건물에너지 저감 성능평가를 위한 사용자기반 환경모사연구 동향분석 연구

정수연,이민구,이행우 사단법인 한국융합기술연구학회 2023 아시아태평양융합연구교류논문지 Vol.9 No.9

건물부문의 에너지 사용량은 높은 비중을 보이고 있으며, 매년 증가하는 추세를 보이고 있다. 특히 주요 에너지원으로 사용된 화석연료의 고갈로 건물에너지 사용량 증가는 심각한 문제로 작용되고 있다. 이에 따라서 건물에너지 문제를 해결하기 위한 연구의 수요는 증가하는 추세이며, 동시에 기술개발의 유효성을 검증하고자 하는 인프라 및 방법들에 대한 연구도 증가하는 추세이다. 그러나 이러한 성능검증을 위한 인프라와 방법은 실험실의 한정적인 환경에서만 성능평가를 진행하고 있다. 이와 같은 환경에서의 성능평가 검증은 실제 실생활환경에 적용할 시에 쾌적도 저하를 불러일으킬 뿐 아니라 제2, 제3의 에너지 소비를 야기하는 등의 문제가 발생한다. 이에 본 연구는 기존의 에너지 성능평가 관련 기관 및 연구의 동향과 사례를 고찰 후, 사용자 정보 및 선호환경을 기반으로 하여 에너지 성능평가 테스트베드 구축 및 에너지 성능평가 방법을 제시하였다. 이에대한 결론은 다음과 같다. 1) 기존에 이루어지고 있는 에너지 성능평가 테스트베드 및 연구 동향을 고찰 결과에 따르면 실험실의 한정된 환경에서 성능평가가 이루어 지고 있다. 연구는 실제 주거환경을 기반으로 하고 있으며, 특정 에너지 성능평가 테스트베드의 경우에도 단순 센서에 의하여 환경정보를 수집하는 것으로 한정되어 있다. 이는 공간의 재실자의 정보 및 선호환경, 공간이 가지는 다복합적인 특성을 반영하지 못하며, 실생활 환경 성능평가 측면에서 제한적이다. 2) 본 연구는 실내외환경모사 및 사용자인식 기반의 성능평가 환경을 구축하였으며, 이러한 환경 구축으 위하여 365일 24시간 4계절의 외부 환경 구현이 가능한 인공태양광 연동 인공기후탬버 기술과 높이 조절이 가능한 센싱기술, 사용자인식 및 위치인식기반의 냉난방기기, 환기기기, 조명기기 제어기술을 제안하였다. 3) 본 연구를 통해 구축된 실내외환경모사 및 사용자인식기반 환경은 사용자별 선호환경에 따른 베네시안 블라인드 성능평가를 진행한후 테스트베드의 유효성을 검증하였다. The building sector accounts for a significant share of global energy consumption and emissions, and this trend is growing annually. In particular, this problem is becoming more serious due to the depletion of our primary energy source, fossil fuels. Accordingly, the demand for research to solve building energy problems is growing, and studies on infrastructures and methods to validate the effectiveness of technology development are also increasing. However, these infrastructures and performance evaluation methods are mainly limited to the laboratory environment. Evaluating performance under such environments not only causes a decrease in comfort but also causes secondary and tertiary energy consumption when applied to real-life environments. Therefore, this study examined trends and cases of energy performance evaluation-related organizations and literature. It also proposed a testbed and methodology for evaluating energy performance based on user information and preferred environments. The main findings are as follows. 1) According to the results of reviewing energy performance evaluation testbeds and research trends, past evaluations were mostly limited to laboratories. Past research was based on actual residential environments, and the collection of environmental data through sensors was the extent of specificity for energy performance evaluation testbeds. Most had limitations in reflecting occupant data/preferences and complex spatial characteristics, as well as evaluating real-life environmental performance. 2) This study built a performance evaluation environment based on in/outdoor environment simulation and user recognition. The environment consisted of an artificial climate chamber that can simulate the four seasons continuously, height-adjustable sensors, and technologies for controlling air conditioning, ventilation, and lighting devices based on user recognition and location recognition. 3) The effectiveness of the developed testbed was validated by evaluating the performance of Venetian blinds according to each user’s preferred environment.

