[논문]생태건축 0번지의 자연에너지 효과에 관한 연구

이시웅; 강병호; 임상훈; 최승희

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The Address No.0 of Eco-friendly Architecture offers unique experience for those who visit the place to envisage the future architecture where nature, human and building exist in harmony. It is open to the general public including the students of elementary and secondary schools. This house has been...

The Address No.0 of Eco-friendly Architecture offers unique experience for those who visit the place to envisage the future architecture where nature, human and building exist in harmony. It is open to the general public including the students of elementary and secondary schools. This house has been built to provide opportunities for the general public to experience eco-friendly architecture. It's floor area is 42 pyung($140m^2$) and the overall site has the area of 180 pyung($600m^2$). The following illustrates some of its prominent features : ${\bullet}$ Remodeling of a traditional Korean residence ${\bullet}$ Application of passive solar systems ${\bullet}$ Use of clerestory windows and daylighting systems(washroom and machine room) ${\bullet}$ Operation of solar water heaters with flat plate collectors ${\bullet}$ Construction of Biotop(small ecological world) ${\bullet}$ Water circulation for Biotop by photovoltaic(150W) and wind power(400W) generation ${\bullet}$ Outdoor hot water supplied by all-glass evacuated solar tubes. Through this Address No.0 of Eco-friendly Architeture conclusions are as followings. 1. The array of tubes in collector has the best nice in that the number of tube is nine and the tilt angle is the latitude $+20^{\circ}$. 2. The thermal performance of the all-glass solar vacuum collector was excellent than of the flate-plate solar collector. 3. The adaption of new small wind power systems to buildings were proved to produce a profit if it is considered the expense of environment improvement and the wind speed increasing according to rise of building hight.

주제어

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문제 정의

본 연구에서는 생태건축으로 건립된 한국최초의 생태건축인 생태건축 0번지의 자연에너지 효과에 관한 운전시험을 통하여 그 효과를 고찰하고자 하였다.
특히 청소년들에게는 태양열조리기 만들기, 풍력발전모형 만들기, 태양광자동차 만들기 등을 할 수 있다. 이러한 교육을 통하여 대체에너지에 대한 소중함과 생태건축에 대하여 일깨워 줄 수 있도록 하였다.

가설 설정

· 비오톱 물의 순환을 위한 펌프 설치. 이 펌프는 태양전지(150W)와 풍력발전(200W)으로 운영
· 생태건축 0번지(충남 금산군 복수면)의 1월중 시험 기간 동안 풍속은 표5. 그림12와 같다.
· 소형풍력발전의 경제성 분석은 주로 발전원가 비교법으로 진단하게 되는데 생태건축 0번지에서의 경우는 경제성이 낮은 편이다. 그러나 아파트의 옥상 위에 설치하면 경제성이 높아지고 고가의 외국 제품을 수입하지 않고 저렴한 국산제품을 사용하다면 더욱 경제성을 높일수 있다고 사료된다.
· 운전시험결과 충남지역에서 5kW 소형풍력발전기의 1일 평균 발전량이 4.65kw이므로 시간당 발전량은 194W 가 된다. 이 전력으로 소형 펌프를 가동시킬 수 있고 가정용 전구는 60kW 짜리 3개의 등을 점등할 수 있다.
· 태양전지 아래의 경사각은 35°, 방위각은 정남향으로 설치하여 150W의 발전을 한다.

제안 방법

∙에너지 효과 운전시험은 2003년 1월 15일부터 2월 14일 중에서 청명한 날을 택하여 오전 8시부터 오후5시까지 측정하였고, 집열판은 집열관을 6,7,8,9,10개로 조립하여 정남향으로 경사각도를 위도(대전지방36°)+0°, +10°, +20°, +30°로 설치하여 동시에 시험하였다.
∙에너지효과 시험은 2003년 1월 15일부터 2월 14일 중에서 청명한 날을 택하여 오전 8시부터 오후 5시까지 측정하였고, 집열관을 9개씩 배치하여 2개조로 제작하였다.
∙온수의 사용량은 하루당 120ℓ로 하였으며 Inlet(집열기 입구온도), Outlet(집열기 출구온도), 축열조 평균온도를 측정하였다. 그 결과는 그림7과 같이 9시30분부터 Outlet 온도가 현저히 상승하기 시작하여 오후 4시부터 축열조 온도와 동일하게 되며 피크는 15시에 68℃가 된다.
하지만 안방에서의 개방감을 줄 수 있으므로, 기존의 문을 활용하여 문을 열었을 경우는 개방감을 충분히 확보하고 문을 닫았을 때는 프라이버시를 보호하였다. 또한 낮에 안방문을 닫았을 때의 조도를 확보하기 위해 안방의 문에 창호지를 발라서 빛이 스며들도록 계획하였다. 욕실의 경우는 밖에서는 안이 들여다 보이지 않고 안에서 밖이 내다 보이는 특수 유리를 설치하였고, 밤일 때를 대비하여 밖에 전등을 달아 불을 안과 밖에서 켜짐으로 인한 눈부심으로 밖에서 안이 보이지 않도록 하였다.
이런 취지에서 기존에 있던 일자형 한옥을 없애지 않고 리노베이션하였다. 일자형 한옥을 중심으로 기존의 처마쪽으로 유리문과 복도를 만들었고, 기존의 한옥의 부엌을 방으로 개조하고, 옆쪽에 5평정도 되는 부엌을 조적조(1.0B)로 지었다. 이로 인하여 기존 건물을 없앨 시에 생길 수 있는 폐기물 발생을 최소한으로 줄이고 있다.

대상 데이터

소형풍력발전의 발전단가는 대형에 비해 약2∼3배가 되지만 설치장소의 제한이 적고 풍속이 적은 지방에 주로 설치된다. 생태건축 0번지는 연간 풍속이 적은 충청내륙 지역이므로 미국으로부터 수입한 5kW의 소형풍력발전기를 설치하였다.

