노후 단독주택의 옥상녹화 적용에 따른 에너지 성능 변화 연구 = A Study on the Changes in Energy Performance of Aged Detached Houses through Rooftop Greening

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study aims to provide foundational data on the energy-saving effects ofrooftop greening by analyzing its efficiency and limitations as a method for improvingthe energy performance of aged detached houses in Busan, South Korea. The studyarea was selected as a detached housing district along Mangyang-ro in Dong-gu,Busan Metropolitan City. Based on a preliminary survey of building characteristics—including year of use, building footprint, structural type, and thermal transmittancestandards by revision year—16 households were initially selected. Among them, twohouses with pitched roofs were excluded, and a total of 14 flat-roof houses withsimilar topographical conditions and spatial layouts were finalized as the studytargets. Energy consumption changes before and after rooftop greening were analyzedusing DesignBuilder.
The surveyed buildings were detached houses with service lives ranging from 10 toover 60 years, floor areas from 45m² to 201.57m², and heights varying from one tothree stories. This diversity allowed comparisons between buildings with similarconditions as well as those differing in one or more characteristics, enabling analysisfrom multiple perspectives. Thermal transmittance values for each building wereapplied according to the building’s approval year, using the corresponding standardsin 10-year intervals. For simulation consistency, the window-to-wall ratio wasuniformly set at 30% of the exterior wall area for all buildings.
The results indicate that the energy efficiency improvement from rooftop greeningwas most pronounced in cooling energy demand for detached houses older than 50years, with reductions exceeding 25%. In contrast, detached houses over 10 years oldwith two stories showed the lowest efficiency gains, with reductions of 1.78% incooling energy and 1.82% in heating energy. For two-story houses older than 30years—which constituted the largest proportion of the sample—cooling energy wasreduced by approximately 2%, while heating energy savings reached around 6%.
These results were achieved solely through the application of rooftop greening,without any additional remodeling measures.
Even under similar conditions, variations in energy-saving performance wereobserved among buildings. This difference was attributed to increased energy lossesthrough windows associated with a greater number of floors. Additionally, therelatively small energy changes observed in buildings over 10 years old were due tothe application of already strengthened thermal transmittance standards, whichlimited the relative impact of rooftop greening. These findings confirm thatgeographical characteristics, building age, and building height are critical factorsinfluencing the energy efficiency of rooftop greening.
This study verifies that rooftop greening is an effective green remodeling strategyfor reducing energy consumption in aged detached houses. Considering thecharacteristics of sloped and aging residential areas—such as narrow access roads,insufficient building setbacks, and structural constraints—where conventionalremodeling methods are often difficult to implement, rooftop greening emerges as ahighly feasible and efficient alternative.
Furthermore, beyond energy savings, rooftop greening provides multipleenvironmental benefits, including improvements in urban aesthetics and microclimate,mitigation of stormwater runoff, and restoration of urban ecosystems. It alsocontributes to the expansion of leisure and resting spaces for residents in agingresidential communities. In light of these multifaceted benefits, rooftop greeningshould be actively incorporated into future policy frameworks. Additionally, given thehigh proportion of elderly residents in such areas, administrative and technicalsupport measures to reduce maintenance burdens should be considered in parallel.

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 부산의 노후 단독주택의 에너지 효율을 개선하기 위한 옥상녹화의 효율성 및 한계점을 분석하여 에너지 절감 효과에 대한 기초 자료를 제시한다. 대상지는 부산광역시 동구 망양로 일대 단독 주택지로 선정하였으며 건물 사용 연한, 건축면적, 건물 구조, 개정 연도별 열관류율 등의 현황 조사를 바탕으로 16가구를 1차 선별하였다. 이 중 경사지붕 2가구를 제외하고, 유사한 지형 조건과 배치 특성을 가진 평지붕 14가구를 최종 대상으로 확정하여 Design Builder를 이용한 에너지 사용량 변화를 분석하였다.
조사 대상의 건축물은 사용 연한 10년에서 60년 이상 된 단독주택으로 연면적 45㎡부터 201.57㎡, 층수는 1층부터 3층까지 다양한 조건으로 구성되어 비슷한 조건의 비교 대상과 하나 또는 두 가지 이상의 특성이 있는 조건을 가진 대상이 되어 다양한 관점에서 비교가 가능하였다. 모든 건축물의 열관류율은 건축물 각각의 사용승인 일을 기준으로 10년 단위로 건물 연한별 적용하였으며, 창호 비율은 모두 동일하게 벽면적의 30%를 적용하여 시뮬레이션하였다.
