온톨로지 기반 공동주택 분류체계를 활용한 가스에너지 사용량 예측 모델

홍태훈,박성기,구충완,김현중,김천학,Hong, Tae-Hoon,Park, Sung-Ki,Koo, Choong-Wan,Kim, Hyun-Joong,Kim, Chun-Hag 한국건설관리학회 2011 한국건설관리학회 논문집 Vol.12 No.6

온실가스 과다 배출로 인한 지구 온난화 현상은 전 세계 기후변화 현상을 일으키고 있다. 국내 주거용 건축물에서 발생하는 온실가스는 전체의 약 10%를 차지하고 있고, 노후 공동주택이 점차 증가하고 있는 추세에 있다. 본 연구에서는 공동주택 유지관리 단계에서 에너지 사용량에 대한 지속적 체계적 관리를 수행하기 위한 기반을 구축하고자 한다. 이러한 모델 개발을 위한 연구 프로세스 및 방법은 다음과 같다. 첫째, 서울시 소재의 공동주택을 연구대상으로 설정하였고, 이러한 공동주택의 특성 및 가스 에너지 소비량에 대한 데이터를 수집하였다. 둘째, 통계적인 분석을 통해, 에너지 소비에 영향을 주는 주요 특성들을 선정하였고, 이를 기준으로 온톨로지 기반의 분류체계를 구축하였다. 셋째, 온톨로지 기반의 공동주택 분류체계를 근간으로 하는 에너지 사용량 예측모델을 개발하였으며, CBR, ANN, MRA, GA 등의 방법론을 적용하였다. 본 연구에서는 데이터 분석 및 예측을 위해 PASW (Predictive Analytics SoftWare) Statistics 18, Microsoft EXCEL, Prot$\grave{e}$g$\grave{e}$ 4.1 등의 프로그램을 활용하였다. 향후 본 연구에서 개발한 모델을 웹 기반 시스템으로 개발함으로써, 공동주택 에너지사용량을 지속적이고 체계적으로 관리할 수 있을 기반이 마련될 것이다. 또한, 정부, 지자체의 시설물 관리 담당자 및 공동주택 관리자로 하여금 명확한 근거자료를 기반으로 하여, 공동주택 단지별 적정수준의 에너지 소비량을 제시함으로써, 시설물의 개선여부를 결정할 수 있는 의사결정 지원모델을 개발하고자 한다. Global warming caused by excessive greenhouse gas emission is causing climate change all over the world. In Korea, greenhouse gas emission from residential buildings accounts for about 10% of gross domestic emission. Also, the number of deteriorated multi-family housing complexes is increasing. Therefore, the goal of this research is to establish the bases to manage energy consumption continuously and methodically during MR&R period of multi-family housings. The research process and methodologies are as follows. First, research team collected the data on project characteristics and energy consumption of multi-family housing complexes in Seoul. Second, an ontology-based breakdown structure was established with some primary characteristics affecting the energy consumption, which were selected by statistical analysis. Finally, a predictive model of energy consumption was developed based on the ontology-based breakdown structure, with application of CBR, ANN, MRA and GA. In this research, PASW (Predictive Analytics SoftWare) Statistics 18, Microsoft EXCEL, Protege 4.1 were utilized for data analysis and prediction. In future research, the model will be more continuous and methodical by developing the web-base system. And it has facility manager of government or local government, or multi-family housing complex make a decision with definite references regarding moderate energy consumption.

노후 공동주택 개선여부 의사결정을 위한 공동주택 분류체계 개발

홍태훈,김현중,구충완,박성기,Hong, Tae-Hoon,Kim, Hyun-Joong,Koo, Choong-Wan,Park, Sung-Ki 한국건설관리학회 2011 한국건설관리학회 논문집 Vol.12 No.6

