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문제 정의
- 이에 본 연구는 오피스텔 모델건물에 단판 및 복층, 3 중, 4중 다층유리창을 적용하고 연간 냉난방 에너지부하 시뮬레이션을 수행한 다음 각종 다층유리창의 생애주기 비용(Life Cycle Cost)을 비교 분석하고자 한다.
제안 방법
- 각종 비교 대상 유리창의 초기투자비와 운영에너지비 용 현가를 합산한 후 생애주기비용을 분석하였다.
- 그리고 적용 창틀은과 같이 간단 구조로 하였다.
- 또한 각종 비교 대상 유리창의 단순 열성능 비교를 위 하여 WINDOW5를16)이용, 각각의 열관류율(U-value)을 산정하였다.<표 4>는 본 연구의 비교대상 유리창의 종 류 및 열관류율을 나타낸다.
- 이러한 운영 에너지비용 현가 산정에 필요한 각종 자 료를 위 식 (1)에 대입하여 20년간의 운영 에너지비용 현가를 산정하였으며, 의 초기투자비를 더하여 생 애비용은 산정하였다.
- 일반적인 난방기간으로 볼 수 있는 11월 11일부터 4 월 5일까지의 비교대상 유리창별 연간 난방열원 에너지 부하26를 시뮬레이션하고 출력을 비교하였다.
- 일반적인 냉방기간으로 볼 수 있는 6월 11일부터 9월 18일까지의 비교대상 유리창별 해석모델의 연간 냉방열 원 에너지부하를 시뮬레이션하고24)출력을 비교하였다. Air(6, 6)을 기준하여 Air(6, f, 6)의 냉방부하는 89.
- <표 8>의 연간 냉방용 전력소모량에 전력단가33)를 연 산하여 유리창별 기간 냉방전력비용을 산정하였다. 전력 단가는 월 전력소모량을 200(kW/월)로 추정하여 810(원 /kW)을 일괄 적용하였다.
대상 데이터
- 이 프로 그램은 미에너지성에서 DOE-H와 BLAST를 기반으로 업 그레이드한 것으로 유리창의 적외선과 자외선 차단, 실 내 장파장 반사 등의 열성능을 상세하게 해석할 수 있는 것으로 확인되었다.2。)한편 현재 EnergyPlus를 지원 할 수 있는 '시각별 서울 표준기상데이터 파일'이 없는 것으로 조사되어, 부득이 본 연구는 2003년 서울 기상파 일을 이용하였다.긔)
- 공조설비 용량계산을 위한 설계기준일 자료는 국내의 공조설비설계조건(TAC 2.5%)으로 입력하였으며, 불투명 재료는 해석모델 설계도서에 의하였다. 해석모델 건물의 방위는 방위별 건물의 에너지소모가 낮다고 알려진 정남 향으로 입력하여 가장 낮은 공조부하 변위를 적용하였으 며, 기타 변수들은 해석모델 건물의 설계도에 의하였다.
- 그리고 실내 열취득변수로 세대 당 실내 재실자 5명, 냉장고 1 kW, TV 0.5 kW 2대, 조명부하 25 W/m2, 컴퓨 터 부하 0.2 kW 2대를 입력18)하였는데, 이러한 해석모델 에 관한 제반 제원은 최근 건립되고 있는 S오피스텔의 평면과 입면을 참조하였다.
- 본 연구는 유리창 구조의 열성능 비교를 목적으로 단판, 복층 유리창(투명유리) 및 3중, 4중 구조 유리창을 비교분석 대상으로 하였는데, 3중 및 4중 유리창에는 투 명유리로만 구성된 것과 Low-e필름을 적용 한 것(4중에 는 2겹 적용), 복층 . 3중 .
- 해석모델 건물은 세대 당 40평 내외의 도심 오피스텔 로 RG조, 지상 25층, 150세대, 연면적 21, 000(m2), 개별 PAC 및 가스보일러를 갖춘 1개 동으로 설정하였다. 이 의 외벽은 알미늄 복합패널 3mm, 강판 샌드위치패널 50 mm, 경 량ALC블록 150 mm, 석고보드 101 2겹으로 설정하였다.
- 크 립톤. 크세논을 각각 주입한 것을 더하여 총 15종의 샘 플유리창을 선정하였다. 그리고 적용 창틀은<그림 1>과 같이 간단 구조로 하였다.
