세계 각국에서는 기후변화로 인한 전 지구적 위기를 극복하기 위하여 인간의 활동으로 배출되는 탄소의 양과 탄소 흡수원이 흡수하는 양 사이의 평형을 맞추어 이산화탄소 순배출량이 ‘0’이 되는 탄소중립사회를 조성하기 위해 노력하고 있다. 우리나라도 세계 14번째로 2050 탄소중립 이행을 법제화하였고 탄소중립 시나리오를 통해 탄소중립의 미래상과 부문별 전환내용을 구체화하였다. 건물·도시부문에서는 제로에너지건축과 신재생에너지 사용비중의 확대 및 제로에너지도시 구현을 통한 온실가스 배출량 감축을 추진하고 있다. 제로에너지도시는 도시계획 단계에서 도시 내 사용될 에너지를 분석하여 ...
세계 각국에서는 기후변화로 인한 전 지구적 위기를 극복하기 위하여 인간의 활동으로 배출되는 탄소의 양과 탄소 흡수원이 흡수하는 양 사이의 평형을 맞추어 이산화탄소 순배출량이 ‘0’이 되는 탄소중립사회를 조성하기 위해 노력하고 있다. 우리나라도 세계 14번째로 2050 탄소중립 이행을 법제화하였고 탄소중립 시나리오를 통해 탄소중립의 미래상과 부문별 전환내용을 구체화하였다. 건물·도시부문에서는 제로에너지건축과 신재생에너지 사용비중의 확대 및 제로에너지도시 구현을 통한 온실가스 배출량 감축을 추진하고 있다. 제로에너지도시는 도시계획 단계에서 도시 내 사용될 에너지를 분석하여 에너지 소비량은 줄이고 에너지 생산량은 높여서 외부에서 공급되는 에너지를 최소화할 수 있는 도시를 의미한다. 도시의 에너지효율성을 평가하기 위한 제도 및 규정은 아직 초기단계로 현재로서는 제로에너지건축물 인증제도의 에너지자립률 산정식을 확장하여 건축물과 도시인프라의 1차에너지 소비량과 생산량의 총량을 합산하여 도시의 에너지자립률을 산정하는 것이 합리적인 방안이라 할 수 있다. 본 논문에서는 새로운 에너지소비량·생산량의 예측방법을 제안하여 제로에너지도시의 기초계획 작성을 효율화하고 에너지 공급방식에 따른 경제성 분석을 통해 최적화 방안을 제안하여 제로에너지도시 계획방식을 개선하고자 하였다. 이를 위해 제로에너지도시 1차에너지 소비량과 생산량 추정을 위한 통계기반 산정방식을 제안하고, 에너지 수요와 공급 균형을 고려한 On-Site 모델과 Off-Site 모델을 비교하여 최적화 방안을 제시하였다. 첫째, 제로에너지도시 정량적 목표로 활용되는 에너지자립률은 도시전체 1차에너지 소비량에서 1차에너지 생산량이 차지하는 비율로 나타낼 수 있으며, 1차에너지 소비량을 추정하기 위해서는 건축물과 도시기반시설의 연면적을 산출할 수 있어야 한다. 건축물의 연면적은 건축물에서 각 층의 바닥면적의 합계로 최대 건축 가능규모는 국토계획법에서 규정하고 있는 최대 용적률에 의해 정해진다. 법정허용 최대용적률과 건축물 배치에 따른 방식으로 산출한 연면적과의 비교를 통해 특이점을 보이는 공동주택, 학교와 위험물처리시설에 대해서는 계수 및 평균 용적률을 적용할 것을 제안하였다. 공용부분면적이 큰 공동주택은 한국부동산원의 K-APT 자료와 회귀분석을 활용하여 주거전용면적 산정을 위한 계수를 산출하였고 학교와 위험물처리시설에 대해서는 사례조사를 통해 평균 용적률을 산출하였다. 둘째, ECO2 프로그램은 제로에너지건축물 인증 용도로 개발되어 상세한 건축물 정보의 입력이 필요하다. 제로에너지도시의 1차에너지 소비량 추정을 위해 기존방식에서는 건축물 용도별 표준모형과 ECO2 프로그램을 활용하여 단위면적당 1차에너지 소비량을 산출하게 된다. 그러나 기존 방식은 표준모형 선정에서부터 프로그램 입력·출력 결과 도출까지 많은 인력 이 투입되고 긴 기간이 소요되어 효율적이지 못하다. 