온실가스 배출로 인한 기후변화가 심각한 문제로 대두되면서, 국내 외에서 건물 에너지 절감을 위한 노력이 전개되고 있다. 특히, 국내 주거용 건축물 사용단계의 에너지 사용에 따른 온실가스 배출량은 전 생애주기에서 매우 큰 비중을 차지하고 있으며, 노후 공동주택의 수가 급격히 증가하고 있는 상황에서 기존 공동주택의 개선을 통한 에너지 절감의 중요성은 더욱 높아지고 있다. 그러나, 기존 공동주택의 개선에 대한 의사결정 과정에서, 에너지 절감에 대한 부분은 주요 고려사항으로 반영되지 못하고 있으며, 이를 반영하기 위해 필요한 의사결정 지원도구 역시 미비한 실정이다. 본 논문은 공동주택 개선여부의사결정 단계에서 활용할 수 있는 의사결정 지원 시스템을 개발하는 첫 단계로서, 유사 특성을 지닌 공동주택 단지간의 군집을 형성하는 분류체계를 구축하고자 했다. 이를 위해 데이터마이닝 기법 중 하나인 의사결정나무를 활용하여 공동주택 단지 특성 및 전력, 가스, 지역난방 에너지 사용량 기반의 군집을 형성했다. 향후 본 연구의 결과를 더욱 발전시켜 공동주택 개선단계에서의 의사결정 시 에너지 사용량을 고려사항으로 반영함으로써, 노후 공동주택 개선을 통한 에너지 절감 및 이산화탄소 배출량 감축 효과를 극대화할 수 있을 것으로 기대된다. As climate change is becoming the main issue, various efforts are focused on saving building energy consumption both at home and abroad. In particular, it is very important to save energy by maintenance, repair and rehabilitation of existing multi-family housing complex, because energy consumption in residential buildings is not only forming a great part of gross energy consumption in Korea but the number of deteriorated complexes is also sharply increasing. However, energy saving is not considered as a main factor in decision making on rehabilitation project. Also, any supporting tool is not appropriately prepared in existing process. As the first step for development of decision support system on rehabilitation, this paper developed a breakdown structure, which makes clusters of multi-family housing complexes. Decision tree, one of data mining methods, was used to make clusters based on the characteristics and energy consumption data of multi-family housing complexes. Energy saving and CO2 reduction will be maximized by considering energy consumption during rehabilitation process of multi-family housing complex, based on these results and following research.

산업연관분석법을 이용한 강도에 따른 구조용 강재의 이산화탄소 배출량 데이터 구축

홍태훈,지창윤,장민호,Hong, Tae-Hoon,Ji, Chang-Yoon,Jang, Min-Ho 한국건설관리학회 2012 한국건설관리학회 논문집 Vol.13 No.4

지구온난화와 같은 환경문제에 대한 인식의 확산과 함께 대한민국 정부는 탄소배출량을 2020년까지 BAU 대비 30% 감축하는 것을 목표로 다양한 정책 및 제도를 마련하고 있다. 이에 따라, 건설산업 분야에서는 건축물로부터 배출되는 이산화탄소를 적절하게 관리하고 감축하기 위한 방법에 대한 연구가 활발하게 진행되어 왔다. 건축물에 대한 정확한 이산화탄소 배출량 평가를 위해서는 건축자재에 대한 상세한 수준의 이산화탄소 배출량 데이터가 필요하지만, 현재까지는 대표적인 자재의 데이터만 제시되어 왔다. 이에 따라 본 연구에서는 건축물의 시공에 필수적으로 사용되는 구조용 강재인 철근과 H형강의 이산화탄소 배출량 데이터를 강도 및 규격에 따라 상세한 수준으로 제시하고자 하였다. 이를 위해 산업연관표를 바탕으로 하는 산업연관분석법을 적용하였다. 본 연구에서 제시하는 강도 및 규격에 따른 구조용 강재의 이산화탄소 배출량 데이터를 활용하면, 다양한 구조설계안에 대하여 보다 정확한 이산화탄소 배출량 평가가 가능할 것으로 판단된다. Along with the increasing interest in environmental problems such as global warming, the South Korean government has established policies and regulations to reduce the amount of greenhouse gases, targeting a 30% reduction of $CO_2$ compared to business-as-usual levels by 2020. Thus, there have been many studies in construction field to control and reduce the amount of $CO_2$ emitted from buildings. $CO_2$ emission from the building construction could be obtained by using the life cycle assessment(LCA) methodology. In LCA, it is essential to have life cycle inventory(LCI) data of construction materials consisting of $CO_2$ emission data that have been defined and examined in a detailed way in order to obtain more accurate and detailed $CO_2$ emission of buildings. To date, however, the LCI data have been acquired only for the representative materials. Accordingly this study aimed to propose detailed $CO_2$ emission data for steel rebar and H-beam, which are the essential structural steel materials, by strength and type. To accomplish the objective, this study used Input-Output LCA methodology which is based on the Input-Output table. It is believed that the $CO_2$ emission data of steel materials acquired from this study would allow a more accurate assessment of $CO_2$ emission for diverse structural design alternatives.

