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제목 열교 등록일 2019.04.04 09:51
글쓴이 해가패시브 조회 89

열교 ( 원문 : ThermalBridges )

 

 

열교의 정의

 

열은 난방 공간으로부터 외부로 향하는 길을 만든다. 그 과정에서, 열은 저항이 가장 적은 경로를 따라간다.

열교는 인접부위(내외부 사이에 온도차가 존재할 경우)와 비교해서 열의 흐름이 달라지는(일반적으로 증가하는) 건물 외피의 국부적인 곳이다.

 

열교의 영향은 다음과 같다:

변화, 일반적으로 감소, 내부표면온도; 최악의 경우에 이는 건물구성요소에 수분이침투하여 곰팡이가 생성되게 할 수 있다.

 변화, 일반적으로 증가, 열손실

 

열교의 두 영향 모두 패시브하우스에서는 없앨 수 있다: 습기가위태로운 수준이하가 되독록 내부표면온도는 모든 곳에서 높아진다 - 그리고 추가적인 열손실은 미미한 수준이된다. 만약 열교량이 제한값(0.01 W/(mK))보다 더작다면 , 그 디테일은 “열교없는 디자인”의 기준에 해당된다.

열교없는 디자인을 위한 기준이 모든 부위에 적용된다면, 설계자와시공자는 더 이상 차갑고 축축한 곳을 걱정하지 않아도 된다. - 열에너지평형을 계산하는데있어서 수고로움을 줄일 수 있다.

열교없는 디자인은 지속적으로 개선된 디테일로 이끈다; 구조의내구성은 증가하고, 난방에너지는 절감된다.

 


01 passivhaus_wbfrei-v01_iso_gr_logo_2.jpg

이 그림은 Buero Faktor 10의 건축가들인 GrenzRasch에 의해 하노버 크론스버그에 있는 “Lummerland" 패스브하우스단지에 적용된, 완벽한 열교없는 건물외피를 보여주고 있다.

문헌: DEPHEUS 18번 보고서, “하노버 크론스버그의 기후 중립 패시브하우스 개발”, 보고서는 http://www.passiv.de 에서 무료로 구할 수 있다.

(Literature Brief reports and technical literature about the Passive

House Final Reports: Climate-neutral Passive House Development

in Hannover-Kronsberg)

 

 

열교없는 디자인을 규정하는 것

 

건물외피는 모든 열교를 고려한 전열손실량이 외피와 표준건물요소의 열관류율만을 사용하여 계산된 결과값보다더 크지 않다면 열교가 없는 것으로 간주한다. (열관류율을 포함한 표준건물요소에서 ‘규칙적으로 발생하는구조’{이는 -일정간격의 스터드를 사용하는 것과 같은- 규칙적으로 열교를 발생시킨다는 의미}를 포함하는 것이 좋다. [Akkp 16] ) 이는 다음과 같은 공식을 사용하는 것으로 요약된다.

온도에 따른 열손은 전도전달 HT로 규정된다. 이는 열관류율을 가진 전체면적 A의 관계로 이루어진다.

U · A

 

이러한 손실량에는 선형열교(Ψl)와 점형열교 χ (Ψ는 선형, χ는 점형열교값이다) 둘모두가 포함되지 않는다. 점형열교는 보통 큰 영향이 없으므로 여기서는 논하지 않는다.

“열교없는 디자인”은 다음과 같이 정의할 수 있다: 열교에 의해발생하는 손실량이 0보다 작거나 같은 것:

∑ Ψ l + ∑ Χ ≤ 0

[defined as thermal bridge free]

그렇게 되면 열교값은 고려치 않아도 되기 때문에 매우 간단하게 계산할 수 있다. 이것은 다음의 식으로 표현가능하다.

Δ UWB 0

Δ UWB는 추가적인 열교에 의한 보정값이다. (독일 에너지절약법에서 사례로 사용됨)


02 envelope_passive_house.jpg

패시브하우스에서는 열교로 인해 발생하는 열손실을 줄이고 있으며, 열교손실량이 그렇게 많지 않기때문에 고려할 필요가 없다.

