Research Article

Journal of Korean Institute of Architectural Sustainable Environment and Building Systems. December 2020. 626-638
https://doi.org/https://doi.org/10.22696/jkiaebs.20200053

ABSTRACT


MAIN

  • 서 론

  •   연구의 배경

  •   연구의 방법 및 절차

  • 리모델링 대상 건축물 현황

  •   대상 건축물 현황

  •   대상 건축물 리모델링 정책

  •   대상 건축물 개선 사항 도출

  • 리모델링 기술 적용 효과 검토

  •   외피 성능 개선 기술 적용안

  •   냉·난방 및 조명성능 개선안

  •   에너지 성능 개선안 효과 분석

  •   신재생에너지원(태양광) 설치 효과 분석

  • 리모델링 기술 경제성 검토

  •   패시브 기술 적용을 통한 리모델링 기술 경제성 검토

  • 결 론

서 론

연구의 배경

대학의 건축물은 건물 특성에 따라 다양한 형태, 공간 계획 등이 존재하고 이에 적합한 운영이 필요하며 국내 대학 건축물은 설립연도에 따라 다수의 노후된 건축물이 존재하기 때문에 최근 제시되는 에너지 절감형 건축물에 비해 상대적으로 냉·난방비용과 같은 운영 비용이 크며 이와 함께 노후에 따른 개선을 위해 리모델링이 이루어지고 있다(No, 2001). 강원도에 위치 한 대학의 학생복지관 리모델링의 경우, 내부 레이아웃의 변경과 증축을 통한 현재 건축물의 장점을 최대한 살리고 합리적인 리모델링을 계획하였고 외벽 개선을 통해 조명 및 일사량 조절이 가능하도록 리모델링을 수행하였다(Lee, 2019). 또한 충주에 위치한 대학의 건축관 리모델링의 경우, 커뮤니티 공간의 강조 및 기존 건축관과 증축관의 연결 공간을 고려한 리모델링을 수행하였다(EGA Architecture, 2019). 경기도 용인의 어문학관의 리모델링은 에너지 성능 분석과 ECO2를 통한 분석을 통해 리모델링을 수행하였다(Park, 2018). 다만 대학 건축물의 리모델링 시 거주자 혹은 사용자인 학생과 교직원의 편의 개선뿐만 아니라 대학교의 에너지 비용 절감을 위한 에너지 절감 방안을 고려해야 함에 따라 효율적이고 합리적인 리모델링 계획이 필요하다. 대학 건물의 리모델링은 일반적으로 대학의 예산 상황, 대학의 개보수 계획 등 다양한 요인으로 결정되며, 에너지절감을 위한 고성능 건축자재 및 기술의 적용은 쉽게 적용되기 어렵다. 또한, 노후화된 기존 건축물은 건물 정보에 대한 파악 및 성능 예측이 어렵기 때문에 리모델링 시 개선안의 적합한 평가 방법에 대한 적용이 필요하다. 이러한 문제점 때문에 일반적으로 실제 건물에서 취약한 에너지 성능을 가지는 부위의 개보수가 이뤄지기 보다는 노후화된 자재의 교체 및 노후 설비의 교체 등으로 이루어진다. 따라서 적합한 리모델링 효과 분석 및 우선순위 도출이 필요하다(Choi and Rieu, 2008; Lhee et al., 2012; Lhee et al., 2013).

