저에너지 벽면녹화 구현을 위한 식재기반재별 에너지저감 성능 분석 Performance Analysis for Energy‐Saving the Implementation of Low‐Energy Green Wall Plant Foundation
pp.39-40
최근 도시의 발달로 건물과 불투수포장면의 증가는 도시 열환경에 큰 악영향을 미치고 이러한 영향으로 도시열섬현 상이 발생하기에 이르렀다. 도시열섬완화를 위해 다양한 방 법이 모색되고 있으며, 녹지의 확보가 가장 중요한 요소이 다. 그러나 도심에서는 녹지 확보 공간이 불충분하여 벽면 녹화 등의 건축물 녹화가 최선의 대안으로 여겨진다. 특히 벽면녹화는 도시환경 개선뿐 아니라, 건물의 에너지 절감 측면에서도 매우 유용한 특성을 가지고 있다. 또한 건물의 벽면은 거의 무기물로 되어있어 열전도율이 높아 냉난부하 가 커지게 된다. 냉난방부하를 낮추기 위한 노력들이 현재 이루어지고 있으나 저에너지 벽면녹화에 대한 연구들이 부 족한 실정이다. 따라서 본 연구는 최근 시대적 흐름과 일치 하는 건축물의 에너지 소비저감을 위한 친환경적 해결방안 인 벽면녹화에서 식재기반재별 에너지저감 성능을 분석하 여 저에너지 벽면녹화시스템의 기초자료로 제시하고자 한 다. 식재기반에 따른 에너지저감 성능 분석을 위해 연구대상 지는 충북 충주시에 Test-Bed를 조성하였다. Test-Bed는 가 로 1.3m, 세로 2.0m, 폭 0.6m 규모의 철골구조물로 식재기 반의 결합과 분리가 가능하도록 하였다. 식재기반 조성은 Control의 개념인 콘크리트 블록 CT, 무기성기반재인 IP, 식물체의 유기물로 구성된 CC, 상토를 기반으로한 BC, 마 사토를 기반으로한 GC로 구성하였다. 공시식물은 세덤류 인 기린초, 흰꽃세덤과 피복율이 양호한 잔디로 선정하였 다. 조사분석방법으로는 식재기반의 증발량은 관수 후 중력 수를 제거한 후 부터 저울을 이용해 무게변화를 측정하였 고, 표면온도는 열전대(T-type)를 기반재에 설치하고 Data Logger(GL-820, GRAPHTEC)로 일일 30분 단위로 저장하 였다. 열전도율은 한국건설생활환경시험연구원에 의뢰하 였으며, 평균온도 20℃에서 시험방법 KS L 9016:2010을 통해 측정되었다. 열관류율 분석은 건축물의 에너지절약설 계기준에서 중부지역의 외기에 직접 면하는 경우 외벽은 0.36 W/㎡·K 으로 규정되어있으며, 식재기반재는 건물외 벽에 설치되는 것으로 법적기준 재료에 식재기반을 결합한 두께를 100mm로 정하여 열관류율 값을 산정하였다. 건물 에너지 저감 성능 분석에 이용된 시뮬레이션은 국제적으로 신뢰성을 인정받고 있는 Design Builder 3.0(Energy Plus 7.0)을 활용하였으며 기상은 중부지역의 충주기상데이터를 활용하였다. 적용 모델의 건물은 3층 규모로 설정하였으며 연면적 1,200㎡, 창면적 210㎡, 실의 냉난방 온도는 냉방 26℃, 난방 22℃로 하였고 냉난방기기는 터보냉동기와 온 수보일러를 적용하였다. 재료별 검토는 법적기준 대비 3가 지 재료에 대해 시뮬레이션을 실시하였다. BC의 경우 IP의 열전도율 값의 차이가 없어 제외하였다. 식재기반별 증발량지속시간 측정 결과, IP 62시간, CC 62시간, BC 64시간, GC 65시간을 유지하였으며 GC가 가 장 긴 유지시간을 나타내었다. 또한 식재기반재별 일일 증 발량 특성으로는 1일차에는 수분함보유량이 높아 오전부터 일평균에 가까운 량을 증발하였으며, 재료별 증발량이 가장 높은 시간은 11시~17시 이었다. 봄철 표면온도 측정결과는 11시에 CT > IP > GC > CC > BC 순이었으며 CT와 식재기반간의 유의한 차이를 보였 다. 14시에는 CT > IP > BC > GC > CC 순으로 나타났으며 CT와 식재기반간의 유의차를 보였다. 또한 봄철 표면온도 일일 변화는 일사가 높아지는 오전 9시 이후 부터 CT의 표면온도가 다른 식재기반재에 비해 높아졌으며, CT가 식 재기반재에 비해 1.1~2.5℃ 높게 나타났다. 여름철 표면온도 분석결과 11시에 IP > CC > CT > GC > BC 순으로 나타났으며, 기반재별 유의차가 나타났다. 온 도가 가장 높아지는 14시에는 기반재간 유의한 차이를 보 이지 않았으며, 강한 일사로 인해 표면온도 차이가 없는 것 으로 판단되었다. 17시에는 CT > IP = CC > GC > BC 순으로 나타났으며 기반재별 유의한 차이를 보였다. 여름철 표면온도 일일 변화는 IP, CC보다 CT의 온도가 낮게 나타 났으며, 15시 이후 CT온도가 높게 나타나며 20시 이후까지 높게 유지되었다. 식재기반재별 온도저감 결과 봄철 11시 BC > IP > GC > CC 순으로 나타났으며, 14시에는 IP가 가장 높게 나타났 다. 17시의 경우 IP가 다른기반재 보다 높은 온도저감을 보였으며 유의한 차이가 보였다. 여름철의 경우 11시에 BC > GC > CC > IP 순이며 유의한 차이를 보였다. 일일 변화 는 13시부터 식재기반재에서 온도차이가 나타났으며 15시 에 가장 큰 온도저감을 보였다. 에너지저감성능평가를 위해 우선, 측정한 열전도율값과 열관류율 값은 CC > IP > BC > GC 순이었다. 에너지 성능 시뮬레이션 적용 결과, 식재기반재별 냉난방피크 에너지사 용량은 법적기준대비 GC > IP > CC 순이며, 저감율은 0.88%, 0.94%, 1.01%이었다. 연간 냉난방부하는 법적기준 대비 GC > IP > CC 순으로 낮게 나타났으며, 저감율은 각각 10.85%, 11.81%, 13.34%로 예측되었다. 이상의 결과 로부터 법적기준 외벽의 단열성능이 확보되어 있는 경우 벽면녹화 식재기반재 적용에 따른 연간부하의 저감효과는 최소 10.85%이상 확보는 가능하나 기반재별 차이는 최대 2.49%로 큰 차이는 나타나지 않았다. 향후 대도심지의 지역 별, 건물용도별, 창면적비별 적용에 따른 추후 연구를 통해 저에너지 식재기반재의 실제 적용 후 에너지 저감량에 대한 검토가 이루어져야 할 것이다.