[논문]국내 종합병원의 에너지 사용량에 영향을 미치는 요인 도출

정다운; 김선숙; 김혜기; 권순정

doi:10.15682/jkiha.2020.26.1.63

[국내논문] 국내 종합병원의 에너지 사용량에 영향을 미치는 요인 도출
Study on the elements affecting energy consumption of general hospitals in Korea 원문보기

의료·복지건축 : 한국의료복지건축학회 논문집 = Journal of Korea Institute of Healthcare Architecture, v.26 no.1, 2020년, pp.63 - 71

정다운 (Department of Architecture, Ajou University) , 김선숙 (Department of Architecture, Ajou University) , 김혜기 (Department of Architecture, Ajou University) , 권순정 (Department of Architecture, Ajou University)

Abstract ▼ AI-Helper

Purpose : The purpose of this study is to analyze the elements that affect the energy consumption of general hospitals in Korea. Methods : Factors affecting energy consumption in general hospitals include facility elements and operating elements. The effects of these elements on energy consumption of general hospitals were analyzed by statistical methods such as t-test, anova, correlation analysis, and regression analysis. Results : Total floor area, number of operating rooms, number of MRI, number of staffs, and number of outpatients can be said as useful variables that can explain energy consumption in general hospitals. Implication : It is possible to save energy consumption in general hospitals by adjusting major variables that affect the energy consumption of general hospitals.

주제어

표/그림 (10)

표 [Table 1] Cases of investigation (survey) or systems
표 [Table 2] Type of survey item
표 [Table 3] Specialized survey item of hospital
표 [Table 4] Preliminary survey target
표 [Table 5] Results of sampling by number of beds
표 [Table 6] Survey items table
표 [Table 7] Descriptive statistics & linear regression result _ continuous variable (N=48)
표 [Table 8] Descriptive statistics _ discrete variable
그림 [Figure 1] Box plot_quartile of primary variables
표 [Table 9] Quartile of primary variables

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 국내 종합병원의 에너지 사용 현황 및 특성을 분석하기 위해 국내·외에서 운영 중인 종합병원 에너지 사용 조사 관련 제도들을 분석하여 조사항목과 조사서 초안을 도출하였다.
의료시설에서 에너지 사용에 영향을 주는 요소로 건물 단열 성능,냉·난방 설비, 의료장비 등의 시설 특성에 대한 요소들과 환자 수, 직원 수, 운영방식 등의 운영 특성에 대한 요소들이 있다. 이러한 요소들을 기반으로 종합병원의 에너지 사용에 영향을 주는 주요 변수들을 찾고, 의료시설의 에너지 사용량 감축 및 효율적 에너지 사용을 위한 기초자료를 구축한다.

