실측자료에 기반한 제로에너지 주택의 최적 설비 구성방안에 관한 연구 Optimal Configuration of Heating, Cooling and Renewable Energy Equipment System for Zero Energy House based on Monitored Data원문보기
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. 고단열 고기밀로 대표되는 패시브(Passive) 기술은 다양한 구법 및 건축 재료 등의 개발과 축적된 시공 경험 등을 통해 비교적 안정된 기술 구현을 보이는 반면, ...
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. 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. 국·내외 제로에너지주택에 관한 연구동향을 보면 거주자가 없는 특정한 조건이거나 시뮬레이션에 한정되어있어 제로에너지 주택의 구현가능성에 대한 실증사례로 보기는 어렵다. 본 연구에서는 현 수준에서 100% 에너지자립율 및 플러스 에너지를 구현한 제로에너지 단독주택을 대상으로 장기 실측 자료를 분석하여, 주택의 소비 분야(난방, 급탕, 취사, 냉방, 기기, 조명, 환기)별 에너지소비량 및 구성비, 지붕일체형 태양광발전시스템의 발전량 및 성능 분석을 수행하고 이를 바탕으로 최적의 신재생에너지 및 설비시스템을 구성을 도출해 내기위해 Parametric Study를 진행하였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 2차 에너지 기준 분석 제로에너지주택의 연간 소비량은 7,668 kWh이며, 원단위는 78.5 kWh/㎡·yr이다. 소비 구성에 따른 원단위 구성비를 살펴보면 난방(공기열원히트펌프, 발열유리)이 42.3%로 가장 높았으며 급탕(보조열원) 17.7%, 기기(전열) 15.1%, 기타(정화조, 외부블라인드, 모니터링) 11.9%, 환기 6.8%, 취사(인덕션쿠커) 4.2%, 조명 1.8%, 냉방(전기히트펌프) 0.2% 순으로 나타났다. 2. 분석 제로에너지주택의 연간 태양광 발전량은 11,435 kWh이며, 일평균 발전성능은 3.6 kWh/kWp·day이며, 지붕일체형 태양광발전시스템을 통해 연간 115.7 kWh/㎡·yr의 전기를 생산한다. 분석대상은 연간 37.2 kWh/㎡·yr의 전기를 생산하는 플러스에너지 주택이다. 연간 주택의 누적 에너지밸런스는 3,767.1kWh 로 나타났다. 3. 단열재 두께변화에 따른 연간 에너지 소요량 및 적정 PV용량은 7,339kWh, 5.59kWp(200mm단열재), 7,526kWh, 5.73kWp(150mm단열재), 7,526kWh, 5.44kWp(150mm단열재)이다. 단열재 두께가 증가함에 따라 단열성능이 향상되어 냉·난방 에너지 소요량이 감소하는 것으로 분석되었다. 4. 창호성능에 따른 연간 에너지 소요량 및 적정 PV용량은 7,339kWh, 5.59kWp(열관류율 0.5W/㎡·℃), 7,392kWh, 5.63kWp(열관류율 0.8W/㎡·℃), 7,430kWh, 5.66kWp(열관류율 01.0W/㎡·℃) 이다. 창호의 열관류율이 증가함에 따라 동절기 내부 발열 요소에 의해 획득된 열의 외부 손실이 증가하여 난방 에너지 소요량이 증가하며, 창호의 열관류율이 감소함에 따라 내부발열 요소에 의해 획득된 열의 외부 손실이 증가하여 냉방 에너지 소요량이 감소하는 것으로 분석되었다. 5. 기밀성능에 따른 연간 에너지 소요량 및 적정 PV용량은 7,339kWh, 5.59kWp(기밀성능 0.05ACH), 7,555kWh, 5.75kWp(기밀성능 0.15ACH), 7,769kWh, 5.92kWp(기밀성능 0.25ACH) 이다. 침기회수가 증가함에 따라 동절기 외기온과 실내온도의 온도차가 증가하여 난방 에너지 소요량이 증가하는 것으로 분석되었다. 6. 설비시스템 구성에 따른 연간 에너지 소요량 및 적정 PV용량은 7,339kWh, 5.59kWp(ASHP + EHP), 6,866.5 kWh, 5.23kWp(GSHP), 12,566.1 kWh, 9.57kWp(EHB + EHP)이다. 지열원식 히트펌프 냉·난방 시스템(GSHP), 공기열원식 히트펌프 난방 시스템(ASHP)과 전기 히트펌프 냉방 시스템(EHP), 공기열원식 히트펌프 난방 시스템(ASHP)과 전기 히트펌프 냉방 시스템(EHP)순으로 건물로 투입되는 냉·난방 에너지 소요량이 적게 나타난다.
