일사에 직접 노출된 남측 벽의 열관류율 평가 시 일사의 영향과 열관류율 산정을 위한 수렴성의 분석

변지연,박소민,심지수,송두삼 대한설비공학회 2023 설비공학 논문집 Vol.35 No.3

The thermal transmittance of the building envelope greatly affects the heating and cooling load and is measured in accordance with ISO 9869-1. This method estimates the in situ U-value by measuring heat flux through the test wall and the temperature difference between the internal and external environments. Thermal transmittance can be calculated from data measured over five days under stable environmental conditions. However, if the environmental conditions are unstable, the minimum test period may be longer than 10 days to obtain reliable results. Therefore, in this method, the temperature difference between the inside and outside of the wall should be 10℃ or more, and the influence of solar radiation should be minimized. For a south-facing wall, the heat flux fluctuation is so large that it takes twice as long to be a convergence condition proposed by ISO 9869-1. This study aimed to analyze heat flow characteristics through a south-facing wall directly exposed to solar radiation and its convergence condition for thermal transmittance calculation. 본 연구에서는 열류계법(HFM)을 이용한 건물 외피의 열관류율 현장측정에서 일사의 영향이 열류, 실내외 공기온도차이, 결과적인 열관류율의 수렴성에 미치는 영향을 분석하였다. 본 논문의 결론은 다음과 같다. (1) ISO 9869-1의 측정 데이터 평균화법(average method)과 열류계법을 이용한 북측과 남측 벽의 열관류율 수렴조건을 검토한 결과, 북측 벽은 측정 개시 후 5일 만에 열관류율 수렴 조건에 도달하여 정상 상태의 열관류율을 산출할 수 있었으나 남측 벽은 측정 개시 후 10일이 소요되어서야 열관류율의 수렴 조건에 도달하였다. (2) 그 원인을 분석한 결과, 열관류율 측정 요소인 실내외 공기온도 차이는 북측 벽과 남측 벽에서 큰 차이가 나타나지 않은 반면, 남측 벽의 낮 시간의 많은 일사량의 영향으로 하루 중 남측 벽을 통한 열류가 크게 변동하는 결과를 초래하였다. 아울러 일사의 영향으로 인한 벽 표면의 온도 상승으로 남측 벽의 경우 주/야간의 열류 방향이 변동하는 결과를 보였다. (3) 남측 벽의 일사의 영향으로 인한 열류량의 불안정성이 남측 벽의 열관류율 산정을 위한 수렴조건을 만족시키는데 북측 벽에 비해 약 2배의 시간이 소요되는 결과를 초래하였다. (4) 추후 연구로는 이러한 불안정한 열류 양상을 띠는 남측 벽의 열관류율 측정 기간을 단축하기 위한 데이터 필터링 방법에 대해 검토 및 분석하고자 한다.

고단열 삼중창 시스템의 열관류율 성능평가 연구

박재성,안영섭,김병수,윤종호,홍성철 대한건축학회지회연합회 2006 대한건축학회지회연합회 학술발표대회논문집 Vol.2 No.1

Window System has a problem with insulation on building wall comparison with other portions. Recently, in all over the world, technologies and research for improvement of insulation performance with window system were actively studied. This study has been considered about components of window system and evaluated insulation performance of triple window system through the tests of U-Value of window system and simulated model. It was evaluated window system that widely used in domestic or overseas. Therm5.0 and Window6.0 were used for simulation available for heat analysis from stationary state of two-dimensional simulated model. As a result, the best components of each portion on window system were PVC frame, Plastic spacer and Low-e glass and the super insulation window system was triple glazing window system applied these components. The U-Value of this super insulation triple window system was 1.325 W/㎡K and it will be expected saving energy window system.