실생활기반 냉난방에너지 성능평가 방법 제안 연구

전강민,이행우,김용성 사단법인 인문사회과학기술융합학회 2015 예술인문사회융합멀티미디어논문지 Vol.5 No.3

With recent surge of attention to heating and air conditioning energy consumption, the need for evaluating performance of heating and air conditioning energy is also on the rise. This research aims to propose daily-life based evaluation method as an alternative to existing one, as well as to apply the method in real life to prove its validity. The results are as following. 1) I studied temperatures preferred by persons indoors and appropriate level of temperature, and the results show that properties of such persons such as age is directly linked with pleasantness of the room, but the issue lies with the fact that such properties are not considered in existing performance evaluation of heating and air conditioning. 2) Daily life based evaluation proposed herein reflects such properties of persons indoors. It controls heating / air conditioning devices installed in the test bed with the same size as a real life room to get quantitative and visual performances in our daily life as well as simple temperature information. 3) To verify validity of daily life based evaluation, I conducted different evaluation sessions with and without a blind and also based on ages of persons indoors. Results based on properties of persons showed difference of 77.6%, leading to effective analysis of energy consumption pattern by heating / air conditioning devices. This research takes significance in that it comes with a new performance evaluation method based on real life, and I gather that further studies are required to develop more multilateral performance evaluation in order to verify and improve technology for reduction of energy consumption 최근 건물에서 냉난방에너지에 대한 문제가 부각되면서 냉난방에너지 성능평가에 대한 필요성도 증가되고 있다. 이에 본 연구는 기존 성능평가 방법의 개선안으로 실생활기반 냉난방 성능평가 방법을 제안하며, 이를 실제 적용해봄으로써 그 유효성 입증을 목적으로 하였다. 이에 대한 결론은 다음과 같다. 1) 기존 냉난방 에너지 성능평가 및 재실자의 선호 및 적정온도를 고찰하였으며, 그 결과 연령 등의 재실자 특성은 해당공간의 쾌적성과 직결되는 중요한 요소이나 기존 냉난방 성능평가에는 고려되고 있지 않아서 문제시 된다. 2) 본 연구에서 제안하는 실생활기반 냉난방 에너지 성능평가는 재실자의 특성을 성능평가에 반영하였으며, 실스케일의 테스트베드에서 냉난방기기에 연동하여 제어함으로써 단순 실내의 온도정보 뿐만 아니라 실생활에 입각한 정량적이며, 시각적인 성능평가 결과의 도출이 가능하다. 3) 본 연구에서 제안하는 실생활기반 성능평가의 유효성을 검정하기 위하여 재실자의 연령에 따른 실내 적정온도 및 블라인드 설치 유무에 따라서 성능평가를 실시하였으며, 재실자 특성에 따른 결과의 값이 77.6%의 차이를 보이며, 냉난방기기의 전력 사용 패턴 분석이 가능하다. 본 연구는 실생활기반의 성능평가 방법을 제안하였다는 측면에서 유의미하며, 이와 같은 에너지 저감을 위한 기술 개발 검증 및 개선을 위한 다각적인 성능평가에 대한 연구는 지속되어야 한다고 판단된다.

건축물 성능예측 프로그램의 개발 및 활용가능성 평가

오주홍(Ju Hong Oh),장문기(Mun Ki Jang),손영익(Yeong Ik Son),김성민(Sung Min Kim) 대한설비공학회 2020 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2020 No.6

