계측기반 공동주택 표본 세대에서의 용도별 에너지사용량 원단위 통계값 도출 및 분석

Abstract

To reduce energy consumption in the residential sector, in addition to technical and economic feasibility in the market being secured, it is necessary to provide energy information that can facilitate identification of energy use characteristics and also be easily accessible to building managers or policy-makers. Particularly, as a specific planning unit for energy conservation, provision of effective information that can enable identification of the characteristics of energy consumption by end-use (e.g., space heating, space cooling, domestic hot water, lighting, air movement) can be considered crucial, as this plays an important role in encouraging residents to voluntarily improve energy performance and establish specific policies. In South Korea and numerous other countries, energy use information by building type (residential, commercial and public-use, large-sized), building characteristics, and energy source (electricity, gas, district heating, etc.) for sample apartment buildings is provided through systems or in the form of publications. However, rather than being acquired via measurement-based methods that can obtain more accurate data, this information is primarily limited to surveys, national data use, and modeling, and mainly consists of data on energy use by source rather than on detailed energy use intensity (EUI) and consumption by end-use (e.g., space heating, space cooling, domestic hot water, lighting, air movement). Accordingly, to expand the energy information in the residential sector (which is limited mainly to data on energy use by source) to end-use information based on actual measurements and provide it for use, this study installed end-use energy consumption measurement systems in sample apartment units and statistically processed the measurement data. Moreover, the study derived the EUI statistics by end-use according to the completion year and supply area of measurement-based sample apartment units, derived during the process of the detailed measurement-based building energy information system that provides EUI and greenhouse gas emission intensity data by end-use. Furthermore, the study analyzed the trends according to the completion year and supply area of the derived statistics in connection with the characteristics of the sample apartment units. The investigation was conducted on 154 sample apartment units in 35 apartment complexes in Seoul, where the measurement systems were installed in 2014 – 2018. The composition of the sample apartment units is as follows: in terms of completion year, 36.4%, 30.5%, and 33.1% were completed 1993 and earlier, 2003 and earlier, and 2004 and later, respectively; in terms of heating source, 56.5% employ district heating and 43.5% employ individual heating; and in terms of supply area, 29.9%, 40.9%, and 29.2% are less than 66.0 m, less than 115.5 m, and 115.5 m or more, respectively. EUI statistics by end-use for all 154 sample apartment units were derived; based on average intensity, the results were as follows: space heating (39.4%) > domestic hot water (24.8%) > electrical appliance (23.5%) > cooking (7.4%) > lighting (3.7%) > cooling (0.9%) > air movement (0.4%), and the average total EUI was 166.7 kWh/m·year. These findings confirmed that space heating accounted for the