출처: https://www.nrel.gov/docs/fy13osti/54643.pdf
목차
1. 문제 설명
1) 서론
2) 배경
3) 비용 효율성
4) 다른 이점
2. 외장 부착 설계
1) 이전 연구
2) 풍하중 저항
3) 중력 부하 저항
3. 물관리 디테일
1) 외부 단열재료
2) 방수 장벽
3) 공기 장벽
4) 외장 부착
5) 창 통합
6) 지붕 통합
7) 발코니 통합
8) 데크 통합
외벽 단열은 벽 조립의 전체 열 저항을 증가하는 효과적인 수단입니다. 또한 향상된 물 관리와 종종 건물의 기밀성을 증가시키는 등 다른 이점이 있습니다. 그러나 외부 단열에 대한 기술 기반 및 지원 작업은 수행되지 않아 건물 관리 및 건축법 수용에 장애가 되었습니다. 또한 창호시스템, 도어시스템, 데크, 발코니 및 지붕과 벽 교차점에 대한 물관리 전략 및 통합 관행이 적절하게 개발되지 않았습니다. 이 격차는 또한 더 넓은 배치 방식을 가로막습니다.
이 연구 프로젝트에서, 건물과학위원회(BSC)은 기존 조적벽과 목재 프레임 벽에 외부 단열재(50~200mm)를 두껍게 설치하는 것을 지원하기 위한 기초 기술 분석을 개발했습니다. 목재 부착(단열재를 통해 구조물에 고정)은 피복 부착 위치로 사용했습니다. 외부 단열된 벽 조립을 지붕, 데크, 발코니 및 창문에 연결하는 데 필요한 물관리 디테일은 외부 단열 전략을 다른 외장 요소와 통합하기 위한 지침을 제공했습니다.
풍하중 인출저항 용량은 목조 건축을 위한 국가설계 시방에 제시된 지침에 따라 결정되었습니다. 모든 경우에 인출 용량은 외부 단열재 두께와 무관합니다.
중력 하중 용량의 분석은 더 복잡하며 외장 부착물에 대해 고려해야할 여러 변수가 있습니다. 건물과학위원회(BSC)은 25mm에서 200mm(25mm 단위)의 단열재 두께에 대한 수치 분석을 완료했습니다. 실험실 테스트는 두께 100mm 설치 및 두께 200mm 설치로 제한되었습니다. 이 목적은 100mm 테스트 결과를 최대 100mm 설치에 적용할 수 있고, 200mm 시험 결과를 100mm에서 200mm 설치에 적용할 수 있다는 것입니다.
건물과학위원회(BSC)은 시스템의 최종 용량 대신 허용되는 편향은 설계를 지배한다고 결정했습니다. 조인트(금속, 비닐, 나무 및 섬유 시멘트)가 있는 겹침 측면 및 패널 외장의 경우, 움직임은 일반적으로 미적이며 건강 및 안전 문제가 아닙니다. 허용되는 변형량은 선택된 외장시스템에 대해 허용 가능한 미학의 함수가 될 것입니다. 대부분의 겹침 측면 또는 패널 외장 시스템의 경우 재료 및 설치 공차가 잠재적인 갭보다 쉽게 크기 때문에 최대 1.5mm 또는 심지어 3.0mm의 변형이 허용될 수 있습니다. 따라서 건물과학위원회(BSC)은 더 큰 처짐이 허용될 수 있는 것으로 입증되지 않는 한 처짐을 사용시 1.5mm로 제한 할 것을 권장합니다.
부서지기 쉬운 외장(치장 벽돌 및 석재)의 경우 움직임으로 인해 재료가 잘라지거나 부서질 수 있습니다. 이러한 시스템의 경우 건물과학위원회(BSC)는 외장을 손상시키거나 기능을 손상시킬 수 있는 처짐을 방지하기 위해 사용 중 처짐 제한을 설정하는 것이 좋습니다. 초기 처짐 후 취성 외장에 대해 0.4mm 제한이 제안됩니다.
가장 일반적인 주거용 외장시스템(금속, 비닐, 나무 및 섬유 시멘트)은 단열 두께에 상관없이 각재 부착이 문제를 일으키지 않을 정도로 가볍습니다. 이러한 외장시스템의 경우, 합리적인 수평 간격(400~600mm 중앙)과 수직 화스너 간격(최대 600mm 중앙)에 기반한 예측된 처짐이 너무 작고(0.1mm) 크리프 효과(물체가 일정한 변형력 아래에서 시간이 흐름에 따라 천천히 변형하는 현상)가 매우 미미하여 처짐이 제안된 0.1mm 최대 사용 처짐 한계에 근접하지 않습니다.
