응력파를 이용한 신갈나무 입목의 내부열화 비파괴 평가 연구

장윤성(Yoon-Seong Chang),김철기(Chul-Ki Kim),김민지(Min-Ji Kim),엄창득(Chang-Deuk Eom) 한국가구학회 2021 한국가구학회지 Vol.32 No.2

Visual observation was performed on the domestic red oak tree, and internal deterioration was evaluated by non-destructive evaluation using a stress wave. A study was conducted on broad-leaved forests in Yonghwasan, Hwacheon-gun, Gangwon-do. Dough and limb thickness, bark wounds, pupils, etc. were further investigated. Most of them were branched and grown due to sprout renewal, and fusion traces were mainly found after wounds in the pupils and trunks of the branch office. Non-destructive testing and actual internal cross-section survey were performed to examine the correlation between the trait evaluation of the tree and the internal deterioration. Sixteen transducers are mounted around the circumference of tree stem at 0.5, 1, and 1.5 m above the ground. A total of 7 specimens were observed to have internal deterioration (threshold value of 760 m/s). After harvesting, the cross section of the non-destructive measurement area was cut to check the actual deteriorated area. As a result, discoloration was observed in most of the sections, but it was not detected by the non-destructive test using a stress wave. However, the presence of severe rupture due to swelling in the heartwood was detected by non-destructive testing, and compared with the evaluation of standing tree traits, it was consistent with the case where the bark wound or limbs were observed.

국산 구조용 제재목의 생산공정 개선에 따른 온실가스 배출량 평가

장윤성 ( Yoon-seong Chang ),전상진 ( Sangjin Chun ),신유진 ( Yoo Jin Shin ) 한국목재공학회 2021 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2021 No.2

파리협정 이후, 저탄소경제 확산, 환경규제 강화 등 범국가적인 탄소중립 추진전략이 제시되고 있다. 특히 국가별 상황과 여건을 반영한 온실가스 흡수원으로서 산림 및 목재의 기여도가 부각되고 있다. 목재의 이용은 저장효과에 따른 직접적인 탄소저감뿐만 아니라 철, 콘크리트 등 탄소집약재료를 대체하여 온실가스 배출을 감소시키는 간접적인 효과도 기대할 수 있다. 이러한 효과를 정량화하기 위해서는 용도, 기능, 가격에 따른 대체재 선정과 생산단계까지 얼마나 많은 자원 및 에너지 투입이 필요한지에 대한 환경정보 구축이 선행되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 전과정평가 방법론을 적용하여 장수명 용도로 이용되는 구조용 제재목의 전과정목록(LCI, Life Cycle Inventory) DB를 구축하고자 한다. 단, DB의 환경영향 결과를 정량적인 수치로 도출하기 위해서 전과정 영향평가 및 해석 단계를 함께 수행하였다. LCI DB의 시스템경계는 원료채취부터 제조단계(CtG, Cradle to Gate)까지로 하여 추후 제품(목조건축물, 목조시설)의 전과정평가 수행 시 투입 제재목의 상위흐름 환경영향을 타당하게 포함할 수 있도록 하였다. 일반적으로 제재목은 제재, 건조, 가공 공정으로 구분되며, 건조공정이 환경영향의 80% 이상을 차지하는 주요 공정이므로 현장 데이터 수집을 바탕으로 건조 에너지원 개선 시의 환경적 이득을 분석하였다. 산정결과, 기존 건조열원인 LNG를 목재펠릿으로 대체할 경우 약 50% 이산화탄소를 적게 배출하는 것으로 평가되었다. 본 연구결과를 바탕으로 목재제품 온실가스 대체효과 정량화 및 환경성적표지인증 등 관련 제도와의 연계를 통한 친환경성 정립으로 국산 목재제품의 이용활성화가 가능할 것으로 기대된다.

국산 구조용 집성재의 환경부하 정량화를 위한 온실가스 배출량 분석

장윤성 ( Yoon-seong Chang ),김세종 ( Se Jong Kim ),손휘림 ( Whi-lim Son ),이상준 ( Sang-joon Lee ),심국보 ( Kug-bo Shim ),여환명 ( Hwan Myeong Yeo ),김광모 ( Kwang-mo Kim ) 한국목재공학회 2016 목재공학 Vol.44 No.3

