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문제 정의
- 따라서 본고에서는 많은 에너지 저감 요소 중 일반적으로 적용되는 항목을 대상으로 저감 효과를 분석하고, 에너지 소비 총량 1등급을 인증한 사례를 공유하여 저에너지 건축물 계획시 참고할 수 있는 자료로 제시하고자 한다.
- 본 고에서는 최근 이슈화되고 있는 친환경적 설계에서 일반적으로 적용되는 항목을 대상으로 저감 효과를 분석하고, 이러한 항목이 적용된 사례를 소개하여 보았다.
제안 방법
- Standard는 기준이 되는 Case이다. Case1과 Case2는 Standard에 비해 각각의 영향요소에 변화를 주어, 해당 영향요소의 에너지 저감비율을 분석하였으며, 건축물 향, 폐열회수, 공조방식의 경우에는 설정값의 종류에 따른 에너지 저감요소를 분석하였다. 일반적으로 Case1은 Standard Case에 비해 에너지 소비가 많을 것으로 예측되는 경우, Case2는 Standard Case에 비해 에너지 소비량이 적을 것으로 예측되는 경우로 설정하였으며, 설정값의 변화량이 동일 간격이 되도록 하였다.
- 그림 2, 표 4는 면적당 1차 에너지 소비량을 나타낸다. 냉방에너지는 냉각탑과 냉방에너지를 합하여 산출 하였으며, 반송에너지는 1차 에너지의 팬과 펌프에너지를 합하여 산출하였다.
- 에너지 저감요소들에 대해 비교대상이 될 Base Case는 타 과제의 사례조사 결과와 「에너지 절약 설계기준」를 참고하여, 일반적인 수준의 에너지 저감요소가 적용된 건축물로 선정하였다. 대안 Case는 에너지저감 요소별로 에너지가 증가할 것으로 예상되는 Case1과 저감될 것으로 예상되는 Case2 두 가지로 설정하였다.
- 또한, 대상 건축물 열원시스템에는 태양열 냉난방 및 급탕시스템과 우수·중수열원 히트펌프 시스템을 적용하여 친환경설비시스템을 구축하였다.
- 설정된 2가지 Case를 토대로 EnergyPlus 5.0을 사용하여 2차 에너지 소모량에 대한 결과를 얻고, 에너지원별 1차 에너지 환산계수(화석연료:1.1, 전기:2.75)를 적용하여 1차 에너지 소모량을 구하였다. 2차 에너지란 1차 에너지를 사용하기 쉬운 전력, 가솔린, 등유, 도시가스 등으로 바꾸어 공장과 일반가정에 공급된 에너지를 일컫는다.
- 평가범위는 ‘신축 업무용 건축물’에 대하여 건물 완공 전의 설계 도서에 근거하여 연간 단위면적당 1차 에너지 소요량을 산출하고 이에 따라 예비인증등급을 평가하였다.
대상 데이터
- 충청남도 본청 및 의회청사에는 에너지를 생산하는 신재생에너지 시스템을 적용하여 연간 소비되는 에너지 사용량에 일부를 대응하고 있다. 대상 건축물에 적용된 신재생에너지 시스템으로는 태양광 시스템, 태양열 시스템, 지열 시스템이 있으며, 적용 제원은 표 9와 같다.
- 대상 건축물에 적용된 주요 열원 시스템에는 난방·급탕열원에 지역난방이 사용되었으며, 냉열원으로는 흡수식냉동기가 사용되었다.
- 대상 건축물에 적용된 주요 열원 시스템에는 난방열원에 온수보일러가 사용되었으며, 급탕열원에 증기보일러, 냉방열원에 빙축열시스템이 사용되었다.
- 본고에서 소개하는 에너지 효율 1등급 사례는 예비인증등급 평가에서 1등급을 인증한 사례이다. 예비인증등급 평가 기준은 「건축물 에너지효율등급 인증규정(국토해양부고시 제2009-1306호, 지식경제부고시 제2009-329호 : 2009.
- 에너지 저감 요소로는 건물계획중 건물의 배치(건축물 향)와 공간구성(실내 천장고, 창면적비), 친환경 외피(벽체·유리 단열성능, 일사차폐계수)를 선정하였으며, 설비시스템계획중에서는 냉방(냉동기 효율)·난방(보일러 효율)·환기(공조방식, 폐열회수 시스템)·조명(조명에너지 밀도)를 선정하였다(표 1 참조).