2030 국가 온실가스 감축 목표 및 로드맵에 따르면 건물부문 온실가스 감축 목표가 기존 ‘30년 BAU 대비 18.1%에서 32.7%로 대폭 증가하였고 주요 감축 수단으로 신축 건축물 허가기준 등 정책 강화, 기존건축물 에너지성능 향상, 설비효율개선 및 신재생에너지 보급확대, 건물에너지 정보인프라 구축 및 소비개선 유도가 지정되었다. 특히 2025년부터 모든 신축 건축물에 대해 ‘제로에너지’ 수준으로 에너지 성능 기준을 의무화할 계획이다. 본 연구에서는 제로에너지 빌딩의 보급·확산에 기여하기 위해 개발한 성능예측 프로그램(ZEB-PS)의 주요 기능을 소개하고 유사 프로그램과 에너지요구량 결괏값을 비교하는 것을 목적으로 한다. ZEB-PS는(Zero Energy Building-Prediction Simulation) 건축물 생애 전반에 걸쳐 에너지요구량, 소요량의 상세 진단을 위한 도구로 건물에너지절약지침 EPBD(Energy Performance of Building Directive)의 분석방법을 따른다. 제로에너지빌딩 포털에서 제공하는 자재 및 장비 DB와 연계 가능하고 편의성을 고려한 모델링 방식을 구현함과 동시에 Zone 및 열원 계통별 상세 데이터를 제공하여 설계를 변경하지 않는 범위 내에서 사용자 스스로 리트로핏 항목을 도출하여 목표 에너지소요량 달성에 기여할 수 있다. 정확도 검증을 위해 분석모델 선정 후 동일 조건에서 EnergyPlus, ECO2, ZEB-PS의 에너지요구량을 비교하였다. EnergyPlus와 비교결과 중간기에 다소 차이를 보였지만 연간 평균 에너지 요구량 비중은 난방 약 0.4%, 냉방 약 1.4% 차이를 보이는 것으로 나타났다. ECO2와 비교결과 냉난방 모두 에너지 요구량 비중 약 0.7%로 유사한 경향성을 보이는 것으로 나타났다.

제로에너지주택단지에서 지열에너지 적용에 관한 연구

이응신(Eung-Shin Lee),김현아(Hyun Ah Kim),변수영(Su Young Byun),이명주(Myoung Ju Lee) 한국신재생에너지학회 2021 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.7

N 제로에너지주택단지는 난방부하와 냉방부하가 기존 주택보다 많이 줄어든 상태에서 제로에너지를 달성하는데 필요한 에너지는 신재생에너지로 공급하는 개념으로 설계, 시공이 되었다. 급탕부하는 기존의 주택과 비교해서 차이가 거의 없는 상태에서 난방과 냉방 등을 포함한 모든 열부하를 지열에너지를 생산하여 공급했다. 본 연구에서는 장기적인 지열에너지 생산이 가능한지 검증하기 위해 지중열교환기의 열적 성능 변이와 히트펌프의 성능 변화 사이의 관계를 3년 이상 조사하였다. 지중열교환기의 교차 배치를 통해 냉방과 난방에너지의 생산량이 균형을 이루도록 하였고, 급탕에너지 생산은 지중열교환기의 단지의 가장자리로 배치하여 연중 온수생산을 연속으로 해도 성능저하가 많이 발생하지 않도록 하였다. 겨울철 온수생산이 많은 계절에도 지중열교환이 되는 온도는 2도 가까이 유지를 해서 히트펌프의 성능에는 거의 변동이 없었다. 본 연구를 통해 제로에너지주택단지에서 전체 열부하를 감당하는 지열에너지는 타 열원에 비해 운영상 큰 문제점 없이 적용 가능하다는 결과를 도출하였다. 앞으로 제로에너지건축물의 의무화를 앞두고 N 제로에너지주택단지의 지열에너지 적용 결과는 긍정적인 사례로 평가되었다.

