서 론

최근 건축물의 에너지소비량 절감을 위해, 제로에너지건축물을 위한 건물에너지 효율향상 관련 기술 및 정책이 제시되고 있으며 제로에너지건축물에 관한 연구가 다수 진행되고 있다. 이러한 흐름 속에 제로에너지빌딩 인증제가 도입됨에 따라 제로에너지건축물이 가능하도록 에너지 자립률을 지표로 한 등급화가 이루어지고 있다. 국내 ‘제로에너지빌딩 인증제’에서 제로에너지 빌딩은 단열재, 이중창 등을 적용하여 건물 외피를 통해 외부로 손실되는 에너지양을 최소화하고 태양광·지열과 같은 신재생에너지를 활용하여 냉난방 등에 사용되는 에너지로 충담함으로써 에너지 소비를 최소화하는 건물을 말한다. 유럽에서는 난방, 냉방, 급탕, 조명, 환기 등에 대하여 건축적 및 설비 적으로 매우 높은 에너지성능을 갖는 건축물로써 이때 제로에너지의 의미는 대지 내 또는 인근지역으로부터 생산된 신재생에너지가 포함된다. 일본은 건축물의 에너지소비량(CO2 배출량 포함)을 건축물/설비의 에너지 절감 성능 향상과, 부지 내 재생가능에너지 활용하여, 연간 에너지소비량(CO2 배출량 포함)이 “0” 이 되는 건축을 말하고, 미국에서는 건물의 에너지 공급 망으로부터 에너지를 사용하는 만큼 에너지를 공급하는 ‘에너지 중립적인 건물’을 말하며, 이는 연간 사용되는 에너지와 생산되는 에너지원이 같은 건물을 말한다.^*1)

제로에너지 건축물 인증 대상은 모든 용도의 신축 및 기축 건축물이며, 건축물 효율등급 대상과 동일하기 때문에 기존 에너지 성능 평가를 통해 건축물 에너지효율등급 1++ 이상을 요구하며, 에너지 자립률에 따라 1등급에서 5등급까지 5단계의 등급으로 구분하고 있다. 이러한 인증제도의 활성화에 따라 제로에너지 건축물의 보급이 활성화를 위해 다양한 기술개발이 이루어지고 있으나, 실제 적용 가능한 건축자재 단위 및 고효율 설비의 개발 수준에 비해 이를 적절하게 적용하는 매개기술의 개발이 부족하고 기술 간의 적용을 통한 성능 예측이 부족한 실정이다. 따라서 기술 간의 호환성 및 유기적인 연계성이 중요하게 여겨지고 이를 반영하는 기술 간의 패키지(Package)화가 필요하다.

건축물의 제로에너지를 예측하기 위한 에너지 성능 평가 도구는 현재 다양하게 활용되고 있으나 건축물 에너지 효율등급과 함께 사용 되는 공인 프로그램인 ECO2는 에너지소요량 및 1차 에너지 소요량을 예측하는데 사용되고 있다. 그러나 제로에너지건축물을 달성하기 위해 적용되는 최신기술의 업데이트가 비교적 늦어지고 상대적으로 복잡하게 구성되는 기술패키지의 적용이 어렵다. 따라서 상대적으로 다른 에너지 성능 평가 도구에 비해 개선이 필요하다. 본 연구에서는 제로에너지빌딩 구성을 위한 기술 패키지의 개념을 제안하고 기존 연구 분석을 통해 평가방안을 확인하고 유사 에너지 성능 평가도구와 ECO2의 비교분석을 통해 기술패키지 적용을 위한 에너지성능 평가 도구의 개선안을 제안하고자 한다.

