제로에너지빌딩 학습지원 자료집 제로에너지빌딩을만드는기술 03 패시브기술들 1) 자연환기 2) 고성능창문 ( 또는고성능창호 ) 3) 고기밀 4) 외단열 5) 외부차양 6) 자연채광 7) 옥상녹화 제로에너지빌딩을만드는기술 17 액티브기술들 1) 고효율보일러 2) 폐열회수환

Transcription

1 제로에너지빌딩 학습지원 자료집 1

2 제로에너지빌딩 학습지원 자료집 제로에너지빌딩을만드는기술 03 패시브기술들 1) 자연환기 2) 고성능창문 ( 또는고성능창호 ) 3) 고기밀 4) 외단열 5) 외부차양 6) 자연채광 7) 옥상녹화 제로에너지빌딩을만드는기술 17 액티브기술들 1) 고효율보일러 2) 폐열회수환기장치 3) 고효율가전기기 4) 고효율 LED 조명 5) 태양광발전 6) 풍력발전 7) 연료전지 8) 지열을이용한냉방 / 난방장치 9) 태양열을이용한냉방 / 난방장치 10) 건물에너지관리시스템 실제사례 35 서로이야기해봅시다 42 부록 43

3 제로에너지빌딩을만드는기술패시브기술들 1) 자연환기 ➊ 기술의정의 자연에너지인바람의통로를설계하고공기의압력차이 1) 를활용하여실내공기가실외공기와교환되도록유도하는기술외부의신선한공기를이용한실내공기질개선과에어컨과같은냉방장치를사용하지않고자연냉방효과를갖는것이주요목적 시설내외부의압력차이로인하여발생하는풍력환기 2) 와온도 차이에의한부력 3) 으로발생하는중력환기 4) 로구분 ➋ 기술의원리및적용방법 바깥의시원한공기 ( 상대적으로무거운공기 ) 의유입을위해서는 아래쪽에개구부 5) 를위치시키고, 실내의더운공기 ( 상대적으로 가벼운공기 ) 의배출을위해배출구 6) 는벽상단이나천장쪽으로 설치하는것이유리함 바람이불어오는방향과풍속, 개구부의위치와크기, 형상에따라 자연환기의효율성이다르기때문에건물의형상을바탕으로한효과적인자연환기계획이필요함 공간특성에맞는환기방식과개폐방법, 개폐면적 7) 등의고려가 필요함 - 개구부와배출구의크기를다르게하여큰압력차이를유도함 - 개구부를한면에만위치시키는경우, 개구부높이를조절하여자연환기도입성능을조절함 - 똑같은개폐면적을갖는다하더라도수평으로넓은개구부보다수직으로넓은개구부가더효과적임 [ 자연환기계획방법 ] 1) 압력차이 공기는압력차이에의해서이동하며, 양압 (+) 에서음압 (-) 으로이동함 2) 풍력환기주로외부에서불어오는바람에의하여환기가이루어지는방식 3) 부력중력이작용할때유체속에있는물체가유체로부터받는중력과반대방향의힘을의미함 4) 중력환기주로시설내부와외부의온도차이로인하여환기가이루어지는방식으로, 따듯한공기는위로상승하고차가운공기는아래로하강하는성질에의하여환기가이루어짐 5) 개구부벽이나지붕, 바닥등에뚫린구멍혹은그부분을총칭하는것으로채광, 환기, 조망등을위한창과출입을위한문으로구분됨 6) 배출구실내의공기가외부로빠져나가는구멍혹은그부분을총칭하는것 출처 : ZERO ENERGY 가이드라인 7) 개폐면적실내의공기가외부로빠져나가는구멍의크기혹은그부분을총칭하는것 3

4 제로에너지빌딩을만드는기술패시브기술들 맞통풍구조와굴뚝환기 8) 구조등을활용하여자연환기효율을극대화할수있는환기경로의설계가중요함고층건물에서주로사용되는프로젝트창 9) 은유효개폐면적이작아자연환기도입에효과적이지못함 ➌ 기술적용예시 [ 개구부개방 ] 건물에설치된창문을개방하여자연환기를유도함 가장보편적으로사용되는자연환기방식 출처 : SankyoTateyama,Inc. SankyoAlumi [ 창호일체형자연환기설비 ] 출처 : 월간창호기술뉴스 출처 : 한겨례뉴스, 위키피디아 창호에환기창을추가로설치하여자연환기를유도하는설비 창호를개방하지않아도상시환기가가능함 구조적문제로창문개방이불가능한건물등에활용 [ 이스트게이트쇼핑센터 ] 짐바브웨에위치한자연냉방건물 굴뚝효과를이용하는흰개미집구조를모방하여설계 건물하부를빈공간으로만들고상부에굴뚝을설치하여내부의뜨거운공기를배출하도록유도 8) 굴뚝환기 굴뚝효과를이용한환기구조. 굴뚝효과는실내와실외의온도차이로공기간의밀도차이가발생하게되어나타나는부력으로인하여기류가형성되는효과를의미함 9) 프로젝트창아래그림과같이창을외부로밀어서개방하는방식의창으로기밀성및단열성이높은장점이있음 탐구활동 1 자연환기성능을극대화할수있는계획방법은무엇일까요? 2 같은면적의수평창과수직창중수직창의환기효과가더높은이유는무엇일까요? 3 하절기와동절기에효과적인자연환기계획방법은어떻게다를까요? 4 앞의 5가지자연환기방법중가장효과적인방법은무엇일까요? 4

5 제로에너지빌딩을만드는기술패시브기술들 2) 고성능창문 ( 또는고성능창호 ) ➊ 기술의정의 창문은유리로되어있어단열재가사용된벽보다일사의유입이많고공기의유입이쉽기때문에, 창문을통한일사차단과공기유입을막는성능을높인창문을고성능창문 ( 창호 ) 라고함고성능창문은유리를여러겹사용하여공기의유입을차단하거나유리에특수한코팅을입혀일사의유입을차단하는방법으로제작함 고성능창문의사용시냉난방에너지를 10% 이상절감하는효과를얻을수있음 ➋ 기술의원리및적용방법 고성능창문은 3중창으로만들거나, 유리에특수코팅 ( 로이유리 1) ) 을하여열을차단하는효과를높이는방법등으로높은성능을낼수있음로이유리 (low-e Glass) 는유리를금속산화물 2) 로코팅하여적외선을차단할수있는유리로겨울에는실내의난방열이빠져나가는것을차단하고, 여름에는바깥의열기를차단하는역할을함일반적으로주거용건물은높은일사열획득을위해로이유리를안쪽에사용하고, 비주거용건물은낮은일사열획득을위해로이유리를바깥쪽에사용함고성능창문은차폐계수 (S C) 3), 태양열취득계수 (SHGC) 4), 창틀의열관류율 5) 및기밀성을확인하여야하며, 창틀에서발생하는열교 6) 를예방해야함 [ 고성능창문 ( 고성능창호 )] 1) 로이유리 (low-e Glass) 유리표면에금속혹은금속산화물을얇게코팅한것으로열의이동을최소화시켜주는에너지절약형유리이며저방사 ( 낮은방사율 ) 유리라고도함. 2) 금속산화물산소와결합된각종금속화합물의총칭 3) 차폐계수 (SC: Shading Coefficient) 3mm 맑은유리를통과하는직달일사 8) 의비율을의미함. 유리의색이나반사도에따라차이가있음 4) 태양열취득계수 (SHGC: Solar Heat Gain Coefficient) 태양광을유리가얼마큼차단하는지를나타내는계수로 0~1 범위를가지며낮은 SHGC 일수록태양열획득이적음 5) 열관류율열관류는고체벽으로구분된양측의유체온도가다를때온도가높은곳에서낮은곳으로고체벽을통해서열이이동하는현상을의미함. 열관류율은이러한열관류에의한관류열량의계수로, 단위표면적을통과하여단위시간에고체벽의양측유체가단위온도차로한쪽유체에서다른쪽유체로전하는열량을의미함 5

