비용효율을 고려한 에너지절약형 공동주택 설계모델 설정

Abstract

Many countries in the world have been endeavoring to reduce greenhouse gas emissions in various fields of industry for coping with worldwide climate changes. Greenhouse gases are usually generated from energy consumption. In korea, the building sector accounts for over 25% of the total energy consumption, while 68% of the energy consumption in the building sector comes from residential use. Thus, energy-efficient residential buildings can play a key role in reducing greenhouse gas emissions and further solving environmental problems caused by the use of fossil fuels. An improvement in energy efficiency may bring about a rise in the construction costs. Consequently, if cost-efficient design models for improving energy efficiency of residential buildings are suggested, they will contribute to the spread of energy- efficient residential buildings. For this reason, the aim of this study is to establish cost-efficient design models for developing the energy efficient apartment complexes, which are the most common type of residential buildings in Korea, by using the assessment method of the Building Energy Efficiency Rating System. First, a baseline model was established, based on an actual recently constructed apartment complex that is regarded as the most common type. Among all the assessment items in the Building Energy Efficiency Rating System, items suitable for cost efficiency were selected as target items. The overall performance ranges of each target item were determined, and then alternatives where the values varied stepwise between overall performance ranges were established. After investigating possible systems that could achieve the performance values of alternatives for each target item, an increase in the construction cost of each alternative against the baseline model was estimated through actual price data, and a decrease in the energy cost of each alternative against the baseline model was calculated through the assessment method of the Building Energy Efficiency Rating System. The Life Cycle Cost(LCC), the Net Present Value(NPV), the Internal Rate of Return(IRR) and the payback period of alternatives for each target item and their priority orders were then calculated as a cost efficiency index. Finally, the easily applied 1st grade design model, the LCC minimized design model and the energy cost minimized design model were established.;기후변화문제에 대한 대응체제를 마련하기 위한 국제적인 움직임에도 불구하고, 이에 대한 심각성은 점점 더 가속화 되고 있다. 