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철골 건축에서 에너지 및 열 개선(22)

출처: https://constructalia.arcelormittal.com/files/KINA26010ENN_002aadd4dee607cb8b70e8bac8ff70618a1.pdf

 

 3) 스틸 내 비주거용 건물에 적합한 에너지 및 열 개선 방안 권고사항

 

 

     내구성, 열 성능, 기밀성 및 환경 기후를 포함하는 건물 외피 또는 시스템의 선택시 고려해야 할 사항이 있습니다. 비용은 핵심 요소이지만 건물의 전체 수명 측면에서 보아야합니다. 세부 사항, 유지보수, 폐기 등의 다른 문제도 고려해야합니다.

 

     단열 수준이 증가함에 따라, 전체 에너지 사용에 대한 공기 누출의 영향이 더 중요해집니다. 기존 건물에서는 종종 재료의 다공성과 구성 요소 간의 불완전한 접합으로 인해 기밀성은 종종 열악합니다. 최근 표준으로 건축된 건물에서도 공기 누출율은 10m³/hm²(50Pa)보다 높을 수 있으며, 보다 현대적인 단열 표준으로 건설된 건물의 경우 불필요한 내부 공기 누출은 전체 에너지 사용향의 20%를 차지할 수 있습니다. 이러한 공기 누출 수준은 전체 에너지 사용량의 30~40%에 비례하여 증가할 수 있으므로 공기 품질은 양호한 수준으로 유지하고 응축을 제어하면서 공기 누출은 줄이는 것이 중요합니다. 새로운 경량 스틸 프레임 구조에서는 사용 지점과 석고보드 사이의 공기 누출을 방지하기 위한 조치가 취해진다면 3~5m³/hm²의 기밀성 수준을 달성할 수 있습니다.

 

     기존 건물의 외피를 과도하게 치장하면, 외부층의 축적은 특히 누수의 주요 원인이 기존 전면의 조인트를 통해 발생하는 경우, 반드시 개조된 외관의 기밀성에 큰 영향을 미치지는 않습니다. 외장의 과도한 치장이 레인스크린형태인 경우, 새로운 외장 뒤의 환기는 압력 균등을 달성하기 위해 필요합니다. 또한 기존 외피를 통한 일부 환기는 결로를 피하기 위해 필요합니다(건물 내부에 증기 장벽이 없는 경우).

 

     따라서 기존 건물의 조인트 품질을 개선하기 위한 방법이 없다면 외장을 과도하게 치장한 시스템의 공기 누출 감소는 기술적으로 달성하기 어렵습니다. 낮은 건물의 경우, 벽과 지붕의 접합부의 누출 제어도 중요합니다.

 

     추운 기후에서 2m³/hm² 미만의 공기 누출율은 매우 낮은 에너지 건물 및 패시브하우스에서 예상됩니다. 아래 그림은 기준 건물의 공기 누출율(m³/hm²)을 시간당 공기변화(1/h)로 변환합니다.

[에너지 분석에 사용되는 참고 건물. 총 표면적은 3,646m²이고 실내 부피는 11,264m³]

 

    ⓐ n₅₀ = 10m³/hm² = 3.2h¹

    ⓑ n₅₀ = 5m³/hm² = 1.5h¹

    ⓒ n₅₀ = 3m³/hm² = 1.0h¹

    ⓓ n₅₀ = 1.8m³/hm² = 0.6h¹(패시브 주택 요건)

 

    상기 그림에 에너지 효율적인 건물의 난방 수요에 대한 공기 누출의 영향이 나와있습니다. 공기 누출은 전체 환기율을 증가시킬 수 있지만, 환기시스템의 열회수 장치를 통해 환기를 감소시킬 수도 있습니다. 두 경우 모두 증가된 공기 누출율은 에너지 효율적인 건물의 공간 난방 수요에 40~50%의 영향을 미칠 수 있습니다.

 

    결론적으로 시뮬레이션된 사무실 건물에 필요한 냉각에너지는 총 전기 사용량의 약 20%에 불과합니다. 따라서 야간 냉각에 의한 에너지절약 가능성은 그리 높지 않습니다. HVAC용 전기 에너지는 추운 밤 공기에 큰 바닥과 큰 천장을 노출시켜 약 10% 감소할 수 있습니다. 콘크리트 외부 벽을 만들어 열 질량을 증가시키는 것은 미미한 영향을 미칩니다.

