperature ( C) 기밀성의경우 KS L ISO 9972 단열- 건물기밀성측정 - 팬가압법 11) 로평가하며압력차 50 Pa 기준으로시간당 1.5회 /h 기밀성을유지해야한다. 단열성의경우 KS F 2278 창호의단열성시험방법 12) 로평가하며지역별열손실방지기준에적합하여야한다. 결로방지성능의경우 ISO ) 결로방지의성능시험방법등국제표준에적합한프로그램을사용하여실시한건축물결로방지성능시뮬레이션에의하여측정하되, 접합부위의표면온도와실내 외온도의온도차이비율 (TDR: Temperature Difference Ratio) 이 0.20 이하이어야한다 10). 대상모듈형주택은지상 2층의단독주택타입으로건축면적 8.12 m 2, 연면적 m 2, 층고 5.99 m이다. Fig. 2에모듈형주택의제작과정을나타낸다. Fig. 3은대상벽체의구성을나타낸다. 외부면부터복합패널, 단열재, 투습방수지, 합판, 글라스울, 석고보드순으로구성되었다. 기초기둥조립후벽체패널의조립, 창호의설 Installation of columns Installation of Walls 1F/2F Combination Finished Fig. 2 Manufacturing process of module house 42 Journal of the Korean Solar Energy Society Vol. 38, No. 6, 2018

재난시대응을위한 Flexible-Unit 형인프라프리 ( 임시 ) 주거의성능평가 _ 박병용외 Fig. 3 Construction of walls 치, 내외장재의마감순으로실시하였다. Fig. 4에기밀성측정장비의설치모습을나타낸다. 미니에폴리스블로어도어 (Minieapolis blower door) 장치를문에연결하고장비와건물의이음부가누설되지않도록하였다.

또한, 모듈형주택의벽체연결부위의열교진단을위하여자연상태의외기온과실내온도차를 10 이상유지하기위하여실내복사난방장치를설치하였다. Fig. 4 Schematic of installed air-tightness measurements devices Fig.

7 재난시대응을위한 Flexible-Unit 형인프라프리 ( 임시 ) 주거의성능평가 _ 박병용외 Fig. 3 Construction of walls 치, 내외장재의마감순으로실시하였다. Fig. 4에기밀성측정장비의설치모습을나타낸다. 미니에폴리스블로어도어 (Minieapolis blower door) 장치를문에연결하고장비와건물의이음부가누설되지않도록하였다. 주방후드, 콘세트등기밀에영향을미치는부분은기밀하게처리하였다. 기밀성측정시영향을미치는실외온도, 풍속, 실내온도도측정하였다. 본모듈형주택의단열성능평가를위해서외벽의시편은 2 2 m으로구성하였다. Fig. 5에 KS F 2278 에따라구성된열관류율측정장비및벽체의설치모습을나타낸다. 또한, 모듈형주택의벽체연결부위의열교진단을위하여자연상태의외기온과실내온도차를 10 이상유지하기위하여실내복사난방장치를설치하였다. Fig. 4 Schematic of installed air-tightness measurements devices Fig. 5 Schematic of U-value test devices and items (2) 환경성능측정결과 Table 3은압력차에따른누기량및기밀성능측정결과를나타낸다. 50 Pa의압력차가작용시누기량은 (426 ± 6) m 3 /h이며기밀성능 /h으로측정되었다. 본결과는공업화주택의성능및생산기준에서제시하고있는기밀성능 1.5 1/h을만족하지못하고있는것으로검토되었다. Fig. 6에차압에따른누기량의관계를나타낸다. Journal of the Korean Solar Energy Society Vol. 38, No. 6,

