07. 열교 (Thermal Bridges)

M 관리자 5 4,792 2014.11.19 11:16
열교 ( 원문 : Thermal Bridges )
 
 
열교의 정의
 
열은 난방공간으로부터 외부를 향하여 흐른다. 그 과정에서, 열은 저항이 가장 적은 경로를 따라 흐른다.
열교는 인접부위(내외부 사이에 온도차가 있을 경우)와 비교해서 열의 흐름이 달라지는(일반적으로 열의 흐름이 증가하는) 건물 외피의 작은 부분이다.
 
열교의 영향은 다음과 같다:
◾ 내부표면온도가 일반적으로 감소하는 변화; 최악의 경우에 이는 건물구성요소에 수분이 침투하여 곰팡이가 생성될 수 있다.
◾ 열손실이 일반적으로 증가하는 변화
 
열교의 두가지 영향은 패시브하우스에서 모두 없앨 수 있다: 내부표면온도가 각 부위에서 모두 높아져서 습기가 위태로운 수준까지 도달할 수 없도록 한다 - 그리고 추가적인 열손실은 미미한 수준으로 낮아진다. 만약 열교량이 제한값(0.01 W/(mK))보다 더 작다면 , 그 디테일은 “열교없는 디자인”이라고 한다.
열교없는 디자인을 위한 기준이 모든 부위에 적용된다면, 설계자와 시공자는 더 이상 차갑고 축축한 곳을 걱정하지 않아도 된다. - 그리고 열에너지평형을 계산하는데 있어서 수고로움을 줄일 수 있다.(열교를 별도로 해석하지 않아도 되기 때문_역자주)
열교없는 디자인은 지속적으로 디테일을 개선시킨다; 구조의 내구성은 증가하고, 난방에너지는 절감된다.
 
그림1.jpg
이 그림은 Buero Faktor 10의 건축가들인 Grenz와 Rasch에 의해 하노버 크론스버그에 있는 “Lummerland" 패스브하우스단지에 적용된, 완전히 열교없는 건물외피를 보여주고 있다.
문헌: DEPHEUS 18번 보고서, “하노버 크론스버그의 기후 중립 패시브하우스 개발”, 이보고서는 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
 
모든 열교를 고려한 전열손실량이 외피와 표준건물요소의 열관류율만을 사용하여 계산된 결과값보다 더 크지 않다면, 건물외피는 열교가 없는 것으로 간주한다. (표준건물요소에서 열관류율을 계산할 때 ‘규칙적으로 발생하는 구조’{일정간격의 스터드를 사용하는 것과 같이- 규칙적으로 발생하는 열교}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 표현한다.
U · A
 
이 손실량에는 선형열교(Ψ⋅l)와 점형열교 χ (Ψ는 선형, χ는 점형열교값이다) 둘 모두가 포함되지 않는다. 점형열교는 보통 큰 영향이 없으므로 여기서는 논하지 않는다.
 
“열교없는 디자인”은 다음과 같이 정의할 수 있다: 열교에 의해 발생하는 손실량이 0보다 작거나 같은 것:
∑ Ψ ⋅ l + ∑ Χ ≤ 0
[열교없는 디자인으로 규정됨]

그렇게 되면 열교값은 고려치 않아도 되기 때문에 매우 간단하게 계산할 수 있다. 이것은 다음의 식으로 표현가능하다.
Δ UWB ≤ 0
Δ UWB는 추가적인 열교를 더한 보정값이다. (독일 에너지절약법에서 사례로 사용됨)
 
02 envelope_passive_house.jpg
패시브하우스에서는 열교로 인해 발생하는 열손실 또한 줄이고 있으며, 열교로 인한 손실을 따로 계산을 해야할 만큼 열교값이 크지 않다.
 
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, 패시브하우스라고 할지라도 “무시할 수 있을 만큼 작은 것”으로 판단한다.
 