 

    반면, 매달린 천장은 바닥의 열 용량 영향을 감소함으로써 분명히 부정적인 영향을 미칩니다. 야간에 공기 흐름 속도를 높이면 냉각에너지가 감소하지만 팬 에너지가 증가해도 이 냉각의 이점이 줄어들지 않도록 주의해야합니다. 이것은 공기 흐름 속도를 높이기 위해 공기 흐름 덕트의 크기를 조정하여 보장할 수 있습니다. 다른 가능성은 훨씬 적은 전기에너지를 필요로 하는 자연 또는 하이브리드 환기를 사용하는 것입니다.

 

    야간 냉각에 의한 에너지절약은 현재의 제어시스템을 미세 조정하여 증가시킬 수 있습니다. 예를 들어, 최소 실내 온도는 이 연구(22)보다 낮을 수 있습니다. 북유럽 및 중부 유럽에서는 야간 냉각으로 기계적 냉각의 필요성을 완전히 없앨 수 있습니다. 달성 가능한 실내 온도에 대한 다른 매개 변수의 이러한 가능성과 영향은 Artmann et al(2008)에 의해 연구되었습니다. 또한 Gratia 2003의 연구에 따르면 내부 이득이 너무 과도하지 않고 음영 장치를 사용하며 건물이 야간 환기와 함께 열 질량을 사용할 수 있는 방식으로 설계된다면 벨기에 기후에서 냉각시스템이 없이도 과열 측면 위험에서 좋은 열쾌적성을 얻을 수 있다는 것을 보여주었습니다.

 

    Barnard(1999)는 표면 열 전달이 열 질량에 의한 열 에너지의 효과적인 저장에 중요한 요소라는 것을 보여주었습니다. 이것은 열 질량 요소에 대한 표면적이 큰 것이 도움이 된다는 것을 시사하며, 예를 들어 평평한 슬래브보다 리브 바닥 슬래브가 더 효과적입니다. 열 전달 개선을 위한 현재 연구는 바닥 슬래브 내의 코어를 통과하는 공기를 포함하거나, 슬래브를 데우고 식히기 위해 내장된 파이프의 물을 사용하는 것이 포함됩니다.

 

    야간 냉각은 실내 온도가 낮 동안 차갑기 때문에 작동 온도를 낮춥니다. 이것을 통해 동일한 열 쾌적성을 위해 약 0.5° 높은 실내공기 온도를 사용할 수 있습니다.

 

 4) 스틸의 선택된 상업 및 산업용 건물에 대한 에너지인증서

 

    유럽 에너지성능지침(EPB/PEB)에 따라 회원국은 건물의 에너지인증시스템을 구축하도록 요구합니다. 인증서는 공인에너지 인증자가 건물 방문시 수집한 정보를 바탕으로 발급합니다. 건물의 이론적인 에너지소비(표준 사용 조건과 기후에 따라 계산)을 보여주고, 이를 할 수 있을 때 에너지 균형을 개선하기 위한 일반적인 대책을 제안합니다. 에너지증명서는 다양한 국가에서 일반적으로 A에서 G까지 에너지등급을 도입한 규모로 건물의 에너지효율을 간결하게 알려줍니다.

 

    이 단원은 프로젝트에서 연구한 7개의 비주거 건물의 에너지인증서를 아래 VTT Finland의 것과 같이 편집했습니다.

 

    필란드: 연구 건물은 헬싱키에서 북쪽으로 약 100km 떨어진 Hämeenlinna에 있습니다. 측정 기간은 2009~2010입니다. 건물은 지역 난방으로 연결되어 있습니다. 건물의 총 바닥 면적은 4,190m²이며, 이 중 산업용은 3,946m²입니다. 이 건물은 2010년부터 에너지인증을 받았습니다. 건물의 분류는 C에 해당하는 총 에너지소비량인 198kWh/m²로 분류되었습니다.

 

    측정된 결과와 에너지인증의 차이는 사용자 전기가 인증에 포함되지 않기 때문에 역 계산으로 산출됩니다. 그러나 에너지측정에는 총 전기소비량과 총 난방소비량만 포함됩니다. 따라서 에너지인증 값은 필란드 에너지인증서에 의한 계산 규칙에 따라 추정됩니다. 현재 필란드 에너지인증은 갱신 중이며 새로운 에너지인증법은 2012년에 있을 것입니다.