저에너지 건물에서 경질 우레탄폼 단열재(우레탄보드)의
라이프 사이클 환경과 경제성 분석(1)
이 자료는 외국 PU 유럽의 저에너지 건물에서 경질 우레탄폼 단열재(우레탄보드)의 라이프 사이클 환경과 경제성분석에 대한 자료를 번역하여 올려드립니다. 국내에서는 건축물의 에너지절약 설계기준의 개정으로 건축물의 단열에 많은 관심과건물의 공간 확보에 대한 문제로 현재에는 경질 우레탄폼 단열재(우레탄보드)가 많이 보급되고 있으며, 점차적으로 증가할 것으로 예상됩니다.
이러한 시점에서 건축물에 다른 단열재보다 약간의 비용 상승을 주는 경질 우레탄폼 단열재(우레탄보드)를 사용할경우경제성에 대한 분석도 필요하다고 생각됩니다.
환경적 측면, 비용적 측면, 공간적 측면 등 다각적인 면에서 타단열재와 비교된 자료이오니 참고하시기 바랍니다.
[저에너지 건물에서 경질 폴리우레탄 폼 단열재(우레탄보드)의 라이프 사이클 환경과 경제성 분석]
——————————————– 목 차 ——————————————–
1. 내용 요약
2. LCA 및 LCC는 무엇인가?
3. 왜 건물 수준에서 건축 제품을 평가하는가?
4. 모델 건물과 연구의 목표
5. 연구의 결과
5.1 사례 연구 1: 주거용 건물. 전체 신축
5.2 사례 연구 2: 주거용 건물. 경사 지붕의 보수공사
5.3 사례 연구 3: 주거용 건물. 평면 지붕
5.4 사례 연구 4: 상업용 건물. 전체 신축
5.5 사례 연구 5: 주거용 건물. 내장재와 외벽의 보수
6. 결론
7. 관련 자료
————————————————————————————————-
1. 내용 요약
건축 자재의 사양에 대한 중요한 선택 기준은 환경과 비용 성과로 두 가지가 있습니다. 사회적인 성과와 함께,그것은 또한 지속 가능한 발전의 세 가지 특징을 나타냅니다.
정책 입안자, 기업, 시민 단체와 최종 사용자는 보다 더 지속 가능한 건축 개념과 디자인으로 전환하는 건설 산업의필요성에 동의합니다. 구분 문제는 지속 가능성이 가장 좋은 평가를 할 수 있는 도구가 재료 를 선택할 수 있는 더많은 정보를 건축가, 건축주, 지정자 또는 정책 입안자가 사용 가능하게 하는 방법 입니다.
대부분의 전문가는 건축 제품의 지속성은 건물이나, 경우에 따라, 건물 요소인 기능 단위의 수준에서 평가 될 수있다는 것을 인식하고 있습니다. 이러한 접근 방식은 건물의 지속 가능성 평가를 위한 유럽 표준을 담당하는CEN/TC 350 기술위원회에 의해 지원됩니다.
하지만 아직도 일부 사람들은 지속 가능한 건물은 소위 “녹색”이라고 말하는 제품을 단순히 조립하여 달성할 수있다는 믿음에서, 건축 제품 또는 재료 자체의 성능 요구 사항을 설정합니다. 이것은 건축 제품 을 위한 대부분의환경 라벨 및 녹색 공공 기관 조달 기준의 개발에 사용의 관점이며, 즉시 사용 가능한 설정에서 건축 재료의 선택에영향을 미칩니다. 그러나 이러한 방법이 반드시 실제로 최고의 지속 가능한 해결책으로 이어지지 않는다는 것을설명할 수 있습니다.
[국내 마곡지구 경질 우레탄폼 단열재(우레탄보드) 시공]
지난 몇 년 동안, 낮은 에너지 건물 디자인에서 경질 폴리우레탄 폼 단열재(우레탄보드))와 다른 단열재를 사용하여 전반적으로 환경적 측면과 경제적 비용의 정량화에 대한 두 가지 연구를 하였습니다. 연구는 프라이스워터하우스쿠퍼-PWC(2013)와 영국 건축연구소-BRE(2010)에 의해 각각 실시되었습니다.