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. 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. 국·내외 제로에너지주택에 관한 연구동향을 보면 거주자가 없는 특정한 조건이거나 시뮬레이션에 한정되어있어 제로에너지 주택의 구현가능성에 대한 실증사례로 보기는 어렵다. 본 연구에서는 현 수준에서 100% 에너지자립율 및 플러스 에너지를 구현한 제로에너지 단독주택을 대상으로 장기 실측 자료를 분석하여, 주택의 소비 분야(난방, 급탕, 취사, 냉방, 기기, 조명, 환기)별 에너지소비량 및 구성비, 지붕일체형 태양광발전시스템의 발전량 및 성능 분석을 수행하고 이를 바탕으로 최적의 신재생에너지 및 설비시스템을 구성을 도출해 내기위해 Parametric Study를 진행하였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 2차 에너지 기준 분석 제로에너지주택의 연간 소비량은 7,668 kWh이며, 원단위는 78.5 kWh/㎡·yr이다. 소비 구성에 따른 원단위 구성비를 살펴보면 난방(공기열원히트펌프, 발열유리)이 42.3%로 가장 높았으며 급탕(보조열원) 17.7%, 기기(전열) 15.1%, 기타(정화조, 외부블라인드, 모니터링) 11.9%, 환기 6.8%, 취사(인덕션쿠커) 4.2%, 조명 1.8%, 냉방(전기히트펌프) 0.2% 순으로 나타났다. 2. 분석 제로에너지주택의 연간 태양광 발전량은 11,435 kWh이며, 일평균 발전성능은 3.6 kWh/kWp·day이며, 지붕일체형 태양광발전시스템을 통해 연간 115.7 kWh/㎡·yr의 전기를 생산한다. 분석대상은 연간 37.2 kWh/㎡·yr의 전기를 생산하는 플러스에너지 주택이다. 연간 주택의 누적 에너지 밸런스는 3,767.1kWh 로 나타났다. 3. 단열재 두께변화에 따른 연간 에너지 소요량 및 적정 PV용량은 7,339kWh, 5.59kWp(200mm단열재), 7,526kWh, 5.73kWp(150mm단열재), 7,526kWh, 5.44kWp(150mm단열재)이다. 단열재 두께가 증가함에 따라 단열성능이 향상되어 냉·난방 에너지 소요량이 감소하는 것으로 분석되었다. 4. 창호성능에 따른 연간 에너지 소요량 및 적정 PV용량은 7,339kWh, 5.59kWp(열관류율 0.5W/㎡·℃), 7,392kWh, 5.63kWp(열관류율 0.8W/㎡·℃), 7,430kWh, 5.66kWp(열관류율 01.0W/㎡·℃) 이다. 창호의 열관류율이 증가함에 따라 동절기 내부 발열 요소에 의해 획득된 열의 외부 손실이 증가하여 난방 에너지 소요량이 증가하며, 창호의 열관류율이 감소함에 따라 내부발열 요소에 의해 획득된 열의 외부 손실이 증가하여 냉방 에너지 소요량이 감소하는 것으로 분석되었다. 5. 기밀성능에 따른 연간 에너지 소요량 및 적정 PV용량은 7,339kWh, 5.59kWp(기밀성능 0.05ACH), 7,555kWh, 5.75kWp(기밀성능 0.15ACH), 7,769kWh, 5.92kWp(기밀성능 0.25ACH) 이다. 침기회수가 증가함에 따라 동절기 외기온과 실내온도의 온도차가 증가하여 난방 에너지 소요량이 증가하는 것으로 분석되었다. 6. 설비시스템 구성에 따른 연간 에너지 소요량 및 적정 PV용량은 7,339kWh, 5.59kWp(ASHP + EHP), 6,866.5 kWh, 5.23kWp(GSHP), 12,566.1 kWh, 9.57kWp(EHB + EHP)이다. 지열원식 히트펌프 냉·난방 시스템(GSHP), 공기열원식 히트펌프 난방 시스템(ASHP)과 전기 히트펌프 냉방 시스템(EHP), 공기열원식 히트펌프 난방 시스템(ASHP)과 전기 히트펌프 냉방 시스템(EHP)순으로 건물로 투입되는 냉·난방 에너지 소요량이 적게 나타난다.
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