건축물에서의 전열과 단열
☞ 1. 관련법규는 국가법령정보센터 http://www.mltm.go.kr/USR/I0204/m_45/dtl.jsp?gubun=4&search=&search_dept_id=&search_dept_nm=&old_search_dept_nm=&psize=10&search_regdate_s=&search_regdate_e=&srch_usr_nm=&srch_usr_num=1031&srch_usr_year=2010&srch_usr_titl=Y&srch_usr_ctnt=&lcmspage=1&idx=7835 를 참고하였습니다.
☞ 2. 에너지관리공단에서 벽체의 전체 열관류율을 쉽게 계산할 수 있는 열관류율 계산 프로그램입니다.
업무에 참고하시기 바랍니다.
☞ 3.열관류율 계산 프로그램 http://www.kemco.or.kr/building/v2/buil_cert/uvalue_w.htm
Ⅰ.열전도에 의한 전열
1. 열전도(전도)
하나의 물체 내부에 온도차가 있을 때, 그 물체 내부를 통해 고온부에서 저온부로 열이 이동하는 현상
– 겨울철 실내를 난방하고 있을 때, 고온부인 실내로부터 저온부인 실외로 열이 이동하는 현상
2. 열전도율
물체 속을 열전도에 의해 열이 이동하는 비율로서, 고체내에서 1m 간격의 2개의 평행 평면사이에 단면적 1㎡에 대해 온도차 1℃ 당, 1시간에 전달하는 열량이며, 단위는 ㎉/mh℃(W/mK = 0.86㎉/mh℃)이다.
3. 각종 건축자재의 열전도율[㎉/mh℃]
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자재명 |
열전도율 |
자재명 |
열전도율 |
|
강 판 |
38.7 |
타 일 |
1.1 |
|
알루미늄 |
180.6 |
빨간벽돌 |
0.53 |
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동 판 |
332 |
목재(무거운것) |
0.16 |
|
대 리 석 |
2.4 |
목재(가벼운것) |
0.12 |
|
화 강 암 |
3.3 |
합 판 |
0.16 |
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흙(모래질) |
0.8 |
아스팔트 |
0.09 |
|
흙(점토질) |
1.3 |
카 펫 |
0.069 |
|
자 갈 |
0.53 |
방습지 |
0.18 |
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콘크리트 |
1.2 |
텍 스 |
0.13 |
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경량콘크리트 |
0.67 |
유리면(24K) |
0.036 |
|
PC 콘크리트 |
1.3 |
유리면(32K) |
0.034 |
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모르타르 |
1.3 |
암 면 |
0.036 |
|
석고보드 |
0.15 |
발포폴리스티렌 |
0.04 |
|
유 리 |
0.67 |
폴리우레탄 |
0.024 |
|
플라스틱 |
0.68 |
은 |
360 |
1) 단일 벽체에서의 전열량
단일 재료로 되어 있는 벽체의 실내측(고온부) 벽면에서 실외측(저온부) 벽면으로 전달되는 열의 양은
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q = λ( t₁- t₂/ɭ) A |
q = 벽체 내 전열량(㎉/mh℃)
λ= 벽체의 열전도율(㎉/mh℃)
t₁= 고온부 표면온도(℃)
t₂= 저온부 표면온도(℃)
ɭ = 벽체 두께(mm)
A = 벽체 면적(㎡)
2) 다중 벽체에서의 전열량
일반적인 건물에서 벽체는 단일재료가 아닌 여러 종류의 재료로 구성되어 있다. 이러한 경우에는 λ(열전도율)와 ɭ (벽체 두께)은 벽체를 구성하는 모든 재료에 대해 고려해야 한다.
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q = t₁- t₂/{∑ ɭ /∑λ}A |
q = 벽체 내 전열량(㎉/mh℃)
∑λ= 각 벽체의 열전도율(㎉/mh℃)
t₁= 고온부 표면온도(℃)
t₂= 저온부 표면온도(℃)
∑ ɭ = 각 재료의 두께(m)
A = 벽체 면적(㎡)
Ⅱ. 열전달에 의한 전열
1. 대류
가열된 유체(액체 및 기체)가 움직이면서 열이 전달되는 것
2. 열전달에 의한 전열량
고체 표면과 그 표면에 접하고 있는 유체와의 전열량은
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q = α( t- t₁)A = α₀( t₂- t₀)A |
q = 벽체와 공기와의 열전열량(㎉/mh℃)
α₀ ,α = 내표면열전달율, 외표면열전달율(㎉/m²h℃)
t₁,t₂= 고체(벽체) 표면온도(℃)
t,t₀ = 고체에 접하고 있는 유체(실내공기 및 외기)의 온도(℃)
A = 벽체 면적(㎡)
3. 벽체의 표면열전달률(㎉/m²h℃)
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표면 위치 |
표면 형태 |
여름(냉방 시) |
겨울(난방 시) |
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실내면(α) |
수직면(벽체) 수평면(바닥, 천장) 상향열류 하향열류 |
7.2 8.0 5.3 |
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실외면(α₀) |
수직면(벽체) 수평면(지붕) |
20 30 |
28 42 |
Ⅲ. 복사에 의한 전열
1. 복사
어떤 물체가 전자파의 형태로 표면에서부터 에너지를 방출하거나 흡수하는 현상
2. 각종 재료의 복사율
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표면 재료 |
복사율 |
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완전흑체 |
1.00 |
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흑색 비금속(아스팔트, 슬레이트, 페인트, 종이) |
0.90 ~ 0.98 |
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흑색이 아닌 벽돌, 타일, 콘크리트, 돌, 녹슨 철판, 페인트, 점토, 종이) |
0.85 ~ 0.95 |
|
유리창 |
0.90 ~ 0.95 |
|
광택 알루미늄페인트 |
0.40 ~ 0.60 |
|
구리, 알루미늄, 철판 |
0.20 ~ 0.30 |
|
광택 구리 |
0.02 ~ 0.05 |
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광택 알루미늄, 니켈, 크롬 |
0.02 ~ 0.04 |
Ⅳ. 열관류에 의한 전열
1. 열관류율
어떤 물체의 열전도성을 나타내는 요소가 열전도율이고, 열전달성을 나타내는 요소가 열전달율이었는데, 열관류는 열전도와 열전 달을 동시에 고려한 요소이므로 건물의 벽체를 비롯한 어떤 물체의 열관류성을 나타내는 열관류율에는 열전도율과 열전달률이 함께 표현된다.