다음과 같은 결론을 이 연구에서 얻을 수 있었습니다.
1) 단열재는 지속 가능한 건축에 대한 매우 중요한 기여를 합니다.
2) 단열재의 선택은 특정한 건물 맥락으로부터 분리될 수 없습니다. 환경 요구 사항을 설정하거나 제품 수준에서벤치마킹 또는 하나의 지표(바이오 공급, 구현 에너지)를 기반으로 평가하는 “친환경” 건물 에 대한 보증을제공하지 않습니다.
3) 단열재는 건물의 전체적인 환경 부담에 거의 기여하지 않습니다. 저에너지 건물에서, 사용되는 에너지 소비는총 1차 에너지의 70%에서 50% 사이에서 여전히 나타날 수 있습니다.
[대규모 신규 상업 건물에서 일차 에너지 교차 분석과 총 비용, PWC에 의해
모델링으로 (50년 이상 동안 영향)]
4) 서로 비교했을 때, 가장 일반적인 단열재는 전체적인 라이프 사이클을 통해 건물 수준을 평가할 때 매우 유사한환경 성능을 보여줍니다.
5) 그러므로 단열재의 선택은 무엇보다도 건물 수준에서 최고의 에너지 성능을 제공하고 자신의 라이프 사이클전체를 통해 지정된 성능 수준을 유지하는 능력을 기반으로 해야 합니다.
6) 나무 섬유(WF)는 이 두 연구에 포함하였습니다. BRE 연구에서 이 재료는 공개적인 영역에서 더 적당한 LCI데이터로 사용할 수 없었기 때문에 생략했습니다. WPC 연구에서 EPDs는 독일의 EPD 방식을 사용 하였습니다. 그러나 EPDs는 나무 섬유 단열을 위한 부정적인 지구 온난화 잠재력을 보여줍니다.
나무를 기초로 하는제품의 기능 “카본 싱크”의 해석은 다른 나라의 많은 과학자들과 관행에 의해 공유하지 않았으며, 그것은환경성과에 대한 명확한 그림을 제공하기에 불가능했습니다.
이러한 문제는 TC350 표준의 개정으로 해결해야 합니다.
7) 열전도율과, 일부의 경우 제품의 밀도는 재료의 강도를 정의하고 건물 구조에 연속적인 영향을 주고, 따라서전반적인 환경과 비용 성능에 영향으로 LCA 및 LCC 평가에 고려해야 할 중요한 특성입니다.
8) 평면 지붕과 같이 구체적으로 기계적인 특성이 필요한 곳에서 경질 폴리우레탄 폼 단열재(우레탄보드) 의사용은 상당히효과적으로 더 나은 환경 성능을 만들 수 있습니다.
9) 낮은 에너지 건물에서 경질 폴리우레탄 폼 단열재(우레탄보드)는 낮은 라이프 사이클 비용과 다른 단열재보다비용 효율적인 해결책을 제공합니다.
10) 향후 연구 과제는 환경과 비용 성능 모두에서 두꺼운 벽에 대한 큰 건축물의 영향을 정량화해야 합니다.
2. LCA 및 LCC는 무엇인가?
라이프 사이클 분석(LCA)은 다른 구성 요소의 최종 배열과 가동, 제조, 원료의 추출을 포함한 라이프 사이클을통하여 제품 시스템의 잠재적인 환경 영향과 입력과 출력의 편집과 평가입니다. 이러한 맥락에서 건물이나 조립시스템은 “제품 시스템”의 일부 및 “제품”으로 간주됩니다.
현재 연구의 LCA 부분은 CEN 및 ISO 표준을 따르고 있습니다.
