1)
송승영 박시현 구보경 임재한 류성룡 일 수 있는, 고 외 적용이 필수적일 것으 로 판단된다. 이에 본 연구에서는 진공재 적용으로 두께를 현저히 감소시키고, 기존 공동주택의 설계 시 공조건 수용이 가능하며, 열교제거가 가능한 건식 진공 외 대안들을 설정한 후, 기존안과 대안들에 대 한 에너지, 시공비용 및 시공을 평가하였다. 그 리고 각 항목들에 대한 가중치 조합별로 가장 우수 한 대안을 결정함으로써, 향후 고 외이 효 과적으로 활용될 수 있게 하고자 하였다. 진공재 개요 및 적용 사례 1 진공재 개요 진공재는 이미 오래 전부터 냉장고와 같은 가전제 품 등에 적용되어 왔으며, 건물의 경우 벽, 지붕, 바닥, 문 등 여러 부위에 적용되고 있다. 진공재의 중앙부 열 전도율은 0.0045W/mK 수준으로 매우 낮아, 일반재 적용시 패시브 및 제로에너지 하우스에 요구되는 외벽두 께(300 400mm)를 약 1/10 수준으로 감소시킬 수 있다는 장점이 있다. 진공 처리 후 내부 형태 유지를 위한 심재 (Core)에는 흄드실리카, 침강실리카, 글라스울, 우레탄 폼, 폴리스티렌 폼 등이 있으며, 이 중 흄드실리카와 글라스 울이 주로 사용되고 있다 (그림1 참조). 진공재는 고 가이고, 경년변화에 따른 틈 발생시 내부 압력 높아지고 열저항 낮아지게 되므로 취급시 파손에 대한 주의가 필 요하다. 또한 재 외부를 방사율은 매우 낮지만 열전 도율은 매우 높은 알루미늄 박막 등으로 감싸게 되므로 재간 조인트에서 열교가 발생할 수 있어, 이에 대한 주의가 필요하다. 그림1. 진공재 구성요소 2 국내외 진공 적용 사례 국내 주요 진공 적용 사례2)는 표1과 같다. 업무시설, 보육원, 주택 등 다양한 용도의 건물에 외 혹은 내로 적용되었으며, 진공재 1레이어 혹은 진공재 + 일반재의 2레이어로 층을 구성하 였다. 외 적용시 마감방식으로는 보강메쉬 함침 베이 스 플라스터 위 마감 플라스터, 석재 등의 사례를 확인할 2) O사 시공실적 자료, 2012 220 구분 익산시 오산면 상업용 건물 표1. 국내 주요 진공 적용 사례 적용내용 외 층 15 + 구성 EPS 45 벽체 0.26W/ K 외 한국 (외장 석재마감) 은행 층 30 제주 구성 지사 벽체 0.15W/ K 내 명륜 보육원 층 30 + 리모 구성 EPS 50 델링 벽체 0.13W/ K 내 Nexolon 층 20 구성 벽체 0.23W/ K 내 LH 미래 층 40 주택 구성 체험관 벽체 0.1W/ K 내 부천 층 대림 15 아파트 구성 벽체 0.3W/ K 내 강화도 층 15 한옥 구성 벽체 0.3W/ K : 진공재, EPS: 비드법 보온판 수 있었다. 국외의 경우 상당히 많은 적용 사례가 있었으며 그 중 외로 적용한 주요 사례3)4)5)는 표2와 같다. 진공 재 1레이어, 진공재 내장 샌드위치 패널방식, 진공단 열재 2레이어, 진공재 + 일반재의 2레이어, 일반 재 + 진공재 + 일반재의 3레이어 등 다양한 방식으로 층을 구성하였다. 주로 레일이나 앵커 등을 3) Armin Binz et al, Vacuum Insulation in the Building Sector: Systems and Applications, IEA/ECBCS Annex 39 High Performance Thermal Insulation Systems(HiPTI), 2005 4) Pär Johansson, Retrofitting of Old Exterior Wall with Vacuum Insulation Panels, Chalmers Univeristy of Technology, 2012 5) Markus Erb and Will Symons edited, Vacuum Insulation Panel Properties and Building Applications, ECBCS Annex 39 Project Summary Report, 2010 大韓建築學會論文集 計劃系 제29권 제9호(통권299호) 2013년 9월