제로에너지빌딩 구성을 위한 기술 패키지화

제로에너지빌딩은 일반적인 건축물과 달리, 에너지 고효율 건축자재를 통한 외피 구성과 더불어 건축물 운영에 필요한 설비 및 에너지 생산설비의 고효율화가 이루어져야 한다. 이는 건물에서 소비되는 에너지 사용량을 최소화시키고 신재생에너지설비를 통해 생산되는 에너지는 최대화하고 적절하게 분배 및 운영하여 최종적으로 외부의 에너지 도입 없이 건축물의 자체 생산에너지로 거주자의 쾌적성을 유지하는 것을 목표로 하는 것을 의미한다. 이러한 제로에너지빌딩은 일반 건물에 비하여 건축비용이 상대적으로 높게 책정되고 설비의 도입비용이 증가하기 때문에 실제 보급이 어려운 실정이다. 이를 해결하기 위해 고성능 요소기술의 단순조합을 통한 스펙위주의 설계가 아닌 계획·기획 단계에서 요소 기술 간의 호환성을 고려하고 유기적 연계성이 고려된 요소 기술 간의 조합이 필요하고 이를 통한 통합설계가 이루어져야한다.

이러한 통합설계가 이루어지기 위해서는 실제 건축물 설계 시 고려되고  활용되고 있는 에너지성능 평가방법을 확인하고 기술패키지화 내용의 적용가능 여부를 확인하여야 한다.

본 장에서는 실제 건축물 설계단계에서 적용할 기술패키지화를 위해 현재 건축물의 에너지성능 평가 방안에 대해 고찰하여 확인하고 기술패키지화 방안을 제안하고자 한다.

건축물 에너지 성능 평가 방안

국내에서는 건물의 친환경성과 에너지소비 평가를 위해 에너지 성능지표(1979), 건축물 에너지효율등급(2001), 친환경건축물 인증(2002), 친환경주택건설기준(2009) 등을 시행하였으며, 2013년 녹색건축물 조성지원법의 제정으로 녹색건축물인증 및 건축물에너지효율등급평가가 새롭게 정비되어 시행되고 있다. 이러한 다양한 과정을 거쳐 에너지소비량을 정량적으로 확인하고 평가하고 있는 건축물 에너지효율등급은 ECO2 프로그램을 활용하여 건물의 에너지소비량을 평가하고 있다.

국가 주체의 건축허가와 관련된 제도뿐만 아니라 건축물의 에너지절감 설계를 위해 국내외 다양한 에너지 성능 평가 방안이 고려되고 사용되고 있다. 건축물 구성에 따른 기술의 적용효과를 확인하기 위해 에너지 해석 도구(Energy Analysis Tool)로 사용되는 준정상 해석 도구(Quasi-Steady Analysis Tool) 및 동적 해석 도구(Dynamic Analysis Tool)가 다양하게 활용되고 있으며, 각 해석도구의 특성에 맞도록 다양한 방법으로 활용되고 있다. 권장혁 외(2012)는 준정상 해석도구인 Energy Plus를 이용하여 건축물 에너지효율등급에서 활용하는 ECO2와 비교 평가하였고 다양한 설계 변수의 범위에서 두 해석도구의 연간 에너지요구량에 대해 분석을 실시하였다. 그 결과 변수의 증감에 따른 결과의 변화 경향은 유사하게 나타나는 것은 확인하였으나, 실제 건물의 형상과 관련되어 중요한 입력변수인 창면적비 차이에 대한 창호의 열관류율과 환기 량의 해석결과가 상대적으로 크게 상이함을 확인하였다. 이는 기상데이터의 입력데이터가 상이함에 따른 차이로 보이며, 김연아 외(2015)가 진행한 ECO2와 EnergyPlus 프로그램의 비교결과에서도 기상데이터, 열관류율, 열교 및 침기율 적용방법, 내부발열의 반영에 따른 해석결과 차이가 발생함을 확인하였으나 각 요소간의 변화에 따른 에너지 절감률은 유사한 경향을 띄는 것을 확인하였다. 이를 통해 절대적인 에너지량 해석에서는 프로그램상의 차이가 발생하나 요소간의 적용에 따른 절감률 분석은 해석 도구를 통해 분석할 수 있음을 확인할 수 있다.

