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ISSN : 2288-9167(Print)
ISSN : 2288-923X(Online)
Journal of Odor and Indoor Environment Vol.22 No.1 pp.22-33
DOI : https://doi.org/10.15250/joie.2023.22.1.22

Evaluation of thermal performance for aluminum stick curtain wall system through standard test method

So Ra Choi, Sung Wan Kim, Myung Kyu Park, Da Hye Kim, Ha Yeong Kim, Sang Min An*
Korea Research Institute of Eco-Environmental Architecture
* Corresponding Author: Tel: +82-10-9189-0920 E-mail: walterlook@naver.com
02/01/2023 10/03/2023 21/03/2023

Abstract


This study sought to conduct a fundamental investigation in order to test and evaluate the thermal performance of an aluminum stick curtain wall system. In terms of the thermal performance index, the infiltration rate of air tightness, thermal transmittance of the heat insulation property and temperature difference ratio of condensation resistance were experimentally measured. The research process can be divided into three parts. First of all, a database for the test report of the curtain wall was compiled and existing design criteria with respect to the evaluation method and standard of transparent building components such as curtain wall, window and door were analyzed to produce the specimens. Secondly, four different types of curtain wall specimens were created through investigating the curtain wall database. Thirdly, standard tests of thermal performance were carried out for airtightness, thermal performance and condensation resistance. As a result, the curtain wall specimens with low-e triple glazing covered by an aluminum capture system showed high thermal performance compared to other curtain wall specimens including low-e triple glazing with a 4-sided structural sealant glazing system. Air tightness of all types of curtain wall specimens satisfied level 1 standard for air tightness. It was found that a curtain wall which consists of a one track frame has difficulties meeting the residential standard of thermal performance with regard to thermal transmittance and condensation resistance.



알루미늄 스틱 커튼월시스템의 열성능 평가

최 소라, 김 성완, 박 명규, 김 다혜, 김 하영, 안 상민*
(사)한국환경건축연구원

초록


    © Korean Society of Odor Research and Engineering & Korean Society for Indoor Environment. All rights reserved.

    1. 서 론

    콘크리트, 벽돌 등의 외장재에 비해 건물의 외벽을 경량하게 구축하여 건물의 기초나 구조에 소요되는 시간과 비용을 줄일 수 있는 커튼월 공법이 비주거 건 물뿐만 아니라 주거건물에도 확산되고 있다. 주거건 물에 커튼월 시스템을 적용하기 위해서는 건축물 외 벽의 기밀성능, 단열성능, 결로방지성능과 관련된 설 계기준을 충족하는 것이 중요하다. 파스너(Fastener) 와 앵커 등의 지지 구조물에 고정되어 수평 및 수직 프로파일로 구성된 금속제 프레임과 고정 및 개방 가 능한 유리 부위 등을 포함한 비내력벽 구조인 커튼월 의 특징은 경량화, 가설공사의 간략화, 공기의 단축을 언급할 수 있다. 그럼에도 불구하고 커튼월은 제로 에 너지 건축물의 보급화를 계획하고 있는 정부의 에너 지 정책에 맞추어 주거건물의 높은 열성능 설계기준 을 충족시키지 못하고 있는 실정이다. 이러한 점을 착 안하여 본 연구에서는 물리적 시험을 통해 커튼월의 열성능을 파악한 후 국내 건축물 설계기준의 평가를 통해 주거건물의 커튼월 적용가능성을 판단하고 개 선방안을 모색하고자 한다.

    물리적 시험을 통한 알루미늄 스틱 커튼월 시스템 의 열성능 평가를 위한 연구방법으로는 첫째, 국내·외 설계기준 고찰을 통해 커튼월의 열성능을 정의하였 다. 또한 기존 문헌 고찰을 통해 커튼월의 열성능 분 석을 수행한 연구를 조사·분석하였다. 둘째, 커튼월 제 품에 대한 시험성적서, 제품현황의 데이터베이스(DB; Database)를 이용하여 표준 시험체를 도출하였다. 셋 째, 도출한 시험체를 바탕으로 기밀성능 시험, 단열성 능 시험, 결로방지 성능평가 시험을 수행하였다. 마지 막으로 물리적 시험 결과와 국내 건축물 설계기준과 의 평가를 바탕으로 주거건물의 커튼월 적용을 위한 방안을 제시하였다.