본 연구의 목적은 국산 구조용 집성재를 대상으로, 제조과정의 탄소배출을 정량화하고 탄소배출 저감방안을 제시하는 것이다. 총 2개소의 구조용 집성재 제조업체를 대상으로 원료, 수송, 제조 공정, 제조에 의한 에너지소비량 등을 현장 실사하였다. 현장에서 수집한 자료 및 구축된 전과정목록과 같은 관련문헌을 토대로 단위부피당 탄소배출을 정량화하였다. 국산 구조용 집성재의 제재 및 건조, 집성 공정별 온실가스 배출결과는 각각 31.0, 109.0, 94.2 kg CO2eq./m3으로 나타났다. 수입 구조용 집성재와 비교하였을 때 약 13% 온실가스를 적게 배출하는 것으로 나타났다. 또한 기존의 건조 에너지원을 바이오매스로 전환시에는 기존 대비 37%의 온실가스를 감축하여 친환경성을 제고할 수 있을것으로 판단되었다. 본 결과는 향후 목조주택의 환경성을 규명하기 위한 전과정평가 수행 시, 투입된 목재제품의 전과정목록분석을 위한 기초자료로 활용될 것으로 기대된다. This study was aimed to quantify the amount of carbon dioxide emissions and to suggest suitable plans which consider the carbon emission reduction in the manufacturing process of the domestic structural glued laminated timber. Field investigation on two glued laminated timber manufacturers was conducted to find out material flow input values such as raw materials, transportation, manufacturing process, and energy consumption during manufacturing process. Based on the collected data and the relevant literatures about life cycle inventory (LCI), the amount of carbon dioxide emission per unit volume was quantified. Results show that the carbon dioxide emissions for sawing, drying and laminating process are 31.0, 109.0, 94.2 kg CO2 eq./m3, respectively. These results show 13% lesser amount of total carbon dioxide emissions compared with the imported glued laminated timber in Korea. Furthermore, it was decreased about 37% when the fossil fuel would be replaced with biomass fuel in drying process. Findings from this study is effectively used as the basic data on the life cycle assessment of wooden building.

목조주택 온실가스 배출량 평가를 위한 간이 전과정평가 툴 개발

장윤성 ( Yoon-seong Chang ),김세종 ( Sejong Kim ),손휘림 ( Whi-lim Son ),정순철 ( Soon-chul Jung ),신현경 ( Hyun-kyeong Shin ),심국보 ( Kug-bo Shim ) 한국목재공학회 2017 목재공학 Vol.45 No.5

본 연구에서는 목조건축 전과정평가의 접근성과 활용성을 높이고자 간이 전과정평가 툴(simplified LCA)을 개발하고 이를 검증하기 위하여 전과정평가(LCA) 상용프로그램(Simapro.7)과의 비교를 수행하였다. 전과정목록을 바탕으로 환경영향을 평가한 결과, 대상 목조주택 1동의 전과정평가 결과와 간이 전과정평가 툴의 결과는 약 1% 정도로 나타났다. 따라서, 간이 전과정평가 툴을 통한 목조건축의 온실가스 배출량 분석이 가능할 것으로 판단되며, 사용자 편의를 기반으로 사례추가를 통한 국내 목조건축 환경영향 데이터베이스 구축에 이용될 수 있을 것으로 생각된다. 또한 목조건축 건설에 따른 온실가스 저감효과는 시공단계까지 온실가스 배출량의 약 53%를 상쇄하는 효과를 가지는 것으로 평가되었다. 본 연구결과는 목조주택의 친환경적 이미지 제고를 통한 목조주택 보급확대 정책을 지원할 수 있는 근거로써 임업분야 신기후체제 대응에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. In this study, simplified LCA (life cycle assessment) tool was developed to increase accessibility and availability on LCA timber construction. The result of simplified LCA was compared with commercial program on LCA (Simapro.7) to verify its availability. As a result of evaluating environmental impacts with the Life Cycle Inventory of all processes, gap between LCA and simplified LCA tools of timber construction was about 1%. Therefore, the simplified LCA tool could analyse greenhouse gas emissions of timber construction and to expand number of data set through improved conveniency of users for developing database of timber construction in Korea. The reduction effects of greenhouse gas emissions of timber construction was about 53% of total emission offset up to construction phase. The results of this study would support decision making process to expand to timber construction policy to showcase environmental friendliness of timber construction. It was expected to contribute to response to the New climate regime in forestry.

