https://dspace.ewha.ac.kr/handle/2015.oak/171232 Sat, 04 Apr 2026 15:09:46 GMT 2026-04-04T15:09:46Z https://dspace.ewha.ac.kr/handle/2015.oak/236080 Title: 고온 하에서 철근콘크리트 골조 구조체의 구조 성능에 관한 연구 Ewha Authors: 윤현아 Abstract: According to the technological development of high-rise and large structures, there is much interest in the safety of buildings and the performance of structures against disasters such as fire, earthquake and typhoon. Especially in recent years, large fire accidents are occurring in many times, it is important to understand thermal and structural behaviors of the normal strength concrete structures under fire. Many experimental and analytical studies have been carried out on various structural elements such as slab, beam, wall, and column. However, frame researches have not been investigated because there are many experimental and economical limitations in constructing and testing frames under fire. In addition, thermal and structural behaviors at joints are also difficult to understand in the unit members. Therefore, it is important to understand thermal and structural behaviors of the reinforced concrete frame by conducting fire tests. In the experiments, RC frame is fabricated with concrete strength of 26MPa. After curing, specimens are heated on one surface with ISO-834 standard time-temperature curve for 2 hours and temperature distributions during the fire test are measured using thermocouples inside the RC frame. To verify the experiments and to know the structural behaviors of fire damaged concrete frame, finite element(FE) models are generated for coupled temperature-displacement analyses and structural analyses. These results are applied to the designed structures, and estimated the thermal and structural behavior of buildings according to various influence factors. The results of this study can be used as a basic data for understanding the thermal and structural behavior of various building structures in the future.;기술 발전에 따른 구조물의 고층화, 대형화에 따라 화재, 지진, 태풍 등 재난에 대한 건축물의 안전도 및 구조물의 성능에 많은 관심이 생기고 있다. 특히 최근 들어 대형 화재 사고가 많이 발생함에 따라, 국내에서 주로 쓰이는 일반강도 철근콘크리트 구조물의 열적 및 구조적 거동을 파악하는 것이 중요한 문제로 대두되었다. 화재에 의한 건축물의 피해 예방 및 거동 파악을 위해 건축물을 이루고 있는 슬래브, 보, 벽체, 기둥 등 주요 부재 단위에서의 실험 및 해석적 연구가 다양하게 수행되어 왔으나, 구조체를 제작하여 실험하는 것에는 많은 실험적, 경제적 한계가 있어 각 부재를 조합한 구조체로서의 연구는 거의 수행되어지지 않고 있는 실정이다. 또한 접합부에서의 열적 및 구조적 거동 역시 부재 단위의 연구에서는 파악하기 힘들고 부재의 열적 및 구조적 거동과 접합부의 열적 및 구조적 거동의 관계를 같이 파악할 수 있는 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 슬래브, 벽체, 보, 기둥의 각 부재가 조합된 1층 규모의 일반강도 철근콘크리트 골조 구조체를 제작하여 화재실험을 수행하고, 열전대를 부착하여 실험체의 부재별, 접합부 위치별 온도분포를 확인하였다. 그 결과를 바탕으로 하여 기존에 수행되어진 단일 부재의 온도분포 결과와 비교 분석 연구를 수행하였고, 유한요소 해석프로그램인 ABAQUS 6.10-3을 사용하여 해석연구를 수행하였다. 이를 통하여 화재 중 거동과 화재 후 거동을 검증하고 예측하였다. 