- 충청남도 본청 및 의회청사의 에너지 효율 예비인증등급 평가는 한국건설기술연구원에서 진행하였으며, 대상 건축물의 연간 에너지 요구량 및 소요량, 최종 평가 결과는 표 10~표 13과 같다.
성능/효과
- VAV시스템은 부하에 따라 펌프와 팬의 속도를 제어함으로써 CAV시스템에 비해 반송동력과 냉난방에너지를 효과적으로 줄일 수 있었다.
- 대상 건축물 공조방식은 중앙공급방식으로 업무시설 계통에 VAV시스템이 적용되었으며, 풍량이 큰 로비 등의 계통에 폐열회수 시스템이 적용되어 건물 에너지 사용량을 최소화하였다.
- 대상 건축물 공조방식은 중앙공급방식으로 업무시설 계통에 VAV시스템이 적용되었으며, 풍량이 큰 로비 등의 계통에는 공조폐열이용 에코플라자 부하저감 시스템이 적용되어 건물 에너지 사용량을 최소화하였다.
- 대상건물은 벽면율이 50%이고, 유리의 열관류율은 외벽의 열관류율보다 크기 때문에 에너지 감소효과가 크게 나타났다. 유리의 열관류율은 실내외 온도차이가 큰 난방기간에 영향이 크게 나타났으며, Base Case 대비 난방26%, 냉방8%, 반송12% 저감효과가 있었다.
- Standard Case에서 조명에너지가 33%를 차지하고 있었다. 따라서 조명밀도 변화에 따라 조명에너지를 크게 저감할 수 있었으며, 또한 조명 부하 저감에 따라 냉방에너지와 반송에너지에서도 저감효과가 크게 나타났다.
- 유리의 종류 변화에 따른 분석 결과, 회색 유리가 일사 차단 효과가 우수하여 냉방에너지 감소효과가 가장 컸으나, 일사 차단으로 인해 난방에너지는 증가하는 경향이 있었다. 로이유리는 반사율이 높아 냉방, 난방에너지 저감에 있어 모두 효과적인 것으로 나타났다.
- 반면, 실내 층고, 외벽의 열관류율, 침기는 1%이하의 기여도를 나타내어, 에너지 저감효과가 미미한 것으로 나타났다.
- 대상건물은 벽면율이 50%이고, 유리의 열관류율은 외벽의 열관류율보다 크기 때문에 에너지 감소효과가 크게 나타났다. 유리의 열관류율은 실내외 온도차이가 큰 난방기간에 영향이 크게 나타났으며, Base Case 대비 난방26%, 냉방8%, 반송12% 저감효과가 있었다.
- 유리의 종류 변화에 따른 분석 결과, 회색 유리가 일사 차단 효과가 우수하여 냉방에너지 감소효과가 가장 컸으나, 일사 차단으로 인해 난방에너지는 증가하는 경향이 있었다. 로이유리는 반사율이 높아 냉방, 난방에너지 저감에 있어 모두 효과적인 것으로 나타났다.
- 현열회수의 경우 냉방에너지 저감효과는 미미하였으며, 난방에너지는 41% 저감하는 효과가 있었다. 전열회수는 냉방에너지 8%, 난방에너지 41% 저감하는 효과가 있었다. 냉방위주의 사무소에서는 전열회수가 효과적인 것으로 나타났다.
- 창 면적비는 25%의 기여도가 있었으며, 창 면적비는 일사부하 저감에 따라 냉방에너지와 반송에너지 저감효과가 큰 것으로 나타났다.
- 현열회수의 경우 냉방에너지 저감효과는 미미하였으며, 난방에너지는 41% 저감하는 효과가 있었다. 전열회수는 냉방에너지 8%, 난방에너지 41% 저감하는 효과가 있었다.
후속연구
- 따라서 이러한 환경에서 더욱 발전하기 위해서는 앞서 소개한 충남도청사·서울 신청사 등과 같은 저에너지 건축물이 많아져 에너지 사용량을 감소시켜 나가야 할 것이며, 저에너지 건축물 설계를 활성화하기 위한 정부의 다양한 정책과 지원이 필요할 것이다.
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