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1. 선형 열관류율 (Linear Thermal Transmittance, Ψ-value)
- 정의: 선형 열관류율은 건축 외피(벽, 지붕, 바닥 등)의 선형적인 접합부(Junction)나 선형적인 형태의 열교(Thermal Bridge)를 통해 발생하는 추가적인 열 흐름(Extra Heat Flow)을 해당 열교의 단위 길이당, 단위 온도차당으로 나타낸 값입니다. 일반적인 면적 열관류율(U-value, W/(m²·K))이 평활한 벽체나 지붕과 같이 면을 통해 전달되는 열량을 단위 면적당 나타내는 반면, 선형 열관류율(Ψ-value, W/(m·K))은 벽과 지붕의 접합부, 창틀 주변부, 구조체가 단열층을 관통하는 부위 등 길이 개념을 가진 선형적인 불연속 부위에서 발생하는 추가적인 열 손실을 정량화합니다.
- 단위: 와트 퍼 미터 켈빈 (W/(m·K)) 또는 와트 퍼 미터 도시 (W/(m·℃))를 사용하며, 이는 온도 차이에 대한 값이므로 W/(m·K)와 W/(m·℃)는 동일한 의미를 가집니다.
산정 및 활용: 선형 열관류율 값은 해당 접합부의 정확한 형상과 사용된 자재들의 열전도율 정보를 바탕으로 2차원 또는 3차원 열전달 해석(유한 요소 해석 등)을 통해 계산됩니다. 표준화된 접합부에 대해서는 미리 계산된 표 형태의 값이 제공되기도 합니다. 건축물 전체의 열 손실 계산 시, 각 부위의 면적 열관류율에 의한 손실에 더하여 창이나 문과 같은 개구부 주변, 벽체 접합부 등 모든 선형 열교가 있는 부위의 길이와 해당 부위의 선형 열관류율 값을 곱하여 추가적인 열 손실량을 산정하게 됩니다.
간략히 표현 시, : 면적 열관류율, : 면적, : 선형 열관류율, : 길이, : 점형 열관류율, : 개수, : 내외부 온도차
- 중요성: 건물의 단열 성능이 강화될수록 전체 열 손실에서 선형 열교가 차지하는 비중이 커지므로, 에너지 효율적인 건축물 설계를 위해서는 선형 열관류율 값을 정확히 평가하고 이를 줄이기 위한 설계가 필수적입니다.
2. 열교 (Thermal Bridge)
- 정의: 열교(Thermal Bridge)는 건축 외피의 단열층이 부분적으로 끊기거나(불연속), 단열 성능이 떨어지는 자재(열전도율이 높은 자재)가 사용되거나, 단열층의 두께가 얇아지는 등으로 인해 주변의 잘 단열된 부위에 비해 열 전달이 비정상적으로 많이 일어나는 부위를 의미합니다. 마치 잘 놓여진 단열재의 흐름 속에 '열이 쉽게 건너갈 수 있는 다리'가 놓여 있는 것과 같습니다.
- 발생 원인 및 위치:
- 자재의 열전도율 차이: 단열재(열전도율 낮음) 사이에 콘크리트, 철골, 알루미늄 창틀 등 열전도율이 훨씬 높은 구조체나 자재가 관통하거나 접촉하는 경우 (예: 외단열 공법에서 슬래브나 보의 단부가 단열재를 관통하는 경우, 창호 프레임)
- 단열층의 불연속/끊김: 벽과 벽, 벽과 지붕, 벽과 바닥 등 건축 부재가 만나는 접합부에서 단열재가 연속적으로 이어지지 못하고 끊기는 경우
- 단열층의 두께 변화: 모서리 부분 등에서 단열재 시공이 어렵거나 두께가 얇아지는 경우
- 문제점:
- 에너지 손실 증가: 열교를 통해 설계된 단열 성능 이상의 불필요한 열 손실(겨울철) 또는 열 취득(여름철)이 발생하여 냉난방 에너지 소비량이 증가합니다.
- 내부 표면 온도 저하 및 결로 발생 위험: 겨울철, 외부의 찬 기운이 열교를 통해 내부로 쉽게 전달되면서 해당 부위의 실내측 표면 온도가 주변보다 현저히 낮아집니다. 따뜻하고 습한 실내 공기가 차가운 표면과 만나면 수증기가 응축되어 결로(Condensation)가 발생하고, 이는 곰팡이 발생의 주된 원인이 됩니다.
- 거주자 불쾌감: 결로와 곰팡이는 실내 환경 질을 악화시키고 건강 문제를 유발할 수 있습니다. 또한 열교가 있는 부위에서 차가운 기운이 느껴져 열 쾌적성을 저해합니다.
- 건축물 손상: 장기간의 결로와 동결/융해 반복은 건축 구조체의 성능 저하 및 내구성 감소를 유발할 수 있습니다.
관계:
열교는 단열 성능이 취약하여 열이 비정상적으로 많이 흐르는 물리적인 부위를 의미하며, 선형 열관류율(Ψ-value)은 이러한 열교 중 길이의 개념으로 정량화할 수 있는 선형적인 열교를 통해 발생하는 추가적인 열 손실을 평가하는 지표입니다. (점 형태로 발생하는 열교는 점형 열관류율(χ-value)로 평가합니다.)
결론적으로, 건축물 에너지 성능을 정확히 평가하고 결로 및 곰팡이 문제를 예방하기 위해서는 열교가 발생하는 부위를 최소화하도록 설계하고, 부득이하게 발생하는 열교에 대해서는 선형 열관류율 값을 정확히 산정하여 건물 전체의 열 손실 계산에 반영하는 것이 매우 중요합니다.
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