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표제지
국문초록
목차
제1장 서론 17
1.1. 연구의 배경 및 목적 17
1.2. 연구의 방법 및 범위 21
1) 실험체 시공 및 연구 방법론의 정립 21
2) 대상 벽체 및 기간 선정 21
3) 측정 결과 고찰을 통한 열환경 평가 22
4) 열류계법 및 정량적 열화상 측정법에 의한 외벽체의 열관류율 분석 22
5) 정량적 열화상 측정법의 평가 및 정확도 개선을 위한 분석 22
제2장 이론적 고찰 23
2.1. 건물 외벽체에서의 열전달 이론 23
2.2. 건물 외벽체의 열관류율 평가 방법 26
2.2.1. 계산법 27
2.2.2. 현장 측정법 30
2.3. 선행 연구 고찰 43
제3장 외벽체의 열관류율 현장 측정 48
3.1. 대상 벽체 48
3.2. 장비 및 측정 절차 56
3.3. 측정 환경 63
제4장 외벽체 열관류율 추정 및 분석 67
4.1. HFM법에 따른 열관류율 분석 결과 67
4.1.1. 경량 외벽체 67
4.1.2. 중량 외벽체 72
4.2. QIRT에 따른 열관류율 분석 결과 76
4.2.1. 경량 외벽체 76
4.2.2. 중량 외벽체 81
4.3. IR법에 따른 열관류율 분석 결과 86
4.3.1. 경량 외벽체 87
4.3.2. 중량 외벽체 92
4.4. 소결 97
제5장 정량적 열화상 측정법의 정확도 개선을 위한 분석 99
5.1. 열관류율 추정 변수 비교 99
5.1.1. 온도 변수에 따른 분석 102
5.1.2. 열류 변수에 따른 분석 111
5.1.3. 소결 117
5.2. 누적화에 따른 열관류율 추정 118
5.2.1. 경량 외벽체 119
5.2.2. 중량 외벽체 126
제6장 결론 133
6.1. 연구의 주요 결과 133
6.2. 연구결과의 의미 및 의의 135
6.3. 향후 연구방향 136
참고문헌 137
ABSTRACT 144
Figure 2.1. 열관류율 평가 방법의 분류 26
Figure 2.2. 목조벽체의 구조 28
Figure 2.3. 총 열전달계수 센서 개념도 37
Figure 2.4. 환경온도 센서 개념도 37
Figure 2.5. 열화상 이미지 예시 39
Figure 3.1. 측정 대상 위치도 49
Figure 3.2. 실험대상의 지상 1층 평면도 50
Figure 3.3. 실험대상의 입면도 (정북 방향) 50
Figure 3.4. 측정 대상 실험체(외부) 51
Figure 3.5. 측정 대상 실험체(내부) 51
Figure 3.6. 경량 벽체에서의 측정 장비 설치 모습 61
Figure 3.7. 중량 벽체에서의 측정 장비 설치 모습 62
Figure 3.8. 측정 기간별 실내·외 온도 및 온도차 결과 64
Figure 3.9. 측정 기간별 일사량 측정 결과 66
Figure 3.10. 측정 기간별 실외 풍속 측정 결과 66
Figure 4.1. HFM법에 따른 LW-1에서의 측정 결과 68
Figure 4.2. HFM법에 따른 LW-2에서의 측정 결과 68
Figure 4.3. 경량 벽체를 대상으로 HFM법에 따른 열관류율 추정 결과 69
Figure 4.4. HFM법에 따른 HW-1에서의 측정 결과 72
Figure 4.5. HFM법에 따른 HW-2에서의 측정 결과 72
Figure 4.6. 중량 벽체를 대상으로 HFM법에 따른 열관류율 추정 결과 73
Figure 4.7. LW-1에서의 온도 측정 결과 및 QIRT에 따라 계산된 열류 결과 77
Figure 4.8. LW-2에서의 온도 측정 결과 및 QIRT에 따라 계산된 열류 결과 78
Figure 4.9. QIRT에 따른 LW-1에서의 열관류율 결과 79
Figure 4.10. QIRT에 따른 LW-2에서의 열관류율 결과 80
Figure 4.11. HW-1에서의 온도 측정 결과 및 QIRT에 따라 계산된 열류 결과 82
Figure 4.12. HW-2에서의 온도 측정 결과 및 QIRT에 따라 계산된 열류 결과 83
Figure 4.13. QIRT에 따른 HW-1에서의 열관류율 결과 84
