서 론

연구 배경 및 목적

건물부문 온실가스 감축의무 이행을 목표로 녹색건축물조성지원법 개정을 통해 제로에너지건축물 인증제도가 2017년에 도입되었다. 이에 따라 시장형 공기업 3천 m² 이상의 교육연구시설 및 업무시설이 제로에너지건축물 인증 의무대상으로 지정되었다(산업통상자원부, 2017). 특히 학교와 같은 교육연구시설은 구조가 단순하며 시설별로 운영 특성 등에 큰 차이가 없어 정부 주도 에너지 정책에 적합하다(김강식 외, 2011). 뿐만 아니라 에너지 총조사 보고서에 따르면 2013년에 교육 서비스업에서 소비한 에너지는 2010년 대비 9.78% 증가하였으며, 최근 꾸준한 증가 추세를 보이고 있다(에너지경제연구원, 2015). 이는 국내 교육연구 시설의 환경개선으로 인한 냉난방 설비의 확충 등이 원인으로 판단된다(윤종호 외, 2010). 이와 같은 교육연구 시설의 특성과 에너지 소비 추세를 고려할 때, 교육연구 시설을 대상으로 한 제로에너지건축물 인증의 효과가 타 시설과 비교해서 상대적으로 클 것으로 기대된다.

교육연구시설의 제로에너지건축물 인증의 효과가 클 것으로 기대됨에도 불구하고, 제로에너지건축물의 보급 활성화에는 어려움을 겪고 있다. 이는 교육연구시설의 제로에너지건축물 성능을 확보할 수 있는 설계 영향인자와 성능 수준에 대한 정보가 부족하기 때문이다. 설계 영향인자와 성능 수준에 대한 정보의 제공을 위해서는 인증을 취득한 건물의 현황 분석이 필요하지만, 현재까지 제로에너지건축물 인증사례는 16건에 불과하여 인증을 취득한 건물의 현황 분석은 어려운 실정이다(한국에너지공단). 그러나 제로에너지건축물 인증제도가 건축물에너지효율등급 인증제도의 1++ 이상인 건축물을 대상으로 하고 있는 현재의 제도 기준에서 건축물에너지효율등급 인증 사례가 제로에너지건축물 수준의 설계 영향인자와 성능 수준을 대변할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 건축물에너지효율등급 인증제도의 경우 2001년에 도입하여 2014년부터 공공기관 3천 m² 이상 신축 건축물에 대해 1++이상 의무화 등급과 범위를 확대하였기 때문에 현황 분석을 위한 인증 사례가 충분하다. 따라서 건축물에너지효율등급의 상위 등급 건물을 대상으로 한 성능 분석을 통해 제로에너지건축물의 설계 영향인자를 선정하고 이를 취득하기 위한 건축물의 성능 수준에 대한 정보 제공이 가능하다.

최근 일부 연구자들에 의해 건축물에너지효율 등급과 설계 영향인자와 관련한 연구가 수행되어 왔다(김상아 외, 2012; 김민규 외, 2013; 이명주 외, 2012; 이한솔 외, 2015; 조영욱 외, 2017). 해당 연구에서는 벽체(외벽, 지붕, 바닥) 및 창호 평균 열관류율, 창면적비, 차폐계수, 외피면적비(Surface area to Floor area ratio, S/F비), 표면적비(Surface area to Volume ratio, S/V비), 창호 태양열취득률(Solar Heat Gain Coefficient, SHGC), 기밀성능, 축열성능, 폐열회수환기장치 효율, 차양, 열원시스템 효율을 건축물에너지효율등급에 영향을 미치는 영향인자로 각각 선정하였다. 그러나 대부분의 연구에서는 선정된 설계 영향인자들과 에너지 요구량 또는 1차 에너지 소요량과의 영향도 분석에 중점을 두었으며, 목표 등급에 따른 정량화된 성능 수준의 분석은 이루어지지 않았다. 이한솔 외(2015)의 연구에서만 공공기관 업무용 건물을 대상으로 등급에 따른 부위별 열관류율, 창호 SHGC의 평균 성능을 제시하였다. 그러나 부위별 열관류율, 창호 SHGC와 같은 설계 영향인자는 등급에 영향을 미칠 수 있으나, 해당 인자들만으로는 건축물에너지효율등급 수준을 예상하기는 어렵다.