    2. 이론적 고찰

    2.1 커튼월의 열성능 정의와 설계기준

    건축물의 효율적인 에너지 관리를 위하여 열손실 방지, 고효율 건축설비 기술 기준 등을 명시한 건축 물 에너지절약설계기준 의무사항 중 지역별 건축물 부위의 열관류율을 충족해야하는 기준을 Table 1에 정 리하여 나타내었다.

    주택법 제15조에 따른 사업계획승인을 받아 건설 하는 500세대 이상의 공동주택은 주택건설기준 등 에 관한 규정제14조의3에 따라 공동주택 결로방지 설계기준에서 제시하고 있는 출입문, 벽체접합부, 창 부위별 온도차이비율(TDR; Temperature Difference Ratio, 이하 TDR로 표기)을 만족해야 한다. 여기서 커 튼월은 창 부위에 해당하므로 프레임, 유리중앙, 유리 모서리에 해당하는 TDR을 산출하여야 한다. Table 2 에 커튼월과 같은 창에 대한 결로방지 성능기준을 나 타내었다.

    건축물에 고정되어 설치·이용되는 고효율에너지인 증대상기자재의 인증에 필요한 사항을 규정함을 목 적으로 하는 건축용 고효율에너지기자재 보급촉진에 관한 규정을 살펴보면, 금속제 커튼월의 인증기술기 준 항목을 열관류율, 기밀성, 태양열 취득율, 가시광 선 투과율에 대한 기준을 Table 3에 언급하고 있다.

    이러한 국내 건축물 설계기준을 조사한 내용을 바 탕으로 커튼월의 열성능에 대한 지표를 기밀성능의 통기량, 단열성능의 열관류율, 결로방지성능의 TDR 을 선정하였다. 본 연구에서는 커튼월 시험체의 통기 량, 열관류율, TDR을 측정하여 법적으로 요구하는 설 계기준을 토대로 커튼월 열성능의 수준을 평가하고 자 한다.

    2.2 기존 연구 고찰

    2000년대 이후 국내 건설시장에서 건축물 에너지 절감을 위한 건축환경 분야 연구가 활발히 이루어졌 다. 특히 벽체, 창호, 커튼월 등 건물 외피의 단열성능 향상과 관련된 많은 연구들이 수행되었다. 이러한 점 에서 선행 연구의 목적, 범위, 방법, 결과 등에 대한 조 사는 본 연구의 방법과 범위에 있어서 중요한 부분을 차지한다. Table 4에 기존 연구에 대한 조사 결과를 나 타내었다.

    기존 연구들은 단열성능이 우수한 커튼월 제품을 개발하기 위해 컴퓨터 전열해석을 통한 열관류율 및 표면온도를 분석하였다. 또한 물리적 시험과 시뮬레 이션의 오차율을 분석하여 컴퓨터 전열해석에 대한 타당성과 신뢰성을 입증하였다. 반면 열관류율을 통 한 커튼월의 단열성능을 평가하기 위한 물리적 시험 의 절차와 방법에 대한 고찰은 부족한 것으로 나타났 다. 또한, 물리적 시험을 통한 커튼월의 결로 방지 성 능 평가에 대한 연구도 미흡한 실정이다. 단창 형태 의 커튼월 시스템은 공동주택에 많이 적용되는 이중 창호와는 달리 공동주택 결로 방지를 위한 설계기준 에서 제시하고 있는 TDR 기준을 만족하기 어려운 기 술적·제도적 환경이 조성된 것에 기인한 것으로 판단 된다. 커튼월 건축물의 결로 문제는 운영단계에서 많 은 민원을 유발하고 있으며 설계 단계에서부터 고려 해야 할 의제협의 사항 중 하나이다. 건축물에서의 결 로발생은 내부결로와 표면결로로 구분할 수 있으며, 실내에서 발생하는 내부결로는 커튼월 유리, 프레임 등의 부재 표면온도가 노점온도 이하일 때 발생한다. 건축물의 실내 결로는 에너지 손실뿐만이 아니라 천 식과 같은 폐질환 및 알러지 반응을 일으키는 곰팡이 증식을 유발할 수 있다(Mendell et al., 2011). 실내건축 환경에서의 에너지 절약, 쾌적성과 건강성을 고려할 때, 커튼월의 결로 방지 성능에 대한 실험과 분석에 대한 많은 연구가 수행되어야 한다.

