건설기술교육원미래친환경건축교육센터미래친환경저에너지건축인력양성과정 친환경건축물의이중외피시스템 기술및사례 2011. 01 ( 주 ) 한화건설김용경 (yongs25@hanwha.co.kr)
강의개요및목표 강의개요 -. 친환경건축물적용기술중에너지효율기술인이중외피시스템의개요및현황 -. 국내외이중외피시스템의실제적용사례및성능평가 강의목표 -. 친환경건축기술인이중외피시스템의기술및적용사례이해 -. 실제적용사례및성능평가정보공유를통해기술적용을위한기초지식함양
목차 1. 이중외피시스템의개요 1.1 건물외피시스템의개요 1.2 이중외피시스템의개요 2. 이중외피시스템의국내외적용사례및기술현황 3. 이중외피시스템성능평가및적용방안 3.1 이중외피시스템의적용및성능평가 3.2 이중외피시스템의적용방안및종합토의
친환경정책및제도동향 공동주택에너지저감율 (%) 100 80 50 0 친환경주택 ( 구, 그린홈 ) 건설기준시행 -. 친환경주택의설계및성능평가지침 (2009 년 10 월부터시행 ) 기존 2010 2015 2025 ( 년 ) 건물에너지효율등급 / 친환경건축물인증제도 -. 공공건축물의무화 ( 공동주택에서업무용확대 ) -. 모든신축건축물확대시행, 4 등급으로세분화 PQ 가점 2010 년현재표준대비 20% 저감 2015 년 50% 저감예상 2025 년제로에너지의무화 ( 신축 ) 2012 년 30 년이상노후주택 25% 효율개선추진착수 유럽및선진국수준이상 ⅰ
친환경건축법규및제도요약 구분 건축물의에너지절약설계기준에너지성능지표검토서 (EPI) 신재생에너지이용보급의무화제도 친환경건축물인증제도 건물에너지효율등급제도 (2009. 12 개정 ) 친환경주택 ( 구그린홈 ) 건설기준 (2009. 10) 주요내용 -. 법적의무사항 / 실내환경기준 / 외피열성능기준등 -.EPI 60 점이상법적의무 / 서울시 74 점이상조례 건축허가기준 ( 창호, 단열등 ) 강화 (2010.01) -. 공공시설연면적 3,000 m 2 이상, 건축공사비의 5% 이상적용 총에너지소비량의 5% 이상의무적용으로변경 -.2010 년 5 월개정, 모든신축건축물확대최우수, 우수, 우량, 일반 4 등급으로세분화 -. 공동주택에서업무용건축물확대, 전체 5 등급 공공건축물 1 등급의무화 (2010.08 시행 ) -.20 세대이상의공동주택 -. 표준건물대비 20% 이상 (60m 2 이상 ) 에너지절약형건물설계 (2010.06) 2025 년제로에너지주택의무화예정 ⅱ
친환경주택건설기준 (2010 년 6 월개정 ) 구분 개요 주요내용 -.20세대이상주택에대해친환경주택설계를의무화 -. 전용면적 60m 2 초과 20% 이상절감 -. 저에너지건물조성기술 : 고단열 고기능외피구조, 기밀설계, 일조확보, 친환경자재사용등 -. 고효율설비기술 : 고효율열원설비, 최적제어설비및고효율환기설비등 구성기술 -. 신 재생에너지이용기술 : 태양열, 태양광, 지열, 풍력, 바이오매스등 -. 외부환경조성기술자연지반의보존, 생태면적율의확보, 미기후의활용, 빗물의순환등 -. 녹색 IT 기술 : 건물에너지정보화기술, LED 조명, 자동제어장치등 기타 -. 신축그린홈 (25% 이상절감시 ) 에대해취, 등록세감면 -. 분양가산정시가산비인정을통한신축그린홈건설비용의회수 ⅲ
그린홈창호및벽체성능기준 < 창호단열성능기준 > 구분 열관류율기준 (W/m 2 K, 60m 2 이상 ) 혹한지, 중부남부제주 창호 외기직접면함 1.4 1.6 2.0 외기간접면함 2.8 3.0 3.3 < 벽체단열성능기준 : 20~30% 강화 > 열관류율기준 (W/m 2 K, 60m 2 이상 ) 부위혹한지, 중부남부제주외기직접면함 0.30 0.37 0.55 외벽외기간접면함 0.40 0.55 0.70 측벽 0.22 0.30 0.37 ⅳ
국내그린홈개발동향 2000년 2005년 2008년 2010년 70% 85% KIER ZeSH I 대림 3L 하우스 KIER ZeSH II 대림에코 3L 하우스 그린홈플러스 100% 과천그린홈 삼성그린투모로우 -. 연구기관 / 건설사는건물에너지 / 친환경건축물위주의기술개발에착수함 -. 각기관 / 건설사별에너지제로주택전시관을건립하고브랜드차별화를추진 ⅴ
