[논문]태양전지를 활용한 노후 건축물 그린 리모델링 디자인 사례분석 연구

박지훈; 남원석; 장중식

doi:10.15207/jkcs.2020.11.9.155

태양전지를 활용한 노후 건축물 그린 리모델링 디자인 사례분석 연구
Old building green remodeling design cases study analysis using solar cell 원문보기

한국융합학회논문지 = Journal of the Korea Convergence Society, v.11 no.9, 2020년, pp.155 - 162

박지훈 (국민대학교 테크노디자인대학원 제품이노베이션학과) , 남원석 (국민대학교 조형대학 공업디자인학과) , 장중식 (국민대학교 조형대학 공업디자인학과)

초록
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본 연구는 파리기후변화협약 이후 전 세계적으로 각광받고 있는 태양전지를 활용한 노후 건축물 그린 리모델링 디자인의 국내외 사례 분석을 바탕으로 향후 진행할 태양전지를 활용한 그린 리모델링 디자인 제안의 긍정적인 측면과 시사점을 확인하고자 하였다. 연구의 방법으로는 문헌연구를 바탕으로 이론적 고찰을 진행하였고, 이후 국내외 태양전지를 활용한 그린 리모델링 디자인의 사례를 조사·분석하였다. 그 결과 플렉서블한 특징을 통한 시공의 용이성, 박막전지의 투명도와 색상의 조절을 통한 심미적 효과, 자유로운 사이즈 제작으로 재료 낭비가 적은 경제적 효과, 외관의 직접 부착을 통한 건물과의 조화로운 측면을 확인할 수 있었다. 이러한 점을 토대로 박막 태양전지를 그린 리모델링 디자인에 활용하여 올 수 있는 기대효과와 유효성을 제시하고, 향후 진행할 태양전지를 활용한 노후 건축물 그린 리모델링 디자인 제안에 대한 방향성과 참고 자료로 활용되기를 기대한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Based on the analysis of domestic and international cases of green remodeling design for old buildings using solar cells, which have been in the spotlight around the world since the Paris Agreement on Climate Change, this study wanted to confirm the positive aspects and implications of the future green remodeling design proposal using solar cells. As a method of research, theoretical consideration was conducted based on literature research, and cases of green remodeling design using solar cells at home and abroad were investigated and analyzed. As a result, the ease of construction through flexible features, aesthetic effect through transparency and color adjustment of thin film cells, economic effect of less waste of materials through free size production, and harmonious aspect with the building through direct attachment of exterior were identified. Based on this, it is expected to present the expected effects of using thin-film solar cells for green remodeling designs, and to be used as a reference for the future design proposal for green remodeling of old buildings using solar cells.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Principles of Solar Cells.
그림 Fig. 2. Flexible CIGS Solar Cell.
그림 Fig. 3. Solar Home in National Mall.
표 Table 1. Type of Remodeling
그림 Fig. 4. Atrium of Southampton University.
그림 Fig. 5. Coimbatore in India.
그림 Fig. 6. The Edge of Amsterdam.
그림 Fig. 7. SK Chemicals Eco Lab.
그림 Fig. 8. ChungAng University Start up Center.
그림 Fig. 9. Atrium of Korea Energy Agency.
그림 Fig. 10. Seoul National University(Outside & Inside)
표 Table 2. Case Analysis result

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 박막 태양전지를 활용한 노후 건축물 그린 리모델링 디자인의 국내외 사례 조사를 진행하였으며 미래 그린 리모델링 디자인에서 주목해야 할 측면을 살펴보고자 한다. 파리기후변화협약 이후 국내외를 막론하고 전 세계적으로 재생에너지와 친환경에너지가 각광을 받고 있다.
이에 본 연구는 박막 태양전지를 활용한 노후 건축물 그린 리모델링 디자인의 국내외 사례 조사 및 비교분석을 통하여, 태양전지를 활용한 노후 건축물의 그린 리모델링에 있어 긍정적인 측면을 확인하고자 한다. 이를 토대로 국내의 태양전지를 활용한 노후 건축물 그린 리모델링 디자인 제안에 활용되고자 한다.
그린 리모델링시 건축물의 외벽이나 유리, 창호 등에 태양전지 모듈을 설치하여 발전하고, 태양전지 자체를 건축물의 외장재로 활용하여 건설 비용을 줄이며 디자인적 요소를 가미하여 건축물의 가치를 높일 수 있다. 이에 본 연구는 박막 태양전지를 활용한 노후 건축물 그린 리모델링 디자인의 국내외 사례 조사 및 비교분석을 통하여, 태양전지를 활용한 노후 건축물의 그린 리모델링에 있어 긍정적인 측면을 확인하고자 한다. 이를 토대로 국내의 태양전지를 활용한 노후 건축물 그린 리모델링 디자인 제안에 활용되고자 한다.

