서 론

건물 외피에서 발생하는 열교는 단열층의 연속성이 구조적·기하학적 요인에 의해 단절될 때 국부적인 열류 집중이 발생하는 현상으로, 건물의 열손실을 증가시키는 핵심 요인으로 평가된다. 국내의 경우, ｢건축물 에너지절약설계기준｣의 강화와 더불어, 외피의 열교를 보다 정확히 반영할 필요성이 지속적으로 제기되고 있다. 그럼에도 불구하고 현행 실무에서는 여전히 전체 외피 평균 열관류율에 단일 보정계수(ΔU_TB)를 가산하는 방식이 널리 사용되고 있다. 실무에서는 상세 도면의 불확실성, 시간 제약, 전문 해석 인력 부족 등으로 인해 모든 접합부에 대해 정밀한 열교 해석을 수행하기 어렵다. 이러한 현실적 제약으로 인해 열교는 단일 보정계수 형태로 단순화되어 적용되고 있다. 그러나, 이러한 방식은 열교의 발생 유형과 구조적 특성을 충분히 고려하지 못한 과도하게 단순화된 방식이며, 이로 인해 실제 열손실을 과대 또는 과소평가할 가능성이 있다.

특히 단열층 내부에 반복적으로 배치되는 스터드나 브래킷, 금속 지지체 등에 의해 발생하는 1차원(1D) 열교와 외벽–지붕, 외벽–바닥과 같은 접합부에서 발생하는 2차원(2D) 열교는 서로 다른 물리적 특성을 가지며, 해석 단위 또한 다르다. 그러므로, 이들을 외피 전체의 에너지 평가 체계 안에서 일관적으로 통합하여 반영하는 것이 쉽지 않다. 기존 연구들은 주로 특정 열교 부위에 대한 정밀 해석에 집중하였다. 그에 따라 열교를 건물 전체 수준의 면적기반 열손실 산정식으로 환산하는 절차는 충분히 검토되지 않았다.

더불어 2D 열교 평가에 필수적인 접합부 길이(l)의 산정은 설계도면을 기반으로 한 수작업에 의존하는 경우가 많아 오류 가능성이 존재한다. 뿐만 아니라, 기하학적으로 복잡한 외피에서는 실질적으로 적용이 어렵다는 한계가 있다. 결국 기존의 열교 연구는 개별 부위 단위의 정밀 해석과 국부 성능 개선에 집중되었을 뿐, 이를 건물 전체의 전도 열손실(Q_tr)에 결합하는 체계에 대한 검토가 부족한 실정이다.

이러한 배경에서 본 연구는 1D 열교와 2D 열교를 서로 다른 해석 단위로 취급하는 기존 접근을 보완하고, 모든 열교를 면적당 가산치라는 공통된 틀에서 통합적으로 평가할 수 있는 새로운 체계를 제안하고자 한다. 또한 열교 평가에서 반복적으로 제기되어 온 접합 길이 산정의 비효율성을 해결하기 위하여 3D 모델 기반 자동 길이 산출 기능을 도입한다. 이에 따라 외피 기하정보와 열교 유형을 자동으로 인식하는 방법을 제시하고자 한다. 본 연구의 이러한 면적기반 열교가산치 체계와 3D 연동 방법은 월간법 기반 에너지요구량 산정의 물리적 호환성과 실무 적용성을 동시에 향상하는 방법이 될 것이라 기대된다.

한편, 본 연구는 건물 외피에서 발생하는 열교 중에서도 구조체 자체의 형상 및 재료 구성에 기인하는 열교만을 대상으로 한다. 제품 특성에 대한 의존성이 높고 시공 방식의 차이에 크게 좌우되는 창호 및 커튼월 설치부 열교는 범위에서 제외한다. 따라서 본 연구의 범위는 외벽–지붕·외벽–바닥·외벽–내벽·외벽 모서리 등 DIN V 18599-2에서 정의하는 구조체 접합부 열교 및 단열층 내부 반복 단열 끊김 부재에 의해 발생하는 열교로 한정된다.

결론적으로, 본 연구는 기존의 단일 보정계수 방식이 지닌 한계를 극복하고, 구조체 중심의 열교 특성을 면적 단위로 정규화하여 건물 에너지 성능 평가에 실질적으로 적용할 수 있는 기반을 마련하고자 한다.

