LCC 分析에 의한 高層建物 設備시스템의 代案評價에 관한 硏究 = Evaluation of alternatives for building service system in high-rise building based on life cycle cost analysis

국문 초록 (Abstract)

인류사회의 변천과 기술의 발달로 인하여 건물의 종류가 다양해지고 규모도 거대화되고 있다. 또한 건물의 기능과 환경성능을 향상시키는 건축설비도 빠르게 발전되고 있다. 우리나라도 1970년대부터 건물의 고층화가 실현되기 시작하여 날로 고층건물의 수가 증가하고 있다. 고층건물은 지가의 상승, 도심지의 고밀도 이용 등 여러 가지 등장요인이 있으나 또한 구조기술의 발달과 기타 엘리베이터 및 수세식 화장실의 발명이 이를 가능하게 하였다. 그러나 그 동안 설비측면에서의 불편은 무시되거나 감수되어왔고 설비분야의 연구는 등한시 되어왔다.
특히 고층건물은 일반 건물에 비하여 그 기능을 유지하는데 막대한 자원과 에너지를 소비하기 때문에 공사기간부터 준공 후 사용기간에 걸쳐 자원절감과 에너지절약 계획이 매우 중요하다. 최근 실제 건물의 기능과 공사비 및 운영비를 좌우하는 설비분야의 연구가 중요시되고 있으나 건축설비 시스템의 계획방법이나 평가방법의 체계적 연구는 미비하다.
건축설비 시스템 대안의 경제성평가 방법으로 초기투자비는 물론 준공 후 운영비 및 기타 관련 비용까지 고려할 수 있는 LCC분석 방법이 유용하다. 그러나 건축설비 시스템의 LCC분석에 적용되는 분석변수나 비용항목 특히 운영비의 작성 및 결정방법이 정립되지 않아 실질적인 대안평가가 어려운 실정이다.
따라서 본 연구는 계획 초기 단계에서 적용할 수 있는 분석변수와 비용항목을 작성하여 제시하고 특히 그중 운영비 적용안을 실제로 제시하여 설계자가 LCC분석 방법으로 대안의 경제성 평가를 실시할 경우 이용할 수 있도록 하였다.
본 연구에서는 연구대상 범위를 설비시스템 중에서 가장 기본적이며 대부분의 건물에서 필수적인 열원설비, 공조설비, 위생설비로 한정하였고 고층건물의 높이와 층수기준은 25층(건물높이 100m) 이상의 사무소 빌딩을 그 대상으로 사례조사 및 연구를 수행하였다.
2장에서는 고층건물의 건축 및 환경, 그리고 설비적 특성을 살펴보고 설비시스템의 사례를 조사하여 국내외 고층건물에 적용되는 설비시스템의 유형을 파악하고 대안설정의 기초자료로 활용하였다. 3장에서는 본 연구에서 대안의 경제성 평가방법으로 활용하는 LCC분석의 정의, 특징, 발달 및 전망, 기존 연구 고찰 등의 개요를 살펴보고 분석절차, 분석변수, 비용항목 및 위험도 평가에 대하여 고찰하였다. 4장에서는 기존 고층건물의 사례를 바탕으로 평가대안을 설정하고 실제 건물의 운영자료 등 사례조사를 통하여 작성한 LCC분석을 위한 분석변수와 비용항목을 제시하였다. 5장에서는 4장에서 제시한 방안을 가지고 대안을 평가하고 민감도 분석을 수행하였으며 설비 최적안 선정 및 시스템의 통합을 수행하여 제시하였다.
본 연구에서 제안한 운영비 데이터의 보완작업이 수행될 경우 설계자가 본 연구에서 제안한 방안으로 LCC분석을 이용하여 더욱 다양한 설비시스템 대안의 경제성 평가를 수행할 수 있으리라 사료된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The types of buildings have been diversified and the size of a building has been growing according to the development of human society and technology. Such changes, also, have accompanied rapid developments in the building service system, mainly used to enhance the function and environmental performance of a building.
In Korea, a herd of high rise buildings have emerged since 1970's and now it seems unavoidable trends particularly in downtown area. A steady increase of land prices and intensive use of downtown region have urged buildings to be high-rise. Advances in structural technology and essential inventions, such as elevators, flush toilets and so on, made it possible, too. On the other hand, it cannot be denied that the convenience of building service systems has been ignored and research works in that field has been treated as less critical than those for building structures.
Unfortunately, high-rise buildings consume enormous resources and energy not only at their construction stage, but also for their operations and maintenances. Therefore, it is very important to select an efficient plan from the early design stage for reducing resource usages and saving energy. Although, such importance of planning and evaluating for building service system is recently recognized and many researches on those fields have been carried, systematic research on the design or evaluation method for building service system is still insufficient.
Life Cycle Cost Analysis (LCCA), a method, in which construction costs as well as operation and associated costs are considered, is useful as an economic evaluation method. However, alternative evaluation of building service system has been a quite difficult work in practice, since important variables for the analysis such as cost data, especially operation cost data were almost inaccessible and a proper way to prepare those data has not been established.
In the present work, important analysis variables and cost data for LCCA are prepared and presented, which can be used for designers to carry out an economic evaluation of alternatives for building service system.
This study limited its scope to primary equipments, air-conditioning and water supply system. Though standards of high-rise building are varying with the times and areas, case studies are carried out for limited ranges of office buildings over 25-storied (height over 100meter), where internal pressure of the system is significant.
In chapter 2, the architectural and environmental features of high-rise buildings were examined and the case study of building service systems were carried out. Also, typical building service systems, used for high-rise buildings, were systematically sorted and analyzed for establishing alternatives.
An overview of LCCA including its definition, features, development, prospect, and existing studies were reviewed in chapter 3. Analysis processes and a sensitivity analysis as a risk assessment method were also reviewed.
In the fourth chapter, several alternatives based on the case studies were set up for evaluating. And analysis variables and cost data produced through a series of field surveys were presented. The field surveys were carried out by visiting the building management company and data including building maintenance data were collected and analyzed.
In chapter 5, the whole process of evaluating and selecting alternatives for each building service system, as well as an integrated system, was suggested by performing LCCA practically. LCCA was carried out for alternatives using cost data, presented in the 4th chapter, and their sensitivity was analyzed.
It would be possible for a designer to perform an economic evaluation of alternatives and system integration with the process and data proposed in this study. However, for more exact and various evaluation and its practical application, further studies on LCCA with extensive operation cost data are expected and required.

