사무소 건물의 방위별 유리의 선택적 적용을 통한 냉난방부하 절감 방안

Abstract

건물 외피에 속하는 창호는 채광과 조망을 통해 재실자의 심리적 안정감을 제공하며, 태양복사에너지와 외기의 유입을 통해 건물의 열적 환경에 영향을 미치는 설계 요소이다. 창호에 대한 기술은 최근까지 건물의 에너지성능을 높이는데 상당한 발전을 해왔다. 하지만, 창호 자체가 기본적으로 벽체에 비해 열성능이 취약한 단점을 지니고 있기 때문에 충분한 계획 없이 창호를 설계할 경우 건물에너지 소비가 과다하게 발생할 수 있다. 현재 신축 공공청사 건물을 대상으로 창면적비를 제한하는 등의 규제는 건축물 설계 시 건물의 여러 가지 내·외부 환경적 요인을 충분히 고려하지 않고 창호를 설계하여 높은 열적 부하가 발생으로 인한 건물에너지의 과다소비로 이어지는 경우를 방지하기 위함이다. 창호는 건물 에너지 소비와 관련해 매우 중요한 설계 요소이기 때문에 건축물 설계 초기 단계부터 세심하게 고려해야 한다. 이를 위해 해당 지역의 기후 및 대지환경을 분석하여 다양한 환경인자와 함께 건물의 형태 및 배치에 대한 전략을 수립하고, 대상 건물의 용도 및 특성, 그리고 창호의 성능을 종합적으로 고려하여 적정한 면적에 적합한 창호를 설계해야 한다. 건축물에서 창호로서 적용하는 유리에는 첨가물질이나 코팅 방법에 따라 색유리, 반사유리, 로이유리 등이 있으며, 구성에 따라 복층유리, 삼중유리 등으로 분류할 수 있다. 각각 열의 이동과 복사에너지 파장별 흡수 및 방출이 다르게 나타나기 때문에 적용하고자 하는 건물 벽체의 방위각에 따른 외부환경요인들의 고려가 필요하며, 높은 창면적비를 가지는 사무소 건물의 경우 최적의 유리재 선택이 건물에너지소비에 있어 많은 영향을 미치는 요인임을 유의해야 한다. 본 연구에서는 열관류율과 일사취득계수 등 유리의 에너지 성능지표들을 종합적으로 고려하여 방위별 일정한 창면적비를 가지는 건물에 유리를 선택적으로 적용하였다. 이를 통해 연간 냉난방부하를 절감할 수 있는 각각의 경우에 대한 최적 유리재의 적용 방안을 도출하고자 하였다.

본 논문은 제 1 장의 서론, 제 2 장∼제 4 장의 본론, 제 5 장의 결론으로 구성되어 있으며, 각 장의 개요는 다음과 같다.

제 1 장에서는 연구의 배경 및 필요성, 연구의 목적, 연구의 방법 및 절차에 대하여 기술하였다. 제 2 장에서는 선행연구 및 국내외 창호관련 성능기준을 알아보고, 유리의 종류와 성능지표에 대하여 기술하였다. 제 3 장에서는 평가 대상 유리들을 선정하였으며, 냉난방부하 평가를 위한 시뮬레이션 대상 모델과 입력변수들의 조건을 기술하였다. 제 4 장에서는 방위별 냉난방부하 성능이 우수한 유리재를 통해 냉난방부하 절감율이 높은 유리재의 적용 방안을 도출하였다. 제 5 장에서는 본 논문의 결론에 대하여 기술하였다.

본 연구의 결과는 다음과 같이 요약된다.

1) 연간 냉방부하의 경우 창면적비 1.0, 0.8, 0.6일 때, 모두 반사복층유리 및 로이반사복층유리가 방위별 높은 절감 성능을 나타내었다.

2) 연간 난방부하의 경우 창면적비 1.0, 0.8, 0.6일 때, 모두 실내측 코팅 로이삼중유리가 방위별 가장 높은 절감 성능을 나타내었다.

3) 연간 냉난방부하의 경우 창면적비가 1.0과 0.8일 때, 로이삼중유리와 로이반사복층유리가 각각 정북과 그 외 방위에서 가장 높은 절감 성능을 나타내었다. 또한, 창면적비가 0.6일 때 방위별로 반사복층유리, 로이반사복층유리, 실외측 코팅 로이삼중유리가 가장 높은 절감 성능을 나타내었다.

4) 건물 벽체 4면에 유리를 적용할 경우 로이반사유리가 가장 높은 연간 냉난방부하 절감율을 나타내었으며, 실내측 코팅 로이삼중유리를 북쪽을 향하는 벽체에 적용한 경우와 반사복층유리를 남쪽에 위치한 경우 또한 높은 절감율을 나타내었다.