이에 본 연구에서는 교육연구시설의 제로에너지건축물 성능을 확보할 수 있는 설계 영향인자와 성능 수준에 대한 기초자료 제공을 위해, 건축물에너지효율등급인증 1++ 등급 이상인 교육연구시설을 대상으로 에너지 성능에 영향을 미치는 설계인자를 기존 문헌을 통해 선정하고 등급에 따른 영향인자의 평균 성능 수준을 정량적으로 분석하고자 한다. 본 연구는 ECO2 평가 특성으로 인해 일부 항목을 제한하고 기존 문헌 조사를 통해 설계 영향인자를 선정함에 있어 한계가 있으나, 제시된 설계 영향인자의 성능 분석을 통해 제로에너지건축물 성능을 확보하기 위한 설계의 참고자료로 활용할 수 있다. 또한 효율적인 인증 업무를 가능케 함으로써 제로에너지건축물 인증 활성화에 기여하고자 한다.

연구 범위 및 방법

건축물에너지효율등급 수준을 높이기 위해서는 건물 부하를 최소화하고 고효율설비 및 신재생에너지 시스템 적용을 통해 에너지 소요량을 절감하는 방법이 사용되며, 이 중에서 특히 건축물에서 소비하는 에너지를 저감하기 위해서는 건축물의 에너지 요구량을 최소화하는 방법이 우선되어야 한다(강지은, 2014; 김경아 외, 2015). 이에 본 연구에서는 건축물에너지효율등급 결과 값 중 에너지 요구량을 대상으로 선행 연구를 진행하였다.

교육연구시설에 대한 설계 영향인자와 등급에 따른 정량화된 성능 수준을 분석하기 위해 다음과 같은 순서로 연구를 수행하였다. 첫째, 문헌 고찰을 통해 에너지 요구량에 영향을 미치는 설계 영향인자를 선정한다. 둘째, 통계적인 분석 방법을 통하여 선정된 설계 영향인자의 유의성을 검증한다. 셋째, 검증된 설계 영향인자에 대하여 최근 2개년 간 건축물에너지효율등급 인증 건물의 등급별 평균 성능 수준을 분석하여 제로에너지건축물을 위한 설계 영향인자의 성능 수준 참고 자료를 제시한다.

설계 영향인자 선정

문헌 고찰을 통한 설계 영향인자 선정

건물 에너지 요구량에 영향을 미치는 영향인자를 선정하기 위해 국내에서 건물의 에너지 저감과 관련된 설계 영향인자에 대해 연구한 문헌을 분석하였다. 건물 에너지 저감을 위해서는 설계 단계의 기후 및 주변 대지에 대한 계획부터 건물의 배치, 형태계획, 평입단면 계획에 따른 자연채광과 자연환기 계획이 이루어져야 한다. 또한, 건물 외피에 대한 단열성능, 기밀성능, 차양계획을 통해 에너지 손실을 최소화해야 한다(김별, 2013; 전지운, 2013; 강지은, 2014). 건물의 설계적인 요소 이외에도 실내 발열, 최소 외기도입량, 실 운영시간, 조명 밀도 등도 건물 부하에 영향을 미친다(윤용상 외, 2012; 장월상 외 2014; 한설이, 2017).

문헌 고찰을 통해 조사된 건물 부하에 영향을 미치는 설계 영향인자를 기준으로 건축물에너지효율등급 평가 프로그램의 입력 값과 비교할 수 있는 항목들을 분류하였다. 건축물에너지효율등급 평가 프로그램은 ISO2 13790과 DIN V 18599을 기반으로 하였기 때문에, 해당 기준의 검토를 통해 부족한 요소를 확인하고, 최종적인 설계 영향인자를 선정하였다.

