벽체모듈디자인

미래환경디자인 STEAM 스쿨

이 름 멘 토 멘토 연락처

팀 고등학교 학년 반

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벽체모듈디자인

학생용 워크북

미래환경디자인 STEAM 스쿨

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벽체모듈디자인

(사)한국실내디자인학회

• 목차 •

•

환경, 미래 그리고 디자인에 대한 프로그램 주제 이해하기

3

•

건축공간에서의 열의 이동에 대해 이해하기

5

단열에 대해 알아보기

7

올바른 단열의 중요성에 대해 알아보기

11

단열재의 종류와 기능에 대해 알아보기

12

효율적인 단열을 위한 재료 선택하여 실험하기

13

•

벽체모듈 디자인하기

15

디자인 된 벽체모듈 실험하기

17

지금까지의 디자인과정과 실험내용을 프레젠테이션 보드에 표현하자

19 •

지금까지의 탐구활동 내용을 발표하고 평가해보자

19

•

지금까지의 탐구활동 돌아보고 정리하자

20

(사)한국실내디자인학회

서울특별시 강남구 테헤란로 7길 22 1107 (역삼동, 한국과학기술회관)

1. 지구의 에너지 문제를 인식하고 에너지를 절약할 수 있는 방법 찾아보기

전 세계적으로 ‘에너지’의 한계를 더욱 실감케 하고 있다 . 이에 대해 우리가 전체적인‘에너지’절약 에 기여하기 위하여 실천할 수 있는 것이 무엇이 있는지 생각해 보고 나열해 보자 .

그리고 , 특히 건물에서 냉 . 난방비를 줄일 수 있는 방법에 대해서 생각해 보고 구체적으로 적어보자 .

2. 동영상을 보고 생활쓰레기로 인한 환경문제에 대해 생각해보자

몸풀기 환경, 미래 그리고 디자인에 대한 프로그램 주제 이해하기

3. 업사이클링에 대한 용어 이해하기

4. 프로젝트를 진행하기 위한 팀명과 구호를 정해보자

5. 팀원에 따른 역할을 정해보자

재사용(reuse) 쓰고 버린 물건을 손질하여 원래의 용도대로 다시 사용하는 것 재활용

(recycling)

다 쓴 물건을 원료나 재료로 원래의 용도 또는 그것에 가까운 용도의 제품으로 다시 만들어 쓰는 것

업사이클링 (Upcycling)

버려지는 제품을 재활용(Recycling)하는 차원을 넘어 디자인을 가미 하는 등 새로운 가치를 더해(Upgrade) 전혀 다른 제품으로 재생산하는 것을 말한다.

▶ 버려지는 캔을 활용하여

팀명 구호

구분 이름 역할

멘 토 팀원1 팀원2

Upgrade + Recycling = Upcycling

1. 건축물에서의 열의 전달 방법에 대해 알아보자.

2. 건축물 공간에서 열이 어떻게 전달되는가에 대해 생각해 보고, ( )안에 전도, 대류, 복사 중 적당한 용어를 적어보자.

구분 전도 대류 복사

정의 이웃한 분자들의 충돌에 의 해 열이 전달되는 현상

밀도차에 의해 물질을 구성 하는 분자들이 순환하면서 열에너지를 이동시키는 현상

태양열과 같이 물질을 통하 지 않고 빛이나 전자기파의 형태로 열이 전달되는 현상

열 전달 물질 고체 기체, 액체 -

건물에 있어서 열의 경로

▶

ex. 에어컨 : 차가운 공기가 아래로 내려옴 → 아래 있던 따뜻한 공기가 위로 올라가 차가 워짐 → 방 전체가 시원해짐

▶

ex. 난방기구 : 따뜻한 공기가 위로 올라감 → 위에 있던 차가운 공기가 아래로 내려와 데 워짐 → 방 전체가 따뜻해짐

벽이나 바닥, 실내공기의 사이에는 ( )에 의해 열이 전달된다. 벽이나 바닥재 안에서는 ( )에 의해 열이 전달된다. 벽에서 외부공간으로 ( )와 ( )에 의해 열이 전달된다. 창유리, 개구부 에서는 낮에 햇빛이 실내로 들어오는데, 이것은 ( )에 의한 작용이다.

