제로에너지 건축의 설계 영향인자 분석 및 활용방안 연구
Analysis of Design Parameters of Zero Energy Building and Its Application
초록/요약
전 세계적으로 온실가스 감축이 중요해지면서, 정부도 국제 사회에 선언한 목표를 달성하기 위해 분야별 온실가스 감축 로드맵을 설정하였다. 특히 2015년 12월 파리 기후변화 협정 회의에서 국가 온실가스 감축 목표를 ’20년 온실가스 배출전망치(Business as Usual, BAU) 대비 30% 감축에서 ’30년 BAU 대비 37%로 상향 조정하면서 산업, 수송, 건물 등 국내 온실가스 배출 다소비 산업의 추가적인 온실가스 감축 수단이 필요하게 되었다. 또한, 최근 해외 감축 분 11%에 대해서도 건물분야에서 감축을 유도하도록 함에 따라 건물분야의 경우에 신규 감축 수단이 중요하게 되었으며, 건물분야에서의 온실가스 감축을 위한 수단이 국가적 차원에서 지속해서 요구되고 있는 실정이다. 건물분야에서 온실가스 감축을 위해 정부에서는 다양한 녹색 건축 활성화 정책과 더불어 ´20년부터 제로에너지 건축물 의무화를 목표로 관련 정책을 진행하고 있다. 신축건물의 온실가스 감축을 유도하는 대표적인 제도인 제로에너지건축물 인증제도는 2017년에 건물부문 온실가스 감축 의무 이행을 목표로 녹색건축물 조성 지원법 개정을 통해 도입되었다. 이에 따라 2017년부터 시장형 공기업 3천㎡ 이상의 교육연구시설 및 업무시설이 제로에너지건축물 인증 의무대상으로 지정되었다(국토교통부, 산업통상자원부, 2017). 또한, 정부의 제로에너지건축물 인증제도 의무화 추진 계획에 의하면 ´20년에는 연면적 500㎡ 이상 3,000㎡ 미만의 중·소규모 공공건축물을 시작으로 ´25년에는 연면적 500㎡ 이상 5,000㎡ 미만의 민간·공공 건축물로 신재생 의무화 대상을 고려하고 있으며, ´30년에는 연면적 500㎡ 이상의 모든 민간·공공 건축물에 의무화 확대를 목표로 하고 있다. 이처럼 제로에너지건축물 인증제도는 소규모 건물을 대상으로 시행한 후 점차 용도와 규모를 확대해 나갈 예정이다. 제로에너지건축물 인증제도 및 의무화 대상 확대 계획에도 불구하고, 제로에너지건축물의 보급 활성화에는 여러 어려움을 겪고 있다. 대표적인 이유로 제로에너지건축물은 패시브설계와 액티브설계의 성능을 통해 에너지성능을 확보할 수 있는데 제로에너지 성능을 확보할 수 있는 설계 영향인자와 성능 수준에 대한 기초정보가 매우 부족하기 때문이다. 이러한 설계 영향인자와 성능 수준에 대한 정보의 제공을 위해서는 인증을 취득한 건물의 성능과 성능에 영항을 미치는 다양한 설계영향인자에 대한 현황 분석이 필요하지만, 현재까지 제로에너지건축물 인증사례는 28건에 불과하여 인증을 취득한 건물의 현황 분석을 통해 일반적으로 영향인자와 설계 성능과의 관계를 규정하기는 매우 어려운 실정이다(한국에너지공단, 2018). 뿐만 아니라 주요 설계 영향인자와 성능 수준과 같은 제로에너지건축물 인증과 관련한 기초정보를 제공한 연구도 부족한 실정이다. 이에 본 연구에서는 제로에너지건축물 인증을 획득할 수 있는 설계 영향인자와 성능 수준 분석을 통해 제로에너지건축물 인증과 관련한 기초자료를 제공하고, 이를 활용하려는 방안을 제시하고자 한다. 이를 위해 제로에너지건축물 인증과 관련된 설계 영향인자를 선정하고, 설계 영향인자의 성능 수준 분석을 통해 제로에너지건축물 인증과 관련한 기초자료를 제공한다. 또한, 기초자료를 기반으로 제로에너지건축물 인증 획득을 위한 설계지침 도출, 설계 영향인자별 민감도 분석을 통한 에너지 절감 전략별 성능분포 분석 및 예측모형 개발 등을 수행해 활용방안을 제시한다. 이를 통해 설계자가 초기에 에너지성능과 시스템에 대한 체계적인 정보를 통해 효율적인 인증 업무를 가능하게 할 뿐만 아니라, 제로에너지건축물 관련 연구들의 활성화에 기여하고자 한다.
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Abstract
제1장 서 론
1.1 연구의 배경 및 목적
1.2 연구의 범위 및 방법
제2장 예비적 고찰
2.1 국내외 제로에너지 건축 현황
2.1.1 국외 제로에너지 건축 현황
2.1.2 국내 제로에너지 건축 현황
2.2 기존 문헌고찰
2.2.1 에너지성능에 영향을 미치는 설계 영향인자
2.2.2 건물에너지 시뮬레이션 기법
2.2.3 건물 용도별 표준모델 도출
2.3 활용방안 도출을 위한 전문가 설문조사
2.3.1 전문가 구성
2.3.2 설문조사 항목
2.3.3 에너지성능 평가에 대한 설문조사 분석
2.4 소 결
제3장 제로에너지 건축물 설계 영향인자 도출 및 성능 수준 분석
3.1 주요 영향인자 선정 및 검증
3.1.1 에너지요구량 영향인자
3.1.2 에너지소요량 영향인자
3.2 대상시설 분석을 통한 설계 영향인자 성능 수준 분석
3.2.1 교육연구시설의 등급별 평균성능
3.2.2 업무시설의 등급별 평균성능
3.3 1++등급 인증건축물의 성능 수준 및 주요 설계사례
3.3.1 교육연구시설 대표 성능 및 주요 설계사례
3.3.2 업무시설 대표 성능 및 주요 설계사례
3.4 소 결
제4장 제로에너지건축물 에너지성능 예측모형 개발
4.1 에너지성능 예측모형 개발의 개요
4.2 에너지요구량 예측모형
4.3 에너지소요량 예측모형
4.4 회귀계수의 부호를 고려한 예측 모형
4.5 제로에너지건축물 인증사례를 활용한 예측모형 검증
4.6 소 결
제5장 민감도 분석을 통한 제로에너지건축물 에너지 성능 향상 방안
5.1 제로에너지건축물 용도별 표준모델 설정
5.1.1 교육연구시설 표준모델
5.1.2 업무시설 표준모델
5.2 용도별 표준모델의 에너지 성능 평가
5.2.1 교육연구시설 표준모델의 에너지성능 평가결과
5.2.2 업무시설 표준모델의 에너지성능 평가결과
5.3 에너지성능 향상방안 도출을 위한 민감도 분석
5.3.1 지역 및 용도별 민감도 분석 범위 설정
5.3.2 지역 및 용도별 민감도 분석 결과
5.4 제로에너지건축물 에너지성능 향상 방안
5.5 소 결
제6장 결론
참고문헌
부 록
영문초록