6 제로에너지빌딩을만드는기술패시브기술들 창호및문의단열성능은 건축물의에너지절약설계기준 7) 을참고하며, 외피에위치한창호는 1등급수준의성능을확보하도록함패시브디자인을위해권장되는창호의성능은열관류율 0.80W/ m2k 이하및투과율 50% 이하임 ➌ 기술적용예시 [3 중유리적용창호 (3 중창 )] 기밀성및단열성을높인 3 중유리창호제품 출처 : 베나튜스이건창호기사중 [ 로이유리 (low-e glass)] 로이유리를적용한창호 출처 : 에너지경제기사중 6) 열교 건물의단열이연속되어부착되어있지않는건축부위나열손실이상대적으로큰교차부위, 모서리, 이질재료와의접합부위를통해열손실이발생되는부위 7) 건축물의에너지절약설계기준 탐구활동 1 일반유리창과 2중, 3중유리창의구조적차이는무엇일까요? 2 차폐계수와태양열취득계수의측정방법은무엇일까요? 3 열관류율을측정하는방법은무엇일까요? 4 로이유리의사용위치에따라서실내에너지부하에미치는영향은무엇일까요? 등급열관류율 기밀성 (W/ m2k) ( m2 / m2h) 1 1 이하 1 이하 2 1 초과 ~ 1.4 이하 1 이하 초과 ~ 2.1 이하 2 이하 초과 ~ 2.8 이하 초과 ~ 3.4 이하 - 8) 직달일사대기중의수증기나작은먼지에흡수되거나산란되지않고, 태양으로부터직접지표면에도달하는일사를의미함 6

7 제로에너지빌딩을만드는기술패시브기술들 3) 고기밀 ➊ 기술의정의 창문이나문을닫았을때발생하는틈이나창문과벽체에서열이빠져나가는틈을최소화하여바깥공기가침투하거나실내공기가빠져가는것을차단하는기술 틈새로빠져나가는열을차단하여실내온도유지및난방에너지소비절감이가능하며습기로인한곰팡이발생을방지가능함 ➋ 기술의원리및적용방법 건물틈새를막기위하여기밀층 1) 을설치하거나침기 2) ( 누기 3) ) 부위에기밀시공 4) 을하여외피의기밀성확보를해야함건물의기밀성능 5) 을확보하기위해서는창과문에대한기밀계획이필요함기밀성 0등급이상의제품을사용하고, 창호설치후구조체와창사이의빈공간에경화되지않는연질의우레탄폼 6) 이나팽창밴드 7) 를사용하여기밀을확보해야함기밀성및침기 ( 누기 ) 부위를측정하여해당부분에기밀보완시공이이루어져야함 [ 기밀성능측정및침기 ( 누기 ) 부위확인방법 ] 1) 기밀층 기밀이확보된공간으로그역할에따라습기를막는층, 물을막는층, 공기를막는층, 물은막지만습기는투과하는층등으로구분가능함 2) 침기건물외피, 창, 문등의틈새를통하여실외에서실내로공기가침입하는현상 3) 누기건물외피, 창, 문등의틈새를통하여실내에서실외로공기가빠져나가는현상 4) 기밀시공건물을기밀하게시공하는방법에는건물외피를연속적으로끊어지지않게하는것이있음 5) 기밀성능공기, 가스등의기체가통하지않는성질혹은성능을의미하며다른표현으로는통기성능이있음. 기밀성 0등급이가장기밀하며숫자가높아질수록기밀성능이낮음 6) 우레탄폼폴리우레탄수지를발포시킨상태에서고화시킨것으로내열성이뛰어난재료임 출처 : ZERO ENERGY 가이드라인 7) 팽창밴드틈새기밀테이프로벽체와창호사이의기밀층시공에사용되며, 방수, 방풍, 방음성능이우수함 7

8 제로에너지빌딩을만드는기술패시브기술들 전기, 통신설비를위해설치된배관에기밀테이프를사용하여틈새를차단해야함기밀테이프사용시부착력이좋은테이프를사용하며, 외부에붙이는테이프의경우투습 8) 기능이있는제품을사용해야함 [ 기밀화시공의예시 ] 출처 : ZERO ENERGY 가이드라인 ➌ 기술적용예시 [ 고기밀이중창 9) 창호 ] 기밀성능을높인이중창제품기밀성등급이높은제품을적용하여건축물의기밀성을높일수있음 출처 : SM 남선알미늄 출처 : 프로클리마기업 [ 기밀테이프를부착한창호 ] 기밀테이프를사용하여창호의기밀성을높임건축시공중이나완료후모두적용가능하며기밀성을높여곰팡이발생억제등의효과를얻을수있음 탐구활동 1 기존에건축된건물의기밀성을높일수있는방법은무엇일까요? 2 기밀성이좋지않을때곰팡이가발생하는원인은무엇일까요? 3 건물의기밀성을측정하는방법에는무엇이있으며, 측정과정은어떻게될까요? 4 기밀테이프를건물외부에부착할경우투습을고려해야하는이유는무엇일까요? 8) 투습 건물의벽양측혹은어떤경계면의양측에수증기압차가있는경우, 수증기압이높은곳에서낮은곳으로습기가이동하는현상혹은과정 9) 이중창이중으로만든창으로, 창과창사이에공기층이만들어져단열이나방음등의효과가있음 8

9 제로에너지빌딩을만드는기술패시브기술들 4) 외단열 ➊ 기술의정의 실내와실외의열의이동을차단하는것을단열이라고하며, 건물의벽에는열손실을줄이기위하여단열재가설치되어있음단열재는설치되는위치에따라내단열, 중단열, 외단열로구분됨외단열이란단열재를건물구조체의외부에설치하여단열재가건물을감싸도록설치하는방법을의미하며, 다른단열방법에비하여단열효과가뛰어나고, 열교현상이적음 ➋ 기술의원리및적용방법 단열재설치이음부위의틈새가발생하지않도록밀착시공해야함이음부위나모서리부위는통줄눈 1) 이발생하지않도록엇갈리게교차시공을해야함외벽의모든부위에일정기준이상의단열성능확보가필요하며, 단열재가중간에끊어져서발생하는열교현상을방지해야함 1) 통줄눈벽돌쌓기, 블록쌓기등에서세로줄눈이 2단이상상하로통하는것으로강도면에서는약한쌓기방식임 외단열을적용한건물의경우단열재가불쏘시개 2) 역할을할수있으므로불연소재 3) 및난연소재 4) 를검토하여화재를근본적으로차단하는것이필수적이며, 외부에노출되기때문에기후에대한대비가필요함 [ 단열재설치위치에따른단열방법 ] 2) 불쏘시개불을때거나피울적에불이쉽게옮겨붙게하기위하여먼저태우는물건 3) 불연소재재료의연소성이매우나쁜성질, 즉불에타지않는성질을가진재료들을의미하는단어로콘크리트, 기와, 유리등이이에포함됨 출처 : ZERO ENERGY 가이드라인 4) 난연소재가연성과불연성의중간성질로, 연소하기어려운재료들을의미하는단어로화재의확대를늦추거나또는멈추게하는처리를한물체의표면또는구조로되어있음 9

10 제로에너지빌딩을만드는기술패시브기술들 창호부위의외단열공법시, 단열재의연속성을위하여창호의설치위치는구조체의외측선을기준으로하고, 프레임까지단열재를설치하거나단열재가충진된프레임을사용해야함부착형발코니는건물에단열재시공후경량구조의발코니를벽체에연결하여단열재끊김형상이없도록해야함외단열은실내의열을구조체에가장많이저장하여활용할수있는방법이면서구조체에저장된열을시간이지남에따라천천히흡수하거나방출하여실내온도를일정하게유지하므로제로에너지빌딩의핵심기술임 ➌ 기술적용예시 [ 외단열을적용한패시브건물 ] 외피에단열재를설치하여외단열을시공한패시브건축물 출처 : 전원주택라이르 2016 년 2 월호 [ 외단열을적용한패시브주택 ] 주택외피에외단열을적용한패시브건축물 출처 : 티푸스코리아 탐구활동 1 외단연, 중단열, 내단열의차이점과각각의장단점은무엇일까요? 2 건축물시공시가장많이사용되는단열재료는무엇일까요? 3 열교현상을방지할수있는방법에는어떤것들이있을까요? 4 외단열시공시실내온도를일정하게유지시켜주는원리는무엇일까요? 10

