[논문]창호 구성 요소에 따른 난방에너지 절감율 예측에 관한 연구-공동주택을 중심으로

김경아; 문현준; 유기형

doi:10.7836/kses.2013.33.6.054

문제 정의

주거용 건물의 난방요구량 계산 방법으로서 ISO 9164에서도 가변난방도일법을 채택하고 있으며 많은 선진국에서도 이 평가 방법을 기초로 하여 에너지 평가 기법들을 운용하고 있다.따라서 본 연구에서는 가변난방도일법에 따른 난방부하를 평가하고자 한다.
본 논문은 공동주택의 중소규모의 창호의 열관류율과 차폐계수 및 창면적비가 난방부하에 미치는 영향을 분석하여 이를 통해 난방에너지 절감율을 예측하였다.이상의 연구 결과에서 알 수 있듯이 가변난방도일법에 의한 난방부하 계산으로 건축물에너지효율등급평가시 창호의 성능에 따른 난방 에너지 절감율을 예측하여 외피 설계시에 기초 자료로 활용할 수 있으며 창호의 성능에 따른 외피 설계시 판단할 수 있는 비용분석에 대한 연구가 추가적으로 필요하다.
68의 평균 분포를 나타내고 있다. 이상에서와 같이 건축물에너지효율등급에서 평가되고 있는 창호의 성능 수준의 분석을 통해 인증 등급의 수준을 검토하였으며,창호성능에 따른 난방부하 절감율 예측을 위해 평가 대상 설정에 있어 위의 자료를 바탕으로 하고자 한다.
. 이에 본 연구에서는 건축물에너지 효율등급 인증제도에서 사용하고 있는 가변난방도일법에 의한 난방부하 산출을 통해 창호 구성에 따른 난방 부하 절감율을 예측하고자 한다.

제안 방법

2010년부터 2013년 8월까지의 건축물에너지효율등급에서 공동주택을 대상으로 건물에 적용된 창호의 성능 수준을 조사 및 분석을 시행하였으며 국내 창호업체를 대상으로 창호의 차폐계수(SC)의 성능을 조사하였다.
본 연구에서는 건축물에너지효율등급 인증 제도에서 사용되고 있는 공동주택의 난방부하 계산방법인 가변난방도일 평가방법으로 창호의 성능에 따른 중소규모의 공동주택의 신청 주택과 표준주택의 난방부하를 산출하여 그비율에 따른 부하비로 난방 에너지 절감량을 예측하였다.창호의 열관류율,차폐계수,창면적비 변화에 따라 규모 및 지역에서 부하비 의 변화 및 이를 통한 절감율을 분석하는 방법으로 수행하였으며 주요한 결론은 다음과같다.
8범위의 값을 선정하여 평가하였다. 이를 표 4에 나타내었으며 창면적비는 거실을 기준으로 전면벽체와 후면벽체의 평균 비율로 각각 30, 40% 로 설정하였다.
산출된 난방에너지 소요량은 표준주택(신청주택의 에너지효율등급을 평가하기 위해 기준이 되는 법적기준의 열관류율을 가진 신청주택과 동일한 형태의 단위세대)대비 신청주택(실제 평가 단위세대)의 난방 에너지 절감율에 따른 등급을 부여하는 방법으로 진행되고 있다.이에 각 59㎡와 84㎡ 단위세대의 동, 남동, 남, 남서, 서향에 대해 중부, 남부, 제주지역으로 구분하여 창호의 열관류율, 차폐계수, 창면적비에 따른 신청주택(평가 단위세대)과 표준주택(법적기준의 열성능을 가진 신청주택과 동일한 형태의 단위세대)의 난방부하를 계산하였다.이후 신청주택의 난방부하과 표준주택의 난방부하의 부하비를 산출하여 절감율 예측을 실시하였다.
이에 각 59㎡와 84㎡ 단위세대의 동, 남동, 남, 남서, 서향에 대해 중부, 남부, 제주지역으로 구분하여 창호의 열관류율, 차폐계수, 창면적비에 따른 신청주택(평가 단위세대)과 표준주택(법적기준의 열성능을 가진 신청주택과 동일한 형태의 단위세대)의 난방부하를 계산하였다.이후 신청주택의 난방부하과 표준주택의 난방부하의 부하비를 산출하여 절감율 예측을 실시하였다.
평가 건물의 방위는 공동주택에서 주로 계획되는 동에서 서까지의 45°도 단위로 5개의 방위로 설정하였으며 건축물에너지절약계획서상의 중부,남부,제주지역을 평가범위로 설정하였고 이를 표 3에 나타내었다. 창호의 성능은 앞서 2장에서 설명한 바와 같이 건축물에너지효율등급에서 확장형 세대에서 빈도수가 높은 창호의 열관류율 1.4를 기준으로 하여 1.6, 1.8, 2.1의 열관류율을 설정하였고 차폐계수의 범위도 열관류율과 마찬가지로 건축물에너지효율등급에서 빈도수가 높은 창호의 차폐계수 0.48을 기준으로 0.2～0.8범위의 값을 선정하여 평가하였다. 이를 표 4에 나타내었으며 창면적비는 거실을 기준으로 전면벽체와 후면벽체의 평균 비율로 각각 30, 40% 로 설정하였다.
본 연구에서는 건축물에너지효율등급 인증 제도에서 사용되고 있는 공동주택의 난방부하 계산방법인 가변난방도일 평가방법으로 창호의 성능에 따른 중소규모의 공동주택의 신청 주택과 표준주택의 난방부하를 산출하여 그비율에 따른 부하비로 난방 에너지 절감량을 예측하였다.창호의 열관류율,차폐계수,창면적비 변화에 따라 규모 및 지역에서 부하비 의 변화 및 이를 통한 절감율을 분석하는 방법으로 수행하였으며 주요한 결론은 다음과같다.
평가 건물의 방위는 공동주택에서 주로 계획되는 동에서 서까지의 45°도 단위로 5개의 방위로 설정하였으며 건축물에너지절약계획서상의 중부,남부,제주지역을 평가범위로 설정하였고 이를 표 3에 나타내었다.