대학 건물의 합리적이고 효율적인 리모델링을 위해 의사결정 모델 개발을 수행한 선행연구에서는 기존 학교 시설의 유지관리에 적용할 수 있는 종합적인 건물 성능 평가 기법과 리모델링 의사결정 모델을 제공하고 있다(Choi et al., 2017). 다만, 이러한 리모델링 의사결정 모델은 대상 건물에 따라 다양한 변수가 존재하고 의사결정권자 또는 단체에 따라 합리적인 판단이 어려운 경우가 발생하므로 대학 건물의 합리적인 리모델링을 위한 절차의 개발이 필요하다. 일반적인 리모델링과 비교하여 친환경적인 리모델링의 주모 목적은 주거 기능 및 설비의 노후화 개선에 있어 환경부하의 최소화를 목적으로 한다. 또한 거주자의 건강에 미치는 효과를 고려하고 재생가능성 및 재활용 가능성을 가진 건축재료를 사용한다. 이러한 친환경 리모델링은 자연에너지를 최대한 이용하고 벽면 녹화 등 식물 소재를 이용한 에너지 절감 효과를 도입한다. 친환경 학교 건축은 지속가능한 학교 건축, 환경 친화형 학교 건축과 유사하게 환경을 보존하고 신재생에너지를 활용한 에너지 공급 및 쾌적한 실내외 환경조성과 에너지 절감을 이루고 있다(Wang and Nam, 2014). 국가나 사회적 측면에서도 학교시설에서의 리모델링은 기존 건물을 종합적으로 유지 관리하여 그 성능을 보존하고 성능저하가 발생하였을 때 적절한 예산을 통해 무분별한 신축이나 예산 낭비를 방지할 수 있으므로 적절한 예산 투입과 계획으로 경제성을 가지고 종합적인 관리 체계를 구축해야한다(Lee et al., 2001). 이러한 리모델링의 다양한 의미와 효과를 통해 대학교 건물의 경제적 리모델링 효과 분석과 우선순위 선정에 따른 예산의 적절한 투자가 가능하도록 합리적이로 효율적인 리모델링 우선 순위 도출 방안 연구가 필요한 실정이다.

본 연구에서는 기존 대학 건물을 대상으로 개선이 필요한 사항을 도출하고 에너지 해석 도구를 활용한 정량적 분석을 통해 리모델링의 우선 순위 도출 방안 기초 연구를 수행하고자 한다.

연구의 방법 및 절차

본 연구는 대상 건물의 리모델링 기술 적용에 대한 효과 검토를 수행하기 위해 실제 리모델링이 필요한 대상 대학 건축물을 선정하고, 대상 건물이 소속된 대학의 리모델링 정책 검토 및 현황 검토를 통해 리모델링 방향을 검토하였다. 또한, 리모델링 기술 효과 검토를 위해 리모델링이 필요한 부위를 확인하고 성능 개선안을 제안하였다. 이러한 개선안은 에너지 해석 툴을 활용하여 에너지 성능을 검토하였다. 리모델링 기술을 패시브와 액티브 기술로 구분하여 검토 결과를 통해 리모델링 방안을 제안하였으며 이를 통해 도출된 에너지 절감 비용을 산출하여 투자비 및 회수 기간을 산출하는 경제성 분석을 통해 노후 대학 건물의 에너지 성능 향상에 필요한 리모델링 우선순위를 선정하였다. 본 연구의 개요는 Figure 1과 같다.

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Figure 1

Research Process

리모델링 대상 건축물 현황

대상 건축물 현황

대상 건축물은 경북 경산시에 위치한 캠퍼스의 건축관 건물로 1971년 7월 준공되어 지상 2개 층, 지하 1층, 6개의 강의실, 17개의 실험실, 18개의 연구실, 2개의 사무실로 활용하기 시작하였으며, 증축 및 개보수를 통해 현재 지상 3층, 지하 1층으로 구성되어 연면적 7,370.8 m2의 강의실, 실험실, 설계실 및 행정실로 활용하고 있다. Table 1은 대상 건물 개요를 나타낸 것이다.

Table 1.

Overview the Campus Buildings

Building Name Architecture Building /media/sites/kiaebs/2020-014-06/N0280140606/images/KIAEBS_14_6_06_T1.jpg
Location Gyeongbuk Gyeongsan-si
Use Classroom, Laboratory, Administration office
Year of Completion 1971
Total Floor Area 7,370.8 m2
Heating & Cooling Area 5,896.6 m2
Floor 3 Floor Above Ground
1 Floor Under Ground