제안 방법

단열, 고성능 창호 교체를 활용하여 건축물의 에너지 소비를 기존대비 45%를 줄이고 근무환경을 개선하였다. 건물 외관에 얇은 막 형태의 박막 태양전지를 증착하여 시공하였다. 또한 투명성이 확보가 되었고 기존의 유리와 이질감을 최소화하여 건물과의 조화도 이루었다[21].
독일의 다름슈타트 기술대학교(Darmstadt Technical University)의 학생들이 설계하였다. 기존의 카페로 쓰이던 건물을 박막 태양전지를 활용하여 리모델링을 하였다. 이 건물은 2층 규모의 큐브모양의 건물이며, 외벽에 부착된 박막 태양전지 덕분에 단열 효과가 높으며, 흐린 날씨에 실리콘 태양 전지보다 고효율을 자랑한다.
이 건물은 2층 규모의 큐브모양의 건물이며, 외벽에 부착된 박막 태양전지 덕분에 단열 효과가 높으며, 흐린 날씨에 실리콘 태양 전지보다 고효율을 자랑한다. 또한 부분적으로 색상이 들어간 박막 태양전지를 배치하여 심미적인 효과를 더했다. 기존에 소요하는 에너지 대비 200%의 에너지를 생산하는 것으로 나타났다[14].
또한 유리의 사이에 삽입하는 G to G 타입의 박막 태양전지를 활용해 태양 전지를 외부의 충격으로부터 보호해주는 방식을 사용한다.

대상 데이터

한국에너지공단은 신재생에너지를 주관하는 기관으로써 미래 제로에너지 빌딩으로 앞장서고 있다. 2019년 울산으로 본사를 이전하면서 기존의 노후한 건물을 증축 및 리모델링 진행하였다. 건물의 창호와 난간, 아트리움 등에 박막 태양전지를 활용해 2번째로 높은 건축물 에너지 효율등급인 1++에 달성하였다.
국토교통부는 중앙정부, 지방자치단체, 공공기관이 소유한 기존의 노후 건축물을 응모하여 그린 리모델링 대상으로 21건을 선정하였는데, 그중 서울대학교 공학관이 선정되었다. 단열, 고성능 창호 교체를 활용하여 건축물의 에너지 소비를 기존대비 45%를 줄이고 근무환경을 개선하였다.
본 연구에선 태양전지를 활용한 노후 건축물 그린 모델링의 국내외 사례 조사를 진행하였으며 BIPV System과 박막(CIGS) 태양전지로 한정하였다. 또한 온실가스 배출 감소를 구체적으로 이행을 시작한 교토의정서 이후의 사례로 한정하였다.
SK케미칼 사옥은 2010년에 리모델링을 통하여 태양 전지 시스템을 적용하였다. 일반 건물 대비 연간 45%의 에너지 절감 효과를 거두고 있고 미국 친환경건축물 인증제도인 LEED(Leadership in Energy and Environment Design)의 최고등급인 플래티넘 등급을 획득하였다. 에너지 절감 효과를 금액으로 환산하면 1년에 4억 4천만원의 비용을 절약한다[18].