건물의 에너지성능 중심의 접근방법 이외에도 지시적 접근방법을 통해 상대적으로 적용하기 쉽고 간단한 방법이 사용되고 있다. 지시적 접근방법은 적용하기 쉽고 간단하기 때문에 많이 사용되지만 성능 중심이 아닌 단점이 있으며, ‘목표’가 아닌 ‘수단’과 ‘방법’을 기술하기 때문에, 원하는 목표를 달성하지 못할 수도 있으며, 새로운 방안을 도입하는데 한계가 발생할 수 있다.

국내에서 활용되는 지시적 접근방법으로는 대표적으로 에너지성능지표(이하 EPI) 점수가 있으며, 이 평가는 건축물 에너지효율등급의 인증서에 근거하여 평가하며 해당 산출기준을 근거로 하여 산출한다. 이는 건물에너지사용량을 나타내는 성능 중심적 방법인 ECO2와 함께 이용되고 있다. 그러나 오세민 외(2013)는 EPI와 ECO2를 활용한 사례연구를 통해 동일한 건물의 에너지성능평가를 수행하였다. 그 결과를 통해 설계 대안이 EPI를 통해 높은 점수(즉, 에너지절감 성능이 높음을 의미함)를 받더라도 실제 에너지성능과는 차이가 존재할 수 있으며, 모든 요소 기술들의 효과를 나타낼 수 는 없는 것을 확인하였다. 그럼에도 불고하고 시뮬레이션 툴의 사용보다 쉽게 이해되며 빠르고 간편한 평가가 이루어질 수 있다는 특징이 있다. 따라서 이러한 지시적 접근방법이 성능평가에 동시에 반영된다면 건축물 에너지 성능 평가가 보다 신뢰를 얻을 수 있으며, 이를 보급하는데 도움이 될 수 있다.

제로에너지건물을 위한 기술패키지화

에너지성능 평가를 통해 제로에너지건물을 구성하기위해 다양한 요소기술들의 적용이 필요하고 이는 기획·계획 단계에서 통합설계가 이루어져야 한다. 이를 위해 기술패키지를 구성하고 유기적인 기술 간의 최적화가 이루어져야 한다. 이러한 기술패키지는 제로에너지건물의 요구 성능을 만족하고 통합설계가 가능하도록 데이터베이스(DB)가 구성되어야하며, 고효율 에너지성능을 가지는 건자재를 기반으로  구성하는 패시브기술패키지(Passive Technology Package)와 공조 설비, 열원설비, 신재생에너지설비 및 IT를 기반으로 구성하는 액티브기술패키지(Active Technology Package)로 구성할 수 있다.

패시브기술패키지

패시브기술패키지를 구성하는 기술들은 건축물 외피를 통해 외부환경에 저항하는 성능을 바탕으로 건축물의 냉·난방 부하를 줄이기 위한 단열성능이 중요하게 고려된다. 국내에서는 1970년대 이후 건축물의 외피 단열재 적용기준의 법제화 이후로 단열재 및 외벽의 단열기준이 꾸준히 강화되어 왔으며, 창호 및 문 등 다양하게 세분화되어 단열 성능을 구분하고 있다. 또한 최근 실내외 온도차에 따른 단열 성능 뿐 아니라 창호 등을 통한 투과 체의 일사획득량에 대한 에너지성능도 고려하고 있음에 따라 단순한 단열성능이 높은 외피의 구성을 벗어나 복합적인 성능을 발휘 할 수 있는 건축자재의 조합이 필요하다.