8 한국태양에너지학회논문집 Table 3 Results of air-tightness Items Times Pressure difference Results Pa 329 m 3 /h Pa 304 m 3 /h Measure results Pa 274 m 3 /h Pa 240 m 3 /h Pa 197 m 3 /h Test results Leakage 50 Pa (426 ± 6) m 3 /h /h Fig. 6 Specification of measurement results 본평가대상의모듈형주택은구조부터구성부재등이건식형으로결합부위에대한기밀시공을하지않으면기밀성능확보가어려울것으로판단된다. KS F 2278에따른벽체의열관류율은 W/(m 2 K) 로측정되었다. 창호성능은별도의시험성적서 (RK ) 값을참조하면열관류율은 W/(m 2 K) 이다. 건축물의에너지설약기준 ( 국토교통부고시제 호 ) 중부2 지역공동주택외기준거실의외벽 W/(m 2 K) 이하, 창및문기준 W/(m 2 K) 이하와비교하면제시하는기준을만족하고있는것으로판단된다. 열화상카메라를이용한열교부위의진단은외부온도 (7.8 ± 0.3), 실내온도는 (26.3 ± 1.8), 내외부온도차 (18.5 ± 1.5) 로온도차에의한열교가발생할수있는조건에서실시하였다. Fig. 7에모듈형주택의열교부위진단결과를나타낸다. 벽체모듈간의결합부위, 모서리부위에서열교가발생하는것이확인되었다. 결로의발생평가는 ISO 10211에의한프로그램평가가규정되어있으나, 본장에서는 TDR 계산식을이용하여측정치결과로계산을실시하였다. 공업화주택의결로평가기준의요구값은 TDR 0.02 이하이어야한다. 천장부분접합부의 TDR은 0.37, 바닥부분의접합부 TDR 0.79 로결로방지를위한성능확보가필요한것으로검토되었다. 상기의결로검토결과는내외부온도차 (18.5 ± 1.5) 조건의측정치를이용한 TDR 계산결과이며 ISO 10211의방법과해석조건 ( 내외부온도차 40 ) 에따른추가검토를진행중에있다. 종합적으로벽체부재간의접합시공의개선을통한기밀성능, 열교 ( 결로 ) 발생방지방안등이요구된다. 특히, 기밀의경우건축구조상의창호-벽체, 문-벽체, 창호프레임, 창문과창틀부위, 문짝과문틀의만나는부위등의기밀성능개선을위한기밀선에따른기밀설계, 올바른시공설치, 기밀가스켓등의기술적용이검토된다. 44 Journal of the Korean Solar Energy Society Vol. 38, No. 6, 2018

재난시대응을위한 Flexible-Unit 형인프라프리 ( 임시 ) 주거의성능평가 _ 박병용외 Location of Second floors top edge Location of First floor bottom edge Fig. 7 Diagonosis results of thermal bridge 4. 개발모듈화주택의부하매칭분석 4.

최종개발모듈형주택은선행된연구의결과를바탕으로에너지자립을위한모델설계안성능개선중에있으며본논문에서는설계안중 3~4인기준주거모델을이용하여냉난방에너지요구부하해석을실시하였다. 본해석은두가지의검토를위하여진행한다.

9 재난시대응을위한 Flexible-Unit 형인프라프리 ( 임시 ) 주거의성능평가 _ 박병용외 Location of Second floors top edge Location of First floor bottom edge Fig. 7 Diagonosis results of thermal bridge 4. 개발모듈화주택의부하매칭분석 4.1 시뮬레이션개요모듈화주택은건축구성재의부품화, 조립화를통해공사기간을단축하고현장인건비절감이라는큰장점을가지고있지만, 공법이가지고있는차음성, 내화성, 기밀성의문제개선의중요요소가되고있다. 본연구의 3장에서는모듈형주택을대상으로건축요소의현수준의기밀, 단열, 열교부위의성능평가를실시하였다. 최종개발모듈형주택은선행된연구의결과를바탕으로에너지자립을위한모델설계안성능개선중에있으며본논문에서는설계안중 3~4인기준주거모델을이용하여냉난방에너지요구부하해석을실시하였다. 본해석은두가지의검토를위하여진행한다. 기밀성개선을통한에너지절감가능성과신재생에너지도입을위하여설치면 ( 지붕면, 남향벽면, 동향벽면 ) 과설치면적의확장에따른연간발전량분석을해석하여단위면적에너지소비량과의부하매칭분석을실시한다. 해당주거용모델은 3 m 3 m 3 m의기본모듈 8개를수직형으로조립하여구축된연면적 72 m 2 ( 공조면적 65 m 2 ) 의 2층규모주거용모델로주방, 거실욕실및 3개의방으로구성하였다. 대상건물의평면도는 Fig. 8에나타낸다. 해석은 TRNSYS 17을사용하였다. 태양광패널의발전량해석은 Type 562 모듈을이용하였다. 기상데이터와건물모델 (Type 56), 태양광패널 (Type 562) 연동해석을하였다. 에너지부하해석시기밀성, 단열의열관류율경계조건은 3장의결과를적용하였다. 본해석에대한경계조건은 Table 4와같다. 해석지역은포항지진이재민들의주택해결을우선과제로고려하여근접한울산의표준기상데이터를이용하였다. 현수준의모듈형주택은기밀개선이필요할것으로판단되었기에해석의케이스는 Fig. 8 Floor plan of flexible-unit infra free module housing Journal of the Korean Solar Energy Society Vol. 38, No. 6,

