The Science of Construction

Building science is

the science and technology-driven collection of knowledge in order to provide better indoor environmental quality (IEQ), energy-efficient built environments, and occupant comfort and satisfaction.

Building physics, architectural science, and applied physics are terms used for the knowledge domain that overlaps with building science. In building science, the methods used in natural and hard sciences are widely applied, which may include controlled and quasi-experiments, randomized control, physical measurements, remote sensing, and simulations.

On the other hand, methods from social and soft sciences, such as case study, interviews & focus group, observational method, surveys, and experience sampling, are also widely used in building science to understand occupant satisfaction, comfort, and experiences by acquiring qualitative data.

One of the recent trends in building science is a combination of the two different methods.

For instance, it is widely known that occupants' thermal sensation and comfort may vary depending on their sex, age, emotion, experiences, etc. even in the same indoor environment.

Despite the advancement in data extraction and collection technology in building science, objective measurements alone can hardly represent occupants' state of mind such as comfort and preference.

Therefore, researchers are trying to measure both physical contexts and understand human responses to figure out complex interrelationships.

Building science traditionally includes the study of indoor thermal environment, indoor acoustic environment, indoor light environment, indoor air quality, and building resource use, including energy and building material use.[1]

These areas are studied in terms of physical principles, relationship to building occupant health, comfort, and productivity, and how they can be controlled by the building envelope and electrical and mechanical systems.[2]

The National Institute of Building Sciences (NIBS) additionally includes the areas of building information modeling, building commissioning, fire protection engineering, seismic design and resilient design within its scope.[3]

One of the practical purpose of building science is to provide predictive capability to optimize the building performance and sustainability of new and existing buildings, understand or prevent building failures, and guide the design of new techniques and technologies.

https://en.wikipedia.org/wiki/Building_science

건축 과학 은

더 나은 실내 환경 품질(IEQ), 에너지 효율적인 건축 환경 , 거주자의 편안함과 만족을 제공하기 위한 과학 및 기술 중심의 지식 모음입니다 . 건축 물리학, 건축 과학 및 응용 물리학은 건축 과학과 겹치는 지식 도메인에 사용되는 용어입니다.

건축 과학에서 자연 과학 및 하드 과학 에서 사용되는 방법은 널리 적용되며, 여기에는 통제 및 준 실험 , 무작위 제어, 물리적 측정, 원격 감지 및 시뮬레이션이 포함될 수 있습니다 .

반면, 사례 연구 , 인터뷰 및 포커스 그룹 , 관찰 방법 , 설문 조사 및 경험 샘플링 과 같은 사회 과학 및 소프트 과학 의 방법 도 정성적 데이터를 수집하여 거주자의 만족도, 편안함 및 경험을 이해하는 데 건축 과학에서 널리 사용됩니다. 건축 과학의 최근 트렌드 중 하나는 두 가지 다른 방법을 결합하는 것입니다. 예를 들어, 거주자의 열 감각과 편안함은 동일한 실내 환경에서도 성별, 연령, 감정, 경험 등에 따라 다를 수 있다는 것은 널리 알려져 있습니다.

건축 과학에서 데이터 추출 및 수집 기술이 발전했음에도 불구하고 객관적인 측정만으로는 거주자의 편안함과 선호도와 같은 정신 상태를 거의 나타낼 수 없습니다. 따라서 연구자들은 물리적 맥락을 측정하고 인간의 반응을 이해하여 복잡한 상호 관계를 파악하려고 노력하고 있습니다.

건축 과학에는 전통적으로 실내 열 환경, 실내 음향 환경 , 실내 조명 환경 , 실내 공기 질 , 에너지 및 건축 자재 사용을 포함한 건물 자원 사용에 대한 연구가 포함됩니다. [ 1 ] 이러한 분야는 물리적 원리, 건물 거주자 건강, 편안함 및 생산성과의 관계, 건물 봉투 및 전기 및 기계 시스템 으로 제어할 수 있는 방법에 대해 연구됩니다 . [ 2 ] 미국 국립 건축 과학 연구소(NIBS)는 또한 건물 정보 모델링 , 건물 시운전 , 방화 엔지니어링 , 내진 설계 및 복원력 설계 분야를 범위에 포함합니다. [ 3 ]

건축 과학의 실용적인 목적 중 하나는 새 건물과 기존 건물의 건물 성능 과 지속 가능성을 최적화하기 위한 예측 기능을 제공하고 , 건물의 붕괴를 이해하거나 예방하고, 새로운 기술과 기법을 설계하는 데 도움을 주는 것입니다.

