주거용 건물 커튼월 패스닝 유닛의 단열피복 및 단열재 삽입을 통한 에너지 성능 향상에 관한 연구

Abstract

Aluminum curtain wall system is commonly used in high-rise residential complexes, which have become a new trend in the Korean construction market. For the energy efficient curtain wall system to function effectively, it is necessary to enhance the insulation performance of the fastening unit, which enjoins the curtain wall unit to the slab because hot water pipes for radiant heating are typically installed on the slab in Korean residential buildings. However, this fastening unit acts as a thermal bridge that increases heat loss. This is attributable to the lack of insulation despite the fact that the fastening unit is composed of metals with high thermal conductivity. In this study, we aim to develop an efficient insulation method that would improve the energy conservation performance of the fastening unit. Eight alternative fasteners coated with insulation paint and urethane foam and inserted with urethane pad were selected, taking into account the necessity to maintain the convenience of construction (Evaluation case description: Case1; using the existing fastener, Case2; coating the upper part of fastener with urethane foam, Case3; coating the entire surface of fastener with insulation paint, Case4; coating the upper part of fastener with urethane foam and the lower part with insulation paint, Case5; inserting the horizontal part of fastener with urethane pad, Case6; inserting the vertical part of fastener with urethane pad, Case7; inserting the horizontal and vertical part of fastener with urethane pad, combination of Case2 and Case6, combination of Case2 and Case7). The heat loss and economical efficiency, in terms of energy consumption, of each case were analyzed through the three-dimensional annual transient heat transfer simulation and payback period method, respectively. As results, the amount of annual heat loss increased in the ascending order of combination of Case2 and Case7, combination of Case2 and Case7, Case4, Case6, Case5, Case3, Case2, and Case1. combination of Case2 and Case7, compared to case1, was found to show the best performance of reducing the annual heat loss by 13.50%. From an economical efficiency perspective, however, Case2, which demonstrated the smallest construction cost increase, was found to have the shortest payback period of 2.27years, where as combination Case2 and Case7, with the largest heating energy cost reduction. Case 4 had the second payback period of 2.88years. Combination of Case2 and Case6 had the payback period of 3.46years and Case6 had 3.74years. Based on the foregoing results, we conclude that Case2, Case4, combination of Case2 and Case6, Case6 are economical and energy efficient alternatives for practical application.;커튼월은 건물의 고층화 추세와 더불어, 공장생산ㆍ현장조립이라는 시공 효율성, 조망권 및 미적 가치의 확보가 가능하고, 공기단축 및 경제적 효용이 크다는 장점을 지니고 있다. 더불어 최근 주거용 건물의 고층화 요구에 의해 주거용 건물의 외피 또한 경량화의 요구에 직면하였다. 이러한 이유로 주거건묵의 커튼월 시스템에 대한 개발의 요구 또한 증가하였고 최근에는 업무용 건물뿐 아니라 주거용 건물의 외벽으로도 커튼월이 널리 이용되고 있다. 그러나 주거용 건물은 업무용 건물과는 달리 내부발열이 적어서 난방부하의 비중이 매우 큰 건물로 외피의 단열이 매우 중요하다. 또한 복사난방을 위해 온수배관이 바닥에 설치되므로 외벽과 슬라브 접합부에서 전도 열전달을 막아 열손실을 최소화 하기위한 고려가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 패스닝 유닛부위에 단열 피복을 하거나 단열재를 삽입 대안을 통해 커튼월 패스닝 유닛의 효과적인 단열성능 향상방안을 제시하고자 한다. 커튼월 패스닝 유닛의 효과적인 단열성능 향상을 위해 도면 자료 및 설계, 시공현황 분석을 통해 가장 일반적으로 적용되고 있는 패스닝 유닛을 대상으로 단열피복과 단열재 삽입에 따른 8개 대안을 설정하였다(Case1:기존안, Case2:우레탄폼 상ㆍ측 피복안, Case3:단열페인트 전체 피복안, Case4:우레탄폼 상ㆍ측 피복+단열페인트 하ㆍ후 피복안, Case5:수평방향 경질우레탄패드 삽입안, Case6:수직방향 경질우레탄패드 삽입안, Case7:수평수직방향 경질우레탄패드 삽입안, Case2+Case6:우레탄폼 상ㆍ측 피복안+수직방향 경질우레탄패드 삽입안, Case2+Case7:우레탄폼 상ㆍ측 피복안+수평수직방향 경질우레탄패드 삽입안). 기존안 및 8개 대안을 대상으로 3차원 년간 비정상 상태 전열해석 프로그램인 Physibel Voltra를 이용하여 전열해석을 실시하였다. 결과로 도출된 손실열량을 통해 난방에너지 성능을 검토하였다. 또 대안별 추가재료에 따른 시공비용 증가액을 바탕으로 투자회수기간을 산출하여 경제성 평가를 실시하였다. 그 결과 Case2+Case7의 경우 -13.50%의 손실열량 절감율로 에너지성능이 가장 우수하게 나타났고, 비록 손실열량 절감액은 크지 않았지만 시공비용 증가액이 다른 대안에 비해 낮은 Case2의 경우 2.27년으로 가장 짧은 투자회수기간을 나타냈다.