적외선열화상과 온도차비율법을 이용한 목조 주택의 열환경평가

장윤성 ( Yoon Seong Chang ),엄창득 ( Chang Deuk Eom ),박준호 ( Jun Ho Park ),이전제 ( Jun Jae Lee ),박주생 ( Joo Saeng Park ),박문재 ( Moon Jae Park ),여환명 ( Hwan Myeong Yeo ) 한국목재공학회 2010 목재공학 Vol.38 No.6

적외선 열화상 기술은 물체의 표변에서 방사되는 적외선을 검출하여 그 물체의 표면온도 분포를 나타내는 기술로서 물체의 내부 상태도 간접적으로 표현할 수 있다. 이 기술은 광범위한 분야에서 피사체의 불리적 손상이 허락되지 않을 경우 사용되고 있다. 본 실험에서는 "적외선 촬영법에 의한 건축물 단열 성능 평가 방법"(KS F2829)에 의거하여 결함부위 온도차 비율법(TDR: Temperature Difference Ratio)라는 지표로 국립산림과학원 내 목조주택의 단열성능을 평가하였다. 실험을 위한 공간을 목조주택의 2층 방으로 정하고 적외선 카메라로 방의 실내와 실외의 표면온도를 측정하였다. 열화상 이미지를 이용하여 모서리 부분과 창을 통한 열손실을 정량적으로 파악할 수 있었으며 육안으로 확인 불가능한 열손실 결함부위를 탐지할 수 있었다. 이를 바탕으로 기존목조주택의 열환경성능 제고를 위한 개·보수시 도움이 될 것으로 기대된다. Infrared (IR) thermography which is the technique for detecting invisible infrared light emitted by objects due to their surface thermal condition and for producing an image of the light has been applied in various field without damaging the objects. It also could be used indirectly to examine the inside of an object. In this study, insulation property of wooden house in Korea Forest Research Institute (KFRI) was evaluated with according to "Thermal performance of building - Quantitative detection of thermal irregularities in building envelopes - infrared method (KS F2829)". This method uses "Temperature Difference Ratio (TDR)" between outdoor wall surface and indoor wall surface of wooden building for evaluating its thermal performance. The thermal performance of a room on the 2nd floor of the wooden house was focused in this study and IR thermography on the indoor and outdoor surface of the house was captured by lR camera. Heat loss from the corner and the window of the wooden house as well as wall of the house was quantitatively evaluated and the invisible heat loss in the wall was detected. It is expected that the results from this study could contribute to improve the wooden building energy efficiency.

목재이용 가치사슬분석에 따른 탄소저장량 증진효과 평가

장윤성 ( Yoon-seong Chang ),한희 ( Hee Han ),김영환 ( Young-hwan Kim ),전상진 ( Sangjin Chun ) 한국목재공학회 2022 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2022 No.1

전 세계는 탄소중립 사회로의 전환을 가속화하면서 탄소국경세 도입, 배출규제 강화, 신재생에너지 이용확대와 더불어 탄소흡수원으로서 산림과 목재의 역할에 주목하고 있다. 탄소흡수원을 증진하기 위한 산림조성·관리전략 마련 및 산림자원을 효율적으로 이용하기 위하여 단계적·순환이용 원칙에 기반한 목재이용 전략을 수립하고 있다. 특히 산림의 지속가능성 내에서 생산된 장수명(long-lived) 목재제품은 탄소를 저장하고 화석자원 기반 탄소집약재료를 대체함으로써 국가 탄소중립 목표에 기여할 수 있다. 특히 기존 온실가스 배출원인 건설부문을 탄소흡수원으로 전환하고자 건축용 목재제품의 이용을 확대하기 위한 탄소저장 및 온실가스 배출량 등 환경에 미치는 영향을 정량화하여 기존 제품 대비 우수성을 입증할 필요가 있다. 또한 생산단계에서 발생하는 부산물인 목분이나 죽데기 또한 수집·관리체계 마련을 통하여 에너지원 및 섬유판이나 파티클보드와 같은 목질판상재의 원료로의 이용을 확대한다면 탄소저장 기간의 연장 및 화석연료의 대체효과를 기대할 수 있다. 본 연구에서는 ‘2050 탄소중립 산림부문 추진전략’ 내 흡수량 증진 시나리오를 기반으로 목재이용 확대 정책(①구조용 제재목 이용 증진 및 ②제재부산물의 목질판상재 등 소재이용 확대)에 따른 탄소저장효과를 분석하였다. 국산원목으로 생산한 목재제품의 탄소저장량 산정 결과, 전체 국산 재제목 중 구조용 제재목 이용 비율 및 제재부산물의 목질판상재 원재료 등 소재로의 이용을 확대할 경우, 약 10%의 추가적인 탄소저장량을 확보할 수 있는 것으로 평가되었다. 본 연구결과는 건축물의 목재제품 탄소저장량 표시제도 및 목재자원 순환이용 증진정책 수립에 기초자료로 활용가능할 것으로 기대된다.