이론적 배경 및 선행연구

열교의 정의 및 유형

열교는 건물 외피의 단열이 불연속되거나 열전도율이 다른 재료가 포함될 때, 열류가 국부적으로 집중되어 발생하는 현상을 의미한다. 이는 건물의 총 열손실량을 증가시키고, 국부 표면온도 저하로 인한 결로 및 곰팡이 발생을 유발할 수 있다(ISO 10211, 2017). 열교는 형상 및 발생 부위에 따라 일반적으로 1차원(1D), 2차원(2D), 3차원(3D) 열교로 구분된다.

1차원 열교는 단열층 내부를 관통하는 선형 부재에 의해 발생한다. 대표적인 예로는 금속 또는 목재 스터드(stud), 브래킷(bracket), 파사드 지지체 등 구조체와 마감재를 연결하는 부재가 있다. 이들은 단열층 끊어 열류가 집중되도록 하는 요소로 단위길이당 선형열관류율(ψ, W/m·K) 또는 점형열관류율(χ, W/K)로 표현된다.

2차원 열교는 서로 다른 외피 요소가 접합되는 부위에서 발생한다. 외벽–지붕, 외벽–바닥, 외벽–내벽, 발코니 슬래브 접합부 등이 대표적인 예이다. 해당 부위에서는 두 방향 이상의 열전달이 동시에 일어나며, 등온선이 왜곡되어 국부적인 열류 집중이 발생할 수 있다. ISO 10211에서는 이와 같은 2D 열교에 대해, 기준 단면과 비교한 열류 차이로부터 ψ값을 산정하는 방법을 제시하고 있다.

3차원 열교는 두 개 이상의 2D 열교 접합부가 교차하거나, 선형 열교 부재와 접합부가 동시에 중첩되는 점형 부위에서 발생한다. 예를 들어, 외벽–지붕–내벽의 모서리부, 발코니 슬래브와 외벽·측벽이 만나는 모서리, 또는 구조기둥–슬래브 접합부 등이 이에 해당한다. 이들 부위에서는 열류가 세 방향 이상으로 분산된다. ISO 10211에서는 이러한 부위를 점형열관류율(χ, W/K)로 평가하도록 규정한다. 하지만 3D 열교의 영향은 건물 전체 열손실에서 차지하는 비율이 상대적으로 작다고 볼 수 있으므로, 본 연구에서는 1D 및 2D 열교를 중심으로 분석하였다.

선행 연구 고찰

단열재를 관통하는 스터드, 브래킷, 패스너 등은 단열층의 연속성을 끊으며, 선형·점형 열교를 유발한다. 이에 따라 많은 연구에서 외피의 유효 열관류율을 증가시키는 주요 요인으로 지적되었다. 경량 스틸 프레임에서의 스터드 열교는 여러 연구를 통해 중요성이 확인되었다. Langner et al. (2025)은 스터드 형상·단열재 보강에 따라 열류가 크게 달라짐을 실험·해석으로 제시하였다. 또한 파사드 패스너에 의한 점형 열교는 Šadauskienė et al. (2015)의 연구에서 재질에 따라 점형 열관류율이 크게 변하며, 간격에 따라 외피 열손실에 미치는 영향 역시 크다는 것을 제시하였다.

한편 벽체–지붕, 벽체–바닥 등 접합부에서 발생하는 2차원 열교는 전체 외피 열손실에서 상당한 비중을 차지한다. Larbi (2005)는 주요 접합부의 ψ값을 통계적 모델로 제시하며 2D 열교가 단순 1D 평가에 비해 열손실을 크게 증가시킬 수 있음을 밝혔다. 또한 Grudzińska et al. (2024)은 hemp–lime 단열 지붕–벽체 접합부의 3D 해석을 통해 접합부 열교가 지붕 열손실의 최대 15%를 차지할 수 있음을 제시하였고, Marincioni et al. (2015)은 기존 조적조 건물에서 발코니·코너·창 주변 열교가 표준값보다 큰 열손실을 유발하며 내단열 구조에서 그 영향이 더욱 크다는 것을 제시하였다.