목차 (Table of Contents)

• 目次 = i
• 그림目次 = ⅳ
• 表目次 = ⅵ
• 國文要約 = ⅸ
• 제1장 서론 = 1
• 1.1 연구의 배경 및 목적 = 1
• 1.2 연구의 범위 및 방법 = 2
• 1.3 용어의 정의 = 5
• 제2장 고층건물 건축설비의 특성 = 6
• 2.1 고층건물의 건축 및 환경적 특성 = 6
• 2.1.1 내외부 환경 조건의 특징 = 7
• 2.1.2 설비층(기계실층) = 11
• 2.2 고층건물 건축설비의 특징 = 16
• 2.2.1 열원설비 = 16
• 2.2.2 공조설비 = 21
• 2.2.3 위생설비 = 23
• 2.3 고층건물의 설비시스템 사례조사 및 분석 = 28
• 2.3.1 사례조사 개요 = 28
• 2.3.2 개별사례 연구 = 28
• 2.3.3 기타 사례 고찰 및 분석 = 40
• 2.3.4 사례조사를 통한 설비계획방법 고찰 = 45
• 제3장 LCC분석 이론 고찰 = 49
• 3.1 LCC분석 개요 = 49
• 3.1.1 LCC분석의 정의 및 특징 = 49
• 3.1.2 대안의 경제성 평가방법 비교 = 51
• 3.1.3 해외 LCC분석 관련 연구 = 55
• 3.1.4 국내 LCC분석 관련 연구 및 전망 = 59
• 3.2 LCC분석 방법 = 64
• 3.2.1 LCC분석의 절차 = 64
• 3.2.2 LCC분석의 분석변수 = 66
• 3.2.3 LCC분석의 비용항목 = 70
• 3.2.4 LCC분석의 위험도 평가 = 72
• 제4장 LCC분석을 위한 대안 및 분석항목설정 = 78
• 4.1 시스템별 대안 설정 = 78
• 4.1.1 건물모델 및 성능조건 설정 = 78
• 4.1.2 열원설비 대안 설정 = 83
• 4.1.3 공조설비 대안 설정 = 85
• 4.1.4 위생설비 대안 설정 = 86
• 4.2 설비시스템의 LCC분석을 위한 항목 설정 = 89
• 4.2.1 LCC분석 항목 개요 = 89
• 4.2.2 분석변수 설정 = 89
• 4.2.3 비용항목 설정 = 94
• 제5장 LCC분석을 이용한 대안의 평가 및 선정 = 104
• 5.1 시스템별 대안평가 = 104
• 5.1.1 대안평가 및 현가계수의 산정기준 = 104
• 5.1.2 열원설비 = 106
• 5.1.3 공조설비 = 108
• 5.1.4 위생설비 = 110
• 5.2 민감도 분석 및 최적안 선정 = 113
• 5.2.1 민감도 분석 = 113
• 5.2.2 최적안 선정 및 시스템의 통합 = 119
• 제6장 종합토의 및 결론 = 122
• 6.1 종합토의 = 122
• 6.1.1 기존 사례 및 계획방법 요약 = 122
• 6.1.2 설비시스템의 대안 설정 = 123
• 6.1.3 분석변수와 비용항목 설정 = 124
• 6.1.4 대안의 LCC분석 및 최적안 선정 = 125
• 6.2 결론 = 127
• 參考文獻 = 129
• 附錄 = 135
• 1. 고층건물의 설비시스템 적용사례 = 136
• 2. 설비시스템 대안 개요 = 166
• 3. LCC분석용 유지보수비용 산정 Data = 186
• 4. 설비시스템 대안의 공사비 견적내역 = 190
• ABSTRACT = 200