저에너지 건물에서 경질 우레탄폼 단열재(우레탄보드)의 라이프 사이클 환경과 경제성 분석(4)

저에너지 건물에서 경질 우레탄폼 단열재(우레탄보드)의
라이프 사이클 환경과 경제성 분석(3)

(1) 라이프 사이클 분석

건물 전체 라이프 사이클 분석에서 성능 지표에 대한 모든 설계 옵션은 유사한 성능을 보였습니다. 더 큰 차이는 산성화와 POCP(광화학 오존생성지수)는 더욱 더, 그리고 비 유해 폐기물이 나타났습니다. 후자의 두 개의 지표의 경우, 최악의 실행 선택에서 부담은 최고의 실행보다 20% 이상 더 높았습니다. 경질 우레탄폼 단열재(우레탄보드)는 아래 그림과 같이 모든 범위에서 유리한 수준의 성능을 제공합니다.

개별 건물 요소의 구현 영향 분석은 단열재 사이에서 더 가시적인 차이를 나타냅니다. 지붕에 관하여, 경질 우레탄폼 단열재(우레탄보드)와 비드법보온판(EPS) 단열재는 매우 유사한 수준의 영향이 있습니다. 오직 POCP(광화학 오존 생성지수)는 비드법보온판(EPS)이 실질적으로 높습니다. 암면은 상당히 높은 산성화와 비 유해 폐기물 수준을 보여줍니다.

마지막으로, 라이프 사이클 전반에 걸쳐 전체 건물에 다른 단열재의 영향을 살펴보면 흥미롭습니다. 아래 그림은 건물 공사의 영향으로 인해 사용 단계에서의 에너지 소비에 비해 약 8배 더 낮은 것을 보여줍니다.

[벽과 평면 지붕의 상대적 결과]

독립적인 단열재를 사용한 단열의 효과는 에너지 소비보다 적어도 30배 낮습니다. 전체 연구 기간에서 건물의 영향에 1%~2.7%로 인한 단열 범위로 주요 에너지가 소비되었습니다. 비율은 다른 하나의 기후 영역에서 많은 차이가 없습니다.

마찬가지로, 단열재로 인한 기후 변화는 1.5% 사이에 차이가 있으며, 건물의 영향은 4.1%로 사용 단계의 에너지소비 영향보다 적어도 20배 낮습니다. 이것은 분명히 더 낮은 에너지 상업용 건물에서, 건설과 단열제품에서 실현된 영향을 지금까지 능가하여 단계적인 영향을 사용한다는 것을 증명합니다.

[전체 건물 라이프 사이클에 대한 총 주요 에너지의 백분율(건설, 사용, 철거)]

(2) 라이프 사이클 비용

전체 건물에서 총 라이프 사이클 비용은 아래 그림과 같이 모든 사례에서 매우 유사합니다. 이것은주로단열 비용은 라이프 사이클 비용의 5%를 차지한다는 사실로, 라이프 사이클 비용의 31% 는 사용 단계 에너지 소비에 기인합니다.

[전체 건물에 대한 상대적 라이프 사이클 비용(100% 경질 우레탄폼 단열재 사용)]

초기 건설 비용의 분석은 평면 지붕에 비드법보온판을 사용하고 경질 우레탄폼 단열재 샌드위치판넬을 조합한 것이 가장 저렴한 반면, 암면 단열재를 사용하고 경질 우레탄폼 단열재 샌드위치판넬을 조합한 것이가장 싼 것을 보여줍니다, 별도로 암면 단열재에서, 차이는 있지만 작고 명확한 순위를 허용하지 않습니다. 아래의 그래프는 지붕에서 고밀도의 단열재를 사용하는 경우 철골에 대한 높은 비용을 보여줍니다.

[건설 비용(강철 프레임, 샌드위치판넬과 지붕 단열)]

[참고] 단열 재료의 선택이 전체 건물구조에 영향을 미칠 수 있다는 사실을 알고 있는지요?

예를 들어, 같은건물에서 가장 무거운 단열재 대신에 경질 우레탄폼 단열재를 사용하는 경우, 평면 지붕 강철 데크의 강철구조물은 보통이나 더운 기후에서 약 15ton 경량일 수 있습니다.

차가운 기후에서 차이는 13ton입니다. 약 10%의 이득은 가장 무거운 단열층은 86.7ton에 비해 경질 우레탄폼 단열재(우레탄보드)는 10.7ton의 무게가 있다는 사실에 기인합니다(보통인 기후).