고단열벽체의 경우, 상이한 구조 체를 통해 발생되는 열교(Thermal Bridge)현상을 효과적으로 차단할 수 있는 외단열 공법과 단열재의 두께를 줄임으로서 내부공간을 활용하기 쉽고 단열성능은 뛰어난 진공단열재 등 에너지성능으로 뛰어나 성능평가에서는 좋은 기대효과를 가질 수 있으나 이를 구성하기 위해 실제 시공되고 건축물에 적용방식이 다른 경우는 기획·설계 단계에서 생각지 못한 문제가 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위한 방안으로 자재와 자재간의 결합 시 필요한 부속자재의 고려 및 시공방안의 차이 등을 함께 고려하여 일련의 시스템화가 되는 것이 필요하다. 이러한 시스템은 단계적으로 수행되어야 하며, 건축자재 단위의 결합을 통해 벽체 및 창호와 같은 모듈의 구성이 이루어져야 한다. 또한 이러한 모듈과 모듈간의 결합을 통해 시스템화(또는 패키지화)가 이루어져 에너지성능 요구 조건을 만족하는 건축물 부위로 적용된다면 해당 기술패키지의 적용에 따른 성능확보는 물론 시공 상의 문제도 해결 할 수 있다. 이러한 기술패키지 구성화 방안은 에너지 해석 도구에서 ‘자재 성능 입력-건축 구조 구성-건축물 부위 적용’과 유사한 개념으로 볼 수 있으며, 이를 통해 다양한 자재 간의 규격(크기) 및 설계 표준에 의한 상이한 건자재의 통합 모듈화가 가능하고 나아가 모듈의 공장생산을 통한 공기단축 및 시공효율 향상이 이루어 질 수 있다.

액티브기술패키지

건축물 운영을 위해 에너지를 소비하는 공조 설비 및 열원 설비 등을 신재생에너지설비와 연결하여 제로에너지화를 이루기 위해 설비간의 사이징(Sizing) 및 설비간의 호환 등 다양한 고려사항이 발생하고 이를 해결하기 위해 설비 용량 계산 및 계통도의 구성 등이 필요하다. 그러나 이는 열 기반 기술(축열)과 전력기반의 ESS (Energy Storage System)을 활용하여 상이한 시스템간의 연계가 이루어질 수 있으며, 설계 시 고려된 부하에 따라 운영하는 것이 아니라 BEMS (Building Energy Management System)을 통해 유지 운영단계에서 조정되고 효율적으로 운영될 수 있다.

기존 보일러 등과 같은 열원설비를 구성하는 각 요소간의 결합을 통해 이루어지는 열원설비패키지와 태양열 집열기 등을 활용한 신재생에너지 열원설비의 요소를 결합하여 신재생에너지 열원 패키지를 구성하고 이를 서로 연계할 수 있도록 매개기술을 적용하는 방식으로 설비 목적 및 종류에 따른 시스템화가 가능하다. 또한 이는 BEMS를 통해 운영단계에서 에너지자립율과 거주환경의 질을 높일 수 있으므로 기술의 지속적인 업데이트와 솔루션만 제공 된다면 패시브기술패키지와의 연계를 통한 건물의 에너지소비를 제로에너지화할 수 있다. Figure 1은 제로에너지건물의 기술패키지화 방안 개념도를 나타내고 Table 1은 패시브 및 액티브 패키지 구성의 단계별 리스트를 나타낸다.

Figure 1.

Scheme of technical package in zero energy building

Table 1. Passive and Active package components list

제로에너지건물 에너지성능 평가도구 비교분석

제로에너지건물을 구상하는 기획 및 설계 단계에서 단순한 부하계산을 벗어나, 에너지 성능 평가도구들을 활용하여 건물에서 소비되는 에너지 소비량을 예측하고 이를 감소시키기 위해 다양한 건축자재의 적용 및 기술의 적용 등이 이루어지고 있다. 본 장에서는 에너지성능 분석도구에 각 기술패키지를 적용하여 에너지 절감 효과를 확인하고, 이를 적용하기 위하여 국내에서 건축물에너지효율등급 제도의 건물에너지 소비량을 파악하는데 사용되는 ECO2 프로그램을 대상으로 선정하였다. 또한 유사한 에너지 성능 평가도구를 파악하고 비교 분석을 통해 차이점을 통한 개선점을 확인하고자 한다.