제안 방법

예비조사 과정을 통해 건물의 형상, 건물의 향(배치), 취사용 도시가스 사용량, 8시간/24시간 운영구역별 면적, 기숙사/강의동 면적 등이 조사항목에서 제외되었다. FTE(Full Time Equivalent)는 총 직원 수로 변경되었으며, 응급실 주간/주말 방문자 수는 연간 방문자 수로 변경되었고, 창호/지붕/벽체의 단열기준은 단열재 정보가 없을 때는 법규 기준을 따르는 것으로 조정하였다.
각 병원을 방문한 후 매번 조사항목과 조사서를 수정해나가는 방식으로 조사를 진행하였다. 예비조사 과정을 통해 건물의 형상, 건물의 향(배치), 취사용 도시가스 사용량, 8시간/24시간 운영구역별 면적, 기숙사/강의동 면적 등이 조사항목에서 제외되었다.
건물의 단열 성능은 외벽·지붕·창호 세 가지 항목을 조사하였다.
공조 방식은 ‘주 냉‧난방 열원’ 및 ‘공조기’를 기준으로 ‘중앙식’과 ‘개별식’으로 구분하였으며, 냉‧난방에 따라 ‘개별식’ 과 ‘중앙식’을 나누어 운영하는 경우 ‘혼용방식’으로 분류하였다.
국내 종합병원의 에너지 사용 특성 조사를 위한 조사항목 구성에 앞서 위해 [Table 1]과 같이 4개 국가의 에너지 운영실태조사 및 에너지 평가 관련 제도 분석을 진행하였다.
사전에 요청한 자료를 확인하고, 병원 담당자와 함께 설문 작성을 완료하였다. 병원 담당자 인터뷰 및 시설 현장 확인을 통해 해당 의료시설의 시설 특성과 운영 특성을 파악하였다.
본 연구에서는 국내 종합병원의 에너지 사용 특성을 분석하기 위해 제도 분석 및 예비조사를 통해 조사항목을 선정하였다. 현장방문을 통해 48개 종합병원을 대상으로 자료 수집을 완료했으며, 통계 분석을 하여 에너지 사용량에 영향을 주는 주요 변수들을 파악하였다.
본 조사 진행에 앞서 조사항목 및 조사 방법에 대한 검토를 위해 예비조사를 실시하였다. 예비조사를 통해 종합병원 조사에서 수집 가능한 정보를 파악하고, 조사 가능성을 검토하였으며, 조사항목 및 조사 방법을 조정하였다.
에너지 사용에 대한 분석은 병원의 ‘총 에너지 사용량’과 단위 면적당 에너지 사용량인 EUI(Energy use intensity)10) 변수가 다른 변수들과 어떤 관계가 있는지 분석한다.
본 조사 진행에 앞서 조사항목 및 조사 방법에 대한 검토를 위해 예비조사를 실시하였다. 예비조사를 통해 종합병원 조사에서 수집 가능한 정보를 파악하고, 조사 가능성을 검토하였으며, 조사항목 및 조사 방법을 조정하였다. 예비조사는 종합병원 4개소를 대상으로 진행되었다.
운영 주체에 따른 에너지성능의 차이를 비교하기 위해 민간 병원과 공공병원의 ‘연면적당 에너지 사용량’ 값을 비교해보았다.
본 연구에서는 국내 종합병원의 에너지 사용 현황 및 특성을 분석하기 위해 국내·외에서 운영 중인 종합병원 에너지 사용 조사 관련 제도들을 분석하여 조사항목과 조사서 초안을 도출하였다. 이를 바탕으로 종합병원 4개소를 대상으로 예비조사를 진행하였으며, 결과 검토를 통해 조사항목을 선정하고 조사서를 작성하였다. 전체 종합병원을 모집단으로 하고, 비례층화표본추출법을 활용하여 조사대상을 선정하였다.
자료 수집은 사전 조사와 현장 조사로 나누어 진행하였다. 사전 조사는 의료시설 방문 전 조사 관련 자료를 요청 및 수집하는 단계이다.
조사목표인 종합병원 50개소 선정에 앞서 100개의 조사 후보군을 선정하였다. 조사는 연구진의 현장방문 접근성, 조사의 효율성과 병원의 협조 가능성을 고려하여 조사 후보군 내에서 우선순위를 정하여 진행하였다. 54개소를 대상으로 조사를 진행하였으며, 최종적으로 종합병원 48개소⁹⁾의 자료를 확보하였다.
조사항목은 병원의 기본 정보와 건축, 설비, 의료장비, 운영 및 재실 특성, 에너지 사용량과 에너지 사용량 기반 성능평가를 위한 모델 도출을 위해 조사 되는 항목, 의료시설 에너지운영 특성 DB 구축을 목적으로 조사되는 항목을 포함한다.
조사항목의 체계 및 용도별 차이를 분석하고 각 제도에서 사용된 빈도를 파악하여 조사항목의 유형을 도출하였다. 조사항목의 활용목적 및 조사 방법 (단순 조사/제도 반영 등)을 고려하여 조사항목의 국내 반영 가능성을 검토하였다.
조사항목의 체계 및 용도별 차이를 분석하고 각 제도에서 사용된 빈도를 파악하여 조사항목의 유형을 도출하였다. 조사항목의 활용목적 및 조사 방법 (단순 조사/제도 반영 등)을 고려하여 조사항목의 국내 반영 가능성을 검토하였다. 8개의 사례조사를 통해 도출된 조사항목의 유형은 [Table 2]와 같다.
주 냉·난방 열원에 대한 분석은 병원의 본관에서 사용 중이거나 가장 큰 비중으로 사용하고 있는 열원을 기준으로 하였다.
변수가 다른 변수들과 어떤 관계가 있는지 분석한다. 총 에너지 사용량은 각 병원에서 사용 중인 전기, 도시가스, 지역난방 등의 2017년 월별 에너지 사용량을 최종 에너지를 기준으로 환산하여 합산하였다.¹¹⁾ EUI 변수는 규모를 나타내는 변수 중 ‘총 에너지 사용량’에 대한 설명력이 가장 높은 연면적을 반영한, 단위 면적당 에너지 사용량을 사용하였다.
본 연구에서는 국내 종합병원의 에너지 사용 특성을 분석하기 위해 제도 분석 및 예비조사를 통해 조사항목을 선정하였다. 현장방문을 통해 48개 종합병원을 대상으로 자료 수집을 완료했으며, 통계 분석을 하여 에너지 사용량에 영향을 주는 주요 변수들을 파악하였다. 연구결과를 요약하면 다음과 같다.

