외단열 시스템 적용에 따른 공동주택 외피의 에너지성능 평가

Abstract

공동주택은 상업용 건물과는 달리 내부발열이 적고, 난방부하의 비중이 매우 크며, 외피부하 지배형 건물로 에너지 절약을 위해서는 외피 단열이 무엇보다 중요하다. 국내 공동주택은 시공이 용이하고 공사비가 상대적으로 저렴한 내단열 시스템을 주로 적용하고 있는데, 내단열 시스템은 벽과 슬라브, 벽과 벽 접합부 등에서 단열재가 불연속 되므로 열교가 형성되어 에너지 손실이 발생하게 된다. 또한 공동주택에는 난방용 온수배관이 바닥에 설치되므로 구조체를 통한 실외로의 전도 열손실 방지가 매우 중요함에도 불구하고 벽과 슬라브 접합부 열교부위를 통해 매우 큰 전도 열손실이 발생하고 있는 실정이다. 반면, 외단열 시스템의 경우 구조체 외측에 단열재를 설치하므로 벽과 슬라브, 벽과 벽 접합부 등에서도 단열재가 연속되어 열교발생을 근원적으로 차단할 수 있으며, 콘크리트 벽체 등과 같은 축열재가 단열재 내측에 위치하게 되어 축열에 의한 난방효율 향상이 기대된다는 장점이 있다. 또한 공동주택은 우리나라에서 가장 대표적인 주거용 건물이고 정형화된 형식으로 설계, 시공되어 동일 혹은 유사 부위가 대부분 반복적으로 나타나므로, 국내 공동주택에 적합한 외단열 시스템의 설계, 시공법이 개발된다면 적용성 및 에너지절약 가능성은 매우 클 것으로 예상된다. 따라서 본 연구에서는 국내외 외단열 시스템 현황을 살펴보고, 실제 공동주택을 대상으로 열화상 촬영을 통해 기존 내단열 및 외단열 시스템 적용시의 동계 열손실 정도를 비교해 보았다. 그리고 국내 공동주택에서 가장 대표적인 열교부위라고 할 수 있는 기준층 전면 외벽-슬라브 접합부, 측벽-슬라브 접합부, 후면 외벽-슬라브 접합부를 대상으로 연중 난방용 온수공급을 포함하지 않은 경우와 설정 조건대로 난방용 온수공급을 포함한 경우 각각에 대해 3차원 연간 비정상상태 전열해석을 실시하여, 기존 내단열 및 외단열 시스템 적용시의 연간 손실열량을 파악함으로써 에너지절약 측면에서 외단열 시스템의 구체적 적용 타당성을 평가해 보고자 하였다. 한편 공동주택 외벽에 외단열 시스템을 적용할 경우 최상층 부위 외벽-지붕 슬라브 접합부에서의 단열 처리에 대한 검토 역시 필요하므로, 여러 형태의 외단열 시스템 적용 대안에 대한 에너지성능 및 시공성을 종합적으로 비교 평가하여 공동주택 외벽에 외단열 시스템 적용시 외벽-지붕 슬라브 접합부에서의 적정 단열설계안을 제시하였다. 공동주택에서 가장 대표적인 열교부위라고 할 수 있는 기준층 전면 외벽-슬라브 접합부(A부위), 측벽-슬라브 접합부(B부위), 후면 외벽-슬라브 접합부(C부위)를 대상으로 기존 내단열 및 외단열 시스템 적용시의 연간 손실열량을 파악한 결과, A, B, C부위에 외단열 시스템 적용시 난방용 온수공급을 포함하지 않은 경우 손실열량 즉, 난방부하는 각각 6.7%, 37.0%, 12.2% 감소하고 획득열량 즉, 냉방부하는 각각 4.6%, 45.9%, 11.3% 감소하였다. 또한 난방용 온수공급을 포함한 경우 손실열량은 각각 4.2%, 29.3%, 7.1% 감소하고, 획득열량은 5.1%, 11.3%, 7.3% 증가하여 난방효율 역시 향상되는 것으로 나타나 에너지절약 측면에서 외단열 시스템의 적용 타당성은 충분한 것으로 나타났다. 또한 최상층 부위 외벽-지붕 접합부에서의 단열처리 대안간 비교평가 결과, case 1(파라펫 부위를 포함하여 지붕 슬라브 상부를 전부 단열한 경우)이 case 2(파라펫 벽체와 지붕 슬라브 상부 단열)에 비해 에너지성능이 더 좋은 것으로 나타났으며, 시공면에서는 두 가지 경우 모두 내단열 시스템이 적용되는 기존안과 비교하여 구조체 공정 순서에 영향을 미치지 않고 시공을 위해 별도의 기술이나 장비가 필요하지 않으며, 충분한 지식과 경험, 시방관련 도서들이 갖춰져 있으므로 어렵지 않게 시공할 수 있는 것으로 판단된다.;In apartment buildings, which are the most common type of residential buildings in Korea, hot water pipes used for heating are installed on the slab. The IIS (Internal Insulation System) is typically applied in most Korean apartment buildings. Consequently, there are many cases in which the layer of insulation is disconnected by the structural components at the joints of the wall-slab and wall-wall in the envelope. These joints become thermal bridges where the risk of inside surface condensation and eat loss increases. In particular, the amount of heat loss is significant at joints that are adjacent to hot water pipes used for heating. It is expected that the EIFS (External Insulation and Finish System) is the solution to this problem. In this study, a survey is carried out on the condition of EIFS in the current market. The front wall-slab joint, the side wall-slab joint and the rear wall-slab joint of an apartment building that has been recently completed were selected as typical thermal bridges. Annual heat losses and gains through the rear wall-slab joint of apartment building in both cases of applying IIS and EIFS were calculated by three-dimensional annual transient heat transfer simulation. Firstly, from the results, it was found that the application of EIFS to the front wall-slab joint could reduce the amount of insulation by 47.4%. Annual heat loss and gain in the case where hot water supply for heating was not modeled, in other words, heating and cooling loads were reduced by 6.7% and 4.6%, respectively. In the case where hot water supply for heating was modeled, it was found that the application of EIFS could reduce annual heat loss by 4.2% and increase annual heat gain by 5.1%. Secondly, in the case of side wall-slab joint with EIFS, 37.0% and 45.9% decrease of annual heat loss and gain when hot water supply for heating was not modeled was obtained by increasing the amount of insulation by no more than 4.9%. And in the case where hot water supply for heating was modeled, it was found that the application of EIFS could reduce annual heat loss by 29.3% and increase annual heat gain by 11.3%. Lastly, it was found that the application of EIFS to the rear wall-slab joint could reduce the amount of insulation by 35.6%. Annual heat loss and gain in the case where hot water supply for heating was not modeled, in other words, heating and cooling loads were reduced by 12.2% and 11.3%, respectively. In the case where hot water supply for heating was modeled, it was found that the application of EIFS could reduce annual heat loss by 7.1% and increase annual heat gain by 7.3%.