업무용 공공건축물의 제로에너지 건축물(ZEB) 구현에 관한 연구

Abstract

건축부문의 2030년 온실가스 감축목표 달성을 위해 제로에너지빌딩과 에너지신사업(태양광)을 신사업으로 지정하고, 활성화를 위해 많은 정책을 시행하고 있다. 특히 저탄소 녹색성장 실현을 위해 2017년 1월 20일부터 국토교통부에서는 제로에너지건축물 인증제를 시행하고 있으며, 2020년 공공부문 건축물을 시작으로 민간부문까지 단계별로 의무화할 예정이다. 하지만 제로에너지건축물 인증 달성을 위한 설계 단계별 요소기술과 그에 따른 명확한 기준이 마련되지 않은 상황이다. 따라서 본 연구에서는 에너지 시뮬레이션(ECO2)를 활용하여 다양한 업무용 공공건축물의 에너지성능을 분석하고, 제로에너지건축물 인증 달성을 위한 요소기술 및 설계가이드라인을 제시하고자 한다. 이는 제로에너지건축물 로드맵에 따른 공공 및 민간부문의 확산 및 보급을 위한 기초자료를 제공하고자 하였다.

본 논문은 총 6장으로 구성되어 있으며 각 장의 내용은 다음과 같다.

제1장에서는 연구배경 및 목적, 연구 범위 및 방법에 대해 기술하였다. 제2장에서는 제로에너지건축물에 대한 이론적 고찰 및 관련정책, 현황에 대하여 기술하였다. 제3장에서는 대상건물에 적용된 패시브 및 액티브 요소기술을 분석하고, 에너지 시뮬레이션(ECO2)을 활용하여 대상건물의 에너지성능을 평가하였다. 제4장에서는 대상건물의 제로에너지건축물 인증 달성을 위한 신·재생에너지 최적대안을 모색하였다. 제5장에서는 대상건물의 에너지성능 평가결과를 바탕으로 제로에너지건축물 인증 달성을 위한 단계별 요소기술 및 설계가이드라인을 제시하였다. 제6장에서는 본 연구에 대한 결론을 정리하였으며 주요 내용은 다음과 같다.

(1) 패시브 설계 단계에서는 건물 남향 및 남동향 배치, 체적 대비 외피면적비(A/V) 최소화, 법적기준 수준의 외피 단열성능 계획, 방위별 부하특성을 고려한 창호 계획으로 전체 창면적비 35% 미만 유지, 일사차단을 위한 유리 SHGC 0.3 미만 계획을 통해 에너지요구량 85kWh/㎡·y 미만을 달성하여 신·재생에너지 의존도를 최소화하는 것이 중요하다.

(2) 액티브 설계 단계에서는 열원설비 최적화 및 효율향상, 최적의 공조방식 적용, 폐열 재활용 시스템 구축, 순환펌프 동력 감소 및 배관손실 저감, 냉난방공간 조명밀도 5W/㎡ 수준 계획을 통해 에너지효율을 극대화한다.

(3) 신·재생에너지 설계 단계에서는 태양광발전시스템 최대 설치가능 용량 산정, 대상건물의 용도 및 부하특성을 고려한 신·재생에너지 설치, 발전효율을 고려한 설치계획을 통한 태양광발전시스템의 신·재생에너지 공급비율의 9% 이상 확보해야 한다.

본 연구를 통해 실제 제로에너지건축물 인증을 목적으로 하는 대상건물의 기초자료로 활용할 수 있는 패시브 및 액티브 요소기술과 신·재생에너지 최적 대안을 제안하고자 하였다. 추후 연구에는 용도별 다양한 건물에 대한 실무사례를 바탕으로 요소기술별 최적의 조합과 경제성 분석에 대한 연구가 진행되어야 할 것이다.; Governments newly set zero energy building and energy new energy business (solar power) in order to achieve greenhouse gas reduction target of construction field in 2030 and they have conducted various policies for activation. Especially, Ministry of Land, Infrastructure, and Transport enforced zero energy building certification for low carbon green growth since January 20th in 2017. Then, they are planning to make the certification gradually mandatory from public office buildings to private buildings in 2020 stage by stage. However, element technologies of each stage for the certification of zero energy building and specific criteria have not been prepared. Therefore, this study is to analyze energy performance of various public office buildings by utilizing energy simulation (ECO2), and to suggest element technologies and design guidelines for achieving the zero energy building certification. It is to provide basic data for expansion of the public and private fields and supply, according to a zero energy building road map. This study is composed of six chapters and each chapter has contents as follows. In the chapter 1, this study described research background and purpose, research scope, and research methods. In the chapter 2, this study described theoretical considerations, related policies, and current states of the zero energy building. In the chapter 3, this study analyzed passive and active element technologies applied into target buildings and evaluated energy performance of them by utilizing energy simulation (ECO2). In the chapter 4, this study researched an optimal alternative of renewable energy in order to achieve zero energy building certification of the target building. In the chapter 5, based on the energy performance evaluation result of the target building, this study suggested element technologies and design guidelines of each stage. In the chapter 6, this study summarized results of this study and major contents are as follows.

(1) In the passive planning stage, it is important to minimize renewable energy dependence by achieving less than 85kWh/㎡·y energy requirements through building placement for south and south-east orientation, minimizing envelop area ratio (A/V) compared to volume, planning envelop insulation performance to meet a legal standard, maintaining less than 35% of window-to-wall ratio with window planning by considering load characteristics of each direction, and planning less than 0.3 glass SHGC for preventing solar heat gain.

(2) In the active planning stage, energy efficiency should be maximized through optimizing heat source equipment and improving efficiency, applying optimal air conditioning system, constructing waste heat recycling system, reducing circulation pump power and piping loss, and planning 5W/㎡ light density in air conditioning space.

(3) In the renewable energy planning stage, it should secure more than 9% of renewable energy supply ratio from solar power system through calculating maximum installable capacity of solar power system, installing renewable energy by considering usage and load characteristics of target buildings, power generation efficiency.

This study was aiming to suggest information about passive and active element technologies and an optimal alternative of renewable energy, which could be utilized as basic data for the zero energy building certification. This study expects further researches on optimal combination between the element technologies and economic analysis, depending on various practical examples on various buildings of each usage.