한국태양에너지학회논문집 기존의연구결과를근거로다음과같이결정하였다 14). Case 1은현수준으로 12.13 1/h, Case 2는목조모듈러주택으로 9.0 1/h, Case 3은공동주택수준으로 3.08 1/h, Case 4는공동주택기밀수준으로 1.80 1/h 선정하였다.

10 한국태양에너지학회논문집 기존의연구결과를근거로다음과같이결정하였다 14). Case 1은현수준으로 /h, Case 2는목조모듈러주택으로 9.0 1/h, Case 3은공동주택수준으로 /h, Case 4는공동주택기밀수준으로 /h 선정하였다. 냉ㆍ난방부하분석을위한설정온도는동절기 22, 하절기 26 로설정하였으며주거용건물의재실시간을고려하여 20시부터다음날 08시까지냉난방을이용하는것으로하였다. Table 4 Simulation conditions Weather conditions Ulsan (Meteonorm) Gross floor area 72 m 2 (Air conditioning areas 65.3 m 2 / Non air conditioning areas 6.7 m 2 ) U-Value Wall (W/m 2 K), Windows (W/m 2 K) Air-Tightness Case , Case , Case , Case (1/h) Internal heat 4 Persons (Body heat emissions 100 W/person, ISO 7730) Set temperature (Heating/ Cooling) Heating set temperature 22 C / Cooling set temperature 26 C Solar photovoltaic Module : TYPE 562/ Efficiency factor : 16% 4.2 시뮬레이션결과 (1) 현수준에따른냉난방요구부하량검토결과 Fig. 9는울산지역의년간외기온도분포를나타낸다. Fig. 10은 3~4인모델설계안의단위면적당월간에너지소비량을나타낸다. 모듈형주택의단위면적당연간전력소비량은약 700 kwh/m 2 yr로검토되었다. 월별단위면적당소비전력은실내온도와평균온도의차이가큰 1월 ( 평균외기온도 0.84 ) 과 12월 ( 평균외기온도 3.31 ) 에서 kwh/m 2 와 115 kwh/m 2 로가장크게나타났으며, 실내온도와외기온도의차이가작은 7월 ( 평균외기온도 ) 과 8월 ( 평균외기온도 ) 에서는각각 6.08 kwh/m 2 와 5.05 kwh/m 2 를보여큰차이를나타내었다. 시뮬레이션결과에서도낮은기밀성능에의해발생하는손실열량의영향으로대상건물의설정온도를유지하는데큰냉난방에너지가요구되는것으로나타났으며, 실내설정온도와외기온도의차이가큰겨울철에요구되는에너지의소비량또한증가하는것으로확인되었다. Fig. 9 Outside air temperature Fig. 10 Rquirement heating and cooling energy demand 46 Journal of the Korean Solar Energy Society Vol. 38, No. 6, 2018

