벽체모듈디자인

(1)

미래환경디자인 STEAM 스쿨

이 름 멘 토 멘토 연락처

팀 고등학교 학년 반

업사이클링

벽체모듈디자인

업사이클링

벽체모듈디자인

수업지도안

미래환경디자인 STEAM 스쿨

(사)한국실내디자인학회

(2)

• 목차 •

• 1. 주제 및 제작의도 ··· 3

• 2. 학습 목표 ··· 4

• 3. STEAM 과목 요소 ··· 4

• 4. STEAM 단계 요소 ··· 5

• 5. 차시별 계획 총괄표 ··· 6

• 6. 교육 과정 ··· 8

• 7. 평가 계획 ··· 10

• 8. 차시별 교수학습과정 ··· 11

• 9. 교사용 수업자료 ··· 21

• 10. 학생용 워크북 해설 ··· 33

• STEAM 학습 준거 반영 체크리스트 (업사이클링 벽체 모듈 디자인) ·· 51

(사)한국실내디자인학회

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

TEL: 02. 564. 2598 FAX: 02. 564.2599

http://www.kiid.or.kr

(3)

• 프로그램명 업사이클링 벽체모듈디자인

• 적용학년/시기 고등학교

• 관련과목 과학, 수학, 사회, 기술 . 가정, 미술

• 관련단원 과학 : 에너지와 환경 물리1 : 에너지

화학2 : 물질변화와 에너지 지구과학1 : 위기의 지구

사회 : 환경변화와 인간, 미래를 바라보는 창, 시장과 경제활동 수학 : 수와 식의 계산, 그래프

기술 . 가정 : 기술 혁신과 설계, 미래 기술과 사회 미술 : 표현주제, 발상과 표현, 조형 요소와 원리

1. 주제 및 제작의도

지구온난화에 따른 이상기온과 겨울철 최저온도의 강화, 전력수급의 불안정성, 지속적인 원유가격 상승 및 화석연료 의 고갈 등 에너지는 경제성의 문제를 넘어서 안보와 생존의 문제로 인식되고 있다. 환경이 가지는 중요성은 결코 국 가나 지역에 국한된 문제가 아니기 때문에 지구촌 전체가 고민해야 될 과제로 앞으로 지속가능한 도시를 위해서 노력 이 필요하다.

그리고 인구가 늘어나고 산업이 발달한 현대에 와서는 환경오염이 점점 심해지고 있다. 또한 도시에서 발생하는 쓰레 기는 매일 치우지만 매립할 장소를 찾기 힘들 정도로 점차 늘어나고 있고 일회용품 사용으로 버려지는 제품들이 많아 지므로 앞으로 환경보존을 위해 재활용할 수 있는 방법들이 필요한 시점이다.

이러한 도시 문제를 해결하기 위해 환경을 보호하기 위한 노력으로 건물 내의 냉난방비용을 최소한으로 사용하기 위 해 건물의 단열을 강화하는 방법을 생각하고 버려지는 재활용 제품들을 활용하여 환경문제에 대해 좀 더 적극적으로 대처할 수 있는 방안들을 생각해 볼 수 있다.

따라서 이 수업을 통해 단열의 특성을 이해하고 기존의 단열재의 종류와 기능들을 파악하여 재활용 제품들로 대체할

수 있는 단열재를 계획하여 본다. 실제 실험들을 통해 과학적인 근거를 찾고 서로 아이디어를 공유하여 효율적인 단열

을 위한 벽체모듈을 디자인할 수 있다.

(4)

2. 학습 목표

○ 내용 목표

●

생활쓰레기로 인한 환경문제에 대해 생각해 볼 수 있다.

●

업사이클링에 대한 용어 이해와 활용방안에 대해 이해 할 수 있다.

●

단열에 대해 이해하고 올바른 단열의 중요성에 대해 알 수 있다.

●

단열재의 종류와 특성에 대해 이해하고 효율적인 단열을 위한 벽체모듈디자인을 할 수 있다.

○ 과정 목표

●

에너지의 사용을 줄이고 재생 . 지속가능한 제품 활용을 장려한다.

●

단열을 이해하기 위한 실험을 통해 과학적으로 접근하는 방법을 배울 수 있다.

●

효율적인 단열을 위한 벽체모듈디자인의 창의적인 해결방안을 제시한다.

3. STEAM 과목 요소

○ S : 열의 특성에 대해 이해하기, 효과적인 단열을 위한 재료와 특성에 대해 알기

○ T/E : 효율적인 단열을 위한 벽체모듈 계획 및 디자인하기

○ A：재활용 제품들을 활용하여 다양한 재료 표현하기, 벽체모형 제작 및 발표 보드 디자인하기

○ M：물의 부피재기, 온도 측정하여 그래프로 표현하기

(5)

4. STEAM 단계 요소

○ 상황제시

●

생물이 살아가는 터전인 지구는 인간의 무분별한 개발로 인해서 점차 망가져 가고 있다. 인구가 늘어나고 산 업이 발달한 현대에 와서는 환경오염이 점점 심해지고 있다. 쓰레기를 태울 때 나오는 유독물질들은 비에 섞 여 산성비로 내리기도 하는데 이 산성비는 나무를 말라죽게 하고, 연못과 강에 사는 물고기를 죽게 한다. 또한 쓰레기를 땅에 묻게 되면 토양을 오염시키게 되는데 이러한 성분은 점차적으로 우리가 먹는 음식에도 들어오 게 된다. 결국엔 인간이 버린 쓰레기들이 다시 인간에게 돌아오게 된다.

○ 창의적 설계

●

재료들을 적절하게 선택하여 효과적인 단열효과를 살펴본다.

●

아이디어를 시각화 하고 적용된 디자인의 개념과 특성들을 효과적으로 표현한다.

●

업사이클링 벽체모듈디자인 계획안을 정리하고, 제작한 벽체 모형을 전시하고 발표를 하며, 프레젠테이션 표 현능력을 기른다.

○ 감성적 체험

●

환경오염을 일으키는 원인에 대해 생각해보고 재활용제품들을 활용하는 방안을 모색한다.

●

환경을 보존하고 도시가 지속가능한 발전을 실현할 수 있도록 의식을 고취시킨다.

●

효과적인 단열효과 방법들을 학습활동을 통해 배우고 팀원들과 협력하여 문제를 해결한다.

●

벽체디자인 계획한 내용을 실제로 모형으로 만들고, 단열실험을 통해 효과적인 결론을 이끌어낸다.

●

팀별 발표평가를 통해 다양한 벽체모듈디자인에 대해 이해하고, 각자의 평가를 통해 앞으로 좋은 아이디어를

얻는다.

(6)

차시 과목 단원 주제 학습내용

1차시 과학

사회

에너지와 환경 위기의 지구

환경변화와 인간 미래를 바 라보는 창

환경문제 와 업사

이클링 이해

지구의 에너지 문제를 이해하기

CD 에너지를 절약하기 위해 우리가 실천할 수 있는 일을 찾아보기 CD 건물에서 냉난방비를 줄일 수 있는 방법에 대해 적어보기 생활쓰레기로 인한 환경문제에 대해 알아보기(동영상) Co 환경오염의 원인인 생활쓰레기들이 어디로 가고 있는가?