1) EN 15643-1 건축 작업의 지속성–건물의 지속 가능성 평가–제 1부: 일반 체계
2) EN 15643-2 건축 작업의 지속성–환경성과의 평가를 위한 체계
3) EN 15978 건축 작업의 지속성–건물의 환경성과의 평가– 계산 방법(PWC 연구)과 ISO 14044 환경 경영–라이프 사이클 평가–요구 사항 및 지침(BRE 연구)
4) EN 15804 환경 제품 선언–구성 제품의 제품 분류를 위한 핵심 규칙(가능한 한)
LCA 작업은 프로젝트의 일부 비용 라이프 사이클에 맞춰 50년의 연구 기간에 사용되었습니다. 부분적으로 환경에 영향을 미치는 범주에 대한 정규화 된 데이터(EU15 플러스 노르웨이와 스위스를 포함 하는서부 유럽 시민의 연간 영향)를 특징과 결과를 제시하였습니다.
|
GWP(Global Warming Potential) |
지구온난화지수(kg CO2 eq) |
BRE/PWC 연구 |
|
ODP(Ozone Depletion Potential) |
오존파괴지수(kg CFC11 eq)* |
BRE 연구 |
|
EP(Eutrophication Potential) |
부영양화 잠재력(kg PO4)* |
BRE 연구 |
|
AP(Acidification Potential) |
산성화 가능성(kg SO2 eq) |
BRE/PWC 연구 |
|
POCP(Photochemical Ozone Crea -tion Potential) |
광화학 오존생성 잠재력(kg ethene eq) |
BRE/PWC 연구 |
[지난 140년 동안 지구 표면 온도변화]
1) 환경 흐름
|
비 재생 에너지, 일차 에너지의 입력(원료 포함)(MJ) |
PWC 연구 |
|
총 일차 에너지의 입력(원료 포함)(MJ) |
PWC 연구 |
|
최종 처분에서 유해 폐기물(kg) |
PWC 연구 |
|
최종 처분에서 유해하지 않은 폐기물(kg) |
PWC 연구 |
|
최종 처분에서 방사선 폐기물(kg) |
PWC 연구 |
2) 라이프 사이클 비용(LCC)은 총 소유 비용(TCO)을 설정하는 기술입니다. 이것은 이 비용의 모든 요소를 다루고,이것의 예상 수명을 통해 자산의 소비 내용을 생성하기 위하여 사용될 수 있는 구조적인 접근입니다.편의를 위하여, 이 비용은 일반적으로 세 가지 제목으로 간주됩니다: 초기비용, 운영비용 및 처리비용(해당되는 경우)
LCC 분석은 전년 대비 현금 흐름에 화폐의 시간 가치를 반영하기 위해 할인되어 있어야 합니다. 시간/현재 가치는 다음과 같이 계산됩니다: X/(1+r)ⁿ.
현재 연구와 관련하여, 모든 구성의 비용과 요소를 위한 규격은 건물 소유자에게 발생하는 일반적인 비용을나타내고자 하였습니다. LCC 결과는 각각 50년 사용 후 누적 비용이 3.5%(BRE)와 4.0%의 할인율 (PWC)을보여줍니다.
LCC의 첫 번째 연구에서 BRE’s 비용 모델은 BS/ISO 15686 Part 5[3] 준수하였으며, 이는 성능 요구사항을 충족하면서 “라이프 사이클 동안 자산 또는 부품의 비용”으로 라이프 사이클 비용을 정의합니다. 따라서 라이프사이클 비용은 일반적인 유지 보수와 적절한 구성요소의 만료 시간을 허용합니다.
PWC 연구는 LCC 계산을 위하여 “경제 성과의 평가를 위한 체계” EN 15643-4를 사용합니다.
