초록 ▼

국내 총 에너지소비량의 1/4 이상(에너지경제연구원 자료)을 차지하고 있는 건물분야에서의 에너지저감을 위해 지금까지 많은 연구가 진행되어 왔다. 2000년대 이전에는 주로 고단열 외피, 고성능 창호와 같은 건물에너지 절약요소에 의존적이었으나 기후변화 협약 이행을 위한 최근 일련의 연구 및 실행방안은 “제로에너지 건물”, “탄소중립건물”, “친환경건물” 등 건물에너지 대부분을 자립하는 에너지 자립형 건물에 초점이 맞춰지고 있다. 이를 위해서 단순히 건물에너지 절약 기술만으로는 근본적인 대비책의 한계에 도달했다고 볼 수 있다. 따라서

국내 총 에너지소비량의 1/4 이상(에너지경제연구원 자료)을 차지하고 있는 건물분야에서의 에너지저감을 위해 지금까지 많은 연구가 진행되어 왔다. 2000년대 이전에는 주로 고단열 외피, 고성능 창호와 같은 건물에너지 절약요소에 의존적이었으나 기후변화 협약 이행을 위한 최근 일련의 연구 및 실행방안은 “제로에너지 건물”, “탄소중립건물”, “친환경건물” 등 건물에너지 대부분을 자립하는 에너지 자립형 건물에 초점이 맞춰지고 있다. 이를 위해서 단순히 건물에너지 절약 기술만으로는 근본적인 대비책의 한계에 도달했다고 볼 수 있다. 따라서 에너지 자립형 건물을 위해서는 에너지 절약기술과 신재생에너지 기술이 동시에 적용되는 기술개발이 필요하다.

따라서 본 연구 사업은 세계최초의 탄소제로 업무용 시설인 기후변화연구동 완공으로 기존의 시뮬레이션과 수치해석을 기반으로 이루어지고 있는 연구시스템에서 탄소제로건물의 모니터링 분석과 환경성능실험을 통해 건물의 복합적인 에너지절약기술이 적용된 탄소제로빌딩의 통합에너지 성능 평가와 실내건축 환경성능을 분석함으로써 향후 탄소제로를 목적으로 하는 업무용 시설의 설계 및 시공, 운용에 필요한 기초 데이터 수집은 물론, 향후 지어지는 탄소제로빌딩 건립을 위한 가이드라인 제작에 그 목적이 있다.

국립환경과학원의 기후변화연구동은 인천시 서구 경서동 종합 환경연구단지 내에 위치하고 있으며, 연면적 2,449.24㎡에 지하 1층 지상 2층으로 실구성을 층별로 살펴보면, 지하층은 기계실, 전기실, 통계실, 발전기실, 그 외의 엘리베이터실과 중간홀로 총 면적 521.56㎡에 모두 냉난방을 하지 않는비공조 공간으로 구성되어 있다.

기후변화연구동의 에너지 부하절감으로 적용된 기술은 크게 건축형태와 주변상황을 고려한 설계에 의한 부하절감 기술과 외피의 재질, 창호의 성능,열교방지, 침기 제어 등과 같은 건축물 자체적용 부하절감 기술로 나눌 수있다. 특히 외피와 창호의 단열기술은 냉방, 난방, 조명에 가장 큰 영향을 미치므로 에너지 절감효과에도 매우 큰 영향을 주는 주요한 요소기술이다.
또한 건물에너지 효율기술은 총 18가지 기술이 적용되었다. 건물에너지 효유기술은 조명 및 고효율 시스템을 이용한 기술과 환기 및 제어를 통한 에너지 사용량을 절약하는 기술로 나눌 수 있다. 기후변화연구동에 설치되어진 신재생에너지 기술은 지열, 태양열, 태양광발전시스템이 적용되어 있다.

기후변화연구동의 준공식이 이루어진 2011년 4월부터 2014년 3월까지 3년간의 에너지 생산량 및 소비량을 비교 분석한 결과, 기후변화연구동은 1차년도에 663kWh의 잉여전력을 생산하였고, 2차년도의 경우 4,419kWh를 소비량보다 더 생산하여 3차년도는 총 6,070kW를 더 생산하여 제로에너지에 해당됨은 물론 3년 동안 총 11,152kWh의 전력을 더 생산하여 100% 에너지 자립화 건물은 물론, 에너지를 더 생산하는 Plus을 달성한 것으로 분석되었다.