기존 연구는 개별 열교의 특성 분석에 집중되어 있으나, 다양한 1D·2D 열교 정보를 건물 외피 단위에서 일관된 방식으로 통합·환산하는 체계는 상대적으로 부족하다. 이에 본 연구서는 열교 정보를 면적당 환산 형태로 정규화하고 이를 에너지 평가에 적용할 수 있는 알고리즘을 제안하였다.

기존 건물 에너지 시뮬레이션 프로그램의 열교 평가 방식

건물 에너지 평가 프로그램은 열교를 반영하는 방식에서 큰 차이를 보인다. 대부분의 프로그램은 열교를 독립된 열류로 평가하지 않고, 외피의 유효 열관류율(U_eff) 또는 단일 보정계수(ΔU_TB)로 단순화하여 처리한다. 이로 인해 열교의 위치, 형상, 구조체별 특성이 충분히 반영되지 않는 한계가 존재한다.

ECO2는 대표적인 단순화 방식으로, DIN V 18599 월간법을 기반으로 하면서도 열교를 별도로 계산하지 않고 ΔU_TB를 일괄 적용한다. 부위별 2D 열교나 내부 스터드·브래킷의 1D 열교는 구분되지 않으며, 실제 구조적 특성이나 단열 불연속을 반영하지 못한다.

EnergyPlus와 TRNSYS는 동적해석 프로그램임에도 ψ·χ 값을 입력하는 기능이 없으며, 사용자가 외부 해석 결과를 반영해 직접 U_eff를 산출해야 한다. 결과적으로 열교는 외피 전체의 전도 열손실에 포함되어 평가된다.

EVEBI는 DIN V 18599 기반으로 1D·2D 열교를 구분해 반영하는 비교적 정교한 구조를 갖는다. 1D 열교는 U_eff로 포함되어 평가되고, 2D 열교는 DIN 4108-2의 ψ값과 접합길이(l)를 이용해 ΔU_TB로 평가된다. 다만 모든 2D 열교가 외피 전체 면적으로 평균화되므로, 구조체별 영향도나 기하학적 특성은 반영되지 않는다.

즉, 기존 프로그램들은 열교를 평균값으로 단순화하거나, 외피의 유효 열관류율에 흡수해 간접 반영한다는 공통된 한계를 가진다. 본 연구는 이러한 제한을 넘어, 1D 열교와 2D 열교를 면적당 환산값(ψ·l/A, χ·n/A)으로 구조체별로 귀속시키는 열교 반영법을 제안한다는 점에서 기존 방식과의 차별성을 갖는다.

ISO 10211 열교 평가 방법

ISO 10211은 건물에서 발생하는 열교에 대한 평가 방법을 제시하는 기준으로, 아래 식 (1)과 같이 선형 열관류율 산정 방식을 제시하고 있다.

여기서, L_2D는 2차원 전열해석을 통해 산출된 전열계수를 뜻하며, 단위 온도 1 K 당의 길이 당 총 열류량을 의미한다. 단위는 W/mK로, 시뮬레이션을 통해 도출되는 총 열류량을 경계조건 양측의 온도차로 나누어서 산출한다. U_j는 평가 대상 구조체들의 1차원 열관류율을 의미하며, 단위는 W/m²K이다. l_j 는 U_j의 성능을 갖는 구조체의 길이를 의미한다.

또, ISO 10211은 건물에서 발생하는 점형 열교 부위에 대하여, 다음과 같이 아래 식 (2)와 같이 점형 열관류율 산정 방식을 제시하고 있다.

여기서, L_3D는 3차원 전열해석을 통해 산출된 전열계수이다. 단위 온도 1 K 당의 총 열류량을 뜻하며, 단위는 W/K 이다. 시뮬레이션을 통해 도출되는 총 열류량을 경계조건 양측의 온도차로 나누어 산출한다. U_j는 평가 대상 구조체들의 1차원 열관류율을 의미하고, A_j는 구조체 면적을 의미한다. ψ_j는 (1)를 통해 산출되는 선형 열관류율을 의미하고, l_j 는 ψ_j가 발생하는 열교 부위에 대한 길이를 의미한다.