11 제로에너지빌딩을만드는기술패시브기술들 5) 외부차양 ➊ 기술의정의 외부차양은건물에설치하는처마나블라인드등을이용하여실내로들어오는태양광을차단하는기술을의미함많은열을가지고있는태양광은실내로들어오기전에차단해야하므로내부보다는외부에차양을계획하는것이효과적임외부차양을이용하여냉방에너지의 5~15% 를절감가능함 ➋ 기술의원리및적용방법 건물의용도와방위 1) 를고려하여건물의불필요한에너지소비를줄이고쾌적한열환경을조성할수있는적절한차양계획을수립해야함방위별태양의입사각과적절한차양면적을고려하여외부차양의위치, 종류, 길이를계획해야함남향건물의경우, 냉방부하 2) 만고려하면고정수평차양을계획해야하며창너비보다크게외부차양을설치해야남동, 남서의직달일사를차단할수있음. 냉난방부하 3) 를모두고려하면, 가변차양을계획해야함 동서측방위의건물의경우, 남향과달리돌출된차양으로일사를차단하기어렵기때문에창을최소한으로계획해야하며수직차양핀의각도조절로일사를차단해야함 [ 차양핀의형태에따른차양효과 ] 1) 방위 공간의어떤점이나방향이한기준의방향에대하여나타내는어떠한쪽의위치로, 자오선을기준으로남 ( 남극 ) 과북 ( 북극 ) 쪽을정하고그와수직인직선을기준으로동쪽과서쪽을정함 2) 냉방부하냉방설정온습도를유지하기위해제거해야할현열 ( 온도 ) 및잠열 ( 습도 ) 의전합계량을의미함 출처 : ZERO ENERGY 가이드라인 3) 냉난방부하냉방혹은난방을하려고할때냉방해야할에너지량이나난방해야할에너지량을의미함 11

12 제로에너지빌딩을만드는기술패시브기술들 ➌ 기술적용예시 [ 돌출된상부차양적용건물 ] 창호상부에돌출된구조체를설치하여차양을유도한건물 출처 : 한국패시브건축협회기술자료 [ 가변형외부차양적용주택 ] 가변형외부차양으로사용자의조작에따라전동으로차양이작동함 출처 : BLINDFACTORY 실적 / 설치사례 [ 패브릭전동외부차양적용주택 ] 패브릭재질의전동외부차양을설치한건물 출처 : 한국패시브건축협회기술자료 탐구활동 1 내부차양방법과외부차양방법의차이점과장단점은무엇일까요? 2 외부차양을하는방법에는무엇이있을까요? 3 하절기와동절기에적정차양면적을산정하는방법은무엇일까요? 4 고정식차양방법과가변식차양방법의장단점은무엇일까요? 12

13 제로에너지빌딩을만드는기술패시브기술들 6) 자연채광 ➊ 기술의정의 햇빛을활용하여조명의역할을대신해불필요한조명의사용을줄여주는기술자연채광을활용하여조명에너지의 35% 이상을절약가능채광을통하여적정조도 1) 를제공하는동시에조명역할을대신해불필요한에너지소비를줄이는기술실내로햇빛을끌어들임으로써조명을사용하지않고실내빛환경을개선하는기술 ➋ 기술의원리및적용방법 채광방식은주로창의위치에따라분류되며천창 2), 아트리움 3) 과같은구조적인계획을통해더많은자연채광을얻을수있음구조적인계획방법외에도광덕트 4), 광선반 5) 등을활용한자연형조명설비의적용을통한자연채광계획도가능함빛과열을수반하는일사 ( 햇빛 ) 의유입이많을경우현휘 6) 및실내의불균질한조도분포등을발생시키며 ( 빛측면 ), 냉방부하의증가로이어질수있으므로 ( 열측면 ) 창호및차양계획과연계하여적절한채광계획이필요함 1) 조도 어떤면이받는빛의밝기로단위는럭스 (Lux) 를사용함 2) 천창채광또는환기를목적으로지붕에설치한창으로, 벽면의같은크기창문의 3배의채광효과가있음 3) 아트리움오피스빌딩이나대형건물등에서실내공간을유리지붕으로씌우는구조형태를지칭함 4) 광덕트외부에집광기를설치하여햇빛을채광하고이를실내로전송하기위해설치하는장비로빛의굴절을이용하기때문에흐린날씨에도실내채광이가능한장점이있음 밝은색상의실내마감재료를적용하면자연채광효과를극대화할수있음채광을위한창호는겨울철창을통한과도한열손실발생의원인이될수있으므로, 방위별적절한크기의계획이필요함 [ 자연채광계획방법 ] 출처 : zelenezpravy.cz 천창 아트리움 광덕트 5) 광선반 측창을통해들어온햇빛을굴절시켜실내부안쪽까지햇빛이유입되도록유도하는설비 광선반 고측창 7) 반사블라인드 8) 출처 : ZERO ENERGY 가이드라인 출처 : 휠코리아 13

14 제로에너지빌딩을만드는기술패시브기술들 ➌ 기술적용예시 [ 천창을통한자연채광 ] 지하주차장의지붕면에천창을만들어채광을한사례 지붕면에창을이용하여실내로태양광이유입되도록채광을하는방식 출처 : 월간조선뉴스 출처 : 경향비즈뉴스, 신세계그룹 [ 아트리움구조의자연채광 ] 경기도하남시에있는아트리움형식의종합쇼핑몰건물건물에넓은전면창, 유리천창을통해실내에태양광이효과적으로유입되도록설계됨 [ 광덕트를이용한자연채광 ] 광덕트를활용한대전광역시에위치한사무실집광기를통해채광한태양광을덕트를이용하여실내로전송 6) 현휘시야내에휘도가높은광원, 반사물체등이있어이들로부터의빛이눈에들어와대상을보기어렵게하거나눈부심으로불쾌감을느끼는상태로글레어 (Glare) 라고도함 7) 고측창눈높이보다높은위치에있는창또는천장가까이에만들어진채광용창 출처 : 현창네오텍본사 탐구활동 1 앞의 6가지자연채광방법중가장효과적인방법은무엇일까요? 2 주거와비주거시설에서사용할수있는효과적인자연채광방법은각각무엇이있을까요? 3 현휘를발생하지않고적정조도를유지할수있는방법에는무엇이있을까요? 4 자연채광이냉방, 난방부하에어떠한영향을미칠까요? 출처 : Capela de Santa Filomena 8) 반사블라인드블라인드날개를반사형재질로제작하여, 외부채광을실내깊숙한곳까지전달해주는장치 출처 : alamy.com 14

15 제로에너지빌딩을만드는기술패시브기술들 7) 옥상녹화 ➊ 기술의정의 건물이햇빛으로부터받는열을차단 ( 하절기일때 ) 하거나방출하는열을흡수 ( 동절기일때 ) 하기위하여건물옥상에식물을심는기술옥상에심은식물들이증산작용 1) 시주변의열을흡수하기때문에건물의열을흡수하는효과가있음 옥상녹화를적용시기존건물의옥상에비하여최고 3 C 낮은온도를유지가능하며건물의냉난방에너지를최대 15% 까지저감이가능함 ➋ 기술의원리및적용방법 옥상녹화는이용목적과건축공학적조건, 조성방식에따라중량형녹화 2), 경량형녹화 3), 혼합형녹화 4) 등으로구분됨옥상녹화는방수층 5), 방근층 6), 배수층 7), 여과층 8), 식재기반층 9), 식생층 10) 등으로구성됨식물의뿌리가방수층을방해할수있으므로적절한방근대책이필요함건물하중의부담을줄이기위하여경량토를사용함 [ 옥상녹화유형 ] 중량형녹화 1) 증산작용 식물의잎, 줄기, 뿌리와같은부분에서수증기를밖으로내보내는현상 2) 중량형녹화사람의이용을목적으로하는옥상녹화로구조적안전성이충분한신축건물에적용이가능한유형. 정기적으로관수나영양공급등의관리가필요함 3) 경량형녹화사람의이용을고려하지않는옥상녹화유형으로자생적으로생육이가능한식물을이용한형태. 최소한의노력으로유지가가능함 4) 혼합형녹화중량형과경량형녹화의혼합유형으로, 이용및식물의다양성은중량형녹화에비하여제한적이나관리가상대적으로쉬운형태임 경량형녹화 혼합형녹화 출처 : 부산광역시도시농업정보 5) 방수층건축물구조체내부로의수분의습기유입을차단하는기능을하는층으로가장핵심적인구성요소 6) 방근층식물의뿌리가하부에있는구성요소로침입하거나관통하는것을방지하는기능을하는층으로방수및방근기능을겸하는방수 / 방근층으로조성하기도함 15