더 중량인 외장시스템의 경우 초기 처짐은 제안된 처짐 한계 내에 있습니다. 그러나 노출된 환경에서 특정 단열재의 크리프 효과뿐만 아니라 잠재적인 열 및 수분 팽창 및 수축 움직임에 대한 부적절한 정보에 대한 장기적인 사용 처짐을 예측하는 데는 부적절합니다. 노출된 환경에서 더 중량인 외장의 장기 변형 움직임에 대한 추가 연구가 필요합니다.
건물의 수질관리 전략에 외부 단열재를 통합하면 다른 외장 요소와의 연결에서 세심한 디테일을 필요로 합니다.
대부분의 경우, 내수성 장벽을 단열재 외부에 배치하는 것이 가장 쉬웠는데, 이는 디테일이 표준 시공 관행과 대체로 유사하기 때문입니다. 한때 구조 프레임 벽면에 위치했던 요소들이 지금은 외부 단열재 평면 안으로 밀려져 있는 것을 어떻게 지지할 것인가에 대한 우려가 제기되는 경우가 많습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 차단 또는 박스 확장을 신중하게 설계에 통합할 수 있습니다.
반대로 외부 단열재의 내부에 방수 장벽을 배치하는 것은 표준 건축 디테일과 일반적인 건축 순서에서 상당한 이탈로 인해 계약자가 채택하기 더 어려워졌습니다. 이러한 기술이 건물 개조에 적용될 때 이러한 우려가 증가했습니다. 그러나 이는 방수 장벽을 보다 보호된 위치에 배치하고(내구성 향상) 기존 프레임의 평면에 창을 배치하는 이점이 있습니다.
건물과학위원회(BSC)은 물관리의 연속성을 효과적으로 유지하는 방법에 대한 지침으로 제공되는 디테일을 개발했습니다. 이 디테일은 이 자료의 부록에 나와있습니다.
1. 문제 설명
1) 서론
기존 벽돌 벽과 목재 프레임 벽의 외관을 단열하는 기본 개념은 간단합니다. 내구성 및 공기 장벽 연속성에 대한 다양한 이점을 가지고 있습니다. 비록 실행이 간단해야 하지만, 몇 가지 문제가 광범위한 실행을 방해하고 있습니다. 예를 들어, 외장 시스템 및 외장 단열재 제조업체는 보증 기간에 따라 두께를 40mm로 제한하는 경우가 많습니다. 외장 부착에 문제가 됩니다. 이 문제는 다양한 실무자에 의해 해결되었습니다. 이 보고서에 설명된 작업을 수행한 건물과학위원회(BSC) 연구팀의 시연을 통해 목재 프레임 건물의 외부에 외부 단열재는 최대 200mm가 가능하다는 것을 보여줍니다. 그러나 기초 기술과 지원 작업이 수행되지 않아 건물 관리 및 건축법 수용에 장애가 되었습니다. 또한 창호시스템, 도어시스템, 데크, 발코니 및 지붕과 벽 교차점에 대한 물관리 전략 및 통합 관행이 적절하게 개발되지 않았습니다. 이 격차는 또한 더 넓은 배치 방식을 가로막습니다.
이 연구 프로젝트에서 건물과학위원회는 기존 벽돌 벽과 목재 프레임 벽에 외부 단열재(50mm~200mm)를 두껩게 설치하는 것을 지원하기 위해 기초공학분석을 개발했습니다. 목재 부착(단열재를 통해 구조물에 고정)은 피복 부착 위치로 사용했습니다. 외부 단열된 벽 조립을 지붕, 데크, 발코니 및 창문에 연결하는 데 필요한 물관리 디테일은 외부 단열 전략을 다른 외장 요소와 통합하기 위한 지침을 제공했습니다. 이 디테일은 완전한 개조 및 단계적 개선 방법을 모두 고려하여 향후 다른 고성능 외장 시스템 요소와 통합할 수 있는 연결 디테일을 제공합니다.
2) 배경
기존 주거용 건물은 미국 에너지소비의 상당 부분을 차지합니다. 주거용 및 상업용 건물 부문은 2008년 미국에서 사용된 1차 에너지의 약 40%를 소비했습니다. 주거 부문은 21%, 상업 부문은 18%를 소비했습니다. 신축은 국가의 전체 건축에 극히 일부에 불과합니다. 많은 지역에서 에너지법규를 채택함으로써 에너지소비가 적은 건물로 이동하는 데 도움이되지만 기존 건물은 대부분 그대로 유지됩니다.