산림분야 탄소흡수원 확충을 위한 목재제품 탄소계정 평가

장윤성 ( Yoon-seong Chang ),전상진 ( Sangjin Chun ),엄창득 ( Chang-deuk Eom ),김민지 ( Min-ji Kim ) 한국목재공학회 2020 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2020 No.1

신기후체제가 시작되면서, 수확된 목재제품(Harvested Wood Products; HWP)은 기존의 입목을 포함한 토양, 낙엽층, 고사목 등과 함께 산림부문 탄소저장고로 인정받고 있다. 이와 관련한 목재제품 탄소산정 방법이 IPCC 2006 가이드라인부터 제시되어왔으나, 기초자료의 부족으로 온실가스 통계를 산정하지 못하였다. 따라서 본 연구에서는 국내에서 수집되고 있는 목재제품 관련 통계자료를 조사하여 활동자료(activity data)로 활용가능한 통계자료를 제시하였다. 또한 이를 바탕으로 30여년(1990-2018)동안의 국산목재제품의 이용에 따른 탄소축적량을 평가하였다. 대상 목재제품으로는 제재목과 목질판상재인 합판, 파티클보드, 섬유판과 종이 및 판지를 포함한 종이제품을 선정하였다. 목재제품 관련 국가 통계자료인 ‘임업통계연보’와 ‘목재이용실태조사’를 비교분석하여 제품별 생산량과 생산수율, 원재료비율, 국산재비율을 도출하였다. 목재제품의 탄소축적량 평가방법으로 2006 IPCC 지침의 ‘축적차이법(stock-change method)’를 적용하였다. 기본밀도, 탄소분율, 반감기는 IPCC에서 제시한 기본값을 이용하였다. 산정결과, 국산 목재제품 이용에 따라 약 100만 tCO₂ 의 이산화탄소를 저장하는 것으로 평가되었다. 이러한 연구결과를 바탕으로 목재제품의 온실가스 저장효과의 정량화 및 이를 통한 친환경성 정립으로 국산 목재제품의 이용활성화가 가능할 것으로 기대된다.

축소모형 실험을 통한 벽체의 열관류 측정

장윤성 ( Yoon Seong Chang ),김세종 ( Sejong Kim ),심국보 ( Kug Bo Shim ),이상준 ( Sang Joon Lee ),한연중 ( Yeonjung Han ),박용건 ( Yonggun Park ),여환명 ( Hwanmyeong Yeo ) 한국목재공학회 2015 목재공학 Vol.43 No.6

구조용 부재의 단열성능에 대한 적절한 평가와 냉난방에너지에 대한 합리적 제어는 건물의 에너지효율을 향상시키기 위하여 매우 중요하다. 한국의 일반적인 주택 난방방식은 바닥난방이다. 이와 같은 복사난방방식은 국내의 지정학적인 조건 또는 기후에 적합할 뿐만 아니라 온열감에 따른 정서적 안정감을 준다는 장점을 가진다. 국내의 바닥난방시스템을 적용하여, 목조공간과 콘크리트조 공간을 대상으로 축소모형을 제작하였다. 천장은 스티로폼으로 단열하고 벽과 바닥은 각각 합판과 콘크리트로 구성하였다. 바닥에는 난방필름을 부착하였다. 바닥난방에 따른 실내의 온도분포는 열전대로 측정하였고, 벽체 표면의 온도는 적외선 열화상 카메라로 측정하였다. 목조주택의 에너지효율 향상을 위한 데이터베이스 구축을 위해 축소모형의 단열성능을 평가하였다. 다양한 벽체와 바닥구성을 지닌 모형들의 단열성능평가 자료는 실제 주택의 열환경 분석시 참고기준으로 이용될 수 있을 것으로 기대된다. Appropriate evaluation of thermal insulation property of structural member and valid control of cooling/heating energy are important for improving building’s energy efficiency. The typical heating system of house in Korea is the floor heating one. The radiation heating system is not only appropriate to climate and geographic conditions of Korea, but also advantageous to provide emotional comfort by the warm feeling of floor. Based on living conditions in Korea, scaled models of the wooden house and concrete house were designed. The ceiling was made of styrofoam insulation and the four sided walls and bottom were made of plywood and concrete, respectively. The floor was heated by heating film. Indoor vertical temperature distributions by floor heating system were measured by thermocouple, and surface temperatures on walls were measured by infrared thermography. Also, thermal insulation property of wooden wall was evaluated to build database for improving energy efficiency of wooden building. It is expected that collected data during tests of various types of floor and wall composition could be referenced for evaluating thermal environment of actual conditions of houses.