부재 단위에서 머무르지 않고 구조체 단위에서의 실험 연구를 통하여 구조체 단위에서의 결과를 파악하였고, 이를 실제 설계된 구조물에 적용하여 실제 구조체의 크기에서 다양한 영향인자에 따른 건축물의 열적 및 구조적 거동을 예측하였고, 이러한 연구결과를 통해 향후 다양한 건축 구조물의 열적 및 구조적 거동을 파악하는 데 기초자료로 활용할 수 있다. Sun, 01 Jan 2017 00:00:00 GMT https://dspace.ewha.ac.kr/handle/2015.oak/236080 2017-01-01T00:00:00Z https://dspace.ewha.ac.kr/handle/2015.oak/236077 Title: 온도차이비율과 열관류율 기준을 고려한 공동주택 삼중유리 창의 경제적 설계안 Ewha Authors: 김민희 Abstract: Windows are essential component that provide vision, daylight, passive solar heat gain, natural ventilation in a multi-family house. However, they have considerable effects on both energy consumption and thermal comfort in building due to their lower thermal performance compared to other components of building envelope. In addition, when the internal surface temperature of the window lowered in the winter, the indoor air temperature may be locally lowered to cause radiation and convection imbalance or condensation to cause secondary damage related to the internal thermal environment such as damages to the finishing material and mold. So it is important to find cost-effective window design to achieve better performance of energy and comfortable indoor environment. And considering the energy performance of the building and the indoor thermal comfort, the internal surface temperature and thermal transmittance are important factors. The purpose of this study is to find effective ways to improve the condensation resistance(indoor surface temperature) and thermal insulation performance(thermal transmittance) of triple glazing windows, which can satisfy the required temperature difference ratio(TDR) of the Design Standard for Preventing Condensation in Apartment Buildings and the required thermal transmittance(U-factor) of the Construction Standards for Energy-efficient Green Home. Various alternatives were selected for the tilt & turn triple glazing window directly facing to the exterior in apartment buildings. Both TDR and U-factor were calculated by using heat transfer simulations. As results, glazing and frame technologies were derived, which are effective to improve the condensation resistance and thermal insulation performance. Also, alternatives were suggested, which satisfy the required TDR and U-factor by region considering the cost-effectiveness. To improve the condensation resistance and thermal insulation performance, thermally improved spacer and low-emittance coatings are essential in the triple glazing unit, and the design filling argon gas only is not suitable. The frame design which can improve the structure of the frame and thermal bridge at the edge of the glass and frame was also effective. In this paper, the design for extending the glass overlapping height of the frame and sash is suggested as thermally improved frame design. The design for extending the glass overlapping height of the frame is economical because it is more cost-effective than that of the conventional frame design which need to higher performance of glazing unit design with similar performance of condensation resistance and thermal insulation.;본 연구의 목적은 공동주택에서 조망, 채광, 일사열획득, 환기 등 다양한 이점을 제공하나, 단열재가 설치되는 불투명 외피에 비해 상대적으로 단열성능이 취약하여 건물 에너지 소비에 미치는 영향이 큰 창(Windows)의 결로 방지 및 단열성능을 개선할 수 있는 경제적 설계안을 제안하는 것이다. 연구의 범위는 공동주택에 외기에 직접 접하여 적용되는 창 중 복층유리 이중창보다 성능이 좀 더 취약하다고 할 수 있는 삼중유리 창을 대상으로 하였다. 