대상 건축물 리모델링 정책

대학 건축물의 리모델링은 학교시설사업의 의사결정을 통해 수행되기 때문에, 예산 배분에 치중한 소극적인 행위가 되기 쉽다. 따라서 학교의 리모델링 정책에 따라 적합한 계획 수립이 필요하고 적절한 예산 분배 및 효과를 확인 할 수 있어야 한다. 최근 대상 캠퍼스는 신규 전문대학원과 아트센터, CRC 건물 등 새로운 건축물의 신축과 조형대학과 사범대학, 그리고 공과대학 본관 등 다수 건축물의 리노베이션이 시행되어 기존의 캠퍼스 공간구조와 경관에 적지 않은 변화를 주었다. 또한, 약학대학 이전 신축과 함께 지하철 개통에 따른 역세권 영역의 개발 등 건물의 신축에 대한 대비도 필요하다. 이러한 흐름에 따라 기존 건축물들의 리모델링이 대학 중장기계획에서 주요한 부분을 차지하고 있다.

이처럼 앞서 검토한 대상 건축물 현황 및 대학의 리모델링 정책을 고려하여 방향성을 확립하기 위해 대상 대학 캠퍼스의 마스터플랜에 따라 캠퍼스의 정체성과 이미지에 반하지 않는 방향성을 확인하고 건축관의 용도 및 현황에 따른 리모델링 방향 검토의 필요성을 확인하였다. 대상 대학교 기존 건축물의 증·개축 설계 방향은 다음과 같다.

- 노후 건축물의 기능성 회복 및 증대를 위한 리노베이션 방향 모색

- 변화와 동시에 기존 건축물 및 캠퍼스 정체성 유지 방향 모색

- 친환경적인 건축을 통한 에너지 절약정책에 대응방향 모색

건물의 라이프사이클(Life cycle) 측면에서 리모델링은 1차 리모델링(노후 및 훼손의 수선 및 보수), 2차 리모델링(유지관리+개수+개량), 3차 리모델링(전면 성능개선 및 증축)의 세 가지 단계로 구분하고 있다. 대상 건물은 준공(1971년) 이후 3차 리모델링에 해당하는 지상 1개 층(3층) 증축 및 필로티 확장 공사 등을 이미 수행하여 용도에 따른 공간적 개선이 끝난 상황이고 신재생에너지(태양광발전설비시스템)의 설치를 고려하여 친환경 건축물로서의 변화를 추구하고 있음을 확인하였다. 따라서 증·개축 설계방향을 고려하여, 노후된 대학건물의 생활환경 개선과 더불어 리모델링을 위해 에너지 절감을 위한 기술 적용뿐만 아니라 친환경요소를 고려한 리모델링 계획을 수립하였다.

대상 건축물 개선 사항 도출

대상 건물은 연구실/강의실/행정실/설계실 등의 용도로 구분되어 있으며, 강의실과 설계실로 활용되는 공간은 주로 대학 학기(3월~6월, 9월~12월) 중에 사용되고 해당 기간에는 간헐적인 냉·난방이 이루어지기 때문에 상대적으로 주거 및 업무용 건축물에 비해 하절기와 동절기의 냉·난방 에너지 요구량이 낮다. 또한 주로 오전 9시부터 오후 6시(야간 활용의 경우 오후 10시) 정도로 활용되고 강의 일정에 따라 활용되기 때문에 냉난방 설비의 제어 방안을 고려한 신규 설비의 설치를 통해 에너지 절감 및 운영 방안 개선이 가능할 것으로 판단된다. 또한 대상 건물의 이전 증축 및 개수 시 창호 및 외벽의 노후화에 대한 개선은 이루어지지 않았다. 이에 1층과 2층의 외벽 단열 성능은 낮고 창호는 고단열의 성능을 가지지 못하였고 노후화에 따른 기밀 성능까지 저하된 상태이다. 따라서 기본적인 창호와 외벽 단열의 추가를 통한 실내 부하 감소의 여지가 있음을 확인하였다.

교육환경에 적합한 조도를 위해 실내조명의 사용량이 많은 건축물임에도 일반 형광등으로 조명이 설치 및 운영되고 있으므로 소비 전력이 낮은 조명으로의 교체가 필요함을 확인하였다. 따라서 건축물 외피의 단열 성능을 개선과 동시에 조명에너지 소비량 저감을 위한 LED 조명의 교체가 필요하고, 이때 소비되는 전력량을 상쇄하기 위한 신재생 에너지원의 설치로 인한 전력생산이 효과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다. 이는 앞서 대학의 지향점인 친환경 건축물로써의 방향성과도 일치한다. Figure 2는 현재 건물의 개선이 필요한 난방 기기, 노후 창호, 조명 사용 현황을 나타낸다.