업사이클링에 대한 용어 이해하기

CD 주변에서 재활용되는 제품들에 대해 알아보기

ET 지구환경의 에너지와 환경문제의 해결방안에 대해 생각해보기

2~3 차시

과학 수학

에너지 수와 식의

계산

단열에 대해 알아보기

건축공간에서 열의 이동에 대해 이해하기 CD 열의 이동량과 계산방법에 대해 알아보기 단열에 대해 이해하기

CD 단열의 개념에 대해 알고 공기와의 관계를 알아보기 CD 단열효과와 공법에 대해 알아보기

올바른 단열의 중요성에 대해 이해하기

CD 단열이 잘되지 않는 경우 생길 수 있는 여러 가지 문제들에 대해 알아보기 단열재의 종류와 기능에 대해 알아보기

CD 단열재로 사용되고 있는 제품들의 특성을 파악한다

ET 단열의 중요성을 알고 효과적인 단열재의 활용으로 에너지를 줄일 수 있는 방안 에 대해 생각해보기

4~5 차시

과학

기술.

가정

미술

에너지 물질변화와

에너지

기술 혁신 과 설계

조형요소와 원리

효율적인 단열을

위한 재료선택

하여 실험하기

환경문제의 심각성과 업사이클링의 중요성을 인식하고, 재활용 쓰레기를 단 열재료로 활용하는 방안의 필요성 및 공감대 형성하기

Co 주변의 재활용 재료 중 단열재로 이용가능한 재료에는 어떤 것들이 있을까?

재활용 재료별 단열성능실험의 내용 이해하기

Co 재활용 재료를 이용한 단열성능실험의 실험목표 및 실험방법에 대해 팀별로 이야기 해 보자.

효율적인 단열을 위해 팀별로 3가지 재료를 선택하기

CD 팀별로 재활용 재료의 특징 및 단열성능에 대해 토의한 후, 3가지 재료를 선택하기 선택한 3가지 재료를 이용하여 단열실험을 계획하기

CD 효과적인 단열을 위한 재료의 구성을 3가지 타입으로 계획해보자 재활용 재료의 단열성능 실험하기

CD 3가지 재료로 구성된 상자의 단열효과 실험하기 CD 남은 물의 양을 측정하기

실험결과에 대해 토론하기

CD 남은 물의 양을 비교하여 단열효과를 파악하기

ET 효과적인 단열재를 선택하기 위해 팀원들과 의견을 조율하면서 서로 협력하여 진행 하기

5. 차시별 계획 총괄표

S A S

S

S M

S T S S T E

S M

S S T E A

S T E A

<1일차>

S T E AM

(7)

차시 과목 단원 주제 학습내용

6~8 차시

과학

사회

수학

기술.

가정

미술

물질변화와 에너지

시장과 경제 활동

그래프

기술 혁신과 설계 미래 기술과

사회

표현주제 발상과 표현 조형 요소와

원리

벽체모듈 디자인

하기

벽체모듈디자인 계획하기

Co 단열효과를 높일 수 있는 벽체디자인의 구체적인 아이디어를 정리해보자

벽체모듈디자인의 구상도 및 공간계획안과 재료리스트를 작성해보자.

CD 확정된 디자인의 구상도 그리기 CD 제작을 위한 재료리스트 작성해보자

벽체모듈디자인 모형제작하기

CD 단열효과가 좋은 벽체모듈디자인 모형제작하기 단열 실험하고 온도 재기

CD 2분간격으로 온도측정하여 단열성능을 알아보자 실험결과에 대해 분석정리하기

ET 벽체모듈디자인 및 단열실험 과정을 통해 성취의 즐거움을 느낄 수 있다.

ET 디자인은 다양한 근거자료를 기반으로 한 논리적인 작업과정을 수행하는 것임을 기억하도록 한다.

벽체모듈디자인의 탐구활동 정리

Co 벽체모듈디자인의 과정을 정리하고, 탐구활동을 하였던 내용을 정리해보자.

CD 디자인발상과 과학원리 적용의 탐구과정을 정리하고, 프레젠테이션 자료를 완 성한다.

벽체모듈디자인 모형과 보드를 이용하여 탐구 과정을 효과적으로 발표한다.

CD 제작한 모형과 보드를 이용하여 탐구과정을 발표하고 비교평가 한다.

Tip!

적절한 역할분담을 통해 탐구과정을 독창적인 방법으로 프레젠테이션 자료제작을 완성한다.

ET 팀별 프로젝트 결과물을 공유하고 상호피드백과정을 통해 향후 탐구동기를 유발 한다.

S M

A S A

S S A M

S T E A

<2일차>

(8)

수업단계 과목 단원 단원 학습 목표 STEAM 성취 목표/STEAM 요소

1~8 차시

과학

에너지와 환경 : 에너지와 문명

에너지가 다양한 형태로 존재하고, 자연이나 일상생활에서 에너지가 다른 형태로 전환되는 과정에서 에너지가 보존되는 것을 이해한다.

일상생활 속에서 에너지 이용에 대해 알아 보기

에너지와 환경 : 탄소순환과

기후변화

화석연료의 과다 사용에 따른 지구 온난화와 기후변화를 이해한다.

지구 온난화로 발생한 기후 변화로 인해 나타나는 현상과 피해, 심각성 인식 및 해결 방안 모색하기

에너지와 환경 : 에너지 문제와

미래

에너지 자원의 고갈에 따른 문제를 이해하고 에너지 자원의 활용을 지속가능한 발전의 관점에서 이해한다.

에너지 문제 이해하기

지속가능한 에너지 절약 방안 생각해보기

에너지 : 힘과 에너지의

이용(물리1)

열전달, 물질의 상태변화, 기상현상 등이 에너지 전환과 이동에 의해 일어남을 이해한다.

열의 특성과 건축공간에서의 열의 이동 에 대해 알아보기

단열에 대해 이해하기

물질변화와 에너지 : 반응열(화학2)

온도에 따라 자발적 변화의 방향이 달라질 수 있다는 사실을 통해서 온도에 따른 물질의 상변화를 설명할 수 있다.

단열 실험을 통해 시간에 따른 온도 변화 측정하기

위기의 지구 : 환경오염 (지구과학1)

지구환경오염이 발생하는 과정을 과학적으로 이해하고 다양한 환경오염의 결과로 나타나는 심각한 피해사례를 조사한다.

생활쓰레기로 인한 환경문제에 대해 알아보기

사회

환경변화와 인간 : 공간변화와

대응

도 시 화 , 산 업 화 에 따 른 거 주 공 간 과 생태환경의 변화를 파악하고 그로 인해 나타난 인간 삶의 긍정적 혹은 부정적 영향에 대하여 파악한다.

도시화, 산업화가 환경변화에 미치는 영향 파악하기

미래를 바라보는 창 : 지구촌과 지속 가능한 발전

자연환경의 변화에 따른 문제(지구 온난화, 사막화 등)의 원인과 실태를 탐색하고, 다양한 자료를 활용하여 자연환경 및 기후 변화가 인간의 삶에 미치는 영향을 파악한다.

다양한 측면에서의 자연환경 및 기후변화의 원인 탐색하기

현재와 미래를 위한 해결방안 생각해 보기

시장과 경제활동

가격에 의한 재원 배분과 경제 주체 간의 상호 경쟁 측면에서 시장 경제 원리를 파악하고, 시장을 통한 자원 배분의 효율성을 논리적으로 이해한다.

