단열 유리 장치의 열화: 열 성능, 측정 및 에너지 영향

날짜: 2023년 8월 8일

저자: Madison Likins-White, Robert C. Tenent 및 Zhiqiang (John) Zhai

원천: 건물 2023, 13(2), 551; MDPI

DOI:https://doi.org/10.3390/buildings13020551

(이 기사는 건물 에너지, 물리학, 환경 및 시스템 섹션에 속합니다.)

절연 유리 유닛(IGU) 열화는 광범위하게 연구되었습니다. 그러나 현재의 내구성 평가 기준이 제품 수명과 어떤 관련이 있는지에 대한 이해가 제한적입니다. 또한 성능 저하 프로세스를 더 잘 이해하기 위해 시간이 지남에 따라 설치된 창의 성능을 정량화하는 방법에 대한 논쟁이 있습니다. 내구성 평가를 에너지 성능을 기반으로 한 제품 수명 예측과 연결하려면 이러한 주제에 대한 더 많은 지식이 필요합니다. 에너지 모델은 연간 총 건물 에너지 소비량에 대한 유용한 추정치를 제공합니다. 그러나 대부분의 모델은 엔벨로프 구성 요소의 "설치된" 성능을 기반으로 하며 성능 저하를 고려하지 않습니다. 이로 인해 건물 수명 동안 에너지 소비가 과소평가될 수 있습니다.

내구성과 에너지 성능 사이의 관계를 더 잘 이해하면 열화 역학을 에너지 모델링 소프트웨어에 통합하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이를 통해 평생 건물 에너지 소비량 추정이 향상될 뿐만 아니라 적절한 개조 전략과 시기를 알려줄 것입니다. 이 논문에서는 현재 내구성 문헌, 창문 성능 등급 및 풍화 방법에 대한 다양한 표준, 기존 현장 IGU 에너지 성능 측정 기술 및 전체 건물 에너지 효과를 검토합니다. 다양한 연구 간의 과제와 차이점을 분석하고 논의합니다. 저자는 이 분야의 추가 작업을 통해 현장에서 IGU 성능 저하를 평가하고 이 지식을 향상된 에너지 성능 모델링 접근 방식과 연결하기 위한 개선된 현장 테스트 방법의 개발로 이어질 수 있기를 바라고 있습니다.

그림 1[1]에 표시된 것처럼 건물 부문은 미국 내 총 에너지 소비의 40%, 온실가스 배출의 35% 이상을 담당합니다.

건물 외피는 실내와 실외 환경 사이의 주요 열 장벽이며 벽, 창문, 지붕 및 기초를 포함합니다. 건물 외피는 전체 건물 소비의 약점이며 건물 성능을 향상시키는 데 필수적입니다. 건물 외피는 주거용 및 상업용 건물 에너지 소비의 30%를 차지하는 것으로 추산되며, 창문은 전체 외피 전송 손실의 15~50%, 건물 전체 에너지 소비의 10%를 차지합니다. ]. 건물 내 모든 시스템에 대한 엔벨로프 성능 캐스케이드의 영향. 보다 효율적인 외피는 열 전달을 줄일 뿐만 아니라 장비 크기를 줄이고 물 사용을 줄이며 건물의 전체 수명주기를 개선하고 열 쾌적성을 높일 수 있습니다. 그러나 외피의 열 성능은 건물 수명 동안 변하지 않습니다. 나이와 날씨에 따라 감소하여 에너지 요구량이 높아집니다. 외피 및 HVAC 성능 저하로 인해 건물 에너지 소비가 20~30% 증가할 수 있는 것으로 추산됩니다[7].

창은 창 유형, 기후, 건물 유형에 따라 외피 손실의 큰 부분을 차지합니다[4,5]. 창문은 불투명 외피 구성요소에 비해 높은 U-인자(U-factor)를 가질 뿐만 아니라 공간으로의 전체 열 전달에 기여하는 일사 이득(태양열 취득 계수)도 갖습니다. 그림 2는 창문에 닿는 태양 복사의 84%가 열의 형태로 공간으로 전달된다는 것을 보여줍니다[8].

일사량과 열전도율로 인해 여름에는 열 증가가 증가하여 냉방 부하가 증가합니다. 겨울에는 전도성만이 필요한 난방 증가에 기여합니다. 극단적인 온도 차이와 관련된 전도성 및 창문에 닿는 태양 복사열도 성능 저하를 유발합니다[9]. 창문은 일반적으로 단열 유리 장치(IGU)와 프레임이라는 두 가지 물리적 구성 요소로 나뉩니다. IGU는 스페이서 시스템으로 분리된 최소 2개의 유리 라이트로 구성되며 일반적으로 다양한 고분자 재료를 사용하여 밀봉된 장치의 가장자리와 함께 건조제 재료를 포함합니다. 밀봉된 장치의 내부는 일반적으로 불활성의 낮은 열 전도성 가스로 채워져 있으며, 유리 라이트는 태양열 취득을 완화하기 위해 낮은 방사율(Low-e) 코팅을 가질 수 있습니다.