층 구성 내장 샌드 위치 패널 2매 + 일반 재 일반 재 + + 일반 재 패시브 및 제로에너지 공동주택을 위한 진공재 적용 건식 외 평가 표 국외 주요 진공 외 적용 사례 이용한 건식, 접착제 등을 이용한 습식 등 다양한 방식으 설치 방식/ 마감재 설치 방식/ 마감재 설치 방식/ 마감재 적용내용 외 수평각재 사이에 진공재 부착/ 수평각재 고정 후 목재패널 마감 외 콘크리트 벽에 진공재 부착/ 재 외측에 수평각재 고정 후 목재패널 마감 외 메탈 레일에 끼워 시공/ 스테인레스 스틸 시트 샌드위치 패널 내 Steel post 사이 설치 Beam에 설치/ 시트 방식/ 알루미늄 샌드위치패널 마감재 (실내측에 미네랄울 + 석고보드 추가) 외 앵커 및 Hespen설치 profile로 고정되는 방식/ Fermacell 보드와 마감재 Soft grain 보드로 압착/Fermacell 보드 외 앵커 및 Hespen설치 profile로 방식/ 각재로 고정되는 마감재 프리즘 압착/ 유리 외 PVC 레일 위에 시공, 레일에 설치 일반재는 끼워 시공/ 방식/ 보강메쉬 함침 마감재 베이스 플라스터 + 마감 플라스터 외 설치 PC 벽에 앵커로 방식/ 고정되는 각재로 마감재 압착/Coping Stone 외 부착/ 설치 접착제로 보강메쉬 함침 방식/ 베이스 플라스터 마감재 마감 플라스터 + 로 층을 설치하고 있었으며, 목재패널, 메탈시트, Fermacell 보드, 유리, 석재, 보강메쉬 함침 베이스 플라 스터 위 마감 플라스터 등 다양한 마감방식을 확인할 수 있었다. 3. 진공재 적용 건식 외 평가 3.1 개요 국내 고층 공동주택 외벽은 주로 콘크리트 벽체와 창 호로 구성되는 Punched Window 외벽 혹은 메탈 프레임 /시트 및 유리로 구성되는 Curtain Wall 외벽 등으로 시 공되고 있다. 본 연구에서는 시공 사례가 훨씬 더 많은 Punched Window 외벽인 경우를 대상으로 시공 측 면에서 이점이 큰 건식 진공 외 대안들을 설 정하고, 일반재를 내로 적용한 기존안 대비 각 대안들의 에너지, 시공비용, 시공을 평가하고자 하였다. 이를 위해, 기존안 및 모든 대안들은 서로 유사한 외벽 열관류율을 갖도록 모델링한 후 3차원 정상상태 전열해 석으로 손실열량을 산출하여, 기존안 대비 대안들의 에너 지 증감 정도 및 대안간 우열을 평가하였다. 그리고 재료비 및 노무비로 구분 시공비용을 산출하고, 재 유닛 생산성 및 취급성, 시공 공정수, 시공 난이도로 구분 시공을 분석하여, 기존안 대비 대안들의 시공비용 및 시공 증감 정도와 대안간 우열을 평가하였다. 또한 에너지, 시공비용, 시공의 각 항목별 로 순위에 따른 점수를 각 대안들에 부여, 대안별 종합성 능을 계수화하였다. 그리고 에너지, 시공비용, 시공성 능의 각 항목에 대해 동일한 가중치를 부여한 경우, 에너지에 높은 가중치를 부여한 경우, 시공비용에 높 은 가중치를 부여한 경우로 구분, 각 경우에 대해 가장 우수한 대안을 결정하였다. 3.2 진공 외 대안 설정 및 구성 3.1 대안 설정 진공재간 조인트 열교현상 저감, 시공비용 절감 및 시공성 향상 등을 위해 층은 진공재와 일반 재의 복수 레이어 구성을 원칙으로 하였다. 이에 따라, 진공재 외측에 일반재를 추가 설치하는 2레이어 안(P-A-1), 진공재 전체를 일반재로 감싸는 Encapsulated Type 3레이어 안(P-A-2), 진공재 내외 측에 일반재를 추가 설치하는 Covered Type 3레이 어 안(P-A-3)의 세가지로 대안을 설정하였다. 여기에서 진공재와 일반재로 구성되는 재 유닛은, 시 공을 용이하게 하기 위해 모두 사전 공장 제작을 원칙으 로 하였다. 그리고 진공 외 고정은 콘크리트 외벽에 앵커로 고정된 스틸 패스너가 주로 담당하고, 부 착력 강화를 위해 콘크리트 외벽과 재 유닛 간에 접 착제를 추가 시공하는 것으로 하였다. 건식 진공 외 大韓建築學會論文集 計劃系 제29권 제9호(통권299호) 2013년 9월 221
