환경 친화적 공동주택 태양광 적용 디자인 계획에 관한 연구 = A Study on Architectural Design Application of Photovoltaic System in Environment-Friendly Housing

국문 초록 (Abstract)

본 논문은 건축물에 사용되는 에너지를 신재생에너지로 대체하기 위한 주요 에너지원으로서 태양광 시스템을 활용함에 있어서, 공동주택의 에너지절감과 외관 디자인 차별화를 위한 새로운 건축디자인 기술로서 태양광 시스템의 적용 방향을 제안하기 위한 연구이다.
전 국가적으로 신재생에너지 개발과 보급 확대가 절실히 요구되고 있으며, 국내의 경우 에너지 해외 의존도는 95% 이상에 달하고 있어 신재생에너지를 통한 자체 에너지 수급 향상이 필요하다. 특히 건축물은 국내 전체 에너지 소비의 약 4분의 1을 차지하고 있으며, 이 중 주거 부문은 절반 이상을 차지한다. 이에 주거 건물은 국내의 에너지 절감률을 큰 폭으로 향상시킬 수 있는 중요 요인으로 인식되고 있으며, 국제 환경규제에 능동적으로 대처하기 위해 신재생에너지, 특히 건물에 적용이 용이한 태양광 시스템의 의무화 정책 및 시험 보급 등을 통해 실용화를 유도하고 있다. 한편 이러한 동향과 함께 최근 도시이미지 측면에서 공동주택의 외관 디자인이 중요 요소로 고려되면서, 태양광 시스템의 적용은 신재생에너지 활용이라는 긍정적인 미래 에너지원임에도 불구하고, 공동주택의 디자인을 저해하는 요인이 될 수 있다. 따라서 공동주택의 외관 형태 및 디자인과 조화를 이뤄 경제적이고, 차별화된 디자인 요소로 적용될 수 있는 방향에 대한 연구가 필요하다.
본 연구는 태양광 시스템의 이론적 고찰과 국내외 적용 사례 조사를 통해 세부 적용 방식을 검토하였고, 적용 디자인 패턴은 Hiding, Plusing, Skin-Type, Highlight, Landscape-type의 5가지로 분류하였다. 이것은 공동주택의 외관 형태별 적용 시 디자인 계획의 기본 요소로서 단일 또는 복합적으로 적용된다. 한편 국내 주거 건물의 과반수이상을 차지하고 있는 공동주택의 최근 공동주택의 형태적 경향은 크게 지붕(roof)과 입면(facade)으로 분류하여 세부 형태를 유형별로 나눌 수 있는데, 경제적 측면의 최적 발전효율을 위한 기본 고려 조건으로서 설치경사각, 음영, 모듈 온도를 고려하여 공동주택의 지붕과 입면 형태에 따라 다양하게 설치 및 적용 가능하다.

고층화 추세에 있는 공동주택의 경우 수직 면적이 증가함에 따라 태양광 시스템 적용 시 지붕의 수평공간보다 수직입면을 통해 상대적으로 더욱 많은 전력을 생산할 수 있다. 또한 지붕과 입면 동시 태양전지 패널 적용을 통한 생산 전력량은 가구당 연평균 전력사용 요금을 절반이상 줄일 수 있는 효과를 갖는다. 즉, 태양광 시스템은 신재생에너지 도입이 시급한 이 시점에서, 에너지 소비량이 특히 높은 공동주택의 에너지 절감과 외관 디자인 차별화를 위한 건축 디자인 기술로서 활용을 기대할 수 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This thesis intends to present a guide to the application of photovoltaic system as the architectural design element. By applying solar energy (photovoltaic system) as one of the principal alternative energy among renewable energy, it reduce consumption of energy and distinguish the exterior design in housing.
Worldwide, it has been necessary to develop and spread a renewable energy. Also Korea, who depends on import for more than 95% of total consumed energy, needs to cultivate the capacity to keep the balance of demand and supply of energy by itself. Especially, energy consumption in the building sector represents almost 25% of total, and the residential building accounts for more than half of them. In this aspect, housing is known as the principal field to raise the rate of energy saving, and then the government encourages its practical use of renewable energy, more particularly photovoltaic system which can be applied in the building efficiently, by obliging to apply and spreading it on trial. Meanwhile, with these trends, apartment housing's design like form and facade is considered as an essential to the image of city, so photovoltaic system is likely to disharmonize with the design of building, although the application of photovoltaic system is certain energy source for future. Therefore, the study on optimum application as the distinguished architectural design element considering economical efficiency of system and external design in apartment housing should be researched.
This research overview methods for applying through theoretical review of photovoltaic system and case study in and out the country. And the result of the case study for the application of photovoltaic system is that it can be classified into detail methods for applying and also classified into five types of design pattern ; hiding, plusing, skin-type, highlight, landscape-type. So these could be the basis for adapting photovoltaic system to the building.
And also, examine the trend in apartment housing design and classify the form of various exterior designs into certain types, and then propose a guide to the design application in accordance with the result of analyzing housing exterior design (roof and facade) and economical efficiency of photovoltaic system. In case of installing photovoltaic system only on the vertical facade, the energy ratio of electric load is higher than when photovoltaic system is applied on roof with the angle of 30 in the apartment housing. And cases of applying it to exterior facade and roof is the most.
Therefore, in plan of the application of photovoltaic systems in apartment housing, photovoltaic system should be considered as not only energy reducing technical element but also part of architectural design element.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 = 1
• 1.1 연구 배경 및 목적 = 1
• 1.2 연구 범위 및 방법 = 3
• 1.3 신재생에너지의 이해 = 5
• 1.3.1 신재생에너지의 개념 및 필요성 = 5
• 1.3.2 신재생에너지의 국제적 동향 = 6
• 1.3.3 건물에너지 절감을 위한 신재생에너지 = 11
• 제2장 사전 동향 연구 = 12
• 2.1 태양광 시스템의 동향 = 12
• 2.1.1 국내외 기술개발 및 보급 동향 = 12
• 2.1.2 국내 공동주택 태양광 적용 현황 = 18
• 2.2 국내 공동주택 디자인 동향 = 20
• 2.2.1 국내 공동주택 디자인가이드라인 규정 = 21
• 2.2.2 국내 환경 친화적 건축물 가이드라인 현황 = 27
• 제3장 태양광 시스템의 건물 적용에 관한 고찰 = 30
• 3.1 태양광 시스템의 개요 = 30
• 3.1.1 태양전지의 발전원리 및 구조 = 30
• 3.1.2 태양광 시스템의 종류 및 특징 = 35
• 3.1.3 건물 외피 디자인을 위한 태양전지의 특성 = 37
• 3.2 태양광 시스템의 건물 적용 이론 = 40
• 3.2.1 태양광 시스템의 최적 설치 조건 = 40
• 3.2.2 태양광 시스템의 건물 부착 방식 = 46
• 3.3 태양광 시스템의 건물 적용 유형 분석 = 48
• 3.3.1 태양광 시스템의 건물 적용 부위별 분석 = 48
• 3.3.2 태양광 시스템 적용 디자인 패턴별 분석 = 57
• 제4장 공동주택의 태양광 시스템 적용 디자인 계획 = 61
• 4.1 공동주택 외관 형태 분석 = 61
• 4.1.1 지붕 형태별 분류 = 62
• 4.1.2 입면 형태별 분류 = 64
• 4.2 공동주택 형태별 태양광 시스템 적용 및 경제성 분석 = 67
• 4.3 공동주택의 태양광 시스템 적용 방향 = 72
• 제5장 결론 = 76
• 참고문헌 = 79
• 영문 초록 = 83