연구 결과, 옥상녹화로 인한 에너지 효율 개선 효과는 사용 연한 50년 이상 된 노후 단독주택의 냉방 에너지에서 25% 이상으로 가장 높게 나타났다. 반면, 사용 연한 10년 이상의 2층 단독주택은 냉방 1.78%, 난방 1.82%로 가장 낮은 효율을 보였다. 표본 중 가장 큰 비중을 차지한 30년 이상 2층 노후 주택의 경우, 냉방은 약 2%, 난방은 6%대의 절감 효과가 확인되었다. 이는 다른 리모델링 없이 옥상녹화만 적용하여 도출된 결과이다. 비슷한 조건임에도 효율 차이가 발생하는 사례가 있었는데, 이는 건축물 층수에 따른 창호의 에너지 손실 영향으로 분석되었다. 또한 10년 이상 된 건물에서 에너지 변화가 적었던 이유는 이미 강화된 열관류율 기준이 적용되어 옥상녹화에 따른 상대적 변화 폭이 작았기 때문이다. 이를 통해 지리적 특성, 사용 연한, 건축물 층수가 옥상녹화의 에너지 효율을 결정짓는 중요한 요소임을 확인할 수 있었다.
본 연구를 통해 옥상녹화가 노후 단독주택의 에너지 절감에 효과적인 그린리모델링 기법임을 확인하였다. 진입로가 좁고 건물 간 이격거리가 부족하며 구조적 제약이 많은 경사지 노후 주거지의 특성을 고려할 때, 일반적인 리모델링 방식이 어려운 환경에서도 옥상녹화는 실현 가능성이 높은 효율적인 대안이 될 수 있다.
또한 옥상녹화는 에너지 절감 외에도 도시 미관 및 미기후 개선, 우수 유출 억제, 도시 생태계 복원 등 다양한 환경적 편익을 제공하며, 고령화된 주거지 내 주민의 여가·휴식 공간 확장에도 기여한다. 이러한 다층적 효과를 고려하여 향후 정책 수립 시 옥상녹화를 적극적으로 활용할 필요가 있다. 더불어 거주자 연령대가 높다는 점을 감안하여 유지 관리 부담을 완화하기 위한 행정적·기술적 지원 방안도 함께 검토되어야 한다.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 1-1. 연구의 배경 1
• 1-2. 연구의 목적 3
• 1-3. 연구의 방법. 3
• 2. 이론적 고찰 및 선행 연구 검토 6
• 2-1. 이론적 고찰. 6
• 2-1-1. 옥상녹화의 개요 6
• 2-1-2. 옥상녹화 구성요소 6
• 2-1-3. 옥상녹화의 효과 18
• 2-2. 옥상녹화의 정책과 현황 19
• 2-3. 선행연구 검토 22
• 3. 연구 대상지역 및 단독주택 현황 조사 25
• 3-1. 연구 대상지역 25
• 3-1-1. 연구 대상지 선정 배경 25
• 3-1-2 대상지 지형적 특성 25
• 3-1-3 대상지 내 주거지 배치 특성(도로계단골목과의 관계) 26
• 3-2 대상지역 단독주택 현황 28
• 3-2-1 건축물 현황 28
• 3-2-2 단독주택의 옥상 현황 30
• 3-2-3 단독주택 적용 열관류율. 48
• 3-3 옥상 녹화 적용 조건 50
• 3-3-1 옥상 구조 및 방수 상태 50
• 3-3-2 옥상녹화 적용 시 고려사항 50
• 3-4 대상지 분석 종합 52
• 3-4-1 단독주택 현황의 종합적 특징 52
• 3-4-2 옥상녹화 적용의 기대와 제약 요인 53
• 4. 옥상녹화의 에너지 절감 효과 분석 55
• 4-1 건축물 에너지 시뮬레이션 55
• 4-1-1 연구의 목적 및 범위 55
• 4-1-2 대상 단독주택 및 지역 조건 55
• 4-1-3 모델링 개요 및 도구. 56
• 4-1-4 시뮬레이션 대상 및 입력조건 57
• 4-2 건물 에너지 소요량 분석 62
• 4-2-1 건축물 외피 열관류율 분석 62
• 4-2-2 단독주택 냉난방 에너지 소요량 분석 64
• 4-2-3 단독주택 1차 에너지 소요량 분석 70
• 4-3 건물 연한별 에너지 변화 분석 72
• 4-3-1 건물 연한별 통합 열관류율 72
• 4-3-2 건물 연한별 냉방 에너지 소요량 72
• 4-3-3 건물 연한별 난방 에너지 소요량 73
• 4-3-4 건물 연한별 옥상녹화 에너지 절감률 74
• 4-4. 경제성 평가 76
• 4-4-1 옥상녹화 공사비 산정 76
• 4-4-2 냉난방 비용 산정 78
• 4-4-3 공사비 회수기간 산정 80
• 5. 결과 82
• Abstract 88