007.1 : 에너지 낭비가 심한 친환경 건축물

Joseph Lstiburek

JUNE 12, 2014

많은 "친환경" 건물은 에너지를 절약하지 않는다. 왜? 그것들은 유리가 너무 많이 쓰이고, 환기도 잘 되고, 공기가 새며, 열교가 득실거리고, 물리학이 아닌 술책과 유행에 의존한다.

기본적으로, 현재의 친환경과 지속 가능성의 유행은 건축가들과 엔지니어들의 나쁜 행동으로 요약될 수 있다. 좋은 소식은 이 말도 안되는 소리들 중 대부분은 어른이 개입할 때 쉽게 해결될 수 있다는 것이다. 나쁜 소식은 그 실패들이 표면으로 퍼지기 시작하고 있고 우리는 "친환경 브랜드"를 망칠 위험에 처해 있다는 것이다.

당신이 "친환경" 건물을 짓기 전에 먼저 건물이 필요하다. 아마도 이 건물은 잘 서 있어야하고, 허리케인에 날려서는 안되고, 지진으로 쓰러지지 않아야 하며, 화재를 입지 않아야 하며, 빗물이 새지 않아야 하며, 곰팡이가 생기지 않아야 하며, 부패하지 않아야 하며, 부식되지 않아야 하며, Standard 62.1에서 규정한 것과 같은 기본적인 환기 규정을 준수해야 한다.

그렇다면, "지속성"과 "내부의 공기 품질"을 위한 "포인트"를 제공하는 이 모든 "친환경" 프로그램들은 도대체 무엇인가? 건축가와 기술자들이 근본적인 실천의 기본이 되어야 할 세부사항과 사양을 제공할 때 보상을 해야한다면 정말 애처로운 일이다. Standard 62를 충족하는 제어된 환기 시스템을 설계하고 설계하고 설치하면 포인트를 얻을 수 있다. 그리고 거주자들이 실제로 편안하다면 더 많은 포인트를 얻을 수 있다. 이 코드는 요구사항이 아닌가? 이것이 "관리의 기준"이 되어야 하지 않을까?

모든 건물이 빌딩이라고 부르기 위해 충족시켜야하는 기본적인 빌딩 요구사항을 충족한다면 이제 포인트를 얻을 수 있는가? 친환경 프로그램은 많은 시간과 돈을 분명히 낭비하고 더 많은 시간과 돈을 상관없거나 중요하지 않은 것에 소비한다.

중요한 것에 집중하는 게 어떨까? 그것은 "모두 포인트에 관한 것"이 되었고 중요한 것들은 무시된다. "친환경 포인트"를 쫓는 것은 여러분들에게 정말로 친환경적인 좋은 건물을 가져다 주지 않는다. 당신은 Leadership in Energy and Environmental Design(LEED) 등급을 받을 수 있으며, 전통적인 건물과 비교할 때 어떤 에너지도 절약할 수 없다. 어떻게 그것이 친환경일 수 있을까?

친환경이 되는 방법 : 자, 우리에게 필요한 기본적인 요구사항부터 시작하자. 우리는 코드와 관리기준을 충족하는 빌딩이 필요하다. 그것은 구조적으로 견고하고, 화재에 안전하며, 제어되는 환기 시스템을 가지고 있으며, 빗물을 새지 않고 편안할 것이다. 이것은 포인트가 없다. 이것은 건물에 대한 최소 요구조건이다.

이제 다음은 뭘까? 그것은 꽤 쉽다. 에너지다. 벙커 힐의 성가신 영국인과 남부연합군을 이끄는 로버트 Lee씨 이후 공화국이 직면한 가장 큰 두가지 도전은 무엇인가? 지구 온난화와 에너지 보장. 지구 온난화와 에너지 보장의 핵심은 에너지 절약이다. 건축가 에드워드 마즈리아는 "건축가들이 지구 온도 조절기를 제어한다"고 말하는 것을 좋아한다. 나는 그 사람이 옳다고 생각한다.

나에게 코드와 관리기준을 충족하고 에너지를 절약하는 건물을 보여주면 나는 당신에게 친환경 건물을 보여줄 것이다. "진짜" 친환경 건물은 지구가 직면하고 있는 진짜 문제들로부터 돈, 시간, 자원을 빨아들이는 사회 성명서가 아니다.