에너지성능 분석도구 현황

ECO2

ECO2는 건축물의 에너지효율등급을 평가하기 위한 도구로 ISO 13790과 DIN V 18599, 월 평균 기상데이터를 바탕으로 건물의 월별 에너지 요구량 및 시스템 성능에 따른 소요량을 예측하고, 연간 단위면적당 1차 에너지소요량(kWh/㎡·년)을 근거로 등급을 산출한다. 에너지 소요량은 난방, 냉방, 급탕, 조명, 환기 에너지로 구분하며, 시스템 성능을 평가하기 위해 공조처리, 난방기기, 난방공급시스템, 난방분배시스템, 냉방기기, 냉방분배시스템 신재생 기기를 각각 입력하도록 구성되어 있다. 또한 이를 근거하여 ECO2 프로그램은 난방, 냉방, 조명, 급탕, 환기시스템의 5가지 항목을 통해 단위면적당 1차 에너지소요량을 산정한다.

PHPP

PHPP (Passive House Planning Package)는 ECO2와 마찬가지로 ISO 13790의 기준에 따라 작성되었고 엑셀(Excel)시트 기반의 프로그램이다. 세부기준은 DIN V 18599 기준과 DIN 4108기준이며 그 외 많은 DIN 규정과 EN 규정을 바탕으로 하고 있다. PHPP는 사용자의 입력 값에 의해 해당 항목이 적용되고 기후 데이터 값은 스위스 국제기상측량 데이터를 활용하고 있으며 우리나라는 82개의 기후데이터 값이 등록되어 있다. 지붕, 벽, 바닥 등 건물의 외피를 구성하는 구조 체의 열관류율 값을 산출하며, 실내외 표면열전달 저항 값은 국제 기준인 EN ISO 6944를 따른다. 구조 체의 열손실은 직접외기, 간적외기, 지면직접, 세대경계 인접으로 나뉘며, 각 조닝은 마감재에　따라 일사의 흡수량 계수와 반사율 및 방위계수 등이 적용 된다. 이렇게 구성된 건물은 내부의 안목치수를 기준으로 냉난방 면적이 계산되며 구조 체의 접합부위 및 단열재가 끊기거나 서로 이어지는 열교 검토를 고려한다. PHPP를 이용한 패시브하우스 설계는 기후데이터 선택, 부위별 열관류율 구성, 외피 디자인, 열교해석, 기초 및 지하층 디자인, 창호-차양-환기 디자인을 거쳐 건물에너지를 산정한 후 기기 시스템을 설계하는 순서로 이루어지며, 최종 1차에너지소요량이 120 kWh/㎡년 미만에 대한 검증을 목표로 하고 있다. 열교계산은 외부 기준 치수에 따른 선형 열관류율을 고려하고 있으며 열교 부위 길이, 선형열관류율, 온도감소계수, 난방도시를 활용하여 구조 체 열손실에 포함된다. 선형열관류율은 별도의 2D 열류계산 프로그램을 활용하여 ISO 10211-1기준에 따라 산정한다. 창호의 설치 열교(installation thermal bridge) 또한 2D 열류계산을 활용하거나 주어진 인증서를 통해 동일하게 고려한다.