    이를 바탕으로 본 연구에서는 물리적 시험을 통한 커튼월의 통기량, 열관류율, TDR을 산출하여 국내 주 거 및 비주거 설계기준과의 비교·분석을 통해 커튼월 의 열성능 수준을 파악하고 주거건물의 적용 가능성 에 대해 논하고자 한다.

    3. 물리적 시험을 통한 커튼월의 열성능 평가 대상 및 방법

    3.1 커튼월 시험체 개요

    커튼월의 열성능을 평가하기 위하여 4개의 시험체 를 제작하였다. 제작된 시험체는 국내 설계기준, 열관 류율, 기밀성능 시험성적서 DB 분석을 통해 시험체 의 크기, 입면 형상, 재질, 유리 등을 선정하였다. 시험 체는 가로, 세로 2 m × 2m 크기로 제작하였다. 개폐 창은 스윙도어의 형태로 구성하였고 그 면적은 전체 면적의 12.5% 이상이 되도록 하였다. 일반적으로 가 장 많이 사용하는 알루미늄 재질의 단열바로 구성하 였고, 수직·수평 프레임들이 개별적으로 현장에서 시 공되는 방식인 스틱(Stick) 커튼월 시스템의 방식을 적 용하였다. 실내·외 온도차 발생 시 건물 외피에서 열 의 이동이 발생할 수 있는데 상대적으로 열류량이 큰 부위에서 작은 쪽으로 발생한다. 이러한 열의 흐름을 차단하기 위하여 커튼월 단열바 Head Space 부분과 캡 쳐바(Capture bar) 또는 Sealant Structural Glazing (SSG)타입으로 마감이 되는 Cover Space 부분에는 폴 리아미드 재질의 열교차단재(Thermal Break)을 설치 하였다. Head Space, 복층유리, Cover Space가 연결되 는 Rabbet Space 부분에는 폴리염화비닐(PVC;Poly Vinyl Chloride) 재질의 열교차단재를 설치하여 단열 을 강화하였다. 이중유리의 중공층은 비활성기체 중 크립톤(Krypton), 아르곤(Argon) 중 열전도율이 높지 만 공기보다 단열성능이 좋고 경제적인 아르곤 가스 를 충진 하였다. 중공층을 지지하기 위한 폴리이소부 틸렌(PIB;Polyisobutylene) 단열 간봉(Warm-Edged Spacer)은 알루미늄 재질을 적용하였으며, 간봉 내부 에는 습기를 제거하기 위해 제습제를 넣었다. 네 개 의 커튼월 시험체에 대한 단열바 단면을 Fig. 1에 나 타내었다. 또한 각 시험체의 입면 형상과 커튼월 구 성재료의 물성치를 Table 56에 나타내었다.

    3.2 통기량을 이용한 기밀성능 평가방법

    기밀성능은 공기, 가스 등 기체가 외부에서 내부로 또는 그 반대로 통하지 않는 성능을 의미하며, KS F 2292에 따라 시험하였다. 커튼월 시험체를 시험체 부 착틀에 설치하고, 시험체 부착틀은 시험체와 압력 상 자 개구부 사이에 끼워 넣어 시험 압력에 충분히 견 딜 수 있도록 견고하게 부착한다. 측정하기 전 250 Pa 의 압력차를 1 min 동안 가하는 예비가압 후 창호의 가동부분이 80 N 이하의 힘으로 정상인 개폐가 작동 하는 것을 확인한 후 자물쇠를 채우는 개폐확인 과정 을 거쳤다. 이후 10 Pa, 30 Pa, 50 Pa, 100 Pa 단계에서의 10 s 이상의 가압안정화 상태에서의 공기 유속을 측 정하여 통기량을 산출하였다. 커튼월을 통과하는 통 기량은 각각의 가압 시 시험체 면적 1 m2에 대하여 1 h 당 유량을 의미한다. 아래의 식을 통해 통기량을 산 출하였다.

    q = Q A P 1 T 0 P 0 T 1
    (1)

