[논문]기존 오피스건물 에너지성능지표에 따른 설계기법 연구

정형태; 이유나; 김인수; 안종욱

doi:10.5855/energy.2018.27.3.028

기존 오피스건물 에너지성능지표에 따른 설계기법 연구
A Study on the Design Technique for Energy Performance Indicators of Existing Office Buildings 원문보기

에너지공학 = Journal of energy engineering, v.27 no.3, 2018년, pp.28 - 35

정형태 (가천대학교 에너지IT학과) , 이유나 (가천대학교 에너지IT학과) , 김인수 (가천대학교 에너지IT학과) , 안종욱 (가천대학교 에너지IT학과)

초록
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세계 각국에서는 환경오염이나 에너지절감을 위한 방안으로 건축물에 대한 가이드라인과 제도적 지원이 활성화되고 있다. 우리나라에서도 2013.09.01. 개정된 "건축물의 에너지절약 설계기준"에 따라 기준들이 마련되고 신축 건축물에 대한 제로에너지빌딩화가 권장사항에서 의무화과정으로 가고 있다. 그럼에도 불구하고 소형건물에 대한 정부의 구속력은 미비한 실정이다. 이에 최근에 시공한 오피스건물(외단열기법 적용)에 대해 에너지 절감효과를 분석하였고 추가적으로 에너지 절감을 위한 이중외피기법을 제안하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Guidelines and institutional support for buildings are being promoted around the world as measures for environmental pollution and energy conservation. In Korea, standards are prepared according to the energy saving design standards of new buildings as amended in 2013.09.01 and the zero energy building for new buildings mandatory process is being prepared from the recommendations. Nevertheless, the government's binding power on smaller buildings is insufficient. Energy savings were analyzed for the recently constructed office buildings (application of external insulation technique) and propose a dual envelope techniques were proposed for energy reduction.

주제어

표/그림 (6)

표 Table 1. Non-residential energy performance Indicator (recommended)
표 Table 2. Calculation of average thermal transmittance in energy performance indicator
표 Table 3. Building Overview
표 Table 4. Area tabulation by building part (Office building / Neighborhood living facility)
표 Table. 5. Office Building Envelope and thermal transmittance
표 Table 6. Internal heating schedule and an amount of heat

AI 본문요약
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문제 정의

이에 본 논문은 실제 최근 시공한 오피스건물을 모델을 기반으로 강화된 ｢건축물의 에너지절약 설계기준｣에 따라 패시브적 요소에 대하여 부위별 검토 및 성능평가 결과를 분석하였으며, 평가한 자료를 토대로 효율을 높이기 위한 구체적인 방안을 제시하고 오피스건물에 큰 효율을 낼 수 있는 기법들을 제시하였다. 기준건물의 에너지 절감요소를 분석한 결과를 통해 소형건물 건축주들의 부담을 줄이고 시공시 기초자료로 활용될 수 있도록 하는 목적이 있다.
오피스 건물의 에너지절감에 있어 큰 영향을 끼치는 두가지 요소를 검토하였다.
이에 본 논문은 실제 최근 시공한 오피스건물을 모델을 기반으로 강화된 ｢건축물의 에너지절약 설계기준｣에 따라 패시브적 요소에 대하여 부위별 검토 및 성능평가 결과를 분석하였으며, 평가한 자료를 토대로 효율을 높이기 위한 구체적인 방안을 제시하고 오피스건물에 큰 효율을 낼 수 있는 기법들을 제시하였다. 기준건물의 에너지 절감요소를 분석한 결과를 통해 소형건물 건축주들의 부담을 줄이고 시공시 기초자료로 활용될 수 있도록 하는 목적이 있다.