EnergyPlus

EnergyPlus는 기존 해석 도구인 DOE-2, BLAST, COMIS의 장점을 통합하여 개발된 도구로서 벽체 열전달 계산 알고리즘을 이용하여 기존 해석 도구에서 불완전했던 실내 온도 예측이 가능하다. 전달함수법과 유한차분법을 선택하여 건물 열전달을 계산할 수 있으며, 건물, 시스템, 플랜트 간의 피드백을 통해 에너지 사용량을 계산한다. 모듈 구조로 유연성이 있으며, Open Source형식으로 다양한 인터페이스 확장성을 가지고 있다. 하지만 해당 해석 도구를 사용하기 위해서는 건축물 에너지 해석에 필요한 기본 지식뿐만 아니라 각 입력 변수에 대한 전문적인 지식이 필요하고 유저 인터페이스 또한 상대적으로 복잡하게 구성되어 있다. 따라서 사용자의 수준에 따른 결과 해석의 차이가 발생하는 문제점이 존재한다. 벽체의 구성 및 존별 벽체 배치는 ECO2와 유사하게 건축자재의 레이어구성으로 입력하고 배치하며, 존별 설비의 배치 및 구획이 가능하다. 공간별 침기량의 수정에 따라 상세한 부하계산이 가능하고 스케줄에 따른 실내 재실현황, 장비 사용정도 등을 상세하게 구성할 수 있다. 최근 Open studio plug-in, Sketch up plug-in등을 통한 3D 모델링과 같이 사용자의 편의성 개선을 위한 추가적인 plug-in의 도입이 이루어지고 있다. Table 2은 에너지 해석 도구인 ECO2, PHPP, EnergyPlus 각각의 특징을 나타낸다.

Table 2. Feature comparison of the energy analysis tools

기술패키지 적용을 위한 ECO2 분석

김연아 외(2015)는 기존 에너지성능 분석도구들을 준정상 해석도구와 동적해석도구로 구분하여 비교한 결과, 준정상 해석도구는 동적 해석도구에 비해 제한적이지만 활용이 다소 용이한 것을 확인하였고 동적해석 도구는 기상데이터와 같은 상세 데이터를 활용하여 요소기술 해석에 제한이 없어 상세 에너지 성능 파악에 용이한 것을 확인하였다. 준정상 해석도구인 ECO2는 실내 환경을 쾌적하게 유지하기 위해 건물이 요구하는 에너지 요구량을 산출해내고 있으며, 건물이 필요한 에너지 소비량을 공급하기 위해 각 설비의 효율이 적용되어 에너지 요구량에 설비 효율이 고려되어 계산된다.  따라서 건축 자재의 성능에 따른 실내 부하 량의 변화를 확인함과 동시에 적용되는 설비의 용량 및 효율에 따라 제로에너지 건물에 적합하도록 계획할 수 있다. 다만 앞서 제안한 기술패키지의 적용을 위해서는 단순 부재간의 성능 적용에 따른 건물 부위의 성능 차이를 확인하기보다 패키 징이 이루어진  모듈 및 시스템간의 성능  비교가 필요하다. 건물의 에너지 소비량 예측에 가장 많은 영향을 미치는 기상데이터의 수정 및 지역의 추가가 제한되어 있으며, 건물 용도에 대한 재실부하 및 내부 설정 값이 고정되어 있다. 이 때문에 시뮬레이션 결과의 정밀성이 떨어질 수 있으며, ECO2는 벽체와 같은 건축 부위의 구성을 복수 적용하기는 쉽지만 설비 시스템의 종류를 커스터마이징화 하지 못하고 2개 이상의 시스템이 적용되는 경우를 적용하지 못하고 가중 평균 효율기기를 추가하여 해당 존(Zone)에 연결하고 있다. 이처럼 기존 ECO2는 정책에 부합되는 공식 에너지 분석 도구임에도 불구하고, 건축물의 제로에너지화를 위해 다양한 건축기법 및 고효율 설비와 신재생에너지 설비를 적용하기에는 미흡한 점이 존재한다.

기술패키지 적용을 위한 ECO2 개선방안 제안

기존 에너지 분석 도구인 ECO2 분석을 통해 기술패키지 적용을 위한 개선이 필요함을 확인하였고 유사 시뮬레이션과 비교를 통해 보완사항을 확인하였다. 본 장에서는 ECO2의 기존 인터페이스 및 입력 값의 문제점을 해결하기 위해 편의성 개선과 결과에 정밀도를 높이기 위한 개선 방안을 제시하였다.