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Figure 2

Existing Building Condition

대상 건물의 에너지 성능 개선을 위해 노후된 건물 외피의 개선과 함께 비효율적인 냉난방 및 조명 기기의 운영 방안 개선이 필요함을 확인함에 따라 리모델링 기술 적용안을 건물 외피 성능 개선안 등을 포함한 패시브 기술과 냉난방 기기 교체 및 조명 기기 교체 등의 액티브 기술로 구분하였다. 국제표준과 독일 건물에너지 성능 평가 규격인 DIN 18599를 바탕으로 국내 실정에 맞춰 개발된 WEB 기반 건물 에너지 성능 평가 프로그램인 ECO-CE3 (Construction Energy Efficiency Evaluation)를 활용하여 개선안의 에너지 절감량을 확인하고 신재생에너지의 설치에 따른 에너지생산량 증가량을 예상하였다.

리모델링 기술 적용 효과 검토

외피 성능 개선 기술 적용안

대상 건축물의 에너지 소비량 절감효과를 위해 패시브 기술 적용 효과를 확인하고자 외피 성능 개선 기술을 제안하였다. 노후 건축물인 대상 건물의 낮은 단열 성능 향상을 목표로 선정하고, 건축물 외피 단열 강화 방안(CASE 1)과 외피 면적(2,355.5 m2)의 약 35% (893.2 m2)를 차지하는 창호의 단열 성능 향상(CASE 2)을 통해 대상 건물의 에너지 요구량을 감소시키는 개선 방안을 마련하였다. 그리고 3개 층을 관통하는 중정과 로비까지 대상 건축물의 외부와 직접적으로 공기가 유동할 수 있는 출입구(현관문)가 존재함에 따라 출입구를 개선하여 건물의 기밀 성능을 강화(CASE 3)할 수 있는 방풍 구조 현관을 개선안으로 선정하였다(Table 2).

Table 2.

Plan of remodeling technology – Passive technology

Contents CASE 1 CASE 2 CASE 3
Present
Condition of
Target Building
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Improvement
Plan
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+100 mm (0.031 W/m·K) 1.16 (W/㎡·K) 1h-1 (△50 Pa)

냉·난방 및 조명성능 개선안

에너지 소비량 절감을 위해 액티브 기술 적용을 통한 에너지 절감 방안의 기본사항으로 대상건물의 냉난방 현황을 확인한 결과, 대상 건물 인근 건물에서 제공되는 스팀을 활용한 라디에이터의 전체 난방과 스탠드형 냉방기의 개별 냉방 등 일관된 운영방안을 적용하기 어려운 열원들 구성이며, 이를 해결하기 위해 천정형 EHP의 설치안(CASE 4)을 바탕으로 설비 운영 개선안을 에너지 절감 개선안으로 선정하였다. 또한 대상 건물의 조명에너지 사용량은 대상 건물 전체 에너지 사용량의 약 16.2%에 해당하므로 조명에너지 소비량을 절감한다면 에너지 소비 효율을 향상시킬 수 있을 것으로 예상하였다. 따라서 대상 건물 특성상 많이 사용되는 조명에너지를 절감하기 위해 고효율 LED 조명을 적용(CASE 5)하는 것으로 에너지 절감 개선안을 선정하였다(Table 3).

Table 3.

