Evaluation of Lateral Load Resistance and Heating/Cooling/Lighting Energy Performance of a Post-disaster Refugees Housing Using Lightweight composite Panels

경량 복합패널을 활용한 구호주거의 횡하중 저항성능 및 냉난방조명 에너지성능 평가

Abstract

Following the earthquake in Gyeongju (2016) and Pohang (2017), South Korea is no longer a safe place for earthquakes. Accordingly, the need for shelters suitable for disaster environments is increasing. In this study, a lightweight composite panel was used to produce post-disaster housing for refugees to compensate for the disadvantages of existing evacuation facilities. For this purpose, an evaluation of structural performance and thermal environment for post-disaster housing for refugees composed of lightweight composite panels was performed. To assess the structural performance, a lateral loading test was conducted on a system made of lightweight composite panels. The specimens consisted of two types, which differed according to the bonding method, as a variable. In addition, the seismic and wind loads were calculated in accordance with KBC 2016 and compared with the experimental results. Regarding the energy performance, optimization of south-facing window planning and window-wall ratio and solar heat gain coefficient were analyzed to minimize heating, cooling, and lighting energy. As a result, the specimens composed of lightweight composite panels will perform sufficiently safely for lateral loads and the optimized window planning will lead to a low-energy operation.

2016년 경주 지진에 이어 2017년 포항 지진까지 발생한 대한민국은 더 이상 지진에 대해 안전지대라고 할 수 없다. 이에 따라 재난환경에 적합한 피난시설의 필요성이 증대되고 있다. 본 연구에서는 경량 복합패널을 이용하여 기존 피난시설의 단점들을 보완할 수 있는 구호주거를 제작하고자 하였다. 이를 위해 경량 복합패널로 구성된 구호주거에 대한 구조 성능과 에너지성능을 평가하고자 하였다. 구호주거의 구조 성능을 평가하기 위해 경량 복합패널로 제작한 시스템에 대한 횡하중가력 실험을 진행하였다. 실험체는 접합 방식을 변수로 하여 2가지로 구성하였다. 또한 KBC 2016에 따라 실험체에 대한 지진하중과 풍하중을 산정하여 실험 결과와 비교하였다. 에너지성능은 냉난방 및 조명에너지 사용량을 최소화하기 위해 기준 패널을 활용한 남측창호 최적화기법을 활용하여 분석하였고, 창면적비, 창 총일사취득율 최적화를 진행하였다. 결과적으로 경량 복합패널로 제작된 실험체는 횡하중에 대해 충분히 안전한 성능을 보일 것으로 판단되며, 창면적비 0.38, 총일사취득율 0.5수준의 최적화 계획을 통한 저에너지 운용이 기대된다.

Fig. 1. Panel configuration[4]

Fig. 2. Specimens section

Fig. 3. Specimen size

Fig. 4. Camlock(R2-0267-02, R2-0268-02)[13]

Fig. 5. Cam lock connection method

Fig. 6. Specimen setting detail

Fig. 7. Fixing detail of specimen

Fig. 8. Specimen setup

Fig. 9. Load-displacement of "F" specimen

Fig. 10. Failure at bottom of "F" specimen

Fig. 11. Load-displacement of cam lock specimen

Fig. 12. Failure at bottom of cam lock specimen

Fig. 13. Prototype Plan of Proposed Refuge House

Fig. 14. Prototype Elevation of Proposed Refuge House

Fig. 15. Flow Chart of Optimization for Refuge House

Fig. 16. Pearson Corelation Chart among Variables

Fig. 17. Parrallel Coordinates Chart among Variables

Table 1. Material properties for structural components[3]

Table 2. Experimental variables

Table 3. Lateral loads at specimens

Table 4. Input Range of Control Variables