생각열기 1 건축공간에서의 열의 이동에 대해 이해하기

3. 열의 이동량과 계산방법에 대해 살펴보자.

●열전도율 : 뜨거운 면에서 차가운면으로 물체속의 열이 전도하는 정도를 나타낸 값

●열전도열량 : 단체 또는 단체라고 볼 수 있는 물질 내에서 열이 이동하기 쉬운 정도를 나타낸다.

1m 입방체 재료의 서로 상대하는 양면에 1℃의 온도차가 있을 경우, 그 재료의 단위 면적 1㎡를 1시간에 통과하는 전체열량 Q는?

여기서 θ : 재료의 고온면 온도(℃), θ_{i 0} : 재료의 저온면 온도

건축에서는 통상적으로, 평균온도 20℃에서의 λ를 표준치로 이용한다.

일반적으로 단열재료라고 불리는 것은 상온에서 λ가 0.1kcal/m.h.℃) 이하인 재료를 말한다.

[대표적인 건축재료의 열전도율]

재 료 열전도율

[W/m.℃] 재 료 열전도율

[W/m.℃] 재 료 열전도율

[W/m.℃]

강재 판유리

44~48 0.7~0.8

목재 연질섬유판 목편 시멘트판 석고보드

0.12~0.19 0.05 0.16 0.14 0.15

카펫 플라스틱 타일 아스팔트 싱글

0.073 0.19 0.11 콘크리트

ALC 벽돌

1.1 0.15 0.6

유리섬유 모르타르 스티로폼 경질우레탄

0.04~0.05 0.04~0.06 0.03~0.04 0.027 모르타르

플라스터 벽체 흙

1.1~1.3 0.6 0.7~0.9

물 얼음 공기

0.6 2.2 0.022

생각열기 2 단열에 대해 알아보기

1. 단열이란?

건축은 여름에는 될 수 있는 한 밖으로부터 실내로 열이 유입되지 않도록 하고, 겨울에도 될 수 있는 한 실내로부터 바깥으로 열이 빠져나가지 않도록 하는 대책이 필요하다.

이를 위해서 실내와 실외와의 사이의 벽이나 창 등에 있어서 열을 통하기 어렵게 하면 좋다. 그것이 단열의 개념이다.

☞ 물체와 물체 사이에서 열이 이동하지 못하게 막는 것

<단열 이미지>

추운 날 두꺼운 옷을 입으면 어느 정도 추위를 견딜 수 있는 것은 의복에 의하여 열이 몸밖으로 빠 져나가기 어렵기 때문이다. 건물을 단열하는 경우에도 의복과 마찬가지로 단열재로 건물 전체를 감 싸면 열이 빠져나가는 것을 어느 정도 막을 수 있다.

▶ 집의 외벽에는 벽 돌과 벽돌 사이의 약 5cm정도 사이 에 기포 콘크리트 나 스티로폼을 넣 어 단열효과를 높 인다.

<건축물에 단열을 이용한 예>

▶ 이중 유리창 속에는 공기가들어 있어서 열이 나가거나 들어오는 것을 막아 준다.

2. 단열과 공기와의 관계를 살펴보자.

작은 공기덩어리에는 열을 통하기 어렵게 만드는 어떠한 힘이 있다. 왜 그럴까?

고체, 액체, 기체에 열이 있다는 것은 그 물질을 구성하는 원자나 분자가 운동하고 있는 상태로, 열이 이 동하는 것은 직접 옆의 원자나 분자로 전달되는 것이다

아래에서 ( )안의 단어중 적절한 단어를 선택하시오.