심각한 에너지와 돈을 절약하길 원하나? 진정하라, 유리를 덜 사용하면 된다. 창호와 커튼월은 건물에서 가장 비싼 요소이며 최악의 에너지 성능을 제공한다. 더 많이 사용할수록 더 많은 에너지와 돈을 소비한다. 유리 영역을 약 30%로 제한. 그리고 정말 좋은 유리창과 프레임을 사용한다.(그림1)

그림1 : Enclosure R-value versus Glazing Ratio

가장 중요한 것은 유리를 덜 사용하고 좋은 유리와 프레임을 사용하는 것이다. 차트는 존 스트라우베의 서비스이다. 나쁜 유리는 좋은 벽을 파괴한다.

상용되는 벽 조립체를 통한 열 통과의 영향과 창호 시스템을 통한 열 흐름은 창과 불투한 벽면의 R-value의 면적 가중평균을 계산하여 비교적 양호한 정확도로 계산할 수 있다. 계산식은 다음과 같은 형태이다.

여러 시나리오의 결과는 아래 도표에 나와 있다.

일반적인 커튼월 시스템의 R-value는 2 또는 3에 불과하다. 고절연 스펜드럴패널을 사용하고 동급 최강의 이중 유리창을 사용하는 "고성능" 시스템(표시되지 않음)은 R-4를 달성할 수 있다. Kawneer7550 시리즈와 같은 소수의 시스템만이 6 또는 그 이상의 R-value를 달성할 수 있다.

Curve 1은 R-12 batt-filled steel-stud brick veneer wall system(R-6)에 air-filled double-glazed insulated glazing unit이 있는 standard U=0.50 thermally-broken aluminum punched windows용이다.

Curve 2는 외부에 1인치 폼을 추가하여 벽의 R-value를 R-11로 증가시키면 동일한 WWR 범위에 대한 전체 R-value에 대해 R-0.5에서 R-1.5로만 증가한다는 것을 보여준다.

Curve 3은 좋은 벽이 제공된 경우 임펙트 윈도우 성능이 얼마나 중요한지 보여준다. 외부 단열 R-16 벽이 불량한 윈도우와 만날 때 정상적인 윈도우 영역 범위의 경우 R-3에서 R-6의 R-value만 있는 수직 인클로저를 생성한다.

Curve 4는 최고 품질의 유리창(low-E, 아르곤으로 채워짐)을 갖춘 우수한 윈도우프레임을 가정한다. 전체 수직 인클로저의 결과는 여전히 R-4에서 R-7에 불과하다.

이 처음 4개의 곡선은 광범위한 마감 타입을 가진 광범위한 상업용 인클로저의 성능을 포함한다. 결론은 현대 상업 수직 인클로저의 R-value가 실제로 7을 초과하는 경우는 드물고 3~5의 범위 내에 있을 가능성이 더 높다는 것이다!

Curves 5 and 6은 가능한 중요한 개선사항에 대한 아이디어를 제공한다. 동급 최강의 단열 알루미늄 프레임 및 고성능 유리창 사용(U=0.30), Curves 5는 R-40 벽을 사용하더라도 WWR의 경우 전체 R-value가 40%미만(고성능 건물에 대해 권장되는 최고 비율)인 7~12 점위에 있음을 보여준다. 비록 이것이 낮은 수준이지만, 여전히 대안에 비해 상당히 많다. Curve 5 아래의 회색 곡선은 특히 높은 유리 비율에서 벽 R-value를 20애서 40으로 증가시킴으로써 얻는 약간의 이점을 보여준다.

Curves 6은 low-e, argon-filled triple-glazed units를 insulated fiberglass frame에 사용하여 0.14의 U-value를 전달한다. R-20에 단열된 벽이 있더라도, 그러한 조합은 일반적인 상업용 수직 인클로저보다 2~3배 더 많은 12~14의 전체 R-value를 전달할 수 있다.

모든 경우, 높은 유리 비율은 매우 높은 열 손실과 취득열량으로 구매 비용이 많이 드는 인클로저 벽을 만들어내는 것을 볼 수 있다. 이 높은 비율은 일반적으로 건물 전체의 경우와 같이 회의실과 같은 개별적인 공간 모두에서 피해야 한다.