[논문]단독 주택의 제로에너지건축물 인증을 위한 태양광시스템 최적화에 관한 연구

신지웅; 윤재현; 고정림

doi:10.7836/kses.2019.39.3.001

단독 주택의 제로에너지건축물 인증을 위한 태양광시스템 최적화에 관한 연구
A Study on the Optimization of Photovoltaic System for the ZEB Certification in Detached Housing 원문보기

한국태양에너지학회 논문집 = Journal of the Korean Solar Energy Society, v.39 no.3, 2019년, pp.1 - 7

신지웅 ((주)이에이엔테크놀로지) , 윤재현 ((주)이에이엔테크놀로지) , 고정림 ((주)이에이엔테크놀로지)

Abstract ▼ AI-Helper

As part of the government's energy policy, Zero Energy Building certification was launched on January of 2017. However, the three passive-housing rental housing projects are the only ZEB-certified detached housing since the certification's launch. The reason is that, in order for a detached housing to earn ZEB certification, it has to secure self-reliance in energy, and a photovoltaic system is the only viable renewable energy system. Therefore, conducting an analysis to optimize the photovoltaic system in an early design stage is strongly recommended. This study aimed to propose an optimal photovoltaic system design for a detached housing after analyzing through the ECO2 energy simulation of 44 cases, varying in a module type and efficiency, inclination and azimuth. As a result, 15 cases out of 44 cases were analyzed to satisfy ZEB evaluation criteria, and it is thought that these data could contribute greatly to the expansion of ZEB certification dissemination.

주제어

표/그림 (8)

표 Table 1 Analysis methods and specifications of base model
그림 Fig. 1 Photovoltaic system specifications applied to this study
표 Table 2 The analysis of building energy efficiency rating in base model
표 Table 3 Mono-Crystal silicon general module application [Without rating efficiency value]
표 Table 4 Mono-Crystal silicon general module application [Rating efficiency value (17.5%)]
표 Table 5 Mono-Crystal silicon high efficiency module application [Without rating efficiency value]
표 Table 6 Mono-Crystal silicon high efficiency module application[Rating efficiency value (19.1%)]
그림 Fig. 2 Comprehensive analysis results by ZEB level 5 satisfied condition case

AI 본문요약
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문제 정의

이러한 가장 큰 이유는 단독 주택의 특성상 대부분 개별 HVAC 시스템을 적용하고 있어, 지열, 연료전지 등의 타 신재생에너지원의 적용이 불가능하고 태양광시스템을 통해서만 에너지자립율 확보가 가능하기 때문이다. 이러한 관점에서 본 연구는 국가에서 최초로 시행한 ZEB 임대주택 시범사업의 설계 참여 경험과 노하우를 바탕으로 ECO2 시뮬레이션 분석을 실시하여 단독 주택의 태양광시스템 최적화 방안을 제시하고자 한다.

제안 방법

Table 1을 보면 기후조건의 경우 ECO2 프로그램 상 가장 열악한 환경인 강원도 춘천의 기후조건을 적용한 이유는 불리한 조건을 적용하고도 ZEB 인증 기준을 만족할 경우 그 외 모든 조건은 만족할 것이라는 가정을 세웠기 때문이다. 또한, 본 연구의 BASE 모델인 단독 주택은 현행 에너지와 관련된 모든 법적 기준을 만족하는 성능으로 실제 ZEB 인증을 취득한 임대주택 시범사업의 제원²⁾을 적용하여, 본 연구의 신뢰성을 향상 시키고자 하였다.
본 연구는 ZEB 인증을 취득한 임대주택 시범사업의 제원을 Base 모델로 선정하여 태양광 모듈의 설치조건에 따른 총 44 Case를 대상으로 ECO2 시뮬레이션 분석을 실시하였으며, 그 결과는 다음과 같다.

대상 데이터

075 m²)을 구성하여 태양광시스템 설치용량을 산정하고 대분류 하였다. 이를 바탕으로 태양광시스템의 최적화를 도출하기 위해 건축물에너지효율등급 운영규정 상 신재생에너지설비 KS 인증서를 제출할 경우 성능치 입력이 가능하다는 점과 ECO2 시뮬레이션상에서 기울기(수직, 45도,수평) 및 방위(남, 남동, 남서, 동, 서)의 입력방법³⁾ 등을 종합적으로 고려하여 총44 Case의 예비모델을 선정하였다.

성능/효과

(1) 44 Case 중 15 Case가 ZEB 인증 평가기준을 만족하는 것으로 분석 되었으며, 모두 신재생에너지설비 KS 인증서가 확보된 태양광 모듈의 효율 적용시에만 가능하였다. 따라서 향후에는 설계 초기단계에서부터 ECO2 시뮬레이션 분석을 통해 신재생에너지설비 KS 인증서 확보된 태양광 모듈을 적용하는 것이 가장 중요할 것으로 판단된다.
(2) 고효율 태양광 모듈 적용시 동, 서 방위를 제외하고 수직형, 수평형 설치가 가능하여 건축적으로 다양한 입면 디자인 확보가 가능할 것으로 판단된다. 또한, 단독 주택의 경우 2 kWp 수준의 최적화된 태양광시스템 용량으로도 충분히 ZEB 인증 취득이 가능하다는 사실을 정량적 평가를 통해 증명하였다.
1%)를 입력할 경우 수직으로 설치한 동, 서 방위인 Case 37, 38을 제외하고 모두 ZEB 인증 평가기준을 만족하였다. 따라서 신재생에너지설비 KS 인증서가 확보된 고효율 태양광 모듈 적용시 건축적으로 다양한 입면 디자인 확보가 가능할 것으로 판단된다.

