출처: https://constructalia.arcelormittal.com/files/KINA26010ENN_002—aadd4dee607cb8b70e8bac8ff70618a1.pdf
6. 주거용 건물의 에너지 및 열 개선에 대한 설계 지침
1) 서론
주택 및 주거용 건물 부문은 EU에서 총 에너지 사용의 약 2.7%를 차지하며, 이 부문의 새로운 건물은 건축 환경의 에너지 사용 개선을 달성하는 주요 방법 중 하나로 확인되었습니다. 건물 지침에서 에너지성능은 모든 EU 국가에서 국가 규정의 형태로 제정되었으며, 많은 주에서 2020년까지 저 에너지 또는 제로에너지 건설의 개념으로 이동하고 있습니다.
주택 및 주거용 건물에서 경량 철골 및 모듈식 구조의 사용이 증가하고 있습니다. 이 적용에서, 이 경량시스템의 장점은 건축 속도, 건설 시스템의 품질 개선 및 건물 외피의 안정적인 열 성능입니다. 경량 철골과 모듈식 구조는 ‘혼합’ 철골 구조 기술의 골조 철골과 함께 사용될 수 있습니다. 중요한 열 성능 특성은 다음과 같습니다.
① 단열
② 열교 최소화
③ 기밀성
④ 결로 제어
단열은 건물 외피의 열 전달 또는 U-값으로 특징지어집니다. 현재 규정보다 상당히 낮은(또는 더 나은) U-값은 경량 철골을 사용하여 구합니다. 많은 국가에서, 외벽의 경우 0.2W/m²K미만, 지붕의 경우 0.15W/m²K미만의 U-값이 지정됩니다. 이를 위해서는 건물 외피에 있는 강철 요소를 통해 열성능이 입증되고 최소한의 열교를 가진 철골 기술을 사용해야합니다.
건물 외피를 통한 공기 침투에 의한 열 손실은 현대 단열 건물에서 총 난방 요구량의 30% 이상을 차지할 수 있습니다. 따라서 단열성을 향상시키기 위해 기밀성을 향상시키는 것도 마찬가지로 중요합니다. 이것은 종종 기밀막 또는 외장 시스템을 사용해야합니다. 그러나 기밀성이 증가함에 따라, 열 회수 기능이 있는 환기 시스템을 제어하여 신선한 공기질을 유지하고 결로 위험을 제거해야합니다.
목표 U-값을 달성하는 외장 시스템의 전형적인 예가 예시되어 있습니다. 2D 열 분석과의 비교는 벽에 내장된 C 섹션을 통한 열교 영향을 보여줍니다. 이와 관련하여, 천공 또는 슬롯 또는 열적으로 파손된 경량 철골 구간이 유리합니다.
2) 전체 에너지성능을 개선하기 위한 에너지효율 방법
WP4에서는 다양한 주거용 건물을 측정 및 표준화된 계산으로 자세히 조사했습니다. 이러한 조사는 전체 에너지성능을 개선하기 위한 에너지효율 방법을 수립하기 위한 매개 변수 연구를 위한 유효한 데이터 베이수입니다.
다음 건물을 고려했습니다.
[에너지효율 방법을 개발하고 잠재적으로 절약하는 데 사용되는 프로젝트]
상기 표에서는 또한 에너지수요가 “건축된 것”과 이론적 결과가 최적화 과정의 “최상의 사례”로 보여줍니다. 중간 단계를 포함한 이러한 최적화의 세부 사항은 Deliverable WP 6a에서 제시하고 있으며, 다양한 에너지절감 조치가 주거용 건물의 전체 건물 성능에 미치는 영향을 분석합니다.
이것은 철골 건축의 전체적인 건물 에너지성능을 향상시킬 수 있는 많은 잠재력이 있다는 사실을 조사 결과 알 수 있습니다. 철골 건축 기술과 관련이 있는 영역이기 때문에, 구조 효율성에 중점을 두고 있습니다.
물론 난방 및 환기시스템을 고려하여 주택에 적합하게 설계되고 효율적이어야합니다. 건물이 재생 에너지 발전 기술의 통합을 용이하게 하도록 설계되도록 하는 것이 중요합니다. 그러나 이 보고서는 건물 외피가 에너지효율적이고 에너지 수요가 낮다는 것을 확인하기 위해 철골 건축 기술의 주요 초점을 고려할 것입니다.