 


03 Wbfrei_fusspunkt.jpg

단열된 바닥스라브에서 발생하는 외벽의 열교없는 연결 사례(외부치수를 기준으로 계산).

이러한 디테일에서 열교값은 사용된 블록의 성능에 따라 계산된다. ([Akkp 16]에 따름)

 

 

간소화된 기준

 

열교없는 디자인의 정의를 다시한번 살펴보면 모든 디테일은 다차원적인 방법으로 계산되어야 한다는 것을 뜻한다. 그렇게해서, “열교없는 디자인”을 위한 간소화된 기준이 도출된다. 일반 건물기하학에서 “열교없는” 기준은 모든 선형열교값이 다음을 만족할 경우 거의 항상 충족된다.

Ψ ≤ 0.01 W/(mK) [TbCrit].

*TbCrit : Thermal Bridge Criterion의 약자임

[TbCrit]을 만족하는 열교는 여전히 어떤 부분에서는 0보다 클 수 있으나, 패시브하우스의 전후사정을 고려한다할지라도 “무시할수있을 만큼 작은 것”으로 판단한다.

 

게다가, 그 값을 초과하는 열교는 음의 열교값을 가진 다른 연결부위에의해 어느정도 보상이 된다. [TbCrit]의 기준이 연속된 부위 중에서 연결부위, 가장자리, 그리고 특정한 열교부위에 영향을 주는 모든 구조에 적용된다면열교없는 디테일로 인정된다. 연속된 부위에서 일정하게 반복되는 열교는 평균열관류율(Regular Heat Transfer Coefficient Ureg)에 미리 산입되어야한다.(예를들면, 목재 샛기둥이나 패널 구조에 있는 일정하게반복되는 수직부재; 창의 설치시에 발생하는 설치열교도 창의 열관류율에 적정하게 포함되며, 이는 PHPP에 이미 포함되어 있어서 작업을 수월하게 한다)

간소화된 기준으로, 설계와 시공이 훨씬 더 수월해진다: 연결디테일의 특정 범주에서, [TbCrit]을만족하는에 대해 사전에 한번 검증하여야 한다. 이것은 일례로 건물외피를 위한 모든 관련 상세를 검토하는것으로 진행할 수 있다. 많은 제조업체는 이미 이러한 절차를 따르고 있으고 그들의 생산품들은 이 기준에따르고 있다는 것을 보증하고 있다. 설계자가 이 디테일들을 사용한다면,설계자는 패시브하우스를 설계할 때 필요한 열교계산을 간편하게 생략할 수 있고, 열교계산에소요되는 많은 작업시간을 단축할 수 있다.

패스브하우스연구소의 웹페이지에는 “열교가 없는 것으로” 증명된 일반적으로 요구되는 모든 연결 상세의 많은사례들이 있다.

 


04 외벽기초둘레의 Psi.jpg

열교값(Ψ-value)와 단열블록의 열전도율(λ) 연관관계

단열블럭의 열전도율이 λ < 0.25 W/(mK) 보다 작다면 열교값은 Ψ ≤ 0.01 W/(mK)이다. 이 디테일은 열교가 없는 것으로 고려될 수 있다.

기준을 청색의 수평선으로 표시해놓았다.

일반블록(λ >0.8 W/(mK))에서는 상당한 열교 손실을 유발할 수 있다. ([Akkp 18]에 따름)

 

이러한 예는 열교 없는 디자인은 고비용을 발생시키지 않고 몇몇의 단순한 디테일의 변화로 종종 성취할 수있다는 것을 나타낸다. 그러나 이것은 반드시 일찍 인지되어야 하며, 계획단계에서고려되어야 한다. 비록 기술적으로 가능하더라도, 완성된 건물에서차후의 변화들을 만드는 것은 비록 기술적으로 가능할지라도 부당하게 비싸다. 이것이 패시브하우스 요소를적용하여 오래된 건물들의 현대화 이후에도 상당한 열교가 여전히 이 부위에 남아 있는 이유이다.