대상 데이터

이 중 약 80건의 단지가 1등급으로 평가되었다.2010부터 2013년 8월까지 1등급을 받은 58개의 단지를 대상으로 창호의 성능을 조사하였다.이중 51개의 단지가 확장형 단위세대로 평가되었고 나머지 7개의 단지만이 비확장형 단위세대로 평가되었다.
앞서 2.1에서 설명한 바와 같이 2010년부터 2013년 8월까지 1등급을 취득한 58개의 단지중 51개의 단지가 확장형 단위세대로 평가되어 이에 아래의 그림 1,2에 나타낸 것과 같이 평가 대상은 국민주택의 중규모인 84㎡와 소규모의 59㎡의 확장형 단위세대를 대상모델만을 선정하여 평가 하였다.

성능/효과

(1)59㎡의 단위세대는 중부지역에서 외벽이법적 기준에 준수하고 최소 U=1.4,S=0.8의 창면적비 40%이상일 경우 난방부하비가 0.9로 약 10%의 난방 에너지 절감율로예측할 수 있고, 남부지역에서는 창면적비30%, U=1.6, S=0.8, 창면적비 40% 일 때 U=1.6, S=0.6의 창호 성능,제주지역에서는 창면적비 30%일 때 U=2.1, S=0.8이고창면적비 40%일때는 U=2.1, S=0.6의 창호성능을 적용할 경우 10%이상의 난방 에너지절감을 예측 할 수 있다.
(2) 84㎡의 단위세대는 중부지역에서 창면적비 30%,40% 모두 최소 U=1.6,S=0.6이상의 창호를 적용해야 약 11%의 에너지절감율을 예측 할 수 있다.또한 남부지역에서는 창면적비 30%,40% 모두 U=1.
(3) 창호의 열관류율,차폐계수,창면적비의 구성에 따른 에너지 절감율을 예측해 본결과,59㎡,84㎡ 모두 창면적비 30%일때 열관류율을 2.1에서 1.4까지 각각 강화할 경우 평균 약 5%씩 절감율이 상승하며 창면적비 40%일 때는 평균 약 7%씩절감율이 단계적으로 상승한다.열관류율의 경우 바닥면적과 상관없이 동일한 비율로 증가한 반면 차폐계수에 의한 절감율 상승은 59㎡의 단위세대에서 창면적비 30%에서는 차폐계수가 0.
각 단위세대 59㎡와 84㎡의 각 중부, 남부, 제주지역에서 각각 창면적비에 대해 각 방위 별로 창호의 열관류율 값이 작을수록 차폐계수 값이 클수록 난방부하(GJ)량은 작게 나타났다.이는 창호의 단열성능이 좋을수록 일사량이 많을수록 주거용 건물의 난방부하를 절감할 수 있는 것으로 분석되었다.
8로 난방 에너지 절감율이 약20%로 예측할 수 있다. 남부지역에서는 창면적비 각각 30%,40% 모두 최소 U=1.8,S=0.6의 창호를 적용해야 표준주택 대비 신청주택의 난방부하비가 0.88로 분석되며 창면적비 40%일 때U=1.4,S=0.8일 경우,난방 부하비가 0.75로 난방 에너지 절감율을 약 25% 절감할 수 있을 것으로 예측할 수 있다.제주지역의 경우 각각의창면적비 모두 최소 U=2.
4까지 각각 강화할 경우 평균 약 5%씩 절감율이 상승하며 창면적비 40%일 때는 평균 약 7%씩절감율이 단계적으로 상승한다.열관류율의 경우 바닥면적과 상관없이 동일한 비율로 증가한 반면 차폐계수에 의한 절감율 상승은 59㎡의 단위세대에서 창면적비 30%에서는 차폐계수가 0.2에서 0.8까지 강화할 경우 각각 평균 1.3%씩 증가하였으며 창면적비 40%에서 평균 약2.0%씩 증가하였고 84㎡의 단위세대에서창면적비 30%에서 차폐계수를 0.2에서 0.8까지 단계적으로 강화할 경우 평균1.7%씩 난방 에너지 절감율이 상승하며창면적비 40%에서는 평균 평균 약 2.5%씩 증가하였다.
이에 59㎡의 경우 84㎡와 비교하여 볼 때 중부지역에서는 에너지절약설계기준 별표 4의 지역별 열관류율 표에서 제시하고 있는 공동주택의 중부지역 기준 2.1보다 약 30% 이상의 단열성능이 우수하고 일사유입이 많은 창호를 사용하더라도 절감율이 10%가 되지 않아 추가적으로 벽체의 단열성능을 법적수준 이상으로 계획해야 하며,84㎡의 중규모 주택에서는 벽체의 단열을 법적 수준을 준수하고 약20% 이상의 단열성능이 우수한 창호를 사용할 경우 난방 에너지 절감율이 10%이상 가능할 것으로 분석된다.
표 1과 같이 기본형의 발코니 창호는 발코니창호가 없는 18개의 단지를 제외하고 약 40개의 단지 중에서 약30%가 22㎜ 일반복층창 PVC창호를 적용하였고,세대 창호는 전체 단지 중에서 약 43%가 22㎜ low-E(소프트코팅) 복층창 PVC창호 적용으로 빈도수가 가장 높았으며 발코니확장형의 세대창호의 경우 22㎜ 일반복층유리 PVC창호 +22㎜ low-E(소프트 코팅)복층창 PVC창호가 전체 단지중에서 46%가 적용되어 가장 높은 빈도수를 나타내었다. 건축물에너지효율등급에서 창호의 열관류율은 건축물에너지절약설계기준 별표 3창 및 문의 단열성능에 따라 평가되고 있다.