16 제로에너지빌딩을만드는기술패시브기술들 그외옥상녹화시고려해야할사항은아래그림과같음 [ 옥상녹화시고려해야할물리적측면 ] 출처 : 부산광역시도시농업정보 ➌ 기술적용예시 [ 중량형옥상녹화시설 ] 대구광역시서구청에설치된중량형옥상녹화단지 출처 : 한국도시녹화 [ 경량형옥상녹화설비 ] 출처 : 한국도시녹화 서울특별시아산병원에설치된저관리경량형옥상녹화단지 7) 배수층 배수층은옥상녹화에서발생하는수분을옥상배수로로배출하는역할을하는층 8) 여과층토양및미세입자들이배수층에쌓여물의배출을방해하는현상을방지하기위하여설치한층 탐구활동 1 각옥상녹화방법 ( 중량형, 경량형, 혼합형 ) 의장단점은무엇일까요? 2 옥상녹화방법이하절기건물의냉방에너지를줄이는원리는무엇일까요? 3 옥상녹화방법이동절기건물의난방에너지를줄이는원리는무엇일까요? 4 옥상녹화조성시반드시고려해야할물리적요소들은무엇일까요? 9) 식재기반층식물뿌리의생장에필요한공간을제공하고영양과수분을공급하는핵심구성요소층 10) 식생층옥상녹화의표면을구성하는층으로녹화유형에맞는다양한식물들로구성된층 16

17 제로에너지빌딩을만드는기술액티브기술들 1) 고효율보일러 ➊ 기술의정의 가정에서사용하는전체에너지중 1/3 이상을차지하는난방에너지의절약을위하여실내난방과온수공급두가지역할을동시에하면서높은효율을가진보일러를사용하는기술 ➋ 기술의원리및적용방법 고효율보일러는배기가스 1) 에포함된수증기의열을여러번재사용하는콘덴싱 2) 열교환 3) 기술과, 수증기에포함된열을회수하여재활용하는폐열회수 4) 기술등을이용하여효율을높임콘덴싱열교환기술은배기가스의수증기에포함된열을응축 5), 회수하여배기가스온도를낮추는기술이며, 폐열회수기술은배기가스와연소용공기를열교환시킴으로써연소용공기를예열 6) 하는기술임 동일한성능의보일러라도부분부하운전시운전효율이달라질수있으므로과설계가되지않도록적정용량의기기를계획해야함 [ 일반보일러와콘덴싱보일러의작동원리 ] 1) 배기가스 물질이연소 합성 분해될때발생되는기체성물질로배출가스라고도함 일반보일러 콘덴싱보일러 2) 콘덴싱보일러외부로빠져나가는열을모아서다시난방 / 온수가열에활용하는방식 3) 열교환고온의유체와저온의유체사이에서서로열을주고받는것 4) 폐열회수폐기되는고온의물, 증기, 가스등의열을회수하여재활용하는것 탐구활동 1 우리주변에서많이사용되는콘덴싱보일러에는어떤제품들이있을까요? 2 보일러종류별고효율장비가되기위한최소보일러효율은각각몇 % 일까요? 5) 응축기체가액체로변하는현상 6) 예열물질을어느온도까지미리가열해두는것 17

18 제로에너지빌딩을만드는기술액티브기술들 2) 고효율가전기기 ➊ 기술의정의 에너지효율이높은가전제품으로더적은에너지를사용하는뛰어난성능의제품들을의미함가전제품중에너지사용량이큰에어컨의경우 5등급제품보다 1등급제품을사용할시약 30~40% 가량에너지절약이가능함 ➋ 기술의원리및적용방법 고효율가전기기는일반가전제품들중에너지소비효율등급 1) 이높은제품들로각제품마다에너지효율을높이기위한별도의기술을적용함보일러의경우앞서고효율관련기술로콘덴싱기술, 폐열회수기술등이있으며조명기구의경우 LED 조명등이있음가전제품별에너지소비효율등급은 효율관리기자재운용규정 에의거하여결정되며, 제품별로다른기준이적용됨 에너지소비효율등급라벨 2) 은아래그림과같으며라벨을통해효율등급, 소비전력량, 이산화탄소배출량, 세부제품정보, 연간에너지비용을확인할수있음 [ 에너지소비효율등급라벨상의정보 ] 1) 에너지소비효율등급표시제도 제품을에너지소비효율또는에너지사용량에따라 1~5 등급으로구분하여표시하고, 에너지효율하한선인최저소비효율기준 (MEPS: Minimum Energy Performance) 3) 을적용하는의무제도임 2) 에너지소비효율등급라벨에너지소비효율등급라벨은에너지절약형제품에대한변별력향상을통해고효율제품의보급을촉진하기위하여제품의효율에따라 1~5등급으로나누어표시하는라벨임 탐구활동 1 가정에서자주사용되는에어컨, 냉장고, 세탁기의최저소비효율기준은각각얼마일까요? 2 에어컨, 냉장고, 세탁기제품의고효율기술은무엇이있을까요? 3) 최저소비효율기준효율관리기자재의효율개선및고효율제품보급확대를위하여일정효율수준이하또는일정소비전력량수준이상제품의생산, 판매를제한하고자설정한최저소비효율을의미함 18

19 제로에너지빌딩을만드는기술액티브기술들 3) 폐열회수환기장치 ➊ 기술의정의 외부에서유입되는차가운공기와실내에서외부로버려지는더운공기의열교환을통해실내에공급되는공기의온도를올려주는장치실내의오염된공기와실외의신선한공기를직접혼합하지않고열만교환하는방식폐열회수환기장치를거친외부공기는열교환을통해일정온도로상승되어실내로공급되기때문에보일러혹은기타난방장치의사용으로인한난방에너지를절감할수있음 ➋ 기술의원리및적용방법 일반적으로환기장치는판형열교환기 1) 와원형 ( 로터리 ) 열교환기로나뉨판형열교환장치는다수의관으로이루어진판을서로엇갈린방향으로여러겹쌓아그사이로실내에서배출되는공기과실내로유입되는공기를통과시켜서로열을교환하도록설계한장치임원형 ( 로터리 ) 열교환장치는원형의열교환소자 2) 가지속적으로회전하면서절반구간에서실내공기가통과되어나갈때열기와습기를저장해두었다가, 다른쪽절반구간에서외부공기가그원판을통과해들어올때이를다시전달해주는방식 열교환기는열만교환하는지수증기까지교환하는지에따라현열 교환기 3) 와전열교환기 4) 로구분할수있음 [ 폐열회수환기장치종류 ] 1) 열교환기 온도가다른 2 개의유체를전열면사이에두고흐르게하여고온의유체가가진열을저온의유체로전달하는장치 판형열교환장치 현열교환기 원형열교환장치 전열교환기 출처 : 한국패시브건축협회기술자료 2) 열교환소자배출되는공기의열을잠시저장하여유입되는공기에저장한열을전달하는역할을하는소자 3) 현열열교환기온도만교환되는열교환기 4) 전열열교환기온도와습기가교환되는열교환기 19

20 제로에너지빌딩을만드는기술액티브기술들 급기 5) 측에필터 6) 를설치하여오염물질을제거한신선한공기를실내로공급할수있으나필터의효율이좋을수록압력손실 7) 이발생하여공기를끌어들이는데더많은동력이필요하므로적절한설비계획이필요함 80% 이상의열교환효율을갖는환기장치를고효율기자재로인정하고있음 ➌ 기술적용예시 [ 소규모폐열회수형환기장치 ] 서울시송파구의사무소에설치된폐열회수형환기장치 출처 : 한국패시브건축협회 [ 소규모폐열회수형환기장치 ] 경기도수원의교회건물에설치된폐열회수형환기장치 출처 : 천주교수원교구건설본부 5) 급기 실내에공급되는공기또는공기조화나환기장치등에서각실에외부공기를처리하여보내준공기 탐구활동 1 우리나라 4 계절중에폐열회수환기장치의효과로에너지절감이제일큰계절은언제일까요? 2 열교환소자의종류에는어떤것들이있을까요? 3 동절기에낮은외부공기를폐열회수환기장치에사용하기위해서추가로필요한설비에는무엇이있을까요? 6) 필터공기로부터먼지나각종입자를제거해주는작은구멍이형성된여과지 7) 압력손실유체가관내를흐르거나장치를통과할때에유체마찰로인해생기는압력저하를말함 20