사용자 편의성 개선방안

에너지 성능 평가 도구는 사용자의 수준에 따라 인터페이스의 구성 및 선택항목 구성이 중요하다. ECO2의 경우, 건축물의 용도에 따라 건축물의 사용시간, 운전시간, 외기 도입량, 급탕 요구량, 조명 사용시간 및 내부 발열 및 냉난방 실내 공기온도 등의 고정 값이 적용되어 있어 사용자의 편의성을 고려하고 있다. 그러나 이러한 용도에 따른 항목별 내용 수정이 불가능함에 따라 명확하게 건축물의 용도가 구분되어 있지 않은 경우 사용자의 혼란을 초래하게 된다. 또한 EnergyPlus나 PHPP와 같이 기본 값(Default)으로 제공하면서 이를 수정할 수 있도록 구성된다면 편의성이 개선 될 수 있다.

ECO2에서 건축물 외피의 성능은 본 연구에서 제시하는 기술패키지와 같이 다양한 구성 자재의 성능이 각각 입력되고 이의 열성능이 합산되는 구조를 가지고 있다. 다만 이를 적용하기 위해서 외피 전개도를 활용하여 각 존(Zone)에 대한 외피를 수치적으로 수기 입력하고 있다. 이는 단순한 형태의 건축물에서는 사용자가 입력하기 쉬운 인터페이스이지만 최근 외피 형태가 복잡하고 다양한 목적 및 사용 용도를 가지는 다수의 존을 가지는 건물을 구성하기에는 사용자의 오입력을 유발할 수 있다. EnergyPlus 및 PHPP의 경우, 건물 구조 체를 모델링 할 수 있는 외부 프로그램의 Plug-in형태를 취하여 3D 모델링을 구성하고 이를 수치화하여 입력할 수 있다. 이처럼 3D 모델링을 통해 건물의 외피 및 존 구분이 이루어진다면 외피 입력과정에서 오류 또는 수정사항을 찾기가 용이하다. 또한 에너지 분석의 최종 결과물을 확인하기 위해 해석결과를 확인하는 경우, EnergyPlus나 PHPP는 오류가 발생하는 부분을 안내해주지만 기존 ECO2의 경우 오류가 발생하는 경우 결과가 산출되지 않는다. 따라서 현재는 오류를 확인하기 위해 사용자가 모든 사항을 검토해야하는 문제점을 해결하기 위해 오류의 내용에 따라 알림 창을 구성하여 오류 수정이 용이하도록 개선할 필요가 있다.

에너지 성능 분석 결과 정밀도 개선 방안

ECO2를 통한 에너지 성능 분석은 기상데이터의 차이 및 실제 사용 부하 차이 등에 따라 실제 건축물의 에너지 소비량과 차이가 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위해 다양한 개선방안이 필요하다. 현재 ECO2에 입력되어 있는 기상데이터는 서울, 부산, 인천, 대구, 대전, 광주, 강릉, 원주, 춘천, 전주, 청주, 목포, 제주를 선택하면 표준 프로파일을 불러오는 형태로 구성되어 있다. 이는 TMY- 기상데이터를 근거로 산출한 월별 평균값으로 되어 있음에 따라, 입력되어 있는 지역 이외에는 유사 지역의 기상데이터를 입력하고 있다. 이러한 기상데이터의 고정된 에너지 분석은 기상데이터의 지속적인 업데이트가 될 수 있도록 개선되어야 할 부분이다.