예비적 고찰의 범위로서 삼중유리 창의 결로 방지 및 단열성능을 개선할 수 있는 설계안들을 도출하기 위하여 창의 성능 향상을 위해 적용되는 기술에 관한 기존 연구를 고찰하여 기초 자료로서 활용하였다. 또한 창의 결로 방지 및 단열성능에 관해 규정하는 국내 기준을 조사함으로써 설계안의 평가와 성능 향상 정도를 비교 분석하는 기준으로 활용하였다. 창의 성능 향상을 위한 기술 현황에 관한 기존 연구를 바탕으로 단열 스페이서, 로이유리, 아르곤 가스 충진, 프레임의 유리 오버랩 높이 연장 등 창의 구성요소인 유리유닛과 프레임에 적용되는 설계변수를 구성하였다. 유리유닛과 프레임의 설계변수에 따라 세 개의 Case별로 24개 유리유닛으로 구성된 총 72개 Case를 설정하였다. 여기서 프레임의 유리 오버랩 높이 연장은 유리 모서리 부위에 국부적으로 열저항을 추가하고, 실내외간 열류경로를 길게 함으로써 열교를 개선한 프레임 설계안이다. 총 72개 설계안 Case에 대해 3차원 정상상태 전열해석을 실시하여 결로 취약 부위인 창 하부 유리 모서리의 표면온도를 계산하고, 결로 방지성능 평가 지표인 온도차이비율을 산정하여 결로 방지성능을 평가하였다. 이후 국내 공동주택의 결로 방지를 위한 설계기준의 요구 결로 방지성능 기준을 만족하는 설계안 Case를 대상으로 창 세트 열관류율을 산정하여 단열성능을 평가하고, 에너지절약형 친환경주택의 건설기준의 요구 단열성능 기준 만족 여부를 함께 파악하였다. 평가 결과, 공동주택 결로 방지를 위한 설계기준의 지역Ⅰ 결로 방지성능과 에너지절약형 친환경주택의 건설기준의 중부지역 단열성능을 함께 만족하는 설계안 5개, 같은 기준의 지역Ⅱ와 중부 및 남부지역을 함께 만족하는 설계안 16개(중부지역 2개, 남부지역 14개), 같은 기준의 지역Ⅲ과 남부 및 제주지역을 함께 만족하는 설계안 21개(남부지역 4개, 제주지역 17개)를 도출하였다. 설계안에 적용된 단열 스페이서, 로이코팅, 아르곤 가스 충진에 따른 성능 향상 경향을 비교했을 때, 유리유닛 설계 시 아르곤 가스 충진 만으로는 성능 향상이 충분하지 못한 것으로 분석되었다. 요구 성능기준을 만족하기 위해서는 유리유닛 설계 시 단열 스페이서와 로이코팅이 필수적이었다. 또한 본 논문에서 제안한 프레임의 유리 오버랩 높이를 연장하여 유리 모서리 열교를 개선한 프레임 설계안 또한 효과적이었다. 결로 방지 및 단열성능을 만족하는 삼중유리 창 설계안의 시공비용을 검토하여, 경제적 설계안을 제안하였다. 이에 따라 지역별 온도차이비율과 열관류율을 만족하면서 시공비용이 경제적인 설계안을 다음과 같이 제안하였다. ● 지역Ⅰ과 중부지역을 함께 만족하는 설계안: 3개 ● 지역Ⅱ와 중부지역을 함께 만족하는 설계안: 3개(위와 동일한 Case) ● 지역Ⅱ와 남부지역을 함께 만족하는 설계안: 4개 ● 지역Ⅲ과 남부지역을 함께 만족하는 설계안: 2개 ● 지역Ⅲ과 제주지역을 함께 만족하는 설계안: 8개 프레임의 유리 오버랩 높이를 연장하는 프레임 설계안은 그렇지 않은 기존 프레임 설계안과 비교했을 때, 유리유닛의 성능이 비교적 더 낮아도 동일한 요구 성능기준을 만족하면서 시공비용이 더 저렴해 경제적인 것으로 나타났다. 따라서 창의 결로 방지 및 단열성능 향상을 위한 경제적 설계를 위해 유리유닛의 성능을 높이는 설계 뿐 아니라 유리 모서리와 프레임의 열교를 개선할 수 있는 프레임 설계에 대해 고려할 필요성이 있으며, 경제성을 가질 수 있을 것으로 제안하였다. Sun, 01 Jan 2017 00:00:00 GMT https://dspace.ewha.ac.kr/handle/2015.oak/236077 2017-01-01T00:00:00Z https://dspace.ewha.ac.kr/handle/2015.oak/236078 Title: 화재 시 철근콘크리트 구조물의 성능에 영향을 미치는 화재 영향 인자의 효과에 관한 연구 Ewha Authors: 류진아 Abstract: 최근 건물의 고층화 및 도심지역 기반시설의 복잡화로 인하여 건물들 간의 상호의존성이 높아져 화재 발생 시 그 피해 규모가 증가하고 있으며, 이러한 대규모의 화재 사고에 대한 대책으로, 신속한 화재 진압 활동 및 대피 활동을 위한 건축물의 구조적 안전성 예측에 대한 관심이 꾸준히 증대되고 있는 실정이다. 이를 위해 실규모의 화재 실험을 통해 화재 시 화염의 양상 및 실내 온도분포를 파악하고 있으나, 화재 실험을 수행하기에는 안전 및 경제적인 이유로 어려움이 많은 실정이다. 이를 보완하기 위해, 최근에는 CFD(Computational Fluid Dynamics) 기반의 화재 전파 예측 기술 및 다양한 구조해석 프로그램을 통해 화재 양상을 예측하고 구조적 거동을 파악하고 있다. 또한 건축물에서 화재가 발생하였을 경우, 화재 양상 및 구조물의 성능 변화에 영향을 미치는 요인이 다양하여 신속한 피해 규모 파악 및 대응이 어려운 실정이다. 따라서 화재 시 화재 양상 및 구조 거동에 영향을 미치는 다양한 인자를 파악하여, 이들이 건축물의 구조 성능 변화에 어떠한 영향을 미치는지 파악할 필요가 있다. 본 연구에서는 개구부의 개폐 여부, 인화물질의 면적, 실의 면적, 지지점 조건을 변수로 하여 화재 시 구조물의 성능 변화를 파악하고자 하였다. 이를 위해 화재 시뮬레이션을 수행하여 각 변수에 따른 실내 온도 분포를 파악하였으며, 유한요소 해석 수행을 통해 각 부재의 내부 온도 및 구조 성능 변화를 파악하였다. 또한 이를 바탕으로 화재 시간에 따른 각 부재의 잔존 구조 성능을 시각적으로 나타내주는 프로그램을 제안하였다. 연구 결과, 개구부가 모두 개방된 경우 화재실에서 높은 온도가 확인되어 화재실에 위치한 부재에서 큰 구조 성능 변화를 보였으나, 창문이 폐쇄된 경우에는 환기의 영향으로 계단실 부근에서 높은 온도 및 큰 구조 성능 변화가 나타났다. 또한, 인화물의 면적이 클수록 실내의 온도가 증가하여 각 부재의 구조 성능 변화가 증가하였다. 실의 면적은 감소할수록 개구부를 통한 복도로의 화재 전파가 증가하여 복도의 온도가 증가하였다. 