건축물에너지효율등급 평가 프로그램의 입력 항목과 ISO 13790/DIN V 18599 수식 분석을 통해 최종으로 선정된 설계 영향인자는 Table 1과 같다. 기후 요소는 건축물에너지효율등급 평가 프로그램의 기상데이터를 통해 월평균 외기온과 전일사량 반영이 가능하다. 또한 건물 형태 계획에 대한 인자로 건물 외피면적비(S/F비)를 반영하였다. 폐열회수 환기장치를 통해 열교환되어 실내로 공급되는 공기는 에너지 요구량을 저감시키는 요인 중에 하나로 작용하기 때문에 폐열회수 환기장치에 의한 냉난방 열회수를 영향인자로 추가하였다.

Table 1. Finally selected affecting factors on design

#	Selected affecting factors	Ref.1	Ref.2	Ref.3	Ref.4	Ref.5	Ref.6
-	Outdoor air temperature & Solar radiation	○	○	○	○	○	○
A	U-value of Exterior wall ( Ue )	○	○	○	○	○	○
B	U-value of Roof ( Ur )	○	○	○	○	○	○
C	U-value of Floor ( Uf )	○	○	○	○	○	○
D	Solar Heat Gain Coefficient ( SHGCavg)		○	○	○	○	○
E	Window to Wall area Ratio ( WWR )	○	○	○	○	○
F	Air tightness ( n)		○	○	○		○
G	Surface to Floor area Ratio ( S/F )	○	○	○
H	Density of Lighting ( LD)		○			○	○
I	Internal Heat Generation ( QI)		○			○	○
J	Min. Outdoor Air flow rate ( )					○	○
K	Domestic hot water supply ( qw.b )						○
L,M	Heating and Cooling Heat recovery performance ( Φh , Φc)		○	○			○
* Reference.1 (Kim et al., 2012), Reference.2 (Jun, 2013), Reference.3 (Kim, 2013), Reference.4 (Lee et al., 2015), Reference.5 (Yoon, 2012), Reference.6 (DIN V 18599)

설계 영향인자의 정의 및 산정 방법

문헌 고찰을 통해 선정된 에너지 요구량에 영향을 미치는 설계 영향인자에 대한 정의는 아래와 같으며, 각 인자에 대한 자세한 산정 방법은 Table 2와 같다.

Table 2. Estimation of the selected affecting factors on design

A
	Uwe: U-value of Exterior wall (through external), Uwi : U-value of Exterior wall (through internal), Uge: U-value of Window (through external), Ugi : U-value of Window (through internal), Awe : Area of Exterior wall (through external), Awi : Area of Exterior wall (through internal), Age: Area of Window (through external), Agi: Area of Window (through internal)
B
	Ure : U-value of Roof (through external), Uri: U-value of Roof (through internal), Are : Area of Roof (through external), Ari : Area of Roof (through internal)
C
	Ufe : U-value of Floor (through external), Ufi: U-value of Floor (through internal), Afe: Area of Floor (through external, Afi: Area of Floor (through internal)
D		SHGCg : Solar Heat Gain Coefficient of Window, Ag: Area of Window
E		Ag: Area of Window, Aw: Area of Exterior wall
F		Aout : Outside of floor area, ANF : Floor area
G		AW: Area of Exterior wall, ANF : Floor area
H		ld : Lighting energy demand, N: Number of zone
I		qI.oc: IHG of people, qI.fic: IHG of Facility, ld: IHG of Lighting, dan : Annual usage days for each zone type, Aus : Area for each zone type
J		: Min. Outdoor air flow rate for each zone type, hd: Daily usage time for each zone type, Aus: Area for each zone type
K		qW.b.d: Energy need for domestic hot water supply, dan: Annual usage days for each zone type, Aus: Area for each zone type
L,M		: Average of Supply Air flow rate (CMH/EA), 𝜂H.m: Heat recovery efficiency for heating (-/EA), 𝜂C.m : Heat recovery efficiency for cooling (-/EA)

A-C. 평균 열관류율(A외벽, B지붕, C바닥) [W/m²·K]

평균 열관류율(U-value)은 외벽(창호), 지붕 및 바닥을 통한 전도 열손실과 열획득에 대한 영향을 반영하는 인자로 열관류율과 면적에 영향을 받는다. 평균 열관류율은 외기에 직접 또는 간접으로 면하는 각 부위들에 대한 면적가중 평균을 통해 산정하였다. 여기서, 외기 간접 구조에 대한 보정 계수로 외벽, 지붕, 바닥은 0.7, 창호는 0.8을 적용하였다(국토교통부, 2017).