2. 열관류율 계산방법
1) 구성재료의 열전도율 결정
공인시험기관 열전도율 시험성적서값을 20± 5℃에서의 측정값을 사용한다.
2) 열전달저항
벽체에서 열이 전달되는 순서를 그림으로 표현하면 아래와 같다. 실내의 열은 콘크리트벽(1)을 뚫고 들어가서 단열재(2)의 벽을 통과해서 마감재(3)벽을 다시 뚫고 나가야 한다. 그러려면 (1) 과 (3)에서 저항이 생긴다. 여기에서 콘크리트벽(1)은 실내표면 열전달저항이고, 마감재(3)은 실외표면 열전달저항이다. 다시말하면 벽체구성의 처음과 끝에서 열을 전달하려는 힘에 대한 저항력이 있다는 이야기이다. 물체표면에 가까이 있는 공기는 열저항 요소로 작용하기 때문이다.
열저항은 열관류율의 역수이다. 그러므로 계산은 R = 두께(m)/열전도율 을 하면 된다. 열관류저항값은 클수록 성능이 높은 것이다.
3) 열관류율의 계산
열관류율 계산은 다음 공식에 따른다.
|
K = 1/ [ 1/α + ∑ ɭ /λ + 1/α₀] |
K = 벽체의 열관류율(㎉/㎡h℃)
α = 내표면 열전달율(㎉/㎡h℃)
α₀ = 외표면 열전달율(㎉/㎡h℃)
λ = 벽체를 구성하는 재료의 열전도율(㎉/mh℃)
ɭ = 벽체를 구성하는 재료의 두께(m)
4) 열관류율 계산시 적용되는 실내 및 실외측 열전달저항
【국토해양부 고시 제2010-1031호】
제1절 건축부분 설계기준
제4조(건축부분의 의무사항) 건축물을 건축하는 건축주와 설게자 등은 다음 각 호에서 정하는 건축부분의 설계기준을 따라야 한 다.
1. 단열조치 일반사항
다. 단열조치를 하여야 하는 부위에 대하여는 다음 각 호에서 정하는 방법에 따라 단열기준에 적합한지를 판단할 수 있다.
3) 구성재료의 열전도율값으로 열관류율을 계산한 결과가 규칙 제21조 및 【별표4】의 부위별 열관류율에 만족하는 경우 적합한 것으로 본다.(단, 각 재료의 열전율값은 한국산업규격 또는 공인시험기관 시험성적서의 값을 사용하고, 표면열전달저항 및 중공층의 열저항은 이 기준【별표5】에서 제시한 값을 사용)
5) 열관류율 또는 열관류저항의 계산 결과는 소수점 2자리로 맺음을 하여 적합 여부를 판단한다.(소수점 3째자리에서 반올림)라. 규칙 제21조【별표4】건축물부위의 열관류율 산정을 위한 단열재의 열전도율 값은 한국산업규격 KS L 보온재의 열전도율 측 정방법에 따른 국가공인기관 시험성적서에 의한 값을 사용하되 열전도율 시험을 위한 시료의 평균온도는 20± 5℃로 한다.
【별표4】열관류율 계산시 적용되는 실내 및 실외측 열전달저항
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열전달저항 건축물부위 |
실내표면열전달저항 |
실외표면열전달저항 |
|
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외기에 간접 |
외기에 직접 |
||
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거실의 외벽 (측벽 및 창·문 포함) |
0.11(0.13) |
0.11(0.13) |
0.043(0.050) |
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최하층에 있는 거실 바닥 |
0.086(0.10) |
0.15(0.17) |
0.043(0.050) |
|
최상층에 있는 |
0.086(0.10) |
0.086(0.10) |
0.043(0.050) |
|
공동주택의 층간 바닥 |
0.086(0.10) |
– |
– |
【별표4】열관류율 계산시 적용되는 중공층의 열저항
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공기층의 종류 |
공기층의 두께 da(cm) |
공기층의 열저항 |
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(1) 공장생산된 기밀제품 |
2 cm 이하 |
0.086 × da(cm) |
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2 cm 초과 |
0.17 |
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(2) 현장시공 등 |
1 cm 이하 |
0.086 × da(cm) |
|
1 cm 초과 |
0.086 |
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(3) 중공층 내부에 반사형 |
방사율 0.5이하 : (1)또는 (2)에서 계산된 열저항의 1,5배 |
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5) 공기의 열전도율은 매우 성능이 좋다.(0.025 W/mK)
공기는 기본적으로 밀폐되어 있어야지 단열성능을 갖는다. 그러므로 건축물에 있어서 완전한 밀폐란 존재할 수 없기 때문에 복층유리 사이의 공기층 등을 제외하고는 단열성을 전혀 갖지 못한다고 생각하면 된다.