1. 이중외피시스템의개요 1.1 건물외피시스템의개요 1.2 이중외피시스템의개요
1.1 건물외피시스템개요 건물외피시스템의조건 -. 외부환경을이루는기후인자가실내로유입되는것을조절하는기후필터의역할 -. 자연에너지를실내환경의요구조건에따라선택적으로이용가능 ( 차양 ) -. 냉난방, 조명등다른에너지를사용하는시스템의규모를최소화 ( 고단열, 부하절감 ) -. 외피자체가에너지를생산하여그에너지사용이가능 (BIPV) 지붕 19% 창호 33% 바닥 9% 벽체 39% 출처 : 에너지관리공단 < 건물외피의손실열량 > < 건물외피단열전후의열손실지수비교 > 01
1.1 건물외피시스템의개요 건물외피 ( 창호 ) 시스템의에너지밸런스 ( 침기 ) 대류 전도 복사 단열 유리, 프레임 종합열관류율 (U) 온실효과개선차폐계수 (SC) 일사획득계수 (SHGC) 태양투과율 (Tsol) 표면방사율 (Emissivity) 복사 채광 채광, 조망권 가시광선투과율 (Tvis) 전도 ( 침기 ) 알루이엔씨기술자료인용 대류 ( 침기 ) 기밀성 / 차음성 기밀성, 수밀성, 차음성 02
1.1 건물외피시스템의개요 에너지효율창호의조건 1. 열관류율 < 1.0( 유리비율 65% 이상 ) 2. 빛투과율 > 63% 3. 연색성확보 4. 광학적왜곡이없어야함 5. 프레임두께 < 140mm 6. 최소 10년의보증 7. 기밀, 수밀확보 8. 내풍하중 9. 기타성능 촐처 : Energy-Efficient Window Systems Lund University, Sweden, 2001 03
1.1 건물외피시스템의개요 건물외피성능향상기술 벽체 -. 슈퍼단열 ( 에어로겔, 진공 ) -. 녹화기술 창호 -. 삼중창 -. 슈퍼 W -. 진공유리 -. 이중외피 -. 멀티 W 신재생 E -.BIPV -.BISC -.BIWP 기타 -. 동적단열 -. 채광 / 차양 04
1.1 건물외피시스템의개요 창호단열기술동향 공기층 16mm이상 low-ε 복층창이상의기준 ( 친환경주택건설기준 ) 로이유리복층창, 삼중창호등의고단열창호적용확대 < 창호관련국내외동향 > 구분 LG 하우시스 주요내용 -. 삼중유리창호 ( 열관류율 1.0 이하 ), 진공유리창호 (0.8 이하 ) 보급 KCC -.BIPV, 열성능강화창호제품출시 : KCC 솔라그린 ( 자외선차단 ) 국내 국외 한화 L&C 이건창호동양강철 ALU Enc WICONA( 독일 ) OKALUX( 독일 ) GLASSX( 스위스 ) -. 하이브리드창 ( 시스템창과슬라이드창결합, 3 중유리적용 ) 보급 -.43 mm고단열 3 중유리 : 두께및무게저감, 더블스킨윈도우 -. 복합시스템창호신기술, 슈퍼윈도우 (1.5 이하 ) 보급형개발완료 -.3 중창호보급확산, BIPV 복층화개발진행 -. 다기능복합창호시스템 ( 냉난방, 조명, 차양및환기시스템, 모듈화를통한시공성 ) -. 복층유리 + 섬유조직을이용한모세판으로단열및채광창호기술 -. 프리즘패널및상변화물질을이용한단열창호기술 출처 -. 국내 : 유리신문 고효율창호, 로이유리등친환경제품적용확대 2009.12 -. 국외 : NSNET 기술자료 (www.nsnet.co.kr) 05
1.1 건물외피시스템의개요 유리종류별특성 < 유리종류별특성 > 6.3 6.3 2.78 2.78 투명단판색유리단판투명복층유리색유리복층유리 1.7 1.42 0.85 로이복층유리 ( 고투과 ) 로이복층유리 ( 저투과 ) 로이삼중유리 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 3중 4중 5중 특수 ( 슈퍼단열 ) 열관류율 (W/m 2 K) -.5 중이상의유리복층효용성은낮음 슈퍼윈도우기술필요 : 0.4~0.5 W/m 2 K 06