응용 프로그램

건축 설계 과정에서 건물 과학 지식은 건물 성능을 최적화하기 위한 설계 결정을 알리는 데 사용됩니다. 설계 결정은 NIBS Whole Building Design Guide(WBDG) 및 건물 과학과 관련된 ASHRAE 표준 모음과 같은 건물 과학 원칙 및 확립된 지침에 대한 지식을 기반으로 내릴 수 있습니다 .

계산 도구는 설계 중에 설계된 건물 외피 , 조명 시스템 및 기계 시스템 에 대한 입력 정보를 기반으로 건물 성능을 시뮬레이션하는 데 사용할 수 있습니다.모델은 건물 수명 동안의 에너지 사용, 태양열 및 복사 분포, 공기 흐름 및 건물 내의 다른 물리적 현상을 예측하는 데 사용할 수 있습니다 . [ 4 ] 이러한 도구는 설계를 평가하고 시공이 시작되기 전에 허용 범위 내에서 성능이 발휘되도록 하는 데 유용합니다.사용 가능한 계산 도구 중 다수는 건물 성능 목표를 분석하고 설계 최적화를 수행하는 기능이 있습니다 . [ 5 ] 모델의 정확도는 모델러의 건물 과학 원리에 대한 지식과 특정 프로그램에 대해 수행된 검증 양에 따라 영향을 받습니다 . [ 4 ]

기존 건물을 평가할 때 측정 및 계산 도구를 사용하여 측정된 기존 조건에 따라 성능을 평가할 수 있습니다. 현장 테스트 장비의 배열을 사용하여 온도, 습도, 소음 수준, 대기 오염 물질 또는 기타 기준을 측정할 수 있습니다. 이러한 측정을 수행하기 위한 표준화된 절차는 상업용 건물 성능 측정 프로토콜에 제공됩니다. [ 6 ] 예를 들어, 열 적외선(IR) 이미징 장치를 사용하여 건물이 사용 중인 동안 건물 구성 요소의 온도를 측정할 수 있습니다. 이러한 측정은 기계 시스템이 어떻게 작동하는지 평가하고 건물 외피를 통해 비정상적인 열 획득 또는 열 손실 영역이 있는지 여부를 평가하는 데 사용할 수 있습니다. [ 7 ]

기존 건물의 상태 측정은 입주 후 평가 의 일부로 사용됩니다 . 입주 후 평가에는 건물 거주자 설문 조사 [ 8 ] 가 포함될 수도 있으며, 거주자 만족도와 웰빙에 대한 데이터를 수집하고 측정 장치로는 포착되지 않았을 수 있는 건물 성능에 대한 정성적 데이터를 수집합니다.

건축 과학의 많은 측면은 건축가 의 책임입니다 (캐나다에서는 많은 건축 회사가 이 목적을 위해 건축 기술자를 고용합니다). 종종 '비건물 외피' 건축 과학 문제를 처리하기 위해 발전한 엔지니어링 분야와 협력합니다. 토목 공학 , 구조 공학 , 지진 공학 , 지반 공학 , 기계 공학, 전기 공학, 음향 공학 , 방화 규정 공학. 심지어 인테리어 디자이너도 불가피하게 몇 가지 건축 과학 문제를 겪을 것입니다.

주제

실내 환경 품질(IEQ)

실내 환경 품질(IEQ)은 건물 내 공간을 차지하는 사람들의 건강과 웰빙과 관련된 건물 환경의 품질을 말합니다.IEQ는 조명, 공기 질, 온도를 포함한 여러 요인에 의해 결정됩니다. [ 9 ] 근로자들은 종종 자신이 일하는 건물의 오염 물질에 노출되어 증상이나 건강 문제가 생길까 봐 걱정합니다. 이러한 걱정의 한 가지 이유는 건물에 없을 때 증상이 종종 호전되기 때문입니다. 연구에 따르면 일부 호흡기 증상과 질병은 습한 건물과 관련이 있을 수 있지만 [ 10 ] 실내 오염 물질 측정 결과에서 근로자가 질병에 걸릴 위험이 있는지 여부는 아직 불분명합니다. 대부분의 경우 근로자와 의사가 건물 환경이 특정 건강 문제를 일으키고 있다고 의심하는 경우 의료 검사 및 환경 검사에서 얻을 수 있는 정보만으로는 어떤 오염 물질이 원인인지 확인하기에 충분하지 않습니다. 무엇을 측정해야 하고 측정된 내용을 어떻게 해석해야 할지에 대한 불확실성에도 불구하고 연구에 따르면 건물 관련 증상은 습기, 청결, 환기 특성을 포함한 건물 특성과 관련이 있습니다.