성능/효과

국내외 모두 공통적으로 박막 태양전지를 활용한 그린 리모델링은 주거단지가 아닌 상업시설과 관공서기관에 다수 적용되고 있으며, 국외에선 최초 리모델링 설계 시에 심미적인 측면을 고려한 설계가 적용되고 있음을 확인할 수 있었다. 각 사례별로 공통적으로 확인 할 수 있는 사실은 그린 리모델링시에 시공이 용이한 박막 태양전지를 활용하여 건물과의 조화성을 추구하여 미려한 디자인 효과를 주고 있다는 점이다. 특히 스위스의 The Edge는 건물의 외벽 전체에 박막 태양전지를 부착하여 활용하였고 태양의 경로를 기준으로 배치하여 최적의 효율을 자랑하며 동시에 건물의 가장자리인 엣지(Edge)를 활용하여 세련된 디자인의 느낌을 준다.
5배 증가하였다[22]. 국내외 모두 공통적으로 박막 태양전지를 활용한 그린 리모델링은 주거단지가 아닌 상업시설과 관공서기관에 다수 적용되고 있으며, 국외에선 최초 리모델링 설계 시에 심미적인 측면을 고려한 설계가 적용되고 있음을 확인할 수 있었다. 각 사례별로 공통적으로 확인 할 수 있는 사실은 그린 리모델링시에 시공이 용이한 박막 태양전지를 활용하여 건물과의 조화성을 추구하여 미려한 디자인 효과를 주고 있다는 점이다.
셋째, 일반적인 실리콘 태양전지 대비 발전량이 높고 안정적이며 다양한 크기로 제작이 가능하기 때문에 리모델링시 재료의 낭비가 적고 건축 폐기물의 배출이 감소할 것으로 예측되어 보다 경제적인 그린 리모델링이 가능할 것으로 판단된다. 넷째, 기존의 태양전지와는 다르게 박막 태양전지는 건물의 외벽, 유리등 외관에 직접 부착이 가능하고, 건물의 변형이 적으므로 리모델링에 있어 건물과의 일체성 및 조화를 이루어 디자인 측면에서의 활용도가 높을 것으로 판단된다.
국토교통부는 중앙정부, 지방자치단체, 공공기관이 소유한 기존의 노후 건축물을 응모하여 그린 리모델링 대상으로 21건을 선정하였는데, 그중 서울대학교 공학관이 선정되었다. 단열, 고성능 창호 교체를 활용하여 건축물의 에너지 소비를 기존대비 45%를 줄이고 근무환경을 개선하였다. 건물 외관에 얇은 막 형태의 박막 태양전지를 증착하여 시공하였다.
앞서 분석한 결과를 토대로 그린 리모델링에 박막 태양전지를 활용하였을 때 올 수 있는 긍적적인 측면은 첫째, 건물의 리모델링 시에 박막 태양전지의 플렉시블(Flexible)한 측면을 활용하여 시공하기 까다로운 유기적인 형태의 건물에 시공이 용이할 것으로 판단된다. 둘째, 투명도 조절과 색상의 구현이 가능하기 때문에 이를 적극 활용하여 실내의 음영을 통한 디자인 효과와 화려한 미관을 통해 리모델링에 있어 저비용 고효율의 디자인 창출이 가능할 것으로 판단된다.
앞서 조사한 사례와 같이 박막 태양전지를 활용한 그린 리모델링은 정부의 지원과 함께 국내외에서 활발히 이루어지고 있는 것을 확인할 수 있었다. 온실가스를 저감하기 위한 국제적 협약인 교토의정서가 시행된 이래로 각 국가들의 친환경 정책에 맞춰 그린 리모델링 시장도 2000년도 대비 2020년은 4.

