3) 에너지 효율
지붕은 건물의 에너지효율에 중요한 영향을 미칩니다. 구조물의 에너지효율을 고려할 때, 지붕은 취약한 지점으로 간주됩니다. 내부 열은 지붕으로 상승하고, 태양에 노출된 지붕은 태양 에너지로부터 추가 열을 흡수합니다. 지붕은 비, 바람, 습기 및 외부 물질이 주거 지역으로 들어가는 것을 방지해야 하며, 구조물 내에서 환기를 허용해야 합니다. 그러나 금속 지붕은 다양한 지붕 재료의 에너지효율 이점을 고려할 때, 탁월한 선택이 될 수 있습니다.
에너지 효율성에 대한 핵심 개념은 “적은 비용으로 더 많은 것을 하는 것”입니다. 금속 지붕이 적절하게 설계되고 설치되면, 에너지 효율적인 구조의 핵심 요소가 됩니다. 결과적으로 건물의 에너지 사용량에 크게 영향을 미치는 지붕을 지정하기 위해 용어가 만들어 졌습니다. 이러한 지붕 유형을 “차가운 지붕(cool roof)”이라고 합니다.
차가운 지붕은 건물 내부의 불필요한 열 축적을 방지하고, 최대한의 에너지 보존을 보장하기 위해 설계 및 설치됩니다. “차가운” 색상을 선택하면 열에너지를 반사하는 데 도움이 되어, 건물의 냉각 에너지를 줄입니다. 지붕 시스템의 환기와 단열은 에너지효율을 높이고 에너지 비용을 낮춥니다.
(1) 차가운 지붕 색상
지붕의 색상은 지붕의 열 특성을 결정하는 요소입니다. 더 어두운 색상은 더 많은 열에너지(열)를 흡수하는 반면, 더 밝은 색상은 더 많은 열에너지를 반사하고 더 차갑게 유지하는 경향이 있습니다. 이것은 지붕에 필요한 환기 및 단열에 대한 고려 사항이 되지만, 지붕 재료 자체의 수명에도 영향을 미칩니다.
“차가운 지붕”이라는 용어는 외관보다는 에너지 효율성과 관련이 있습니다. 설치자는 차가운 지붕 성능과 관련된 두 가지 속성인 태양 반사율과 열 또는 적외선, 방출율과 같은 기본적인 지식을 얻을 수 있습니다.
① 태양 반사율
태양 반사율은 아래 그림과 같이 “입사 흐름에 대한 반사 흐름의 비율”로 정의됩니다. 다시 말해, 지붕 제품의 태양 반사율에 대해 주어진 수는 1보다 작은 소수이며, 이는 제품에서 반사되는 열에너지의 비율을 나타냅니다. 예를 들어, 흰색 페인트 금속 지붕은 “높은” 반사 재료로 간주되며, 약 0.70(a.k.a. 70%)의 값을 가지므로 태양으로부터 나오는 열에너지의 30%만 지붕에서 유지됩니다.
[태양 반사율]
재료의 태양 반사율은 재료의 색상뿐만 아니라 다른 요인에도 영향을 받습니다. 그 요인 중 하나는 마감의 광 또는 광택입니다. 마감이 “더 반짝이는 것”은 더 많은 에너지가 반사됩니다. 마감이 “평평한 것”일수록 강판에 흡수되는 에너지가 증가합니다. 지붕 설계, 설치 및 지붕 노화는 모두 지붕 재료의 반사율에 영향을 줍니다.
미국 환경보호국(EPA)은 제조업체가 태양광 반사율에 대한 EPA의 엄격한 성능 요구 사항을 충족시키는 반사 지붕 제품에 ENERGY STAR 라벨을 사용할 수 있는 ENERGY STAR 지붕 프로그램을 관리합니다. 예를 들어, ENERGY STAR 인증을 받으려면, 낮은 경사 지붕(경사가 2:12 또는 그 이하)은 초기 태양 반사율이 0.65(65%)와 같거나 그 이상이어야 하며, 설치 후 3년(정상 조건에서) 경과 후 0.50(50%) 이상인 태양 반사율을 가져야 합니다. 반사 재료에 대한 제조업체 보증은 비교 대상인 비 반사 제품에 대해 제공되는 모든 면에서 동일해야 합니다. 태양 반사율 값을 보여주는 제조업체의 색상 표는 아래 사이트를 참고하시기 바랍니다.
참고(태양 반사율 및 열 방출 값) http://www.metalroofingsupply.biz/signature-300_color_charts.html
② 열 방출
열 방출의 개념은 아래 그림에 나와있습니다. 이것은 “동일한 온도에서 흑체 복사체에 의해 방출되는 비율로 샘플에 의해 방출되는 복사열 유속의 비율“로 정의됩니다. 즉 지붕 제품의 적외선 방출에 대해 주어진 숫자는 1보다 작은 소수이며, 이는 재료에서 주위로 방사되는 열의 비율을 나타냅니다.
[열 방출, 흡수된 열 방출]
방출 값은 “도시 열섬” 효과로 알려진 현상을 평가할 때, 인구 밀집 지역 주변에서 사용되는 중요한 측정 값입니다. 이 효과는 동일한 지리적 위치 내에서 농촌 미개발 지역에 비해 도시 인구가 많은 개발 지역이 지속적으로 따뜻한 기온을 유지하는 경향이 있음을 설명하는데 사용됩니다.