largest share in terms of annual energy use reduction. The EUI by end-use of sample apartment unit according to the completion year were derived and analyzed. Overall, the EUI by end-use relationship of apartment units completed 2003 and earlier and 2004 and later was the same, while in the case of those completed 1993 and earlier, the relationship between electrical appliance and domestic hot water EUI was reversed. Furthermore, the EUI relationship according to completion year did not show a constant tendency and differed according to end-use. The EUI of space heating and lighting tended to increase for sample apartment units completed 2004 and later, as did that of cooking for sample apartment units completed 1993 and earlier. The remaining uses exhibited no close correlation between the completion year and EUI by end-use. In the case of space heating, lighting, and cooking, whose EUIs showed correlations according to the completion year, the space heating EUI showed a correlation with the number of residents and the number of residents aged 65 years or older, lighting EUI showed a correlation with the lighting density (exclusive area), ratio of LED lighting installations to total lighting equipment, type of main lighting equipment, and average lighting time per day, and cooking EUI showed a correlation with the number of residents aged 65 years or older and the number of economically active members. In the case of air movement EUI, the values were insignificant and were therefore excluded from the analysis. The EUIs by end-use of sample apartment unit according to the supply area were derived and analyzed. Overall, the EUI by end-use relationship of apartment units with a supply area of 115.5 m or more was the same; in the case of those less than 66.0 m, the relationship between electrical appliance and space heating EUI was reversed. In the case of those less than 115.5 m, the relationship for electrical appliance and domestic hot water EUI was reversed. Additionally, the EUI relationship according to supply area did not show a constant tendency and differed according to end-use. In the case of space cooling, domestic hot water, lighting, electrical appliance, and total EUI, the EUI tended to increase for sample apartment units less than 66.0 m in area, and the remaining end-uses exhibited no close correlation between the supply area and EUI by end-use. In the case of space cooling, domestic hot water, lighting, and electrical appliance, whose EUIs showed correlations according to the supply area, space cooling EUI showed a correlation with plan type of buildings, lighting density, power load density of major home appliances, occupancy density, and cooling period; domestic hot water EUI showed a correlation with occupancy density; lighting EUI showed a correlation with lighting density (exclusive use area), ratio of LED lighting installations to total lighting equipment, and type of main lighting equipment; and electrical appliance EUI showed a correlation with the power load density of major home appliances (exclusive use area) and average daily TV usage time. In the case of air movement EUI, similar to the case of completion year results, the values were insignificant and were therefore excluded from the analysis, and the relationship of total EUI is attributed to the influence of domestic