기존 표준의 한계

열교의 정의와 계산 절차는 국제표준 ISO 10211과 ISO 14683 (2007)에서 상세히 제시되어 있으며, 이는 건물 에너지 평가의 상위 표준인 ISO 52016-1 (2017) 및 DIN V 18599-2 (2018)에서도 동일하게 적용된다. ISO 52016-1은 냉난방 에너지요구량을 산정하기 위해 전도, 침기, 열교로 구분하고, 열교 손실을 선형 열관류율과 열교 길이의 곱으로 계산하도록 제시하고 있다. DIN V 18599-2 (2018)는 접합부 유형을 구분하고, 각 부위에 대해 열교값과 접합 길이를 통해 전체 전도 열손실에 반영하는 방법을 제시한다.

다만 이러한 국제표준은 ψ 및 χ에 대하여 정밀 수치해석을 기반으로 할 것을 요구한다. 그러나, 설계 단계에서 모든 접합부의 열교를 일일이 산정하고, 관리하는 데 상당한 부담이 따른다. 특히 1D 열교를 외피 전체에 어떻게 포함시키고, 구조체별 열교 영향을 어떻게 반영할 것인지에 대해서는 표준 내에서 구체적으로 제시되고 있지 않다.

이러한 이유로 국내 실무에서는 열교를 단일 보정계수(ΔU_TB)로 단순화하여 적용하는 방식이 널리 활용되고 있다. 이 방식은 계산이 간단하다는 장점이 있으나, 실제 열교의 발생 위치나 접합 형태, 단열 끊김 등의 물리적 특성을 구분하지 못한다.

따라서 향후 에너지 평가에서는 정밀 ψ·χ 산정이라는 국제표준의 기본 원칙은 유지하되, 산정된 값들을 외벽·지붕·바닥 등 구조체별 외피 면적에 귀속하여 통합 반영할 수 있는 면적 기반 체계가 필요하다고 판단된다. 이러한 접근은 ISO 52016-1의 전도 열손실 식과 호환성을 유지하면서도, 기존 단순 보정식의 한계를 보완할 수 있는 실질적 대안이 될 수 있다.

열교 반영 방법

1D 열교 반영

본 연구에서 1차원(1D) 열교는 단열층 내부에 반복적인 선형 또는 점형 부재에 의해 발생하는 열교로 정의하였다. 이와 같은 열교로는 파사드 브래킷, 금속 러너, 스터드, 기계 고정핀 등이 있으며, 단열층을 관통하거나 단열재의 열저항을 감소시켜, 외피 단면에서 추가적인 열류 현상을 발생시킨다. 이러한 1D 열교는 접합부 형상에 의한 2차원(2D) 열교와 달리, 일정한 간격으로 반복적인 패턴을 보이므로 단위면적당 추가 열관류율(ΔU_1D)로 환산하여 구조체 수준에서 평가할 수 있다.

선형 부재에 의해 발생하는 1D 열교는, 개별 부재에 대한 선형열관류율(ψ)과 반복 간격을 이용하여 산정하였다. 선형 열교 요소가 일정한 간격 𝑠_⊥로 반복된다고 가정하면, 해당 열교로 인한 단위면적당 추가 열관류율 Δ𝑈_1𝐷,lin은 다음과 같이 표현할 수 있다.

여기서, ψ는 개별 부재에 의한 선형 열관류율로 단위는 W/m·K이다. 𝑠_⊥의 단위는 m로, 선형 열교의 방향에 수직한 방향으로의 반복 간격을 뜻한다. 스터드가 수직 부재인 경우 수평 간격, 수평 러너의 경우 수직 간격을 의미한다.

점형 부재(예: 앵커, 고정핀 등)에 의해 발생하는 1D 열교는 개별 부재의 점형열관류율

χ와 수직·수평 반복 간격을 이용하여 평가하였다. 점형 열교가 수직 방향 간격 𝑠_𝑣, 수평 방향 간격 𝑠_ℎ로 격자 형태로 반복되는 경우, 단위면적당 추가 열관류율 ΔU_1D,pt는 다음 식 (4)와 같이 정의할 수 있다.

여기서, χ는 ISO 10211 기반의 3차원 해석 또는 제조사 제공값에서 확보 가능한 점형열관류율 값이며, 𝑠_𝑣는 점형 발생의 수평간격, 𝑠_ℎ는 수직 간격으로, 𝑠_𝑣⋅𝑠_ℎ는 각 점형 열교가 대표하는 외피 면적을 의미한다. 따라서 외벽·지붕·바닥 등 외피 구성요소에 대하여 1D 열교에 의한, 총 추가 열관류율은 다음 식 (5)와 같이 표현될 수 있다.