에너지 성능과 감정평가

이진 ( Lee Jin ) 한국감정평가학회 2018 감정평가학논집 Vol.17 No.2

본 연구에서는 에너지 성능의 시장가치화에 대한 논의로서, 에너지 성능을 가치에 반영할 필요가 있는가, 반영을 해야 한다면 어떤 요인을 반영해야 하는가, 어떻게 반영해야 하는가에 대한 고찰을 진행하였다. 지속가능한 성장을 위해 에너지 성능의 가치반영은 분명 필요하다. 그러나 에너지, 성능, 가치에 대한 정의조차 되어있지 않다. 따라서 현행 관련 제도와 선행연구를 통해 용어의 정의를 진행하였다. 에너지 성능은 에너지 사용량 저감과 에너지 사용비용 감소로 정의할 수 있다. 그러나 가치가 갖는 주관적 특성에 의해 이들의 절대적 수치를 직접적으로 가치로 반영하는 것은 불가능하다. 건축물의 에너지 성능의 가치를 시장화하기 위해서 단기적으로 에너지효율등급과 같은 이미 정량화되어있는 정보를 활용할 수 있다. 그러나 이러한 정보를 활용한 가치승수 도입에는 사회적 함의가 필요하다. 장기적으로는 감정평가 실무기준 해설서의 보완이 필요하고, 애플리케이션을 통해 기술 변화에 따른 설비의 실시간 정보를 제공하는 것이 필요하다. 또한 전문 감정평가사 인증제도 도입 등을 고려해야 한다. In this study, as a discussion on the market value of energy performance, we conducted a review of whether or not energy performance needs to be reflected in value, what factors should be reflected, and how. The value reflection of energy performance is certainly necessary for sustainable growth. However, there is no definition of energy, performance or value. Therefore, the definitions of the terms were carried out through the current relevant system and prior study. Energy performance can be defined as energy use reduction and energy use cost reduction. However, it is impossible to directly reflect their absolute numbers into values by the subjective characteristics of values. In order to market the value of energy performance of buildings, already quantified information such as the energy efficiency grade can be used in the short term. However, introducing a value multiplier using this information requires social implications. In the long run, it is necessary to supplement the Implementation Guidance for Appraisal and provide real-time information of the facility as technology changes through the application. It should also consider introducing a professional emotional evaluator certification system.

건물 열적 성능 수준별 실내 복사환경에 따른 재실자의 열적 쾌적성의 변화를 고려한 건물에너지 소비량 산출

박소현,송두삼 대한설비공학회 2020 설비공학 논문집 Vol.32 No.1

본 연구에서는 건물에너지 시뮬레이션을 통해 건물 열적 성능수준별 외주부의 복사환경 및 온열 쾌적감의 차이, 그리고 재실자가 열적 쾌적감을 확보하기 위해 실시하는 적응행동(실내 설정온도 조절)을 반영하는 시뮬레이션과 종래의 시뮬레이션과 같이 일정 설정온도만을 기준으로 실시하는 경우의 냉난방에너지 소비량의 차이를 분석하였다. 그 결과는 다음과 같다. (1) 건물 열적 성능이 취약할 경우에는 공기(건구)온도만으로 실내 온열환경을 제어하는 기존의 제어방법은 재실자의 온열쾌적감을 대변할 수 없다. 즉, 건구온도가 내주부, 외부주 모두 동일하게 유지된다고 하더라도, 건물 열적 성능 수준에 따라 외주부의 복사환경이 달라 외주부의 재실자는 열적으로 불쾌한 상황에 노출될 수 있는 결과를 보였다. (2) 건물에너지 시뮬레이션 시, 외주부의 복사환경에 따른 재실자의 온열쾌적감 차이를 반영하여 이를 보상하는 작용온도제어(OT control)를 실시한다면 건물 준공연도별 건물 열적 성능수준에 따라 건물 냉난방에너지 소비량은 기존 대비 최소 6%에서 최대 30%까지의 차이를 보였다. 즉, 건물 열적 성능이 취약한 경우, 기존의 시뮬레이션 방법인 설정(건구)온도제어(DBT control)를 실시하는 경우, 실제 이러한 건물에서 발생하는 외주부의 열악한 복사환경에 따른 재실자의 온열쾌적감(행동적 적응) 및 그에 따른 추가적인 냉난방에너지 소비의 결과를 잘 묘사하지 못하는 것을 시사하고 있다. (3) 본 연구의 결과를 통해 건물에너지 시뮬레이션에서 일반적으로 채용하고 있는 설정온도(건구온도)제어는 건물 열적성능에 따른 외주부 복사환경의 차이 및 그에 따른 재실자의 온열쾌적감의 차이를 반영하지 못하며, 이는 실제 건물의 냉난방에너지 소비량의 결과와 시뮬레이션 결과의 차이가 발생하는 원인의 하나라고 판단된다. 추후 건물에너지 시뮬레이션 시, 실제 건물 내 사람들의 열적 적응행동을 고려하는 시뮬레이션을 실시의 중요성을 시사하고 있다. In Korea, the building thermal performance such as thermal insulation and airtightness has been enhanced to reduce building energy consumption. The enhanced building thermal performance reduces cooling and heating load as well as improves indoor radiant temperature and occupants’ thermal comfort. The radiant temperature between the perimeter zone and the interior zone in buildings can differ depending on the thermal performance of the building. The radiant temperature of the perimeter zone may be lower than that of the interior zone if the building insulation and air-tightness level is low. In this case, the occupants in the perimeter zone will adjust the indoor set-point temperature or use personal fans to preserve their thermal comfort. These behavioral adaptations are related to building energy consumption. However, when predicting building energy consumption through simulation, there are limitations that do not reflect the occupants’ behavioral adaptations because of poor radiant environment in actual situations. In this study, the effect of indoor radiant temperature and occupants’ thermal comfort on cooling and heating energy consumption by building thermal performance was analyzed.