실내 환경은 매우 복잡하며 건물 거주자는 사무용 기계, 세척 제품, 건설 활동, 카펫 및 가구, 향수, 담배 연기, 물로 인해 손상된 건축 자재, 미생물 증식(곰팡이, 곰팡이 및 박테리아), 곤충 및 실외 오염 물질 등 다양한 오염 물질(가스 및 입자 형태)에 노출될 수 있습니다. 실내 온도, 상대 습도 및 환기 수준과 같은 다른 요인도 개인이 실내 환경에 어떻게 반응하는지에 영향을 미칠 수 있습니다. 실내 환경 오염 물질의 근원을 이해하고 이를 제어하면 종종 건물 관련 근로자 증상을 예방하거나 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다. 실내 환경을 개선하고 유지하기 위한 실용적인 지침이 제공됩니다. [ 11 ]

실내 환경 구축은 에너지 효율적이고 건강하며 편안한 건물의 설계, 분석 및 운영에서 환경적 측면을 다룹니다. 전문 분야로는 건축, HVAC 설계, 열적 편안함 , 실내 공기 질 (IAQ), 조명 , 음향 및 제어 시스템이 있습니다 .

HVAC 시스템

일반적으로 더 광범위한 건물 서비스의 하위 집합인 기계 시스템은 실내 환경의 온도, 습도, 압력 및 기타 선택된 측면을 제어하는 ​​데 사용되며 종종 난방, 환기 및 공조(HVAC) 시스템으로 설명됩니다. 이러한 시스템은 거주자가 더 엄격한 조건 제어를 요구하고 건물이 더 커지고 인클로저와 수동적 조치가 편안함을 제공하는 수단으로서 덜 중요해짐에 따라 복잡성과 중요성이 커졌습니다(종종 상업용 건물 총 예산의 약 20%를 차지함).

건물 과학에는 물리적 영향(열 분포, 공기 속도, 상대 습도 등)과 건물 거주자의 편안함에 미치는 영향에 대한 HVAC 시스템 분석이 포함됩니다. 거주자가 느끼는 편안함은 현재 날씨와 건물이 위치한 기후 유형과 같은 요인에 따라 달라지므로 편안한 조건을 제공해야 하는 HVAC 시스템에 대한 요구 사항은 프로젝트마다 다릅니다. [ 12 ] 또한 다양한 HVAC 제어 전략이 구현되어 거주자의 편안함에 더 잘 기여하도록 연구되었습니다.미국에서 ASHRAE는 건물 관리자와 엔지니어가 시스템을 설계하고 운영하는 데 도움이 되는 표준을 발표했습니다. [ 13 ] 영국에서는 CIBSE 에서 유사한 지침을 발표했습니다 . [ 14 ] 업계 관행과 별도로 고급 제어 전략은 연구에서도 널리 논의됩니다.예를 들어, 폐쇄 루프 피드백 제어는 기온 설정점을 센서 측정값과 비교할 수 있습니다. [ 15 ] 수요 반응 제어는 시간 가변 속도에 따라 사용량을 줄이거나 이동시켜 전력망이 최대 부하를 겪지 않도록 방지할 수 있습니다 . [ 16 ] 계산 성능 과 머신 러닝 알고리즘 의 개선으로 최적 제어를 통한 냉난방 부하에 대한 모델 예측은 HVAC 시스템을 사전 작동시켜 거주자의 편안함을 더욱 개선할 수 있습니다. [ 17 ] 고급 제어 전략 구현은 사물 인터넷 (IoT) 과 같은 통합 스마트 통신 기술을 갖춘 빌딩 자동화 시스템(BMS) 개발 범위에 속한다는 것이 인식되었습니다 . 그러나 실무자들이 지적한 주요 장애물 중 하나는 빌딩 설계의 고유한 특성으로 인한 제어 로직의 확장성과 빌딩 데이터 매핑입니다. 부적절한 상호 운용성으로 인해 빌딩 산업은 미국에서 연간 158억 달러의 손실을 보고 있다고 추산되었습니다. [ 18 ] Haystack [ 19 ] 및 Brick [ 20 ] 과 같은 최근 연구 프로젝트는 빌딩 기계 시스템에서 데이터 포인트와 연결 계층을 보다 정확하고 편리하게 캡처하는 방법을 제공할 수 있는 메타데이터 스키마를 활용하여 문제를 해결하려고 합니다 . 의미 모델을 지원하여 자동화된 구성은 HVAC 제어 시운전 및 소프트웨어 업그레이드에 더욱 도움이 될 수 있습니다.[ 21 ]

