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건축물의 에너지절약설계기준 개선을 위한 성능기반 건물 외피열손실지수 개발

Development of a performance-based building envelope heat loss index for improving Korean building energy codes

초록/요약

건축물의 에너지절약설계기준은 국내 건축물 부문의 에너지절약을 견인해 온 정부의 핵심 정책이다. 1980년대부터 시행되어 온 에너지절약계획서 제출 제도는 단열기준을 중심으로 건축, 기계, 전기, 신·재생에너지 등 건축물 설계 및 시공시에 에너지절약을 위해 필요한 사항들을 규정한 기본적 Building Code로서 향후 2025년부터 건축물 신축시 제로에너지빌딩 의무화 목표 달성을 위한 중요 정책이다. 본 연구는 건축물의 에너지절약설계기준의 법적, 기술적 항목에 대한 조사, 분석, 고찰을 통해 종전의 사양기반 제도의 한계를 극복하고 에너지성능지표(EPI) 평점 합계 득점을 높이는 설계가 에너지소비총량을 줄여 에너지성능을 향상시킬 수 있는 성능기반 제도로 이 기준을 발전시키는 방안을 도출하여 제언하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 건축물 에너지절약설계기준의 법적 체계와 제·개정 내용 분석을 통한 시사점을 도출하고, 2009년부터 2014년까지 건축허가 신청시 제출된 업무시설의 에너지절약계획서를 조사하여 에너지성능지표(EPI)의 지역별, 건축주체별, 시계열 기준서식별 특성을 건축·기계·전기·신·재생에너지 부문으로의 세부 구분과 함께 분석하였다. 에너지성능 평가를 위해 에너지시뮬레이션 프로그램을 활용한 에너지소비총량을 산출하여 에너지성능지표(EPI) 항목을 난방에너지요구량과의 연관성이 높은 지표로 개선하기 위해 건축물의 설계 단계에서 단위 바닥면적당 난방에너지요구량과 유사한 경향을 가진 건축물 외피 열손실을 예측하기 위한 방정식을 개발하였다. 건축물 에너지소비총량 평가 프로그램과 에너지절약계획서로부터 바닥면적당 난방에너지요구량에 영향을 미친다고 판단되는 단순변수 및 복합변수를 선정하고 SPSS를 활용하여 종속변수와의 관계 유의성이 낮은 독립변수를 제외함으로써 방정식을 단순화하면서 단계선택법(Stepwise)을 적용, 회귀분석을 실시하였다. 유의확률(<0.05)을 만족하는 조건에서 설명력이 가장 높은 독립변수부터 9개의 모형이 단계적으로 분석되었으며, 열손실 예측을 위해 필요한 변수에 대한 고려와 각 회귀모형의 결정계수와 유의확률, 계수별 유의확률, 공선성에 대한 적합여부 확인을 통해 최종 회귀모형의 독립변수를 6개(난방도일, 일사에너지투과율, 조명밀도, 난방면적 대비 창호면적, 난방면적 대비 외피면적, 난방면적 대비 외피면적 가중 열관류율)로 선정하였다. 결정된 독립변수와 종속변수의 회귀분석을 실시하고 유의확률, 결정계수, 공선성, 잔차분석 등을 통해 회귀모형의 타당성이 통계적으로 적합함을 검증하여 최종적으로 건물 외피열손실 예측방정식을 도출하였다. 이 방정식을 바탕으로 총량적 에너지성능 관점에서 에너지성능지표(EPI)를 개선하기 위해 기존의 외피(외벽, 지붕, 바닥) 평균 열관류율 3개 지표를 대체하는 통합 지표인 건물 외피열손실지수(BEHLI)를 신설하는 개선안을 개발하였다. 종전의 건축물의 에너지절약설계기준의 3개 지역(중부, 남부, 제주) 구분을 난방도일에 따라 5개 지역으로 재편하여 지표를 설정하고 0.6점∼1점의 배점구간별 기준을 도출하였다. 본 연구의 결과를 토대로 열손실과 열획득의 균형적 관점에서 에너지효율을 높일 수 있는 에너지성능지표의 개선과 건축물 에너지소비총량제의 추진을 앞당기는 연구와 정책 개발이 지속적으로 이루어질 수 있는 단초가 될 수 있을 것으로 판단된다.