21 제로에너지빌딩을만드는기술액티브기술들 4) 고효율 LED 조명 ➊ 기술의정의 LED 조명은성향이다른반도체간결합으로 ((-) 성향의반도체와 (+) 성향의반도체 ), 전류를흘렸을때전자 1) 와정공 2) 이결합하면서발산하는빛을이용하는조명임 LED 조명의사용전력은일반조명대비 1/5 수준이며, 수명도 15배에달하기때문에에너지및자원절약측면에서우수함 ➋ 기술의원리및적용방법 LED(Light Emitting Diode) 는발광 3) 다이오드의약자로전류를가하면빛을발광하는반도체소자임 LED 는전기의정공 (+) 이움직이는 P형반도체와전자 (-) 가움직이는 n형반도체를접합시켜전기를흐르게하며, 정공과전자가결합하여빛의형태로발광하는원리임정공과전자가결합하면서에너지를발산하는데에너지에따라빛의색상이결정됨. 에너지가크면보라색계통의빛을, 에너지가작으면붉은색계통의빛을발생함 LED 조명은빛을발광하는광원부 (LED 소자 ), 전압을인가하는구동회로부 ( 컨버터 ), 조명의기구부 ( 렌즈및반사판 ) 와방열부 ( 방열판 ) 로구성됨 [LED 조명의구성요소 ] 1) 전자음 (-) 전하를가지는질량이아주작은입자로모든물질의구성요소 2) 정공양 (+) 전하를가진전자와같은거동을하는가상입자로, p형반도체에서전류를운반하는것을말함 3) 발광물질이광, 열, 방사선이나전기적, 기계적자극등의물리적또는화학적자극등에의해온도방사와는다른광을발생하는현상을의미함 21

22 제로에너지빌딩을만드는기술액티브기술들 구동회로부는컨버터를통해공급된교류 (AC) 를직류 (DC) 로변환하여전력을공급하는역할을함방열부는방열판 (Heat sink) 을통해 LED 램프의온도를일정온도로유지시켜수명저하를방지하는역할을함기구부는렌즈및커버등으로광원으로부터나오는빛을효과적으로배광하는부분이며, 형태나모양에따라다양한모양의빛구현이가능함 ➌ 기술적용예시 [LED 조명을적용한체육시설 ] 에너지절약및사용자의쾌적성을위하여 LED 조명을설치한청주시체육시설 출처 : 청주일보기사중 [LED 조명을설치한복지시설 ] 에너지절약및전력효율향상을위해 LED 조명을설치한예산군사회복지시설 출처 : 중도일보기사중 탐구활동 1 일반조명과비교했을때 LED 조명이가지는장점은무엇이있을까요? 2 LED 조명이만들어낼수있는빛의색깔은무엇이있을까요? 3 고효율 LED 조명이갖는친환경효과에는무엇이있을까요? 22

23 제로에너지빌딩을만드는기술액티브기술들 5) 태양광발전 ➊ 기술의정의 태양광발전은태양의빛에너지를변환시켜전기를생산하는발전기술로햇빛을받으면광전효과 1) 에의해전기를발생하는태양전지 2) 를이용한시스템임자연에너지인태양에너지를활용하기때문에에너지원이무한하며, 수명이길고, 유지보수가용이한장점이있음 ➋ 기술의원리및적용방법 태양광발전은태양전지에서발생하는광전효과를통하여전기를생산함태양전지는전기적성질이다른 N형 (Negative) 의반도체와 P형 (Positive) 의반도체를접합시킨구조이며, 2개의반도체의경계부분을 PN 접합이라고함태양전지에태양광이도달하여전지속으로흡수되면태양에너지에의해전지속에서정공 (+) 과전자 (-) 의전기를갖는입자가발생함 전자 (-) 는 N형반도체쪽으로, 정공 (+) 은 P형반도체쪽으로이동하면서전위 3) 가발생하여전류가흐르게되며, 이를통해전기가생산됨태양광발전패널 ( 태양전지 ) 의설치각도에따라발전효율에차이가발생하므로태양광을가장효과적으로흡수할수있는태양광발전설치계획이필요함 [ 태양전지의전기생성원리 ] 1) 광전효과물질에일정한진동수이상의빛을비추었을때, 물질의표면에서전자 (-) 와정공 (+) 이분리되는현상 2) 태양전지태양에너지를전기에너지로변환할목적으로제작된전지 N 형반도체 전극 전극 P 형반도체 3) 전위전기장내의단위전하가갖는전기적위치에너지로단위로는 V(Volt) 를사용함 23

24 제로에너지빌딩을만드는기술액티브기술들 지면에설치하는기존의설치방식과함께건물의벽면외피재료에태양광발전시스템을결합한건물일체형태양광발전시스템 (BIPV) 4) 이활용되고있음태양광발전시에발생하는열을재활용할수있는태양광 / 열 (PV/T) 발전시스템 5) 도국내에서조금씩활용되고있음 ➌ 기술적용예시 [ 고정식태양광발전 ] 지면에태양광모듈을설치하여발전하는방식 지면과태양광모듈이이루는각도조절이불가능한방식 출처 : 한국에너지공단, 2016 신재생에너지이해 [ 태양광발전을활용한주택 ] 건축물에태양광발전을적용한형태로지붕에태양전지를부착하여발전하는방식 출처 : 한국에너지공단, 2016 신재생에너지이해 탐구활동 출처 : 이투뉴스, 판교 SK 케미칼사옥 [ 건물일체형발전 (BIPV)] 건축물의외피마감재료로태양광모듈을적용한발전시스템 4) 건물일체형태양광발전시스템 건물일체형태양광발전시스템 (BIPV, Building Integrated Photo -voltaic System) 의약자로건축물의외피마감재료로태양광모듈을적용한발전시스템 5) 태양광 / 열발전시스템태양광발전시스템 (Photovoltaic) 과태양열시스템 (Solar Thermal) 을혼합한시스템으로패널앞면에서전기생산시에발생하는열을패널뒤쪽에서물, 공기를통해회수하는시스템 1 태양광발전효율을최대로높일수있는설치각도및방위는어떻게될까요? 2 일반태양광발전모듈과건물일체형으로설치된모듈의효율은어떤차이가있을까요? 3 국내에현재설치된태양광발전단지들은어디에위치해있을까요? 24

25 제로에너지빌딩을만드는기술액티브기술들 6) 풍력발전 ➊ 기술의정의 바람이가진에너지를활용하여전기를생산하는발전기술바람이부는곳에서만발전할수있다는단점이있으며, 바람의양이일정하게많이부는지역에서발전효율이높음태양광과같이무한한에너지원이며우리나라의제주도나대관령과같이바람이일정하면서많이부는곳에설치한다면많은양의전기를생산할수있는신재생에너지설비임 ➋ 기술의원리및적용방법 바람이풍차의회전날개를돌리면날개와연결된발전기가전기를생산하는방식임외부에서불어오는바람의힘을이용하여풍차날개를돌리고운동량변환장치를통해동력전달장치로에너지를이송시킴풍차날개는바람의운동에너지를기계적회전력 1) 으로변환시키며, 동력전달장치는입력된에너지를증폭시키는역할을함 동력변환장치 ( 발전기 ) 에서운동에너지를전기에너지로변환시키고생산된전기에너지는축전기 2) 에저장되거나사용됨동력변환장치 ( 발전기 ) 는기계적회전력을전기에너지로변환시키며, 전력변환장치에서직류전기를교류전기로변환시킴 [ 풍력발전기의구조 ] 회전날개중심부발전기회로망접속 1) 회전력 회전체를회전시키려는토크 (torque), 혹은단순히회전시키려고하는힘을말하기도함. 토크는계측기에서회전부분에작용하는회전모멘트 3) 를의미함 2) 축전기두금속에서의정전기유도현상을이용하여대전된전하를모아두는장치를축전기라하며축전기에전하를저장하는현상을충전이라고함 3) 모멘트회전시키려는능력, 효과를의미하며모멘트의크기는힘의크기와회전의중심으로부터의거리의곱임 25

26 제로에너지빌딩을만드는기술액티브기술들 풍력발전기는풍차날개회전축의방향에따라수평형풍력발전기와수직형풍력발전기로구분됨수직형풍력발전기는바람의방향에영향을받지않는다는장점이있지만, 설치비가비싸고수평형발전기에비해효율이떨어지는단점이있음수평형풍력발전기는구조가간단하여설치하기용이하나바람의방향에영향을받으므로이를고려해서설치되어야함수평형풍력발전기는주로발전규모가큰발전시스템에적용되며수직형풍력발전기는 100kW급이하의발전시스템에주로적용됨 ➌ 기술적용예시 [ 대관령에설치된풍력발전기 ] 강원도대관령백두대간위에설치된풍력발전기지 수평형풍력발전기 출처 : 조선지역신문중 [ 제주도해상에설치된풍력발전기 ] 제주도북제주군한경면바다위에설치된해상풍력발전기지수평형풍력발전기 출처 : 중앙일보기사중 탐구활동 1 풍력발전소를설치하기위한지역적조건은무엇일까요? 2 풍력발전기의동력변환장치 ( 발전기 ) 에서운동에너지를전기에너지로변환시키는원리는무엇일까요? 3 주변에서찾아볼수있는간이풍력발전기는무엇이있을까요? 26