인클로저 시스템

건물 인클로저는 실내와 실외를 분리하는 건물의 일부입니다. 여기에는 벽, 지붕, 창문, 지상 슬래브 및 이 모든 것 사이의 조인트가 포함됩니다. 건물 인클로저 근처(즉, 경계 구역)에 있는 건물 거주자의 편안함, 생산성 및 건강조차도 소음, 온도 및 태양 복사와 같은 외부 영향과 이러한 영향을 제어하는 ​​능력에 영향을 받습니다. 인클로저는 기능의 일부로 습기, 열, 공기, 증기, 태양 복사, 곤충 또는 소음의 흐름을 제어(반드시 차단하거나 중지하는 것은 아님)하는 동시에 구조물에 가해지는 하중(바람, 지진)에 저항해야 합니다. 외관의 유리 구성 요소를 통한 일광 투과율을 분석하여 전기 조명에 대한 필요성이 감소했는지 평가할 수 있습니다. [ 22 ]

지속 가능성 구축

건축 과학의 일부는 미래와 내일의 자원 및 현실을 고려하여 건물을 설계하려는 시도입니다. 이 분야는 지속 가능한 설계 라고도 합니다 . 설계 분야 외에도 에너지 소비의 약 40% [ 23 ] 와 탄소 배출량의 13% [ 24 ] 가 건물 HVAC 시스템 운영과 관련이 있습니다. 급격한 기후 변화를 완화하기 위해 태양광 및 풍력 에너지와 같은 재생 에너지 원을 건축 산업에서 채택하여 전기 생산을 지원합니다. 그러나 전기 수요 프로필은 ' 덕 커브 ' 로 알려진 공급과 수요의 불균형을 보여줍니다 . 이는 그리드 시스템 안정성을 유지하는 데 영향을 미칠 수 있습니다. [ 25 ] 따라서 그리드 피크 전력을 줄여 더 높은 수준의 지속 가능성을 달성하기 위해 열 에너지 저장 시스템 과 같은 다른 전략이 개발되었습니다. [ 17 ]

제로에너지 빌딩(Net-Zero Energy Building)이라고도 알려진 제로에너지 빌딩을 향한 움직임은 Building Science 분야에서 나타났습니다. Net Zero Energy Building Certification의 자격은 Living Building Challenge 웹사이트에서 확인할 수 있습니다.

입주 후 평가(POE)

POE는 건축 환경이 점유된 후 건물 성능을 측정하는 설문 조사 기반 방법입니다. 점유자 응답은 구조화된 또는 개방형 문의를 통해 수집되었습니다. 통계적 방법과 데이터 시각화는 종종 건물의 어떤 측면(특징)이 점유자에게 도움이 되는지 또는 문제가 되는지 제안하는 데 사용되었습니다. 그 결과는 건축가가 새로운 건물을 설계하거나 현재 환경을 개선하기 위한 데이터베이스 기반을 제공하는 데 필요한 설계 지식이 될 수 있습니다.

인증

건축 과학에 대한 직접적 또는 통합적 전문 건축 또는 엔지니어링 인증은 없지만, 해당 분야와 관련된 독립적인 전문 자격증이 있습니다. 건축 과학은 일반적으로 건축 또는 엔지니어링 실무의 광범위한 분야에서 전문화됩니다. 그러나 전문 분야에서 개별 전문 자격증을 제공하는 전문 기관이 있습니다. 가장 눈에 띄는 녹색 건물 평가 시스템 중 일부는 다음과 같습니다.

• BREEAM (Building Research Establishment Environmental Assessment Method)은 건물연구소(Building Research Establishment) 가 개발한 세계에서 가장 오래된 지속 가능한 건물 평가 시스템입니다 .

• LEED( Leadership in Energy and Environmental Design ) [ 26 ] 는 미국 녹색건축협의회 가 개발한 인증 제도이다 .

• Green Star (호주) 는 호주 녹색 건물 협의회 가 개발한 호주의 주요 녹색 건물 평가 시스템입니다 .

• International WELL Building Institute에서 제공하고 Green Business Certification Inc. 에서 관리하는 WELL ; [ 27 ]

• 일본의 주요 친환경 건축물 평가 제도인 CASBEE (건물환경 효율성 종합 평가 시스템)가 있습니다.

다른 건물 지속 가능성 인증 및 인증 기관도 있습니다. 미국에서도 독립 기관인 Building Performance Institute에서 인증한 계약자는 건물 과학자로 사업을 운영한다고 광고합니다. 이는 과학적 배경과 자격증이 부족하기 때문에 의심스럽습니다. 반면, 캐나다에서는 대부분의 Certified Energy Advisors가 더 공식적인 건물 과학 경험을 가지고 있습니다. 이러한 무역 및 기술자 중 다수는 매우 구체적인 건물 과학 분야(예: 기밀성 또는 단열)에 대한 교육을 요구하고 받습니다.

https://en.wikipedia.org/wiki/Building_science#:~:text=Building%20science%20is%20typically%20a,professional%20credentials%20in%20specialized%20areas.