D.평균 태양열 취득률(SHGC) [-]

평균 태양열 취득률(SHGC, Solar Heat Gain Coefficient)는 창호를 통한 일사 열획득에 대한 영향을 반영하는 인자로 창호의 태양열 획득 계수(G-value)을 의미하며, 차폐계수(SC)× 0.86과 같다(국토교통부, 2017).

E. 평균 창면적비 [%]

평균 창면적비(WWR, Window to Wall area Ratio)는 건물 외벽 면적에 대한 창호 면적의 비율을 의미한다. 일반적으로 창호는 외벽보다 열관류율이 높고 일사에 의한 영향도 크기 때문에 건물에서 창면적비가 높아지면 건물 에너지 요구량 증가에 영향을 미친다(윤용상 외, 2012).

F. 평균 기밀성능 [h-1]

평균 기밀성능(Air tightness)은 건물의 외주부 부분의 평균 침기율을 의미한다. 비주거에 대한 침기율 값은 예비인증 시에는 1.5를 일괄적으로 적용하고, 본인증 시에는 실제 측정한 값을 적용하여 평가한다.

G. 외피면적비(S/F비) [-]

외피면적비(S/F, Surface to Floor area Ratio)는 건물의 바닥면적에 대한 외기와 직접 면해있는 외피 면적에 대한 비율을 의미한다. 외피면적비는 동일한 연면적을 갖는 건물이라고 할지라도 건물의 형상에 따라 건물의 표면적이 다르게 설계되는 영향을 반영하기 위한 인자이다. 건물의 에너지 요구량 절감을 위해서는 외피면적비를 작게 하는 것이 유리하다(최원기 외, 2007).

H. 평균 조명밀도 [W/m²]

평균 조명밀도(Density of Lighting)는 실별 단위면적당 조명기구용량(실별 조명에너지 부하율)에 대한 평균값을 나타낸다. 조명에너지 부하율은 외부 일사나 조도에 영향을 받기 때문에 건축 설계 항목과 관계가 있으며, 조명에너지 요구량에 직접적인 영향을 미친다(한설이, 2017).

I-K. 설정 요구량(I내부발열[kWh/m²], J최소 외기도입량[㎥/m²], K급탕요구량[kWh/m²])

용도별 설정 요구량은 건축물 단위면적당 에너지 요구량 계산에 필요한 기본 값을 존의 사용 용도에 따라 규정한 값을 의미한다. 본 연구에서 사용한 설정 요구량은 재실자, 기기, 조명에 대한 실내 내부 발열량(IHG, Internal Heat Gain), 최소 외기도입량(Min. Outdoor Air flow rate), 급탕요구량(DHW, Domestic hot water supply)이다. 실별 용도별 면적 가중 평균을 통해 건물 전체에 대한 평균 설정 요구량을 산출하였다.

L. 난방 열회수 [CMH*-] & M.냉방 열회수 [CMH*-]

난방 및 냉방 열회수(HHR, CHR, Heating and Cooling Heat recovery performance)는 전열교환기를 통해 회수된 열이 실내에 공급되어 건물 부하를 감소시키는 영향을 반영한 인자로, 실내에 공급되는 급기 풍량과 전열교환기의 열회수 효율에 영향을 받는다. 전열교환기의 열회수 효율은 난방효율과 냉방효율 각각 적용되며, 건물 전체에 대한 영향을 평가하기 위하여 평균값을 사용하였다.

통계적 방법을 통한 영향인자의 유의성 검증

분석대상

본 연구에서는 2016년도부터 2017년도까지 건축물에너지효율등급 인증을 발급받은 건물 중 제로에너지건축물 인증기준인 1++보다 두 단계 낮은 1등급 이상 획득한 교육연구 시설을 대상으로 건축물 설계 영향인자의 성능 수준을 분석하였다. 최근 2개년 간 교육연구 시설의 인증 발급 건수는 각 연도별로 386건과 443건이다. 이 중에서 평가파일의 수집이 가능하면서 1등급 이상을 획득한 사례를 대상으로 분석을 진행하였다. 본 연구에서 분석에 사용된 교육연구 시설의 인증 사례 수는 각각 2016년도에 363건, 2017년도에 429건이다. 기후 요소에 대한 영향을 고려하기 위해 대상 건물을 지역으로 구분하였으며, 규모에 따라 구분되는 에너지 요구량 경향을 반영하기 위하여 연면적을 기준으로 건물 규모를 구분하여 분석하였다.

