벽구조와 단열재에 따른 단열효과 비교

소개글

벽구조와 단열재에 따른 단열효과 비교에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 탐구의 동기 및 목적
가. 문제 인식
나. 연구의 필요성 및 목적

2. 연구 문제

3. 가설설정

4. 연구내용
가. 평면벽의 열전달에 대한 열저항 개념
나. 평면벽 내 1차원 정상상태의 온도의 변화
다. 복합벽의 특성 탐구

5. 연구 과정
가. 각 단열재의 열저항값 비교
나. 부산지방 건물에 이용되는 건물의 단열재의 법적 기준
다. 외벽, 내벽, 바닥의 벽구조에 대해 탐구
라. 단열재의 가격과 용도비교
마. 단열재의 두께와 종류에 따른 열효율 비교
바. 단열재에 따라 최적단열두께 비교

6. 결과토의 및 제언
가. 결과 토의
나. 제언

7. 기대되는 전망 및 활용 가능성

8. 고찰

9. 참고문헌

본문내용

8437
9945
fig. 46. 단열재(실리카 에어로겔)의 두께에 따른 단열재비용, 열손실비용, 총단열비용(○:단열재비용, :열손실비용, △:총단열비용)
총 단열비용은 처음에는 감소하다가 최소가 되면 다시 증가하는 모습을 보였다. 최소의 총 단열비용에 부합되는 두께가 최적의 단열두께이다. 단열재로 폴리우레탄을 사용하였을 때, 최적 단열 두께로 0.1m인걸로 탐구되었다.
6. 결과토의 및 제언
단열재의 최적단열두께를 구해 그 두께에 따른 단열재의 비용과 열손실비용, heat flux를 비교해 보았다. 비교한 값은 아래 Table 56.에 나타내었다.
Table 57 단열재 최적두께별 평가 비교
단열재
두께
(m)
최적 단열재 비용 (원)
최적 열손실
비용 (원)
최적
총 단열
비용 (원)
Q flux
(W/m2)
코르크판
0.06
14,400
18,200
32,600
14.53
그라스울
0.22
5,100
5,500
10,600
4.40
폴리에스터
0.2
2,170
2,650
4,820
21.13
스티로폼
0.07
1,430
1,470
2,900
11.75
아이스그란
0.01
7,650
7,580
15,230
60.61
퍼라이트
0.08
3,670
3,830
7,500
3.06
발포폴리에틸렌
0.1
3,560
64,610
68,170
51.70
폴리우레탄
0.1
4,120
38,690
42,810
30.96
아이소핑크
0.1
3,850
6,610
10,460
5.29
실리카 에어로겔
0.1
1,150
5,150
6,300
4.12
가장 작은 두께로 가장 큰 열효율을 나타내는 단열재로는 퍼라이트라는 것을 알게 되었다.
7. 기대되는 전망 및 활용가능성
단열재 종류에 따른 단열 성능 비교를 통해 우리가 얻은 것은 각 단열재에 따른 최적 단열재의 두께와 그때의 단열재 비용, 그리고 최적 열손실 비용을 합산한 최적 총 단열 비용이다. 이를 통해서 건축물의 효율적인 단열을 기대할 수 있다. 현재 전 세계적으로 고유가 시대로 접어든 시점에서 에너지 효율이 높은 건축구조물에 관심이 집중되고 있는 것은 당연한 것이다. 석유자원이 없는 우리나라로서는 국가 에너지 소비의 25%가량을 차지하고 있는 건축물의 단열성능 개선을 통한 에너지 절약은 국가의 총 에너지를 큰 폭으로 감소시킬 수 있고 또한 감소시킨 에너지를 다른 분야에 이용하는 등의 일석 이조의 효과를 얻을 수 있을 것이라고 기대되어 진다.