본 논문에서 새로이 제안한 통계기반 산정방식은 건물에너지사용량 통계를 활용하여 건축물 용도 및 지역별로 1차에너지 소비량을 산출할 수 있다. 또한, 기존방식과는 다르게 전열(콘센트)부하가 포함된 1차에너지 소비량도 산출할 수 있어 실질적으로 넷제로(Net-Zero) 달성이 가능한 제로에너지도시 계획에 기초자료를 제공할 수 있다고 판단된다. 셋째, 건축물 옥상을 활용하여 태양광발전설비를 설치할 경우 20% 수준의 도시 내 에너지자립률을 확보할 수 있는 것으로 분석되었다. 에너지자립률 목표가 높을수록 대지 내에서 신재생에너지 생산하는 On-Site 모델보다는 대지 외에서도 신재생에너지를 생산하는 Off-Site 모델이 경제적으로 유리한 것으로 분석되었다. 에너지자립률이 높아질수록 월별 수요와 공급 균형에서 수요보다 공급이 많아지므로 잉여에너지 발생에 대한 고려가 필요하다. 에너지자립률이 40% 이상일 경우 Off-Site 모델의 적용을 적극 고려하여, 잉여생산량이 계통과 연계하지 못하여 버려지거나 낮은 금액으로 판매되어 경제성이 저하되지 않도록 계획되어야 한다. 에너지자립률이 높아질수록 잉여생산량이 급격히 증가하므로 에너지거래 등의 해결방안이 마련되어야 할 것으로 보인다. 넷째, 1차에너지 생산량을 순생산량 기준으로 분석할 경우는 에너지자립률이 높아질수록 에너지소비량 대비 최대 5% 수준의 잉여생산량이 발생하는 것으로 나타났으며 실제생산량 기준으로는 최대 230% 수준까지 증가하는 것으로 나타났다. 1차에너지 생산량은 제로에너지건축 인증제도와의 연계성 측면에서 순생산량을 적용하여 에너지자립률을 산정하되 에너지 수요ㆍ공급의 균형을 위해서는 실제생산량 기준으로 에너지 계통영향성을 평가하는 방안도 마련되어야 할 것으로 사료된다. 향후 계시별 요금제가 정착되고 시간대별 잉여생산량을 추정할 수 있다면 ESS의 활용도 고려해 볼 수 있을 것이다. 특히 일별 또는 시간대별 에너지사용량 통계자료가 활용될 경우 에너지 수급균형의 변동이 더 유동적으로 발생할 것으로 예측되어 ESS 등 에너지저장설비를 적용하는 최적화 연구의 중요성이 커질 것으로 예상된다. 또한 탄소중립을 위해 교통부문을 포함하는 제로에너지도시 분석방법론에 대한 연구가 필요하다.
세계 각국에서는 기후변화로 인한 전 지구적 위기를 극복하기 위하여 인간의 활동으로 배출되는 탄소의 양과 탄소 흡수원이 흡수하는 양 사이의 평형을 맞추어 이산화탄소 순배출량이 ‘0’이 되는 탄소중립사회를 조성하기 위해 노력하고 있다. 우리나라도 세계 14번째로 2050 탄소중립 이행을 법제화하였고 탄소중립 시나리오를 통해 탄소중립의 미래상과 부문별 전환내용을 구체화하였다. 건물·도시부문에서는 제로에너지건축과 신재생에너지 사용비중의 확대 및 제로에너지도시 구현을 통한 온실가스 배출량 감축을 추진하고 있다. 제로에너지도시는 도시계획 단계에서 도시 내 사용될 에너지를 분석하여 에너지 소비량은 줄이고 에너지 생산량은 높여서 외부에서 공급되는 에너지를 최소화할 수 있는 도시를 의미한다. 도시의 에너지효율성을 평가하기 위한 제도 및 규정은 아직 초기단계로 현재로서는 제로에너지건축물 인증제도의 에너지자립률 산정식을 확장하여 건축물과 도시인프라의 1차에너지 소비량과 생산량의 총량을 합산하여 도시의 에너지자립률을 산정하는 것이 합리적인 방안이라 할 수 있다. 본 논문에서는 새로운 에너지소비량·생산량의 예측방법을 제안하여 제로에너지도시의 기초계획 작성을 효율화하고 에너지 공급방식에 따른 경제성 분석을 통해 최적화 방안을 제안하여 제로에너지도시 계획방식을 개선하고자 하였다. 이를 위해 제로에너지도시 1차에너지 소비량과 생산량 추정을 위한 통계기반 산정방식을 제안하고, 에너지 수요와 공급 균형을 고려한 On-Site 모델과 Off-Site 모델을 비교하여 최적화 방안을 제시하였다. 