게다가, 그 값을 초과하는 열교는 음의 열교값을 가진 다른 연결부위에 의해 어느정도 보상이 된다. [TbCrit]의 기준이 연속된 부위 중에서 접합부위, 가장자리, 그리고 특정한 열교부위에 영향을 주는 모든 구조에 적용된다면 열교없는 디테일로 간주한다. 연속된 부위에서 일정하게 반복되는 열교는 기준열관류율(Regular Heat Transfer Coefficient, Ureg)에 미리 산입되어야 한다.(예를 들면, 목재 샛기둥이나 패널 구조에서 일정하게 반복되는 수직부재; 창의 설치시에 발생하는 설치열교도 창의 열관류율에 적정하게 포함되며, 이는 PHPP에 이미 포함되어 있어서 계산이 쉬워진다)
간소화된 기준으로, 설계와 시공이 훨씬 더 쉬워진다: 접합디테일의 특정 범주에서, [TbCrit]을 만족하는 가에 대해 사전에 한번 검증하여야 한다. 이것은 일례로 건물외피를 위한 모든 관련 상세를 검토하면서 진행할 수 있다. 많은 제조업체는 이미 이러한 절차를 따르고 있으며, 그 생산품들은 이 기준에 따르고 있다는 것을 보증하고 있다. 설계자가 이 디테일들을 사용한다면, 설계자는 패시브하우스를 설계할 때 필요한 열교계산을 간편하게 생략할 수 있고, 열교계산에 소요되는 많은 작업시간을 단축할 수 있다.
패스브하우스연구소의 웹페이지에는 “열교가 없는 것으로” 증명된 일반적으로 요구되는 모든 접합상세의 많은 사례들이 있다.
 
04 외벽기초둘레의 Psi.jpg
열교값(Ψ-value)와 단열블록의 열전도율(λ)과의 연관관계
단열블럭의 열전도율이 λ < 0.25 W/(mK) 보다 작다면 열교값 Ψ ≤ 0.01 W/(mK)이다. 이 디테일은 열교가 없는 것으로 간주될 수 있다.
그 기준을 청색의 수평선으로 표시하였다.
일반블록(λ >0.8 W/(mK))에서는 상당한 열교손실이 발생할 수 있다. ([Akkp 18]에 따름)
 
이러한 예는 디테일의 아주 간단한 변경으로 그리고 고비용을 발생시키지 않고도 “열교없는 디자인”을 만들 수 있다는 것을 보여준다. 그러나 이것을 반드시 사전에 인지하고, 계획단계에서 고려하여야 한다. 건물이 완공된 이후에 변경하는 것은 비록 기술적으로 가능할지라도 너무 많은 비용이 들어간다. 그래서 오래된 건물들을 패시브하우스 요소를 적용하여 개선하여도 상당한 열교가 여전히 이러한 부위에 남아있게 된다.
 
 
열교 없는 디자인을 하는 방법
 
다음의 원칙은 이를 분명하게 증명한다: 단열층 내에 최소한의 단열 두께로(패시브하우스에서는 20cm) 전체외피에 연필을 사용하여, 끊김없이 윤곽선을 그리는 방법으로 단열층을 계획한다. 다음의 그림은 단면도를 이용한 이러한 원칙을 잘 보여준다. 이런 방법으로 주의할 부분을 쉽게 구별할 수 있다. 예를 들어, 지하 천장의 조적벽 연결지점.
 
05 waermebrueckenfrei_marker.jpg
단면도: 단열층 내에 최소한의 단열 두께로(패시브하우스에서는 20cm) 전체외피에 연필을 사용하여, 끊김없이 윤곽선을 그리는 방법으로 단열층을 계획할 것.
 
“열교 없는 디자인”의 목적은 디테일의 실질적인 개선이다.
단지 비용적인 측면에서 덜 적절한 접합디테일을 적용하는 것보다 조금 더 비싸더라도 접합디테일의 실질적인 개선이 더 바람직하다.
 
우리는 수많은 건축물에 “열교 없는 디자인”의 원칙을 일찍이 적용시켰던 긍정적인 경험들을 가지고 있다. 다음의 건축물들에 현재 사용 가능한 열교없는 디테일의 완성된 목록들이 있다.
 
■ 일반벽돌을 이용한 중량건축물
■ 낮은 열전도율을 가진 블럭을 이용한 중량건축물 (예: 기포콘크리트 블럭)
■ 목구조건축물 (경량보 같은 목조중량보)
■ 거푸집을 이용한 건축물
■ 조립식 경량 콘크리트 요소를 이용한 건축물
 
중량건축물, 목구조건축물과 거푸집을 이용한 건축물들에 적용되는 디테일들은 프로토콜 [AkkP 16]권에서 찾을 수 있다. 목구조건축물의 디테일은 목구조건축물 핸드북[Kaufmann 2002]에서 찾을 수 있다.
 
패시브 하우스 연구소는 열교 없는 시공법의 개발에 관하여 제조업자에게 조언을 제공한다.
 