후속연구

(1) 44 Case 중 15 Case가 ZEB 인증 평가기준을 만족하는 것으로 분석 되었으며, 모두 신재생에너지설비 KS 인증서가 확보된 태양광 모듈의 효율 적용시에만 가능하였다. 따라서 향후에는 설계 초기단계에서부터 ECO2 시뮬레이션 분석을 통해 신재생에너지설비 KS 인증서 확보된 태양광 모듈을 적용하는 것이 가장 중요할 것으로 판단된다.
이와 같은 본 연구 결과는 향후 단독 주택의 태양광시스템 최적화를 위한 소중한 기초 자료로 활용되어 정부의 에너지정책의 일환인 ZEB 인증 보급 확대에 크게 기여할 수 있을 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	제로에너지건축물은 무엇이라고 정의하고 있나?	정부는 2017년 1월 20일 신기후체제 출범에 따른 에너지 정책의 일환으로 제로에너지건축물 인증제를 시행하였고, 2020년까지는 공공부문에서 2025년부터는 민간부문의 건물 분야까지 제로에너지 의무화 방안을 추진 중에 있다. 현행 제도에서 규정하고 있는 제로에너지건축물(Zero Energy Building, 이하 ZEB)은 ‘건축물의 에너지 소비를 최소화하고 신재생에너지를 적극 활용하여 건축물 자체의 에너지 자립도를 높인 건축물’로 정의하고 있으며, ZEB 인증 취득을 위한 평가기준은 기존의 건축물에너지효율등급제와 연동하여 1++ 등급 이상1)을 획득하고, 건물에너지관리시스템 혹은 원격검침전자식 계량기가 설치된 건축물을 대상으로 에너지자립률에 따라 1~5등급을 부여하는 형식으로 되어 있다. 따라서 다른 건축물에 비해 그 수가 가장 많은 단독 주택의 경우 온실가스 감축 잠재력이 가장 클 것으로 예상되나, ZEB 인증 현황은 2017년 LH에 시행한 패시브하우스 임대주택사업 3건을 제외하고 현재까지 전무한 실정이다.
	제로에너지건축물 인증제는 언제 실행되었나?	정부는 2017년 1월 20일 신기후체제 출범에 따른 에너지 정책의 일환으로 제로에너지건축물 인증제를 시행하였고, 2020년까지는 공공부문에서 2025년부터는 민간부문의 건물 분야까지 제로에너지 의무화 방안을 추진 중에 있다. 현행 제도에서 규정하고 있는 제로에너지건축물(Zero Energy Building, 이하 ZEB)은 ‘건축물의 에너지 소비를 최소화하고 신재생에너지를 적극 활용하여 건축물 자체의 에너지 자립도를 높인 건축물’로 정의하고 있으며, ZEB 인증 취득을 위한 평가기준은 기존의 건축물에너지효율등급제와 연동하여 1++ 등급 이상1)을 획득하고, 건물에너지관리시스템 혹은 원격검침전자식 계량기가 설치된 건축물을 대상으로 에너지자립률에 따라 1~5등급을 부여하는 형식으로 되어 있다.
	단독주택에서 ZEB 인증이 적은 이유는 무엇인가?	따라서 다른 건축물에 비해 그 수가 가장 많은 단독 주택의 경우 온실가스 감축 잠재력이 가장 클 것으로 예상되나, ZEB 인증 현황은 2017년 LH에 시행한 패시브하우스 임대주택사업 3건을 제외하고 현재까지 전무한 실정이다. 이러한 가장 큰 이유는 단독 주택의 특성상 대부분 개별 HVAC 시스템을 적용하고 있어, 지열, 연료전지 등의 타 신재생에너지원의 적용이 불가능하고 태양광시스템을 통해서만 에너지자립율 확보가 가능하기 때문이다. 이러한 관점에서 본 연구는 국가에서 최초로 시행한 ZEB 임대주택 시범사업의 설계 참여 경험과 노하우를 바탕으로 ECO2 시뮬레이션 분석을 실시하여 단독 주택의 태양광시스템 최적화 방안을 제시하고자 한다.

참고문헌 (3)

Shin, J. W., Ko, J. L., and Yun, J. H., A Case Study on the Energy Efficiency 1+++ Level of Office Building, Korean Association of Air Conditioning Refrigerating and Sanitary Engineers, Vol. 32, No. 11, pp. 54-63, 2015.
Shin, J. W., Technology and Policy for Passive Zero-energy Remodelling of Existing Buildings, Review of Architecture and Building Science, Vol. 58, No. 3, pp. 42-46, 2014.
Kim, M. H., Lim, H.W., Shin, U.C., Kim, H.J., Kim, H.K., and Kim, J.K., Design and Energy Performance Evaluation of Plus Energy House, Journal of the Korean Solar Energy Society, Vol. 38, No. 1, pp. 55-66, 2018.

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