벽체모듈디자인 제작을 위한 합리 적 가격 결정 및 판매

S A

6. 교육 과정

S T E M

S T E A S T A S T

S

S T E S A

S A

S A S M

(9)

수업단계 과목 단원 단원 학습 목표 STEAM 성취 목표/STEAM 요소

수학

수와 식의 계산 :수의연산 및 문자의 사용과 식의

계산

문자를 사용하여 식으로 나타내고, 다항식의 연산을 할 수 있다.

벽체모듈디자인 제작을 위해 재료 의 종류, 수량 등의 예산안 작성

그래프 그래프의 성질을 이해하고, 이를 활용하여 문제를 해결할 수 있다.

단열효과 실험에 따른 온도 변화 그래프로 표현하기

기술.

가정

기술 혁신과 설계 간단한 창의 공학 설계 프로젝트를 수행한다.

벽체모듈디자인 설계를 위한 구상도 및 공간계획안

미래 기술과 사회

수학, 과학, 공학, 예술 교과와의 연계를 통한 융합적 프로젝트를 창의적으로 해결한다.

벽체모듈디자인하기

미술

표현주제 다양한 표현 주제, 상징, 아이디어를 이해하고, 작품 제작에 적용한다.

효과적인 단열을 위한 벽체모듈 디자인의 구체적인 아이디어 스케치 표현

발상과 표현

발 상 의 기 본 원 리 와 방 법 을 이 해 하 고 , 다 양 한 발 상 방 법 을 활용하여 창의적으로 표현한다.

벽체모듈디자인 모형 제작하기 탐구활동 보드에 정리하기

조형 요소와 원리 조형요소와 원리의 특성과 활용 방법을 이해한다.

디자인 프로세스에 의해 형태 발상해 보기

A S M

S A S A T E M

S T E A M S T E A

S T E AM

(10)

평가기준 평가기준 평가기준 평가기준

상

중

하

관찰평가 자기평가

감성적 체험

단열 분야에 대한 이해와 흥미를 가지고 참여하는가?

동료들과 서로 협력하고 자기역할을 잘 수행하였는가?

수행평가 창의적 설계

단열의 종류와 특징을 이해하고 단열효과를 높이기 위한 재료선택들을 선택 하였는가?

벽체모듈디자인이 구상한 디자인계획안에 따라 적절하게 적용되었는가?

포트폴리 오 평가/

자기평가

창의적 설계

합리적인 재료선택으로 최대한 단열효과가 좋은 형태로 설계되었는가?

벽체모듈디자인이 경제적으로 효과적인 형태로 디자인되었는가?

동료평가 창의적 설계

탐구내용과 디자인계획안에 대한 내용이 전달력 있으며 논리적으로 발표하였는가?

벽체모듈디자인의 제작비용은 적당하게 사용되었는가?

제작한 벽체모듈디자인이 효율적으로 단열이 되도록 디자인되었는가?

7. 평가 계획

(11)

8. 차시별 교수학습과정

환경문제에 대하여 생각해보기

과목 과학, 사회 수업차시 1차시

단원 과학: 에너지와 환경, 위기의 지구 사회: 환경변화와 인간, 미래를 바라보는 창

교육과정 과학

- 에너지와 환경_에너지와 문명, 에너지 문제와 미래

① 에너지가 다양한 형태로 존재하고, 자연이나 일상생활에서 에너지가 다른 형태로 전환되는 과정에서 에너지가 보 존되는 것을 이해한다.

② 에너지 전환 과정의 효율을 이해하고, 영구기관이 불가능함을 안다.

- 에너지와 환경_탄소순환과 기후변화:

① 화석 연료의 사용을 산화와 환원 과정으로 이해하고, 화석 연료의 과다 사용에 따른 지구 온난화와 기후 변화를 이해한다.

- 위기의 지구_환경오염:

① 대기오염, 해양 오염, 토양 오염, 수질 오염 등 각종 지구 환경 오염이 발생하는 과정을 과학적으로 이해한다.

② 다양한 환경오염의 결과로 나타나는 심각한 피해 사례를 조사한다.

③ 우주 쓰레기가 증가하는 원인과 문제의 심각성을 이해한다.

사회

- 환경변화와 인간_공간 변화와 대응:

현대 인간의 삶에 큰 영향을 미치는 중요한 동인인 도시화와 산업화로 인한 인간 삶의 공간 변화와 그에 따른 대응 을 다각적으로 이해하고, 그러한 대응이 인간 삶에 미치는 긍정적 혹은 부정적 영향에 대하여 파악한다.

- 미래를 바라보는 창_지구촌과 지속가능한 발전:

지구촌의 미래와 관련하여 지속가능한 발전의 중요성을 이해하고, 지구촌에서 나타나는 갈등, 전쟁, 환경문제 등을 다양한 측면에서 분석하고, 현재와 미래의 인류 모두를 위한 해결 방안을 모색한다.

학습목표

1. 지구의 에너지 문제를 알아본다.

2. 생활쓰레기로 인한 환경 문제점을 파악하고, 지속가능한 환경을 위한 해결방안에 대해 생각해본다.

3. 업사이클링에 대한 용어를 이해하고, 주변에서 재활용되는 제품에 대해 알아본다.

학습과정 교수 . 학습 활동 준비물

도입

(5분) 오리엔테이션 (진행자)- 프로그램의 목적 및 진행과정 공유 워크북

2~3p

(12)

학습활동1 (30분)

지구의 에너지 문제를 이해하기

CD 에너지를 절약하기 위해 우리가 실천할 수 있는 일을 찾아보기 CD 건물에서 냉난방비를 줄일 수 있는 방법에 대해 적어보기 생활쓰레기로 인한 환경문제에 대해 알아보기

(동영상:http://m.blog.naver.com/ermiz3014/120207371524) Co 환경오염의 원인인 생활쓰레기들이 어디로 가고 있는가?

업사이클링에 대한 용어 이해하기

Co 재활용(recycling)에 대한 이해와 업사이클링과의 차이점은 무엇인가?

CD 주변에서 재활용되는 제품들에 대해 알아보기

ET 지구환경의 에너지와 환경문제의 해결방안에 대해 생각해보기

팀 프로젝트 진행 방향 설정하기

ET 지속가능한 환경을 위한 디자인의 중요성 공감하고 진행방안을 설정한다.

◎ 팀활동

-팀명 및 팀규칙 만들기 -팀역할 나누기

-팀이름 외치고 팀 소개하기

Tip!

업무를 분담하는 것이 아니라, 각자 맡은 역할을 주도적으로 진행하며 팀원의 협업을 이끌어 낸다.

동영상 워크북 2~3p

마무리 (15분)

ET 프로젝트 세부 목표 공유, 프로젝트 추진과정에서의 장애요인을 예측해보고 해결방안 및 멘토 링 요구사항을 정리해본다.

지도상의 유의점

신체 활동이 많은 차시이기 때문에 안전사고에 유의하여 지도하여야 하며, 자칫 산만해질 수 있으므로 교수가 적절히 개입하여 수업 분위기를 이끌어 간다.