공동주택의 단열형태별 선형열관류율 평가

이종성,이도헌,전명훈,Lee, Jong-Sung,Lee, Do-Heun,Jun, Myoung-Hoon 한국토지주택공사 토지주택연구원 2014 LHI journal of land, housing, and urban affairs Vol.5 No.4

본 연구는 외단열시스템 성능평가의 주요인자인 선형열관류율을 국제규격(ISO)에서 제시하고 있는 평가방법에 의거, 내단열시스템 대비 외단열시스템의 열성능에 대한 우수성을 정량적으로 파악하고, 향후 외단열시스템의 열성능 평가를 위한 기초자료로의 활용을 목적으로 한다. 이를 위해 공동주택의 대표적 열교부위인 3개 부위를 내단열과 외단열 시스템으로 설계하고, 각 부위별 단열형태별로 선형열관류율을 평가하였다. 그 결과, 외벽-발코니 슬라브 부위는 열교차단재 설치가 필수적인 것으로 분석되었으며, 열교차단재를 설치할 경우 외단열시스템이 내단열시스템보다 선형열관류율이 1/2 이상 줄어드는 것으로 나타났다. 측벽-발코니 부위와 같이 슬라브가 외부로 돌출되지 않는 구조에서는 외단열시스템을 적용할 경우, 선형열관류율이 거의 0인 것으로 나타났다. 내단열로 설계된 외벽-경계벽의 경우, 선형열관류율은 0.451W/m 로 내단열로 설계된 외벽-발코니 슬라브 등 열교가 있는 부위와 비슷한 값을 보이며, 외단열로 설치될 경우 이 또한 거의 0인 것으로 나타났다. 향후, 공동주택의 외단열시스템 도입 및 성능평가를 위해서는 국제기준을 적용한 국내 평가기준의 제도화마련이 필요하며, 특히 제도화 마련과정에서 선형열관류율 계산 인자 중의 하나인 벽체길이의 계산방법은 국가차원의 결정이 필요할 것으로 판단된다. In this study, thermal transmittance which is a parameter to measure the thermal performance was evaluated for an internal insulation versus an external insulation. Then the ISO regulation was applied to evaluate it, and the superiority of an external insulation was verified by the thermal transmittance values. The three zones of apartment housing were selected to evaluate the performance. (1) The junction of an outer wall and a protruded slab : If there is no a thermal bridge protection system, then the values are about same in the two insulation systems, so the protection system should certainly be installed. If it is installed, then the value for the external insulation is 2 times lower than internal system. (2) The junction of a side wall and a flat slab: The value is 0.509W/mK for the internal insulation and about zero for the external insulation. (3) The junction of an outer wall and a division wall: The value is 0.451W/mK for the internal insulation and also about zero for the external insulation. A domestic regulation that could evaluate a thermal transmittance has to be established by applying the ISO regulation for the evaluation of external insulation systems in apartment housing in the future. Additionally, the government must decide which length should be used for the national standard.

진공단열패널 열교부위 평가를 위한 수치해석적 연구

윤용한(Yong Han Yoon),소범식(Bum Sik So),조정호(Jung Ho Cho),엄영철(Young Chul Eom),심재술(Jaesool Shim) 대한기계학회 2019 大韓機械學會論文集B Vol.43 No.7

본 연구에서는 두 개의 외장패널이 맞닿는 부분에 형상을 가진 기계적 체결이 가능한 진공단열 외장패널의 3가지 CASE 열전달 해석을 수행하였다. 체결부의 열교부위 선형 열관류율 값을 계산하였으며, 열교를 비교함으로써 단열측면에서 우위의 설계안을 도출하였다. 열전달해석 분석결과, 열교부위의 길이가 0.039m, 0.083m, 0.1656m으로 약 2배씩 선형적으로 증가 했을 때, 열교부위의 선형 열관류율 값은 각각 0.0476W/m·K, 0.2113W/m·K, 0.2663W/m·K으로 열교부위 길이에 비례하여 선형적으로 증가하지 않음을 확인하였다. 2차원 열전달해석을 통해 얻은 데이터를 ISO 10211 기준에서 제시하는 계산식에 대입하여 선형 열관류율 값을 산출하였다. 3가지 CASE의 체결부 열교부위 선형 열관류율 값을 계산하여 비교한 결과, CASE 1 패널이 선형 열관류율 값이 가장 작아 열교 측면에서 가장 우수한 설계임을 확인하였다. In this study, a heat transfer simulation of three types of vacuum insulation panels that can be mechanically fastened with two external panels was conducted. The linear thermal transmittance of the thermal bridge was calculated and the design of superiority in terms of insulation was derived. Results of heat transfer analysis indicated that when the length of the thermal bridge was linearly increased by two times to 0.039, 0.083, and 0.1656 m, the linear thermal transmittance of the thermal bridge was 0.0476, 0.2113, and 0.2663 W/m·K, respectively. In addition, the linear thermal transmittance did not increase linearly in proportion to the length. The linear thermal transmittance was calculated by substituting the data obtained from the two-dimensional heat transfer analysis into the formula given in the ISO 10211 standard. A comparison of the values of the linear thermal transmittance of the joints of the three cases verified that Case 1 had the best thermal bridge design because it exhibited the smallest linear thermal transmittance.