    여기서,

    • q : 기준 상태로 환산한 통기량(m3/hm2)

    • Q : 측정된 유량(m3/h)

    • A : 시험체 면적 (m2)

    • P0 : 1013 (hPa)

    • P1 : 시험실의 기압(hPa)

    • T0 : 273+20=293(K)

    • T1 : 측정 공기 온도(K)

    3.3 열관류율을 이용한 단열성능 평가방법

    커튼월의 단열성 시험방법은 KS F 2278을 통해 열 저항과 열관류율 값을 통해 그 성능을 평가하였다. 기 밀성 시험과 동일하게 시험체를 시험체 부착 틀에 설 치한 후 실내 고온측에 해당하는 보호열상자와 항온 실의 온도를 난방기기를 이용하여 20°C로 설정하였 다. 실외 저온측에 해당하는 저온실은 냉방기기를 이 용하여 냉각하여 온도를 0°C로 설정하고 균일한 내 부온도분포와 시험체의 표면열전달저항을 일정 범위 에서 유지하기 위한 기류 2 m/s 속도로 송풍기를 가 동하였다. 항온실과 저온실의 설정온도가 도달하였 을 때 30분 간격으로 3회 측정한 온도, 열량 값의 평 균값을 활용하였다. 열 관류 저항은 물리적 시험 중 표준판에 의한 가열 상자 쪽 표면 열 전달 저항 값과 저온실측 표면 열 전달 저항 값을 측정 후 산출하였 다. 아래의 식을 통해 물리적 시험을 통해 3회 측정한 온도 및 열량 값의 열 관류 저항 값을 산출하였다.

    JOIE-22-1-22_EQ2.gif

    여기서,

    • R : 열 관류 저항(m2·K/W)

    • THa : 보호 열상자 내 평균 공기 온도(K)

    • TCa : 저온실 내 평균 공기 온도(K)

    • QH : 가열 장치 공급 열량(W)

    • QF : 기류 교반 장치 공급 열량(W)

    • QI : 보호 열상자 공기 온도 평균값과 항온실 공기 온도 평균값의 차로 부터 구한 열량(W)

    아래의 식을 통해 열관류 현상에서 열이 이동하기 어려운 정도를 나타내는 열 관류 저항 값을 열관류율 로 변환하였다.

    U = 1 R
    (3)

    • U : 열 관류율(W/m2·K)

    3.4 TDR을 이용한 결로방지성능 평가방법

    건물의 단열, 기밀성능의 저하로 인해 건물 외피에 서 발생 가능한 결로는 구조체의 내구성 저하 및 곰 팡이로 인한 실내 환경을 오염시킬 수 있다. 본 연구 에서는 결로방지성능 평가를 위해 국토부고시 2016- 835호에서 제시하고 있는 TDR을 평가지표로 선정하 였다. TDR이란 실내와 외기의 온도 차이에 대한 실내 와 적용 대상 부위의 실내표면의 온도차이를 표현하 는 상대적인 비율을 의미한다. 아래에 TDR에 대한 수 식을 나타내었다. TDR을 구하기 위해 필요한 항온실 과 저온실의 공기온도, 커튼월 시험체의 표면온도는 KS F 2295 및 국토부고시 2016-835호 공동주택 결로 방지를 위한 설계기준을 준용하였다. 결로방지성능 평가를 위해 항온실(실내) 온도는 25°C로 설정하였고, 저온실(실외) 온도는 -20°C, -15°C, -10°C로 구분하여 물리적 시험을 진행하였다. 커튼월 표면온도 측정부 위는 유리중앙부, 유리모서리, 프레임으로 구분하였 다. 유리모서리는 커튼월 프레임 모서리로부터 수직 및 수평으로 각각 2 cm 이격된 지점으로 산정하였다. 수평바 및 수직바에 해당하는 프레임의 표면온도는 프레임의 중앙점과 프레임 모서리의 대각선 중앙점 을 측정하였다. 커튼월의 스윙형태의 개폐창을 의미 하는 창짝에 대해서는 표면온도를 측정할 수 있는 물 리적 면적이 충분하지 않아 배제하였다. 기밀성능, 단 열성능, 결로방지성능에 대한 물리적 시험의 정보를 Table 7에 나타내었다.