분석을 위한 지역은 인증 신청 건물의 지역을 기준으로 국토교통부에서 제시하고 있는 ｢건축물 에너지절약설계기준｣의 지역 구분에 따라 중부, 남부, 제주 3개로 구분하였다. 또한 서울시 ‘녹색건축물 설계기준’에서 제시하고 있는 규모에 따른 건축물 구분 기준을 참고하여 연면적 500 m²~3,000 m² 이하는 소규모, 중규모는 3,000 m²~10,000 m² , 대규모는 10,000 m²~100,000 m², 초대규모는 100,000 m² 이상으로 설정하였다. 이 중 건축물 규모가 가장 집중되어 있는 중규모와 대규모 건물을 분석 대상으로 한정하였다.

최종적으로 본 연구에서 분석한 교육연구 시설의 지역, 규모, 등급별 건축물에너지효율등급 인증 건수는 Table 3과 같으며, 중부지역 389개 남부지역 342개로 총 731개의 건물을 등급 및 규모에 따라 총 4개의 그룹으로 구분하였다. 분석에 사용된 자료는 각 인증기관으로부터 제공 받은 인증 파일 분석하여 획득하였다.

Table 3. Number of certified educational research facilities

다중 회귀분석

본 연구에서 선정한 설계 영향인자들에 대한 에너지 요구량에 미치는 영향도를 정량적으로 판단하기 위하여 PASW Statistics ver.18.0 (SPSS Inc, Chicago, IL, USA) 프로그램을 통해 다중 회귀분석을 진행하였다. 다중 회귀분석은 독립변수별 영향도와 독립변수가 종속변수에 미치는 결정력을 판단할 수 있는 분석방법론이다(김치린, 2017).

우선, 본 연구에서 제시하는 영향인자에 대한 타당성을 확인하기 위해 기존 문헌과 본 연구에서 선정된 영향인자의 결정계수를 비교하였다. 전체 교육연구 시설(731건)을 대상으로 각 문헌에서 언급된 영향인자에 대한 회귀분석 결과는 Table 4와 같다. 기존 문헌에서 언급되었던 영향인자에 대해 종속변수에 대한 독립변수의 설명력을 나타내는 결정계수(R 제곱)의 최솟값은 0.057, 최댓값은 0.519로 나타났다. 본 연구에서 선정한 영향인자에 대한 결정계수(R 제곱)는 0.778 수준으로 기존 문헌의 결과보다 높은 수준을 나타냈다. 이러한 수치로 보았을 때 본 연구에서 선정한 영향인자들이 에너지 요구량 산정에 영향을 미치는 인자들로 구성된 것으로 판단된다.

Table 4. Comparison of regression model summary by affecting factors

본 연구에서 선정한 인자에 대한 전체적인 결정계수를 확인한 후, 앞서 분류한 4개 그룹에 대한 다중 회귀분석도 진행하였다. 분석에 사용된 인자는 A 외벽 평균 열관류율, B 지붕 평균 열관류율, C 바닥 평균 열관류율, D 평균 SHGC, E 창면적비, F 평균 기밀성능, G 외피면적비, H 평균 조명 밀도, I 내부발열, J 최소 외기 도입량, K 급탕요구량, L 난방열회수, M 냉방열회수로 총 13개이다. 각 그룹에 대한 회귀 모형에 대한 결과는 Table 5와 같으며, 도출된 회귀 식은 식 1~4와 같다. 회귀모형의 영향인자에 대한 영향도를 나타내는 결정계수(R 제곱)은 최소 0.610에서 최대 0.924의 수준을 보였다. Durbin-Watson은 모든 그룹에서 2에 가깝게 나타나므로 잔차들 간에 상관관계가 없어 적합한 회귀모형을 나타내는 것으로 보이며, 회귀모형의 유의확률은 모두 0.000 (p<0.001)으로 유의함을 나타냈다.