또한, 지속적인 본 연구사업을 통해 연구에서 제안된 개선사항을 통해 에너지 사용량은 감소하였으며, 특히 열원시스템에 대한 효율 향상과 에너지 사용량 감소는 기호변화연구동이 자립할 수 있는 여건을 마련하였다.

최종적으로 탄소제로빌딩을 위한 가이드라인에 해당하는 ‘녹색건축물의 탄소제로구현을 위한 지침서’는 국립환경과학원 기후변화연구동의 건립과 설계, 시공은 물론 2011년 4월 중순 이후 현재까지 3년 이상의 건물운영, 연구결과, 시행착오 등 탄소제로빌딩에 대한 모든 내용을 상세히 수록함으로써 향후 탄소제로건축물을 건립하고자하는 사람들이 실질적으로 유용하게 사용하도록 작성하였다.

( 출처 : 요약문 7p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 목차 ... 4
• 요 약 문 ... 7
• Ⅰ. 서론 ... 9
• 1. 연구의 필요성 및 목적 ... 9
• 가. 연구의 필요성 ... 9
• 나. 연구의 목적 ... 12
• 2. 연구의 범위 및 내용 ... 14
• 가. 연구의 범위 ... 14
• 나. 연구의 내용 ... 15
• 3. 연구의 방법 및 제한점 ... 15
• 가. 연구의 방법 ... 15
• 나. 연구의 제한점 ... 16
• Ⅱ. 탄소제로건물의 국․내외 동향 ... 18
• 1. 탄소제로 건물의 국내 동향 ... 19
• 2. 탄소제로 건물의 해외동향 ... 21
• 가. 영국 ... 21
• 나. 미국 ... 23
• 다. 일본 ... 26
• 라. 유럽연합 ... 27
• 마. 노르웨이 ... 28
• 바. 말레이시아 ... 28
• Ⅲ. 탄소배출제로연구동의 건축개요 및 현황 ... 29
• 1. 기후변화연구동의 건축개요 ... 29
• 2. 기후변화연구동의 설비 현황 및 모니터링 구성 ... 32
• 가. 전기 계통 및 모니터링 시스템 현황 ... 32
• 나. 태양광 발전 시스템 현황 및 모니터링 시스템 구성 ... 34
• 다. 태양열 시스템 및 모니터링 시스템 구성 ... 37
• 라. 지열히트펌프 모니터링 시스템 현황 ... 38
• 3. 기후변화연구동의 모니터링 방법 및 매뉴얼 ... 40
• 가. 기계실의 전기에너지소비량 모니터링 방법 ... 40
• 나. 기계실을 제외한 전기소비량 모니터링 방법 ... 45
• Ⅳ. 3차년도 에너지 성능평가 ... 53
• 1. 3년간의 기후변화연구동 자립률 분석 ... 53
• 2. 3차년도 기후변화연구동의 전력 소비량 분석 ... 55
• 가. 연간 전력사용패턴 분석 ... 55
• 나. 월별 전력소비량 ... 56
• 다. 에너지 요소별 전력소비량 ... 57
• 3. 기후변화연구동의 태양광 발전량분석 ... 61
• 가. 태양광 발전량 분석 ... 61
• 나. 3년간의 태양광발전 성능분석 ... 62
• 4. 지열히트펌프의 냉·난방 작동성능 분석 ... 64
• 가. 냉·난방 전력사용량 분석 ... 64
• 나. 하절기 히트펌프 성능 분석 ... 65
• 다. 동절기 히트펌프 성능분석 ... 68
• 5. 태양열 급탕시스템의 급탕성능 분석 ... 71
• 가. 온수 사용패턴 분석 ... 71
• Ⅴ. 탄소제로빌딩 구현을 위한 가이드라인 ... 74
• 1. 기본계획단계에서의 방향설정 ... 74
• 2. 적용기술에 대한 평가 방법 ... 76
• 3. 탄소제로빌딩 구현을 위한 지침서 요약 ... 77
• Ⅵ. 결 론 ... 80
• 참 고 문 헌 ... 82
• 끝페이지 ... 84