​여기서 k는 선형 열교 유형, m은 점형 열교 유형을 의미한다. 이와 같이 산정된 1D 열교가산치 값은 해당 구조체의 기준 열관류율 U_ref 에 추가되는 열교가산치로 적용되며, 최종 외피 열관류율은 다음 식 (6)과 같이 평가된다.

결과적으로, 1D 열교는 외피 접합부의 구조적 형태로부터 발생하는 2D 열교와는 달리 단열층 내부의 반복적 재료 배치에 의한 열전달 특성으로, 외피 성능 산정 과정에서 면적 단위의 열교가산치로 독립적으로 취급될 필요가 있다.

2D 열교 반영

본 연구에서는 DIN V 18599-2:2018에서 제시한 열교 분류 체계를 참고하여, 총 14개 접합부 유형으로 구분하였다(Table 1 참조). 해당 표준은 각 접합부 유형별 항목을 표 형식으로 제시하고 있다. 이를 기반으로, 건물 외피를 구성하는 주요 요소인 지붕, 외벽, 바닥 접합부 열교 유형을 재구성하였다. 이러한 분류는 접합부의 위치적 특성, 열류 방향, 그리고 단열 연속성의 단절 여부 등을 종합적으로 고려하여 제시한 것으로 볼 수 있다.

지붕 접합부의 경우, 평지붕, 경사지붕, 및 외벽·내벽과의 결합부를 포함하는 상부 외피 영역이다. 해당 부위들은 단열층의 끊기기 쉬워 열류가 수직에서 수평 또는 경사 방향으로 바뀌는 부위이다. 따라서 상향 열류 조건에서 열집중이 자주 발생하는 대표적인 열교 구간으로 평가된다.

외벽 접합부는 층간슬래브, 외벽–내벽, 외벽 모서리(90° 및 270°), 그리고 외기에 노출된 필로티 바닥과 외벽의 접합부를 포함한다. 이 부위는 수평 및 수직 열류가 교차하면서 외벽의 단열 연속성이 부분적으로 끊기는 구조적 특성을 가진다. 이에 따라, 건물 외피 전체 열손실 중에서도 가장 높은 비중을 차지하는 주요 열교 영역으로 평가된다.

마지막으로, 바닥 접합부는 지면과 접하는 하부 슬래브와 외벽의 결합부를 대상으로 하였다. 이 영역은 지면을 통해 지속적인 하향 열류가 발생하며, 지중 열전달로 인한 열손실이 집중되는 부위로 평가된다.

접합부 열교 ψ값은 각 접합부 길이(l)와의 곱을 통해 총 열교 손실량(ψ·l)으로 환산될 수 있으며, 이를 각 부위별 외피 면적으로 정규화함으로써 지붕(ΔU_TB,roof), 외벽(ΔU_TB,wall), 바닥(ΔU_TB,floor)의 열교가산치 값을 산정할 수 있다. 각 부위별 열교가산치는 다음 식 (7)과 같이 제안된다.

여기서 ψ_j는 접합부 j의 선형열관류율 [W/m·K], 𝑙_𝑗는 해당 접합부의 길이 [m]이고, 𝐴_𝑖는 각 부위(지붕, 외벽, 바닥)의 총 면적 [m²]을 의미한다. 이와 같이 산정될 수 있는 ΔU_TB 값은 각 외피 부위의 유효 열관류율(U_eff)에 열교가산치로 적용되어, 열교로 인한 추가 열손실을 반영할 수 있을 것으로 판단된다.

접합부 열교 길이 도출 3D 프로그램 개발

접합부의 열교를 평가할 때 가장 어려운 점 중 하나는 단순히 열교값을 구하는 것뿐 아니라, 접합부 길이를 정확히 적용하는 것이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 3D 모델링을 기반으로 접합부 열교 길이를 자동으로 산출할 수 있는 기능을 개발하였다(Table 2 참조). 이를 위해, 건축 설계 단계에서 활용도가 높은 SketchUp을 모델링을 선택하였다.

Table 2.

Automated extraction of thermal bridge junction lengths using a 3D building modeling system.