아래 표에서는 다양한 색상의 태양 반사율과 열 방출량을 나열한 제조업체의 색상표가 나와있습니다. 숫자가 높을수록 지붕은 열에너지를 반사하고 방출합니다.
[제조업체의 색상표, 태양 반사율 및 열 방출 값]
이 용어를 적용할 때, 일반적인 오해는 가장 높은 태양 반사율과 최고의 적외선 방사율 등급이 모든 프로젝트에 적합한 선택이라는 가정입니다. 이것은 사실이 아닙니다. 기후대가 다르며, 일부 지붕 재료의 높은 반사율과 방출로 인해 모든 것이 이익을 얻지 못합니다. 실제로 특정 기후 지역에 설치하면 높은 방사율과 방출은 해로울 수 있습니다. 재료를 지정하기 전에 건물 및 위치의 특정 요구 사항을 적절하게 평가하는 것이 중요합니다. 이것은 일반적으로 건축가 또는 설계자가 수행하는 작업입니다.
(2) 환기
환기는 지붕 시스템의 내부 및 주위 등 모든 곳의 공기 교환입니다. 지붕의 적절한 환기는 지붕의 설계 사양을 충족하고, 지붕 시스템의 긴 수명을 지속적으로 유지하기 위해 필요합니다. 환기는 응축의 영향을 최소화하기 위해 금속 지붕 시스템에 매우 중요합니다. 환기 항목은 8) 지붕 환기구의 유형 및 적용에서 설명하였으며, 응축에 대한 세부 사항은 이 장의 4) 결로 문제에서 자세히 다룹니다. 지붕 환기의 추가 목적은 기후 조건에 따라 다릅니다.
추운 기후에서 환기의 주요 목적은 차가운 지붕 표면을 유지하는 것입니다. 이것은 눈이 녹아 얼음을 형성하는 것을 관리하고, 주거 영역에서 조절된 공기가 지붕 및 상부 층으로 빠져 나간 습한 공기를 외부로 배출하여 금속 지붕의 응축을 피합니다.
더운 기후에서 환기의 목적은 지붕과 상부 층에서 태양열 공기를 방출하여 구조물의 냉각 부하를 줄이는 것입니다.
필요한 환기량은 해당 건물의 법규 또는 고습도, 농업용 등과 같은 고유한 설계 사항에 따라 결정될 수 있습니다. 지붕 환기는 일반적인 환기뿐만 아니라 처마와 용마루 환기구를 통해 제공됩니다. 이 공기 흐름은 아래 그림과 같습니다.
[지붕 환기를 위한 일반적인 공기 흐름]
① 처마
지붕 처마의 환기는 빨아들이거나 들어오는 공기로 생각할 수 있습니다. 외부 공기가 환기를 통해 들어오면, 지붕의 위쪽인 용마루 쪽으로 이동합니다. 처마 환기는 여러 가지 방법으로 제공될 수 있습니다.
ⓐ 미리 형성된 배기구와 전체 “soffit(처마 안쪽) 유형”의 패널
ⓑ 처마 장식 몰딩에 사전에 형성된 환기 구멍
ⓒ 통풍구 개구부를 잘라내야 하는 별도의 통풍구 덮개와 개구부 위에 고정된 통풍구 덮개
처마 환기 유형의 예는 아래 그림과 같으며, 이 환기의 정확한 양, 유형 및 위치는 설계자가 결정합니다.
[처마 및 soffit 환기 예]
② 용마루
용마루 환기는 배기가스 또는 나가는 공기로 간주됩니다. 용마루 환기는 가열된 공기가 상승하기 때문에 추진력의 장점이 있습니다. 용마루 환기는 이 가열된 공기가 빠져나갈 수 있는 편리한 수단을 제공합니다. 용마루 환기의 유형과 스타일은 각 유형의 예를 보여주기에는 너무 다양하지만, 아래 그림과 같이 몇 가지 일반적인 용마루 및 박공 환기의 유형이 나와 있습니다.
일반적인 용마루 환기구는 지붕 전체 길이에 설치되는 유형을 포함하며, 다른 용마루 환기구는 용마루 꼭대기가 아니라, 용마루 근처 또는 양쪽에 작거나, 직사각형 또는 정사각형으로 설치됩니다. 용마루 환기구는 강제 환기를 사용하거나, 신선한 공기가 들어오도록 설계된 다른 환기구를 통해 가열된 공기의 자연스러운 상승에 따라 달라질 수 있습니다.
[일반적인 용마루 및 박공 환기구]
③ 외장 환기 위
많은 금속 지붕 형상 및 설치 방법이 자동으로 외장 환기를 제공합니다. 환기 경로는 강판 형상에 주 이음매 및 리브가 포함될 때, 자연스럽게 발생하며, 측면 이음 방법은 일부 형태의 겹침 조인트를 포함합니다. 조류, 곤충 및 먼지가 들어가는 것을 방지하기 위해, 일반적으로 처마에서 차단되지만, 그림에서 설명된 이러한 환기 경로는 지붕 강판의 밑면으로 공기 흐름을 제공합니다. 이 공기 흐름은 응축의 형성을 감소시키 고 또한 응축이 증발하고 제거되도록 증발 수단을 제공합니다.
[강판 성형에 의해 제공되는 환기]
아래 그림에서 보듯이, 도리(purlins) 위에 설치하면 추가 환기 영역이 형성됩니다.
[도리(purlins)가 제공하는 추가 환기 구역]