건축물을 통한 열 손실을 감소시키기 위한 노력에 관심이 집중되고 있는 시점에서 건축물의 단열 성능을 새로운 방법을 탄생시켜 적용하여 효과를 얻는 것에는 장시간이 요구된다고 생각되므로 단열재에 따른 단열 성능과 경제성을 고려한 이 설계에 대해서 활용가능성은 긍정적이라고 생각된다. 그러나 단열성능을 비교하기 위한 열손실에 대해 우리가 생각해 본 집의 설계에서는 창문을 통한 대류가 없고 복사를 무시했으며, 외벽을 통한 열손실만을 고려하였다. 바닥과 천장을 통한 열손실을 고려하지 않았으므로 그에 따른 추가적인 열손실이 있음을 감안하여야 한다. 따라서 이 설계를 직접 건축물에 활용하기 위해서는 대류, 복사, 전도 모두가 고려되어지는 어찌 보면 당연한 전문가의 수정된 설계를 통하여 건축물에 적용시킬 수 있을 것이다.
8. 고찰
전 세계적으로 저탄소 녹색성장과 고유가로 에너지절감에 대한 공감대가 확대되면서 에너지 효율이 높은 건축구조물에 관심이 집중되고 있다. 석유자원이 거의 없는 우리나라는 현재 국내 총에너지 소비량의 약 98%를 수입에 의존하고 있는데, 국가 에너지 소비의 25% 가량은 건축물이 차지하고 있어 건축구조물의 단열성능 개선과 에너지 절약 문제는 매우 큰 비중을 차지하고 있다. 그래서 벽 구조에 따른 단열효과와 단열재에 따른 최적두께를 알아 볼려고 하였다. 먼저 설계를 하는 선행학습으로 여러 종류의 벽에 따른 문제들을 탐구해보고 복합벽에 여러 종류의 단열재 열 개를 비교해가며 최적 두께를 기준으로 설계를 수행했다. 단열재 열 개는 코르크판, 그라스울, 폴리에스터, 스티로폼, 아이스그란, 퍼라이트, 발포폴리에틸렌, 폴리우레탄, 아이소핑크, 실리카 에어로겔이다. 두께는 10mm ~ 90mm사이를 기준으로하고 외벽 구조는 Table 11를 이용해 두께에 따라 heat flux를 구하고, 이것을 바탕으로 도시가스가격과 건물의 외벽 면적을 이용해 월간 지출되는 난방비인 ‘열손실 비용’을 계산하였다. 또한 단열재의 적용두께와 그에 따른 재료비용을 계산하여 ‘단열비용’을 구했다. 우리가 알아보고자 한 주제인 ‘단열재의 종류에 따른 단열효과비교’에 ‘경제성’을 더하여, 실제 건축에 사용될 수 있는 가장 합리적인 재료를 알려고 하였다. 열손실비용이 한 달을 기준으로 산출한 수치이므로, 단열재 비용 또한 한 달을 기준으로 산출 하는 것이 합리적이라 판단했다. 수치 산출을 위해 24평형 건물의 수명을 20년으로 가정하였으며 이렇게 구해진 값들의 비교는 합리적이라 판단된다. 경제성의 기준으로만 본다면, 값싸고 효율이 좋은 단열재가 우선적으로 채택될 것이라 생각되지만, 실제 건축에서는 경제성 이외에, 인체유해성이나 환경오염 영향 등 여러 가지 요소가 복합적으로 작용된다는 점을 고려해야 할 것이다.
9. 참고문헌
(1) Yunus A. Cengel, “열전달 2nd Edition”, Mc Graw Hill, p598~610 2006
(2) 권오붕, “쉽게 배우는 열전달”2판, 한국 맥그로힐, 2010
(3) KIRK D.HAGEN, “열전달과 응용”, 동명사, 2005
(4) 오도엽, “실내건축재료”, 광문각, 2003
(5) 한전 사이버 지점 : http://cyber.kepco.co.kr/
(6) 성순경, “난방설비” ,세진사 ,1999
(7) 건설도서 편집부, “지붕과 벽의 구법 시스템” ,건설도서, 1998
(8) 이민석, “건물의 열에너지 관리”, 건설도서, 1999
(9) 시공문화사 편집부, “건축스텐다드 디테일”, 시공문화사, 2002
(10) 오성진외 1인, “그림으로 보는 빌딩설비의 보수와 관리”, 성안당, 2000
(11) 이영재 외 5인, “건축설비관계법규”, 기문당, 2005

키워드

열전달,   단열재,   단열비용,   열효율,   최적단열두께