온도차 비율(TDR)에 의한 벽체 모서리의 열성능 현장평가에 관한 연구 = Evaluation of In-situ Thermal Performance of Building Edge by TDR(Temperature Difference Ratio)
건물에서 열적으로 가장 취약한 부위는 외기에 직접 면한 모서리 부위다. 모서리는 벽체 자체의 단열성능이 우수하고 단열 설계가 양호한 경우에도 다른 부위에 비해 전열손실이 상대적으로 크게 발생한다.
지금까지 연구에서는 시뮬레이션 프로그램을 위주로 하여 모서리 부위에 대한 열성능 평가를 실시하였다. 그러나 해석에 의한 평가는 실제 건물에서 열적 결함에 따른 열교 및 결로발생 등의 특성과 현장 조건을 충분히 반영하기가 곤란하며, 아울러 프로그램의 운전과 해석결과에 대한 판정에 있어서도 전문적인 지식이 요구되기에 이를 현장에서 바로 활용하는 것은 매우 어려운 실정이다. 또한 현장 시험의 경우도 시험오차가 현장조건에 따라 크게 발생하기 때문에 아직까지 이에 대한 공인된 평가법은 없다.
이에 본 연구에서는 벽체 모서리 부위의 단열성능과 결로 발생에 대한 적정성 여부를 평가하는 방법으로써 모서리 부위의 표면온도와 실내·외 온도사이의 상호 관계로부터 각 요소의 온도차 비율(TDR: Temperature Difference Ratio)에 따라 모서리 부위의 단열성능을 현장에서 실용적으로 평가할 수 있는 현장 평가법을 제안하였다. 또한 현장 시험의 경우 필연적으로 발생하는 외기 기상조건에 따른 시험오차와 측정치의 변동폭을 줄이고, 계절이나 현장 조건에 따른 시험 조건을 동일하게 만족시키기 위하여 외피 가열 방식을 채택하였다. 현장 실험결과, 가열방식에 의한 TDR 평가법은 현장실험에 따른 오차 요인을 효과적으로 제거하는 것으로 나타났다.
한편, 실험과 병행하여 3차원 열해석 시뮬레이션을 실시하여 모서리 공법별 TDR의 산정 사례와 단열재의 추가 시공에 따른 열성능의 향상 절도를 검토하였다. 분석결과, 건물외피의 열성능을 향상시키고 결로 발생의 확률을 줄이기 위해서는 단순히 부위별로 단열재를 추가 설치하는 것이 오히려 결로의 발생 확율을 높일 수 있는 것으로 나타났다. 따라서 벽체 내단열과 천정 및 바닥단열을 동시에 고려하거나 외단열 공법을 적용하는 것이 결로발생을 줄이고 실제 열성능을 향상시킬 수 있는 것으로 나타났다.
이상의 연구결과, 가열방식에 의하여 단열성능 및 결로발생을 지표화한 TDR에 의한 모서리의 열성능 평가법은 모서리의 현장 열성능 평가와 결로발생의 확률을 객관적으로 도출할 수 있으며, 이를 통해 효과적으로 단열보강 공법의 기술적인 자료 도출과 건물 에너지절약 및 건물 하자요인의 가장 큰 요소인 결로발생을 방지할 수 있을 것으로 기대된다.
This study is aims to develop the evaluation method for in-situ thermal performance of building edges which are vulnerable in thermal property. The TDR (Temperature Difference Ratio) method is defined as the ratio of temperature difference between the edge surface and ambient air in steady-state condition and is figured from 0 to 1 according to the thermal performance of edges. The TDR value can be available to predict condensation on the edge with ambient air humidity and is obtained from the result of surface temperature analysis by general computer simulation program. Also it presents database which can be used to predict thermal performance of various edge differed by insulation. When the measuring in-situ value is used, heating device is necessary to condition the stead state. In this study, in-situ evaluation method is provided as objective and practical method of thermal testing. And it is expected that the method can contribute to the improvement of thermal performance of exterior envelopes.
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