Plan of remodeling technology – Active system

Contents CASE 4 CASE 5
Present Condition of
Target Building
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Improvement Plan /media/sites/kiaebs/2020-014-06/N0280140606/images/KIAEBS_14_6_06_T3-3.jpg /media/sites/kiaebs/2020-014-06/N0280140606/images/KIAEBS_14_6_06_T3-4.jpg
EHP + Schedule change 5.6 W/㎡

에너지 성능 개선안 효과 분석

대상 건물 외피는 1971년 준공된 1층과 2층의 낮은 단열 성능과 2003년의 3층 증축 시 구성된 복합알루미늄 판넬과 내부 글라스울 채우기로 구성된 벽체의 낮은 단열 성능을 개선하기 위해 단열재(비드법 보온판 2종 1호, 열전도율 : 0.031 W/m·k)를 100 mm 추가하여 건물 외피의 단열 성능을 강화한 경우를 에너지 절감 성능 개선사항으로 제안하여 에너지 소요량 시뮬레이션 분석을 수행하였다. 추가 단열재를 시공할 수 있는 부위는 창호 및 개구부를 제외한 약 1,091 m2에 해당하며, 해당 면적에 단열재를 추가하였다. CASE 1의 에너지 소요량의 분석 결과, 기존 대상 건물의 총 에너지 소비량 대비 약 4.2%의 에너지 소요량이 절감되는 것을 확인하였다. 특히 난방 에너지 소요량의 경우, 단위면적당 에너지 소비량이 약 21.1% 절감되는 것을 확인하였다.

대상 건물의 창호는 1층 강의실 1개소를 제외하고 단창으로 구성되어 있으며, 유리부(Glazing)의 구성은 12 mm 투명 복층유리(3 mm 투명유리 + 6 mm 공기층 + 3 mm 투명유리)와 증축 이후 설치된 창호의 12 mm 칼라 복층유리로 구성되어 있다. 단열 성능 개선을 위해 로이유리가 적용된 24 mm 로이복층유리(6 mm 로이유리 + 12 mm 아르곤층 + 6 mm 투명유리)로 적용한 개선안을 제안하여 에너지 소요량 시뮬레이션 분석을 수행하였다. 기존 구성 창호(열관류율 : 3.6 W/m2·K)를 로이복층유리(열관류율 : 1.16 W/m2·K)로 교체한 개선안을 적용하였고 시뮬레이션을 통한 에너지 소요량 분석(CASE 2)을 수행한 결과, 대상 건물의 총 에너지 소비량에 비해 약 14.7%의 에너지 소요량이 절감하는 것을 확인하였다. 이때, 단위면적당 에너지 소비량 기준으로 난방에너지 소비량의 경우 약 13.6%, 냉방은 약 20.4% 절감되는 것을 확인하였다.

출입구 개선을 통한 실내 기밀성능의 저하를 방지하기 위한 출입구 5개소의 방풍실 설치를 대안으로 기존 건축물의 기밀 성능 개선하여 실내 냉·난방 에너지 절감 가능성을 확인하였다. 이에 침기율을 1h-1 (△50 Pa) 기준으로 개선하여 개선안(CASE 3)으로 선정하였다. CASE 3의 에너지 소요량 분석을 수행한 결과, 대상 건물의 기존 총 에너지 소비량에 비해 약 1.6%의 에너지 소요량이 절감하는 것을 확인하였다. 이때, 난방 에너지 소비량의 경우 단위면적당 에너지 소비량이 약 8.1% 절감되는 것을 확인하였다.

대상 건물의 냉·난방 열원을 EHP로 교체 적용하고 건물 에너지 관리 프로그램을 통해 실내 수요에 맞게 활용하는 경우를 가정하여 적절한 냉·난방 운영이 이루어지는 경우를 개선안으로 제안하였고 에너지 해석 시뮬레이션을 수행하였다. 냉·난방 열원 기기는 천정형 EHP(냉방 용량 : 10.8 kW, 난방 용량 : 13.4 kW, 정격 소비전력 : 3.6 kW)로 구성하고 건물 에너지 관리시스템을 모사하기 위해 대학건물의 특성(방학 기간 등)을 고려하여 강의실 및 설계실의 냉·난방 운영 스케쥴을 수정 적용하여 개선안(CASE 4)을 선정하였다. 시뮬레이션을 통한 CASE 4의 에너지 소요량 분석을 수행한 결과, 기존 총 에너지 소비량에 비해 약 34.1%의 에너지 소요량이 절감하는 것을 확인하였다. 단위면적당 에너지 소비량 기준으로 난방의 경우 약 32.7%, 냉방의 경우 약 41.3% 절감되는 것을 확인하였다.