열적 관점에서 건물 외피의 효율성은 다음과 같은 세 가지 영역으로 나눌 수 있습니다.
① U-값: 단열 외피 설치
② 열교: 단열 외피의 파손 또는 침투 최소화
③ 기밀성: 제어되지 않은 환기를 통한 열 손실 최소화
이러한 모든 영역을 개선하면 기존의 일반적인 공사에 비해 성능이 향상되는 것으로 나타났습니다. 그러나 시작하는 기준을 고려하는 것이 중요합니다.
예를 들어 영국에서는 기밀성을 개선하여 에너지성능을 향상 시킬 수 있는 범위가 크다는 것이 밝혀졌습니다. 이것은 공기 허용도를 10m³/hm²에서 3m³h¹m²로 줄임으로써 난방 수요를 20% 줄일 수 있고, 1m³/hm²로 더 감소시켜 기술적 실현이 가능하지만 28%로 증가시킬 수 있다는 것을 보여줍니다. 그러나 필란드의 예에서는, 일반적인 성능이 이미 우수하기 때문에 기밀성을 줄임으로써 성능을 크게 향상시킬 수 있는 기회가 적습니다.
창문을 고려할 때와 마찬가지로, 필란드에서는 1.1W/m²K의 프레임 및 유리 U-값이 일반적이며, 개선의 여지가 없지만 영국에서는 전형적인 값이 약 1.8W/m²K이며 프랑스는 아마도 1.8~2.1W/m²K입니다.
이것은 필란드의 추운 기후와 필란드 정부가 난방비를 낮추고 열 쾌적함을 향상시키기 위해 전국의 기준을 개선하려는 역사적 추진을 고려하고 반영하는 많은 성능 요소를 통해 이루어집니다. 설계 측면에서는 위에서 강조된 다양한 요소를 고려하고, 가장 비용 효율적인 기술 개선으로 열 성능 측면에서 최상의 이득을 얻을 수 있는 위치를 식별하기 위해 예비 매각 변수 분석을 수행하는 것이 중요합니다.
예를 들어, 보다 밀폐된 건물을 만들기 해서는 건설 기술에 최소한의 변경이 필요하지만 자체적인 비용을 발생시키는 노동력에 대한 상당한 변화와 감독이 필요할 수 있습니다. 반대로 단열재를 더 추가하려면 벽의 두께가 건축 기술을 변경해야 할 때까지 재료 자체의 추가 비용이 발생할 수 있습니다.
3) 철골 주거 건물의 에너지 개선방안
일반적으로 주거용 건물의 에너지수요는 수 많은 단일 측면의 상호 작용에 의해 결정되며, 상기 2)에서 가장 관련성이 높은 것으로 간주됩니다. 중요한 요소 하나는 외벽의 U-값 감소로, 따라서 비용 효율적인 외피시스템이 요구됩니다. 건물 외피에서 높은 수준의 단열을 달성할 수 있는 다양한 방법이 있습니다. 주거와 관련된 두 가지 선택이 자세히 제시되어 있습니다.
① 따뜻한 프레임 구조
② 천공된 철골 부분
이 시스템은 Deliverable WP 6b 철골 주거용 건물에 적합한 에너지 개선조치 권장 사항에 나와있습니다. Deliverable WP 6b레서 외벽의 U-값 개선 아래레 다음과 같은 측면이 적용되었습니다.
ⓐ 철골 가장자리 빔과 기둥의 열교
ⓑ 열 관성의 영향
ⓒ 환기 및 기밀성
ⓓ 냉각 에너지 수요
ⓔ 기밀성
특정 조치의 연관성은 각 건물의 특성(모양, 위치 및 사용)에 따라 다릅니다. 따라서 이 절에서는 대책을 지적하고 설명하지만, 각 건축 프로젝트에 대한 개별적인 개념은 필수적입니다.
4) 철골 주거용 건물에 대한 에너지 인증
EU의 에너지 라벨링 요건은 EU 지침 2001/91/EC를 통과한 결과입니다. 이를 EPBD(Energy Performance of Buildings Directive)라고 합니다. EU 국가들이 다음과 같은 에너지성능을 구축하는 분야에서 준수해야하는 여러 조항을 규정합니다.