    P x = T H T x T H T c
    (4)

    여기에서

    • Px : 구하는 위치의 온도 저하율

    • TH : 항온 항습실 공기 온도(°C)

    • Tc : 저온실 공기 온도(°C)

    • Tx : 구하는 위치의 표면 온도(°C)

    4. 물리적 시험을 통한 커튼월의 열성능 평가 결과 및 분석

    4.1 기밀성능 평가결과 및 분석

    커튼월 공법은 수직바 프레임인 멀리언(Mullion)과 수평바 프레임인 트랜섬(Transom)을 연결한 후 유리 를 고정하는 현장 시공방식으로써 프레임과 유리 사 이 접합부위의 틈으로 인해 기밀성능이 저하될 수 있 다. 또한 커튼월 개폐창의 종류·면적과 시공 정밀도에 따라서 기밀성에 밀접한 영향을 미친다. KS F 2292에 따른 커튼월의 기밀성 측정결과를 Fig. 2와 Table 8에 나타내었다. 기밀 성능 시험 결과, 압력차 10 Pa 일 때 의 커튼월 시험체의 통기량(m3/m2·h)은 각각 0.24, 0.50, 0.56, 0.15로 나타났다. 이는 네 개의 커튼월 시험체 모 두 기밀성 1등급의 기준인 1 m3/m2·h 미만의 값을 충 족하는 것으로 나타났다. 이는 수직부재 멀리언, 수평 부재 트랜섬, 유리, 개폐창의 접합부분이 기밀하게 시 공된 것을 의미한다. 또한 본 시험에서는 벽체와 창 호와의 틈으로 발생 가능한 기밀성 저하의 변수가 존 재할 수 없으므로 기밀성의 결과가 우수하게 나타난 것으로 판단된다. 창호 개폐면적 12.5%와 커튼월 단 열바 마감이 동일한 시험체 1과 2를 정량적으로 비교 해보면 로이복층유리로 구성된 시험체 1이 기밀성능 은 우수하고 열관류율 성능은 낮은 것으로 나타났다. 삼중유리가 적용된 커튼월 2의 단열성능과 기밀성능 이 비례하지 않음을 알 수 있었다. 창호개폐면적 25% 와 커튼월 단열바 마감이 4-Sided SSG 형식의 커튼월 시험체 3과 4의 기밀성능 결과를 분석해 보면, 삼중로 이유리가 적용된 시험체 4의 기밀성능이 로이복층유 리가 적용된 시험체 3보다 우수한 것으로 나타났다. 정압에 의한 압력차 10 Pa, 30 Pa, 50 Pa, 100 Pa 모두 개 폐면적 25%의 삼중유리가 설치된 4-Sided Structural Sealant Triple Glazing 커튼월 시험체 4가 가장 우수한 것으로 나타났다. 통기량을 통한 기밀성능을 살펴본 결과, 모든 시험체가 기밀성 1등급으로 나타나 건축 용 고효율에너지기자재 보급촉진에 관한 규정에서 금 속재 커튼월 인증기술기준에 부합하는 것으로 나타났다.

    4.2 단열성능 평가결과 및 분석

    열관류율은 열전달에서 관류 열량의 계수를 의미 하고 전열의 정도를 표시할 때 사용되며, 외부와 내 부의 정상 상태의 환경조건에서 커튼월 시험체를 두 고 두 가지의 유체 사이에 단위면적당 단위시간에 이 동한 열량(Q)은 두 유체의 온도차(t1-t2)와 면적, 열관 류율에 비례한다. 열관류율은 열전달의 개념보다는 좀 더 포괄적인 것으로 유체와 고체에 연결된 열 이 동 모두를 의미한다. 즉 온도차가 작고 통과열량이 작 을수록 열관류율은 낮게 나타나 단열성능이 우수함 을 의미한다.

