열 질량
출처: http://www.aprbuildingservices.com.au/C1_Energy_Smart_Housing.html
Ⅵ. 열 질량
이 장의 내용은 열 질량의 영향을 설명하고 위치 및 범위에 대한 지침을 제공합니다. 열 질량의 여름 및 겨울에 효과와 기후와의 관계에 대해서도 설명합니다.
1. 열 질량의 이해
열 질량(Thermal mass)은 건축 자재가 열을 저장하는 능력(열 저장 용량)을 설명하는 데 사용되는 용어입니다. 열 질량을 지닌 재료의 기본적인 특성은 열을 흡수하고 저장하며, 나중에 방출할 수 있는 능력입니다. 단열로 밀폐된 건물에 열 질량을 추가하면 가정 내부에서 경험할 수 있는 극한 온도를 줄일 수 있으며, 평균 내부 온도를 일 년 내내 완만하게 하여 더 편안하게 살 수 있습니다.
무거운 건축 자재는 많은 열을 저장하므로 열 질량이 높다고 말합니다.
[높은 열저장 용량의 재료]
경량의 재료는 많은 열을 저장하지 않고 열 질량이 적습니다.
높은 열 질량(지상에 콘크리트 슬래브 및 단열된 이중 벽) 중량 건축 자재를 사용하면 열 질량이 낮은(목재 바닥과 같은 합판)경량 건축 자재와 비교하여 총 난방 및 냉각 에너지 요구량을 최대 25%까지 줄일 수 있습 니다. 열 질량은 여름 온도가 높고 일일 평균 온도 차이가 큰 기후에서 편안함을 주기 위해 매우 중요합니다. 여름철 기온이 낮은 기후에서 열 질량은 덜 중요하나, 여전히 유익합니다. 그러나 일조량이 열악한 상황에서는 열 질량은 겨울 난방 요구량을 증가시킬 수 있습니다.
2. 열 질량의 계절적 영향
1) 여름
여름에는 열 질량이 건물로 들어오는 열을 흡수합니다. 더운 날씨에 열 질량은 주변 공기보다 낮은 초기온도를 가지며 방열판 역할을 합니다. 대기로부터 열을 흡수하여 하루 동안 내부 온도가 낮아지고, 그 결과로 보충 냉각 장치가 필요 없이 편안함이 향상됩니다.
[여름철 열 질량]
밤에 열은 시원한 바람이 지나갈 때(자연 환기)까지 천천히 방출하거나 또는 배출 팬에 의해 방출되거나 방으로 다시 방출됩니다. 밤에 내부 온도는 열 질량이 적을 때 보다 약간 높을 것이며, 그러나 냉각하는 밤의 영향으로 기온은 아직 편안한 수준입니다.(오랜 기간 동안 뜨거운 날이나 밤이 지속되지 않는다는 조건)
실내 온도의 안정적인 변동에 대한 열 질량의 능력은 아래와 같습니다. 실선은 콘크리트 슬래브에 1층 바닥이 있는 이중 벽돌 집 내부의 여름 기온을 나타냅니다. 점선은 경량 목재 건물 내부의 공기 온도를 나타냅니다. 벽돌 집의 온도 변화는 훨씬 적고, 기온은 거의 항상 편안한 영역에 있습니다.
[다른 열 질량 건물의 여름 기온 비교]
2) 겨울
겨울에는 바닥이나 벽의 열 질량이 북쪽(국내 남쪽), 동쪽 및 서쪽을 향한 창문을 통해 태양 복사열을 흡수 합니다. 밤에는 열이 공기 온도가 내려가면서 실내로 서서히 방출됩니다. 이것은 잠시 동안 쾌적한 온도를 유지하며, 이른 저녁동안 보충 난방의 필요성을 줄여줍니다. 겨울에 좋은 성능을 위해, 열 질량은 직사광선에 직접 노출되어야하며, 장애물이 없는 북쪽(국내 남쪽)을 향한 창문이 있는 지역에 가장 적합합니다.
[겨울에 열 질량]
추가적인 이점은 오랜 기간 동안 내부 공간을 가열한 열의 일부는 열 질량에 저장될 수 있습니다. 난방이 꺼진 후에도, 벽이나 바닥에서 느리게 방출되는 열은 쾌적한 내부 온도를 유지합니다.