<공기가 정지하고 있는 경우>

- 원자, 분자가 단단히 묶여 있는 물질(예: 금속, 콘크리트)은 열이 전달되기 (쉽다, 어렵다) - 기체인 공기는 공기분자 사이의 거리가 멀기 때문에 열이 전달되기 (쉽다, 어렵다)

<공기가 움직일 때>

- 공기 자체가 열을 운반하기 때문에 열이 전달되기 (쉽다, 어렵다)

<단열과 기포의 관계>

* 공기덩어리가 좁은 상태로 들어가 있으면 그만큼 공기 자체가 운동하기 어렵기 때문이다.

▶ 기포가 없어서 단열성이 나쁘다. ^▶ 작은 기포가 있어서 단열성이 좋다. ^▶ 큰 기포가 있어서 단열성이 나쁘다.

대류 전도

전도

전도

전도

<정지공기>

3. 다음은 건물의 단열효과 차이를 알아보자. 단열성능이 높은 건물과 그렇지 않은 건물에서 단열효 과의 구체적인 차이는 무엇일까? ( )안에 ‘곧바로, 천천히’ 중 하나를 선택하여 적으시오.

단열효과 난방을 시작했을 때 실온변화 난방을 멈췄을 때 실온변화

단열성능이

높은 건물 ( ) 방안이 따뜻해진다. ( ) 실온이 내려간다.

단열성능이

낮은 건물 ( ) 방안이 따뜻해진다. ( ) 실온이 내려간다.

4. 단열재를 설치하는 방법(단열공법)에 대해 알아보자.

단열재를 설치하는 방법은 단열재의 위치에 따라 외단열, 중단열, 내단열로 나누어진다.

공법에 따라 건물의 열손실 및 결로의 가능성 등이 달라지므로 실의 용도와 재료에 따른 적절한 선택이 필요하다.

외단열의 특징은 콘크리트 외부를 감싸고 있기 때문에 콘크리트 자체적으로 단열이 되고 내단열은 콘크 리트는 냉기에 노출이 되어있는 상태에서 내부면을 단열하는 것이다.

<단열공법>

•

•

•

<A> 내단열 <B> 중단열 <C> 외단열

구조체 단열층 구조체 단열층 구조체 단열층 구조체

옥외 옥외

옥외 실내 실내 실내

아래에서 ( )안의 단어중 적절한 단어를 선택하시오.

<겨울철 차가운 상태의 건물에 난방을 개시하는 경우>

- 실내를 늘 일정한 온도로 제어한다면 ( 내단열, 외단열 )이 유리

- 간헐적 난방을 기본으로 하는 건물, 설정온도를 자주 바꾸는 경우에는 ( 내단열, 외단열 )이 유리

단열공법 내단열 외단열

특징

생각열기 3 올바른 단열의 중요성에 대해 알아보기

1. 단열이 잘 되지 않는 경우 생길 수 있는 여러 가지 문제에 대해 알아보기

1) 결로현상

실내외의 온도차가 심할 때 공기층의 습기가 차가운 벽체나 천정에 이슬이 되어 맺치는 현상을 말한다.

이러한 결로현상은 겨울철에 특히나 더 심하게 발생한다. 겨울철에는 외부온도가 낮은 반면 난방으로 인해 실내온도가 높고 차단된 실내에서의 장시간 생활로 인하여 습도가 높아져서 결로현상이 더 심해 지는 것이다. 특히, 외벽과 접한 베란다나 창문등이 상대적으로 온도가 낮기 때문에 더 많이 발생한다고 볼 수 있다.

2) 열교현상

벽이나 바닥, 지붕 등의 건축물부위에 단열이 연속되지 않은 부분이 있을 때 이 부분이 열적 취약부가 되어 이 부위를 통한 열의 이동이 많아지며, 이것을 열교(heat bridge) 또는 냉교 (cold bridge)라고 한다.

2. 주택에서 단열이 왜 중요한지 생각해보고, 팀원들과 토의하여 정리해 보자.