조명 에너지 소비량의 절감을 위해 대상 건물의 기존 조명(형광등, 조명밀도 : 11.2 W/㎡)에서 LED 조명(조명밀도 : 5.6 W/㎡)으로 적용한 개선안(CASE 5)을 선정하였고 시뮬레이션을 통한 CASE 5의 에너지 소요량 분석을 수행한 결과, 총 에너지 소비량에 비해 약 8.5%의 에너지 소요량이 절감하는 것을 확인하였다. 이때, 단위면적당 에너지 소비량 기준으로 냉방의 경우 약 7.7%, 조명 에너지의 경우 약 44.0% 절감되는 것을 확인하였다. Figure 3은 개선안을 통한 냉난방 에너지 소비량 절감량을 나타내고 Figure 4는 조명에너지 소비량 절감량과 함께 연간 총 에너지 절감량을 나타낸다.

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Figure 3

Heating and Cooling Energy Consumption

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Figure 4

Lighting Energy and Annual Total Energy Consumption

신재생에너지원(태양광) 설치 효과 분석

기존 대상건물에 설치되어있는 신재생에너지 생산설비인 태양광 발전 시스템의 추가 설치(CASE 6) 검토를 통해 신재생에너지 생산량 증가를 개선안으로 선정하였다. 대상 건물 최상층 지붕에 설치된 신재생에너지 시스템인 태양광발전 시스템(모듈 수 : 54장, 용량 : 19,71 kWp)의 정보를 바탕으로 시뮬레이션을 통해 연간 전력 생산량을 분석하였다. 현재 대상 건물 최상층 지붕에 설치된 태양광 발전 시스템의 연간 전력 생산량은 약 13,447 kWh/a로 예상되고 대상 건물의 연간 에너지 요구량이 약 424,455 kWh/a로 예상되므로 신재생에너지 시스템인 태양광 발전 시스템을 통해 대상 건물의 에너지 요구량의 약 3%를 제공할 수 있을 것으로 판단된다. 다만 이는 현재 대상 건물의 에너지가 과하게 소비되는 현황을 기준으로 도출한 에너지 분담률이므로 에너지 절감을 통해 에너지 요구량이 감소된 이후는 태양광 발전 시스템을 통한 에너지 분담 효과가 높게 나타날 것으로 예상된다. 최상층 지붕의 면적을 확인하여 신재생에너지 시스템을 설치할 수 있는 최대 설치 면적을 확인하고 기존 태양광 발전 시스템의 설치면적(196 ㎡) 및 모듈면적(112 ㎡)을 바탕으로 추가 태양광 발전 시스템의 설치면적(1,176 ㎡)에 설치 가능한 모듈면적(672 ㎡)를 적용한 개선안(CASE 6)을 선정하였고 시뮬레이션을 통한 에너지 생산량 분석을 수행한 결과, 대상 건물의 기존 태양광 발전량에 비해 약 500% 생산량이 증가하는 것을 확인하였다. 이는 대상 건물 연간 총 에너지 소비량 기준 약 19%을 감당할 수 있는 수준임을 확인하였다. Figure 5는 태양광 설비의 추가설치 방안 및 에너지 생산량 분석 결과를 나타낸다.

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Figure 5

Plan of Additional installation of Photovoltaic system and Simulation results

리모델링 기술 경제성 검토

패시브 기술 적용을 통한 리모델링 기술 경제성 검토

리모델링 개선안을 통한 에너지 절감량 분석결과와 함께 리모델링 기술의 적용에 따른 에너지 절감량의 경제적 효과를 분석하기 위해 각 기술 적용 시의 공사비용을 산출하여, 초기투자비 회수법을 활용한 경제성 분석을 실시하였다. 각 기술별 초기투자비용은 운영비용 및 철거 비용을 포함하지 않는 설치 비용을 고려하였으며, 한국물가정보와 표준시장단가를 참고하여 재료비, 노무비, 경비를 산출하고 각 비용의 합으로 산출하였다.