S

S A

(13)

단열에 대해 이해하기

과목 과학, 수학 수업차시 2~3차시

단원 과학: 에너지_힘과 에너지의 이용 수학: 수와 식의 연산

교육과정 과학

-에너지_힘과 에너지의 이용

① 열역학 법칙을 정성적으로 이해하고, 열기관의 작동원리와 열효율을 안다.

② 열전달, 물질의 상태변화, 기상현상 등이 에너지의 전환과 이동에 의해 일어남을 이해한다.

수학

-수와 식의 연산

① 수의 연산

근호를 포함한 식의 사칙연산을 할 수 있다.

② 문자의 사용과 식의 계산

다양한 상황을 문자를 사용한 식으로 표현하고, 그 식을 간단히 나타낼 수 있다.

식의 값을 구할 수 있다.

일차식을 계산할 수 있다.

학습목표

1. 건축공간에서 열의 이동 경로를 살펴본다.

2. 단열의 이해와 단열 효과, 단열 방법에 대해 알아보고, 주택에서 단열의 중요성을 인식 한다.

3. 단열재의 종류와 특성을 알아보고, 효과적인 단열재를 사용하여 에너지를 줄일 수 있는 방안을 살펴본다.

도입 (10분)

건축공간과 열의 이동에 대해 생각해 보기 Co 건축물 공간에서 열이 어떻게 전달되는가?

1. 외부의 열(햇빛)은 실내공간에 어떻게 전달될까?

2. 겨울철 따뜻한 실내의 열은 어떻게 외부로 빠져나갈까?

건축공간에서의 열의 이동에 대해 이해하기 CD 건축물에서의 열의 전달 방법에 대해 알아보자.

1. 전도, 대류, 복사에 대해 이해하기 2. 건물에 있어서 열의 경로에 대해 살펴보기 CD 열의 이동량과 계산방법에 대해 알아보기 1. 단열성을 나타내는 수치(열전도율) 2. 각 재료들의 단열성능에 대해 알아보기 단열에 대해 이해하기

CD 단열의 이해와 단열의 효과에 대해 알아보기 CD 단열을 하는 방법에 대해 알아보자

워크북 4~9p

S M

S

S T E

(14)

올바른 단열의 중요성에 대해 이해하기

CD 단열이 잘되지 않는 경우 생길 수 있는 여러 가지 문제들에 대해 알아보기 1. 결로현상

2. 열교현상

Co 주택에서 단열이 왜 중요한지 생각해 보기 단열재의 종류와 기능에 대해 알아보기

CD 단열재로 사용되고 있는 제품들의 특성을 파악한다 1. 주변에 단열재로 사용되고 있는 제품에는 어떤것들이 있을까?

2. 이러한 제품에는 어떠한 특징을 가지고 있을까?

워크북 10~11p

마무리 (10분)

ET 건축공간과 열의 이동간의 관계 및 단열에 대한 내용 등을 팀원들과 토론하고 공유하면서 추후 실험에 필요한 기본 지식을 습득한다.

ET 단열의 중요성을 알고 효과적인 단열재의 활용으로 에너지를 줄일 수 있는 방안에 대해 생각해 보기

학생들과 동등한 입장에서 개별적으로 많은 대화를 나누고, 안내자, 조언자 역할을 하며 학생들 스스로 생각하고 이야 기할 수 있도록 간접적으로 지도한다.

개방적인 질문과 힌트를 통해 학생들의 문제해결력을 신장하고, 탐구심을 자극하여 의문을 가지고 스스로 문제해결을 하도록 유도한다.

S T S

(15)

효율적인 단열을 위한 재료 선택하여 실험하기

과목 과학, 기술 . 가정, 미술 수업차시 4~5차시

단원

과학: 에너지, 물질변화와 에너지 기술 . 가정: 기술혁신과 설계 미술: 조형요소와 원리

교육과정 과학

- 에너지_힘과 에너지의 이용

① 열역학 법칙을 정성적으로 이해하고, 열기관의 작동원리와 열효율을 안다.

② 열전달, 물질의 상태변화, 기상현상 등이 에너지의 전환과 이동에 의해 일어남을 이해한다.

- 물질변화와 에너지_반응열

① 온도에 따라 자발적 변화의 방향이 달라질 수 있다는 사실을 통해서 온도에 따른 물질의 상태변화를 설명할 수 있다.

기술 . 가정 - 기술혁신과 설계

기술 혁신과 발명, 기술 연구 개발 활동이 인류와 사회에 미친 영향을 이해하고, 제도와 설계의 기초적 이해를 통 하여 공학적 문제를 창의적으로 해결할 수 있다.

① 혁신을 통해 인류 사회를 개선해 온 기술의 개념을 이해하고, 기술의 관점에서 문제를 해결할 수 있으며, 기술 연구 개발 과정에서 특허와 표준화를 설명할 수 있다.

② 공학 설계를 위한 기초적인 제도 방법, 제도 통칙, 투상법 등을 이해하고, 이를 토대로 창의적 제품을 구상하 고 설계할 수 있으며, 간단한 창의 공학 설계 프로젝트를 수행할 수 있다.

미술

-조형요소와 원리

조형 요소와 원리의 특성과 활용 방법을 이해한다.

학습목표

1. 단열효과를 높일 수 있는 방법을 생각해 본다.

2. 단열효과 실험을 통해 효과적인 단열 재료를 파악해 본다.

3. 실험 결과를 측정하여 각 재료의 단열 성능을 비교해 본다.

도입 (10분)

환경문제의 심각성과 업사이클링의 중요성을 인식하고, 재활용 쓰레기를 단열재료로 활 용하는 방안의 필요성 및 공감대 형성하기

Co 주변의 재활용 재료 중 단열재로 이용가능한 재료에는 어떤 것들이 있을까?

재활용 재료별 단열성능실험의 내용 이해하기

Co 재활용 재료를 이용한 단열성능실험의 실험목표 및 실험방법에 대해 팀별로 이야기해 보자.

S T E A M

(16)

효율적인 단열을 위해 팀별로 3가지 재료를 선택하기

CD 팀별로 재활용 재료의 특징 및 단열성능에 대해 토의한 후, 3가지 재료를 선택하기 선택한 3가지 재료를 이용하여 단열실험을 계획하기

CD 재활용 재료의 단열성능 실험하기 [준비물]: 상자(20cm*20cm*20cm) 팀별 3개,

단열실험재료(요쿠르트병, 종이컵, 우유컵, 페트병, 유리병, 비닐종류 등) 1. 단열에 효과적인 재료에 대해 팀별로 토의한다.

2. 효율적인 단열재료 3가지를 선택한다.

3. 선택한 재료를 각각의 상자에 붙인다.

상자 단열재료

워크북 12~13p

단열효과 실험하기

CD 단열실험 후 남은 물의 양을 측정하기

[준비물}] 비이커, 메스실린더 50ml, 얼음, 풀, 가위, 조명기구(백열전구) 1. 재료를 붙인 상자 안에 각각 얼음을 넣은 비이커를 넣고 뚜껑을 덮는다.

2. 조명을 설치한다.

3. 상자의 한쪽 면이 조명을 중심으로 20cm 정도 동일한 거리를 둘 수 있도록 방사형으로 배치한다.