성능/효과

1. 평판형 태양열 집열기의 운전시험 결과 집열관 9개를 집열판 1장에 조립하여 제작할 때 집열성능이 우수하게 나타났다. 또한 경사각도는 위도+20°로 했을 때 가장 우수하였다.
2. 진공관 태양열 집열기의 에너지 효과는 평판형 집열기보다 진공식 집열기의 축열조 온도가 7℃ 높아 진공식 태양열 집열기의 축열 효과가 우수한 것으로 나타났다.
3. 5kW의 소형 풍력 발전기의 1일 평균 발전량은 4,641kW (194Wh)로 나타나 일반 전기에 비하여 경제성이 낮은 것으로 나타났으나 계속 발전시키면 희망적이고, 소음은 최고치가 53dB로 나타나 주변 주거지역에 큰 소음장애를 일으키지 않는 것으로 판단된다.
· 대형 풍력발전의 경우 발전단가는 기존의 화석연료에 의한 다른 발전방식에 비해서 충분한 경쟁력을 갖는다. 소형풍력발전의 발전단가는 대형에 비해 약2∼3배가 되지만 설치장소의 제한이 적고 풍속이 적은 지방에 주로 설치된다.
이로 인하여 기존 건물을 없앨 시에 생길 수 있는 폐기물 발생을 최소한으로 줄이고 있다. 그리고 시공시에 생기는 폐기물들은 되도록 활용함으로써 건축폐기물로 인하여 환경이 파괴되는 것을 최소화 하였고 그렇게 함으로서 건축비(평당 110만원)를 절감할 수 있었다.
· 한국에너지 기술 연구원 연구결과에 의하면 방위각이 0°인 정남향이고 경사각이 30°±5일 때 연간 발전 성능이 가장 양호하다. 또한 계절별로는 4월에서 9월까지의 하절기에는 경사각이 30보다 작을 때 발전성능이 최대이고 10월부터 3월까지의 동절기에는 경사각 30°보다 클 경우 발전가능성이 좋았다. 경사각을 3월과 9월에 즉 년 2회 정도 조정하면 연간 발전량이 3∼5%정도 개선된다고 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	건축 생태학이란 무엇인가?	건축 생태학이란 건축에 내재되어 유추할 수 있는 것을 생태학적 개념으로 이해하고 인간생활과 지속적으로 상호보완적인 관계를 형성함으로써, 일종의 생태계를 이루는 것이다. 건축환경을 다루는데 있어 인간적 요소가 건축의 디자인과 구조 등의 측면에 어떠한 영향을 미쳤으며 그 밖의 건물디자인에 영향을 미치는 환경요인, 즉 부동산의 개발, 과학적 연구 보고, 교육 등의 역할을 알아보고 각 정부기관, 경제 주체, 가정은 이러한 물질 제도적 자원에 대한 의사결정을 어떻게 해야 하는 지를 논하고 있다.
	생태건축 0번지는 무엇인가?	생태건축 0번지는 미래건축의 대안인 생태건축에 대하여 일반인이나 학생들에게 생태건축에 대한 교육과 홍보를 함과 동시에 직접 체험해보는 생태건축 체험관이다.
	생태건축 0번지의 특징은 무엇인가?	· 기존의 한옥 건물을 리모델링 · 자연형태양열 시스템 도입 · 천창 설치 및 욕실과 기계실에 자연채광 시스템 적용 · 급탕은 태양열을 이용한 평판형 집열기를 설치하여 운영 · 비오톱(소생태계) : 연못 조성 · 비오톱 물의 순환을 위한 펌프 설치. 이 펌프는 태양전지(150W)와 풍력발전(200W)으로 운영 · 침실바닥은 한지 및 콩기름으로 마감하여 최대한 자연을 보호 이와 같이 최대한 자연을 이용하면서 보호하려고 노력하였다.

참고문헌 (17)

임상훈, 이시웅 이점우 생태건축 고원출판사 2001년
임상훈, 이시웅, 박철민 자연친화건축 고원출판사 2002년
임상훈, 이시웅, 김정태, 생태건축론, 고원출판사 2003년
박진철, 경남호, 공동주택에서의 소형풍력발전 시스템 적용에 관한 연구, 태양에너지학회 논문집, 23권 2호, 2003.6. p.p.21-34
모종근외 3인, 평판형 태양열 집열판의 집열관 온도분포 특성 태양에너지학회 논문집 19권 3호, 1999.9. p.p.85-92
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부준홍외 1인 학관 응축부를 갖는 진공관형 태양열 집열기용 히트파이프 성능 비교 연구, 태양에너지 학회 논문집, 22권 4호, 2002.12. p.p.18-25
현준호, 천원기, 진공관식 태양열 집열튜브의 열성능 비교 분석, 태양에너지학회 논문집 23권 3호, 2003.9. p.p.15-25
소정훈회 2인, 시뮬레이션에 의한 PV 시스템 설치방식의 최적설계에 관한 연구, 태양에너지학회 논문집 23권3호, 2003.9 p.p.1-6
地球環境住居硏究會環境共生住宅計劃 , 建築編ケイブン出版(株) 1994年
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Judy Corbett, Micheal Corbett, 'Designing sustainable communities learning from village homes', Island Press
Timothy Beatley, 'Green urbanism - Learning from European cities', Island Press
Laura C, Zeiber, 'The Ecology of Architecture', whitney Library of Design, 1996
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Crosibie, Michael. Green Architecture : A Guide to Sustainable Design. Washington, DC : AIA Press, 1994
Dodge, Sue E. 'Green by Design,' National Parks Magazine. September/ October 1994

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