3) 최대 결과를 달성하기 위한 올바른 순서의 선택
(1) 첫째로, LCC(라이프 사이클 비용) 및 LCA(라이프 사이클 분석)은 의심할 여지없이 중요한 고려 사항이지만,단열의 주된 목적은 건물에서 에너지효율을 더 높게 만드는 것입니다. 따라서, 설계자는 건물의 수명 동안CO2 절감 효과를 극대화하고 에너지 사용을 최소화하기 위하여 건물 외형의 밀폐에서 가장 낮은 열전도성의단열재를 사용한다는 것을 맨 먼저 해결책으로 제시해야 합니다.
(2) 둘째로, 건물은 건물의 수명을 통해 이러한 밀폐의 열적 성능을 유지하기 위하여 그 구성 요소가 선택되어설계되어야 합니다. 이것은 실패의 위험을 줄이고 올바른 세부 사항과 목적에 적합한 재료를 선택하는 것이중요합니다. 특별한 주의는, 재료의 수증기 침투성, 습기 및 결로 민감성, 공기 이동과 물리적 성능 저하에대한 사항을 고려해야 합니다.
(3) 셋째로, 전체 구성 요소 또는 건물 수명기간 동안 비용 성과는 단열재의 구체적인 설치 요구 사항과 관련된추가 비용과 어떤 숨겨진 사항을 수행하기 위한 비용을 고려하여 평가하여야 합니다.
(4) 이러한 세 가지 핵심 조치는 가능한 건물 라이프 사이클 수준에서 서로 다른 설계 선택의 환경 인증을 평가함으로써 더욱 개선된 이후에만 가능합니다.
[교통회관 경질 우레탄폼 단열재(우레탄보드)]
[하나로마트 경질 우레탄폼 단열재(우레탄보드) 시공]
3. 왜 건물 수준에서 건축 제품을 평가하는가?
가장 단순한 수준에서, LCA(라이프 사이클 분석)는 단일 건축 제품에 대한 환경 영향의 전체를 고려할 수 있습니다. 그러나 올바른 비교를 위하여 설계자는 바닥, 지붕 그리고 벽 등 건물의 구성 요소 또는 전체 건물에 대한정보가 필요합니다. 건물의 요소는 몇 가지 제품으로 구성 될 가능성이 있습니다. 친환경은 모든 구성 요소 부분의기여를 추가하여 고려해야 합니다.
단순히 각각 개별적으로 환경에 낮은 영향을 주는 제품을 선택하고, 그들을 함께 위치하게 하는 것은 반드시 전체건물(요소)에 대한 최적의 결과를 제공하지 않습니다. 예를 들어, 낮은 환경 영향을 가진 단열재는 성능도 낮은수준을 가질 수 있습니다. 낮은 열적 성능의 경우, 두꺼운 두께는 지정된 U-값을 달성하기 위하여 요구될 것입니다.
이것은 다시 건축을 위한 무게와 크기, 다른 재료를 필요로 하는 양, 전반적으로 건물이 환경과 비용에 미치는 영향모두 증가하는 연쇄적인 효과가 될 수 있습니다. 다른 경우에는, 유입되는 물에 민감한 성능 을 가진 재료는 비로부터 보호하는 추가적인 보호 층을 필요로 합니다. 이러한 추가적인 층의 환경에 미치는 영향은 LCA(라이프 사이클 분석)의 범위에 포함되어야 합니다.
밀도와 열적 성능은 단열층의 두께를 결정합니다. 차이는 크고 건물 구조에 연쇄적인 영향으로 이어집니다.특정한 적용과 선택된 소재에 따라서 건물의 동일한 U-값을 해결하기 위해서는 무거운 단열재의 중량은 가벼운단열재보다 6~10배 더 높을 수 있습니다.
상황에 따라서는 중요하고, 모든 정보를 갖는 지정자는 실용적이고 현실적인 방법에서 다른 설계 해결책의 환경적영향 간의 유효한 비교를 할 수 있습니다.
[같은 R-값에 다른 단열재 및 단열재의 두께 1]
[같은 R-값에 다른 단열재 및 단열재의 두께 2]
[같은 R-값에 다른 단열재 및 단열재의 두께 3]