재실자 중심 건축물 실내환경 평가 및 관리 시스템 개발 동향 및 추진 전략

홍태훈,김지민,Hong, Tae-Hun,Kim, Ji-Min 한국건설관리학회 2017 한국건설관리학회 논문집 Vol.18 No.4

전과정평가(LCA) 방법을 이용한 건축물에 대한 환경영향 평가 방법

홍태훈,지창윤,정광복,Hong, Tae-Hoon,Ji, Chang-Yoon,Jeong, Kwang-Bok 한국건설관리학회 2012 한국건설관리학회 논문집 Vol.13 No.5

환경문제에 대한 인식의 확산과 함께 건설산업에서도 건축물로 인한 환경영향을 저감하고자 하는 연구가 수행되었으나, 대부분의 연구는 이산화탄소에 집중되어 왔다. 하지만, 이산화탄소로 대표되는 지구온난화 뿐만 아니라 다양한 환경영향이 존재하며, 해외에서는 이러한 환경영향에 대한 포괄적인 분석이 적극적으로 시행되고 있다. 이에 따라, 본 연구에서는 건축물로 인한 환경영향을 보다 포괄적으로 평가할 수 있도록, 6가지의 환경영향 범주를 정의하였다. 즉, 지구온난화, 오존층파괴, 자원고갈, 산성화, 부영양화, 광화학산화를 환경영향 범주로 정의하고, 평가 기준들을 제시하였다. 그리고 본 연구에서 제시한 환경영향 범주에 대한 평가의 필요성을 검토하기 위하여 2가지 비교 설계안을 대상으로 사례분석을 시행한 결과, 지구온난화만을 평가한 것과는 상이한 결과가 도출되었다. 즉, 이산화탄소로 대표되는 지구온난화 지수를 기준으로 비교하면 2안이 우수한 것으로 판단되었지만, 6가지 영향범주 모두를 평가한 결과에서는 1안이 우수하다는 결과가 도출되었다. 이는 지구온난화 뿐만 아니라 다양한 환경영향을 포함하여 평가하는 것이 보다 타당한 결과 도출을 유도할 수 있다는 것을 의미한다. 따라서 건축물에 대한 환경영향을 평가하기 위하여, 본 연구에서 제시한 6가지 환경영향 범주를 사용한다면, 보다 타당한 결과의 도출이 가능할 것이라 판단된다. Most of the studies on reduction of buildings' environmental burden in the construction industry have been focused on carbon dioxide emission, although there are various kinds of environmental issues such as global warming, acidification, and etc. which are considered by many researchers. Therefore, this study defined and suggested six impact categories and the principles to assess each impact for the assessment of comprehensive environmental impacts of buildings. The six impact categories are abiotic depletion, global warming, ozone layer depletion, acidification, eutrophication, and photochemical oxidation. A case study has been conducted through comparative analysis of two structural design alternatives to confirm the necessity of assessing the six impact categories. That is, the results of global warming potential and the six impacts proposed in this study were compared. By comparing the results of only global warming potential, the second design alternative using 24MPa concrete was chosen as a better alternative, while the first design alternative using 21MPa concrete was resulted as a better alternative when six impact categories were considered. The results mean that the assessment of various environmental impacts is an appropriate and reasonable approach and the comprehensive assessment offers more reliable results of environmental impacts in the building construction.

산업연관분석법 기반 LCA 모델과 Hybrid LCA 모델의 건축물 이산화탄소 배출량 평가결과 비교

홍태훈,지창윤,Hong, Taehoon,Ji, Changyoon 한국건설관리학회 2014 한국건설관리학회 논문집 Vol.15 No.4

본 연구는 기획단계에서 건축물의 이산화탄소 배출량 평가에 개략평가모델인 I-O LCA 모델의 활용 가능성을 파악하는 것을 목적으로 한다. 이를 위하여, I-O LCA 모델과 Hybrid LCA 모델을 정의하고, 두 LCA 모델을 이용하여 아파트 3개 단지와 3개 교육시설물에 대한 이산화탄소 배출량을 평가하고, 결과를 비교하였다. 사례분석 결과, I-O LCA 모델을 통해 산출된 이산화탄소 배출량은 Hybrid LCA 모델을 통해 산출된 이산화탄소 배출량과 상당히 유사하였다. 아파트 단지의 경우 78.2-86.3%의 유사도를 나타내었고, 학교 건축물의 경우 59.9-84.8%의 유사도를 나타내었다. 하지만, 전반적으로 I-O LCA 모델에 의해 산출된 이산화탄소 배출량은 Hybrid LCA 모델의 결과에 비해 작았다. 그럼에도 불구하고, 사례분석 결과는 총공사비를 유일한 입력요소로 하는 간단한 모델인, I-O LCA 모델이 상당히 높은 정확도를 가진다는 사실을 보여주었다. I-O LCA모델은 프로젝트의 초기 기획단계에 건축물의 이산화탄소 배출량을 예측하는데 활용될 수 있을 것으로 기대된다. This study aims to determine whether or not the input output life cycle assessment (I-O LCA) model can be used to assess the carbon dioxide (CO2) emission of buildings in initial planning phase. To ensure this end, this study proposed I-O LCA model which is the simplified LCA model and Hybrid LCA model which is the detailed LCA model, and then assessed and compared the CO2 emission of six case projects (three apartment complexes and three educational facilities) using the two LCA model. The results of the case study showed that the CO2 emissions assessed by the I-O LCA is significantly similar to the CO2 emission assessed by the Hybrid LCA model. The similarity of results from both LCA models was 78.2-86.3% in apartment complexes and 59.9-84.8% in educational facilities. However, the CO2 emissions from I-O LCA model were smaller than the CO2 emissions from Hybrid LCA model in case study. Nevertheless, the case study showed that the I-O LCA model was capable of assessing the CO2 emission of buildings quite appropriately although the I-O LCA model is the simplified LCA model which considers only the construction cost. The I-O LCA model is expected to be a useful tool for assessing the CO2 emission of buildings in initial planning phase.