4. 20분 동안 조명을 비춰 준다.(동일한 조건을 위하여 일정시간 후 각 상자의 자리를 바꿔준다.) 5. 실험이 진행되는 동안, 각 조별 재료에 대해 발표하고 어떠한 재료가 가장 효과가 좋을 지 예측해 본다.

6. 20분 후, 각 비이커에 녹은 물의 양을 관찰하고, 메스실린더를 이용하여 측정해본다.

7. 녹은 물의 양을 워크시트에 정리한다.

Tip!

- 조명은 열원을 대체하기 위한 것으로, 할로겐이나 백열등 처럼 발열이 많은 전구를 사용한다.

- 실험시간은 계절 및 주변온도에 영향을 받으므로, 실험장소의 온도에 따라 유동적으로 조절할 수 있다.

실험결과에 대해 토론하기

CD 남은 물의 양을 비교하여 단열효과를 파악하기 1. 얼음이 가장 많이 녹은 상자의 순위를 적어본다.

2. 녹은 물의 양과 단열효과와의 관계를 생각해본다.

3. 각 재료의 단열 성능을 비교하고 팀별로 논의 해 본다.

비이커 메스실린더

얼음 풀 가위 조명기구

워크북 12~13p

마무리 (10분)

ET 효과적인 단열재를 선택하기 위해 팀원들과 의견을 조율하면서 서로 협력하여 진행하기 실험 재료 및 용구 정리하기

학생들과 동등한 입장에서 개별적으로 많은 대화를 나누고, 안내자, 조언자 역할을 하며 학생들 스스 로 생각하고 이야기할 수 있도록 간접적으로 지도한다.

개방적인 질문과 힌트를 통해 학생들의 문제해결력을 신장하고, 탐구심을 자극하여 의문을 가지고 스스로 문제해결을 하도록 유도한다.

S M A

S A S T E A

S T E A

(17)

벽체모듈디자인하기

과목 과학, 사회, 수학, 기술 . 가정, 미술 수업차시 6~8차시

단원

과학: 물질변화와 에너지 사회: 시장과 경제활동 수학: 그래프

기술 . 가정: 기술 혁신과 설계, 미래 기술과 사회 미술: 표현 주제, 발상과 표현, 조형요소와 원리

교육과정

과학 - 물질변화와 에너지

온도에 따라 자발적 변화의 방향이 달라질 수 있다는 사실을 통해서 온도에 따른 물질의 상변화를 설명할 수 있다.

사회 - 시장과 경제활동

가격에 의한 재원 배분과 경제 주체 간의 상호 경쟁 측면에서 시장 경제 원리를 파악하고, 시장을 통한 자원 배분의 효 율성을 논리적으로 이해한다.

수학 - 그래프

① 그래프의 뜻 그래프의 뜻을 안다.

② 여러 가지 그래프

평면그래프의 뜻을 알고 그 성질을 이해한다.

기술 . 가정 - 기술 혁신과 설계

기술 혁신과 발명, 기술 연구 개발 활동이 인류와 사회에 미친 영향을 이해하고, 제도와 설계의 기초적 이해를 통하여 공학적 문제를 창의적으로 해결할 수 있다.

① 혁신을 통해 인류 사회를 개선해 온 기술의 개념을 이해하고, 기술의 관점에서 문제를 해결할 수 있으며, 기술 연 구 개발 과정에서 특허와 표준화를 설명할 수 있다.

② 공학 설계를 위한 기초적인 제도 방법, 제도 통칙, 투상법 등을 이해하고, 이를 토대로 창의적 제품을 구상하고 설 계할 수 있으며, 간단한 창의 공학 설계 프로젝트를 수행할 수 있다.

기술 . 가정-미래 기술과 사회

핵심 기술의 현재와 미래 동향을 파악하고, 다방면에 걸친 기술의 영향을 평가하며 미래 융합적 기술과 관련된 문제를 창의적으로 해결할 수 있다.

① 미래 기술과 우리 사회와의 관계를 이해하고, 미래 기술이 개인적, 사회적, 환경적 측면에 미치는 영향을 평가 및 예측하며 미래 기술의 직업 세계를 탐색할 수 있다.

② 융합적 기술과 관련된 문제를 체험 활동을 통해 이해하고, 수학, 과학, 공학, 예술 교과와의 연계를 통한 통합적 관점에서 융합적 기술 프로젝트를 창의적으로 해결할 수 있다.

미술 - 표현 주제

작품에 나타난 다양한 표현 주제를 이해하고 작품 제작에 적용한다.

① 다양한 문화적 맥락에서 작품의 주제, 상징, 아이디어 등을 이해한다.

② 작품에 나타난 상징성을 현대적 시각에서 재해석하여 표현한다.

미술 - 발상과 표현

다양한 발상 방법을 이해하고 창의적으로 표현한다.

① 발상의 기본 원리와 방법을 이해한다.

② 다양한 발상 방법을 활용하여 표현한다.

미술 - 조형요소와 원리

조형요소와 원리의 특성과 활용 방법을 이해한다.

(18)

학습목표

1. 벽체모듈디자인의 구체적인 디자인 컨셉 설정, 구상도와 공간계획을 세워 스케치로 표현 한다.

2. 스케치를 바탕으로 벽체모듈디자인의 모형을 제작하여 완성한다.

3. 완성된 벽체모듈의 단열 실험과 온도를 측정한다.

4. 벽체모듈디자인의 과정을 정리하고, 탐구 활동한 내용(컨셉, 스케치 등)을 정리해본다.

5. 벽체모듈디자인 모형과 보드를 이용하여 프레젠테이션(presentation)자료를 제작해 본다.

6. 탐구과정을 발표하고, 팀별 프로젝트 결과물을 공유하고 비교 평가한다.

도입 (10분)

벽체모듈디자인 실험내용 이해하기

Co 벽체모듈디자인의 실험내용을 이해하고 기본계획을 위한 아이디어를 논의해보자.

[실험과정]

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

2. 바닥을 제외한 상자의 4면을 구성할 단열 재료에 대해 토의해보자.

3. 어떤 형태와 방식으로 만들지 구상한다.(포스트잇에 적어서 아이디어를 모아보자.) 4. 구상한 내용을 바탕으로 재료를 구입하고, 단열 벽체를 만든다.

5. 상자안에 온도계를 넣고 투명한 뚜껑으로 윗면을 덮는다.

6. 20분 동안 조명을 비추고 내부 온도변화의 추이를 살펴본다.

워크북 14~15p

벽체모듈디자인 계획하기

Co 단열효과를 높일 수 있는 벽체디자인의 구체적인 아이디어를 논의해보자.

CD 단열계획의 아이디어를 구상하여 아이디어 스케치로 표현하기 1. 어떤 형태와 방식으로 만들지 아이디어를 모은다.

(심미적인 면까지 고려하여 다양한 재료를 조합하여 만들 수 있다.) (포스트잇에 개인별 아이디어 3개 쓰기)

2. 유사 내용과 중요한 순서정하기

3. 모아진 아이디어를 바탕으로 아이디어 스케치를 한다.

벽체모듈디자인의 구상도 및 재료리스트를 작성해보자.

CD 확정된 디자인의 구상도 그리기

1. 확정된 단열계획안을 바탕으로 모형제작을 위한 기본구상도(도면)를 모눈종이에 그린다.