06 기포콘크리트 설치.jpg
신축건물에서 , 가장 낮은 줄에 기포콘크리트 블록을 설치하는 것은 상당히 쉽다. 색상에서 미묘한 차이를 보여주는 부분을 그림에서 볼 수 있다.
 
프로토콜 16권에서는 “열교 없는 디자인”이 자주 언급되며, 여기에 제시된 것 외에 건물 외피에 적용된 다양한 또다른 디테일들이 제시되어 있다.
만약 신축건물이 열교없는 디자인의 원칙에 따르지 않고 지어진다면, 상당한 열손실을 유발시키는 열교가 남아 있을 것이다. 다양한 건물 프로젝트의 사례를 보면 연간 난방에너지요구량이 14 kWh/(m²a) 더 발생한다. 그래서 건물 프로젝트에서는 열교를 고려한 세심한 설계가 패시브하우스 기준을 달성하기 위한 결정적인 사항이다.
 
07 thermo_ext_wall_passive_house_en.jpg
패시브 하우스 외벽의 하부구석을 촬영한 열화상을 보면 어느 구석에도 차가운 곳이 없음을 알 수 있다. 기포 콘크리트 블록을 이용한 열적분리는 성공적임을 알 수 있다.
 
 
08 ohne_trennung_kalte_fussleiste.jpg
이 그림은 열적분리가 없을 경우에 볼 수 있는 것이다: 차가운 (청색)의 띠가 하부몰딩을 따라서 나타난다. 습기에 의한 손상은 이로 인해 자주 발생한다. 이러한 현상은 열교 없는 방법으로 설계하여 (신축건물에서는 거의 추가비용없이) 방지할 수 있다.
(사진: Klaus Michael, Detmoldm, 저에너지 연구소의 이사이며, 패시브하우스컨퍼런스 실무그룹의 장)
 
 
다음을 참조하시오
 
 
문헌
 
[AkkP 16] Wärmebrückenfreies Konstruieren ; Protokollband Nr. 16 des Arbeitskreises kostengünstige Passivhäuser, 1. Auflage, Passivhaus Institut, Darmstadt 1999 (Thermal bridge free design; Protocol Volume No. 16 of the Working Group for Cost-effective Passive Houses, 1st Edition, Passive House Institute, Darmstadt 1999 (see PHI's list of publications).
[Kaufmann 2002] The Passive House – Energy-efficient Construction, Timber Construction Handbook Series 1: Design and Construction Section 3: Residential and administrative buildings Part 10: Passive House – Energy-efficient Construction, DGfH Innovation and Service GmbH, 2002 PDF
 
<출처 : PASSIPEDIA http://www.passipedia.org/>
* 이 글은 PASSIPEDIA의 규정에 따라 번역되었으며, 임의의 가공은 없음을 알려드립니다.
* 오역이 있을 경우에는 info.phiko@gmail.com으로 연락주시기 바랍니다.
* 본 글은 중부유럽의 기후와 문화를 기준으로 작성되었으므로 국내의 실정과 맞지 않을 수 있습니다.
 

Comments

G 박순호 2015.08.06 11:05
열교를 아주 상세하게 기술해 두어 많은 참조가 됩니다.
M 관리자 2015.08.06 11:09
감사합니다.
1 김영민 2015.11.02 17:44
하나 문의드릴 것이 있습니다.
내용을 보다보면 중간부에 '패시브하우스의 웹페이지에는 "열교가 없는 것으로" 증명된 일반적으로 요구되는 모든 접합상세의 많은 사례들이 있다."라고 적혀 있고 패시브하우스연구소의 웹페이지의 링크가 연결되어 있는 것을 보았습니다.
기초적인 문의사항이지만 링크를 타고 연구소 웹페이지를 들어가 보았는데 열교가 없는 것으로 증명된 사례들을 어디서 확인이 가능한지 잘 모르겠습니다. 이러한 부분을 확인하려면 어디를 확인하면 되는지 알려주시면 감사하겠습니다.
M 관리자 2015.11.04 13:49
독일 패시브하우스연구소에서는 열교가 없는 접합상세를 "인증"해 주고 있습니다.
그러므로 홈페이지에 자료실 같은 것은 없구요..
"인증"을 받은 컴퍼넌트를 모아 놓은 곳이 있을 것입니다. 거기서 인증 받은 제품을 확인하실 수 있습니다.
1 김영민 2015.11.04 17:28
네 인증 받은 제품을 모아놓은 것은 보았는데 사례라고 하는 것이 제가 생각했던 것과는 다른 것이었군요.
답변에 감사드립니다^^