본문내용
1. 주거용 건물의 에너지 성능 분석
1.1. 설계 조건
1.1.1. Autodesk Ecotect Analysis 2010을 이용한 시뮬레이션
Autodesk Ecotect Analysis 2010을 이용한 시뮬레이션은 주거용 건물의 에너지 성능 분석을 위해 활용된다. 이 프로그램을 통해 건물의 설계 조건을 모델링하고, 열관류율 기준에 따른 열계산 데이터를 분석할 수 있다.
먼저, Ecotect Analysis 2010을 이용하여 단독주택의 설계 조건을 시뮬레이션하였다. 이때 건물의 면적은 100m²이며, 남향 기준, 위도 36.3°/경도 127.4°의 조건으로 설정하였다. 또한 건축물 부위의 열관류율은 에너지절약계획서 기준을 따르도록 하였다.
구체적으로 거실 외벽의 경우 남부지역 기준 0.320 W/㎡·K 이하, 최상층 거실의 반자 또는 지붕은 0.180 W/㎡·K 이하, 최하층 거실의 바닥은 0.220 W/㎡·K 이하, 창 및 문은 1.800 W/㎡·K 이하의 열관류율을 가지도록 모델링하였다.
이후 Ecotect의 Zone Management 기능을 활용하여 실내 재실 스케줄과 전기 사용 스케줄을 설정하였다. 단독주택의 경우 낮에는 사람이 없고 밤에 사람이 있는 특성을 반영하여, 주중에는 오후와 밤 시간에 재실이 집중되고 전기 사용이 많은 것으로 가정하였다. 주말에는 오전 오후 모두 휴식을 취하는 것으로 설정하였다.
이를 바탕으로 Ecotect의 열계산 기능을 통해 난방 및 냉방 부하, 실내 온도 분포 등을 분석하였다. 분석 결과, 최대 난방 부하는 8578 W, 최대 냉방 부하는 4220 W로 나타났으며, 연간 총 에너지 사용량은 7,609,744 Wh로 확인되었다.
이처럼 Autodesk Ecotect Analysis 2010을 활용하여 주거용 건물의 에너지 성능을 시뮬레이션함으로써, 건물의 열적 특성과 실내 환경을 면밀히 분석할 수 있다. 이를 통해 에너지 효율성 향상을 위한 단열 개선, 창호 교체 등의 방안을 모색할 수 있다.
1.1.2. 단독주택 설계 기준
단독주택 설계 기준은 주거용 건물의 에너지 성능 분석에 있어 매우 중요한 부분이다. 주택의 면적, 방향, 위치 등을 고려하여 설계 조건을 수립하는 것은 에너지 효율 향상을 위한 핵심 전략이기 때문이다.
본 문서에 따르면, 단독주택 설계 기준은 다음과 같다. 첫째, 주택 면적은 100m²로 한다. 둘째, 방향은 남향을 기준으로 한다. 셋째, 위치는 위도 36.3, 경도 127.4로 설정한다. 넷째, 건축물 각 부위의 열관류율은 에너지절약계획서 기준을 따른다.
에너지절약계획서 기준에 따르면, 남부지역의 건축물 부위별 열관류율은 다음과 같다. 거실의 외벽이 외기에 직접 면하는 경우 0.320 W/㎡·K 이하, 최상층 거실의 반자 또는 지붕이 외기에 직접 면하는 경우 0.180 W/㎡·K 이하, 최하층 거실의 바닥이 외기에 직접 면하는 경우 0.220 W/㎡·K 이하, 창 및 문이 외기에 직접 면하는 경우 1.800 W/㎡·K 이하로 설정하고 있다.
이처럼 단독주택 설계 기준은 건물의 물리적 조건과 외피 성능 기준을 종합적으로 제시하고 있다. 이를 통해 단독주택의 에너지 효율을 높이고자 하는 것이 주요 목적이라고 볼 수 있다.
1.1.3. 건축물 부위의 열관류율 기준
건축물 부위의 열관류율 기준은 건축물의 에너지절약 설계를 위해 중요한 요소이다. 건축물의 각 부위별로 설정된 열관류율 기준은 에너지 효율을 높이고 건물의 열 성능을 향상시키는데 활용된다.
국토교통부 고시 제2015-1108호에 따르면, 건축물의 각 부위에 대한 지역별 열관류율 기준은 다음과 같다. 우선 거실의 외벽의 경우, 외기에 직접 면하는 경우 중부지역은 0.210 W/㎡·K 이하, 남부지역은 0.260 W/㎡·K 이하, 제주도는 0.360 W/㎡·K 이하로 규정하고 있다. 외기에 간접 면하는 경우에는 중부지역 0.300 W/㎡·K, 남부지역 0.370 W/㎡·K, 제주도 0.520 W/㎡·K 이하이다.