송승영 박시현 구보경 임재한 류성룡 대안 번호 개념도 표3. 건식 진공 외 설정 대안 재 유닛간 조인트 단면도 구 성 비 고 P-A-1 ① 콘크리트 외벽체 ② 접착제 ③ 스틸 패스너 ④ 2레이어 재 유닛 ④ : 사전 공장 제작 ( + 비드법 2종) ⑤ 보강메쉬 함침 베이스 플라스터 + 마감 플라스터 P-A-2 ① 콘크리트 외벽체 ② 접착제 ③ 스틸 패스너 ④ Encapsulated Type 3레이어 재 유닛 (비드법 2종 + + 비드법 2종) ⑤ 보강메쉬 함침 베이스 플라스터 + 마감 플라스터 P-A-3 ① 콘크리트 외벽체 ② 접착제 ③ 스틸 패스너 ④ Covered Type 3레이어 재 유닛 ④ : 사전 공장 제작 (비드법 2종 + + 비드법 2종) ⑤ 보강메쉬 함침 베이스 플라스터 + 마감 플라스터 ④ : 사전 공장 제작 3.2 평가를 위한 외벽 열관류율 설정 2017년의 60% 감축(패시브 하우스 수준), 2025년의 제 로에너지 의무화라고 하는 국가 정책 목표를 감안, 평가를 위한 외벽 열관류율은 60% 및 100% 절감형으로 구분하였다. 60% 절감형의 경우 유럽의 패시브하우스 기 준에서 요구하는 0.15W/ K, 100% 절감형의 경우 P사의 공동주택 기준을 참고하여 0.11W/ K로 각각 외벽 열관류율을 설정하였다. 그림 진공 고정 스틸 패스너 상세 설정 대안 구성은 표3과 같고, 스틸 패스너 상세 는 그림2와 같다. 222 3.3 외벽 열관류율 수준별 대안별 재 구성, 두께 설정 외벽 열관류율을 만족하는 대안별 재 두께를 산정하기 위한 열관류율 계산시, 콘크리트 벽체 두께는 200mm로 하였고, 실내외 표면열전달 저항은 건축물의 에 大韓建築學會論文集 計劃系 제29권 제9호(통권299호) 2013년 9월
λ λ
λ ψ λ λ ψ λ λ
송승영 박시현 구보경 임재한 류성룡 구분 온도분포 25 기존안 표9. 60% 절감형 기존안 및 대안 평가 결과 P-A-1-① P-A-1-② -15 P-A-2 P-A-3 비드법 2종(30 ) 비드법 2종(30 ) 진공재(20 ) 진공재(20 ) 에너지 손실열량 80.3 39.5 36.0 40.9 36.7 (W/m) 증감률 (%) 0.0-50.8-55.2-49.1-54.3 25,600 90,975 80,475 92,445 83,445 재료비 9,976 (원/ 마감 m2) 소계 35,576 112,445 101,945 113,915 104,915 4,877 14,371 15,127 10,590 12,102 노무비 8,953 시공 (원/ 마감 비용 m2) 소계 13,830 25,044 25,800 21,263 22,775 시공비용 49,406 137,489 127,745 135,178 127,690 (원/m2) 증감률 (%) 0.0 +178 +159 +174 +158 EPS 두께 230mm로 +EPS 1면 합지 +EPS 1면 합지 EPS Mold 제작 EPS++EPS 2면 매우 두꺼움 합지시 Size 편차에 합지시 Size 편차에 비용 고가임 합지 주의 요망 주의 요망 Encapsulated 합지시 Size 편차에 현장 취급시 EPS 두께 증가에 Type으로 파손 주의 요망 일면 및 모서리면 따른 제작 및 취급성 가능성 없음 현장 취급시 재 유닛 노출되어 파손 저하 모서리면 노출되어 생산성 및 가능성 있음 현장 취급시 파손 가능성 있음 취급성 일면 및 모서리면 노출되어 파손 가능성 있음 1. 