이에 따른 구조 해석 결과 실의 면적과 관계없이 화재실의 구조 성능 변화는 유사하였으나, 실의 면적이 감소할수록 복도 부재의 구조 성능 변화가 증가하였다. 마지막으로 지지점 조건에 따른 구조 해석 결과, Pin-Roller와 Pin-Pin으로 구속되었을 때는 유사한 구조 성능 변화를 보였으나 Fix-Fix로 구속되었을 때 보다 큰 구조 성능 변화가 확인되었다.;Recently, fire propagation and structural behavior are predicted by using various fire dynamics simulators and structural analysis programs. Also, When a fire occurs in a building, temperature distributions are affected by many environmental factors. That is, structural behavior of the building under fire varies with conditions of building, such as location of fire initiation, opening conditions and the size of inflammable materials. Therefore, there is a need to investigate factors that affect the structural behavior and evaluate how these factors affect structural performance of the structural members. This paper aims at investigating structural performance of reinforced concrete structure according to influencing parameters under fire. Towards that goal, effects of influencing parameters on heat propagation are investigated through the computational fluid dynamics (CFD) model, Fire Dynamics Simulator (FDS). In addition, temperature distribution and residual performance of the structural members are evaluated by finite element method. Finally, on the basis of the results, an automated evaluating method for residual performance of the structural members under fire considering various influencing parameters is developed. As a result, the following results can be drawn. 1) When the openings are opened, maximum temperature is obtained from fire initiated room and structural performance of the structural members in the fire initiated room are greatly reduced. On the other hand, when windows are closed, the temperature and structural performance are changed greatly near stairways. 2) The temperature and structural performance are changed greatly with the size of inflammable materials. 3) As the size of room decreases, fire is moved to corridor and structural performance of the structural members in corridor are dropped greatly. 4) The beam supported with pin-pin shows a similar structural performance when the beams is supported with pin-roller. Also, when the boundary conditions of beam are fixed, the structural performance dropped greatly. Sun, 01 Jan 2017 00:00:00 GMT https://dspace.ewha.ac.kr/handle/2015.oak/236078 2017-01-01T00:00:00Z https://dspace.ewha.ac.kr/handle/2015.oak/236079 Title: 열교 영향을 반영한 금속 패널 커튼월의 외벽 단열 수준별 건물 에너지 성능 평가 Ewha Authors: 오정민 Abstract: 국가 온실가스 감축 목표를 달성하기 위해 건물 부문에서는 냉난방 에너지 소비의 대폭 절감을 주요 목표로 설정하였으며, 이를 위해 요구 열관류율 수준을 크게 강화한 외피 단열 규정을 시행하고 있다. 그리고 이러한 상황은 국가별로 크게 다르지 않다고 할 수 있다. 그러나 실제 건물 외피에는 다양한 열교가 발생하고 있고, 열관류율은 1차원 열전달을 가정하므로 열교를 통한 다차원 열전달을 반영할 수 없어, 단열 규정에서의 요구 열관류율 수준 강화에도 불구하고 실제 단열성능은 이에 못 미치는 경우가 많다. 따라서 외피 단열성능을 실질적으로 강화하기 위해서는 열교 감소가 필수적이다. 한편 강제 트러스를 이용한 금속 패널 커튼월은 시공이 편리하고 비용이 저렴하다는 장점이 있어, 중・대규모 건물에 널리 적용되고 있다. 단열재의 육면을 금속 시트와 몰딩으로 감싼 단열재 내장 금속 패널을 외벽부재로 사용하는 경우, 금속 패널 자체 및 이를 구조체에 고정하기 위한 브라켓, 강제 트러스 등 열전도율이 매우 높은 금속부재가 반복적으로 조립 시공되는 특성상 많은 열교가 발생하여 외피 단열성능의 저하로 이어진다. 