    KS F 2278에 따른 네 개의 커튼월 시험체의 열관류 율 값을 Table 9에 나타내었다. 커튼월 시험체 1은 1.624W/m2·K, 커튼월 시험체 2는 0.932W/m2·K, 커튼 월 시험체 3은 1.795W/m2·K, 커튼월 시험체 4는 1.247 W/m2·K로 나타났다. 개폐면적이 12.5%이고 커튼월 단 열바 마감이 캡쳐바로 된 커튼월 시험체 1, 2가 커튼 월 시험체 3, 4보다 열관류율이 낮게 나타났다. 즉 단 위 시간당 커튼월 단위 면적을 통과해서 단위 온도차 를 갖는 고온 유체로부터 저온 유체로 전해지는 열량 이 커튼월 시험체 1, 2가 크지 않음을 의미한다. 열관 류율 시험결과는 커튼월 단열 프로파일의 형상과도 밀접한 관련이 있다. 또한 개폐창이 25%로 제작된 커 튼월 시험체 3과 4의 열관류율이 높게 나타났다. 건축 물의 에너지절약설계기준 제6조 건축부문 의무사항 중 별표1 지역별 건축물 부위의 열관류율에서 외기 에 직접 면한 창의 중부1지역과 중부2지역의 기준을 충족하는 커튼월은 삼중유리가 적용된 커튼월 시험 체 2와 4로 나타났다. 복층유리가 적용된 커튼월 시험 체 1과 3는 비주거 남부지역의 열관류율 기준을 충족 하는 것으로 나타났다. 열관류율이 0.932W/m2·K로 나 타난 커튼월 시험체 2의 경우만 주거부문 중부2지역 의 기준을 통과하고 강화된 중부1지역의 0.90 W/m2·K 미만의 열관류율 기준을 충족하지 못하는 것으로 나 타났다. 중부지역 공동주택 창의 기준을 만족할 수 있 는 것은 커튼월 시험체 2로 나타났다.

    일반적으로 주거건물의 단열의무기준은 비주거 건 물보다 높게 설정되어 있다. 이러한 기준을 충족하기 위해서 알루미늄보다 열전도율이 낮은 PVC 프레임 에 4-Track 이중창 시스템을 공동주택에 적용한다. 열 관류율 1.0W/m2·K 미만의 주거부문 중부2지역 단열 기준을 충족하기 위해서는 열교차단재가 적용된 삼 중유리를 적용하여야 할 것으로 판단된다.

    4.3 결로방지성능 평가결과 및 분석

    KS F 2295 및 국토부고시 2016-835호 시험법에 따 른 4개의 커튼월 시험체 프레임, 유리중앙, 유리모서 리의 최대 TDR 산출 결과를 Table 10에 나타내었다. Fig. 3에는 TDR 산출을 위한 표면온도 측정지점을 나 타냈다. 각 지점의 표면온도와 TDR 값은 Table 11에 명시하였다. 커튼월 4개의 시험체 프레임, 유리중앙, 유리모서리의 표면온도 및 TDR에 대한 그래프를 Figs. 4~11에 나타내었다.

    시험결과를 살펴보면, 알루미늄 프레임의 표면온 도 최저값을 기준으로 산출한 TDR 결과는 Table 2에 명시한 지역1 기준을 충족한 것으로 나타났다. 이는 높은 항온실 온도에서 열전도율이 160W/m·K에 달하 는 알루미늄 단열바를 적용한 것에 기인한 것으로 판 단된다. 커튼월 단열바 프레임의 최저표면온도 분포 를 살펴보면, 우측 하단부 9번 지점에서 나타났다. 시 험을 통해 커튼월 시험체 상부보다는 하부의 온도분 포가 낮은 것으로 나타났다. 이는 KS F 2295에서는 제 시하고 있는 -20°C의 저온실 기류조건을 자연대류로 측정하는 시험법에 기인한 것으로 판단된다. 유리중 앙부에 대한 결로방지성능 평가 결과를 살펴보면, 복 층유리 4-Sided SSG 커튼월 시험체의 좌측 하단부 18 번 지점에서 TDR 기준 0.16을 벗어나는 0.18로 산출 되었다. 기본적으로 TDR을 산출하기 위해 설정했던 지역1의 외기온도(-20°C) 기준은 공동주택에 주로 적 용되는 4-Track 형태의 이중창호를 대상으로 설정한 값으로 단창의 복층유리 커튼월시스템이 이 기준을 만족하기 어려운 것으로 판단된다. 이를 바탕으로 단 창형태의 복층유리를 설치한 단열바 커튼월의 경우, 공동주택에 적용하여 법적 요구되는 단열성능 및 결 로방지성능을 충족하기는 어려울 것으로 판단된다.