대상 데이터

‘2016전국병원명부’6)를 참조하여 323개의 표본7)을 확보하였다.
조사는 연구진의 현장방문 접근성, 조사의 효율성과 병원의 협조 가능성을 고려하여 조사 후보군 내에서 우선순위를 정하여 진행하였다. 54개소를 대상으로 조사를 진행하였으며, 최종적으로 종합병원 48개소⁹⁾의 자료를 확보하였다.
조사대상 선정은 비례층화추출법⁸⁾을 이용하였다. 병상을층화 변수로 두고 100병상에서 1000병상까지 100병상 단위에 따라 후보군을 선정하였다. 표본 추출 절차에 따른 병상 구간별 표본 분포는 [Table 5]와 같다.
본 연구에서는 국내 의료기관 중 종합병원을 연구대상으로 설정하여 에너지 사용 특성에 대한 분석을 실시한다³⁾. 의료시설에서 에너지 사용에 영향을 주는 요소로 건물 단열 성능,냉·난방 설비, 의료장비 등의 시설 특성에 대한 요소들과 환자 수, 직원 수, 운영방식 등의 운영 특성에 대한 요소들이 있다.
본 연구의 조사대상은 100병상 이상 종합병원⁴⁾이다. 1000병상 이상의 대형 종합병원은 조사대상에서 제외하였다⁵⁾.
예비조사는 종합병원 4개소를 대상으로 진행되었다. 예비조사는 2018년 5월에서 6월까지 2개월간 진행하였으며, 조사대상의 개요는 [Table 4]와 같다.
예비조사를 통해 종합병원 조사에서 수집 가능한 정보를 파악하고, 조사 가능성을 검토하였으며, 조사항목 및 조사 방법을 조정하였다. 예비조사는 종합병원 4개소를 대상으로 진행되었다. 예비조사는 2018년 5월에서 6월까지 2개월간 진행하였으며, 조사대상의 개요는 [Table 4]와 같다.
이를 바탕으로 종합병원 4개소를 대상으로 예비조사를 진행하였으며, 결과 검토를 통해 조사항목을 선정하고 조사서를 작성하였다. 전체 종합병원을 모집단으로 하고, 비례층화표본추출법을 활용하여 조사대상을 선정하였다. 조사는 2018년 8월부터 10월까지 3개월에 걸쳐 진행되었으며, Rstatistics를 활용하여 수집된 자료의 통계 분석을 실시하였다.
전체 종합병원을 모집단으로 하고, 비례층화표본추출법을 활용하여 조사대상을 선정하였다. 조사는 2018년 8월부터 10월까지 3개월에 걸쳐 진행되었으며, Rstatistics를 활용하여 수집된 자료의 통계 분석을 실시하였다.
조사목표인 종합병원 50개소 선정에 앞서 100개의 조사 후보군을 선정하였다. 조사는 연구진의 현장방문 접근성, 조사의 효율성과 병원의 협조 가능성을 고려하여 조사 후보군 내에서 우선순위를 정하여 진행하였다.
종합병원 48개소에서 총 100여 개의 변수를 수집하였으며, 통계적 분석을 통해 도출한 유의미한 분석 내용을 [Table 7]과 [Table 8]에 정리하였다. ‘총 에너지 사용량’에 대해 높은 설명력을 가진 주요 변수들의 분포는 [Table 9]와 [Figure 1]에 나타내었다.
조사에 응답하는 병원 담당자에게 건물의 도면, 장비 일람표 등의 설계도서 준비와 조사항목에 대한 설문(조사서) 작성을 요청하였다. 현장 조사를 진행하기 전 건축물대장, 관련 법규 등의 자료와 병원 사이트 및 포털 사이트의 지도를 활용하여 조사대상 병원 관련 자료를 수집하였다.