과거에는 기존 주거용 건물의 개조에는 일반적으로 프레임 중공 벽을 단열재로 채워 넣었습니다. 그러나 추가할 수 있는 유효 열 저항의 양은 기존의 스터드 중공 깊이(목재 프레임 벽), 사용된 단열재(일반적으로 유리섬유/미네랄울 또는 셀룰로오스) 및 목재 프레임으로부터 존재하는 열교의 양에 의해 제한되었습니다.
기존 건물의 외부에 단열재를 추가하는 것은 벽 조립에 대한 더 높은 효과적인 R-값을 달성하고 이러한 한계를 극복하기 위해 기존 계약자가 사용하는 방법이었습니다. 이 접근법의 이점은 추가된 열 저항을 넘어서는 것입니다. 건물 내구성 증가와 밀폐성 또한 종종 실현됩니다.
건물과학위원회(BSC)는 건물 에너지사용 감소 전략의 일환으로 외부 단열재를 사용한 수많은 건축 및 건물 개조 프로젝트에 참여해왔습니다. 경험에 따르면 두 가지 주요 질문이 자주 제기됩니다.
① 외장은 어떻게 부착되는가?
② 조립의 물관리는 어떻게 이루어질 것인가?
3) 비용 효율성
대부분의 상황에서, 외부 단열재가 있는 주택의 외부 개조는 건물 개조를 위한 더 큰 작업 범위의 일부로 제공됩니다. 외부 단열재를 추가하는 선택은 보통 건물을 다시 입히거나 덮어씌워야 하는 필요성에 의해 촉발됩니다. 새로운 외장을 설치하는 원동력은 기존의 물관리 문제, 편안함 또는 내구성 문제, 외장의 사용 수명 종료 또는 미적 문제를 포함할 수 있습니다.
외장을 교체해야할 필요성은 설계자 또는 계약자에게 건물의 에너지 성능을 동시에 높이기 위한 방법으로 외부 단열재를 포함할 수 있는 기회를 제공합니다. 따라서 에너지 관점에서 이것의 비용 효과는 새로운 외장 설치 이상 및 그 밖의 관련 구성 요소뿐만 아니라 단열 비용에 따라 달라집니다.
건물과학위원회(BSC)는 벽 조립의 외부에 설치된 다양한 두께의 단열재의 증분 비용을 조사한 예비 평가를 완료했습니다.
이 예비 비용 분석에서는 기본 외부 단열재로 준불연 경질우레탄폼 단열재(foil-faced polyisocyanurate)를 사용했습니다. 외부 단열재의 비용 데이터는 RSMeans Construction data에서 가져왔습니다. 분석에 포함된 비용은 단열재 설치 비용, 중앙에 400mm 간격으로 배치된 1×4 목재, 그리고 각재를 구조물에 부착하기 위해 수직으로 600mm 간격으로 목재 나사가 설치 비용입니다.
4) 다른 이점
외부 단열재를 사용하면 열 저항이 증가하는 것 외에도 많은 추가 이점이 있습니다. 가장 큰 이점은 차가운 기후 건물에서 응축 저항성 증가입니다. 건물의 외부에 단열재를 배치하면 1년 내내 모든 구조 요소에 더 균일한 온도가 유지되어 틈새 응축의 위험을 줄일 수 있습니다. 목재 구조물의 경우, 목재 붕괴 가능성을 크게 줄일 수 있으며, 추가적인 이점은 목재 프레임의 계절적 열 및 습기 변화가 크게 감소한다는 것입니다.
벽돌 건물에서, 이러한 접근 방식은 벽돌을 따뜻하게 할 뿐만 아니라 벽돌로의 외부 빗물 흡수를 해결하기 때문에 동결 해동 가능성은 실질적으로 제거됩니다. 구조를 따뜻하게 유지하고 결로를 방지하는 것 외에도, 각재에 의해 생성된 18mm 틈새로 인한 배수 및 건조의 증가는 수분 침투 문제로부터 추가적인 보호를 제공합니다. 각재를 사용하는 것이 외부 단열재 사용 여부에 관계없이 모든 외장 설치에 기본 권장 사항이 될 수 있다는 이점이 있습니다. 각재가 이 시스템의 본질적인 구성 요소라는 사실은 이러한 벽 조립의 장기 내구성에 상당한 이점을 추가합니다.
[측정된 건축자재의 열전도율에 미치는 수분의 영향]