hot water and electrical appliance, which comprise a large share of the EUI of the sample apartment units. The statistics on EUI by end-use according to the completion year and supply area of measurement-based sample apartment units derived in this study, as well as according to the sample units’characteristics that reveal various trends, can be considered as major data in the future for establishing policies to conserve and improve the energy efficiency of apartment building in South Korea. ;주거 부문에서의 에너지소비 절감을 위해서는 시장에서의 기술적, 경제적 타당성 확보와 함께 건물 관계자나 정책 수립자가 쉽게 접근할 수 있고 에너지사용 특성을 파악할 수 있는 에너지정보 제공이 필요하다. 특히, 에너지절약을 위한 구체적인 계획 수립 단위로서 효과적인 난방, 냉방, 급탕, 조명, 환기 등의 용도별 에너지사용 현황을 파악할 수 있는 정보의 제공은 거주자의 자발적인 에너지성능 개선 유도와 구체적인 정책 수립에 큰 역할을 할 수 있으므로 매우 중요하다고 할 수 있다. 국내외 여러 국가에서는 표본 건물에 대한 건물 종류별 (주거용, 상업 및 공공용, 대형건물), 건물 특성별, 전기, 가스, 지역난방 등 원별 에너지사용량 정보를 시스템으로 구축 혹은 발간물의 형태로 제공하고 있으나 이러한 정보는 보다 정확한 정보 획득이 가능한 계측을 통한 방법이 아닌 주로 조사, 국가 데이터 활용, 모델링 등에 한정 되어있으며, 제공되는 정보 또한 난방, 냉방, 급탕, 조명, 환기 등 상세 용도별 에너지사용량 및 에너지사용량 원단위 정보가 아닌 주로 원별 에너지사용량이다. 이에 따라 본 논문에서는 현재 주로 원별 에너지사용량에 한정되어 있는 주거 부문 에너지 정보를 실제 계측에 근거한 용도별 정보로 확장하여 제공할 수 있도록, 표본 공동주택에 용도별 에너지사용량 계측시스템을 설치하고, 계측데이터를 통계 처리하여, 용도별 에너지사용량 및 온실가스 배출량 원단위를 제공하는 계측기반 건물 상세 에너지정보 시스템의 구축과정에서 도출된 계측기반 공동주택 표본 세대에서의 준공시기·공급면적에 따른 용도별 에너지사용량 원단위 통계값을 도출하고, 도출된 통계값의 준공시기·공급면적에 따른 경향성을 표본 세대에서의 특성과 연관지어 분석하였다. 이 때, 2014 ~ 2018년에 계측시스템을 설치한 서울시 소재 35개 공동주택 단지의 154개 표본 공동주택 세대를 대상으로 하였으며, 표본 세대 구성으로는 준공시기의 경우 1993년 이전, 2003년 이전, 2004년 이후에서 각각 36.4%, 30.5%, 33.1%, 열원방식으로는 지역난방, 개별난방이 각각 56.5%, 43.5% 그리고 공급면적으로는 66.0m 미만, 115.5m 미만, 115.5m 이상에서 각각 29.9%, 40.9%, 29.2%의 비율로 구성되었다. 154개 전체 표본 세대에 대한 용도별 에너지사용량 원단위 통계값을 도출하였으며, 원단위 평균값 기준으로 난방 (39.4%) > 급탕 (24.8%) > 전기기기 (23.5%) > 취사 (7.4%) > 조명 (3.7%) > 냉방 (0.9%) > 환기 (0.4%)의 순으로 나타났으며, 표본 세대별 전체 에너지사용량 원단위의 평균값은 166.7 kWh/m·year로 나타났다. 따라서, 연간 에너지사용량 절감 측면에서는 난방이 가장 비중이 큰 것을 확인하였다. 준공시기에 따른 표본 세대 용도별 에너지사용량 원단위를 도출 및 분석하였다. 전체, 2003년 이전, 2004년 이후에서의 용도별 원단위 대소관계는 동일하였으며, 1993년 이전의 경우 전기기기, 급탕 원단위의 대소관계가 역전되었다 또한, 준공시기에 따른 원단위 대소관계는 일정한 경향이 없고 용도마다 다르게 나타났다. 난방, 조명 원단위의 경우 2004년 이후 표본 세대일수록, 취사 원단위의 경우 1993년 이전 표본 세대일수록 원단위 값이 커지는 것으로 나타났고, 나머지 용도에 대해서는 준공시기와 용도별 원단위 간에 밀접한 상관관계는 보이지 않았다. 준공시기에 따른 원단위의 경향성을 나타내는 용도인 난방, 조명, 취사의 경우 난방 원단위는 거주자 수, 65세 이상 거주자 수에서 경향성을 나타내었으며, 조명 원단위는 조명밀도 (전용면적), 총 조명기구 대비 LED등 설치 비율, 주 조명기구 종류, 일평균 조명 점등시간과 그리고 취사 원단위는 65세 이상 거주자 수, 경제활동 인원에서 경향성이 나타났다. 환기 원단위의 경우 그 값이 미미하여 분석에서 제외하였다. 공급면적에 따른 표본 세대 용도별 에너지사용량 원단위를 도출 및 분석하였다. 전체, 115.5m2 이상에서의 용도별 원단위 대소관계는 동일하였으며, 66.0m2 미만의 경우 전기기기, 난방 원단위의 대소관계가 역전되었다. 115.5m2 미만의 경우 전기기기, 급탕 원단위의 대소관계가 역전되었다. 또한, 공급면적에 따른 원단위 대소관계 또한 일정한 경향은 없고 용도마다 다르게 나타났다. 냉방, 급탕, 조명, 전기기기, 전체 원단위의 경우, 66.0m²미만 표본 세대일수록 원단위 값이 커지는 것으로 나타났고, 나머지 용도에 대해서는 공급면적과 용도별 원단위 간에 밀접한 상관관계는 보이지 않았다. 공급면적에 따른 원단위의 경향성을 나타내는 용도인 냉방, 급탕, 조명, 전기기기의 경우 냉방 원단위는 주동형태, 조명밀도, 주요 가전기기 전력부하밀도, 재실밀도, 냉방기간에서, 급탕 원단위는 재실밀도에서 경향성이 나타났으며, 통상적으로 급탕량 산정 시 활용하는 거주자 수 및 급탕 위생기구 대수 특성으로는 급탕 원단위의 경향성을 명확히 설명할 수 없는 것으로 나타났다. 조명 원단위는 조명밀도 (전용면적), 총 조명기구 대비 LED등 설치 비율, 주 조명기구 종류 그리고 전기기기 원단위는 주요 가전기기 전력부하밀도 (전용면적), 일평균 TV 사용시간에서 경향성이 나타났다. 환기 원단위의 경우 준공시기에 따른 결과와 마찬가지로 그 값이 미미하여 분석에서 제외하였으며, 전체 원단위에 대한 대소관계는 표본 세대 원단위 중 큰 비중을 차지하는 급탕, 전기기기의 영향이 반영된 결과로 판단된다. 본 논문에서 도출된 계측기반 공동주택 표본 세대에서의 준공시기·공급면적에 따른 용도별 에너지사용량 원단위 통계값 및 경향성을 나타낸 표본 세대 특성을 통해 향후 국내 공동주택 에너지효율 개선 및 절약 정책 수립 시 고려 가능한 주요 데이터를 제공하고자 하였다.