데이터처리

병상 수에 따른 에너지성능을 차이를 비교하기 위해 300병상을 기준으로 ‘연면적당 에너지 사용량’ 값을 비교해보았다15).

이론/모형

48개 병원 중 8개 병원에서 외벽과 지붕의 단면 및 창호에 대한 정보를 포함한 도면을 확보하였으나, 열관류율 계산을 위한 충분한 정보 부족으로16) 외벽·지붕·창호의 열관류율은 해당 건물이 지어지던 때의 법적 단열기준17)을 활용하였다.
을 확보하였다. 조사대상 선정은 비례층화추출법⁸⁾을 이용하였다. 병상을층화 변수로 두고 100병상에서 1000병상까지 100병상 단위에 따라 후보군을 선정하였다.
48개 병원 중 8개 병원에서 외벽과 지붕의 단면 및 창호에 대한 정보를 포함한 도면을 확보하였으나, 열관류율 계산을 위한 충분한 정보 부족으로16) 외벽·지붕·창호의 열관류율은 해당 건물이 지어지던 때의 법적 단열기준17)을 활용하였다. 창호에 대한 단열기준은 2001년 생겨났으며, 본 연구에서는 2001년 이후에 해당하는 11개소만 창호의 단열기준을 적용하였다.

성능/효과

1) 에너지 사용량에 가장 큰 영향을 미치는 변수는 종합병원의 규모를 나타내는 ‘연면적(R²=0.85)’이다.
2) ‘수술실 수’, ‘MRI 대수’ 등의 변수들은 그 자체로 에너지를 많이 쓴다기보다는 다른 의료행위들과 연계되어, 추가적인 에너지 사용을 유발함으로써 의료시설의 에너지 사용량에 영향을 미치는 변수이다.
2) 건축정보에는 병원의 시설과 건축적 특성에 대한 변수인 용도별 면적, 건물의 단열 성능 등의 항목이 포함된다.
3) ‘주 냉‧난방 열원’으로 EHP를 사용하는 경우 냉온수기, 증기보일러, 냉동기를 사용하는 방식에 비해 통계적으로 유의미하지는 않지만 ‘연면적당 에너지 사용량’이 낮게 나타났다.
4) ’운영 주체‘, ’주 냉‧난방 열원‘, ’주 냉‧난방 연료‘, ’공조 방식‘ 등의 항목에서는 각 항목 내 변수 간 ’평균 연면적당 에너지 사용량‘ 값의 유의미한 차이가 나타나지 않았다.
5) 건물의 단열 성능인 외벽·지붕·창호의 열관류율은 에너지 사용량과 통계적으로 유의미한 관계가 없었다.
6) 현장 조사 단계에서 최신의 면적정보, 에너지 사용량, 설비정보 등의 자료가 구비 되어 있지 않은 경우가 많았으며, 각 종합병원이 보유하고 있는 자료 유무의 편차로 조사 및 분석에서 제외된 변수도 있다. 예를 들어 냉·난방 운영정보(온도, 일일 운영 시간, 년 운영 일수)에 대한 항목은 시설관리자의 주관으로 응답하는 경우가 많았다.
7) 건물이 여러 동으로 구성된 대부분의 종합병원에서 냉· 난방, 급탕 설비에 따라서, 또는 에너지원에 따라 통합적으로 에너지 계측을 하고 있었다.
그 외에 ‘허가병상 수(R²=0.70), ‘승강기 수(R²=0.78), ’총 근무자 수(R²=0.67), ’외래환자 수(R²=0.65)‘, ’수술실 수(R²=0.62)’, ‘MRI대수(R²=0.50)’ 등의 변수들이 에너지 사용량에 유의미한 영향을 주는 것으로 나타났다.
세 변수 중 가장 설명력이 높은 변수는 ‘연면적’이며, ‘총 에너지 사용량’에 대해 85%의 설명력이 있다.