온실규격에 따른 방열비 및 열관류율 특성 분석

김형권 ( Hyung-kweon Kim ),김승희 ( Seoung-hee Kim ),권진경 ( Jin-kyeong Kwon ) 한국농업기계학회 2016 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.21 No.2

온실의 보온력은 방열비(바닥면적에 대한 표면적의 비), 보온자재(다겹보온커튼 등) 등에 따라 달라진다. 이에 따라 온실의 보온력 향상을 위해 온실 표면에 다겹보온커튼 등을 덮어 온실표면에서의 열저항을 높이기 위한 많은 연구가 이루어져 왔다. 그러나 내재형 온실의 형태에 따른 방열비를 분석하고, 온실의 바닥면적에 따른 열관류율의 변화를 분석한 연구는 찾아보기 어려웠다. 최근 연구에서 온실바닥을 통한 지중전열부하는 난방부하의 5~6% 이하로 보고되고 있으며, 표면적을 통한 관류열부하는 약 90% 정도로 보고되고 있다. 따라서 온실 난방부하의 대부분을 차지하는 관류열부하를 줄이는 것이 온실 난방부하 감소에 매우 중요하다. 이를 위해 작물이 재배되는 바닥면적은 최대한 넓히면서 열이 방출되는 표면적을 최소화하는 것이 농가경영에 바람직하다. 온실에서 바닥면적 증가에 따라 방열비의 감소폭이 커지는 것으로 나타났으나, 바닥면적이 일정규모 이상으로 큰 온실에서는 방열비의 감소가 극히 완만한 것으로 나타났다. 이러한 결과에서 규모가 지나치게 작은 온실은 보온력 향상에 불리한 조건임을 확인할 수 있었다. 온실 바닥면적에 따른 방열비의 변화를 살펴보면, 바닥면적이 약 400 ㎡ 이상인 경우에 07-단동-2형(폭 6 m, 동고3.3 m), 07-단동-1형(폭 5m, 동고 2.6 m), 07-단동-3형(폭 7 m, 동고 3.3 m), 07-단동-4형(폭 8m, 동고 3.6 m)의 순으로 방열비가 감소하는 것으로 분석되었다. 따라서 폭이 가장 넓은 07-단동-4형 온실의 보온력이 가장 우수하다는 것을 알 수 있었다. 07-단동-4형 온실에서 바닥면적에 따른 열관류율의 변화를 살펴보면, 바닥면적이 변화할 때 열관류율의 변화도 크게 나타났으나, 바닥면적이 일정규모 이상인 경우에는 열관류율도 일정한 수준을 유지하는 것으로 분석되었다.