첫째, 제로에너지도시 정량적 목표로 활용되는 에너지자립률은 도시전체 1차에너지 소비량에서 1차에너지 생산량이 차지하는 비율로 나타낼 수 있으며, 1차에너지 소비량을 추정하기 위해서는 건축물과 도시기반시설의 연면적을 산출할 수 있어야 한다. 건축물의 연면적은 건축물에서 각 층의 바닥면적의 합계로 최대 건축 가능규모는 국토계획법에서 규정하고 있는 최대 용적률에 의해 정해진다. 법정허용 최대용적률과 건축물 배치에 따른 방식으로 산출한 연면적과의 비교를 통해 특이점을 보이는 공동주택, 학교와 위험물처리시설에 대해서는 계수 및 평균 용적률을 적용할 것을 제안하였다. 공용부분면적이 큰 공동주택은 한국부동산원의 K-APT 자료와 회귀분석을 활용하여 주거전용면적 산정을 위한 계수를 산출하였고 학교와 위험물처리시설에 대해서는 사례조사를 통해 평균 용적률을 산출하였다. 둘째, ECO2 프로그램은 제로에너지건축물 인증 용도로 개발되어 상세한 건축물 정보의 입력이 필요하다. 제로에너지도시의 1차에너지 소비량 추정을 위해 기존방식에서는 건축물 용도별 표준모형과 ECO2 프로그램을 활용하여 단위면적당 1차에너지 소비량을 산출하게 된다. 그러나 기존 방식은 표준모형 선정에서부터 프로그램 입력·출력 결과 도출까지 많은 인력 이 투입되고 긴 기간이 소요되어 효율적이지 못하다. 본 논문에서 새로이 제안한 통계기반 산정방식은 건물에너지사용량 통계를 활용하여 건축물 용도 및 지역별로 1차에너지 소비량을 산출할 수 있다. 또한, 기존방식과는 다르게 전열(콘센트)부하가 포함된 1차에너지 소비량도 산출할 수 있어 실질적으로 넷제로(Net-Zero) 달성이 가능한 제로에너지도시 계획에 기초자료를 제공할 수 있다고 판단된다. 셋째, 건축물 옥상을 활용하여 태양광발전설비를 설치할 경우 20% 수준의 도시 내 에너지자립률을 확보할 수 있는 것으로 분석되었다. 에너지자립률 목표가 높을수록 대지 내에서 신재생에너지 생산하는 On-Site 모델보다는 대지 외에서도 신재생에너지를 생산하는 Off-Site 모델이 경제적으로 유리한 것으로 분석되었다. 에너지자립률이 높아질수록 월별 수요와 공급 균형에서 수요보다 공급이 많아지므로 잉여에너지 발생에 대한 고려가 필요하다. 에너지자립률이 40% 이상일 경우 Off-Site 모델의 적용을 적극 고려하여, 잉여생산량이 계통과 연계하지 못하여 버려지거나 낮은 금액으로 판매되어 경제성이 저하되지 않도록 계획되어야 한다. 에너지자립률이 높아질수록 잉여생산량이 급격히 증가하므로 에너지거래 등의 해결방안이 마련되어야 할 것으로 보인다. 넷째, 1차에너지 생산량을 순생산량 기준으로 분석할 경우는 에너지자립률이 높아질수록 에너지소비량 대비 최대 5% 수준의 잉여생산량이 발생하는 것으로 나타났으며 실제생산량 기준으로는 최대 230% 수준까지 증가하는 것으로 나타났다. 1차에너지 생산량은 제로에너지건축 인증제도와의 연계성 측면에서 순생산량을 적용하여 에너지자립률을 산정하되 에너지 수요ㆍ공급의 균형을 위해서는 실제생산량 기준으로 에너지 계통영향성을 평가하는 방안도 마련되어야 할 것으로 사료된다. 향후 계시별 요금제가 정착되고 시간대별 잉여생산량을 추정할 수 있다면 ESS의 활용도 고려해 볼 수 있을 것이다. 특히 일별 또는 시간대별 에너지사용량 통계자료가 활용될 경우 에너지 수급균형의 변동이 더 유동적으로 발생할 것으로 예측되어 ESS 등 에너지저장설비를 적용하는 최적화 연구의 중요성이 커질 것으로 예상된다. 또한 탄소중립을 위해 교통부문을 포함하는 제로에너지도시 분석방법론에 대한 연구가 필요하다.