2. 구상도에 치수를 기입한다.

제작을 위한 재료리스트 작성해보자

1. 단열계획안에 따라 필요한 재료의 종류 및 수량을 적는다.

2. 재료의 금액을 조사하고 예산안을 작성한다.

3. 구매리스트에 따라 재료를 구매한다.

Tip!

경제적인 금액으로 좋은 효율을 낼 수 있도록, 경제성과 효율성에 초점을 맞추어 구매계획을 해야 한다.

포스트잇 워크북 14~15p

S T E A M

(19)

학습활동 2 (60분)

벽체모듈디자인 모형제작하기 CD 단열을 위한 벽체모듈디자인 모형 제작하기 1. 구상도를 바탕으로 내부벽체(우드락)를 자른다.

2. 내부벽체의 바깥쪽으로 계획한 단열재를 붙여 넣는다.

3. 외부벽체의 마감디자인을 한다.(만들기재료를 이용하여 꾸며주기)

워크북 16p

단열 실험하고 온도 재기

Co 어떤 팀의 단열벽체가 가장 효율이 높을까?

CD 2분간격으로 온도측정하여 단열성능을 알아보자 [실험방법]

1. 완성된 벽체모듈 상자에 온도계를 집어넣는다.

(위에서 봤을 때 온도확인이 가능하도록 온도계의 디스플레이창을 위쪽으로 보이게 놓는다.) 2. 조명을 설치하고 조명으로부터 10cm거리에 상자를 위치시킨다.

3. 조명을 켜고 총 20분 동안 2분 간격으로 온도변화를 측정한다.

4. 온도변화 추이를 표와 그래프로 정리한다.

실험결과를 보드에 분석정리하기

CD 탐구활동(벽체모듈 디자인) 과정과 결과를 정리하여 보드에 표현해 보자.

1. 탐구활동의 내용이 효과적으로 표현할 수 있도록 다음 내용을 중심으로 구성한다.

① 작품명 ② 단열재료 ③ 단열방법

④ 벽체 마감디자인 컨셉 ⑤ 온도변화 수치 ⑥ 재료구매금액

2. 위의 내용을 A2사이즈 화이트보드에 잘 정리한다.

Tip! 적절한 역할분담을 통해 탐구과정을 독창적인 방법으로 프레젠테이션 자료제작을 완성한다.

온도계 조명기구

워크북 17~18p

S T E A M

T E M S M

(20)

벽체모듈 디자인모형과 보드를 이용하여 탐구 과정을 효과적으로 발표하기 CD 제작한 모형과 보드를 이용하여 탐구과정을 발표하고 비교평가 한다.

1. 발표 시 작품의 효율성, 경제성, 심미성을 중심으로 발표한다.

2. 다른 팀의 발표내용을 경청하고, 팀 간 결과를 비교평가 해본다.

벽체모듈디자인의 탐구활동 정리

CD 벽체모듈디자인의 과정을 정리하고, 탐구활동을 하였던 내용을 정리해보자.

ET 팀별 프로젝트 결과물을 공유하고 상호피드백과정을 통해 향후 탐구동기를 유발한다.

워크북 18~19p

마무리

(10분) ET 벽체모듈디자인 및 단열실험 과정을 통해 성취의 즐거움을 느낄 수 있다.

모형 제작 시 안전사고에 유의하도록 한다.

상호피드백 과정 시 다른 팀의 프로젝트수행과정과 결과물 발표를 경청하고 이해할 수 있도록 지도 한다.

S

S T E A

(21)

9. 교사용 수업자료

지구의 가장 심각한 환경문제인 지구온난화로 인한 자연환경 변화와 석탄, 석유, 천연가스 등 에너지의 무분별한 사용 은 에너지 고갈의 문제로 지적되고 있다. 특히 주택이 에너지 소비가 많이 이뤄지고 있는데 전세계 에너지 사용량의 약 36%에 해당하는 에너지가 주거 및 상업용 건물에서 소비되고 있다. 따라서 주택에 대한 에너지를 줄이는 방법들이 제기되고 있다.

그리고, 인구가 늘어나고 산업이 발달한 현대에 와서는 환경오염이 심각한 문제로 나타나고 있다. 일회용품 사용으로 버려지는 제품들과 도시에서 발생하는 쓰레기로 인한 대기오염, 해양오염, 토양 오염 등의 문제가 심각해지고 있다.

또한 도시에서 발생하는 쓰레기는 매일 치우지만 매립할 장소를 찾기 힘들 정도로 점차 늘어나고 있고 일회용품사용 으로 버려지는 제품들이 많아지므로 앞으로 환경보존을 위해 재활용할 수 있는 방법들이 필요한 시점이다.

이러한 환경문제를 해결하기 위해서는 재활용 제품들을 활용하거나 대체에너지 개발 및 에너지 절약에 대한 방안들을 생각해 볼 수 있다. 건축물에 있어서 에너지 절약은 겨울철의 경우, 열손실을 막아 난방비를 절약하기 위해 단열을 사 용하거나, 여름철에는 열 흡수를 차단하여 냉방비를 절감하기 위해 단열을 사용하고 있다. 단열은 에너지 절감뿐만 아 니라, 쾌적한 실내유지를 위한 환경개선에 효과적이므로 매우 중요하다고 볼 수 있다.

2. 업사이클링에 대한 용어 이해하기.

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 쓰 는 것

업사이클링 (Upcycling)

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

▶ 버려지는 캔을 활용하여 연필꽂이, 화분, 조명 등 생활인테리어적인 효과를 볼 수 있다.

Upgrade + Recycling = Upcycling

몸풀기 환경, 미래 그리고 디자인에 대한 프로그램 주제 이해하기

(22)

1. 건축물에서의 열의 전달 방법에 대해 알아보자.

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 통하지 않고 빛이나 전자기파의 형태 로 열이 전달되는 현상

열 전달 물질 고체 기체, 액체 -

건물에 있어서 열의 경로

▶

여름 : 냉방을 하기 위해 실내의 기온은 외기온보다 낮고 많음

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

▶

겨울 : 난방으로 인해 실내의 기온은 높아져 실내에서 실외로 열이 빠져나감

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

<열이 어떻게 전달되는가에 대해 생각해 보자.>

벽이나 바닥, 실내공기의 사이에는 대류에 의해 열이 전달된다. 벽이나 바닥재 안에서는 전도에 의해 열이 전달된다. 벽에서 외부공간으로 대류와 복사에 의해 열이 전달된다. 창유리, 개구부에 서는 주간에 일사가 실내로 들어오는데, 이것은 복사에 의한 작용이다.

<출처. 카토 신스케/오카 리오조/츠키다 요시오, 건축실내환경, 기문당, 2005, p.112-113>

생각열기 1 건축공간에서의 열의 이동에 대해 이해하기

(23)

2. 열의 이동량과 계산방법

대류, 복사, 전도에 의한 열이동량의 계산식을 볼 수 있다.

<열전도방법의 개념과 원리>

대표적인 건축재료의 열을 λ, 일반적으로 사용되는 종합열전달률(대류열전달률 ⍺ ^{c와 복사열전달률} ⍺ ^{r 의 합)}

을 나타내었다. 이 중에서 복사열전달률은 통상적으로 4~5W/㎡℃ 정도의 값이다.

