1. 우리나라의 다양한 유형의 건물에 대한 에너지 절약 설계 기준
건물의 수명은 50년 이상일 수 있습니다. 특히 여름철에는 건물의 에어컨 전력 소비가 총 피크 전력 소비의 약 3분의 1을 차지합니다. 건물의 일일 에너지 소비를 줄일 수 있다면, 얻을 수 있는 에너지 절약 효과는 매우 큽니다. 이를 감안할 때, 에너지의 효과적인 사용을 촉진하고 생활 환경의 안전, 건강 및 편안함을 저해하지 않기 위해, 우리나라의 다양한 유형의 건물에 대한 에너지 절약 설계 기준이 명확히 정의되어 있습니다.
건물 외피의 에너지 절약 설계는 기후대에 대한 참조 외에도 지붕의 유형, 평균 열 전달율(Uar), 천창 투과율(HWS), 외부로의 유리 가시광 반사율(GRc) 및 기타 네 가지 항목이 해당 기준값보다 낮아야 합니다.
2. 외벽 및 지붕의 평균 열 전달율 관리 기준
건물의 지붕은 하루 종일 태양에 노출되어 많은 양의 태양 복사열을 흡수합니다. 흡수된 태양 복사는 지붕 외부 표면의 온도를 상승시킵니다. 맑은 여름날, 지붕 외부 표면의 온도는 보통 40~50°C에 도달할 수 있습니다. 정오에 태양이 내리쬘 때는 60°C를 초과할 수도 있습니다.
실내외 표면 간의 온도 차이가 이렇게 큰 경우, 단열 성능이 좋지 않은 지붕은 여름철 실내 열의 가장 큰 원인이 될 수 있습니다. 따라서 우리나라의 건축 기술 규칙은 지붕의 단열 성능 강화를 건물 에너지 절약 관리의 주요 프로젝트로 지정하고, 지붕 평균 열 전달율(Uar)을 지표로 사용합니다. 건축 기술 규칙 중 하나는 지붕의 평균 열 전달율이 0.8W/m2.K 미만이어야 하며, 이는 지붕의 내부 및 외부 표면 간의 온도 차이에 의해 발생하는 열 전도를 억제하기 위한 것입니다. 다른 규칙은 외벽의 평균 열 전달율과 창문의 평균 열 전달율이 기준값보다 낮아야 한다고 규정하고 있습니다.
열 전달율(U 값)과 열 저항 값(R 값)은 건물 벽이나 지붕의 열 성능을 측정하는 데 사용되는 두 가지 지표입니다. R 값은 건물 벽이나 지붕이 열이 통과하는 것을 방지하는 능력을 나타냅니다. 벽이나 지붕의 R 값이 높을수록 벽이나 지붕의 단열 성능이 강해집니다. U 값은 벽이나 지붕의 실내외 표면 간의 열 전도량을 나타내며, 이는 R 값의 의미와 반대입니다. U 값이 낮을수록 열 전달이 적고 벽이나 지붕의 단열 효과가 더 좋습니다.
열전도율(k 값)과 두께는 재료의 열 저항(R 값)과 열 전달율(U 값)을 측정하는 데 사용될 수 있습니다. 단일 건축 자재의 경우, 열 저항 값(R 값)은 다음과 같이 계산됩니다:
R=d/k
in
R: 열 저항 값, m2.K/W
d: 재료 두께, m
k: 열전도 계수, W/m.K
일반적으로 건물의 벽이나 지붕은 여러 재료의 조합으로 만들어지며, 그 총 열 저항 값(Rt 값)은 다음과 같이 계산됩니다:
Rt = Ro + d1 / k1 + d2 / k2 +…dn / kn + Ri
in
Ro: 외부 표면의 얇은 공기층의 열 저항, m2.K/W
Ri: 내부 표면의 얇은 공기층의 열 저항, m2.K/W
k: 구성 재료의 열전도 계수, W/m.K
d: 기본 재료의 두께, m
건물 벽이나 지붕의 열 전달율(U 값)은 안정적인 열 전달 조건에서 단위 공기 온도 차이와 단위 시간 내에 건물 벽 또는 지붕의 내부 및 외부 표면에 의해 직접 전도되는 열을 나타냅니다. 그 값은 벽이나 지붕의 열 저항 값(Rt 값)의 역수입니다. 건축 자재의 U 값이 낮을수록 열 저항이 더 좋습니다.