3D-based junction-length extraction module for thermal bridge assessment.

본 연구에서 제안한 시스템은 3D 모델을 자동으로 분석하여 존(Zone)별 외피 정보를 그룹화하고, 각 외피의 면적, 방향, 기울기, 외피 포함 존 정보를 자동으로 인식한다.

또한 Three.js API를 적용하여 프로그램 내에서 3D 데이터를 시각적으로 확인하고 교환할 수 있도록 하였다. 이로써 모델링 단계에서 해석 단계까지의 데이터 흐름을 자동화하는 것이 가능해졌다.

건물의 외피는 외벽, 내벽, 층간바닥, 최하층바닥, 창호, 커튼월, 출입문의 7가지 요소로 구성되며, 각 존별로 해당 외피를 자동 인식한다. 이후 외피의 경계선을 인식해 접합부 길이를 자동으로 계산하도록 개발하였다.

이 과정을 통해 앞서 정의한 14개 접합부 유형별 열교 길이가 자동으로 산출된다. 이렇게 계산된 길이는 선형열관류율 값과 함께, 열교가산치를 계산하기 위한 입력 값으로 활용될 수 있다.

사례 분석

본 연구에서는 제안한 열교 평가 방법의 실제 적용 가능성과 타당성을 검증하기 위해, 사례 건물을 대상으로 비교 분석을 수행하였다. 기존의 단일 보정 방식(외단열의 경우 ΔU_TB= 0.1 W/m²K)과 본 연구에서 제시한 1D 및 2D 열교가산치 적용 방식을 각각 적용하여 에너지 요구량의 차이를 검토하였다. 에너지 요구량 산정에는 EPB Center의 월간법 기반 Energy Demand Tool을 사용하였으며, 분석 조건은 동일하게 설정하였다. 사례 건물의 형태 및 구조체 구성은 Table 3에 요약되어 있다.

Table 3.

Geometric characteristics and assembly details of the case-study building model with three thermal zones

			Zone1	Zone2		Zone3
		Profile	Office	Lobby		Meeting room
		Length	24 m	12 m		18 m
		Width	8 m	8 m		12 m
		Height	4.25 m	3.5 m		3.5 m
		Net Floor Area	153.6 m2	76.8 m2		172.8 m2
Structure type		d	λ		U
		[mm]	[W/mK]		[W/m2K]
External Wall	EPS	200	0.035		0.168
	RC Concrete	150	2.3
	Mortar	12.5	1.6
Roof	Mortar	30	1.6		0.122
	PIR	200	0.025
	RC Concrete	180	2.5
Floor	Textile flooring	8	0.17		0.128
	Mortar	30	1.6
	Concrete	50	1.6
	Acoustic insulation	20	0.033
	RC Concrete	250	2.5
	XPS	200	0.029
	Concrete	150	1.6

열교 특성 평가는 정상상태 열전달 해석을 통해 이루어졌다. 해석 조건은 ISO 6946:2017 기준을 참고하여 Table 4와 같이 설정하였다. 특히 외벽 앵커가 포함된 경우의 점형 열관류율은 3차원 전열해석 프로그램인 TRISCO를 사용해 계산하였다. TRISCO는 ISO 10211과 ISO 13770을 기반으로 개발된 프로그램으로, 복잡한 입체 열교 형상에서 발생하는 열류 분포와 온도장을 정밀하게 평가할 수 있다.

각 접합부의 선형 열관류율을 도출하기 위해서는 2차원 전열해석 프로그램인 Flixo Energy를 활용하였다. Flixo는 ISO 10211 및 EN ISO 10077-2 기준에 따라 2차원 유한요소해석을 수행한다. 이에, 접합부의 온도장 분포 및 열류 해석을 통해 선형 열관류율 산정이 가능하다.

Table 5에 제시된 열교 차단 앵커를 적용할 경우, 산정된 1D 열교가산치는 0.044 W/m²K이다. 해당 앵커는 석재와 같이 중량이 큰 마감재에 사용되는 직접 고정형 시스템이며, 일반적인 석재 패널의 규격을 참고하여 수평 0.9 m, 수직 0.6 m 간격으로 설치되는 것으로 가정하여 계산하였다. 이러한 외벽의 1D 열교가산치 포함 유효 열관류율 U_eff는 0.212 W/m²K이다.