 

열교 없는 디자인 달성하는 방법

 

다음의 원칙은 이것을 분명하게 증명한다: 단열층은 연필을 사용하여, 모든 외부 외피 단열층 내부에 최소한의 단열 두께로(패시브하우스에서 20cm) 끊임없이 윤곽선을 그릴 수 있는 방법과 같이 계획되어야 한다. 다음의그림은 단면도에 이러한 원칙을 묘사하고 있다. 임계점은 이러한 방법으로 쉽게 식별된다. 예를 들어, 지하층 천장의 벽돌벽의 기준점

 

 

 

 


05 waermebrueckenfrei_marker.jpg

단면도: 단열층은 연필을 사용하여, 모든 외부 외피 단열층 내부에 최소한의 단열 두께로(패시브하우스에서 20cm) 끊임없이 윤곽선을 그릴 수 있도록 계획할 것.

 

열교 없는 디자인의 목적은 실질적으로 디테일을 개선하는 것이다.

다소 비싼 연결 디테일의 실질적 개선은 같은 비용이 드는 덜 적절한 연결의 디테일에서 재계산하는 것이 바람직하다.

 

“열교 없는 디자인”의 원칙이 이미 적용되어 있는 수많은 구조 시스템에서 긍정적인 경험들이 있어왔다. 현재 다음과 같이 이용 가능한 열교 없는 디테일의 완성된 목록들이 있다.

 

일반벽돌을 이용한 매시브 시공

-열전도율 블럭을 이용한 매시브 시공 (:기포콘크리트 블럭)

목구조 (원목과 경량 보)

거푸집 요소를 이용한 시공

조립식 경량 콘크리트 요소를 이용한 시공

 

매시브 시공, 목구조 및 거푸집 시공을 위한 디테일들은 프로토콜 [AkkP 16]권에서 찾을 수 있다. 목구조 디테일은 목구조 시공핸드북 [Kaufmann 2002]에서 찾을 수 있다.

 

패시브 하우스 협회는 열교 없는 시공의 개발에 관하여 제조업자를 위한 조언을 제공한다.

 


06 기포콘크리트 설치.jpg

새 건물에서 , 가장 낮은 열에 기포콘크리트 블록을 설치하는 것은 상당히 쉽다. 그림은 색상에서 미묘한 차이를 보여준다.

 

자주 언급되는 프로토콜 16권 “열교 없는 디자인”에는, 건물 외피를 위한 열교 없는 연결들이 여기에서 제시된 것 뿐만 아니라 다양한 다른 상세들이 제시되어 있다.

만약 새로운 건물이 열교없는 디자인의 원칙에 따르지 않고 지어졌다면, 상당한열손실을 유발시키는 열교가 남아 있을 것이다. 최대 14 kWh/(m²a)의 연간 난방 소요량의 증가가 다양한 건물 프로젝트의 사례에서 존재한다. 따라서, 시공 프로젝트에서는, 열교에 관한 주의 깊은 계획이 어쨌든 패시브 하우스 기준을 달성하기 위해 결정적일 수 있다.

 


07 thermo_ext_wall_passive_house_en.jpg

패시브 하우스의 외부 벽체의 기준점 열화상 이미지는 내부에 더 이상 아무런 냉점이 없다는 것을 보여준다. 기포 콘크리트 블록을 이용한 분리는 성공적인 것으로 입증되었다.

 

 


08 ohne_trennung_kalte_fussleiste.jpg

이것은 만약 열적인 분리가 없다면 볼 수 있는 것이다: 냉점(청색)의 띠가 스커팅 보드를 따라서 나타난다. 수분 손상은 종종 이로 인해 발생한다. 이러한 현상은 열교 없는 방법으로 설계하는 것으로(새로운 건물에서 거의 제로의 비용추가로) 방지 될 수 있다.

(사진: Klaus Michael, Detmold의 저에너지 기관의 이사 및 패시브 하우스 정기회 실무진 대표)

 



<번역 : 조민구 / 출처 : PASSIPEDIA   http://www.passipedia.org/>


* 이 글은 PASSIPEDIA의 규정대로 영어원문 내용을 충실히 한글로 번역하였으며, 임의의 가공은 없음을 알려드립니다.

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* 본 글은 중부유럽의 기후와 문화를 기준으로 작성되었으므로 국내의 실정과 맞지 않을 수 있습니다.


















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