<Cold bridge> <Heat bridge>

생각열기 4 단열재의 종류와 기능에 대해 알아보기

단열재는 건축물의 벽이나 지붕 내부 또는 바닥 등에서 불필요한 열의 유입 및 필요한 열의 유출을 차단하여 에너지절약을 촉진시키기 위한 목적으로 사용한다.

1. 단열재란?

열을 차단할 수 있는 성능을 가진 재료로 상온에서 열전도율의 값이 0.05㎉/mh℃ 내외의 값을 갖는 재 료이다. 보통 다공질의 재료가 많으며, 열전도율이 낮을수록 단열성능이 좋다. 같은 두께인 경우, 경량재 료인 편이 단열에 더 효과적이다.

2. 단열재료의 종류와 특성에 대해 알아보자.

단열재의 종류는 매우 다양하며, 스티로폼, 유리단열썬팅필름, 우레탄폼, 단열시트, 유리섬유 등 용도와 상황에 따라 다양하게 적용되고 있다.

재료 R값(두께 1”)

목재 구조재(합판) 1.25

벽돌 콘크리트 0.2

유리섬유 3.12

스티로폼 4

금속

철 0.003

알루미늄 0.001

유리(단열창) 0.88

[단열 실험하기]

★준비물: 상자(20cm*20cm*20cm) 3개, 비커, 얼음, 풀, 가위, 메스실린더(50ml), 백열전구 단열실험재료(재활용 제품: 요구르트병, 종이컵, 우유팩, 패트병, 유리병, 비닐종류 등)

1) 단열에 효과적인 재료에 대해 팀별로 토의한다.

2) 효율적인 단열재료 3가지를 선택한다.

3) 선택한 재료를 각각의 상자에 붙인다.

4) 실험방법: 재료를 붙인 상자 안에 얼음을 넣은 비커를 넣고 뚜껑을 덮은 다음 백열전구로 가열하여 20분후 녹은 물의 양을 체크한다.

5) 실험결과를 정리한다.

1. 아래 표에서 제시한 재활용 재료의 단열성능에 대해 팀별로 토의한 후, 효율적인 단열을 위하 여 팀별 3가지 재료를 선택하고, 그 이유를 쓰시오.

재활용 단열재료

요구르트병 캔

패트병 비닐

유리병(180ml 주스병 크기) 박스

종이컵 플라스틱재료

천(45cm*45cm) 기타종이류(신문, 잡지)

재료명

선택한 이유

생각열기 5 효율적인 단열을 위한 재료 선택하여 실험하기

2. 주어진 3개의 박스에 각각 3가지 재료를 붙여서 단열실험을 계획해보자.

어떠한 재료가 가장 단열효과가 높은지 생각해 보고 단열효과가 높은 것이라고 생각되는 것부터 순위를 적어보자.

3. 단열효과 실험하기

- 세 가지(A, B, C)의 재료를 붙인 상자 안에 얼음이 든 비커를 넣고 20분동안 백열전구로 가열 후, 결과 를 살펴보자.

- 20분 동안 조별 재료에 대해 발표하고 어떠한 재료가 가장 효과가 좋을지 예측해보자 - 20분이 경과한 후, 각각의 비커에 녹은 물의 양을 체크한 후 실험결과를 적어보자

4. 실험결과

1) 20분후 각 상자안의 녹은 물의 양을 측정한 결과를 정리해보자. 물이 가장 많이 녹은 컵이 든 상 자순위를 적어보자.

상자 A B C

재료 단열효과

상자 A B C

재료 녹은 물의 양

타입 A B C

결과

1. 팀별로 아이디어를 정리하여 구상도와 디자인 특징을 적은 계획안을 작성해보자.

[벽체 모듈디자인하기]

기본재료: 화이트보드, 마카, 색연필, 네임펜

1. 가로*세로*높이(30cm*30cm*30cm) 크기의 공간을 만들고 이를 둘러싼 총 5개의 면이 생기 도록 만든다. (단, 윗부분은 공간을 비워둔다.)

2. 바닥면을 제외한 4개의 벽면을 구성할 단열 재료에 대해 토의해보자.