27 제로에너지빌딩을만드는기술액티브기술들 7) 연료전지 ➊ 기술의정의 수소와산소의화학반응을통해직접전기에너지를생산하는기술현재는수소의가공이어려워천연가스 1) 를연료로사용하며, 항상일정한열이필요한곳에서사용해야높은효율을얻을수있음수소와산소를이용하여오염물질을배출하지않는친환경기술로날씨와환경에상관없이항상전기를생산가능하며, 설치장소에제한이없음전기를생산하면서발생한열을온수및난방으로이용가능함 ➋ 기술의원리및적용방법 수소와산소가전기화학반응 2) 에의해직접발전하는원리연료전지의단위전지는연료극, 전해질 3) 층, 공기극으로이루어져있으며연료극 (+ 극 ) 에공급된수소는수소이온과전자로분리됨수소이온은전해질층을통해공기극으로이동하고전자는외부회로를통해공기극으로이동함공기극 (- 극 ) 쪽에서산소이온과수소이온이만나반응생성물 ( 물 ) 을생성함최종적인반응으로수소와산소가결합하여전기, 물및열을생성함발전효율이 30~40%, 열효율 40% 이상으로총 70~80% 의효율을갖는발전기술임 연료전지는전해질의종류에따라알카리, 인산형, 용융탄산염형, 고체산화물형, 고분자전해질형, 직접메탄올형등으로구분됨 ❸ 전자 (e) 수소 (H 2 ) ❶ ❷ 연료극공기극전해질 ❹ [ 연료전지의구조 ] 전자 (e) 산소 (O 2 ) 물 (H 2 0) ❶ 연료극에서수소가수소이온과전자로분해 ❷ 수소이온은전해질을거쳐전류를발생 ❸ 전자는외부회로를거쳐전류를발생 ❹ 공기극에서수소이온과전자, 산소가결합해물이된다 1) 천연가스 천연적으로지하로부터발생하는가스로탄화수소를주성분으로하는가연성가스에한정함 2) 전기화학반응전기에너지와화학변화의관계를취급하는화학반응의하나로, 화학반응식중에반드시전자가참가하는형태 3) 전해질물등의용매에녹아서이온으로해리되어전류를흐르게하는물질 27

28 제로에너지빌딩을만드는기술액티브기술들 ➌ 기술적용예시 [ 연료전지발전시설 (5kW)] 경기도안산시올림픽기념관내에설치된연료전지발전시설 출처 : 미래한국기사중 [ 연료전지가결합된보일러 ] 콘덴싱보일러와연료전지를결합한발전기술로도시가스를이용하여전기와열을생산하는발전장치보일러기능이포함되어발전과난방을이룰수있는형태 출처 : 이투뉴스, GS 퓨어셀 [ 연료전지발전소 ] 경기도화성시에위치한세계최대규모의연료전지발전소 출처 : 발전산업신물기사중 탐구활동 1 수소는기체상태로저장하고있어서단위부피당수소저장밀도가낮은문제가있습니다. 이를해결하기위한개선책은무엇이있을까요? 2 전해질종류별연료전지들의각각의특징은무엇일까요? 3 연료전지가가장많이쓰이는분야는어디일까요? 28

29 제로에너지빌딩을만드는기술액티브기술들 8) 지열을이용한냉방 / 난방장치 ➊ 기술의정의 지열에너지는토양, 지하수, 지표수등이태양복사열 1) 또는지구내부의마그마열에의해보유하고있는에너지를의미함지열에너지의열을이용하여난방 / 냉방을하는경우를직접이용기술, 지열에너지의열을이용하여전기를생산하는경우, 간접이용기술로분류함날씨, 계절등외부환경의영향을크게받지않는장점이있음 ➋ 기술의원리및적용방법 지하 100~150m 길이는외부온도에상관없이약 15 C 로일정한온도를유지하고있으므로여름에는땅속이지상보다시원하고, 겨울에는지상보다땅속이따뜻함여름철에지상보다지중의온도가낮고, 겨울철에지상보다지중의온도가높은계절별온도차를이용하는것이지열에너지의원리임지중열교환기를설치하여겨울에땅속에저장된열을건물로전달하고, 여름에는건물로부터열을빼앗아땅속으로열을보내는일을수행함건물냉난방부하및지역여건에따라다양한종류의지중열교환기설치가가능하며, 지열을회수하는파이프 ( 열교환기 ) 회로구성에따라밀폐형 (closed-loop) 과개방형 (open-loop) 으로구분됨 [ 개방유무에따른지열시스템의구성도 ] 1) 태양복사열 태양광선이지구표면에도달하여발생하는복사열을의미함 29

30 제로에너지빌딩을만드는기술액티브기술들 밀폐형은파이프내에는지열을회수하기위한열매가순환되며, 루프의형태에따라수직, 수평루프시스템으로구분밀폐형은수직으로 100~150m, 수평으로는 1.2~1.8m 정도깊이로묻히게되며상대적으로냉난방부하가적은곳에사용개방형은수원지, 호수등에서공급받은물을운반하는파이프가개방되어있는것으로풍부한수원지가있는곳에서적용가능함개방형은파이프내에서직접지열이회수되므로열전달효과가높고설치비용이저렴한장점이있으나밀폐형에비해운전유지보수주의가필요함 ➌ 기술적용예시 [ 복사냉난방적용패시브하우스 ] 주택바닥에파이프를매립해바닥표면으로복사면을활용, 냉난방하는패시브하우스지열을이용하여에너지절약을유도 출처 : 냉난방공조신재생녹색건축전문저널칸 [ 시설원예용지중열냉난방시설 ] 연중일정한온도를유지하는지하수를열원수조에저장하고히트펌프를이용해온, 냉수를생산하는냉난방시스템 출처 : 아시아투데이기사중 탐구활동 1 수직형지열시스템과수평형지열시스템에적합한지형조건은무엇일까요? 2 개방형지열시스템운영시유지보수측면에서주의해야할점은무엇일까요? 3 태양광, 풍력발전과비교했을때지열발전이가지는장점은무엇일까요? 30

31 제로에너지빌딩을만드는기술액티브기술들 9) 태양열을이용한냉방 / 난방장치 ➊ 기술의정의 태양에너지를열로흡수하여에너지로이용하는기술태양열을이용하여물을가열한다면가스나전기를사용하지않아도난방또는급탕 1) 용온수를얻을수있으며, 소음과공해가없는장점이있음태양열에너지는에너지밀도 2) 가낮고계절별, 시간별변화가심하므로집열 3) 과축열 4) 기술이가장기본이되는기술임 ➋ 기술의원리및적용방법 광전효과로전기를생산하는태양광발전과달리태양열기술은집열판을통해집열판내의물등의온도를직접올려건물난방이나온수로사용하는기술임태양열시스템은집열부, 축열부, 이용부, 제어장치등으로구성되며태양열집열기술, 축열기술, 시스템제어기술, 설계기술등이핵심기술임구성요소간열전달방법에따라설비형 (Active) 시스템과자연형 (Passive) 시스템으로구분 설비형시스템은별도의집열기와열매체구동장치를활용하여태양열을집열하는방식으로열매체구동장치의유무에따라자연순환형과강제순환형으로구분자연형시스템은동력또는기타설비를설치하지않고건물구조물을활용하여태양열을집열하는방식임 [ 태양열시스템구성도 ] 1) 급탕 보일러설비로가열한온수를세면실, 샤워실, 목욕탕, 주방등필요한곳의급수선에공급하는것 2) 에너지밀도단위체적중에포함되는에너지량혹은단위면적당의에너지량 3) 집열태양열을모으는것 4) 축열열을축적하는것으로축열조로의축열, 실온변동에의해생기는구조체로의축열, 일사등의복사열의축열등이있음 31