1.2 이중외피시스템의개요 이중외피시스템정의 -. 두개의외피, 즉유리로구성된이중벽체구조를갖는시스템 -. 환기가가능한열적완충공간인중공층 (cavity) 을형성, 외부환경변화에능동적으로대응할수있는건물외피시스템 -. 기존의외피에하나의외피를추가 (Multi-layer의원리 ) -. 외측파사드는외기의영향을최소화 -. 파사드에개구부를둠으로써중공층과실내로의환기가가능 -. 외측외피 + 중공층 ( 블라인드포함 ) + 내측외피 Harrison and Boake, (2003) in the Tectonics of the Environmental Skin, described the Double Skin Facade system as essentially a pair of glass skins separated by an air corridor. The main layer of glass is usually insulating. The air space between the layers of glass acts as insulation against temperature extremes, winds, and sound. Sun-shading devices are often located between the two skins. All elements can be arranged differently into numbers of permutations and combinations of both solid and diaphanous membranes. A report of IEA SHC Task 34 ECBCS Annex 43(2006), Double Skin Façades 인용 07
1.2 이중외피시스템의개요 이중외피시스템정의 -. 외측외피 (outer skin)+ 중공층 (cavity)+ 내측외피 (inner skin) 로기본구성 -. 차양장치 (shading device) 와개구부 (aperture) 등을추가해환경조절 -. 외피단열극대화, 완충공간을통한실내환기, 형태와기능에따라다양한타입 < 이중외피시스템개요 > < 이중외피시스템사례 > 08
1.2 이중외피시스템의개요 -. Double-Skin Façade -. Active Façade (usually when the air cavity ventilation is mechanical) -. Passive Façade (usually when the air cavity ventilation is natural) -. Double Façade -. Double Envelope (Façade) -. Dual-Layered Glass Façade -. Dynamic Façade -. Wall-Filter Façade -. Environmental Second Skin System -. Energy Saving Façade -. Ventilated Façade -. Double-Leaf Façade -. Energy Saving Façade -. Environmental Façade -. Multiple-Skin Façades -. Intelligent Glass Façade -. Second Skin Façade/System -. Airflow Window -. Supply Air Window -. Exhaust Window/Façade -. Double Skin Curtain Wall -. Twin Skin Facade -. 이중외피의구조, 기능및환기방식에따라다른명칭을사용 -.Double-Skin Façade(DSF) : 국내및연구논문에서가장많이사용 A report of IEA SHC Task 34 ECBCS Annex 43(2006), Double Skin Façades 인용 09
1.2 이중외피시스템의개요 이중외피시스템운용 중간기 난방기 냉방기난방기냉방기 Univ ersity of Waterloo: The Tectonics of the Double Skin: North American Case Studies 인용 10
1.2 이중외피시스템의개요 이중외피시스템의특징 구분 내용 -. 자연환기의기능 장점 : 다양한외부기상조건에서실외측외피는건물전체를외부영향으로부터보호, 실내측외피와실외측외피사이에형성된공간은공기통로로이용되어자연환기가가능 -. 차음성능의향상 : 일반적인단일층창문에비해외부소음에보다우수한차음효과 -. 냉방부하절감 : 하절기야간의공기를이용하여 night cooling 이가능, 외피일사부하를제거하여냉방부하절감 -. 난방부하절감 : 공기층을이용하여단열효과를향상, 일사를저장하여난방부하절감 -. 일반커튼월에비하여공사비상승 ( 약 2.5 배증가 ), 공간점용율감소 ( 외벽기준 ), 유지관리어려움 단점 -. 층간방화, 인접실소음전달등운영상의어려움 -. 샤프트형중공층경우높이별로기류속도및온도성층화가뚜렷함 -. 구조계산상하중증가 11