3. 어떤 형태와 방식으로 만들지 구상한다.(포스트잇에 적어서 아이디어를 모아보자) 4. 심미성과 효율성을 고려하여 여러 가지 재료를 조합하여 붙일 수 있다.

5. 구상한 내용을 바탕으로 재료를 구입하고, 단열 벽체를 만든다.

6. 마지막 벽체 마감디자인을 한다.

생각펼치기 1 벽체모듈 디자인하기

2. 팀별로 지급된 3만원(가짜돈)의 자금으로 각 팀의 공간계획안을 기반으로 단열자재 구매계 획서(견적서)를 작성 하고, 구매계획서에 따라 팀별로 물건을 구매한다.

- 재료리스트

- 구매계획서(견적서)

품명 수량 판매금액

요구르트병 1ea 100원

유리병(180ml 주스병 크기) 1ea 500원

패트병 1ea 500원

종이컵 1ea 100원

천(45cm*45cm) 1ea 500원

캔 1ea 100원

비닐 1ea 100원

박스 1ea 1,000원

플라스틱재료 1ea 500원

기타종이류(신문, 잡지) 1ea 100원

종류 규격 또는 색상 수량 단가 금액

1. 팀별로 디자인계획안에 따라 모형을 제작한다.

생각펼치기 2 디자인 된 벽체모듈 실험하기

2. 온도변화 측정하기

1) 각 팀이 제작한 모형을 같은 조건의 상온에 5분정도 노출한다.

2) 상자 내부에 온도계를 넣고 실험을 시작하기 전 기준 온도를 측정하여 기록하자.

3) 상자 내부에 온도계를 넣은 채로 윗면을 투명한 비닐(또는 아크릴판)으로 덮는다.

4) 상자의 한쪽면에서 10cm 거리에 조명(백열등)을 설치하고, 빛을 비춘다.

5) 조명(백열등)을 비춘 후 2분 단위로 시간을 측정하며 온도를 체크하여 아래의 표에 기록하자.

3. 실험결과 정리하기

1) 2분 간격으로 측정한 온도를 그래프에 표시해보자.

<시간에 따른 온도변화>

2) 시간이 높아짐에 따라 온도는 어떻게 변화하는가?

시간 2 4 6 8 10 12 14 16 17 18 19 20

온도

시간 시 분 온도

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

40

35

30

25

20

15

10

5

1. 다음의 내용이 들어가도록 보드에 내용을 정리해보자.

- 프로젝트 명 - 탐구 동기 및 목적

- 벽체 단열을 위한 재료선택 - 벽면 마감디자인

- 실험분석내용 : 주요 실험결과 - 결론

3. 위의 내용을 A2 사이즈 보드에 작성하자.

1. 탐구활동내용을 정리하고 발표한다.

2. 다른 팀들의 탐구활동 내용을 듣고 서로의 탐구내용을 비교해보자.

생각펼치기 3 지금까지의 디자인과정과 실험내용을 프레젠테이션 보드에 표현하자.

생각다지기 지금까지의 탐구활동 내용을 발표하고 평가해보자.

팀이름 단열효과(효율성) 경제성 심미성(디자인)

프로그램을 수행하며 아쉬운 점이나 좋았던 점과 다음에 탐구하고 싶은 주제를 적어보자.

생각되돌아보기 지금까지의 탐구활동 돌아보고 정리하자.

발행일 2014년 12월 31일 발행처 한국실내디자인학회 발행인 오찬옥

주 소 서울시 강남구 역삼동 635-4 한국과학기술회관 1107호 T E L 02-564-2598

F A X 02-564-2599

<비매품>

이 책은 한국과학창의재단의 2014년 STEAM 아웃리치 프로그램 개발·운영 사업에 의해 개발되었음.

연구책임자 이윤희

공동연구원 한혜련, 이주형, 반자연, 이명아, 이재경, 백혜영, 김경희, 김민용 미래환경디자인 STEAM 스쿨

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