제안 방법

ASHRAE Standard의 표준 모델을 기준으로 사무공간의 특성상 주말에 재실하는 인원이 적으므로 주중과 주말을 구분하여 스케줄을 작성하였다. 또한 사무공간에서의 목적을 고려한 행동패턴과 그에 따른 열발생량을 일정한 수치에 의해 단순화하여 입력하였다.
에 따른 값을 토대로 패시브적 요소에 대해 부위별로 나누었다. 그 중에서도 부하가 가장 큰 부위에 대하여 부하를 줄이고 에너지효율을 높일 수 있는 기법들을 분석하였다.
ASHRAE Standard의 표준 모델을 기준으로 사무공간의 특성상 주말에 재실하는 인원이 적으므로 주중과 주말을 구분하여 스케줄을 작성하였다. 또한 사무공간에서의 목적을 고려한 행동패턴과 그에 따른 열발생량을 일정한 수치에 의해 단순화하여 입력하였다. 하루 24시간을 기준으로 25인의 작업자 스케줄 및 발열량은 다음 표와 같다.
본 연구는 남부지역의 시공 완료된 오피스건물을 대상으로 에너지 성능지표¹⁾에 따른 값을 토대로 패시브적 요소에 대해 부위별로 나누었다. 그 중에서도 부하가 가장 큰 부위에 대하여 부하를 줄이고 에너지효율을 높일 수 있는 기법들을 분석하였다.
중공층내의 환기량을 효율적으로 제어하기 위해 이중외피에 상부와 하단측에 설치된 개구부에 대한 풍압 및 유입풍속에 관한 유량계수 및 온도차에 의한 자연대류에 대해 기존 문헌을 바탕으로 관계식을 작성하였다. 개구부 전후의 압력차가ΔP[kg/m²]로서, 개구부 면적 A[m²]를 통과하는 풍량 Q[m³/s]는 Bernoulli 정리에 의해 다음 식 (1)에 의해 산출될 수 있다.