금속 패널 간 조인트에서 다수의 열교가 반복적으로 발생하여 단열성능 저하가 크므로 개선이 필요하다. 이에 본 연구에서는 금속 패널 커튼월에서 패널 간 조인트의 열교 영향을 반영한 외벽 단열 수준별 냉난방 에너지 절약 효과를 비교 평가해보고자 하였다. 외벽단열 수준에 대해 현재 적용하고 있는 국내 기준과 더불어 패시브하우스 기준을 토대로 금속 패널 커튼월의 외벽 단열 수준인 열관류율을 변화하였다. 패널 간 조인트 열교 수준을 열교로 인한 열손실이 클 때(기존 금속 패널 커튼월, 기존안)와 열교로 인한 열손실이 크지 않을 때(개선 금속 패널 커튼월, 개선안)로 달리하였다. 이를 토대로 네 개의 평가안을 선정하여 열교 영향을 반영한 건물에너지를 파악하기 위해 동적 에너지해석을 수행하였다. 열교 영향을 반영한 금속 패널 커튼월 건물의 외벽 단열 수준별 에너지 성능을 평가하기 위해 10층 규모 오피스 건물 전체를 대상으로, DesignBuilder v4.5를 이용한 동적 에너지해석을 실시하여 연간 냉난방 에너지소요량을 구해 각각을 비교 평가하고자 한 본 연구의 결론은 다음과 같다. (1) 열교 영향을 반영한 금속 패널 커튼월 건물의 외벽 단열 수준별 에너지 성능을 평가하기 위해 평가안을 설정하였다. CASE 1, 2와 CASE 3, 4는 기존안(알루미늄 몰드) 대비 개선안(플라스틱 몰드)의 동일한 외벽 열관류율 수준에서 열교에 의한 에너지 절약효과를 비교하였고, CASE 1, 3과 CASE 2, 4는 동일한 패널 간 조인트의 열교 수준에서 외벽 단열 수준에 따른 에너지 절약 효과를 비교하였다. 평가대상 건물은 최근 완공된 서울 소재 금속 패널 커튼월 오피스 빌딩으로 하였고, 건물 에너지해석 프로그램은 EnergyPlus를 calculation engine으로 하는 DesignBuilder v4.5를 이용하였다. 평가대상 건물의 외피 구성에서 부위별 열관류율은 현행 단열 규정을 만족하도록 설정하였다. 평가안의 열교로 인한 추가 전열을 모델링하기 위해 열교로 인한 추가 전열계수()를 구한 후 해당 존에 추가 전열계수를 가지되 열용량이 없는 가상의 외벽을 추가로 모델링하여, 존의 외피 전열량 산출 시 반영되도록 하였다. (2) 외벽 열관류율 수준별 열교 영향 평가를 위해 Physibel BISCO v.10.0w을 활용하여 각 선형 열교의 선형 열관류율을 산출하였다. 재료 물성치와 실내외 경계조건은 현행 규정을 참고하여 적용하였다. 선형 열관류율 산출을 위한 전열해석 부위의 cut-off plane은 ISO 10211에서 제시하는 열교부위 모델링 원칙을 반영하여 설정하였다. 수직 선형 열교의 경우 패널과 창 (P-W), 패널과 패널 (P-P) 사이 열교로 구분하여 cut-off plane을 설정하였고, 수평 선형 열교의 경우도 동일한 방식으로 cut-off plane을 설정하였다. 해당 평가 부위에 대해 선형 열관류율을 산출하였다. (3) 외벽 열관류율 수준은 동일하나 패널 간 조인트의 열교 수준이 다른 CASE 1 대비 CASE 2, CASE 3 대비 CASE 4의 패널과 패널 사이 전열량은 각각 평균 29.0%, 42.2%, 패널과 창 사이 전열량은 각각 평균 3.7%, 4.2% 감소하였다. 이에 따른 는 각각 평균 87.6%, 83.9%, 는 각각 평균 11.6%, 11.7% 감소하였다. 이를 통해 패널 간 조인트에서 기존 알루미늄 몰딩을 열전도율이 낮은 플라스틱 몰딩으로 대체한 경우 상당한 열교 감소 효과가 있음을 알 수 있다. 패널 간 조인트의 열교 수준은 동일하나 외벽 열관류율 수준이 다른 CASE 1 대비 CASE 3, CASE 2 대비 CASE 4의 패널과 패널 사이 전열량은 각각 평균 23.0%, 37.6%, 패널과 창 사이 전열량은 각각 평균 3.2%, 3.8% 감소하였다. 단, CASE 3 및 4의 경우, 고성능 단열재의 사용으로 인해 일반 부위의 단열성능이 향상되어 전체 전열량이 감소하였으나, 일반 부위를 통한 전열량이 상대적으로 매우 작아 선형 열관류율은 오히려 에서 각각 평균 18.1%, 53.6%, 에서 각각 평균 10.5%, 10.3% 증가하였다. 실제로 기존 금속 패널에서 총 외벽 전열량 대비 패널과 패널 사이 열교로 인한 전열량의 비율은 외벽 열관류율 수준이 0.26W/㎡K일 때 평균 27.8%에서 외벽 열관류율 수준이 0.15W/㎡K일 때 평균 44.6%로 증가하였고, 개선 패널의 경우에도 2.2%에서 11.4%로 증가하였다. (4) 패널 간 조인트의 열교 수준은 동일하나 외벽 열관류율 수준이 다른 CASE 1 대비 CASE 3, CASE 2 대비 CASE 4의 난방 에너지소요량의 경우 CASE 3은 8.8 kWh/㎡로 CASE 1 대비 2.2% 감소하였고, CASE 4는 6.8 kWh/㎡로 CASE 2 대비 9.0% 감소하였다. 반면, 냉방 에너지소요량의 경우 CASE 3은 CASE 1와 유사한 수준이었고, CASE 4는 10.0 kWh/㎡로 CASE 1 대비 2.9% 증가하는 것으로 나타났다. 난방 및 냉방 에너지소요량을 합한 총 에너지소요량의 경우 CASE 3은 18.2 kWh/㎡로 CASE 1 대비 0.9% 감소하였고, CASE 4는 16.7 kWh/㎡로 CASE 2 대비 2.3% 감소하여 CASE 2와 CASE 4는 총 에너지 절약 측면에서 효과적인 것으로 나타났다. 외벽 열관류율 수준은 동일하나 패널 간 조인트의 열교 수준이 다른 CASE 1 대비 CASE 2, CASE 3 대비 CASE 4의 난방 에너지소요량의 경우 CASE 2는 7.4 kWh/㎡로 CASE 1 대비 17.2% 감소하였고, CASE 4는 6.8 kWh/㎡로 CASE 3 대비 22.9% 감소하여 열교부위 열손실 감소를 통한 난방 에너지 절약 효과가 큼을 알 수 있다. 반면, 냉방 에너지소요량의 경우 CASE 2는 9.7 kWh/㎡로 CASE 1 대비 3.0% 증가하고, CASE 4는 10.0 kWh/㎡로 CASE 3 대비 5.8% 증가하는 것으로 나타났다. 이는 외벽의 단열성능이 향상되어 하계 내부발열 및 일사 획득열량의 외벽을 통해 손실되는 양이 오히려 감소하여 나타난 결과이다. 