CASE 1의 외피 단열 개선안의 적용 효과에 따른 경제성 분석 결과, 절감액은 연간 1,847 천원, 투자비는 49,631 천원으로 투자회수기간은 약 27년으로 산출되었다. CASE 2의 창호 성능 개선안의 절감액은 연간 6,520 천원, 투자비는 47,169 천원으로 투자회수기간이 약 7년으로 산출되었다. CASE 3의 기밀 성능 개선을 위한 방풍실 공사(5개소 방풍실 설치) 적용 시, 절감액은 연간 7,265 천원, 투자비는 45,175 천원으로 투자회수기간이 약 6년으로 산출되었다. 패시브 기술 중, 외피 단열 개선안의 경우는 창호 개선안과 기밀성능 개선안에 비해 투자비 회수기간이 길게 나타남으로 인해 상대적으로 불리한 개선 방안임을 확인하였다. Table 4는 패시브 기술인 개선안의 에너지 절감량과 이에 따른 경제성 분석 결과를 나타낸다.

Table 4.

Economic analysis of passive remodeling technology

Plan of
remodeling
Amount of
energy saving
[kWh/a]
Cost of
energy saving
[1,000 Won/year]
Initial investment
[1,000 Won]
Payback period
[year]
CASE 1 17,698 1,848 49,631 26.86
CASE 2 62,461 6,520 47,169 7.23
CASE 3 6,589 7,265 45,175 6.21

액티브 기술 적용 및 신재생에너지 설비 증가를 통한 리모델링 기술 경제성 검토

액티브 리모델링 기술의 적용 효과에 따른 경제성 분석 결과, CASE 4의 냉·난방 열원 교체 공사에 대한 연간 절감액은 18,249 천원, 투자비 270,817 천원으로 투자회수기간이 약 15년으로 산출되었다. 또한 CASE 5의 조명 개선안 LED 교체는 연간 절감액이 3,767 천원, 투자비 16,854 천원으로 투자회수기간이 약 4년으로 산출되었다. 또한 신재생에너지 설비 증가안인 CASE 6의 태양광 발전시스템의 추가 설치에 따른 연간 절감액은 7,019 천원, 투자비 296,316 천원으로 투자회수기간이 약 42년으로 산출되었다. 이러한 경제성 검토 결과, 조명 교체를 통한 저비용 빠른 투자비 회수를 우선적으로 적용하고, 투자비 회수 기간은 태양광 발전시스템의 추가 설치가 가장 길게 나타나지만 앞서 서술한 대학의 리모델링 정책과 에너지 생산량을 위해 학생들의 생활에 영향을 미치지 않고 비활용 공간인 옥상 공간에 설치할 수 있으므로 투자비 회수 기간을 통한 경제성 뿐만 아니라 다양한 상황의 고려가 필요한 것으로 사료된다. Table 5는 액티브 기술인 냉난방 설비 개선안과 조명 개선안의 에너지 절감량에 대한 경제성 분석결과와 태양광 설비의 추가 설치에 대한 경제성 분석 결과를 나타낸다.

Table 5.

Economic analysis of active remodeling technology

Plan of
remodeling
Amount of
energy saving and
production
[kWh/a]
Cost of
energy saving
[1,000 Won/year]
Initial investment
[1,000 Won]
Payback period
[year]
CASE 4 174,804 18,249 270,817 14.84
CASE 5 36,084 3,767 16,854 4.47
CASE 6 80,683 7,019 296,316 42.21

대상 건축물이 소속된 대학의 리모델링 정책과 에너지 절감 효과에 따른 경제성 분석 결과를 종합하여 에너지 성능 향상에 필요한 리모델링 우선순위를 도출하였다. 대학의 에너지 절약 목적에 부합하기 위한 에너지 절감량과 이를 회수하기 위한 경제성 분석 결과, 방풍실을 통한 기밀 성능 절감이 가능 높은 순위로 나타났고 태양광 발전 시스템 설치가 가장 낮은 순위로 나타났다. 다만 대학의 리모델링 정책에 따라 신재생에너지원 설치는 권장함에 따라 태양광발전 설비의 회수기간이 길지만 우선순위를 후순위로 둘 수 없음을 확인하였다.