[구두발표 논문] Track IV : 첨단시공 및 엔지니어링 기술

홍태훈,차희성,Hong, Tae-Hun,Cha, Hui-Seong 한국건설관리학회 2008 한국건설관리학회 논문집 Vol.9 No.6

전과정평가(LCA)를 이용한 친환경 인증 건축물과 일반 건축물의 환경영향 비교 사례 연구

홍태훈,정광복,지창윤,Hong, Taehoon,Jeong, Kwangbok,Ji, Changyoon 한국건설관리학회 2014 한국건설관리학회 논문집 Vol.15 No.3

This study aims to understand the environmental impact reduction of green buildings that are certified by Green standard for energy and environmental design(G-SEED). To ensure this end, this study assessed and compared the environmental impacts(global warning, ozone layer depletion, acidification, and eutrophication) of a G-SEED-certified elementary school building(green building) and an uncertified elementary school building(traditional building) using the life cycle assessment methodology. This study considered the environmental impacts from the material manufacturing, material transportation, on-site construction, and operation during 40 years. The comparison of the environmental impact intensity of two buildings showed that the green building generated much more environmental impacts than the traditional building. For example, the global warming potential of the green building was approximately 12.5% higher than of the traditional building since the global warming potential of the green building was 3.751 $t-CO_2eq./m^2$ while that of the traditional building was 3.282 $t-CO_2eq./m^2$. It signifies that the G-SEED doesn't guarantee the reduction of the environmental impacts in terms of four impact categories. Therefore, the G-SEED should be complemented and improved to achieve the environmental impact reduction. 본 연구는 국내에서 시행중인 친환경 건축물 인증제도 (G-SEED)에 따른 환경영향 저감 효과를 파악하는 것을 목적으로 한다. 이를 위하여, G-SEED 인증을 받은 초등학교 건축물과 인증을 받지 않은 일반 초등학교 건축물을 대상으로, 전과정평가 방법론을 이용하여 4가지 환경영향범주 (지구온난화, 오존층파괴, 산성화, 부영양화)에 따른 환경영향을 평가하고, 결과를 비교하였다. 건축물에 대한 환경영향평가는 자재생산, 자재운송, 시공, 운영단계를 포함하였으며, 운영기간은 40년으로 설정하였다. 두 건축물의 단위연면적당 환경영향을 비교한 결과, 일반 초등학교 건축물에 비해 친환경 인증 초등학교 건축물의 환경영향이 큰 것으로 나타났다. 예를 들어, 친환경 인증 초등학교 건축물의 지구온난화지수는 3.751 $t-CO_2eq./m^2$ 로 산출된 반면, 일반 초등학교 건축물의 지구온난화지수는 3.282 $t-CO_2eq./m^2$ 로 산출되어, 약 12.5% 크게 나타났다. 이는 G-SEED 인증이 4가지 측면에서의 환경영향의 저감을 보장하지 못한다는 것을 의미한다. 따라서 건축물로부터 발생하는 환경영향의 저감을 달성하기 위해서는 G-SEED에 대한 보완이 필요하다.

건물에너지 효율성 및 $LCCO_2$ 분석 시스템의 필요성

홍태훈,윤강철,구충완,김지민,Hong, Tae-Hun,Yun, Gang-Cheol,Gu, Chung-Wan,Kim, Ji-Min 한국건설관리학회 2011 한국건설관리학회 논문집 Vol.12 No.4

건물에너지 효율성 및 LCC&$LCCO_2$ 평가 시스템

홍태훈,윤강철,구충완,김지민,Hong, Tae-Hun,Yun, Gang-Cheol,Gu, Chung-Wan,Kim, Ji-Min 한국건설관리학회 2012 건설관리 : 한국건설관리학회 학회지 Vol.13 No.2