1.2 이중외피시스템의개요 자연환기우수 -. 내외부의개구부를통하여풍압의영향을감소 -. 고층건물에서자연환기를위한창문의개폐가능 -. 우천시자연환기가능 에너지절약 (energy saving) -. 겨울철에열적버퍼를형성하여난방부하를절감 -. 여름철에중공층내의데워진공기를환기 12
1.2 이중외피시스템의개요 소음감소 (noise reduction) -. 이중외피는외부로부터의소음을차단하는스크린효과가있으며, 환기를위한개구부의최소화로소음유입을최소화함 13
1.2 이중외피시스템의개요 자연채광 (natural lighting) -. 이중외피는블라인드의구현과투명유리의사용으로자연채광의성능을증가시켜조명에너지의절감과자연채광에따른쾌적감증대 14
1.2 이중외피시스템의개요 이중외피시스템의유형 -. 박스형이중외피시스템 (box type) : 창호부분만이중외피형식, 그이외의부분은일반건물과마찬가지의외벽체로구성 -. 복도형이중외피시스템 (corridor type) : 각층의상부와하부에급기구와배기구를설치, 각층별급기와배기가가능 -. 커튼월형이중외피시스템 (shaft, whole type) : 급기구는건물의최하층부에배기구는건물의최상층부에설치 박스형이중외피시스템 복도형이중외피시스템 커튼월형이중외피시스템 샤프트 - 박스형 전층형 박스모양의개별환기복도형환기샤프트를이용한환기전층환기 15
1.2 이중외피시스템의개요 이중외피시스템의유형구분 D Double-skin Facade C U D : divided U : undivided C : combined Story High Cavity Hybrid Cavity Multistory High Cavity Hs Hh Hm D U D U Box Type Corridor Type Shaft-box Type Shaft Type Whole Type Wb Wc Wsb Ws Ww No Ventilation Natural Ventilation Mechanical Ventilation Vx Vn Vm 대한건축학회지 200309, 이중외피시스템의개요와국내외현황 인용 16
1.2 이중외피시스템의개요 이중외피시스템의유형별특징 구분박스형복도형샤프트 - 박스형다층형 형태 방음 ( 실외 ) 차음 ( 실내 ) -. 외부소음및인접실소음차단우수 -. 인접실 ( 수평 ) 간소음전달우려 -. 인접실간소음전달우려 -. 외부소음차단우수 -. 인접실간소음전달우려 인접실간방화 -. 위험도낮음 -. 위험도다소높음 -. 위험도보통 -. 위험도높음 ( 모든실이서로인접 ) 환기 ( 공기질 ) -. 자연환기양호 ( 창호개폐가능시 ) -. 각층의환기가상층에전달되지않도록주의 -. 샤프트및박스간의기류조절이필요 -. 환기양호 - 기계환기적용시효과가있음 17
1.2 이중외피시스템의개요 이중외피시스템유형별비교 구분 전면형 샤프트형 복도형 박스형 간이형 (AFW) 에너지절약성 자연채광 X 자연환기 X 방음 ( 외부소음 ) 차음 ( 실내소음 ) X X 조망성 X 공간활용성 X X 초기비용 X X X 시공성 X 범용성 X X 제어성 X 제연성 X 해당없음 방범 X X 유지보수 기계공조혼용 : 매우유리 : 비교적유리 : 보통 X : 불리 대한건축학회발표논문 (2003), 중대형사무소건물의이중외피시스템적용에관한연구인용, 18
2. 이중외피시스템의국내외적용사례및기술현황
2. 이중외피시스템의국내외적용사례및기술현황 대우건설기술연구원 -. 경기도수원시소재 -.1993년준공 (whole type) -.W:36.0m, H:19.5m, D:5.4m -.8mm 컬러유리 대한건축학회지 200309, 이중외피시스템의개요와국내외현황 인용 19
2. 이중외피시스템의국내외적용사례및기술현황 에기연초에너지절약형건물 -. 대전시소재 -.1998년준공 (whole type) -.W:19.8m, H: 10.2m, D:1.5m -.5mm 컬러유리 대한건축학회지 200309, 이중외피시스템의개요와국내외현황 인용 20