최상층에 있는 거실의 반자 또는 지붕의 열관류율 기준은 외기에 직접 면하는 경우 중부지역 0.150 W/㎡·K, 남부지역 0.180 W/㎡·K, 제주도 0.250 W/㎡·K 이하이며, 외기에 간접 면하는 경우 각각 0.220 W/㎡·K, 0.260 W/㎡·K, 0.350 W/㎡·K 이하이다.
최하층에 있는 거실의 바닥은 외기에 직접 면하는 경우 바닥난방인 경우 중부지역 0.180 W/㎡·K, 남부지역 0.220 W/㎡·K, 제주도 0.290 W/㎡·K 이하이며, 바닥난방이 아닌 경우 각각 0.220 W/㎡·K, 0.250 W/㎡·K, 0.330 W/㎡·K 이하이다. 외기에 간접 면하는 경우 바닥난방인 경우 중부지역 0.260 W/㎡·K, 남부지역 0.310 W/㎡·K, 제주도 0.410 W/㎡·K 이하이며, 바닥난방이 아닌 경우 각각 0.300 W/㎡·K, 0.350 W/㎡·K, 0.470 W/㎡·K 이하이다.
창 및 문의 경우, 외기에 직접 면하는 경우 공동주택은 중부지역 1.200 W/㎡·K, 남부지역 1.400 W/㎡·K, 제주도 2.000 W/㎡·K 이하이며, 공동주택 외는 각각 1.500 W/㎡·K, 1.800 W/㎡·K, 2.400 W/㎡·K 이하이다. 외기에 간접 면하는 경우 공동주택은 중부지역 1.600 W/㎡·K, 남부지역 1.800 W/㎡·K, 제주도 2.500 W/㎡·K 이하이며, 공동주택 외는 각각 1.900 W/㎡·K, 2.200 W/㎡·K, 3.000 W/㎡·K 이하이다.
이와 같이 건축물의 각 부위별 열관류율 기준은 지역별로 차등 적용되고 있으며, 이를 만족하도록 단열성능을 확보하는 것이 에너지절약 설계를 위한 필수 요건이다. 이를 통해 건물의 열 손실을 최소화하고 냉·난방 에너지 소비를 절감할 수 있다.
1.2. 열계산 데이터 및 개선 방안
1.2.1. 기존 설계 열계산 데이터
'1.2.1. 기존 설계 열계산 데이터'에 따르면, Autodesk Ecotect Analysis 2010을 통한 시뮬레이션 결과 해당 건물의 열계산 데이터는 다음과 같다.
먼저, Passive Gains Breakdown 분석 결과 최대 난방 부하는 8578W, 최대 냉방 부하는 4220W로 나타났다. 연간 총 부하는 7,609,744Wh로 확인되었다.
이는 외벽, 지붕, 바닥, 창호 등 건물 각 부위의 높은 열관류율로 인해 에너지 손실이 크게 발생한 것으로 보인다. 특히 외기에 직접 면하는 거실 외벽(0.32 W/㎡·K), 지붕(0.18 W/㎡·K), 바닥(0.22 W/㎡·K), 창호(1.8 W/㎡·K) 등의 열관류율이 높게 나타났다.
이처럼 건물의 에너지 손실이 크게 발생하여 난방 및 냉방 부하가 상당한 것으로 확인되었다. 따라서 외벽, 지붕, 바닥, 창호 등 각 부위의 단열 성능 개선을 통해 에너지 손실을 줄이고 효율성을 높일 필요가 있는 것으로 판단된다.
1.2.2. 외벽 단열 개선
건물의 외벽은 건축물 전체 에너지 성능에 큰 영향을 미치는 중요한 요소이다. 따라서 외벽의 단열성능 향상은 에너지 절감을 위한 핵심적인 개선 방안이 될 수 있다.
문서에 따르면, 기존 설계에서의 외벽 열관류율은 남부지역 기준 0.320 W/㎡·K 이하로 설정되었다. 이를 개선하기 위해 단열재 두께를 늘려 열관류율을 절반인 0.16 W/㎡·K까지 낮추는 방안을 검토하였다.
시뮬레이션 결과, 외벽 단열 성능 개선을 통해 연간 난방 및 냉방 에너지 소요량이 188,2...
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14