Table 5. Result of Multiple Regression by group

분석 인자에 대한 회귀모형의 결정력이 그룹별로 상이한 이유는 교육연구 시설의 규모에 따른 건축 특성에 따른 현상으로 판단된다(최원기 외, 2007). 대규모 교육연구 시설의 경우 저층이면서 면적이 넓은 형태의 건물 형상을 보였으나, 중규모 교육연구 시설의 경우 상대적으로 고층이면서 면적이 좁은 형태의 건물 형상을 나타냈다.

     (1)

     (2)

     (3)

     (4)

건축물에너지효율등급 인증 건물의 등급별 성능 수준 분석

본 연구에서 선정한 설계 영향인자에 대한 성능 수준 분석을 위해 최근 2개년간 건축물에너지효율등급 인증을 발급받은 교육연구 시설을 대상으로 등급별 성능 수준을 비교하였다.

교육연구 시설에 대한 등급별 성능 수준 비교 결과, 대부분의 설계 영향인자가 등급이 높을수록 성능 수준이 좋아지는 경향을 나타냈다. 외피의 단열성능을 나타내는 열관류율 항목들(외벽, 지붕, 바닥)은 중부지역이 남부지역보다 평균적으로 높은 성능 수준을 보였다. 이는 국토교통부에서 외벽, 지붕, 바닥, 창호에 대한 열관류율 및 단열재 두께에 대한 최소 기준을 제공하고 있기 때문으로 판단된다. 내부발열, 최소외기도입량, 급탕요구량의 경우 에너지 요구량에 영향을 미치는 유의미한 인자로 분석되긴 하였지만, 등급에 따른 유의미한 결과를 보이지 않았다. 이는 해당 영향인자들은 실별 적용 설정값이 정해져 있고, 건물 용도에 따라 대표실의 비율이 높고 유사하기 때문에 등급간의 차이가 상이해 등급별로 구분되지 않는 것으로 판단된다.

교육연구 시설의 각 그룹의 회귀분석 결과를 통해 유의확률(p)이 0.05 미만을 나타내는 인자를 유의미한 인자로 선정하였다. 교육연구 시설의 모든 그룹에서 유의미함을 나타낸 영향인자는 창면적비와 S/F비, 급탕요구량이 있으며, 지붕 평균 열관류율, 평균 SHGC, 평균 기밀성능은 3개 그룹에서 유의미한 인자로 선정되었다. 그 외의 영향인자들은 2개 또는 1개의 그룹에서만 유의미한 인자로 선정되었다. 3개 그룹이상에서 유의미한 인자로 선정된 영향인자에 대해 제로에너지건물 인증의 기준이 되는 건축물에너지효율등급 1++ 등급의 평균 성능 수준은 다음과 같다. 중부지역 교육연구시설 중 중규모의 경우 지붕 평균 열관류율은 0.141 W/m²K로 나타났으며, 창호의 평균 SHGC는 0.463, 창면적비는 28.2%, 평균 기밀성능은 1.34, S/F비는 0.55로 분석되었다. 중부지역 대규모의 경우에는 지붕의 평균 열관류율이 0.163 W/m²K 로 나타났으며, 창호의 평균 SHGC는 0.414, 창면적비는 27.9%, 평균 기밀성능은 1.41, S/F비는 0.46로 중규모의 성능 수준보다 약간 높은 것으로 분석되었다. 남부지역 교육연구시설 중 중규모의 지붕 평균 열관류율이 0.183 W/m²K 로 나타났으며, 창호의 평균 SHGC는 0.463, 창면적비는 29.1%, 평균 기밀성능은 1.36, S/F비는 0.58로 분석되었다. 남부지역 대규모의 경우에는 지붕 평균 열관류율이 0.174 W/m²K 로 나타났으며, 창호의 평균 SHGC는 0.411, 창면적비는 27.8%, 평균 기밀성능은 1.43, S/F비는 0.48로 분석되었다. 보다 자세한 등급에 따른 각 설계 영향인자의 평균 성능은 Table 6 및 Table 7과 같다.