건물 개보수에 의한 에너지 성능 향상에 관한 연구

석호태 한국건축설비학회 1999 건축 설비 Vol.2 No.4

건물부문에서의 에너지 절약을 위해서는 기존건물대 신축건물의 비율이나 건물의 긴 생애기간 등을 감안할 때 효과적인 에너지 관리 및 개보수 등이 매우 중요하다고 할 수 있다. 본 연구에서는 사무소 건물을 대상으로 에너지 관리 및 개보수를 통해 에너지 절약 효과를 가져올 가능성이 큰 에너지 요소를 파악하고, 각 요소에 대한 개선안을 도출하여 시뮬레이션을 통해 건물 에너지 절감량을 정량적으로 파악하였다. 개보수 대상 건물인 K빌딩에 적용 가능한 개선안은 본 연구에서 건물에너지 성능 예측/진단 도구로 선정한 DOE-2 프로그램을 이용하여 시뮬레이션을 수행하였으며, 그 결과 예측되는 에너지 절감량(Retrofit Savings)을 계산하여 기준모델의 에너지 성능과 비교를 통해 개선안의 적용성을 검토해 보았다. 건축적 요소에서의 에너지 절감량은 건물의 전반적인 개수가 아니므로 그 효과가 크지는 않으나 대체로 LNG의 절감에 효과적임을 알 수 있었다. 특히 블라인드의 조절에 따른 일사의 조절이 건물의 에너지 사용량에 큰 영향을 미친다는 것을 알 수 있었으며, 난방보다는 냉방에서 더 많은 에너지 절감효과를 가지는 것으로 나타났다. 조명에서의 절감량은 전기부분에서 절감량이 크며 부수적으로 난방부하의 경감으로 LNG의 사용량을 절감시킬 수 있는 것으로 나타났다. 시스템 요소에서의 에너지 절감량은 냉방에서의 에너지 절감을 목적으로 도입된 제습냉각기와 열회수장치가 LNG 절감에 효과가 큰 것으로 나타났다. 시스템에서의 에너지 절감량은 그 개수의 범위에 비해 효과는 상당히 크다고 할 수 있으나 그 효과가 복합적이기 때문에 실제 개수의 수행에 있어서 세심한 고려가 필요할 것으로 판단된다. Considering the long lifetime, it can be said that energy management and retrofit are very important to save the energy consumption in building. To work out a strategy of energy management and retrofit more efficiently, dominant energy factors should be known first since there is a fair chance that preferential managements to these factors are more effective. In this study, the influence of energy factors on energy consumption in a selected office building is analyzed by sensitivity analysis. Dominant energy factors of each building and system are determined. Then, the energy management schemes for these factors are suggested. If this method is applied to other office buildings, it may be possible to work out a strategy of energy management and retrofit more efficiently.