후속연구

또한, 기존 실리콘 태양전지에 비해 발전량이 높고 안정적이며, 여러 가지 크기로 제작이 가능하여 재료의 낭비를 줄여 경제적인 효과가 있을 것이다. 건물의 외관에 직접 부착이 가능하여 건물의 변형을 줄여 통일성 및 조화를 이루어 디자인 측면에서의 적극적인 활용이 가능 할 것으로 판단된다. 이를 바탕으로 박막 태양전지는 노후 건축물의 그린 리모델링 디자인에 효과적으로 활용이 될 수 있을 것이다.
앞서 분석한 결과를 토대로 그린 리모델링에 박막 태양전지를 활용하였을 때 올 수 있는 긍적적인 측면은 첫째, 건물의 리모델링 시에 박막 태양전지의 플렉시블(Flexible)한 측면을 활용하여 시공하기 까다로운 유기적인 형태의 건물에 시공이 용이할 것으로 판단된다. 둘째, 투명도 조절과 색상의 구현이 가능하기 때문에 이를 적극 활용하여 실내의 음영을 통한 디자인 효과와 화려한 미관을 통해 리모델링에 있어 저비용 고효율의 디자인 창출이 가능할 것으로 판단된다. 셋째, 일반적인 실리콘 태양전지 대비 발전량이 높고 안정적이며 다양한 크기로 제작이 가능하기 때문에 리모델링시 재료의 낭비가 적고 건축 폐기물의 배출이 감소할 것으로 예측되어 보다 경제적인 그린 리모델링이 가능할 것으로 판단된다.
이러한 시사점을 토대로 그린 리모델링 디자인에 박막 태양전지를 활용한다면, 박막 태양전지의 플렉시블한 특성을 활용하여 유기적인 형태의 건물에 리모델링 시공이 용이할 것으로 기대되며, 투명도와 색상을 활용하여 저비용 고효율의 디자인이 창출될 것으로 판단된다. 또한, 기존 실리콘 태양전지에 비해 발전량이 높고 안정적이며, 여러 가지 크기로 제작이 가능하여 재료의 낭비를 줄여 경제적인 효과가 있을 것이다. 건물의 외관에 직접 부착이 가능하여 건물의 변형을 줄여 통일성 및 조화를 이루어 디자인 측면에서의 적극적인 활용이 가능 할 것으로 판단된다.
본 연구에서는 박막 태양전지를 활용한 그린 리모델링 디자인의 국내외 사례를 중심으로 다양한 시사점을 확인하였고, 향후 진행할 박막 태양전지를 활용한 그린 리모 델링 디자인 기술 개발의 방향성을 제시하고 참고자료로 활용되기를 기대한다.
둘째, 투명도 조절과 색상의 구현이 가능하기 때문에 이를 적극 활용하여 실내의 음영을 통한 디자인 효과와 화려한 미관을 통해 리모델링에 있어 저비용 고효율의 디자인 창출이 가능할 것으로 판단된다. 셋째, 일반적인 실리콘 태양전지 대비 발전량이 높고 안정적이며 다양한 크기로 제작이 가능하기 때문에 리모델링시 재료의 낭비가 적고 건축 폐기물의 배출이 감소할 것으로 예측되어 보다 경제적인 그린 리모델링이 가능할 것으로 판단된다. 넷째, 기존의 태양전지와는 다르게 박막 태양전지는 건물의 외벽, 유리등 외관에 직접 부착이 가능하고, 건물의 변형이 적으므로 리모델링에 있어 건물과의 일체성 및 조화를 이루어 디자인 측면에서의 활용도가 높을 것으로 판단된다.
이를 바탕으로 태양전지를 활용한 다양한 그린 리모델링 디자인 시도가 일어나고 있다. 이러한 시사점을 토대로 그린 리모델링 디자인에 박막 태양전지를 활용한다면, 박막 태양전지의 플렉시블한 특성을 활용하여 유기적인 형태의 건물에 리모델링 시공이 용이할 것으로 기대되며, 투명도와 색상을 활용하여 저비용 고효율의 디자인이 창출될 것으로 판단된다. 또한, 기존 실리콘 태양전지에 비해 발전량이 높고 안정적이며, 여러 가지 크기로 제작이 가능하여 재료의 낭비를 줄여 경제적인 효과가 있을 것이다.
건물의 외관에 직접 부착이 가능하여 건물의 변형을 줄여 통일성 및 조화를 이루어 디자인 측면에서의 적극적인 활용이 가능 할 것으로 판단된다. 이를 바탕으로 박막 태양전지는 노후 건축물의 그린 리모델링 디자인에 효과적으로 활용이 될 수 있을 것이다.
본 연구에서는 박막 태양전지를 활용한 그린 리모델링 디자인의 국내외 사례를 중심으로 다양한 시사점을 확인하였고, 향후 진행할 박막 태양전지를 활용한 그린 리모 델링 디자인 기술 개발의 방향성을 제시하고 참고자료로 활용되기를 기대한다. 향후의 연구과제는 박막 태양전지를 활용한 그린 리모델링 디자인에 관하여 실증연구를 진행할 예정이며, 건축물의 용도와 지역에 따라 세분화하여 실효성이 있는 연구를 진행하고자 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	리모델링이란 무엇인가?	그린 리모델링을 이해하기 위해선 리모델링(Remodeling)의 이해가 먼저 필요하다. 리모델링은 건물의 노후화를 억제하거나 기능의 향상을 위하여 개조하거나 증축하는 행위를 말한다. 리모델링을 통하여 건물의 가치를 향상하고, 경제성을 확보를 목표로 한다[10].
	온실가스는 무엇을 유발하는가?	산업과 과학의 고도화된 발전과 인구의 증가에 따라 석탄, 석유, 천연가스, 메탄등 화석연료의 소비가 증가되어 세계적으로 많은 양의 온실가스가 배출되고 있다. 이렇게 배출된 온실가스는 지구온난화, 이상기후, 환경오염 등을 유발한다[1]. 이러한 온실가스를 감축하기 위하여 1997년 교토의정서(Kyoto Protocol)가 채택되어 프랑스, 영국, 일본 등의 선진국들이 의무적으로 감축을 시작하였으며, 5.
	파리기후변화협약에서 우리나라는 어떤 목표를 제출하였는가?	2015년 교토의정서의 한계점을 극복하기 위해 미국의 주도하에 선진국과 개발도상국들을 포함한 파리기후변화협약이 채택되었다. 우리나라도 참여를 하였는데 2030년인 목표연도 대비 37% 감축 목표를 제출하였다[2]. 파리기후변화협약 이후 국내를 포함하여 전 세계적으로 에너지 부문은 격변을 맞이하고 있다.

참고문헌 (22)

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상세보기
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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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