11 재난시대응을위한 Flexible-Unit 형인프라프리 ( 임시 ) 주거의성능평가 _ 박병용외 (2) 기밀성능개선에따른냉난방요구에너지량검토결과 Fig. 11은기밀성능개선에따른연간필요냉난방부하를나타낸다. 현모듈형주택수준의침기량 (Case 1, /h) 의냉난방에너지연간요구량은 701 kwh/m 2 yr로높게나타났다. 기밀성능을기존연구의공동주택수준 (Case 3, /h) 개선시냉난방부하요구량은 71 kwh/m 2 yr이다. 기존연구 15,16) 에서는공동주택의연간단위면적당에너지소비량은 ~ kwh/m 2 yr로분석되었다. 상기결과는냉난방, 급탕, 콘센트부하가포함된것으로냉난방부하를 52.6%( 냉방 21.8 %, 난방 30.8 %) 14) 로고려시 91.1 ~ kwh/m 2 yr 수준으로볼수있다. 본해석모델의냉난방부하요구량은 71 kwh/m 2 yr과기존연구의동일수준건물의단위면적연평균에너지소비량중냉난방부하를 52.6% 로역산치 91.1 kwh/m 2 yr은 22% 오차유의성이있는것으로판단된다. 본해석대상은건축물에너지설계기준을중부지방 2 의단열성능을가지고있는것이기에냉난방부하요구량이작게계산된것으로도해석된다. 본비교결과는냉난방부분의기기효율, 부하패턴등의여러가지조건은상이하지만기밀성요소의개선시에너지절감가능성을확인한것으로사료된다. (a) Monthly energy consumption per area (b) Annually energy consumption per area Fig. 11 Energy demand results for the target environment by improved air-tightness cases (3) 신재생에너지도입에따른에너지자립분석태양광발전설비는모듈화주택의에너지자립을목적으로대상주택의외피에설치하는것으로계획되었으며, 모듈화주택의수직적, 수평적확장시의상황을고려하여지붕부분의수평설치, 남향과동향의벽체에수직으로설치하는조건을고려하였다. 태양광모듈은발전효율 16.0% 의결정질모듈로, 태양광발전설비주변조건및일사조건은기상데이터값을반영하였다. Fig. 12는단위모듈당연간발전량을나타낸다. Fig. 13은태양광설치면과방향에따른연간발전량해석결과를나타낸다. 모듈형주택에대한냉난방에너지, 급탕, 콘센트부하를포함한연간에너지소비량은실제데이터확보에어려움이있기에, 참고자료의공동주택수의연간에너지소비량과태양광발전에따른에너지부하매칭을검토하였다. 공동주택수준 14,15) 연간에너지소비량은최저 kwh/m 2 yr과해석모델의지붕면태양광설치에따른발전량 kwh/m 2 yr과비교하면 94% 의에너지자립은가능할것으로해석할수있다. 본해석결과로기밀성개선과태양광발전을통하여에너지자립이가능성을 Journal of the Korean Solar Energy Society Vol. 38, No. 6,

한국태양에너지학회논문집 검토할수있었다. 그러나태양광패널의종류, 설치방법에따라발전량이변동될것으로예상되며, 안전, 운반을고려한올바른설치방법, 설치면적의검토가필요하다. 또한태양광의설계용량을늘리는방법이외실제사용자의에너지수요특성을제한하는것으로에너지밸런싱을맞추어자립화를실현하는것도하나의대안으로판단된다.

12 한국태양에너지학회논문집 검토할수있었다. 그러나태양광패널의종류, 설치방법에따라발전량이변동될것으로예상되며, 안전, 운반을고려한올바른설치방법, 설치면적의검토가필요하다. 또한태양광의설계용량을늘리는방법이외실제사용자의에너지수요특성을제한하는것으로에너지밸런싱을맞추어자립화를실현하는것도하나의대안으로판단된다. 추후에너지밸런싱에대해서는상세한부하분석을통하여설계패턴에따른기초데이터를확보할예정이다. Fig. 12 Result of solar power generation depending on the surface direction Fig. 13 Result of solar power generation depending on the surface direction and areas 5. 결론본연구에서는재난대응을위한 Flexible-Unit 형 ( 모듈공법 ) 인프라프리주거개발을목적으로국내외현황을조사하였다. 또한, 현수준 Mock-up 모듈형주택에대하여국토교통부공업화주택의건축환경적성능요소로구분되어있는기밀, 단열, 열교부위진단을실시하였다. 검토결과를토대로개선모델설계안의기밀성개선에따른냉난방에너지요구량절감량및신재생에너지도입에따른에너지자립가능성을검토하였다. 연구결과를요약하면다음과같다. (1) Mock-up 모듈형주택의기밀성능 /h, 벽체의열관류율은 W/( m2 K) 로공업화주택의성능및생산기준에서제시하고있는기밀성능은만족하지못하고있으나단열성능 ( 중부지역 2) 은기준을만족하는것으로검토되었다. 재난상황의시기별대응을위해서는공업화주택의기밀성능을만족할만한기술개선이요구된다고판단된다. (2) 모듈형주택의기술요소중기밀성을공동주택수준 (Case 3, /h) 개선시냉난방부하요구량은현수준 701 kwh/m 2 yr(acase1) 에서개선 71 kwh/m 2 yr 으로서울시공동주택의단위연면적당냉난방에너지소비량최저 91.1 kwh/m 2 yr 보다낮게검토되었다. 기타조건이결과에영향을미칠수있으나기밀성요소의개선시에너지절감가능성을확인한것으로사료된다. (3) 모듈형주택의단위연면적당에너지소비량과태양광패널의설치면 ( 지붕, 남쪽벽면, 동쪽벽면 ) 에따른에너지밸런싱검토결과지붕면에설치시 94% 의에너지자립가능성이검토되었다. 본연구의검토에서는현수준에한정된검토를토대로모듈화주택의기밀성개선과, 태양광설치면적및향 48 Journal of the Korean Solar Energy Society Vol. 38, No. 6, 2018