성능/효과

(1) 사무용 건물의 규모와 용도에 적합한 광학특성과 열적성능을 갖는 이중외피 차용시 환경적이면서 경제적인 측면에서 많은 에너지 소비를 줄일 수 있을 것으로 판단된다.
(2) 또한, 이중외피 가동방식으로 여름철(냉방기)에는 외측 창호의 개구부를 최대한 넓힌 상태에서 외기를 통한 자연환기시 가장 유리하게 나타났으며, 겨울철(난방기)에는 외측의 상․하단의 개구부를 최소화한 상태에서 외부의 일사로부터 복사열에 의한 중공층을 통한 자연환기시 난방부하 절감측면에서 유리하게 작용하였다.
(3) 건물의 향별 오피스 내 발생되는 부하량에 대해 산출한 결과, 남측면이 난방에너지 소비량 차이에서 유리하게 나타났다.
(4) 콘크리트 등 열용량이 큰 재료를 사용한 오피스건물에 외단열(96.82%)적용 했을 때 실내에 축열 효과를 유지시킬 수 있게 되어 실내에 들어오는 태양열을 축열할 수 있고 이에따라 겨울철 보온기능이 효과적으로 나타났다.
1) 단열재의 이음부는 최대한 밀착하여 시공하거나, 2장을 엇갈리게 시공하여 이음부를 통한 단열성능 저하가 최소화 될 수 있도록 조치할 것.
2) 방습층으로 알루미늄박 또는 플라스틱계 필름 등을 사용할 경우의 이음부는 100mm이상 중첩하고 내습성 테이프, 접착제 등으로 기밀하게 마감할 것.
3) 단열부위가 만나는 모서리 부위는 방습층 및 단열재가 이어짐 없이 시공하거나 이어질 경우 이음부를 통한 단열성능 저하가 최소화 되도록 하며, 알루미늄박 또는 플라스틱계 필름등을 사용할 경우 위모서리 이음부는 150mm 이상 중첩되게 시공하고 내습성테이프, 접착제 등으로 기밀하게 마감할 것.
4) 방습층의 단부는 단부를 통한 투습이 발생하지 않도록 내습성 테이프, 접착제 등으로 기밀하게 마감할 것.
그러나 창호는 과도한 직달 일사로 인하여 재실자에게 열적 불쾌감을 제공하고, 건물의 냉/난방부하 증가 등과 같은 문제의 원인이 된다. 따라서 해결방안으로는 오피스건물의 규모와 용도에맞는 광학특성과 열적성능을 갖는 이중외피 차용시 환경적이면서 경제적인 측면에서 많은 에너지 소비를 줄일 수 있다. 이중외피 시스템은 실제에 있어서 매우 다양한 형식이 있으나 기본적으로는 기존의 건물외피 앞에 어느 정도의 간격을 두고 또 다른 외피를 덧붙인 개념으로 바깥쪽 외피는 건물 외부의 풍우를 막아주는 역할을 하게 되며, 실내와 접한 첫 번째 외피는 유리만으로 하거나 또는 기타 불투명 자재를 같이 사용하여 만들고, 대개 창문의 개폐기능이 가능하게 되어있다.
외단열을 적용할 경우 난방부하가 줄어들어, 난방을 위한 에너지가 9.0% 절감되어, 2차 에너지 기준 4.3%의 절감효과가 있는 것으로 예측되었다.
외단열을 적용할 경우, 난방기간 동안 외벽을 통한 열손실이 감소하여, 난방부하가 9.0% 절감하여 전체 부하는 5.4% 감소하는 것으로 예측되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	탄소배출량을 규제하는 환경정책에 따라 우리나라가 하고 있는 노력은 무엇인가?	국내에서는 이에 발맞춰 ｢녹색건축 건축물 조성 지원법｣과 더불어 ｢녹색 건축 인증제｣를 새롭게 시행하였으며, 강화된 ｢건축물의 에너지절약 설계기준｣을 근거로 건축물의 에너지 절감을 위한 다양한 친환경 건축 가이드라인의 제정이 이루어지고 있다. 또한 제로 에너지건축물 인증제(17.1.20)를 제도화 하였으며, 에너지 성능기준을 강화(건축물창호․외벽 등)하고 신재생에너지 보급(인센티브 등) 활성화하는 등 다양한 정책제도 시행을 통해 목표에 도달할 수 있도록 노력하고있다. 이러한 다양한 정책 제도에도 불구하고 소형건물 대한 기준이 모호한 실정으로 이에 정부 정책에 부합하는 성과들이 표면상에 보이지 않고 있다.
	제로에너지빌딩이란 무엇인가?	정부가 2015년 11월 23일 발표한 ‘2030년 에너지 신산업 확산전략'에 따르면 2025년부터 국내 신축되는 건물이 모두 ‘제로(Zero)에너지 빌딩’으로 건축돼야 한다. 제로에너지빌딩(ZEB :Zero Energy Building)이란 건물에서 요구하는 에너지소요량을 최소화하고 소비되는 에너지를 신재생에너지 생산을 통해 소비되는 에너지가 0인 건축물을 뜻한다.
	평균 열관류율 계산을 하는 방법은?	외벽, 지붕 및 최하층 거실 바닥의 평균열관류율이란 거실 또는 난방 공간의 외기에 직접 또는 간접으로 면하는 각 부위들의 열관류율을 면적가중 평균하여 산출한 값을 말한다. 평균 열관류율 계산은 제2조제1항제1호에 따른 부위를 기준으로 산정하며, 외기에 간접적으로 면한 부위에 대해서는 적용된 열관류율 값에 외벽, 지붕, 바닥부위는 0.7을 곱하고, 창 및 문 부위는 0.8을 곱하여 평균 열관류율의 계산에 사용한다. 또한 이 기준 제6조 제1호에 의하여 단열조치를 아니하여도되는 부위와 공동주택의 이웃세대와 면하는 세대간벽(거실의 외벽으로 계산가능)의 열관류율은 별표1의 해당 부위의 외기에 직접 면하는 경우의 열관류율 기준값을 적용한다.

참고문헌 (2)

Kang,Ki-Nam, Lee,Keon-Ho, Choi,Young-Jin, 2010, The Analysis of Energy-saving Effect by Application of Double_skin Facaded in Standard Officebuilding, KSES, Vol. 30, No. 1, pp. 275-280
Moon Bu-hoon, 2013, A study on the change of energy saving rate in multi-family housing by the design element application of architectural guide line of green building, Yonsei University, M. S. Dissertation (in Korean), pp. 1-90

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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