Figure 4.14. QIRT에 따른 HW-2에서의 열관류율 결과 85
Figure 4.15. LW-1에서의 측정 결과 및 IR법에 따라 계산된 열류 결과 88
Figure 4.16. LW-2에서의 측정 결과 및 IR법에 따라 계산된 열류 결과 89
Figure 4.17. IR법에 따른 LW-1에서의 열관류율 결과 90
Figure 4.18. IR법에 따른 LW-2에서의 열관류율 결과 91
Figure 4.19. HW-1에서의 측정 결과 및 IR법에 따라 계산된 열류 결과 93
Figure 4.20. HW-2에서의 측정 결과 및 IR법에 따라 계산된 열류 결과 94
Figure 4.21. IR법에 따른 HW-1에서의 열관류율 결과 95
Figure 4.22. IR법에 따른 HW-2에서의 열관류율 결과 96
Figure 5.1. 연구 분석 개념도 100
Figure 5.2. LW-1에서의 측정 변수 간 상관성 분석 결과_온도 부분 103
Figure 5.3. LW-2에서의 측정 변수 간 상관성 분석 결과_온도 부분 103
Figure 5.4. HW-1에서의 측정 변수 간 상관성 분석 결과_온도 부분 104
Figure 5.5. HW-2에서의 측정 변수 간 상관성 분석 결과_온도 부분 104
Figure 5.6. LW-1에서의 측정 변수 간 RMSE 분석 결과_온도 부분 106
Figure 5.7. LW-2에서의 측정 변수 간 RMSE 분석 결과_온도 부분 106
Figure 5.8. HW-1에서의 측정 변수 간 RMSE 분석 결과_온도 부분 107
Figure 5.9. HW-2에서의 측정 변수 간 RMSE 분석 결과_온도 부분 107
Figure 5.10. LW-1에서의 측정 변수 간 CVRMSE 분석 결과_온도 부분 109
Figure 5.11. LW-2에서의 측정 변수 간 CVRMSE 분석 결과_온도 부분 109
Figure 5.12. HW-1에서의 측정 변수 간 CVRMSE 분석 결과_온도 부분 110
Figure 5.13. HW-2에서의 측정 변수 간 CVRMSE 분석 결과_온도 부분 110
Figure 5.14. LW-1에서의 측정 변수 간 상관성 분석 결과_열류 부분 112
Figure 5.15. LW-2에서의 측정 변수 간 상관성 분석 결과_열류 부분 112
Figure 5.16. HW-1에서의 측정 변수 간 상관성 분석 결과_열류 부분 112
Figure 5.17. HW-2에서의 측정 변수 간 상관성 분석 결과_열류 부분 112
Figure 5.18. LW-1에서의 측정 변수 간 RMSE 분석 결과_열류 부분 114
Figure 5.19. LW-2에서의 측정 변수 간 RMSE 분석 결과_열류 부분 114
Figure 5.20. HW-1에서의 측정 변수 간 RMSE 분석 결과_열류 부분 114
Figure 5.21. HW-2에서의 측정 변수 간 RMSE 분석 결과_열류 부분 114
Figure 5.22. LW-1에서의 측정 변수 간 CVRMSE 분석 결과_열류 부분 116
Figure 5.23. LW-2에서의 측정 변수 간 CVRMSE 분석 결과_열류 부분 116
Figure 5.24. HW-1에서의 측정 변수 간 CVRMSE 분석 결과_열류 부분 116
Figure 5.25. HW-2에서의 측정 변수 간 CVRMSE 분석 결과_열류 부분 116
Figure 5.26. LW-1에서 측정 구간별 열류 및 온도차의 누적 총합을 이용하여 추정된 열관류율 122
Figure 5.27. LW-2에서 측정 구간별 열류 및 온도차의 누적 총합을 이용하여 추정된 열관류율 124
Figure 5.28. HW-1에서 측정 구간별 열류 및 온도차의 누적 총합을 이용하여 추정된 열관류율 129
Figure 5.29. HW-2에서 측정 구간별 열류 및 온도차의 누적 총합을 이용하여 추정된 열관류율 131
초록보기
세계적으로 에너지 절감 및 온실가스의 감축을 위한 노력의 일환으로 건물 부문에서 차지하는 에너지 소비량을 줄이고 있다. 특히 국내에서도 총 에너지 사용량이 증가되면서 구체적인 에너지 절감에 대한 기술 개발의 중요성이 대두되고 있다.