동 나선을 감은 16A PE배관의 수중 열교환 성능 실험

김한지,오근숙,정근주 대한건축학회지회연합회 2012 대한건축학회연합논문집 Vol.14 No.4

신재생 에너지원에 있어서, 수열원히트펌프시스템(SWHPS)는 효율적인 에너지 시스템이며 공기조화용 지열히트펌프보다 건설비용이 싼 장점이 있다. 수열원 히트펌프용 수중 열교환기 배관의 열관류율은 COP, EER에 큰 영향을 미치지만 이는 열전도도가 낮은 HDPE 배관(k; 0.3~0.4W/mK)을 사용하고 있다. 우리 연구팀은 이의 열관류 성능 증대를 위하여 기존 PE 배관에 동선을 감는 새로운 열교환기용 배관을 제안하였다. 제안된 샘플 배관은 16A HDPE 배관 18.2m에 반원형의 홈을 내고 D2.25 동선을 피치 4mm 간격으로 감은 것이다. 이 샘플 배관은 두 가지 장점이 있는데, 하나는 기존의 HDPE 배관의 내구성을 그대로 유지하는 것이며, 다른 하나는 높은 열전도도의 동(k; 386W/mK)에 의한 열관류성능의 개선이다. 연구팀은 기존의 배관과 제안 배관의 열교환 성능을 실험적으로 비교하였다. 실험에서 나타난 바에 따르면, 기존의 배관에서 냉각수 입출구 온도차는 3.3℃, 제안 배관의 온도차는 3.8℃로 나타났으며, 개선 전, 후 배관의 냉각수 출구 온도차는 0.5℃로 나타났다. 이 때 수조의 온도는 19~23℃ 이었다. 향후 본 연구의 개선 효과를 더 검증하기 위하여 실대 실험 등이 필요하다.

종이 하니콤을 기반으로 한 알루미늄 박막 패널의 열관류율과 단열효능에 대한 실험적 연구

김진관,하병주,이병호 대한건축학회지회연합회 2013 대한건축학회연합논문집 Vol.15 No.5

현재 유통되고 있는 열반사단열재는 외압에 의하여 형태가 변하는 문제점이 있다. 본 연구는 알루미늄 박막과 종이 하니콤을 사용하여 외압에도 일정한 형상을 유지할 수 있도록 하는 열반사단열재를 개발하고자 하였다. 이를 위하여 패널형 실험체를 만들어 열관류율을 측정하여 분석하였다. 그 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 첫째, 알루미늄 박막간의 간격을 크게 할수록 단열 효능이 좋은 것을 알 수 있었다. 두 번째로는 알루미늄 패널은 하니콤을 여러 겹으로 하여 알루미늄을 다층으로 하면서 알루미늄 사이 간격을 크게 할수록 열관류율이 낮은 것으로 나타났다. 세 번째는 같은 두께에서 하니콤에 구멍을 뚫은 것이 구멍을 뚫지 않은 것보다 열관류율이 낮았다. 그리고 하니콤으로 알루미늄 패널을 만들 때는 두 개 층으로 제작하는 것보다 같은 두께의 한 개 층 하니콤에 구멍을 뚫어 주는 것이 단열 효능이 우수하다는 것을 알 수 있었다.

플라스틱 온실 피복 및 보온재의 열관류율 분석

문종필 ( Jong-pil Moon ),박석호 ( Seok-ho Park ),강연구 ( Youn-koo Kang ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.2

본 연구는 플라스틱 온실에서 가장 보편적으로 많이 사용되고 있는 피복재 및 보온재 22종을 내외부 온도차(외기온 10℃, 온실내부온도(18~20℃)가 28℃에서 30℃사이가 될 때의 열관류율을 Hotbox에 의하여 측정하였다. Hotbox는 국립원예특작과학원 시설원예연구소 이상기후실험동에 제작 설치된 장치를 이용하였으며 열관류율 센서(almemo) 3, 온도센서(almemo, pt100) 5(내외부 온도 측정 4, 실험재료 표면온도 측정 1), 데이타 로거(almerno 5890-2, 19채널) 등을 이용하여 열관류율 및 내외부 온도차에 대한 값을 측정하고 저장하였으며 가온장치로 1kW 히터 및 팬을 이용하였다. Hotbox의 기본틀은 철재, 보조재료는 아크릴판(재료 고정틀) 및 스티로폼(두게 10cm)을 간격조정틀로 이용하였다. 시험방법은 Hotbox의 온도가 50℃에 도달되면 히터가 정지하도록 하고 Hotbox의 내부열이 실험재료를 통하여 외부로 방열되는 구조로 실험하였으며 이때의 Hotbox의 내외부 온도차를 측정하였으며 열관류율 센서를 실험재료에 부착하여 측정하였다. 주요피복재인 PE 필름 및 PO필름에 대한 Hotbox 열관류율 측정결과 PO필름(0.15mm)이 4.5W/m2·℃ 로 가장 낮게 나타나 열손실측면에서 가장 유리하였으며 PE필름(0.08mm)이 5.4W/m2·℃로 가장 크게 나타나 열손실측면에서 가장 불리한 것으로 나타났다. 또한 주요보온재 16 종류에 대해 열관류율을 측정한 결과 5겹의 다겹보온커튼(미니마트지+pe폼+화학솜 4온스+부직포 40g+미니마트지)가 2.1W/m2·℃로 가장 낮게 나타나 보온측면에서 가장 유리하였으며 알루미늄스크린 95%+부직포40g+화학솜 4온스+미니마트지로 구성된 알루미늄 4겹 보온커튼이 두번째로 유리한 것으로 나타났다.