(3) PWC 파트 A의 결론

a) LCA(Life Cycle Assessment, 라이프 사이클 분석)

앞에서와 같이, 이 사례는 평평한 지붕과 샌드위치판넬의 환경 성능에 단열재 밀도의 영향을 강조합니다.저밀도 및 높은 단열 성능의 경질 우레탄폼 단열재(우레탄보드)는 경량 평면 지붕 강철구조물의 사용을허용합니다.

b) LCC(Life Cycle Cost, 라이프 사이클 비용)

라이프 사이클 비용은 모든 설계에서 다소 유사한 해결책입니다. 암면 단열재의 사용은 가장 비싼 단열해결책으로, 이것은 부분적으로 단열재의 무게를 지탱하는 데 필요한 강한 강철구조물의 필요로 설명할 수있습니다.

5) 사례 연구 5: 주거용 건물 – 내부 마감과 외벽의 리모델링

BRE 파트 2: 기존 건물에 단열재의 영향 – 두께 제한의 영향

이 부분은 일반적인 리모델링을 조사하였습니다. 기존의 벽을 단열로 간주하는 방법은, 외부 벽의 내부면(내벽)에 단열재를 추가하여 건물의 소유자나 사용자가 유용한 내부 공간을 잃고 싶지 않은 것으로 가정하였습니다. 따라서 단열재의 두께는 50mm로 제한되었습니다. 전체적으로, 모델하우스 벽 표면 134㎡는단열이 되어야 합니다.

두께의 제한은 적용된 단열재를 기초로 다양한 설계와 다른 열관류율 값(U-values)을 나타냈습니다. 이것은 높은 에너지절감 효과를 제공하는 경질 우레탄폼 단열재(우레탄보드)와 같이 건물 사용 단계에서 서로 다른 에너지 소비량을 보였습니다.

구분	경질 우레탄폼	비드법보온판	암면	그라스울
두께 (mm)	50	50	50	50
밀도 (kg/㎥)	32	30	39	24
열전도율 (W/m·K)	0.023	0.034	0.037	0.036
열관류율 (W/㎡·K)	0.36	0.47	0.54	0.54
벽 면적 (㎡)	134	134	134	134

모델 건물의 전반적인 효율성은 파트 1에서 사용된 열관류율 값(U-value)을 고려하여 새로운 건물보다 낮게하였습니다.

a) 경사 지붕: 0.40 W/㎡·K

b) 바닥 : 0.67 W/㎡·K

c) 창문 : 2.70 W/㎡·K

열교와 관련된 열손실: y값=0.15 W/㎡·K

BRE는 모델링에서 일반적인 방법의 다른 단열재를 사용하는 경우, 두 개의 다른 단열재 설치 방법을 제안하였습니다. 사용되는 설치 재료는 아래의 그림과 같이 경질 우레탄폼 단열재(우레탄보드)와 비드법보온판(EPS)은 접착제 그리고 그라스울과 암면은 목재 구조입니다.

[경질 우레탄폼 단열재(우레탄보드) 및 비드법보온판 설치]

[그라스울 및 암면에 사용되는 설치 기술]

(1) 라이프 사이클 분석

LCA는 건축 및 단열 재료의 환경적 영향뿐만 아니라 건물의 사용 단계에서 에너지를 소비하는 동안에도영향을 보였습니다. 이것은 다른 열관류율값(U-value)에서 다른 단열의 결과, 따라서 다른 에너지 사용수준이 필요합니다. 모든 세 가지 기후대에서, 모든 디자인은 아래의 그림과 같이 유사하게 전체 환경에영향을 미치는 것을 보여주었습니다.

[내부 재료 – 영향 부문별 일반적으로 환경에 미치는 영향(온대 해양성 기후)]

연구는 또한 내부 재료와 별도의 단열, 각각 환경 지표에 대한 측정과 특성화 데이터로서 결과를 표시

즉,그림과 같이 각각의 종류에 영향을 미치는 최대값의 백분율로 에너지사용 기여도를 보여주었습니다.