In order to overcome the global crisis caused by climate change, countries around the world are striving to create a carbon-neutral society in which net carbon dioxide emissions become "0" in balance between the amount of carbon emitted by human activities and the amount absorbed by carbon absorptio...
In order to overcome the global crisis caused by climate change, countries around the world are striving to create a carbon-neutral society in which net carbon dioxide emissions become "0" in balance between the amount of carbon emitted by human activities and the amount absorbed by carbon absorption sources. Korea also legislated the implementation of 2050 carbon neutrality for the 14th time in the world, and through the carbon neutrality scenario, the future image of carbon neutrality and the transformation contents by sector were specified. In the building and urban sectors, greenhouse gas emissions are being reduced by expanding the proportion of zero energy building and renewable energy use and implementing zero energy guidance. Zero Energy City refers to a city that can minimize energy supplied from the outside by analyzing energy to be used in the city in the urban planning stage, reducing energy consumption and increasing energy production. The systems and regulations to evaluate urban energy efficiency are still in their early stages, and it is reasonable to calculate the city's energy self-sufficiency rate by adding up the total energy consumption and production of buildings and urban infrastructure. This paper proposes a new energy consumption and production prediction method to efficiently establish a master plan for zero energy cities, and improves the optimization plan through economic analysis according to the energy supply method. To this end, a statistical-based calculation method was proposed to estimate primary energy consumption and production in zero energy, and an optimization method was proposed by comparing the on-site model and the off-site model in consideration of energy supply and demand. First, the energy self-sufficiency rate used as a quantitative goal in zero energy can be expressed as the ratio of primary energy production to the total primary energy consumption of the city, and in order to estimate primary energy consumption, the total area of buildings and urban infrastructure must be calculated. The total floor area of a building is the sum of the floor area of each floor in a building, and the maximum construction possible size is determined by the maximum floor area ratio prescribed by the National Land Planning Act. It was proposed to apply the coefficient and average floor area ratio to apartment houses, schools, and dangerous property treatment facilities that show singularity through comparison with the maximum legal allowable floor area ratio and the total floor area calculated by the building arrangement. In the case of apartments with a large shared area, the housing area calculation coefficient was calculated through regression analysis using K-APT data from the Korea Real Estate Board and the average floor area ratio was calculated through case studies of schools and hazardous treatment facilities. Second, the ECO2 program was developed for the purpose of certification of zero energy buildings, and detailed building information needs to be input. In order to estimate the primary energy consumption of the zero energy city, the existing method calculates the primary energy consumption per unit area using the standard model and ECO2 program for each building use. However, the existing method is not efficient because it takes a long period of time and a lot of manpower is invested from selecting a standard model to deriving program input and output results. The statistics-based calculation method newly proposed in this paper can calculate the primary energy consumption by building use and region using building energy usage statistics. In addition, unlike the existing method, primary energy consumption including electric(outlet) loads can be calculated, which can provide basic data for the zero energy city plan that can actually achieve Net-Zero. Third, it was analyzed that when solar power generation facilities are installed using the roof of a building, a 20% energy self-sufficiency rate in the city can be secured. It was analyzed that the higher the energy self-sufficiency target, the more economically advantageous the off-site model that produces new and renewable energy outside the site is than the on-site model that produces new and renewable energy outside the site. As the energy self-sufficiency rate increases, supply exceeds demand in the monthly supply and demand balance, so it is necessary to consider the generation of surplus energy. Where the energy self-sufficiency rate is 40% or higher, the off-site model should be actively applied, and surplus production shall not be linked to the system and sold at a low amount, thus preventing the economic feasibility from being degraded. As the energy self-sufficiency rate increases, surplus production increases rapidly, so it seems that solutions such as energy transactions should be prepared. Fourth, as a result of analyzing primary energy production based on net production, it was found that as energy self-sufficiency increased, surplus production of up to 5% compared to energy consumption and up to 230% in terms of actual production. In terms of linkage with the zero energy building certification system, the energy self-sufficiency rate should be calculated by applying net production, but in order to balance energy demand and supply, a plan should be prepared to evaluate the energy system impact by actual production. If the rate system for each time period is established and surplus production for each time period can be estimated in the future, the use of ESS can also be considered. In particular, where statistical data on energy consumption by day or time are used, it is expected that the balance of energy supply and demand would change more flexibly, so it would become more important for optimization research to apply energy storage facilities, such as ESS. In addition, for the actual transition to a carbon-neutral city, it is necessary to study the analysis methodology of zero energy, including the transportation sector.