건물 부문에서의 에너지 절약 방법 중 이용 및 유지관리 단계에서의 절약 방법은 실제 이용자들의 특성에 의존함에 따라 계획된 바와 다르게 사용될 수 있어 직접적인 제어가 어렵다. 반면, 설계 단계에서의 절약 방법은 건물의 구조적 요소 및 설비 등을 법규로 권장 사항 및 의무사항으로 지정함에 따라 일정 수준 이상의 에너지 절약을 실현할 수 있다.
대표적으로 건축물의 에너지 절약 설계기준에서 의무사항으로 지시하는 부위별 외피 열성능은 외부 환경에 가장 노출됨에 따라 많은 에너지의 손실이 발생한다. 이를 방지하고자 외벽체, 지붕 등의 단열 성능을 최소한으로 규정하여 해당 성능 이상의 건축물에 대해서만 건축 허가가 이루어졌다.
한편, 해당 기준의 제정 이후로도 단열 성능의 기준은 꾸준히 강화되어왔으나 선행 연구에 따르면 신축 및 리모델링 건물에 대해 이론적으로 계산된 열관류율과 실제 현장 측정을 통해 추정되는 열관류율 간에 차이가 확인되었다. 선행 연구는 이러한 차이를 줄이기 위한 방법을 시도했으며, 가장 많이 사용되는 열류계법(Heat flow meter method)에 대한 연구를 꾸준히 진행해왔다. 반면, 대면적의 외벽체를 신속하게 측정할 것으로 기대되며, 기존에 정성적 진단에서 정량적 평가로 확장되고 있는 정량적 열화상 측정법(Quantitative Infrared Thermography)에 대한 연구는 다소 부족하다. 아울러, 최근 국제 기준으로 제정되어 열화상 카메라를 이용하여 열관류율을 평가하는 ISO 9869-2에 관한 연구는 현재까지 보고되지 않고 있다.
따라서 본 연구에서는 외벽체의 단열 성능을 평가하기 위한 현장 측정을 위해 실험체를 제작하였고, 장기간에 걸쳐서 4회의 현장 측정을 수행하였다. 측정된 데이터를 기반으로 HFM법, QIRT법, IR법에 따라 열관류율을 평가한다. 이를 통해 각 방법론의 특징 및 한계점을 파악한다. 아울러 한계점을 개선하기 위해 열관류율의 추정 변수를 고찰하고, 측정된 데이터를 세분화하여 검토한다.
그 결과, 동일한 실내·외 환경에서의 열관류율 추정임에도 불구하고 각 측정 방법에 따라 열관류율 값이 상이함을 확인하였다. 특히, HFM법에 따른 열관류율은 이론적으로 계산된 열관류율과 10% 이내의 오차가 확인되었으나 정량적 열화상 측정법에 따른 열관류율은 최대 50.3%의 수준의 오차까지도 확인되어 정확성에 대한 한계점이 나타났다.
이에 정확성의 개선을 위해 측정 시간을 8개의 구간으로 세분화하여 분석을 수행하였으며 열관류율의 추정에 영향을 미치는 변수에 대해 고찰하여, 열류의 오차율이 열관류율의 오차에 크게 기인하였음을 정량적으로 확인하였다.
기존의 정량적 열화상 측정법은 단기간의 데이터를 바탕으로 순시의 값으로 열관류율을 평가한다. 실제 환경은 끊임없이 변동하기 때문에 순시의 결과는 측정 환경 및 시간대에 의존할 수밖에 없다. 이에 데이터의 안정화를 위해 누적평균화하여 열관류율을 새로 추정하였다.
4회에 걸친 측정은 각각 8개의 세분화된 측정 구간에 대하여 누적평균화를 통해 총 32개의 열관류율이 새로 추정된다. 각각의 열관류율과 이론적 열관류율값의 편차가 20%를 초과하는 경우는 32개의 측정 구간 중에서 5개의 측정 구간으로 나타났고, 22개의 측정 구간에서 10% 이내로 나타나 전반적인 열관류율의 정확성이 향상된 것으로 판단된다.MARC 보기
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