Table 6. Comparison of grade-by-grade performance levels for affecting factors in educational research facilities of the Central Area

Table 7. Comparison of grade-by-grade performance levels for affecting factors in educational research facilities of the Southern Area

연간 단위면적당 에너지 요구량 합계는 동일 규모 건물에 동일한 등급을 획득했을 때 남부지역(평균 79.52 kWh/m²a)이 중부지역(평균 87.77 kWh/m²a)보다 대체로 낮은 경향을 나타냈다.

결 론

본 연구에서는 건축물에너지효율등급 인증에서 1등급 이상 획득한 교육연구 시설을 지역과 규모에 따라 구분하고, 등급에 따른 설계 영향인자의 성능수준을 분석하였다. 이를 위해 문헌 고찰을 통해 에너지 요구량에 영향을 미치는 설계 영향인자를 선정하고, 회귀분석을 통해 설계 영향인자의 결정력을 검증하였다. 연구의 주요 결과는 다음과 같다.

(1) 문헌 고찰을 통해 건축물에너지효율등급 에너지 요구량 산정에 영향을 미치는 설계 영향인자를 선정하고, 산출 방법을 정의하였다. 기존 연구들에서 사용되었던 외피의 단열성능에 대한 요소뿐만 아니라 내부발열, 외기도입량 등과 같은 내부요인과 설비시스템에 의한 건물부하 절감 효과를 반영하는 인자를 추가로 제안하였다.

(2) 선정된 설계 영향인자가 에너지 요구량에 미치는 영향력을 다중 회귀분석을 통해 검증하였다. 최근 2개년 간 1등급 이상 획득한 교육연구 시설을 대상으로 지역과 규모에 따라 4개의 그룹으로 구분하고, 설계 영향인자와 에너지 요구량 합계와의 관계를 분석하였다. 기존 문헌에서 제안된 인자를 적용하였을 경우 평균 0.310의 결정력을 보였으나, 본 연구에서 제안한 인자를 적용하였을 경우 0.778의 결정력을 보였다. 이는 건축물 에너지 성능 평가에 대한 복잡한 연계성을 고려했을 때 유의미한 수준으로 판단된다.

(3) 선정된 설계 영향인자에 대하여 교육연구 시설을 대상으로 최근 2개년 간 건축물에너지효율등급 인증 건물의 등급별 평균 성능 수준을 분석하였다(Table 6, 7). 대부분의 인자에서 등급이 높아질수록 성능 수준도 높아지는 경향을 보였으나, 몇 개 인자에서는 에너지 요구량에는 영향을 미치나 등급별 차이는 보이지 않는 경향을 보였다. 중부지역 외벽 평균 열관류율이 급격한 증가경향을 보이는 이유는 창면적비 증가로 인해 벽체에 비해 열관류율이 높은 창호의 비율이 높아져서 나타나는 현상으로 판단된다. 본 연구에서 분석된 영향인자의 등급별 성능 수준은 제로에너지건축물 구현을 위한 참고 자료로 제시하였다.

본 연구의 결과는 건축물 에너지효율등급의 에너지 요구량을 대변할 수 있는 설계 영향인자에 대해 실제 인증 사례를 대상으로 등급별 성능 수준의 현황을 분석하여 제로에너지건축물 성능을 결정하기 위한 참고 자료로 의의가 있다. 본 연구에서는 통계적 유의성을 통해 검증된 설계 영향인자에 대해 교육연구 시설의 등급별 영향인자를 제시하였다. 이는 제로에너지건물인증 취득을 위한 설계 성능 수준의 기초자료로 활용할 수 있다.

본 연구에서는 에너지 요구량에 영향을 미치는 인자들을 우선적으로 분석하였으며, 제로에너지건축물 인증 등급을 예상할 수 있는 영향인자에 대한 연구를 위해서는 에너지 소요량과 신재생시스템에 영향을 미치는 인자에 대한 연구 등 에너지 자립율에 대한 연구도 필요하다. 이에 향후 연구에서는 1차 에너지 소요량에 영향을 미치는 인자에 대한 연구를 통해 제로에너지건축물의 인증을 위한 성능분석을 추가로 진행할 계획이다. 또한 본 연구는 교육연구시설을 대상으로 우선적으로 수행되었으며, 이후 다양한 용도의 건물에 대해 추가적으로 분석을 수행할 계획이다.