32 제로에너지빌딩을만드는기술액티브기술들 집열또는활용온도에따라저온용, 중온용, 고온용으로분류되며, 이용분야는태양열온수급탕시스템, 태양열냉난방시스템, 태양열산업공정열시스템, 태양열발전시스템등이있음태양열집열기는평판형집열기 5) 가가장많이사용되는형태이며, 그외에진공관형집열기 6), PTC형집열기 7), CPC 집열기, Dish형집열기 9), CRS 10) 등이있음 ➌ 기술적용예시 [ 진공관형태양열시스템 ] 광주서구문화센터에설치된진공관형태양열시스템 출처 : 한국에너지공단, 2016 신재생에너지이해 [ 평판형태양열시스템 ] 강원도인제시건축물에설치된평판형태양열시스템 5) 평판형집열기 가장많이사용되는집열기로서평판형형태임 출처 : 한국에너지공단, 2016 신재생에너지이해 6) 진공관형집열기투과체내부를진공으로만들어그내부에흡수판을위치시킨집열기 7) PTC형집열기포물선형상의반사판이있고그가운데흡수판역할을하는집열관이있는형태임 탐구활동 1 태양광발전과태양열발전의장단점은무엇일까요? 2 태양열발전의효율을높일수있는방법은무엇이있을까요? 3 설비형 (Active) 시스템과자연형 (Passive) 시스템의차이점은무엇이고각각의장단점은무엇일까요? 8) Dish형집열기일사광선이한점에집광이될수있는접시모양의반사판이있는집광형집열기 9) CRS ( 타워형태양열발전시스템 ) 작동유체 ( 물, 증기, 용융염 ) 가집열기에서열을받아뜨거워져타워상부에서증기를생산하고이증기를이용하여지상의증기터빈을구동하여전력을생산하는발전시스템 32

33 제로에너지빌딩을만드는기술액티브기술들 10) 건물에너지관리시스템 ➊ 기술의정의 건물에너지관리시스템 (Building Energy Management System, BEMS) 은건축물의쾌적한실내환경유지와효율적인에너지관리를위하여에너지사용내역을모니터링하여최적화된건축물에너지관리방안을제공하는계측, 제어, 관리, 운영등이통합된시스템을의미함에너지를절감하는 ICT 1) 기반실시간건물에너지관리 Tool ➋ 기술의원리및적용방법 기존의유사한건물관리시스템 (BAS 2), FMS 3) ) 은각종설비기기에대한단순한상태감시와단편적인자동또는수동제어중심인반면, BEMS는수집된정보를분석하여건물특성에따라개선방안제시및자동제어를통해운영상태를최적화하는첨단시스템임 BEMS는크게 3가지기능으로구분할수있으며, 첫번째기능은건물에서사용하고있는에너지사용량을실시간으로계측하고사용자에게알려주는기능임두번째기능은각건물에서사용하고있는에너지사용량을분석하는기능이며이를통해건물의각설비의효율과실내외환경등을종합적으로분석하여에너지비용과에너지사용의최적점을찾을수있음마지막으로설비제어기능을통해에너지사용설비와연동하여계측- 분석된내용을제어함으로써건물에너지를최적으로관리할수있음 [BEMS 의개념 ] 1) ICT ICT 는정보통신기술 (Information and Communication Technology) 의약자로정보기술 (Information Technology, IT) 과통신기술 (Communication Technology, CT) 의합성어로정보기기의하드웨어및이들기기의운영및정보관리에필요한소프트웨어기술과이들기술을이용하여정보를수집, 생산, 가공, 보존, 전달, 활용하는모든방법을의미함 2) BAS Building Automation System의약자로건물에너지설비에대한상태감시및자동화된감시조작시스템 3) FMS Facility Management System의약자로건물정보, 자재, 작업, 인력, 도면, 시스템, 예산에대한관리보고서작성, 이에대한평가및분석등의기능을수행하는시스템 33

34 제로에너지빌딩을만드는기술액티브기술들 국가온실가스 4) 감축목표달성을위해서는건물운영단계에서의시스템적으로최적화된운영이필요함건물의운영단계에있어에너지사용량의세부분석및냉난방설비등의효율적인운영을위해 BEMS 도입으로체계적인관리가필요함 ➌ 기술적용예시 [ 건물에너지관리시스템구축화면 ] 경상북도영천시공공청사에설치된건물에너지관리시스템구축화면 출처 : 엘뉴스기사중 출처 : kt 스마트블로그 [ 사용자피드백시스템구축화면 ] BEMS 국책시범사업 (K- MEG) 으로이마트서울구로점에너지관제플랫폼, 수배전설비관리, 공조 AHU 등적용됨연 13.7% 의에너지절감목표를가짐 출처 : 베텍 [ 브라우저기반건물제어시스템 ] 2012 여수엑스포한국관에적용된빌딩에너지관리시스템 IBS 장비와연계되어에너지 ( 전력, 냉난방, 시수, 가스 ) 에대한자동집계및분석처리, 활용등에사용됨 탐구활동 1 BEMS 이외에건축물의에너지를관리해주는 Tool은무엇이있을까요? 2 기존 BAS와 FMS는어떤시스템일까요? 3 제로에너지빌딩에있어서 BEMS의역할은무엇이며, 중요한이유는무엇일까요? 4 BEMS 기술의단계는몇단계로어떻게나누어져있을까요? 4) 온실가스 지구온난화를일으키는원인이되는대기중의가스형태물질로태양또는지구복사에너지를흡수하여재방출하는특성을가지고있음 34

35 실제제로에너지빌딩사례 국내사례 사례 ➊ 판교제 2 테크노밸리기업지원허브 위치경기도성남시대지면적 22,754 m 2 사업주체및내용한국토지주택공사 / 지하 2층, 지상 8층에너지자립율 : 20.20% 추진일정준공 ( 17.10) 주요내용준공건물최초로제로에너지빌딩인증을획득. 연면적 8만m² 의대형건축물로서, 대규모건물의제로에너지빌딩실현가능성을보임. 창면적비최적화, 차양일체형외피적용을통한태양일사의최적이용으로조명사용감소, 고단열창호와외벽을통한건물의단열성증가. UES*, 태양광에너지, 지열을이용한냉난방으로건물에필요한에너지중약 20% 를신재생에너지이용. 적용기술 태양광에너지 고단열창호및외벽 지열히트펌프 차양일체형외피 UES 창면적비최적화 * UES : UPS(uninterruptible power supply) 와 ESS(energy storage system) 의합성어로정전시비상발전기역할을대용할수있으며, 야간의전기를저장하여주간전력피크와사용전력절감. 35

36 실제제로에너지빌딩사례 국내사례 사례 ➋ 송도힐스테이트레이크 위치인천시연수구대지면적 53,022` m 2 사업주체및내용현대건설 / 886세대, 지상 36층지하 2층주거공동주택, 에너지자립율 20% 이상추진일정준공예정 ( 18.07) 주요내용제로에너지빌딩시범사업으로선정된초고층공공주택으로서고층형제로에너지빌딩의대표적사례가됨. 법적기준보다 14% 향상된고단열, 고기밀건물외피를비롯, 고효율조명 (LED), 고효율냉난방기기뿐아니라태양광 (PV), 건물일체형태양광 (BIPV), 연료전지등신재생시스템을적용하였고, 공동주택용 BEMS 를개발및적용. 적용기술 태양광에너지 고단열창호및외벽 수소연료전지 고기밀 BEMS 고성능창호 폐열회수환기장치 고효율조명장치 36

37 실제제로에너지빌딩사례 국내사례 사례 ➌ 아산중앙도서관 위치아산시용화동대지면적 7,129 m 2 사업주체및내용아산시 / 지하 1층, 지상 5층비주거교육연구시설에너지자립율 : 27.77% 추진일정준공 ('18.1) 주요내용도서관최초의제로에너지빌딩. 용도의특성상실내환경의유지가중요한건축물의제로에너지빌딩화에대한가능성제시. 제로에너지빌딩인증외에도건축물에너지효율등급 1++, 녹색건축물일반등급, 패시브건축물인증을획득, 제로에너지건축물의모범사례로건립. 적용기술 태양광에너지 고단열창호및외벽 지열히트펌프 고기밀 고효율냉난방기기 고성능창호 폐열회수환기장치 외부전동차양 고효율조명장치 37