후속연구

‘수술실 수’, ‘MRI 대수’ 등의 변수가 ‘수술 건수’, ‘MRI 촬영 건수’ 등 의료결과에 대한 변수로대체 된다면, 더욱 정확한 설명력을 도출할 수 있을 것이다.
4) ’운영 주체‘, ’주 냉‧난방 열원‘, ’주 냉‧난방 연료‘, ’공조 방식‘ 등의 항목에서는 각 항목 내 변수 간 ’평균 연면적당 에너지 사용량‘ 값의 유의미한 차이가 나타나지 않았다. 각 항목을 구성하는 표본 수가 많지 않은 한계가 있으며, 추후 추가적인 표본 확보를 통해 명확하게 확인할 필요가 있다.
의료시설의 에너지 효율 특성 분석의 신뢰도를 높이기 위해서는 최신의 정확한 기초자료 구축이 필요하다. 나아가, 정확하고 적절한 의료시설 에너지 절감 방안 도출을 위해서는 향후 의료시설 시설관리자들이 자유롭게 입력하고, 관리할 수 있는 의료시설 빅데이터 시스템의 구축이 필요하다.
본 연구의 결과는 종합병원의 에너지 사용특성에 대한 기초자료로써 종합병원의 에너지 사용 절감을 위한 전략 수립 및 다양한 연구에 활용할 수 있다. ’총 에너지 사용량‘에 대해 높은 설명력을 나타내는 주요 변수들을 활용하여, 종합병원의 에너지 사용량 예측도 가능하다.
’총 에너지 사용량‘에 대해 높은 설명력을 나타내는 주요 변수들을 활용하여, 종합병원의 에너지 사용량 예측도 가능하다. 향후, 더 많은 종합병원을 대상으로 지속적이고 정확한 조사를 진행함으로써 종합병원의적정 에너지 사용량을 산출해내거나, 종합병원의 구체적인 에너지 사용 패턴을 분석할 수 있을 것이다.

참고문헌 (11)

Korea Energy Economics Institute; Korea Energy Agency, 2017, Energy Consumption Survey, Ministry of Trade, Industry and Energy
Korea Institute of Healthcare Architecture, 2018, Architectural Guidelines for the Design of Healthcare Facilities, Ministry of Health and Welfare
Ministry of Land, Infrastructure and Transport; Korea Energy Agency, 2019, Hospital Energy Saving Operation and Maintenace(O&M) Guide, Korea Energy Agency
Yi, Jong-Yeong, 2013, Building Energy Efficiency Enhancing System, Korea Legislation Research Institute
국토교통부. 2017. 건축물의 설비기준 등에 관한 규칙
국토교통부. 2018. 건축물의에너지절약설계기준
김은희, 2014, 그린리모델링시범사업의 설계품질관리시스템 활용과 향후 과제, 건축도시공간연구소, 건축과도시공간, vol.12 winter 2013
대한병원협회, 2017, 2016 전국병원명부, 대한병원협회
보건복지부. 2019. 의료법
아주대학교, 2018, 건물 에너지사용량 기반 성능평가 방법론 개발, 한국에너지공단
환경부, 2018, 2030년 국가 온실가스 감축목표 달성을 위한 기본 로드맵 수정안, 환경부

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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