완충형 토석류 방호시설의 성능평가

최고일,손정익,주영태 한국도로학회 2016 한국도로학회 학술발표회 논문집 Vol.2016 No.06

최근 우리나라에서는 기후변화에 의한 집중호우와 국지성 폭우 및 결빙 등으로 토석류의 발생이 증가 하고 있어 이에 대한 대책으로써 여러 종류의 방호시설들이 설치되고 있다. 이들의 토석류 방호시설을 설 치하기 위해서는 이들의 성능에 대한 적정한 평가가 필요하다. 일반적인 구조물은 하중의 크기와 형태가 정해져 있어 설계하중을 산정하여 구조물 단면 설계에 반영 할 수 있다. 그러나 토석류 방호시설과 같은 충돌형태의 외력에 저항하는 구조물은 토석류의 흐름을 정적 하중으로 변환하기가 어렵다. 이에 토석류 방호시설의 성능평가는 충돌현상을 에너지보존 개념으로 접근 하여 충돌에너지 < 내적 변형에너지 조건이 만족하는지를 평가하고 있다. 따라서 토석류 방호시설의 성능 평가를 위해서는 토석류의 충돌에너지와 토석류 방호시설의 내적 변형에너지에 대한 보다 편리하고 정밀 한 평가가 필요하다. 본 연구는 코일스프링이 압축작용을 일으키도록 개발되어 스프링의 피로하중에 대한 영향이 없고 스프 링이 큰 변형을 일으켜 충돌 시 변형 시간 지연으로 보다 향상된 충격에너지 흡수효과를 얻을 수 있도록 개발된 압축코일 스프링을 이용한 완충형 토석류 방호시설에 대해 실물 충돌실험과 해석 및 이들의 비교 분석을 실시하여 성능을 평가하고 보다 편리하고 안전한 성능 평가방법을 제안하는 것이다. 이번 수직낙하 실험에 의한 실물 충돌실험 결과와 충격에너지로부터 정적 구조해석에 사용할 하중을 에너지 보존의 법칙인 충격에너지 = 정역학적에너지로 산정하고 케이블은 기하학적 비선형성을 고려한 유한요소로, 스프링도 유한요소의 연속성을 위해 케이블로 모델링하여 FEM해석한 내용을 상호 비교 분 석한 결과, 이들의 결과가 잘 일치하였으며 방호시설의 충돌에너지 흡수능력 평가 시, 와이어로프의 항복 응력을 기준으로 성능을 분석하면 편리하고 안전하게 평가할 수 있음을 알 수 있었다.

BIM기반 ‘건축물의 에너지절약설계기준’의 에너지성능지표(E.P.I) 검증에 관한 연구

이권형,추승연 대한건축학회지회연합회 2010 대한건축학회지회연합회 학술발표대회논문집 Vol.2010 No.1

에너지효율주택의 감정평가: 원가법과 DCF법의 적용

박진규 ( Park Jin Gyu ),김준형 ( Kim Jun Hyung ),이상영 ( Lee Sang Young ),임인혁 ( Lim In Hyok ) 한국감정평가학회 2017 감정평가학논집 Vol.16 No.3

정부는 온실가스 감축과 기후변화 대응을 위해 2025년 신축주택 제로에너지 성능 의무화를 목표로 관련 기준을 단계별로 강화하고 있다. 감정평가업계에서는 에너지 성능을 건물가치에 반영할 수 있는 근거를 마련하여, 온실가스배출량 감축설비, 신ㆍ재생에너지 활용설비 등 친환경 설비 및 에너지효율화 설비에 따른 가치증가분을 포함하여 감정평가하는 실무기준을 신설하였다. 이에 본 연구는 최근 신축한 제로 에너지주택의 설계내역과 건축물 에너지 모의실험 결과를 바탕으로 에너지효율주택의 감정평가에 필요한 기초자료 DB를 구축하였다. 이를 토대로 기존건물과 제로에 너지건물을 비교 분석하여, 에너지효율주택의 시산가액산정을 위한 감정평가방법을 원가법과 DCF법으로 구체적으로 제시하였다. 각 방식에 의한 평가 결과, 일반 건물에 비해 대상 건물이 갖는 가치는 원가법을 기준으로 할 때 8억 4천만 원, 그리고 DCF법으로 기준할 경우 2억 5천만 ~ 3억 3천만 원으로 도출되었다. To cope with climate change and reduce greenhouse gas emissions, the Korean government has reinforced mandatory standards for “zero-energy housing” slated to start construction in 2025. In line with this move, the real estate appraisal industry has also reset field standards to reflect higher building values through ecofriendly facilities, such as those that reduce CO2 emissions, use new and/or renewable energy sources, and are highly energy efficient. This study built a basic database for the appraisal of energy-efficient housing based on the latter’s design specifications set by the Ministry of Land, Infrastructure and Transport, and conducted energy simulations. This research also utilized the appraisal method of calculating higher value by comparing regular and zero-energy housing using the cost approach and DCF analysis. The resulting values were KRW 0.84 billion and KRW 0.25~0.33 billion, respectively.