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목차

제1장 서론
1.1 연구의 배경 및 문제
1.1.1 기후변화와 건축물에너지
1.1.2 건축물 에너지효율화 정책
1.1.3 국내 건축물 에너지효율화 제도 운영현황
1.1.4 시사점
1.2 연구의 목적
1.3 연구의 범위
1.3.1 데이터 분석의 공간적 범위
1.3.2 데이터 분석의 시간적 범위
1.3.3 데이터 분석의 내용적 범위
1.4 연구의 방법

제2장 건축물의 에너지절약설계기준의 법적 체계 분석을
통한 이론적 고찰
2.1 건축물의 에너지절약설계기준의 성격 및 법제
2.1.1 건축물의 에너지절약설계기준의 의미 및 성격
2.1.2 건축물의 에너지절약설계기준의 법제 절차
2.1.3 건축물의 에너지절약설계기준의 제·개정시 준수 원칙
2.2 열손실방지 규정 및 건축물의 에너지절약설계기준의 발전단계 및 제·개정 연혁
2.2.1 열손실방지 규정 및 건축물의 에너지절약설계기준의 정책 발전 단계
2.2.2 열손실방지 규정의 제·개정 배경 및 주요 내용
2.2.3 건축물의 에너지절약설계기준의 제·개정 배경 및 주요 내용
2.2.4 시사점
2.3 건축물의 에너지절약설계기준 내용 체계 분석
2.3.1 에너지절약계획서 구성 체계 및 특성
2.3.2 건축물의 에너지절약설계기준 총칙
2.3.3 건축물의 에너지절약설계기준 제2장 에너지절약설계에 관한 기준
2.3.4 건축물의 에너지절약설계기준 제3장 에너지절약계획서 및 설계 검토서 작성 기준
2.3.5 건축물의 에너지절약설계기준 제4장 건축기준의 완화 적용
2.3.6 건축물의 에너지절약설계기준 제5장 건축물 에너지 소비 총량제
2.3.7 건축물의 에너지절약설계기준 제6장 보칙
2.3.8 건축물의 에너지절약설계기준 부칙
2.3.9 건축물의 에너지절약설계기준 별표 및 별지
2.4 소결

제3장 건축물의 에너지절약설계기준의 에너지성능지표
항목별 특성 및 영향 분석
3.1 분석 개요
3.1.1 분석의 배경 및 목적
3.1.2 분석 대상
3.2 에너지성능지표 평점 합계 특성 분석
3.2.1 지역별 에너지성능지표 평점 합계 특성
3.2.2 건축주체별 에너지성능지표 평점 합계 특성
3.2.3 시계열 기준서식별 에너지성능지표 평점 합계 특성
3.3 에너지성능지표 평점 합계와 부문별 주요 특성 및 영향 분석
3.3.1 영향관계 분석 개요
3.3.2 부문별 특성과 영향관계 분석
3.3.3 점수 구간에 따른 항목별 특성과 영향관계 분석
3.3.4 건축주체에 따른 항목별 특성과 영향관계 분석
3.3.5 부문별 배점 경향(건축, 신·재생부문)에 대한 분석
3.4 소결

제4장 에너지성능지표 개선을 위한 난방에너지요구량 평가
4.1 난방에너지요구량 평가 개요
4.2 난방에너지요구량 평가 방법
4.2.1 건축물에너지소비총량 평가 프로그램(ECO2-OD) 개요
4.2.2 모델 및 평가방법 설정 조건
4.3 난방에너지요구량 평가 결과
4.3.1 건축물 특성에 따른 난방에너지요구량 결과 분석
4.3.2 에너지성능지표 총점과 난방에너지요구량 결과의 상관성 분석
4.4 소결

제5장 건물 외피열손실 예측방정식 개발
5.1 건물 외피열손실 예측방정식 개발 개요
5.2 독립변수 설정 및 상관관계 분석
5.2.1 독립변수 설정
5.2.2 종속변수와 독립변수간의 상관성 분석
5.2.3 독립변수 상호 상관성 분석
5.3 건물 외피열손실 예측방정식 개발
5.3.1 회귀분석 모형 설정
5.3.2 다중회귀분석을 통한 건물 외피열손실 예측방정식 개발
5.3.3 건물 외피열손실 예측방정식 타당성 검증

제6장 건축물의 에너지절약설계기준 개선방안 제안
6.1 건물 외피열손실 예측방정식을 활용한 건축물의 에너지절약설계기준 개선안 도출
6.1.1 건물 외피열손실지수(BEHLI) 개발
6.1.2 건물 외피열손실지수(BEHLI) 에너지성능지표 적용 결과 6.2 건축물의 에너지절약설계기준 발전방안 제안

제7장 결론 및 제언
7.1 연구결과
7.1.1 에너지성능지표(EPI)의 특성
7.1.2 난방에너지요구량의 특성
7.1.3 건물 외피열손실지수(BEHLI)의 개발
7.2 연구의 한계 및 시사점

참고문헌
부 록
Abstract

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