에너지 자립 제로에너지 주택의 경제성을 고려한 신재생 설비시스템 최적 구성에 관한 연구 Cost-Effective Optimal Configuration of Renewal & Energy Equipment System for Self Sufficient Zero Energy House원문보기
2025년 제로에너지 주택의 의무화를 앞두고 최근 국내 단열 기준 값이 대폭 강화되었으며, 실제로 저층 단독 주택을 중심으로 많은 수의 패시브하우스 또는 제로에너지하우스가 활발히 건립되고 있다. 제로에너지 주택은 기름, 가스, 석탄, 전기 등 기존의 화석연료를 전혀 사용하지 않고, 순전히 건물 주변의 자연 에너지만을 이용해 냉난방 조명 및 기타 건물에 필요한 모든 에너지원을 충당하는 개념이다. 일반적으로 제로 에너지주택의 구현을 위해서는 고기밀 고단열이 요구되며, 연간 총에너지 소비량의 성분별 부하구성비도 기존 주택과 많은 차이를 보인다. 공동 주택과 달리 저층 주거 건물의 경우 각 세대를 위한 충분한 ...
2025년 제로에너지 주택의 의무화를 앞두고 최근 국내 단열 기준 값이 대폭 강화되었으며, 실제로 저층 단독 주택을 중심으로 많은 수의 패시브하우스 또는 제로에너지하우스가 활발히 건립되고 있다. 제로에너지 주택은 기름, 가스, 석탄, 전기 등 기존의 화석연료를 전혀 사용하지 않고, 순전히 건물 주변의 자연 에너지만을 이용해 냉난방 조명 및 기타 건물에 필요한 모든 에너지원을 충당하는 개념이다. 일반적으로 제로 에너지주택의 구현을 위해서는 고기밀 고단열이 요구되며, 연간 총에너지 소비량의 성분별 부하구성비도 기존 주택과 많은 차이를 보인다. 공동 주택과 달리 저층 주거 건물의 경우 각 세대를 위한 충분한 신재생에너지 설치 면적을 확보할 수 있으며, 특히 최근 가격이 급락한 태양광 시스템 등으로 인해 다양한 형태의 제로 에너지주택이 시도되고 있다. 고단열 고기밀로 대표되는 패시브(Passive) 기술은 다양한 구법 및 건축 재료 등의 개발과 축적된 시공 경험 등을 통해 비교적 안정된 기술 구현을 보이는 반면, 신재생 에너지를 포함한 냉난방, 급탕 및 환기 등의 설비 시스템 구성 방법에 대해서는 아직 많은 연구와 경험이 축척되지 못하고 있는 실정이다. 이러한 배경 하에 본 연구에서는 현 수준에서 100% 에너지 자립율을 구현할 수 있는 제로에너지 단독 주택을 대상으로, 비용 효과적 측면에서 최적의 신재생 에너지 및 설비시스템을 구성할 수 있는 방안에 대하여 고찰하였다. 대상 건물은 경기도 지역에 위치한 바닥면적 98.85㎡의 1층 단독주택이며, 외벽 및 지붕 바닥은 220㎜ SIP(Structural Insulation Panel)구조, 창은 U = 0.5 w/㎡℃의 진공창, 환기회수 ACH=0.3의 고기밀 고단열 주택이다. 이 주택의 에너지 요구량(난방, 급탕, 냉방, 조명, 환기)을 대응하기 위해 본 연구에서 고려한 설비시스템은 water/water 지열히트펌프(GSHP), air/water 공기식히트펌프(ASHP), 전기온수보일러(EHB), 전기케이블난방(ECH), 전기에어컨냉방(EAC), 태양열급탕(Solar DHWS), 태양광발전(PV) 등으로 난방설비를 기준으로 총 4가지 ( ①GSHP, ②ASHP+EAC ③EHB+EAC ④ECH+EAC ) 유형의 시스템 조합을 구성하였다. 연간 에너지 소요량의 산출은 동적 건물에너지 해석 도구인 에너지플러스(Energy Plus)를 통해 계산하였으며, 난방, 급탕, 냉방, 조명, 환기 외에 플러그 및 취사까지 포함하여 주택에서 소비되는 모든 에너지를 대상으로 소요량을 산출하였다. 본 연구에서 구성한 모든 부하는 전기에너지로 충당하는 것으로 가정하였으며, 각 구성 조합에 따른 연간 에너지 비용의 산출은 현행의 전기요금 체계를 기준하였다. 따라서 일반전기를 사용해야 하는 지열 히트펌프(GSHP)를 제외하고는 모든 부하는 가정용전기에 의해 공급되는 것으로 가정하였다. 한편 100% 에너지 자립을 위한 신재생 에너지 설비는 모두 태양광에 의해 공급되는 것으로 가정하고, 앞서 가정용 전기를 모두 PV로 충당할 수 있는 용량을 약으로 산출하여 100% 자립을 위한 시스템 구성별 필요 용량의 범위를 도출하였다. 끝으로 각 시스템 구성별 현시점의 초기 투자비 범위를 산정하고, 이에 따른 단순 투자 회수 기간의 산출을 통해 비용 효과적인 현 단계의 효율적 시스템 구성 방안에 대한 결과를 제시하였다.
