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공동주택 일조일사환경 평가 및 세대별 난방부하 절감요소에 관한 연구

A Study on Evaluation of Sunshine and Solar Radiation and Saving Elements of Heating Load According to the Types of Housing in Multi-family Apartments

  • 김수정 (대학원 건축학과 건축계획학전공)

초록/요약

최근 전 세계적으로 자원고갈과 대기 중 온실가스 농도 증가로 지구의 평균기온이 상승하며 폭염, 가뭄, 홍수 폭설 등 이상기후가 발생하고 있다. 이는 생태계, 산업, 경제 및 생활전반에 광범위한 영향을 주고 있으며 에너지 사용량 및 온실가스 발생량 저감에 대한 인식이 점차 증가하는 추세이다. 이에 따라 국제 규제 또한 강화되고 있으며 국내 역시 지구온난화로 인한 기후변화에 대응과 경제성장을 동시에 달성하기 위한 새로운 비전으로 ‘저탄소 녹색성장’을 발표하였다. 녹색성장 전략을 통해 건축물 에너지저감을 위한 부하저감 기술, 에너지효율, 신재생 에너지의 녹색기술 육성 및 환경규제로 자원이용의 효율성을 최대화하고 환경오염을 최소화하고자 한다. 정부는 2013년 녹색 건축물 조성 지원법을 시행하여 친환경 및 에너지 절약 건축물을 위한 기준으로서 친환경건축물 인증제도와 주택성능등급 인증제도가 통합되어 2013년 ‘녹색건축인증제도’로 운영된다. 일조권 보호를 위하여 일조시간과 인동거리 기준을 건축법으로 규정하고 있으며 녹색건축물 인증제도 시행으로 주거환경의 질적 수준을 높이려 하고 있다. 본 연구에서는 평가 대상 공동주택의 형태별로 일조, 일사량을 평가하였다. 단지 배치에 따른 분석동의 일조시간 및 하층, 중층, 상층부 세대의 일사량을 비교 분석하여 일조 및 일사환경 평가를 통해 다양한 단지배치 및 주택 형태에 따른 일사량을 분석하여 일조권을 보장하는 설계기초자료로 활용할 수 있도록 하였다. 건물에너지는 온실가스 배출과 에너지사용에서 36%로 가장 큰 부분을 차지하며 정부는 2025년까지 모든 건축물의 에너지 제로화를 추진하고 있다. 공동주택의 에너지 절약측면에서 공동주택은 단독주택에 비하여 열밀도가 높고 여러 세대가 공동 거주하므로 불가피하게 열적으로 불리한 세대가 발생할 수 있다. 이에 본 연구에서는 공동주택의 최하층, 중간층, 최상층 세대의 난방부하를 비교 평가하고자 한다. 세대형태별 및 세대높이에 따른 일사량과 난방부하를 비교하고 난방부하의 구성요소를 분석하여 취약세대의 난방부하를 절감하는 보완요소 기술을 도출한다. 에너지 절감 방법으로서 거주자측면에서 거주자의 생활 패턴과 사용행태 특성에 따른 난방에너지의 사용량 변화의 비교 평가하여 동일한 외피성능의 건물에서 재실자의 행동은 2배의 에너지 사용편차의 원인임을 밝혀 에너지 소비에 주된 영향이 거주자의 행태임을 실제 난방에너지 사용량 조사와 거주자 설문조사를 통한 시뮬레이션으로 입증하였다. 국가적, 사회적으로 에너지 저소비형 건축물에 대한 관심이 크게 증가하였고, 2013년부터는 연면적 1,000㎡이상의 공공건물의 신축, 증/개축시 신재생에너지 설비를 예상에너지 사용량의 11%이상 투자토록 의무화 하였다. 정부가 온실가스 감축목표를 설정하고 자발적 감축을 본격적으로 추진함으로써, 신재생 에너지 산업, 에너지효율성 제고 산업 등 저탄소 녹색산업에 대한 투자 불확실성이 제거되어 생산 및 고용 증대가 가능해질 것이다. 또한, 고효율․친환경 건축물 및 교통수단 전환 등 저탄소 사회 구현으로 국민의 삶의 질 개선, 원유 등 에너지 수입비용 감소로 인한 국제수지 개선 등 추가적인 긍정적 효과가 있을 것으로 기대하고 있다.