U=1/Rt
일반적인 PS 단열 보드 지붕 구조를 사용하여 Uar 값을 계산하는 방법을 설명합니다. 이 계산 예제를 통해 다양한 재료의 열 저항 값(R 값)이 벽과 지붕의 단열 효과에 미치는 영향을 이해할 수 있습니다. 전통적인 RC 콘크리트 건축 자재의 열 저항 성능은 그다지 좋지 않습니다. 단열재를 사용하여 단열 처리를 해야만 좋은 결과를 얻을 수 있습니다. 동일한 건물이 다른 지붕 구조를 가지고 있는 경우, 지붕의 평균 열 전달율은 면적 가중 방식으로 계산됩니다. 다음과 같이:
Uar=(Uar, 1×Ar, 1+Uar, 2×Ar, 2+…Uar, n×Ar, n)/(Ar, 1+Ar, 2+…+Ar, n)
창문 및 지붕 창문의 투과율 관리 기준
건물의 아트리움이나 복도의 지붕에 유리 조명 덮개를 사용하는 것은 조명의 밝기를 높이고 조명 전력 소비를 줄일 수 있어 조명 에너지 절약에 큰 의미가 있습니다. 그러나 반면에, 지붕 채광창을 통해 들어오는 빛은 태양의 복사열도 실내로 유입시킵니다. 유입된 햇빛은 바닥에 흡수되어 장파 복사로 변환됩니다. 유리의 특성상 장파 복사는 유리를 쉽게 통과하여 실외로 나가지 않습니다. 또한, 채광창의 특별한 위치는 일반적으로 열 수 없는 유리창입니다. 적절히 설계되지 않으면 이러한 아트리움이나 복도는 쉽게 온실이 되어 에어컨의 전력 소비를 증가시킬 수 있습니다.
따라서 건물 기술 규칙은 수평 고도 각도가 80도 미만인 지붕 반투명 채광창이 있고, 그 수평 투영 면적(HWa)이 1.0m2를 초과할 때, 반투명 채광창의 태양 투과율(HWs)은 기준값(HWsc)보다 낮아야 한다고 규정합니다. 그러나 건물의 외벽이 절반 이상 노출된 경우에는 적용되지 않습니다.
다양한 유형의 건물에 대한 에너지 절약 관리 지표
우리나라의 건축 기술 규정은 사무실 건물, 백화점, 호텔 및 병원 건물에 대한 에너지 절약 관리 지표로 ENVLOAD를 사용합니다.
녹색 건물의 일일 에너지 절약 평가 지표
건물 기술 규칙은 건물 외피 설계에 대한 에너지 절약 규정만 제공하며, 건물의 일일 에너지 소비에서 가장 큰 비중을 차지하는 에어컨 및 조명 시스템의 에너지 효율에 대한 관련 규정은 없습니다. 따라서 녹색 건물 평가 시스템은 건물 외피 에너지 절약 설계, 에어컨 효율 설계, 조명 효율 설계의 세 가지 측면을 통합하여 "일일 에너지 절약 지표"가 됩니다.
건물 외피 에너지 절약 평가 측면에서, 인증된 녹색 건물의 외피 에너지 소비에 대한 적합 기준은 건축 기술 코드에 명시된 에너지 절약 규정보다 20% 더 엄격합니다. 에어컨 시스템의 에너지 절약 평가는 주요 장치의 과도한 설계를 방지하고 고효율 장비와 에어컨 에너지 절약 기술의 사용을 장려합니다. 에어컨 시스템은 중앙 에어컨, 창문형 및 분할형 에어컨의 세 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 중앙 에어컨을 사용하는 건물의 경우 평가 항목에는 호스트 용량 효율성 HSC와 에어컨 시스템 에너지 절약 효율성 EAC가 포함됩니다. 별도의 에어컨이 있는 건물은 에어컨 에너지 절약 설계 평가에서 면제될 수 있습니다.