- 해석모델 건물은 세대 당 40평 내외의 도심 오피스텔 로 RG조, 지상 25층, 150세대, 연면적 21, 000(m2), 개별 PAC 및 가스보일러를 갖춘 1개 동으로 설정하였다. 이 의 외벽은 알미늄 복합패널 3mm, 강판 샌드위치패널 50 mm, 경 량ALC블록 150 mm, 석고보드 101 2겹으로 설정하였다.
이론/모형
- 본 연구는 현가(PV; Present value)법에 따랐으며, 건 물의 생애주기는 20년27)으로 하였다. 생애주기 변수 가 운데 할인율은 현재의 평균 시중금리를 참조하였으며, 물 가상승률은 과거 10년간 평균 에너지가상승률28)을 참조 하였다.
- 비교대상 각종 유리창의 연간 냉난방부하 시뮬레이션 은 EnergyPlus(V. 1.2.2)프로그램을 이용하였다】이. 이 프로 그램은 미에너지성에서 DOE-H와 BLAST를 기반으로 업 그레이드한 것으로 유리창의 적외선과 자외선 차단, 실 내 장파장 반사 등의 열성능을 상세하게 해석할 수 있는 것으로 확인되었다.
- 본 연구는 현가(PV; Present value)법에 따랐으며, 건 물의 생애주기는 20년27)으로 하였다. 생애주기 변수 가 운데 할인율은 현재의 평균 시중금리를 참조하였으며, 물 가상승률은 과거 10년간 평균 에너지가상승률28)을 참조 하였다. 일반적으로 건물의 유리창 수선비는 그리 많지 않음에 따라 유리창의 유지관리비용은 고려치 않았으며, 유리창은 재이용이 가능한 재료로 보아 폐기비용도 고려 치 않았다.
성능/효과
- (1) WINDOWS 프로그램에 의하여 산정된 비교대상 유리창의 열관류율(W/m2K)은 S(6) 5.785, Air(6, 6) 2.896, Kry(6, f, 6) 0.867, Kry(6, f, f, 6) 0.488로 나타났다. 이러한 점은 오피스텔과 같이 창면적비가 높은 건물의 외피 열 성능 개선에 있어서 3중, 4중 다층유리창이 우수한 대안 임을 나타낸다고 할 수 있다.
- (2) 해석모델별 연간 냉난방 열원부하 시뮬레이션 출력 에 의하면, Kry(6, f, 6)과 Ky(6, f, f, 6)은 Air(6, 6)에 비하여 연간 냉방열원부하 저감율이 10.4%, 13.5%로 나타났고, 연간 난방열원부하 저감율이 8.3%, 9.0%로 나타났다. 이 에 따라 로이필름과 크립톤을 적용한 3중, 4중 다층유리 창을 오피스텔 외피에 설치한다면 연간 10% 내외의 냉 난방에너지 절감효과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
- (3) 유리창별 제작비를 비교한 결과 Air(6, 6)를 기준으 로 Kry(6, f, 6)은 2배, Kry(6, f, f, 6)은 3배 정도 수준이지만 유리창의 제작비는 20년간 건물 운영에너지비용(현가)의 2%내외였으므로 전체 LCC에 미치는 영향은 미미하다 할 수 있다. 유리창별 연간 운영에너지 비용을 비교한 결과 Kry(6, f, 6)과 K0, f, f, 6)은 Air(6, 6)에 비하여 각각 9.
- (4) 크세논을 주입한 다층유리창은 우수한 열저항 성능 에도 불구하고 높은 초기투자비에 의하여 아르곤과 크립 톤 주입 다층 유리창보다 약 2% 높은 LCC를 보이고 있 는데, 이는 생애주기비용 측면에서 크세논이 아르곤과 크 립톤보다 덜 경제임을 나타내고 있다.
- 5%의 저감율을 나타내었다. Kry(6, f, 6)과 Kry(6, f, f, 6) 의 LCC20은 Air(6, 6)에 비하여 각각 9.3%, 11.4% 낮게 나타났으므로 로이필름과 크립톤을 적용한 3중, 4중 다 층유리창을 오피스텔에 설치할 경우 10%내외의 경제적 이익을 얻을 수 있을 것으로 보이며, 최근의 에너지가격 급등 추세를 감안한다면 이보다 다소 높은 경제적 이익 을 얻을 수 있을 것으로 예상된다.