3) 부정적인 겨울 효과
일부 열 질량의 경우 실제로 겨울 에너지 요구량을 증가시킬 수 있습니다. 북쪽(국내 남쪽) 창문이 너무 작거나, 가려져(일조량이 좋지 않음) 있기 때문에 태양광 획득의 가능성이 거의 없는 곳에서는 열 질량 사용으로 인한 이점은 최소화될 것입니다. 보충 난방을 사용할 때마다, 온도가 상승하기 전에 열 질량을 가열해야하며, 필요한 난방 에너지를 증가시킵니다. 북쪽(국내 남쪽) 유리의 면적을 늘리면 이 효과를 상쇄할 수 있습니다.
3. 열 질량 및 기후
열 질량은 최대 일 온도와 최소 야간 온도에 큰 차이가 있는 장소에서 특히 효과적입니다. 일반적으로 일일 온도 차이가 클수록 더 많은 열 질량이 필요합니다.
4. 열 질량 위치
1) 내부 단열된 건물 외피
최대한의 효과를 위해, 열 질량은 외부 온도로부터 단열되어야 하며, 즉 단열된 벽 내에 위치해야합니다. 외부가 단열되지 않으면 열 질량의 이점은 현저하게 줄어듭니다. 이러한 이유로 벽돌 벽은 적은 열 질량 이익을 제공하지만, 벽돌은 단열된 공간의 바깥쪽에 있습니다.
[단열된 외피에서 열 질량]
2) 지상 위에 콘크리트 슬래브
지상 위에 직접적으로 콘크리트 바닥 슬래브를 설치하면 지구의 엄청난 열 질량을 이용할 수 있습니다.
3) 내부에 북향(국내 남향) 방
북쪽을 향한 방에서 열 질량을 사용하는 것이 우선해야합니다. 특히 직접적으로 겨울 햇빛을 받는 벽이 좋습니다. 북쪽(국내 남쪽)으로 향하는 창문의 면적이 증가함에 따라, 안정적인 온도를 유지하기 위해서는 더 많은 내부 열 질량이 요구됩니다.
[북향(국내 남향) 방에서 열 질량 위치]
4) 여름동안 더운 방
여름 내내 편안함을 위해 거주지 전체에서 열 질량을 찾습니다. 특히 북쪽(국내 남쪽), 동쪽 및 서쪽의 방에서 열 질량을 찾아야 합니다. 이 방에 창을 차광하는 것도 중요합니다.
[여름에 과열될 수 있는 방의 열 질량 사용]
5) 내부 벽에 벽돌 벽난로
벽돌 벽난로는 굴뚝이 방 안으로 열을 방출할 수 있도록 외부 벽이 아닌 내부 벽에 위치하는 것이 가장 좋습니다.
[내부 벽에 벽난로]
6) 열 질량의 양
높은 열 질량은 고산 지대와 일조량이 적은 일부 지역에서는 제외하고 전역에서 유익합니다. 기술적인 연구는 종종 다른 건축 유형과 기후 지역에 대한 열량의 특정 백분율을 권장하지만, 실제로 대부분의 주택에는 열 질량이 다음과 같은 몇 군데에서만 제공됩니다.
① 바닥: 콘크리트 슬래브 또는 목재 바닥
② 외벽: 이중 벽돌, 벽돌 또는 벽돌로 된 외장재, 비막이 판 외장
③ 내벽: 석조 또는 스터드 벽
모든 재료 선택 중에서 벽 선택은 건물의 열 질량에 약 60~70%를 차지하고, 바닥 면적은 약 30~40%를 차지합니다. 일반적으로 열 질량은 많을수록 좋습니다. 콘크리트 슬래브 위에 있는 이중 벽돌 또는 석조 주택은 최고의 편안함과 에너지절감 효과를 제공합니다. 그러나 중량급 재료의 비용은 에너지 절약의 비용 보다 더 중요할 수 있습니다. 이러한 이유로, 쾌적한 실내 조건을 달성할 수 있을 만큼 많은 열량을 사용해야합니다.
대부분의 경우, 콘크리트 슬래브(석조 벽보다 훨씬 적은 비용)를 사용하는 데 최우선 순위를 두고, 건물 예산이 허락하는 만큼 중량급 벽으로 보완합니다.