[LCA 결과를 특성화 데이터로 표현(각 영향 종류의 최대값을 기준으로)

–에너지 분석과 물질 기여도(온대 해양성 기후)]

다음과 같은 결론을 나타낼 수 있습니다.

a) 전반적인 결과를 보면, 영향의 종류 중 어떤 것에 다양한 해결에 대한 차이점은 관련이 없습니다. 가장중요한 차이는 최악의 성능과 비교했을 때 경질 우레탄폼 단열재(우레탄보드)의 성능은 약 9%의 낮은지구온난화에 기여함을 발견할 수 있습니다. LCA의 관점에서, 이 차이는 중요하지 않습니다.

b) 산성화지수(AP)의 제외와 내부 단열재의 설치는 건물 구성요소의 전체 영향에 대한 기여는 무시해도 될정도로 낮습니다. 단열 재료의 환경에 미치는 영향은 모든 범주에서 무시할 수 있습니다.

c) 그림에서 확대된 부분은 경질 우레탄폼 단열재(우레탄보드)는 몇 가지 지표에서 환경에 미치는 영향을가지고 있으나, 전체적인 해결에서 다른 해결에 비해 비슷하거나 약간 낮은 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 사실, 이것은 경질 우레탄폼 단열재(우레탄보드)에 의해 달성되는 큰 에너지 절약이 환경에미치는 영향을 상쇄하기 때문입니다.

이것은 단열 재료의 선택은 건물 라이프 사이클 맥락에서 분리할수 없는 이유를 보여주는 좋은 사례입니다.

(2) LCC(Life Cycle Cost, 라이프 사이클 비용)

내부 벽 단열에서 라이프 사이클 비용 분석은 세 가지 기후대 모두에서 유사한 결과를 보였습니다. 평균적으로 50년의 수명에 걸쳐, 아래의 그림과 같이 비드법보온판(EPS)는 8%이었고, 미네랄울은 11 %로경질 우레탄폼 단열재(우레탄보드)보다 더 비쌉니다. 경질 우레탄폼 단열재(우레탄보드)의 높은 비용 효과는 건물의 사용 단계를 통하여 얻을 수 있는 높은 에너지절감에 의해 설명될 수 있습니다.

[두 가지 기후대에 대한 내부 단열의 라이프 사이클 비용(50년 누적 비용)]

(3) BRE 파트 2에 대한 결론:

a) 라이프 사이클 분석

분석은 건물의 수준에서 모든 단열은 전체적으로 환경 성능에서 매우 유사하게 나타나는 것을 보여 주었습니다. 모든 영향 지표에서 경질 우레탄폼 단열재(우레탄보드)의 높은 영향의 상쇄는 더 큰 에너지절감을달성할 수 있습니다.

b) 라이프 사이클 비용

이 장에 포함된 모든 설계 해결의 경우, 경질 우레탄폼 단열재(우레탄보드)는 약간 낮은 라이프 사이클(수명)비용을 보였습니다. 차이를 일반화하기에는 너무 작았습니다.

6. 결론

독립된 제삼자에 의해 정의되고 일반적으로 사용되는 디자인을 기반으로, 이 연구는 모든 가능한 건축과 자재선택을 반영할 수 없습니다. 따라서 결과는 모든 건축물에 자동적으로 반영할 수는 없습니다. 그러나 연구는추가적인 연구 작업에 사용할 수 있는 매우 가치있는 결론을 제공합니다.

➤ 단열은 지속 가능한 건축에 핵심적으로 기여합니다.

➤ 단열재의 선택은 특정한 건물 맥락으로부터 분리될 수 없습니다.

➤ 단열재는 건물의 전체적인 환경에 미치는 영향에만 작은 기여를 합니다. 심지어 저에너지 건물의 경우에도동일합니다. 서로 비교하면, 전과정을 통해 건물 수준에서 평가할 때 가장 일반적인 단열재는 매우 유사한 환경성능을 나타냅니다.

➤ 단열재의 선택은 가장 먼저 건물 수준에서 최고의 에너지 성능을 제공하고 그들 전체의 라이프 사이클에 걸쳐특정한 성능 수준을 유지하는 능력을 기초로 합니다.

➤ 목 섬유(목모)는 두 연구에 포함되도록 유도하였습니다. BRE 연구에서, 이 물질은 적절한 전과정 평가 목록데이터가 공개 영역에 사용할 수 없어 생략해야 했습니다. PWC의 연구를 위해 EPDS는 독일 EPD 방식으로수행되었습니다. 그러나 이러한 EDPs는 목 섬유 단열을 위한 부정적인 지구온난화 잠재력을 보여줍니다.목재를 기초로 한 제품의 기능이 “탄소 싱크(carbon sink)”의 해석은 많은 과학자 및 다른 국가의 사례에 의해공유되지 않습니다. 문제는 TC350 표준의 개정에서 해결해야 합니다.