2025년 제로에너지 주택의 의무화를 앞두고 최근 국내 단열 기준 값이 대폭 강화되었으며, 실제로 저층 단독 주택을 중심으로 많은 수의 패시브하우스 또는 제로에너지하우스가 활발히 건립되고 있다. 제로에너지 주택은 기름, 가스, 석탄, 전기 등 기존의 화석연료를 전혀 사용하지 않고, 순전히 건물 주변의 자연 에너지만을 이용해 냉난방 조명 및 기타 건물에 필요한 모든 에너지원을 충당하는 개념이다. 일반적으로 제로 에너지주택의 구현을 위해서는 고기밀 고단열이 요구되며, 연간 총에너지 소비량의 성분별 부하구성비도 기존 주택과 많은 차이를 보인다. 공동 주택과 달리 저층 주거 건물의 경우 각 세대를 위한 충분한 신재생에너지 설치 면적을 확보할 수 있으며, 특히 최근 가격이 급락한 태양광 시스템 등으로 인해 다양한 형태의 제로 에너지주택이 시도되고 있다. 고단열 고기밀로 대표되는 패시브(Passive) 기술은 다양한 구법 및 건축 재료 등의 개발과 축적된 시공 경험 등을 통해 비교적 안정된 기술 구현을 보이는 반면, 신재생 에너지를 포함한 냉난방, 급탕 및 환기 등의 설비 시스템 구성 방법에 대해서는 아직 많은 연구와 경험이 축척되지 못하고 있는 실정이다. 이러한 배경 하에 본 연구에서는 현 수준에서 100% 에너지 자립율을 구현할 수 있는 제로에너지 단독 주택을 대상으로, 비용 효과적 측면에서 최적의 신재생 에너지 및 설비시스템을 구성할 수 있는 방안에 대하여 고찰하였다. 대상 건물은 경기도 지역에 위치한 바닥면적 98.85㎡의 1층 단독주택이며, 외벽 및 지붕 바닥은 220㎜ SIP(Structural Insulation Panel)구조, 창은 U = 0.5 w/㎡℃의 진공창, 환기회수 ACH=0.3의 고기밀 고단열 주택이다. 이 주택의 에너지 요구량(난방, 급탕, 냉방, 조명, 환기)을 대응하기 위해 본 연구에서 고려한 설비시스템은 water/water 지열히트펌프(GSHP), air/water 공기식히트펌프(ASHP), 전기온수보일러(EHB), 전기케이블난방(ECH), 전기에어컨냉방(EAC), 태양열급탕(Solar DHWS), 태양광발전(PV) 등으로 난방설비를 기준으로 총 4가지 ( ①GSHP, ②ASHP+EAC ③EHB+EAC ④ECH+EAC ) 유형의 시스템 조합을 구성하였다. 연간 에너지 소요량의 산출은 동적 건물에너지 해석 도구인 에너지플러스(Energy Plus)를 통해 계산하였으며, 난방, 급탕, 냉방, 조명, 환기 외에 플러그 및 취사까지 포함하여 주택에서 소비되는 모든 에너지를 대상으로 소요량을 산출하였다. 본 연구에서 구성한 모든 부하는 전기에너지로 충당하는 것으로 가정하였으며, 각 구성 조합에 따른 연간 에너지 비용의 산출은 현행의 전기요금 체계를 기준하였다. 따라서 일반전기를 사용해야 하는 지열 히트펌프(GSHP)를 제외하고는 모든 부하는 가정용전기에 의해 공급되는 것으로 가정하였다. 한편 100% 에너지 자립을 위한 신재생 에너지 설비는 모두 태양광에 의해 공급되는 것으로 가정하고, 앞서 가정용 전기를 모두 PV로 충당할 수 있는 용량을 약으로 산출하여 100% 자립을 위한 시스템 구성별 필요 용량의 범위를 도출하였다. 끝으로 각 시스템 구성별 현시점의 초기 투자비 범위를 산정하고, 이에 따른 단순 투자 회수 기간의 산출을 통해 비용 효과적인 현 단계의 효율적 시스템 구성 방안에 대한 결과를 제시하였다.
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