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목차

第 1 章 서 론
1.1 연구의 필요성 1
1.2 연구의 범위 및 방법 3

第 2 章 연구의 이론적 배경
2.1 기존 국내외 연구 분석 4
2.2 시뮬레이션 프로그램 개요 6
2.2.1 EnergyPlus 프로그램 6
2.2.2 Ecotect Analysis 프로그램 8

第 3 章 공동주택 단위주거의 일조 및 일사환경 평가
3.1 개요 10
3.1.1 평가 목적 10
3.1.2 평가 방법 10
3.2 평가대상 주택의 채광률 평가 12
3.2.1 평가대상 주택의 채광률 계산 12
3.2.2 창면적과 채광률의 상관관계 분석 15
3.3 평가대상 주택의 일조시간 평가 17
3.3.1 평가대상 주택 일조변화 17
3.3.2 형태별 분석동 일조시간 계산 (친환경건축물인증기준) 18
3.3.3 형태별 분석동 일조음영 평가 20
3.4 평가대상 주택의 일사량 평가 26
3.4.1 평가대상 주택 분석동의 형태별, 층별, 라인별 누적일사량 평가 26
3.4.2 평가대상 주택 분석동의 형태별, 층별, 라인별 누적일사량 평가 30
3.5 평가대상 단지내의 온도 및 기류 평가 34
3.6 소 결 36

第 4 章 공동주택 주동형태별 세대위치에 따른 일사분석 및
난방부하 절감요소 평가
4.1 연구 방법 및 범위 38
4.2 대상 개요 및 시뮬레이션 39
4.2.1 평가 대상 및 방법 39
4.2.2 시뮬레이션 개요 40
4.3 세대형태 및 위치별 난방부하, 일조시간, 수직면일사량 비교분석 41
4.3.1 ㅡ형의 난방부하 및 일조시간, 수직면일사량 비교분석 42
4.3.2 V형의 난방부하 및 일조시간, 수직면일사량 비교분석 43
4.3.3 Y형의 난방부하 및 일조시간, 수직면일사량 비교분석 44
4.4 세대형태별 중간층의 호별 난방부하 분석 45
4.4.1 ㅡ형, 중간층의 호별 난방부하와 구성요소 45
4.4.2 V형, 중간층의 호별 난방부하와 구성요소 46
4.4.3 Y형, 중간층의 호별 난방부하와 구성요소 47
4.5 세대형태 및 위치별 난방부하 분석 48
4.5.1 ㅡ형의 세대위치별 난방부하와 구성요소 48
4.5.2 V형의 세대위치별 난방부하와 구성요소 49
4.5.3 Y형의 세대위치별 난방부하와 구성요소 50
4.6 난방부하 절감요소 적용 51
4.6.1 최하층, 최상층의 외벽 열관류율 보강효과 52
4.6.2 최상층 지붕 열관류율 보강효과 54
4.6.3 최하층 바닥 열관류율 보강효과 55
4.6.4 최하층, 최상층의 창호 열관류율 보강효과 56
4.7 난방부하 절감요소 통합구성 및 절감율 평가 58
4.7.1 ㅡ형의 최하층 절감요소 통합구성 및 절감율 평가 59
4.7.2 ㅡ형의 최상층 절감요소 통합구성 및 절감율 평가 61
4.8 소 결 63

第 5 章 지역난방 공동주택의 세대별 난방에너지 실사용량
및 거주자 패턴 분석에 따른 사용량 변화에 관한 평가
5.1 연구 방법 및 범위 65
5.2 대상 개요 및 시뮬레이션 66
5.2.1 평가 대상 및 방법 66
5.2.2 시뮬레이션 개요 67
5.3 세대면적에 따른 난방에너지 실측데이터 분석 69
5.3.1 세대면적별 난방에너지 실측량 분석 69
5.3.2 세대면적별 월별 난방에너지 실측량과 외기온도 비교 72
5.3.3 세대면적별 월별 난방에너지 실측량의 최대값과 최소값 74
5.4 세대위치에 따른 난방에너지 실측데이터 분석 75
5.4.1 84㎡기준세대의 층별 난방에너지 실측량 비교 75
5.4.2 84㎡ 기준세대의 호별 난방에너지 실측량 비교 77
5.5 세대면적별 난방 에너지 실측량 변화 분석 79
5.5.1 세대면적 증가에 따른 실측 연간 난방에너지 사용량 분석 79
5.5.2 세대면적 증가에 따른 실측 연간 난방에너지사용량 분석 80
5.5.3 면적에 따른 난방부하와 난방부하 요소분석 시뮬레이션 81
5.5.4 세대면적 증가에 따른 체적대 입면적의 비 (AV값) 83
5.6 실측 평균에너지사용량과 Energyplus 시뮬레이션 비교 84
5.6.1 Energyplus 시뮬레이션 개요 84
5.6.2 실측 평균에너지사용량과 시뮬레이션 비교 86
5.7 거주자패턴에 따른 난방에너지 사용량 변화 분석 87
5.7.1 실측량 평균 사용세대 시뮬레이션과 실측량 비교 88
5.7.2 실측량 평균 이상 사용세대 시뮬레이션과 실측량 비교 90
5.7.3 실측량 평균 이하 사용세대 시뮬레이션과 실측량 비교 92
5.8 소 결 94

第 6 章 결 론 96

참 고 문 헌 99

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