후속연구

본 논문은 공동주택의 중소규모의 창호의 열관류율과 차폐계수 및 창면적비가 난방부하에 미치는 영향을 분석하여 이를 통해 난방에너지 절감율을 예측하였다.이상의 연구 결과에서 알 수 있듯이 가변난방도일법에 의한 난방부하 계산으로 건축물에너지효율등급평가시 창호의 성능에 따른 난방 에너지 절감율을 예측하여 외피 설계시에 기초 자료로 활용할 수 있으며 창호의 성능에 따른 외피 설계시 판단할 수 있는 비용분석에 대한 연구가 추가적으로 필요하다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	사중창 로이 아르곤 주입의 고성능 창호사용의 단점은 무엇인가?	최근에는 특히 열적으로 취약한 창호에 대하여 에너지 성능을 높이기 위해 제도 초기에 복층로이유리 적용이 대다수였던 반면 현재는 사중창 로이 아르곤 주입의 고성능 창호사용의 빈도가 높아지고 있다.그러나 비용이 증대되고 적용시 그 효과에 대한 예측이 어려운 단점이 있고 초기 설계단계에서 이를 근거하기 위한 자료가 부족한 실정이다.
	초기의 건축물에너지효율등급 인증제도는 몇 세대 이상의 공동주택을 시초로 하였는가?	전 세계적으로 건물에서의 에너지 사용량을 줄이기 위해 다양한 공공의 정책들이 중요한 핵심으로 대두되어 국내에서는 2001년부터 건물의 에너지 효율화를 위한 건축물에너지효율 등급인증 제도를 시행하고 있다.초기의 건축물에너지효율등급 인증제도는 18세대 이상의 공동주택을 시초로 하여 2013년 현재까지 시행되고 있다.이러한 제도의 효과로 건설 시장에는 에너지 효율적인 건축물로 설계하기 위해 에너지절약적 설계기법으로 고단열 벽체와 고단열 기밀 창호를 도입함으로써 공동주택의 에너지 효율화가 꾸준히 진행되고 있다.
	창호의 일사성능을 나타내는 지표로는 무엇이 사용되는가?	창호의 일사성능을 나타내는 지표로는 차폐 계수(SC:ShadingCoefficient)와 일사열취득 계수(SHGC:SolarHeatGainCoefficient)2)가사용된다.공동주택의 에너지효율등급 평가방법에서는 창호의 일사성능에 대한 평가를 위해 차폐계수(SC)를 입력하고 프로그램 내에서 일사열취득계수(SHGC)로 변환하여 적용 되며 투명유리를 기준으로 평가하고 있다.

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