    유리모서리의 표면온도와 TDR 결과를 살펴보면, 네 개의 커튼월 시험체 모두 측정위치 20번 지점에서 최저표면온도 값과 최고TDR 값이 나타났다. 최저표 면온도는 13.08°C, 14.99°C, 10.33°C, 15.54°C로 각각 나타났으며, TDR 또한 0.27, 0.22, 0.33, 0.21로 나타났 다. 이 중에서 지역1 TDR 기준 0.26을 초과하는 것은 복층유리가 적용된 커튼월 시험체 1과 3으로 나타났 다. 또한, 네 개의 커튼월 시험체 중 열관류율이 가장 높은 커튼월 시험체 3에서 최저표면온도가 나타났다. 측정위치 좌측 하단부 19번, 20번 위치에서 10.44°C, 10.33°C으로 나타났다. TDR에 대한 산출값도 지역1 유리모서리 기준 0.26을 초과하는 0.33으로 나타났다.

    열관류율 성능이 좋은 삼중유리 형태의 커튼월 시 험체 2와 4의 프레임, 유리중앙 및 유리모서리에 대한 부위별 TDR은 지역1 기준을 모두 만족하여 결로방지 성능이 높은 것으로 나타났다. 두 삼중유리 커튼월 시 험체의 결로방지성능을 유리모서리 표면온도를 통해 비교해 보면, 총 16개 측정 지점 중 10개 지점에서 커 튼월 시험체 2의 표면온도가 커튼월 시험체 4의 표면 온도보다 높게 나타났다. 측정지점 중 최저표면온도 가 나타난 중간 멀리언의 최하부 20번에서 커튼월 시 험체 2보다 4의 표면온도가 0.55°C 높게 나타났다. 최 고표면온도는 두 시험체 모두 최상부 11번에서 나타 났으며 커튼월 시험체 2가 4번보다 0.94°C 높게 나타 났다. 커튼월 시험유리 모서리 평균 표면온도는 18.38°C, 18.34°C로 나타났다.

    표면온도를 통한 결로방지성능을 살펴보면, 동일 한 삼중유리와 열교차단재가 적용한 단열커튼월 시 험체 중 개폐창 면적이 1/2 적고 캡쳐바 마감방식이 적용된 커튼월 2의 결로방지성능이 다소 우수한 것 으로 나타났다.

    5. 결 론

    본 연구는 알루미늄 스틱 커튼월의 열성능 지표로 통기량을 통한 기밀성능, 열관류율을 통한 단열성능, TDR을 통한 결로방지성능으로 선정하여 물리적 실 험을 수행한 후 그 결과를 분석하였다.

    KS F 2292 기밀성 시험법에 따른 압력차 10 Pa일 때 의 통기량 산출 결과, 네 개의 커튼월 시험체 모두 기 밀성 1등급 기준인 1 m3/h·m2 이하로 나타났다.

    KS F 2278 단열성 시험법에 따른 실내·외 환경온도 차이가 20°C 이상일 때의 열관류율 값은 복층유리가 적용된 커튼월 1과 3의 시험체 각각 1.624W/m2·K, 1.745W/m2·K로 나타나 건축물 에너지절약설계기준 제주도 및 남부지역의 비주거건물 창 및 문 열관류율 2.2W/m2·K와 1.8W/m2·K의 기준을 충족하는 것으로 나타났다. 반면 요구되는 주거건물의 단열성능이 가 장 낮은 제주도의 열관류율 기준 1.6W/m2·K 이하를 충족하지 못하여 공동주택에 적용하기는 어려운 것 으로 나타났다. 커튼월 외부 마감 방식이 캡쳐바로써 삼중유리가 적용된 커튼월 시험체 2의 열관류율이 0.932W/m2·K로 나타나 주거건물의 단열성능이 두 번 째로 높은 중부2지역의 1.0W/m2·K을 충족하였다. 이 를 통해 제주도, 남부지역, 중부지역에 건설되는 공동 주택 외기에 직접 면한 창의 열관류율 기준을 충족하 기 위해서는 아르곤 가스가 충진된 삼중유리와 열교 차단재가 포함된 커튼월 단열바의 적용이 필요한 것 으로 나타났다.