Table 5.

Calculated thermal bridge correction factor for direct-fix thermal insulation anchors (ΔU_1DB,wall)

	𝜒	sv·sh	ΔU1D,wall
	W/K	m2	W/m2K
	0.024	0.54	0.044

해당 사례 모델의 접합부별 길이와 적용된 선형 열교값은 Table 6에 제시하였다. 이를 식 (7)에 적용하여 구조체 부위별 2D 열교가산치를 산정한 결과, 지붕의 열교가산치는0.026 W/m²K이고, 외벽의 열교가산치는 0.003 W/m²K이며, 바닥의 열교가산치는 0.136 W/m²K로 나타났다. 특히 바닥의 열교가산치만이 기존 외단열 보정항(0.1 W/m²K)을 상회하는 것으로 분석되었다. 이는 외벽–바닥 접합부의 선형 열교값이 0.405 W/mK로 상대적으로 높게 산출된 데 따른 결과로 판단된다.

Table 6.

Calculated thermal bridge correction factors for junctions by structural element type (ΔU_TB,roof, ΔU_TB,wall, ΔU_TB,floor)

Roof	Flat Roof + Exterior Wall [90°]	Flat Roof + Exterior Wall [270°]	Flat Roof + Interior Wall	∑ψjlj	ΔUTB,roof
	0.182 W/m·K	0 W/m·K	0 W/m·K
	32 m	12 m	8	8.6 W/K
	Sloped Roof	Sloped Roof + Exterior Wall[Horizontal]	Sloped Roof + Exterior Wall [Inclined]	∑Aroof	0.026 W/m2K
	0.033 W/m·K	0.024 W/m·K	0.047 W/m·K
	24 m	48 m	17.1 m	325.1 m2
Exterior Wall	Intermediate Slab + Exterior Wall	Exterior Wall + Interior Wall	Exterior Wall + Exterior Wall [90°]	∑ψjlj	ΔUTB,wall
	0 W/m·K	0 W/m·K	0.045 W/m·K
	52 m	3.5 m	31.5 m	1.4 W/K
	Exterior Wall + Exterior Wall [270°]	Exposed Floor Slab +Exterior Wall [90°]	Exposed Floor Slab + Exterior Wall [270°]	∑Awall	0.003 W/m2K
	0 W/m·K	0.012 W/m·K	0 W/m·K
	3.5 m	0 m	0 m	448.6 m2
Floor	Ground Floor Slab + Exterior Wall [90°]	Ground Floor Slab + Interior Wall		∑ψjlj	ΔUTB,floor
				34 W/K
	0.405 W/m·K	0.001 W/m·K		∑Afloor	0.136 W/m2K
	84 m	8 m		249.6 m2

본 연구에서는 접합부 길이 자동 산출 기능의 절대 오차율을 정량적으로 검증하지는 못하였다. 다만 사례 건물에 대해 수작업 산정과의 비교 결과, 접합부 유형별 길이 차이는 0% 범위에 있음을 확인하였다.

Table 7의 분석 결과, Zone 1의 에너지 요구량은 약 6% 감소로 가장 큰 절감 효과를 보였으며, 반면 Zone 3은 1% 수준에 그쳤다. 이러한 차이는 각 존의 위치와 열교가산치 적용 범위의 차이에서 비롯된 것으로 해석된다.

Zone 1은 건물의 2층에 위치하여 외벽–바닥 접합부가 존재하지 않는다. 따라서 열교가산치가 상대적으로 높은 바닥(0.136 W/m²K)의 영향을 받지 않는다. 반면, 1층에 위치한 Zone 3은 외벽과 바닥이 직접 맞닿는 구조로 인해 해당 부위의 열교가산치(0.1 W/m²K 근사) 영향을 받게 된다. 이 값은 기존 단일 보정항과 유사한 수준이기 때문에, 두 계산 방식 간 결과 차이가 상대적으로 작게 나타났다. 즉, 본 연구의 대상 건물이 2층 규모의 비교적 단순한 구조를 가진 점을 고려할 때, 외벽–바닥 접합부가 전체 열교에 미치는 영향이 제한적이었으며, 이로 인해 전체 결과의 차이는 약 3% 수준으로 나타난 것으로 해석된다.

