[논문]건물 에너지 절약요소 적용을 통한 목조주택의 에너지 성능 개선

김세종; 박주생; 이전제

doi:10.5658/wood.2013.41.1.77

초록
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본 연구는 목조주택의 건물에너지 성능을 평가하고 개선하기 위해 수행되었다. 목조주택의 에너지 요구량을 산정하기 위하여 CE3 (Construction Energy Efficiency Evaluation) 웹기반 소프트웨어를 사용하였고 그 결과 대상 주택의 연간 난방에너지 요구량은 바닥면적 1 $m^2$당 160 kWh로 계산되었다. 난방에너지 요구량을 줄이기 위해 다음 4가지의 에너지 절감방법을 채택하였다; a) 건물형태의 단순화, b) 창호면적의 축소, c) 고성능 창호의 적용, d) 폐열회수환기장치의 적용. 열관류율 1 $W/m^2{\cdot}K$의 고성능창호로 교체할 경우 대상 주택의 난방에너지 요구량은 80 $kWh/m^2{\cdot}a$로 감소하였다. 4가지 방법을 조합하여 적용하면 고성능창호와 폐열회수환기장치를 함께 적용하였을 때 난방에너지 요구량은 34.5 $kWh/m^2{\cdot}a$로 감소하여 가장 우수한 성능을 나타냈다.

Abstract ▼ AI-Helper

This research was carried out to evaluate and raise the energy efficiency of wood frame house. The commercial solution program CE3 (Construction Energy Efficiency Evaluation) was used for simulating the energy consumption in the single-family wood frame house. The results showed that the annual heat...

This research was carried out to evaluate and raise the energy efficiency of wood frame house. The commercial solution program CE3 (Construction Energy Efficiency Evaluation) was used for simulating the energy consumption in the single-family wood frame house. The results showed that the annual heating energy demand of the house was 160 kWh per 1 $m^2$ floor area. In order to decrease the heating energy demand, the following energy efficiency methods were applied to the simulation : a) simplification of building shape, b) decrease of windows area, c) application of high performance windows (with low thermal transmittance) and d) application of heat recovery ventilator. In case of replacement of the windows with high performance one with thermal transmittance 1 $W/m^2{\cdot}K$, the lowest heating demand of 80 $kWh/m^2{\cdot}a$ was obtained. The best combination of methods, application of high performance windows and heat recovery ventilator, showed heating energy demand 34.5 $kWh/m^2{\cdot}a$.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그러나 앞서의 연구에서 연구대상들은 공동주택이나 콘크리트 주택에 제한되어있고 목조주택에 대한 실측 연구나 목조주택에 대한 에너지 성능 개선 연구는 미비한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 기존 목조주택의 에너지 성능을 평가하고 에너지 절약 요소를 적용하여 에너지 절감 효과를 확인하여 저에너지 주택으로 가기 위한 방안을 찾고자 한다.
본 연구를 통해 기존 목조주택의 건물에너지 성능을 평가하고 여러 가지 에너지 절약요소를 적용하여 에너지 절감 가능성을 판단하였다. 본 연구에서는 경량목조의 단독주택을 대상으로 하였으나 향후 기둥-보 또는 통나무주택 등의 여러 형태의 목조주택에 대해 현재의 에너지 성능 및 각 구조에 따른 에너지 성능 개선 방법에 대해 연구할 필요가 있다.

제안 방법

기존 목조주택을 대상으로 시뮬레이션 프로그램을 통해 건물 에너지 성능평가를 수행하고 에너지 절약 요소를 적용하여 에너지 절감효과를 비교, 분석하였다. 이를 통해 얻어진 결과를 요약하면 다음과 같다.
건물의 형태가 복잡할수록, 즉 A_envelope/V가 커질수록 에너지 특성치는 커진다. 따라서 건물형태를 단순화하도록 다음 Fig. 1과 같이 테스트하우스의 남쪽에 위치한 거실부분을 제외한 나머지 부분만으로 에너지 요구량을 계산하여 비교하였다. 건물의 형태를 단순화함으로써 A_envelope/V가 1.
본 연구에 사용된 테스트 하우스의 기밀성능을 독일 패시브하우스 기준인 침기율 0.6 h^-1까지 확보하고 일반적으로 사용되는 효율 75%의 폐열회수 환기 장치를 적용하였다.

대상 데이터

건물 에너지 성능평가를 진행한 대상주택으로 기둥-보 목구조 골조에 경량 목조벽체를 벽체 시스템으로 시공한 국립산림과학원(서울 소재-동대문구 회기로 57) 내 테스트하우스를 선정하였다. 대상 주택의 건축개요는 다음 Table 1과 같다.