- 각종 비활성기체 주입 다층유리창의 LCC는 공기주입 다층유리창과 비교하여 거의 차이가 없는 것으로 나타났 다. 이는 첫째, 비활성기체 주입 다층유리창들이 공기주 입 다층유리창에 비하여 2〜5%의 난방부하 저감을 이끌 었음에도 불구하고 냉방부하는 저감하지 못하였기 때문 이며 둘째, 에너지 원단위 당 전력비 단가가 도시가스 단가보다 훨씬 높기 때문으로 판단된다.
- 이는 다층유리창에 적용된 Low-e필름의 일사차단 및 단열성능 향상에 의한 냉난방 부하 저감에 따른 것으로 볼 수 있다. 그러므로 Low-e 필름을 적용한 삼중, 사중유리창을 오피스텔에 적용할 경 우 9-11% 가량의 LCC 저감효과를 볼 수 있을 것으로 사료된다.
- 한편 크립톤과 크세논을 주입한 다층유리창은 공기주입 유리창보다 5-7% 난방부하 저감 효과가 있는 것으로 나타났다. 그리고 비활성기체 주입 3, 4중 다층 유리창은 Air(6, 6)에 비하여 9-10% 난방부하 저감효과가 있는 것으로 나타났는데, 이는 로이필름이 실내 일사취 득을 저해하더라도 심야 기온 급강하 시간대 열손실 저 감 효과가 높음에 기인하는 것으로 판단된다.
- 초기투자비는 유리창별 제조비용만을 고려하였는데, 유 리창별 부재 및 조립 인건비를 조사하여 제조가격을 산 정하였다29-32). 유리창의 제조비용에 가장 큰 변수는 주입 기체인 것으로 나타났고 그 다음으로 로이필름인 것으로 나타났다.
- 2)프로그램을 이용하였다】이. 이 프로 그램은 미에너지성에서 DOE-H와 BLAST를 기반으로 업 그레이드한 것으로 유리창의 적외선과 자외선 차단, 실 내 장파장 반사 등의 열성능을 상세하게 해석할 수 있는 것으로 확인되었다.2。)한편 현재 EnergyPlus를 지원 할 수 있는 '시각별 서울 표준기상데이터 파일'이 없는 것으로 조사되어, 부득이 본 연구는 2003년 서울 기상파 일을 이용하였다.
- 9%높게 나타났는데, 이는 로이필름이 실내 일사취득을 저해하여 나타난 것으로 볼 수 있다. 한편 크립톤과 크세논을 주입한 다층유리창은 공기주입 유리창보다 5-7% 난방부하 저감 효과가 있는 것으로 나타났다. 그리고 비활성기체 주입 3, 4중 다층 유리창은 Air(6, 6)에 비하여 9-10% 난방부하 저감효과가 있는 것으로 나타났는데, 이는 로이필름이 실내 일사취 득을 저해하더라도 심야 기온 급강하 시간대 열손실 저 감 효과가 높음에 기인하는 것으로 판단된다.
후속연구
- 0%로 나타났다. 이 에 따라 로이필름과 크립톤을 적용한 3중, 4중 다층유리 창을 오피스텔 외피에 설치한다면 연간 10% 내외의 냉 난방에너지 절감효과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
- 6% 높게 나타 났다. 이는 모델 건물의 높은 창문비율, 커튼월 외피구조 등 부하 상승요인과 서울기상파일 사용23에 의한 차이로 볼 수 있는데, 이러한 점들을 고려해 볼 때 본 연구의 에너지 시뮬레이션 결과는 유리창별 생애주기비용 분석에 이용할 수 있을 것으로 사료된다.
- 이러한 경량의 3중, 4중 유리창을 오피스텔 등 유리창 이 넓은 건물에 적용한다면 외피의 고정하중 증가를 줄 이면서 커튼월의 일사차단 및 열저항 성능을 개선시킬 수 있을 것으로 보인다. 반면 이의 높은 초기투자비용은 적용을 기피케 하는 요인이므로 생애비용분석을 통한 효 과 분석이 요구된다고 할 수 있다.
- 마지막으로 본 연구는 전력냉방과 가스난방을 하는 서 울지역 정남향 오피스텔 모델의 에너지시뮬레이션에 의 하였으므로 3중, 4중 유리창을 실제 건물 적용할 경우의 생애주기비용 저감효과는 본 연구의 결과와 오차가 있을 수 있다. 이에 따라 향후 실제 건물의 사례연구를 통하 여 보다 정밀한 신기술 다층유리창 생애주기비용분석 연 구가 필요하다고 사료된다.
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