건축물의 단열성능 검증 시스템 구축을 위한 실험적 연구

김현진 ( Kim Hyun-jin ),최세진 ( Choi Se-jin ) 한국건축시공학회 2021 한국건축시공학회지 Vol.21 No.3

최근 건축물의 에너지 사용 저감을 위한 단열 설계기준은 강화되고 있다. 단열공사는 건축물의 단위면적당 1차 에너지 소요량 저감을 위한 가장 효율적인 방법임에도 불구하고, 건축 시공 및 준공검사 과정에서 단열성능에 대한 평가(검사) 기준이 없는 실정이다. 본 연구는 열관류율 측정장비(TESTO 435)를 활용하여 공동주택의 외벽 열관류율을 간편하게 실험 할 수 있는 방법과 분석기법에 대한 기준을 구축하여 객관적인 데이터를 제공하는 데 목적이 있다. 실험 대상 외벽의 단위면적당 비열(열용량)이 20 kJ(㎡·K)를 초과하여 ISO 9869-1에 적합한 종료 시점의 데이터를 평균법으로 분석했다. 3일 연속 열관류율 측정 값은 설계값 대비 +5% 이내로 허용오차 범위 내로 수렴했고, 일자별 열관류율의 표준편차는 1-Day > 3-Day > 2-Day 순으로 작아졌고, 시간대별 열관류율 표준편차는 00:00~24:00 > 19:00~07:00 > 00:00~07:00 순으로 줄어 들었다. 특히, 측정일자별로 00:00~07:00 시간대의 열관류율 값은 설계값 대비 -3%~+2% 편차로 거의 일치하였다. Recently, the insulaton design standards for reducing the energy use of buildings have been strengthened. Althoug insulation work is the most cost-effective method for reducing the primary energy consumption per unit area of a building, there are no evaluation criteria for insulation performance at the time of construction and completion inspection. The purpose of this study is to provide objective data by establishing a standard for an analysis method and a method for easily experimenting with the exterior wall thermal transmittance of an apartment house using a thermal transmittance measuring device(TESTO 435). For the exterior wall of the test subject, the specific heat per unit area exceeded 20kJ/(㎡·K), and the data at the end point suitable for ISO 9869-1 were analyzed by the average method. The measured values of the thermal transmittance for 3 consecutive days converged within +5% of the desing value, and the standard deviation of the thermal transmittance by day decreased in the order of 1-Day > 3-Day > 2-Day. The standard deviation of the thermal transmittance by time period decreased in the order of 00:00~24:00 < 19:00~07:00 < 00:00~07:00. The measured value of the thermal transmittance for the time perion of 00:00 to 07:00 per day almost coincided with an error of -3% to + 2% compare to the desing value.

기존 열반사 단열재의 문제점 및 다층반사형단열재에 관한 연구

이무진,이강국 대한건축학회지회연합회 2010 대한건축학회연합논문집 Vol.12 No.4

본 연구는 현재 신축건물의 단열재로 비교적 많이 사용되고 있는 열반사단열재의 단열성능을 분석하여 사용실태 및 문제점을 파악하는 한편, 개발·개선된 신개념의 다층반사형단열재에 대한 유형별 단열성능 및 특성을 비교 평가하며, 이를 통하여 불연성이며 고성능의 단열성을 가진 친환경 다층반사형단열재를 개발함으로서 그린 홈, 그린 빌딩, 패시브하우스 등의 친환경 저에너지 녹색건축 활성화 대책에 부응하고자 한다.