성능/효과

4) 폐열회수 환기장치의 사용은 냉난방 에너지 모두 요구량을 절감하는 데 유리하다.
5) 대상주택에 신재생에너지를 도입하지 않고 설계만으로 34.5 kWh/m^2․a까지 난방에너지 요구량 절감이 가능하였다.
3) 벽체에 비해 열관류율이 높은 창호의 면적이 줄어들수록 난방에너지 요구량은 감소한다. 그러나 열관류율이 낮은 고성능 창호를 사용할 경우 열관류를 통해 발생하는 열손실보다 창호를 통해 입사하는 태양광에 의한 열획득이 더 커서 난방에 유리할 수 있다. 따라서 창호 면적의 결정은 창호 성능에 따라 열획득과 손실을 고려하여 결정할 필요가 있다.

후속연구

이는 고성능 창호의 경우 창호를 통해 발생하는 열관류에 의한 열손실보다 태양광 입사에 의한 열획득이 더 크기 때문이다. 따라서 창호면적을 결정할 때 열관류율이 낮고 에너지투과율이 높은 창호를 사용할 경우 창호를 통한 열획득과 열손실을 검토할 필요가 있다.
본 연구를 통해 기존 목조주택의 건물에너지 성능을 평가하고 여러 가지 에너지 절약요소를 적용하여 에너지 절감 가능성을 판단하였다. 본 연구에서는 경량목조의 단독주택을 대상으로 하였으나 향후 기둥-보 또는 통나무주택 등의 여러 형태의 목조주택에 대해 현재의 에너지 성능 및 각 구조에 따른 에너지 성능 개선 방법에 대해 연구할 필요가 있다. 이는 향후 건물에너지효율등급 인증제도와 맞물려 기존 주택의 에너지 성능 평가와 에너지 효율 확보에 기여할 수있을 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	목조주택 시스템이 국내에 최초 도입된 시기는?	1980년대 북미의 목조주택 시스템이 국내에 도입되었으나 전문 인력 부족과 영세한 시장규모 등으로 목조주택 산업이 성장하지 못하였으나 최근 목질환 경이 주는 친환경적 주거공간이 각광을 받으면서 목조주택에 대한 수요와 실내 마감재로서 목재 사용이 증가하고 있다. 또한, 2011년 12월 더반에서 있었던 기후변화 당사국총회에서 벌채목재제품(HWP, Harvested Wood Products)의 탄소계정이 인정되면서 건축자재로서의 목재사용은 더욱 탄력을 받을 수 있게 되었다.
	목조주택시장이 성장하는 데 있어서 필요한 것은?	목조주택시장이 성장하려면 목조주택의 주거성능에 대한 객관적 지표를 제시할 필요가 있는데 특히 에너지 성능과 관련한 주거성능 평가가 중요하다. 2009년 국토해양부와 지식경제부에서는 건축물 에너지 효율등급 인증제도를 고시한 이후 그 적용범위를 넓히고 등급규정을 세분화하고 있다.
	이산화탄소 배출을 줄이기 위해 도움이 되는 것은?	1997년 교토의정서를 이후로 세계적 기후변화에 대한 국제적 대응이 본격화 되었고, 지구 온난화 가스의 하나로 이산화탄소가 지목되면서 대기로의 탄소 배출에 관련한 구체적 규약들이 생겨나고 있다. 화석에너지의 사용을 줄이고 소재로서의 목재 사용을 늘리는 것은 이러한 탄소배출에 대한 대응에 도움이 될 수 있다.

참고문헌 (12)

에너지관리공단. 2012. 2012 에너지 통계 핸드북. www.kemco.or.kr.
이승복. 1995. 공동주택의 기밀성능 평가 및 에너지 절감효과 분석. 한국태양에너지학회 논문집 15(3): 119-125.

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이봉진, 정동열, 이선, 홍회기. 2004. 한국형 아파트의 난방에너지 분석 2: 난방방식에 따른 차이, 설비공학논문집 16(5): 459-467.

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윤종호, 박재완, 이광성, 벽남춘, 신우철. 2008. 충청지역 단독주택의 기밀성능 실측 연구, 한국태양에너지학회 논문집 28(5): 65-71.

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안병립, 김치훈, 김지연, 장철용. 2009. 지역에 따른 주거용 건물에너지효율등급 분석 연구, 한국태양에너지학회 논문집 29(5): 53-58.

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이명주, 김원석, 이우주, 이원택. 2012. 건축물에너지절 약요소기술 적용에 따른 단독주택 에너지 요구량 절감률 변화에 관한 연구, 대한건축학회 논문집 - 계획계 28(5): 275-282.

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송승영, 이수진. 2007. 국내외 건물 에너지성능 인증제도 비교, 분석, 한국태양에너지학회 논문집 27(4): 77-85.

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정창헌, 김지영, 김태연, 이승복. 2010. 패시브 하우스와 건물에너지효율등급인증 건물의 특성 비교를 통한 건물에너지효율등급인증제도 개선점 분석, 대한건축학회 논문집 - 계획계 26(3): 235-243.

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송승영, 구보경, 이병인. 2010. 한국과 영국의 주거용 건물 에너지효율등급인증제도 운영 및 평가 방식과 에너지소요량 산출방법 비교 분석, 대한건축학회 논문집 - 계획계 26(5): 363-372.

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ISO 13790: 2008. Energy performance of buildings - Calculation of energy use for space heating and cooling.

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