건물에너지효율등급 판단을 위한 ECO2의 목적에 따라, 에너지 성능 분석이 필요한 해당 존의 사용 프로필이 DB화 되어 있고 사용자가 선택하도록 구성되어 있다. 이는 편의성 면에서 유리할 수 있으나 실제 에너지 사용량을 확인하기 위해서는 불리한 측면이 발생한다. EnergyPlus의 경우처럼 ASHRAE 기준에 따라 DB화 되어 있는 데이터를 제공하면서 사용자의 필요에 따라 수정 및 추가하여 해석 결과의 정밀도를 올릴 수 있도록 변경되어야 한다. 또한 침기율은 실내 냉난방 부하에 영향을 상대적으로 크게 미치는 요소이나 비주거 건물의 창호 면은 1.5회/h (창호가 없는 경우 0) 고정되어 있으므로 해석결과의 차이가 발생 할 수 있다. 이는 최근 창호의 기밀성능을 중요시 하게 고려하기 때문에 실제 성능을 입력하기 용이하므로 성능 수치 입력을 통해 보다 정밀한 해석 결과를 기대할 수 있다.

ECO2에서는 공조 설비 및 열원 설비의 입력을 통한 에너지 요구량에 대한 소비량이 계산되므로 각 설비 기기별 용량과 소비전력을 입력하도록 구성되어 있다. 그러나 고위발열량의 변경 및 사용자의 운전 오류 등을 고려하여 용량과 소비전력 뿐만 아니라 연료사용량 등을 입력할 수 있도록 수정되어야 하며, 신재생에너지설비 및 에너지효율이 높은 설비 기기의 업데이트가 지속적으로 이루어져야 한다. 또한 건축물에서 소비  되는 콘센트 부하 및 동력부하에 대한 고려사항이 누락되어 있어 에너지 자립이 이루어져야 하는 제로에너지건축물에서는 중요한 항목이므로 에너지 성능 분석에 포함되어야 한다. Table 3은 사용자 편의성 개선 방안과 에너지 성능 분석 결과 정밀도 개선 방안을 나타낸다.

Table 3. Category of improvement propose

결 론

본 연구는 제로에너지건축물을 구성하기 위해 고성능의 요소기술이 적용되고 이를 적절하게 활용할 수 있도록 기술 패키지의 개념을 제안하였고 다양한 에너지성능 평가도구를 비교 분석하고 ECO2의 개선안을 제안하였다. 본연구의 결과는 다음과 같다.

(1)에너지성능 평가를 통해 제로에너지건물 구성을 위한 기술 패키지화 방안을 제안하였다. 기술 패키지는 제로에너지건물의 요구 성능을 만족하고 통합설계가 가능하도록 데이터베이스화가 용이하도록 건축자재 수준부터 부위별 적용이 가능한 모듈단위로 조직화하고 다수의 모듈을 활용한 기술패키지로 수직적 구조로 구성하였다. 또한 건축물 운영을 위해 에너지를 소비하는 공조 설비 및 열원 설비 등을 신재생에너지 설비와 연결하고 설비 간의 사이징 및 호환 등을 고려한 설비패키지를 제안하였다.

(2)기술요소에 대한 성능 비교 분석을 통해 제로에너지건물에 적용 효과를 예상할 수 있음에 따라 기존 에너지성능 분석 도구의 입력 요소를 확인하고 비교분석을 수행한 결과, PHPP 및 EnergyPlus와 ECO2의 비교를 통해 개선방안이 필요함을 확인하였다.

(3)ECO2를 활용한 기술패키지 적용효과를 확인하기 위한 개선방안으로 사용자 편의성 개선방안과 에너지 성능 분석 결과 정밀도 개선방안을 제안하였다. 사용자 편의성 개선방안으로 인터페이스의 구성, 모델링을 통한 도식화 및 오류 알림창 도출 등을 제안하였고 정밀도 개선방안으로는 기상데이터의 수정 및 입력요소 DB수정 등을 통해 상세 에너지 분석이 가능하도록 개선방안을 제안하였다.

향후 본 연구에서 제안된 개선방안을 적용한 에너지성능 분석도구를 도출하여 실제 에너지 사용량과 비교를 통한 정밀도 분석이 필요하며, 기술패키지의 구성에 따른 활용이 적합 여부 확인이 필요할 것으로 사료된다.