난방 및 냉방 에너지소요량을 합한 총 에너지소요량의 경우 CASE 2는 17.1 kWh/㎡로 CASE 1 대비 6.8% 감소하였고, CASE 4는 16.7 kWh/㎡로 CASE 3 대비 8.1% 감소하였다. CASE 3 대비 CASE 4의 난방 에너지소요량의 절감률은 4.1절에도 논의했듯이 일반부위 단열 성능이 향상된 경우, 열교 감소를 통한 에너지 절감률이 다소 증가하였다. 이를 통해 패널 간 조인트 열교 수준을 기존 알루미늄 몰딩에서 열전도율이 낮은 플라스틱 몰딩으로 대체한 경우 열교 부위를 통한 열손실 감소가 있음을 알 수 있다. 본 연구에서는 금속 패널 커튼월에서 패널 간 조인트의 열교 영향을 반영한 외벽 단열 수준별 냉난방 에너지 절약 효과를 비교 평가해보고자 하였다. 특히 단열성능이 강화된 패시브하우스 수준 외벽 열관류율을 가지는 경우 열교로 인한 열손실 비율이 매우 커져, 향후 외벽 단열성능이 강화될수록 금속 패널 커튼월의 패널 간 조인트에서 열교에 대한 고려가 반드시 필요할 것으로 판단된다.;To achieve a national target of greenhouse gas reduction in the building sector, heating and cooling energy savings is as a major goal, and the government has reinforced insulation regulations, which mandate a strengthened U-value. Other countries around the world are also facing similar situations. However, various thermal bridges occur in actual building envelopes. Despite strengthening a required U-value, it is often the case that the actual insulation performance does not live up to the required U-value because the U-value, which assumes one-dimensional heat transfer, cannot reflect the multidimensional heat transfer through thermal bridges. Thus, it is essential to reduce thermal bridges to reinforce the actual insulation performance of building envelopes. Meanwhile, easy-to-install metal curtain walls are increasingly used because high-rise buildings are becoming more common. A large number of thermal bridges occur in metal curtain walls because a multitude of metal materials with an extremely high thermal conductivity are installed in the walls. Although metal panel curtain walls use insulation-embedded metal panels, which cover insulation materials with metals as major exterior wall materials, and are widely adopted in buildings in general because they are easy to install and affordable, it is necessary to address a thermal bridge issue because multiple thermal bridges repeatedly occur in metal panel joints and significantly reduce the insulation performance. This study aims to evaluate of building energy savings potential for metal panel curtain wall building by considering thermal bridges according to U-value level of envelope. Varied U-value level of envelope for metal panel curtain wall were factored in based on the standard of passive house for requirement as well as currently applied domestic standard. The thermal bridge level of joint between panels was classified into two cases: One where thermal bridge generated much heat loss (existing metal panel curtain wall, existing method), and the other where thermal bridge caused a little heat loss (improved metal panel curtain wall, improved method). Based on this, four cases for evaluation were set, and dynamic energy simulation was conducted to evaluate the building energy considering the influence of thermal bridge. To assess energy performance by U-value level of envelope of building with metal panel curtain wall considering the effect of thermal bridge, the annual energy use for heating and cooling was calculated for the