13 재난시대응을위한 Flexible-Unit 형인프라프리 ( 임시 ) 주거의성능평가 _ 박병용외 에따른발전량으로에너지자립가능성에대하여분석하였지만, 추후상세한기술검토가요구된다. 또한장기적인기술향상을위하여설계단계의정량적기준확립및열교차단, 기밀, 단열재시공가이드북작성등기술고도화를위한노력이필요하다. 또한, 신재생에너지 ESS 전력분배에대하여재난시나리오를반영한기술검토가필요하다. 후기 본연구는 2018 년도국토교통부의재원으로국토교통기술사업화지원사업지원을받아수행한연구과제입 니다 ( 과제번호 : 18TBIP-C ). REFERENCES 1. Disaster Year Book 2017, Ministry of the Interior and Safety, Statistical Yearbook of Natural Disaster 2017, Ministry of the Interior and Safety, Misfortune and the safety supervision law, Low No , Ministry of the interior safety, Ryan E. S., Prefab Architecture a Guide to Modular Design and Construction, p Jo, B-H. and Lee, W. I., Global Research - Overcome Market of Modular Architecture (England), Korea Institute of Construction Engineering and Management, Vol. 15, No. 4, p.17, Kim, K.H., A Study on the Architectural Responses on the Post-disaster Refugees Housing - Especially on the Open System Modular Housing, Decree of the Inha-university, Moon, J. I., A Study on the Planning Method of Temporary Dwellings for Sufferers from a Disaster, Decree of the Yonsei University, Infrastructure and Transport R&D Report, Development of a Temporary Living Space Systems Against Disasters, The Ministry of Land, Wang, W. C. and Lim, S. H., A Study on the Space Expansion of Temporary Housing to Utilize Modular mock-up, Journal of the Architectural Institute of Korea Planning & Design, Vol. 30, No. 4, pp , Standard of Construction Housing Low No. 362, Ministry of the Interior and Safety, KS L ISO 9972 Thermal Insulation-Determination of Building Airtightness-Fan Pressurization Method, Korea Agency for Technology and Standards, KS F 2278 Standard Test Method for Thermal Resistance for Windows and Doors, Korea Agency for Technology and Standards, ISO Thermal Bridges in Building Construction - Heat Flows and Surface Temperatures - Detailed Calculations, International Standards, Building Airtightness Criteria, Korean Institute of Architectural Sustainable Environment and Building Systems, Appendix 2, p. 8, Kim, M. K., 2014, Development of Building Energy Standard Model for Home and Business Sector in Seoul, The Seoul Institute. 16. Kim, M. K., 2013, An Estimation Model of Residential Building Energy Consumption in Seoul, The Seoul Institute. Journal of the Korean Solar Energy Society Vol. 38, No. 6,

<30345F283439372D353034295F313135375FC0CCB5BFC8F15FB5B5B7CEC5CDB3CEC0C720B0BBB1B8BACE20B0E6B0FCBCB3B0E8B0A120C5CDB3CE20B3BBBACEC1B6B8ED2E687770>

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