특히, 대한민국은 온실가스 배출량 OECD 국가 중 6위, 배출 증가율 1위, 원유 수입 규모 세계 4위, 1인당 석유 소비량 5위를 차지하고 있어 국제사회의 따가운 시선을 받고 있으며, 이에 대한 책임을 회피할 수 없는 상황이다. 기후변화문제의 주범인 온실가스는 주로 에너지 소비에 의해 발생하는데, 대한민국에서는 건물 부문이 전체 에너지 소비량의 약 25%를 차지하며, 특히 주거건축물은 전체 건물에너지 소비량의 약 68%를 차지한다. 따라서 온실가스 배출량을 감축시키고, 나아가 기후변화문제를 해결하기 위해서는 주거건축물에서의 에너지효율 향상에 대한 대책이 필수적이다. 주거건축물의 에너지효율 향상을 위해서는 시공비용 상승을 초래할 수도 있는 만큼 비용효율적으로 에너지효율을 향상시킬 수 있는 설계모델이 제시된다면 에너지절약형 주거건축물의 보급 확대 및 활성화에 크게 기여할 수 있을 것이다. 이에 본 연구는 주거건축물의 에너지효율 향상을 위해 시행되고 있는 건물에너지효율등급인증제도를 이용하여, 대표적 주거건축물인 공동주택 단지의 설계변수별 비용효율 분석을 실시하고, 이를 바탕으로 에너지효율 향상을 위한 비용효율적 설계모델을 제시해 보고자 하였다. (1) 설계변수별 대안별 비용효율 분석 결과, 발코니 외측 창호 열관류율 3.3W/㎡K～2.2W/㎡K, 난방공간의 창호 열관류율 2.6W/㎡K, 난방공간의 외기에 면한 측벽 열관류율 0.185W/㎡K과 0.148W/㎡K, 난방공간의 지붕 열관류율 0.199W/㎡K～0.149W/㎡K, 난방공간의 외기에 직접 면하는 바닥 열관류율 0.149W/㎡K, 각 실별 또는 존별 실내온도조절장치 설치, 거실 주콘센트를 사용이 편리한 위치에서 전원차단이 가능하도록 점멸회로 구성 또는 에너지절약의 인증제품 설치, 외기에 면한 주동 출입구에 방풍실을 설치하거나 방풍구조로 함, 기기, 배관 및 덕트 단열, 간선의 전압강하, 수변전설비의 자동제어설비 채택, 옥외등은 HID램프를 사용하고 격등조명과 자동점멸기에 의한 점소등이 가능하도록 구성, 분산제어시스템으로써 각 설비별 에너지제어시스템에 개방형통신기술을 채택함은 NPV(Net Present Value, 순현가)값이 0보다 작아 오히려 생애비용을 증가시키므로 비용효율 측면에서 채택하면 안 되는 대안들인 것으로 나타났다. (2) NPV측면에서는 난방공간의 비난방공간에 면한 벽체 열관류율 0.151W/㎡K, 난방공간의 외기에 면한 후면벽체 열관류율 0.198W/㎡K, 난방공간의 창호 열관류율 2.2W/㎡K, 난방공간의 외기에 면한 정면벽체 열관류율 0.197W/㎡K, 난방공간의 외기에 면한 PVC문 열관류율 1.6W/㎡K, 철재문 열관류율 1.7W/㎡K 등의 순서로 기준모델 대비 생애비용 감소액이 큰 것으로 나타났다. IRR측면에서는 냉온수 순환, 급수 및 급탕펌프의 평균 효율 1.04E～1.08E, 난방공간의 비난방공간에 면한 벽체 열관류율 0.511W/㎡K, 난방공간의 바닥 열관류율 0.421W/㎡K, 난방 또는 냉난방순환수 펌프의 대수제어 또는 가변속제어 등 에너지절약적 제어방식 채택, 급수용 펌프 또는 가압급수펌프 전동기에 가변속 제어 등 에너지절약적 제어방식 채택 등의 순서로 기준모델 대비 시공비용 증가액에 따른 에너지비용 감소액 효율이 우수한 것으로 나타났다. 에너지비용 측면에서는 난방공간의 창호 열관류율 2.2W/㎡K, 난방공간의 비난방공간에 면한 부위 열관류율 0.151W/㎡K, 난방공간의 외기에 면한 후면벽체 열관류율 0.149W/㎡K, 난방공간의 외기에 면한 정면벽체 열관류율 0.148W/㎡K, 난방공간의 외기에 면한 정면/후면의 측면벽체 열관류율 0.146W/㎡K 등의 순서로 기준모델 대비 에너지비용 감소액이 큰 것으로 나타났다. (3) 각 대안들의 IRR을 기준으로 적용이 용이한 건물에너지효율등급 1등급 설계모델을, NPV를 기준으로 생애비용 최소화 설계모델을, ΔEC를 기준으로 에너지비용 최소화 설계모델을 설정하였다. 적용이 용이한 건물에너지효율등급 1등급 설계모델은 기준모델에 비해 시공비용은 438,696천원(3.15%), 단위면적당 시공비용은 4,087원/㎡ 증가하고, 에너지비용은 80,001천원/년(12.89%), 단위면적당 에너지비용은 745원/년㎡ 감소하는 것으로 나타났다. IRR 및 투자회수기간은 각각 18.11%, 5.48년이다. 생애비용 최소화 설계모델은 기준모델에 비해 시공비용은 2,036,435천원(14.63%), 단위면적당 시공비용은 18,971원/㎡ 증가하고, 에너지비용은 244,397천원/년(39.37%), 단위면적당 에너지비용은 2,277원/년㎡ 감소하며, 생애비용은 1,973,735천원(8.19%) 감소하는 것으로 나타났다. IRR 및 투자회수기간은 각각 11.55%, 8.33년이다. 에너지비용 최소화 설계모델은 기준모델에 비해 시공비용은 2,415,550천원(17.36%), 단위면적당 시공비용은 22,503원/㎡ 증가하고, 에너지비용은 262,220천원/년(42.24%), 단위면적당 에너지비용은 2,443원/년㎡ 감소하며, 생애비용은 1,887,070천원(7.83%) 감소하는 것으로 나타났다. IRR 및 투자회수기간은 각각 10.28%, 9.21년이다.