재 1. 바탕처리 1. 바탕처리 1. 재 1. 재 시공 석고보드 설치 재 재 패스너 고정 패스너 고정 시공 3. 마감 3. 패스너 고정 3. 패스너 고정 3. 마감 3. 마감 공정수 4. 마감 4. 마감 일반적인 시공방법 콘크리트벽에 직접 콘크리트벽에 직접 기존 EIFS 기존 EIFS 시공난이도 낮음 부착하므로 부착하므로 시공방식과 동일 시공방식과 동일 바탕처리 필요 바탕처리 필요 모서리면 일면 및 일면 및 노출로 인한 파손 시공 모서리면 노출로 모서리면 노출로 주의 필요 난이도 인한 파손 주의 필요 인한 파손 주의 필요 레벨 조정 어려움 레벨 조정 어려움 종합 미흡, 보통, 우수, 매우 우수, 진공재, EPS 비드법 2종 보온판, EIFS 외 재 구성 226 비드법 2종(230 ) 진공재(25 ) 진공재(20 ) 비드법 2종(70 ) 大韓建築學會論文集 計劃系 제29권 제9호(통권299호) 2013년 9월
구분 온도분포 25 기존안 패시브 및 제로에너지 공동주택을 위한 진공재 적용 건식 외 평가 표10. 100% 절감형 기존안 및 대안 평가 결과 P-A-1-① P-A-1-② P-A-2 P-A-3-15 비드법 2종(35 ) 비드법 2종(35 ) 진공재(30 ) 진공재(30 ) 에너지 손실열량 68.5 33.9 31.1 36.4 31 (W/m) 증감률 (%) 0.0-50.5-54.6-46.9-53.1 33,300 118,275 108,300 120,270 111,270 재료비 (원/ 마감 9,976 m2) 소계 43,276 139,745 129,770 141,740 132,740 4,877 14,371 15,127 10,590 12,102 인건비 8,953 시공 (원/ 마감 비용 m2) 소계 13,830 25,044 25,800 21,263 22,775 시공비용 57,106 164,789 155,570 163,003 155,515 (원/m2) 증감률 (%) 0.0 +189 +172 +185 +172 EPS 두께 300mm로 +EPS 1면 합지 +EPS 1면 합지 EPS Mold 제작 EPS++EPS 2면 매우 두꺼움 합지시 Size 편차에 합지시 Size 편차에 비용 고가임 합지 주의 요망 주의 요망 Encapsulated 합지시 Size 편차에 현장 취급시 EPS 두께 증가에 Type으로 파손 주의 요망 일면 및 모서리면 따른 제작 및 취급성 가능성 없음 현장 취급시 재 유닛 노출되어 파손 저하 모서리면 노출되어 생산성 및 가능성 있음 현장 취급시 파손 가능성 있음 취급성 일면 및 모서리면 노출되어 파손 가능성 있음 1. 재 1. 바탕처리 1. 바탕처리 1. 재 1. 재 시공 석고보드 설치 재 재 패스너 고정 패스너 고정 시공 3. 마감 3. 패스너 고정 3. 패스너 고정 3. 마감 3. 마감 공정수 4. 마감 4. 마감 일반적인 시공방법 콘크리트벽에 직접 콘크리트벽에 직접 기존 EIFS 기존 EIFS 시공난이도 낮음 부착하므로 부착하므로 시공방식과 동일 시공방식과 동일 바탕처리 필요 바탕처리 필요 모서리면 일면 및 일면 및 노출로 인한 파손 시공 모서리면 노출로 모서리면 노출로 주의 필요 난이도 인한 파손 주의 필요 인한 파손 주의 필요 레벨 조정 어려움 레벨 조정 어려움 종합 미흡, 보통, 우수, 매우 우수, 진공재, EPS 비드법 2종 보온판, EIFS 외 재 구성 비드법 2종(300 ) 진공재(35 ) 진공재(30 ) 비드법 2종(75 ) 大韓建築學會論文集 計劃系 제29권 제9호(통권299호) 2013년 9월 227