잣나무열처리재의 흡방습성능에 미치는 영향인자 분석

장윤성 ( Yoon Seong Chang ),한연중 ( Yeon Jung Han ),엄창득 ( Chang Deuk Eom ),박주생 ( Joo Saeng Park ),박문재 ( Moon Jae Park ),최인규 ( In Gyu Choi ),여환명 ( Hwan Myeong Yeo ) 한국목재공학회 2012 목재공학 Vol.40 No.1

최근 만들어지고 있는 거주공간은 단열성능 향상을 통한 냉난방 에너지 절약을 위하여 더욱 기밀해지고 있다. 이로 인해 일상생활 중에 발생하는 수분의 인위적인 배출과 외부공기의 인위적인 유입이 줄어듦에 따라 건축내 장재의 자연조습기능에 대한 관심이 증대하고 있다. 본 연구에서는 열처리된 잣나무의 흡·방습성능올 평가하고 이에 영향을 미치는 인자들을 분석하였다. 상대습도 변화에 따른 평형함수율과 흡·방습률을 측정하였고, 조도(거칠기)와 미시적 표면형상. 그리고 FT-IR spectrum과 흡방습성과의 관계를 고찰하였다. 본 연구결과는 거주공간의 조습성능 정량화 평가시스템 구축을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것이라 기대된다. A high airtightness is required for the residential spaces constructed recently to save cooling and heating energy through improving insulation performance. Because the chances to release steam formed by human activity in building and inflow of water vapor in outdoor air to residential space are reduced, the natural humidity control performance of interior materials has become more important. In this study, hygroscopic performance of thermo-physically treated wood (Pinus koraiensis) was estimated. At various relative humidity condition, the water vapor adsorption and desorption rates of wooden materials were measured as well as equilibrium moisture content. Effects of roughness and surface microstructure as physical factors and functional groups as chemical factors on the hygroscopicity were analyzed. It is expected that the results from this study and further study of measuring moisture generation in residential spaces could contribute to install a system for evaluating the hygrothermal performance of wooden building.

국산 참나무류의 이용활성화를 위한 건조특성 및 가공수율 평가

장윤성 ( Yoon-seong Chang ),신현경 ( Hyun-kyeong Shin ),김세종 ( Sejong Kim ),한연중 ( Yeonjung Han ),김민지 ( Min-ji Kim ),엄창득 ( Chang-deuk Eom ),이영근 ( Young-geun Lee ),심국보 ( Kug-bo Shim ) 한국목재공학회 2017 목재공학 Vol.45 No.5

본 연구에서는 국산 참나무류의 고부가가치재 이용기술 개발을 위해 굴참나무와 신갈나무를 대상으로 입목으로부터 마루판재까지의 가공수율을 조사하였다. 또한 참나무류 건조시간 단축을 위한 건조스케줄의 개선 및 물성평가를 수행하였다. 건조시간은 총 173시간이 소요되었으며, 최종함수율은 굴참나무 5.39%, 신갈나무 4.17%로 측정되었다. 건조에 따른 굴참나무와 신갈나무의 재색변화는 ΔE 값이 7∼11으로 현저한 변화를 보였다. 건조에 따른 수축률은 굴참나무의 경우, 접선방향 8.1%, 방사방향 5.0%이었으며, 신갈나무의 경우, 접선방향 8.5%, 방사방향 6.2%로 평가되었다. 제재수율은 30∼40%, 최종제품수율은 8∼15%로 평가되었다. 본 연구에서 조사된 참나무류의 가공특성은 아직까지 저이용되고 있는 국산 활엽수의 효율적인 생산계획을 수립하는데 기여할 수 있을 것으로 기대된다. In order to develop value-added utilization technology of domestic oaks the processing yield rate from the standing tree to the flooring material for the Quercus variabilis and Quercus mongolica were investigated. Also, to reduce drying time, improved drying schedule was applied and the physical properties were measured. The drying time was 173 hours in total, and the final moisture content was 5.39% (Quercus variabilis) and 4.17% (Quercus mongolica). The color difference of oak lumber before and after drying showed a significant change as ΔE value from 7 to 11. The shrinkage rates of Quercus variabilis and Quercus mongolica during drying were 8.1% and 8.5% in the tangential direction and 5.0% and 6.2% in the radial direction, respectively. The lumber manufacturing yield rate of sawn lumber was 30 to 40% and that of the final product was 8 to 15%. It is expected that the processing characteristics of the Quercus species investigated in this research could contribute to formulate an efficient production plan of domestic hardwoods that are still under utilization.