한편, 건물의 층수가 증가할수록 외벽–바닥 접합부의 비중은 줄어들고, 대신 지붕(0.026 W/m²K)이나 중간층 외벽(0.047 W/m²K) 등 상대적으로 열교가산치가 작은 부위가 전체 외피에서 차지하는 비율이 높아진다. 제안된 평가는 이러한 구조적 특성을 보다 세밀하게 반영할 수 있기 때문에, 건물이 고층화될수록 기존 단일 보정항 방식보다 더 정확한 결과를 제공할 가능성이 크다.

결론적으로, 제안된 평가 방식은 층수가 높을수록 정확도가 향상되며, 단일 보정항 기반 계산과의 에너지 요구량 차이 또한 점차 확대될 수 있음을 나타낸다.

결 론

연구는 건물 외피에서 발생하는 1차원 및 2차원 열교를 보다 실질적으로 평가하기 위한 면적 기반 환산 방법을 제안하였다. 기존의 단일 보정계수(ΔU_TB) 방식은 열교의 위치나 형태에 따른 차이를 충분히 반영하지 못해, 열손실이 과대 또는 과소 평가될 가능성이 있다.

이를 보완하기 위해 본 연구에서는 1D 열교를 재료 및 단면 특성을 고려한 면적 보정값(ΔU_1D)으로 정의하고, 2D 열교는 선형열관류율에 접합부 길이를 곱한 값을 외피 면적으로 정규화한 형태(ψ·l/A)로 표현함으로써, 서로 다른 특성을 가진 열교를 동일한 평가 체계 안에서 통합적으로 반영할 수 있도록 하였다. 아울러 접합부 길이 산정 과정에서의 비효율을 개선하기 위해 3D 모델 기반 자동 길이 추출 기능을 도입하여 실무 적용 가능성도 함께 고려하였다.

제안한 방법은 ISO 52016-1에서 규정하는 월간법 전도 열손실 산정 구조를 변경하지 않고, 기존 열관류율 항에 가산 가능한 형태로 열교를 반영함으로써 계산 체계상의 호환성을 유지한다. 즉, 열교를 별도의 추가 손실항으로 분리하지 않고 전도 손실 항 내에서 구조체별 보정값으로 통합함으로써, 월간법 계산 틀을 유지하면서도 열교의 특성을 보다 세분화하여 반영할 수 있다.

한편 본 연구의 사례 분석은 외단열 구조를 갖는 2층 규모 건물을 대상으로 수행되었으며, 개별 결과값을 모든 건물 유형으로 일반화하는 데에는 한계가 있다. 바닥부 열교 집중 현상이나 외벽·지붕에서 상대적으로 작은 열교값이 나타난 결과는 해당 외단열 조건에 기초한 경향으로 해석할 필요가 있다. 내단열 구조 건물의 경우 열류 분포와 열교의 상대적 비중이 달라질 가능성이 있으며, 창호 및 커튼월 설치부와 같이 제품 성능과 시공 상세에 크게 의존하는 열교는 본 연구의 분석 범위에서 제외되었다. 이러한 사항은 향후 연구를 통해 추가적으로 검증될 필요가 있다.

향후 연구에서는 내단열 구조, 중·고층 건물 등 다양한 유형에 본 연구의 열교 환산 체계를 적용하여 단열 방식에 따른 열교 특성을 검증할 필요가 있다. 또한 SketchUp 기반 3D 모델에서 자동 산출된 접합부 길이의 정확도를 수작업 산정 결과와 비교·검증하고, 접합부 유형별 선형열관류율 데이터 축적을 통해 실무 적용성을 확장할 필요가 있다.

그럼에도 불구하고 본 연구에서 제안한 열교 환산 체계는 구조체 유형이나 건물 규모와 무관하게 적용 가능한 계산 구조를 가지며, 다양한 단열 방식과 건물 유형으로의 확장 적용이 가능하다는 점에서 방법론적 의의를 지닌다. 결론적으로, 본 연구는 1D 및 2D 열교를 하나의 면적 기반 체계로 통합함으로써, 건물 에너지 성능 평가에서 열교를 보다 체계적이고 합리적으로 반영할 수 있는 기초적인 틀을 제시한 것으로 판단된다.