ten-story office building by conducting dynamic energy evaluation via DesignBuilder v4.5. The conclusion of this study on comparing and evaluating four cases is as follows. (1) Four cases were set to assess energy performance of building with metal panel curtain wall considering the effect of thermal bridge. Energy saving potential by thermal bridge of existing method against improved method was compared for case 1 vs. 2 and case 3 vs. 4 under the condition of the same U-value level of envelope. Energy saving potential of varied U-value level of envelope was compared for case 1 vs. 3 and case 2 vs. 4 under the condition of the same thermal bridge level of joint between panels. The building chosen by this study for simulation was an office building with metal panel curtain walls in Seoul, whose construction was recently completed. DesignBuilder v4.5, which uses the building energy stimulation program Energy Plus as a calculation engine, was used. The exterior walls of the building followed the composition walls and the U-value for other parts was set in a way that satisfied the current insulation regulations. To model the additional heat transfer coefficients caused by thermal bridges, a virtual layer of materials with no thermal capacity was added to the exterior walls, and additional heat transfer coefficients depending on the linear thermal transmittance and the length of a linear thermal bridge reflected in the virtual layer. (2) To assess the effect of varied thermal bridge on U-value level of envelope, Physibel BISCO v.10.0 was used to calculate linear heat transmission coefficient of each linear thermal bridge. The current regulation was applied for material property and boundary condition of indoor and outdoor. To calculate the linear thermal transmittance, the study applied thermal bridge part modeling principles suggested by ISO 10211 to cut-off planes for heat transfer simulation parts. Vertical linear thermal bridges were divided into those between a panel and a window (P–W) and those between a panel and a panel (P–P) to set cut-off planes. Horizontal linear thermal bridges were also divided in the same manner to set cut-off planes. Point thermal bridges located on cut-off planes were excluded from modeling. (3) The total heat loss between panel and panel of case 1 vs. case 2, and case 3 vs. case 4 under the same U-value level of envelope but varied thermal bridge level of joint between panels was reduced on average 29.0% and 42.2%, respectively, and the total heat loss between panel and window was reduced on average 3.7% and 4.2%, respectively. As a result, was reduced on average 87.6%, 83.9%, respectively, and was reduced on average 11.6%, 11.7%, respectively. Therefore, the results suggest that replacing the aluminum molding of joint between panels with plastic molding with low thermal conductivity leads to considerable reduction of thermal bridge. The total heat loss between panel and panel of case 1 vs. case 3, and case 2 vs. case 4 was reduced on average 