벽의 한 쪽 공기에서부터 다른 한 쪽의 공기로 열이 이동하는 것을 열관류라 하는데, 이 경우에 대류, 전도, 복사 가 동시에 발생한다.

<출처. 카토 신스케/오카 리오조/츠키다 요시오, 건축실내환경, 기문당, 2005, p.114>

(24)

<단열성을 나타내는 수치>

●

열전도율

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 단위면적 1㎡를 1시간에 통과하 는 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.

<출처. http://blog.naver.com/sbsim68/130078627942>

[대표적인 건축재료의 열전도율]

<출처. 카토 신스케/오카 리오조/츠키다 요시오, 건축실내환경, 기문당, 2005, p.115>

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

(25)

생각열기 2 단열에 대해 알아보기

건축 기능을 고려할 때, 외부환경의 더위나 추위에 대해 내부공간에서 인간의 생활에 적절한 온열환경을 설정해야 한 다. 여기에서 중요한 것은 지붕, 벽, 바닥 등의 내외를 나누는 건축구성요소의 단열성능과 어느 정도의 실온을 설정할 지를 고려하는 것이다.

1. 단열에 대해 알아보자

1) 단열

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.

추운 겨울에 두꺼운 옷을 입으면 어느 정도 추위를 견딜 수 있듯이, 건물을 단열하는 경우에도 의복과 마찬가지로 단 열재로 건물을 감싸는 것이 좋다.

☞ 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 빠져나가기 어

렵기 때문이다. 건물을 단열하는 경우에도 의복과 마찬가지로 단열재로 건물 전체를 감싸면 열이 빠져나가는

것을 어느 정도 막을 수 있다.

(26)

<단열과 기포의 관계>

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 이동하는 것은 직접 옆의 원자나 분자로 전달되는 것이다.

<공기가 정지하고 있는 경우>

- 원자, 분자가 단단히 묶여 있는 물질(금속, 콘크리트)은 열이 전달되기 쉽다.

- 기체인 공기는 공기분자 사이의 거리가 멀기 때문에 열이 전달되기 어렵다.

<공기가 움직일 때>

- 공기 자체가 열을 운반하기 때문에 열이 전달되기 쉽다.

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

2) 단열효과

단열성능이 높은 건물과 그렇지 않은 건물에서 단열효과의 구체적인 차이는 무엇일까?

●

난방을 시작했을 때의 실온 변화는?

단열성능이 높으면 열이 밖으로 빠져나가기 어렵기 때문에 곧바로 방 안이 따뜻하게 된다. 한편, 단열성능이 낮은 건 물은 빨리 따뜻해지지 않는다.

●

난방을 멈췄을 때의 실온 변화는?

단열성능이 높으면 실내의 열이 빠지기 어렵기 때문에 실온은 쉽게 내려가지 않지만, 단열성능이 낮으면 실온은 곧 바로 떨어지게 된다.

<출처. 카토 신스케/오카 리오조/츠키다 요시오. 건축실내환경. 기문당. 2005>

<정지공기>

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

대류 전도

전도

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2. 단열을 하는 방법에 대해 알아보자.(단열공법)

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 필 요하다.

<단열공법>

<출처. 김주성/배시화/장경수/이경돈/조영준/강호섭/권세훈, 실내건축구조, 기문당, 2004,p.143>

벽체의 단열방법은 다음과 같다.

• 내단열 : 단열재를 안쪽(실내쪽)에 배치하는 공법

• 외단열 : 단열재를 바깥쪽(외기쪽)에 배치하는 공법

• 중단열 : 벽과 벽 사이에 단열재를 충진하여 시공하는 방법

<겨울철 차가운 상태의 건물에 난방을 개시하는 경우>

- 실내를 늘 일정한 온도로 제어한다면 외단열이 유리

- 간헐적 난방을 기본으로 하는 건물, 설정온도를 자주 바꾸는 경우에는 내단열이 유리

<출처. 카토 신스케/오카 리오조/츠키다 요시오. 건축실내환경. 기문당. 2005>

외단열의 특징은 콘크리트 외부를 감싸고 있기 때문에 콘크리트 자체적으로 단열이 되고 내단열은 콘크리트는 냉기에 노 출이 되어있는 상태에서 내부면을 단열하는 것입니다

외단열은 겨울이나 여름에 냉.난방을 했을 경우 쉽게 차가워지거나 따뜻해지지 않는 반면 내단열의 경우는 냉.난방 시 외 단열에 비해 빠르게 시원해지거나 따뜻해집니다.

옥외 옥외

옥외 실내 실내 실내

<A> 내단열 <B> 중단열 <C> 외단열

구조체 단열층 구조체 단열층 구조체 단열층 구조체

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3. 지역의 풍토성(기후)에 따른 주택의 모양에 대해 알아보자

한랭지에서는 벽을 두껍게 하고 개구부는 매우 작게 하며 고온다습지에서는 통기성이 좋은 벽을 사용한다. 사막에서 도 역시 벽을 두껍게 하고 개구부를 작게 한다.

전통적인 주택은 그 토지의 기후에 맞춰 세워지며 거기서부터 환경에 최적인 수법을 배우는 예가 단열재나 수법의 특 성을 파악해서 외벽 지붕 기초 등 부위에 따라 설계조건과 가장 적합한 조합을 선택하도록 디자인한다.

<건물의 단열부위>

<출처. 가시하라 시로우 외 편저, 곽동화 박미진 공역. 건축디자인과 환경계획. 2013, p.156-157>

(29)

1. 단열이 잘 되지 않는 경우 생길 수 있는 여러 가지 문제

1) 결로현상

어떠한 공기가 그 공기의 결로온도보다도 낮은 벽면에 닿으면 결로가 일어난다. 실내가 실외보다도 고온인 경우, 벽면에 단열재를 삽입하여 실내 측의 표면온도를 높이면 표면결로는 발생하지 않는다.

그러나 투습성 있는 단열재의 경우, 실내의 수증기가 벽체 내로 투과되면 단열재의 외기 측은 저온이므로 내부결로 가 발생한다. 따라서 단열재의 실내 측에는 방습층이 필요하다.

2) 결로의 피해

결로가 발생하면 어떠한 피해가 생길까?

결로가 일어난 곳이 검게 얼룩져 있는 것을 본 적이 있을 것이다. 이것은 공기 중의 먼지 등이 결로 부분에 부착되 어 생긴 것으로서, 건물의 상품 가치를 현저하게 떨어뜨린다. 그리고 결로수가 있는 곳에서는 곰팡이나 세균이 번 식하고, 각종 감염이나 알레르기, 중독 등을 일으키는 요인이 된다. 또 목재를 상하게 하는 균이 발생하고, 건물의 강도 및 내구성을 현저히 해치게 된다.

3) 결로 방지법

우선 될 수 있는 한 수증기를 발생시키지 않는 것이다. 그러나 요리를 하거나 목욕, 난방 등 인간이 생활하는 동안 에는 어쩔 수 없이 수증기가 발생하는 경우도 있다. 이러한 경우에는 환기 등에 의하여 신속하게 건물 밖으로 방출 하는 것이 바람직하다. 그럼에도 수증기가 실내에 남아서 결로가 되는 경우의 방지법에 대해서 설명한다.