① 제3조: 국가별 계산 방법론
② 제4조: 신규 및 기존 건물의 성능을 위한 에너지/CO2 표준 설정
③ 제5조: 저탄소 및 무탄소(LZC) 기술의 더 큰 사용 장려
④ 제7(1)조 및 제2조: 건물 건축, 판매 또는 임대시 생성되는 에너지성능 인증서(EPC)
⑤ 제7(3)조: 공공 건물에 EPC를 표시해야하는 요건
⑥ 제10조: 자격을 갖춘 공인 평가자/검사관
그런 다음 제3조는 건물의 에너지 사용 및/또는 CO2 배출량을 계산 및/또는 측정할 수 있는 계산 방법론을 개발하는 각 국가에 관한 것입니다. 그리고 이것은 일반적으로 건축 규정을 통해 건축물에 대한 국가 표준을 정하는 제4조의 준수를 확인하는 도구로 사용됩니다.
제7조는 신축 건물을 건축하거나 건물을 팔거나 빌릴 때 EPC를 발생하도록 하는 요건과 관련이 있습니다. 마지막으로 제10조는 각 국가가 EPC를 발생하는 평가자가 적합한 자격을 갖추도록하는 시스템을 갖추어야한다는 요건을 명시하고 있습니다.
(1) 국가간 차이
모든 EU 국가에서 EPBD를 구현해야하지만 일반적으로 자체 방식으로 자유롭게 수행할 수 있습니다. 이로 인해 EU에서 상당한 차이가 발생했습니다. 예를 들어 대부분의 국가는 EN13790에 기초한 건물의 예측 에너지 사용을 추정하기 위한 계산 방법을 개발했습니다. 이것은 준 안정적인 국가 에너지균형 계산이며 대부분의 국가는 이를 월 단위 기간으로 적용하기로 선택했습니다.
일반적으로 국가는 이 방법론을 사용하여 새 건물을 테스트하고 제4조를 충족시키기 위해 벤치마크와 성능을 연관시킵니다. 국가의 단열 규정을 통과하려면 건물이 이러한 기준을 충족해야합니다.
(2) 자산 또는 운영 등급
제7조의 제정에는 특히 융통성이 있습니다. 먼저 계산 또는 측정된 데이터 또는 둘 다 기반를 기반으로 EPCs를 규정할 수 있습니다. 첫 번째 상황에서 건물의 에너지성능은 위에서 논의한대로 계산되고 두 번째 상황에서는 실제 측정된 에너지소비가 건물의 벤치마크에 사용됩니다. 이를 자산 및 운영 등급이라고 합니다.
(3) 무엇을 측정하는가?
융통성의 또 다른 지점은 메트릭의 측정 단위입니다. 세 가지 주요 선택이 있습니다.
① 에너지 수요(연간 kWh, 바닥 면적 m²당)
② 1차 에너지 수요(연간 kWh, 바닥 면적 m²당)
③ 이산화탄소(CO2) 배출량(연간 kgCO2, 바닥 면적 m²당)
그런 다음 가열에 사용되는 에너지/CO2와 모든 용도에 대해 에너지/CO2의 두 가지 범주로 나눌 수도 있습니다. 영국에서 CO2를 기본 측정 항목으로 사용한다는 점은 주목할만 하지만 에너지수요를 주요 측정 항목으로 사용하는 것이 가장 일반적입니다.
(4) 성능 기준
마지막으로 각 국가는 자체 성능 목표를 자유롭게 설정할 수 있으므로, 두 국가가 동일한 측정 단위를 선택하더라도 동일한 성능 목표를 선택할 필요는 없습니다. 많은 국가에서 7또는 8개 범주로 구분된 성능 수준을 설정했으며, 최착의 성능은 G로 표시하고 성능은 A 또는 A⁺로 표시합니다. 아래 그림에 사례가 나와있습니다.
[프랑스 EPC 등급율]
독일과 같은 다른 국가에서는 범주가 없으며 연속적인 색상만 있습니다. Deliverable WP-6c: 철골로 된 선택된 건물에 대한 에너지인증서는 각 유럽국에 대한 몇 가지 예시를 제공합니다.
5) 철골의 에너지 효율적인 해법에 대한 건축가 및 엔지니어를 위한 지침
주거용 건물을 위한 철골의 에너지 효율적인 해법에 대한 건축가와 엔지니어를 위한 지침은 결과물을 포함한 전체 WP6입니다. 그럼에도 불구하고, 더 실용적인 정보와 주거 부문에서의 철골 사용에 대한 문서가 만들어 졌습니다.