In order to overcome the global crisis caused by climate change, countries around the world are striving to create a carbon-neutral society in which net carbon dioxide emissions become "0" in balance between the amount of carbon emitted by human activities and the amount absorbed by carbon absorption sources. Korea also legislated the implementation of 2050 carbon neutrality for the 14th time in the world, and through the carbon neutrality scenario, the future image of carbon neutrality and the transformation contents by sector were specified. In the building and urban sectors, greenhouse gas emissions are being reduced by expanding the proportion of zero energy building and renewable energy use and implementing zero energy guidance. Zero Energy City refers to a city that can minimize energy supplied from the outside by analyzing energy to be used in the city in the urban planning stage, reducing energy consumption and increasing energy production. The systems and regulations to evaluate urban energy efficiency are still in their early stages, and it is reasonable to calculate the city's energy self-sufficiency rate by adding up the total energy consumption and production of buildings and urban infrastructure. This paper proposes a new energy consumption and production prediction method to efficiently establish a master plan for zero energy cities, and improves the optimization plan through economic analysis according to the energy supply method. To this end, a statistical-based calculation method was proposed to estimate primary energy consumption and production in zero energy, and an optimization method was proposed by comparing the on-site model and the off-site model in consideration of energy supply and demand. First, the energy self-sufficiency rate used as a quantitative goal in zero energy can be expressed as the ratio of primary energy production to the total primary energy consumption of the city, and in order to estimate primary energy consumption, the total area of buildings and urban infrastructure must be calculated. The total floor area of a building is the sum of the floor area of each floor in a building, and the maximum construction possible size is determined by the maximum floor area ratio prescribed by the National Land Planning Act. It was proposed to apply the coefficient and average floor area ratio to apartment houses, schools, and dangerous property treatment facilities that show singularity through comparison with the maximum legal allowable floor area ratio and the total floor area calculated by the building arrangement. In the case of apartments with a large shared area, the housing area calculation coefficient was calculated through regression analysis using K-APT data from the Korea Real Estate Board and the average floor area ratio was calculated through case studies of schools and hazardous treatment facilities. Second, the ECO2 program was developed for the purpose of certification of zero energy buildings, and detailed building information needs to be input. In order to estimate the primary energy consumption of the zero energy city, the existing method calculates the primary energy consumption per unit area using the standard model and ECO2 program for each building use. However, the existing method is not efficient because it takes a long period of time and a lot of manpower is invested from selecting a standard model to deriving program input and output results. The statistics-based calculation method newly proposed in this paper can calculate the primary energy consumption by building use and region using building energy usage statistics. In addition, unlike the existing method, primary energy consumption including electric(outlet) loads can be calculated, which can provide basic data for the zero energy city plan that can actually achieve Net-Zero. Third, it was analyzed that when solar power generation facilities are installed using the roof of a building, a 20% energy self-sufficiency rate in the city can be secured. It was analyzed that the higher the energy self-sufficiency target, the more economically advantageous the off-site model that produces new and renewable energy outside the site is than the on-site model that produces new and renewable energy outside the site. As the energy self-sufficiency rate increases, supply exceeds demand in the monthly supply and demand balance, so it is necessary to consider the generation of surplus energy. Where the energy self-sufficiency rate is 40% or higher, the off-site model should be actively applied, and surplus production shall not be linked to the system and sold at a low amount, thus preventing the economic feasibility from being degraded. As the energy self-sufficiency rate increases, surplus production increases rapidly, so it seems that solutions such as energy transactions should be prepared. Fourth, as a result of analyzing primary energy production based on net production, it was found that as energy self-sufficiency increased, surplus production of up to 5% compared to energy consumption and up to 230% in terms of actual production. In terms of linkage with the zero energy building certification system, the energy self-sufficiency rate should be calculated by applying net production, but in order to balance energy demand and supply, a plan should be prepared to evaluate the energy system impact by actual production. If the rate system for each time period is established and surplus production for each time period can be estimated in the future, the use of ESS can also be considered. In particular, where statistical data on energy consumption by day or time are used, it is expected that the balance of energy supply and demand would change more flexibly, so it would become more important for optimization research to apply energy storage facilities, such as ESS. In addition, for the actual transition to a carbon-neutral city, it is necessary to study the analysis methodology of zero energy, including the transportation sector.
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