간단한 방법은 건물 안의 각 장소에서 온도차가 생기지 않도록 하는 것이다. 표면결로(건물 내의 천장, 벽, 바닥 등 의 표면에 발생하는 것)는 벽이나 창표면이 노점온도 이하가 되기 때문에 일어나는 현상이다.

따라서 창을 이중창으로 하든가, 단열재를 넣어 단열성을 높여서 벽이나 창의 표면온도가 내려가는 것을 막으면 된다.

생각열기 3 올바른 단열의 중요성에 대해 알아보기

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내부결로는 수증기의 투습능력을 고려하지 않고 단열재를 사용하기 때문에 내부결로가 발생한다. 따라서 내부결로 를 막기 위해서는 단열재의 고온쪽에 방습시트를 붙이고 수증기가 단열재 내부로 침입하지 않도록 하면 된다. 반대 로 저온쪽에 방습시트를 붙이면 수증기의 흐름이 막혀서 내부결로의 피해가 확대된다.

출처. 카토 신스케 | 오카 리오조 | 츠키다 요시오, 건축실내환경, 기문당, 2005, p.125-127

4) 열교현상

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

① 열교현상이 발생하면 구조체의 전체 단열성능이 저하된다.

② 열교는 구조체의 여러 형태로 발생하는데 단열구조의 지지 부재들, 중공벽의 연결철물이 통과하는 구조체, 벽체 와 지붕 또는 바닥과의 접합부위, 창틀 등에서 발생한다.

③ 열교현상이 발생하는 부위는 표면온도가 낮아지며 결로가 발생되므로 쉽게 알 수 있다

④ 열교현상을 방지하기 위해서는 접합 부위의 단열설계 및 단열재가 불연속됨이 없도록 철저한 단열시공이 이루 어져야 한다.

⑤ 콘크리트 라멘조나 조적조 건축물에서는 근복적으로 단열이 연속되기 어려운 점이 있으나 가능한 한 외단열 1 과 같은 방법으로 취약부위를 감소시키는 설계 및 시공이 필요하다.

<우각부 단열보강> <슬래브 단열보강>

<벽체 단열보강> <외 단열>

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생각열기 4 단열재의 종류와 기능에 대해 알아보기

1. 단열재

단열재료는 열의 이동을 가능한 한 억제할 목적으로 사용되는 재료 전체를 총칭하며, 상온에서 열전도율의 값이 0.05 ㎉/mh℃ 내외의 값을 갖는 재료라 할 수 있다.

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

열의 이동을 억제하는 목적으로 사용되는 단열재료는, 종래는 저온역에서는 보냉재, 상온에서부터 중온까지는 보온 재, 이보다 고온역에서 사용되는 재료를 단열재라고 분류하였으나, 최근에는 3자를 총체적으로 단열재라 부르고 있다.

2. 단열재 특징

단열재는 보통 다공질의 재료가 많으며, 열전도율이 낮을수록 단열성능이 좋은 것이라 할 수 있다.

열에 대하여는 같은 두께인 경우, 경량재료인 편이 단열에 더 효과적이고, 열을 표면에서부터 반사해 버리는 재료도 단열재료의 일종이라 할 수 있다.

단열재료의 대부분은 흡음성도 우수하므로 흡음재료로서 이용된다.

<출처. http://blog.naver.com/sbsim68/130078627942>

3. 단열재의 선택방법

단열재는 내부의 기포 또는 공기층에 의해 단열이 되며 일반적으로 비중이 낮을수록 단열효과가 크며 선택 시에는 다 음과 같은 조건을 갖춘 제품을 선택하여야 한다.

① KS 표시가 있는 허가제품을 선택한다.

② 장시간 사용온도에 대해 견딜 수 있는 것이어야 한다.

③ 열전도율이 작아야 한다. (보온단열효과 증대)

④ 사용 장소에 대한 강도가 있어야 한다.

⑤ 장시간 사용에 대한 변질 변형이 적어야 한다.

⑥ 불연성이어야 하며 연소시에는 유해가스가 발생하지 않는 것이어야 한다.

<출처. http://www.kemco.or.kr/building/v2/house/house_1_2.asp>

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4. 단열재 종류

단열재의 종류는 매우 다양하며, 용도와 상황에 따라 다양하게 적용되고 있다.

종류 품목 특징 내용

유기질 단열재

발포폴리스티렌 장점 단열성, 경량, 강도, 방습성, 방수성, 시공성, 내약품성 우수

단점 내열온도가 낮음, 난연재를 첨가하여 건축용 단열재로 사용

용도 건물보온재, 완충포장재, 부양재, 아이스박스, 장식용 구조용재

압출발포폴리스티렌 장점 경량 . 강도 . 단열성 우수

흡수성 및 흡습성이 거의 없음, 수명이 긴 편임

단점 내열온도가 낮음, 난연재를 첨가하여 건축용 단열재로 사용

용도 건축물 보온재, 특수건축용, 토목용, 축사용

우레탄폼 장점 단열성과 흡음성 우수, 간편한 시공

단점 사용기간 경과에 따라 부피가 줄어듦, 산에 약함, 가격이 비싼 편임,

용도 단열재, 냉장고 시트, 차량 . 공장기기 단열, 부력재, 항공기 방음재, 배관 보온

우레아폼 장점 내열성 우수, 저렴한 가격

단점 수축이 심함, 흡수성이 큼, 산 . 알칼리에 약함, 압축강도에 약함, 유독성 가스 방출

용도 건축물 보온재, 흡음재

무기질 단열재

암면 장점 내열성이 높음, 온도가 높음, 내화학성 우수

단점 흡수성이 있음, 시공이 어려움 강도가 약해 바닥용으로 부적당 용도 보온재, 건축내장재, 주택용 단열재,

건축물의 흡음 . 차음

유리섬유 장점 내풍성 및 전기절연성 우수

산성에 강함, 탄력성 있음

단점 흡수성이 강함, 별도로 방수처리를 해야 함

용도 건물벽 보온단열 및 방음재

산업용 열설비 보온단열, 공조냉동설비 보온

기타

퍼라이트 장점 경량으로 단열성, 내화성, 내화학성, 흡음성 우수

단점 곰팡이에 부식성이 있음

흡수성이 크고, 외부마감재로는 사용 불가 용도 건축, 화학공장 고온 단열재

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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’절약에 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

10. 학생용 워크북 해설

(34)

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 연필꽂이, 화분, 조명 등 생활인테리어적인 효과를 볼 수 있다.

팀명 구호

구분 이름 역할

멘 토 팀원1 팀원2 팀원3

Upgrade + Recycling = Upcycling

(35)

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

▶

여름 : 냉방을 하기 위해 실내의 기온은 외기온보다 낮고 많음

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

▶

겨울 : 난방으로 인해 실내의 기온은 높아져 실내에서 실외로 열이 빠져나감

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

(36)

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 단위면적 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.℃]

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

(37)

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 단 열의 개념이다.

☞ 물체와 물체 사이에서 열이 이동하지 못하게 막는 것

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

<건축물에 단열을 이용한 예>

<출처. 양일호.한 권으로 끝내는 교과서 실험관찰 3·4학년, 2011, (주)북이십일 아울북>

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

<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.

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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.

<정지공기>

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

대류 전도

전도