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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 실제 거주하는 패시브 및 액티브 기술이 적용된 제로에너지 실증 단지 내의 주택 29세대를 대상으로 모니터링 시스템을 구축하여 에너지 소비 및 생산 등 전반적인 에너지성능을 평가하고자 한다.
제안 방법
- 주택에 적용된 핵심 에너지 저감 요소기술로는 열교방지, 기밀화를 포함한 고단열, 고효율 3중창호, 외부차양, LED조명 등이 있다. 신재생에너지는 컴팩트화된 태양열/지열 하이브리드 냉난방 및 급탕시스템(이하 태양열/지열 융복합시스템)과 태양광 발전시스템이 적용되었다.
- 실제 거주하고 있는 제로에너지 실증 단지 29세대에 대한 모니터링 결과를 통해 패시브 및 액티브 기술이 적용된 액티브 솔라하우스에 대한 에너지 분석을 수행하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 전기에너지는 크게 누진세가 부과되는 세대소비전력과 누진세가 없는 GSHP소비전력, 그리고 태양광발전시스템에서 생산되는 전력을 분석하였다. 용도별로는 난방, 급탕, 냉방용으로 사용되는 에너지를 각각 분리하여 측정 및 분석하였다.
- 따라서 외부에서 공급되는 에너지는 전기뿐이다. 전기에너지는 크게 누진세가 부과되는 세대소비전력과 누진세가 없는 GSHP소비전력, 그리고 태양광발전시스템에서 생산되는 전력을 분석하였다. 용도별로는 난방, 급탕, 냉방용으로 사용되는 에너지를 각각 분리하여 측정 및 분석하였다.
- 주택의 용도별 에너지사용량 분석을 위해 3개의 주택(A타입 2세대, B타입 1세대)을 별도로 정밀측정 및 분석하였다.
대상 데이터
- 제로에너지 실증단지는 전라북도 고창군에 조성되었으며, 주택 100세대와 커뮤니티센터 1개동으로 구성되어 있다. 실증단지 100세대 중 제로에너지하우스(이하, 실증주택)는 29세대이며, 2013년도 초에 준공 및 입주하였다.
- 실증주택은 그림 2와 표 1에 있는 바와 같은 3가지 형태로, A타입 13세대, B타입 4세대, C타입 12세대로 구성되었다. 바닥면적은 약 100㎡로 모두 동일하다.
- 실증주택의 연중 에너지성능 분석은 2013년 10월 1일부터 2014년 09월 30일까지 1년간 자료를 바탕으로 하였으며, 모니터링 상에 문제가 발생한 일부 세대는 분석에서 제외시켰다.
- 제로에너지 실증단지는 전라북도 고창군에 조성되었으며, 주택 100세대와 커뮤니티센터 1개동으로 구성되어 있다. 실증단지 100세대 중 제로에너지하우스(이하, 실증주택)는 29세대이며, 2013년도 초에 준공 및 입주하였다.
이론/모형
- 에너지 단위는 kWh로 통일하기 위해 산업통상자원부의 에너지법 시행규칙의 ‘에너지열량 환산기준’(2)에 따라 계산하였다.
성능/효과
- (2) 특히 고단열·고기밀화 된 주택의 단점인 동절기 낮은 바닥온도는, 따듯한 바닥온도를 원하는 거주자들의 경우 실내 설정 온도를 높게 하여(경우에 따라서는 창문을 열어놓고 난방) 이로 인한 난방에너지 소비가 크게 증가되는 것으로 사료된다.
- (3) 취사를 제외한 세대별 총 에너지사용량은 12,834 kWh/a 이고, 난방에너지 원단위는 53.2 kWh/㎡·a로 패시브 주택에 비해 비교적 높게 나타났다.
- (4) 주택의 잔유부하 대부분은 신재생에너지만으로 공급하였고, GSHP에 소비되는 전력량은 저렴한 일반전기에 의해서 공급되었다.
- 결론적으로 본 실증주택은 GSHP 들어가는 전기에너지만으로 운영이 가능한 제로에너지 주택임이 실증결과 입증되었으며, 입주자들의 에너지 절약 의지만 있었다면 히트펌프에 들어가는 전기에너지도 크게 줄일 수 있었을 것으로 예상된다.
- 한편 GSHP에 의해서 공급된 그탕량은 A호는 423 kWh, B호는 674 kWh, C호는 484 kWh로 나타났다. 따라서 총 급탕사용량은 각각 3,061 kWh, 3,283 kWh, 3,126 kWh로, 평균 3,157 kWh로 나타났다.
- 2 kWh/㎡yr로 패시브 주택에 비해 높게 나타났다. 모니터링 기간 중에 여러 차례에 걸쳐서 각각의 주택을 방문한 결과 실내 설정온도가 상당히 높았으며, 창문을 약간 열어놓고 난방을 하고 있는 주택도 있는 것으로 조사되었다. 이것은 이러한 고기밀·고단열 주택의 단점 중에 하나인 실내 바닥온도가 낮아서 느끼는 거주자의 불쾌감 때문인 것으로 바닥온도를 높이기 위한 것이다.
- 연간 세대소비전력은 평균 3,517 kWh를 사용하는 것으로 나타났으며, 가장 많이 사용한 세대와 가장 적게 사용한 세대는 약 5배 차이가 나는 것으로 분석되었다. 월별 사용량을 보면 하절기인 7-8월의 전력사용량이 다소 많은 것을 알 수 있다.
- 용도별 비율은 난방 41%, 주택전력 31%, 급탕 25%, 냉방은 3%이다. 전력, 난방, 냉방은 세대별로 비교적 큰 차이를 보이는 반면 급탕부하는 차이가 거의 없는 것으로 나타났다. 한편 급탕사용량 중 태양열이 차지하는 비중은 대략 80 ~ 86%가 되는 것으로 나타났다.
- 전반적으로 각 세대에서 사용한 연간 총 에너지 사용량(취사 제외)은 평균 12,834 kWhr 이며, 에너지 원단위로는 128.3kWh/㎡yr로 기존문헌의(3) 서울시 단독주택의 원단위 309.5 kWh/㎡·a(취사포함, 가스 226.4, 전력 83.1)와 비교하면 약 60% 정도에 지나지 않는 것으로 나타났다.
- 정밀 측정세대별로 연간 급탕공급량은 표 3에 있는 바와 같다. 태양열에서 공급한 급탕열량은 A호는 2,638 kWh, B호는 2,609 kWh, C호는 2,642 kWh를 사용하는 것으로 분석되었다. 한편 GSHP에 의해서 공급된 그탕량은 A호는 423 kWh, B호는 674 kWh, C호는 484 kWh로 나타났다.
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