결 론

노후된 대학 건물의 합리적이고 효과적인 리모델링을 수행하기 위한 리모델링 우선순위 도출 방안 개발을 위해, 실제 대학 건물을 대상으로 에너지 절감이 가능한 기술을 적용하고 그 효과를 바탕으로 패시브/액티브 리모델링 기술 적용 방안을 제안하고 평가하였다. 그 결과를 바탕으로 경제성 분석을 수행하여 합리적인 리모델링 방안을 도출할 수 있도록 기초 연구를 수행하였다.

본 연구를 통해 리모델링 우선 순위 도출을 위해 대학 건물의 현황파악과 대학의 리모델링 정책을 파악하여 대상 건물의 리모델링 우선 순위 도출에 필요한 다양한 요소를 검토하였다. 대상 노후 건축물의 기능성 회복과 친환경건축을 통한 에너지 절약이 가능한 방향의 리모델링이 필요함을 확인하였다.

대상 건물의 에너지 절감을 위한 개선안으로 패시브 기술 적용을 통한 리모델링 효과 분석을 수행한 결과, 외피 단열 개선, 창호 성능개선, 기밀성능 개선을 통한 에너지 소요량 절감이 가능함을 확인하였으며 경제성 분석을 통해 단열재 추가 공사는 초기투자비 회수 기간이 약 27년 가까이 필요함에 따라 현실적인 적용이 어려울 것으로 판단된다. 다만, 창호 개선 적용안과 기밀성능 개선을 위한 방풍실 추가 시공은 투자 회수 기간이 각각 약 7, 6년으로 상대적으로 짧은 기간 동안 이루어지므로 적용이 용이할 것으로 판단된다.

액티브 기술 적용을 통한 리모델링 효과 분석을 수행한 결과, 냉난방 열원 교체공사, LED 조명 교체 공사, 태양광 발전 시스템 추가 공사를 통한 에너지 소요량 절감이 가능함을 확인하였고 경제성 분석을 통해 태양광 발전 설비의 추가 설치에 따른 초기투자비 회수 기간이 약 42년, 냉난방 설비 교체에 따른 초기투자비 회수 기간이 약 15년이 필요함에 따라 추기투자비 회수기간을 고려할 때, 높은 초기 투자비용에 따른 회수기간이 길기 때문에 리모델링 적용이 어려울 것으로 판단된다. 그러나 LED 조명 교체에 따른 투자 회수 기간이 약 4년으로 상대적으로 짧은 기간 동안 이루어지므로 리모델링 적용이 용이할 것으로 판단된다. LED 조명은 향후 디밍제어를 통해 에너지 절감 가능성이 존재하지만 이에 따른 제어 시스템의 추가비용이 고려되어야 한다. 다만 대학의 리모델링 정책에 따라 태양광을 통한 신재생에너지 생산량과 향후 친환경 건축물의 에너지 절감이 가능함에 따라 태양광발전시스템의 추가 설치에 대한 우선순위를 고려해야 할 것으로 판단된다.

본 연구에서 제시한 리모델링 방안과 다양한 관점을 통해 다양한 노후 대학 건물의 리모델링 방안이 수립될 수 있는 기초자료 제공이 가능할 것으로 판단된다. 다만 예산에 따라 효과를 확인할 수 있는 초기 투자비 회수법을 활용하여 시간적 가치변화, 잔존가치 등의 고려가 미흡함에 따라, 향후 후속 연구를 통하여 에너지 절감량 예측 효과에 대한 신뢰성 검토와 공사비용 검증을 수행하여 본 연구의 결과에 신뢰성을 부여하고자 한다. 또한 제도권 내에서 사용되는 건물 에너지 성능 지표인 효율등급 제도와 에너지 자립률에 대한 검토도 수행하고자 한다.

Acknowledgements

본 연구는 산업통상자원부(MOTIE)와 한국에너지기술평가원(KETEP)의 지원을 받아 수행한 연구 과제입니다(No. 20202020800360).

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