    물리적 시험을 통한 커튼월의 결로방지성능을 살 펴보면, 삼중유리 형태의 단열커튼월 시험체 2와 4의 프레임, 유리중앙 및 유리모서리에 대한 부위별 TDR 은 지역1 기준을 모두 만족하였다. 개폐창 면적 비율 이 각각 12.5%와 25%인 커튼월 시험체 3과 4 모두 지 역 1기준을 통과하여 결로방지성능을 향상시키기 위 해서는 커튼월의 삼중유리의 적용이 개폐창의 면적 보다는 중요한 것으로 나타났다.

    물리적 시험을 통한 커튼월의 열성능 평가결과를 분석한 내용을 바탕으로 공사 기간의 단축, 비용 절 감, 화려한 건물 외관 구축의 장점을 지닌 커튼월의 보급을 활성화하기 위해서는 로이삼중유리 스틱 커 튼월 시스템의 개발과 적용이 필요한 것으로 사료된 다. 국외 기준의 경우, 요구되는 건물 외피의 열관류 율 값은 외벽 공법과 종류에 따라 구분되어 있으며, 특히 커튼월의 열관류율 기준은 별도로 명시하고 있 다. 이러한 점을 고려할 때 국내 건물외피의 열성능 설계기준에서 제시하고 있는 지역별, 용도별 요구사 항에서 더 나아가 구조체 경량·중량 및 공법과 종류 에 따른 세부적 기준을 반영하는 제도의 개선이 필요 할 것으로 판단된다.

    본 연구는 제한된 시험체의 수량과 종류로 커튼월 의 열성능을 평가한 것으로 추후 더 많은 커튼월의 물 리적 시험결과를 바탕으로 열성능을 분석할 필요가 있다. 또한 커튼월의 물리적 시험 결과를 바탕으로 컴 퓨터 전열해석을 수행하여 커튼월의 정확한 열적 성 능을 부위별로 평가할 수 있는 방법론에 대한 분석이 수행되어야 할 것으로 판단된다.

    감사의 글

    본 연구는 국토교통부/국토교통과학기술진흥원의 지원으로 수행되었음(과제번호 RS-2021-KA163230).

    Figure

    JOIE-22-1-22_F1.gif

    Curtain wall profiles of specimen.

    JOIE-22-1-22_F2.gif

    Infiltration rate results.

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    Surface temperature (Tsi) points.

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    Surface Temperature - Frame.

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    TDR – Frame.

    JOIE-22-1-22_F6.gif

    Surface Temperature-Glazing Center.

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    TDR – Glazing Center.

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    Surface Temperature – Glazing Edge 1.

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    TDR – Glazing Edge 1.

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    Surface Temperature –Glazing Edge 2.

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    TDR – Glazing Edge 2.

    Table

    Thermal transmittance requirement of transparent building component in residential (MOLIT, 2023) [W/m3·K]

    Design criteria of condensation resistance in apartment housing (MOLIT, 2016)

    Technical standard for certification of high-efficiency energy equipment (MOLIT, 2021)

    Literature Review

    Cases of curtain wall specimen

    Material properties

    Technical standard for certification of high-efficiency energy equipment (Curtain Wall)

    Air tightness results of C/W specimen

    Thermal transmittance results of curtain wall specimens

    Condensation resistance results of curtain wall specimens - TDR

    Test results of surface temperature and TDR

    Reference

    1. Ministry of Land, Infrastructure and Transport (MOLIT),2023. Energy saving design standards of buildings, MOLIT Notice 2023-104, Green Architecture Division of MOLIT.
    2. Ministry of Land, Infrastructure and Transport (MOLIT),2016. Design standards for preventing condensation in apartment buildings, MOLIT Notice 2016-835, Housing Construction and Supply Division of MOLIT.
    3. Ministry of Land, Infrastructure and Transport (MOLIT),2021. Regulations on the promotion of high efficiency energy materials for construction, MOLIT Notice 2021-330, Green Architecture Division of MOLIT.
    4. Mendell, M. J. , Mirer, A. G. , Cheung, K. , Tong, M. , Douwes, J. ,2011. Respiratory and allergic health effects of dampness, mold, and dampness-related agents: A review of the epidemiologic evidence, environment health perspectives 119(6), 748-756.