23.0% and 37.6%, respectively, and total heat loss between panel and window was reduced on average 3.2% and 3.8%, respectively. However, as for case 3 and case 4, the total heat loss was reduced because the use of high efficient insulation led to the improved insulation performance of general part. But the total heat loss of normal zone was reduced relatively. Their linear thermal transmittance was rather increased on average 18.1% and 53.6%, respectively, and that of was increased on average 10.5% and 10.3%, respectively. In existing metal panel curtain wall, the ratio of total heat loss caused by thermal bridge between panels against total heat loss of exterior wall was increased from on average 27.8% under 0.26W/㎡K of U-value level of envelope to average 44.6% under 0.15W/㎡K of U-value level of envelope. Also, improved metal panel curtain wall was increased from 2.2% to 11.4%. (4) As for the heating energy use of case 1 vs. case 3, and case 2 vs. case 4 under the same thermal bridge level of joint between panels but varied U-value level of envelope, case 3 was 8.8 kWh/㎡, reduced by 2.2% against case 1, and case 4 was 6.8 kWh/㎡, reduced by 9.0% against case 2. On the other hand, when it comes to cooling energy use, case 3 was similar to case 1, and case 4 was 10.0 kWh/㎡, increased by 2.9% against case 1. As for the total energy use of heating and cooling, case 3 was 18.2 kWh/㎡, reduced by 0.9% against case 1, and case 4 was 16.7 kWh/㎡, reduced by 2.3% against case 2, suggesting that case 2 and case 4 were effective in total energy use. As for the heating energy use of case 1 vs. case 2, and case 3 vs. case 4 under the same U-value level of envelope but varied thermal bridge level of joint between panels, case 2 was 7.4 kWh/㎡, reduced by 17.2% against case 1, and case 4 was 6.8 kWh/㎡, reduced by 22.9% against case 3, suggesting that the energy saving via the reduction of heat loss in thermal bridge was quite effective. On the other hand, the cooling energy use of case 2 was 9.7 kWh/㎡, increased by 3.0% against case 1, and case 4 was 10.0 kWh/㎡ in, increased by 5.8% against case 3. This resulted because the amount of heat loss through the exterior walls decreased owing to the improved insulation performance of the exterior walls. The amount of heat through the exterior walls is internal heat gain and solar heat gain in summer. As for the total energy use for heating and cooling, case 2 was 17.1 kWh/㎡, reduced by 6.8% against case 1, and case 4 was 16.7 kWh/㎡, reduced by 8.1% against case 3. As discussed in 4.1 section, the energy saving on heating of case 3 and case 4, was somewhat increased via the reduction of thermal bridge due to the improved insulation in general part. Consequently, replacing the aluminum molding with plastic molding with low heat conductivity in thermal bridge of joint between panels contributed to the reduction of heat loss via thermal bridge part. Sun, 01 Jan 2017 00:00:00 GMT https://dspace.ewha.ac.kr/handle/2015.oak/236079 2017-01-01T00:00:00Z