2. 이중외피시스템의국내외적용사례및기술현황 한국에너지기술연구원그린빌딩 -. 대전시소재 -.2000년준공 (whole type) -.W:16.0m, H:23.5m, D:1.2m -. 내외부 9mm GN코팅유리 한국에너지기술연구원, 그린빌딩홍보자료 인용 21
2. 이중외피시스템의국내외적용사례및기술현황 미래산업교육 / 연구시설 -. 경기도화성시소재 -.2002년준공 (whole type) -.W:79.2m, H:15.9m, D:1.35m -. 투명강화 + 로이복층유리 대한건축학회지 200309, 이중외피시스템의개요와국내외현황인용 22
2. 이중외피시스템의국내외적용사례및기술현황 코오롱건설기술연구소 -. 경기도용인시소재 -.2004년준공 (box type) -. 투명강화 + 복층유리 코오롱건설기술연구소홍보자료인용 23
2. 이중외피시스템의국내외적용사례및기술현황 3L 하우스 ( 대림산업 ) -. 경기도용인시소재 -.2005 년준공 (whole type) 전동블라인드 대림산업, 3L 하우스기술자료인용 24
2. 이중외피시스템의국내외적용사례및기술현황 고양아람누리도서관 -. 경기도고양시소재 -.2006년준공 (whole type) -. 외피 8mm강화유리, 내피 24mm복층유리, 중공층두께 900mm 및롤스크린채용 서울대석사학위논문 (2004), 이중외피의운전모델개발에관한연구 인용 25
2. 이중외피시스템의국내외적용사례및기술현황 그린투모로우 ( 삼성물산 ) -. 경기도용인시소재 -.2009 년준공 (box type) 삼성물산 그린투모로우 E- 브로셔 인용 26
2. 이중외피시스템의국내외적용사례및기술현황 국외사례 건물명 위치 Occidental Chemical Center (Hooker office building) New York, USA 준공시기 1980 D:1.2m 충북대기술자료, 이중외피의원리와성능구현인용 University of Waterloo: The Tectonics of the Double Skin: North American Case Studies 인용 27
2. 이중외피시스템의국내외적용사례및기술현황 국외사례 건물명 ARAG 2000 tower 위치 Dusseldorf, Germany 준공시기 2000 중공층유형 Hh-Wsb-Vn 충북대기술자료, 이중외피의원리와성능구현인용 HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY, STUDY OF CURRENT STRUCTURES IN DOUBLE-SKIN FAÇADES 인용 A report of IEA SHC Task 34 ECBCS Annex 43(2006), Double Skin Façades 인용 D:0.7m 로이유리 28
2. 이중외피시스템의국내외적용사례및기술현황 국외사례 건물명 뒤셀도르프 City Gate (Düsseldorfer Stadttor) 위치 Dusseldorf, Germany 준공시기 1997 중공층유형 Hs-Wc-Vn 충북대기술자료, 이중외피의원리와성능구현인용 HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY, STUDY OF CURRENT STRUCTURES IN DOUBLE-SKIN FAÇADES 인용 A report of IEA SHC Task 34 ECBCS Annex 43(2006), Double Skin Façades 인용 D:0.9.~1.4m 12mm 강화유리 + 로이유리 29
2. 이중외피시스템의국내외적용사례및기술현황 국외사례 건물명 위치 RWE Tower Essen, Germany 준공시기 1997 중공층유형 Hs-Wb-Vn( 박스타입 ) D:0.5m 10mm 강화유리 충북대기술자료, 이중외피의원리와성능구현인용 HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY, STUDY OF CURRENT STRUCTURES IN DOUBLE-SKIN FAÇADES 인용 A report of IEA SHC Task 34 ECBCS Annex 43(2006), Double Skin Façades 인용 30