38 실제제로에너지빌딩사례 국내사례 사례 ➍ 정산기숙형중학교 위치충남청양군대지면적 36,500 m 2 사업주체및내용충남교육청 / 지하 1층, 지상 2층학급수 : 7학급 (129 명규모 ) 에너지자립율 : 100% 목표추진일정준공예정 ('19.3) 주요내용제로에너지빌딩시범사업중하나로, 학교로서최초의제로에너지빌딩인증을획득함. 건물일체형태양광 (BIPV), 지열을이용한냉난방등을이용하여 100% 에너지자립추진. 농촌의자연환경에부응할수있는에너지자립학교로설립. 적용기술 태양광에너지 고단열창호및외벽 지열히트펌프 고기밀 BEMS 고성능창호 외부전동차양 38

39 실제제로에너지빌딩사례 해외사례 사례 ➎ 후지사와시스마트타운 위치일본가네가와현후지사와시대지면적 190,000 m 2 사업주체및내용파나소닉 / 단독주택 (600 세대 ), 연립주택 (400 세대 ) 3000명거주, 신재생에너지이용률 30% 이상추진일정완공 ('20) 주요내용 100년지속가능한 스마트타운 을목표로한파나소닉의절전형미래도시실험일환. 자가생산 -자가소비 와에너지관리를통해친환경- 독립형에너지사용시스템구축. 수천명규모의후지사와시스마트타운은수만명규모의스마트시티의구성요소와동일하여스마트시티사업의소규모화가능성제시적용기술 태양광에너지 연료전지 BEMS 고효율조명장치 39

40 실제제로에너지빌딩사례 해외사례 사례 ➏ 도요타에코풀타운 위치일본도요타시대지면적 7,000 m 2 사업주체및내용도요타 / 단독주택 (67 가구 ) 추진일정준공 ('12) 주요내용도요타시스마트시티는가정부문 ( 가정 + 자동차 ) 에중점. 신축주택 67가구를중심으로태양광, ESS, 연료전지, HEMS, 전기자동차등으로구성. 연평균 49.1% CO2 절감효과. 차세대자동차를 3100대보급하여저탄소교통시스템을구축, 충전시스템및 EDMS를연계하여충전량의피크전력 30% 절감적용기술 태양광에너지 수소연료전지 40

41 실제제로에너지빌딩사례 해외사례 사례 ➐ 요코하마스마트타운 위치일본카나가와현요코하마시대지면적 60,000 m 2 사업주체및내용도시바 / 가정 4,200 세대, 대형빌딩 6개동등추진일정시범지역선정 ( 10.4) 실증종료 ('15.3) 주요내용요코하마스마트시티는전기에너지의효율적이용과다양한에너지를지역단위로관리하기위해구축한스마트시티실증단지. 지역에너지관리시스템 (CEMS) 를축으로빌딩, 가정, 전기차를유기적으로연계하는관리방안고찰적용기술 태양광에너지 연료전지 BEMS 고효율조명장치 41

42 서로이야기해봅시다 제로에너지빌딩이필요한이유는무엇이라고생각하시나요? 아래제로에너지빌딩의구성도를보고각각적용된기술을답하시오. 제로에너지빌딩을구성하는패시브기술및액티브기술이무엇인지얘기해봅시다. 제로에지빌딩의장점과단점을애기해봅시다. 제로에너지빌딩을많이만들수있는방법을얘기해봅시다. 42

43 부록 용어설명페이지 BAS CRS Building Automation System 의약자로건물에너지설비에대한상태감시및자동화된감시조작시스템 작동유체 ( 물, 증기, 용융염 ) 가집열기에서열을받아뜨거워져타워상부에서증기를생산하고이증기를이용하여지상의증기터빈을구동하여전력을생산하는발전시스템 Dish 형집열기일사광선이한점에집광이될수있는접시모양의반사판이있는집광형집열기 30 FMS ICT Facility Management System 의약자로건물정보, 자재, 작업, 인력, 도면, 시스템, 예산에대한관리보고서작성, 이에대한평가및분석등의기능을수행하는시스템 ICT 는정보통신기술 (Information and Communication Technology) 의약자로정보기술 (Information Technology, IT) 과통신기술 (Communication Technology, CT) 의합성어로정보기기의하드웨어및이들기기의운영및정보관리에필요한소프트웨어기술과이들기술을이용하여정보를수집, 생산, 가공, 보존, 전달, 활용하는모든방법을의미함 PTC 형집열기포물선형상의반사판이있고그가운데흡수판역할을하는집열관이있는형태임 30 개구부 벽이나지붕, 바닥등에뚫린구멍혹은그부분을총칭하는것으로채광, 환기, 조망등을위한창과출입을위한문으로구분됨 1 개폐면적실내의공기가외부로빠져나가는구멍의크기혹은그부분을총칭하는것 1 건물일체형태양광발전시스템 경량형녹화 건물일체형태양광발전시스템 (BIPV, Building Integrated Photovoltaic System) 의약자로건축물의외피마감재료로태양광모듈을적용한발전시스템 사람의이용을고려하지않는옥상녹화유형으로자생적으로생육이가능한식물을이용한형태. 최소한의노력으로유지가가능함 22 5 고측창눈높이보다높은위치에있는창또는천장가까이에만들어진채광용창 4 광덕트 외부에집광기를설치하여햇빛을채광하고이를실내로전송하기위해설치하는장비로빛의굴절을이용하기때문에흐린날씨에도실내채광이가능한장점이있음 3 광선반측창을통해들어온햇빛을굴절시켜실내부안쪽까지햇빛이유입되도록유도하는설비 3 광전효과 굴뚝환기 물질에일정한진동수이상의빛을비추었을때, 물질의표면에서전자 (-) 와정공 (+) 이분리되는현상 굴뚝효과를이용한환기구조. 굴뚝효과는실내와실외의온도차이로공기간의밀도차이가발생하게되어나타나는부력으로인하여기류가형성되는효과를의미함 21 2 금속산화물산소와결합된각종금속화합물의총칭 9 급기 실내에공급되는공기또는공기조화나환기장치등에서각실에외부공기를처리하여보내준공기 18 급탕보일러설비로가열한온수를세면실, 샤워실, 목욕탕, 주방등필요한곳의급수선에공급하는것 29 기밀시공건물을기밀하게시공하는방법에는건물외피를연속적으로끊어지지않게하는것이있음 7 기밀성능 기밀층 난연소재 공기, 가스등의기체가통하지않는성질혹은성능을의미하며다른표현으로는통기성능이있음. 기밀성 0 등급이가장기밀하며숫자가높아질수록기밀성능이낮음 기밀이확보된공간으로그역할에따라습기를막는층, 물을막는층, 공기를막는층, 물은막지만습기는투과하는층등으로구분가능함 가연성과불연성의중간성질로, 연소하기어려운재료들을의미하는단어로화재의확대를늦추거나또는멈추게하는처리를한물체의표면또는구조로되어있음

44 부록 용어 설명 페이지 냉난방부하 냉방혹은난방을하려고할때냉방해야할에너지량이나난방해야할에너지량을의미함 13 냉방부하 냉방설정온습도를유지하기위해제거해야할현열 ( 온도 ) 및잠열 ( 습도 ) 의전합계량을의미함 13 누기 건물외피, 창, 문등의틈새를통하여실내에서실외로공기가빠져나가는현상 7 로이유리 모멘트 유리표면에금속혹은금속산화물을얇게코팅한것으로열의이동을최소화시켜주는에너지절약형유리이며저방사 ( 낮은방사율 ) 유리라고도함. 회전시키려는능력, 효과를의미하며모멘트의크기와힘의크기와회전의중심으로부터의거리의곱임 9 23 반사블라인드블라인드날개를반사형재질로제작하여, 외부채광을실내깊숙한곳까지전달해주는장치 4 발광방근층방수층방위 물질이광, 열, 방사선이나전기적, 기계적자극등의물리적또는화학적자극등에의해온도방사와는다른광을발생하는현상을의미함 식물의뿌리가하부에있는구성요소로침입하거나관통하는것을방지하는기능을하는층으로방수및방근기능을겸하는방수 / 방근층으로조성하기도함 건축물구조체내부로의수분의습기유입을차단하는기능을하는층으로가장핵심적인구성요소 공간의어떤점이나방향이한기준의방향에대하여나타내는어떠한쪽의위치로, 자오선을기준으로남 ( 남극 ) 과북 ( 북극 ) 쪽을정하고그와수직인직선을기준으로동쪽과서쪽을정함 배기가스 물질이연소 합성 분해될때발생되는기체성물질로배출가스라고도함 15 배수층 배수층은옥상녹화에서발생하는수분을옥상배수로로배출하는역할을하는층 6 배출구 실내의공기가외부로빠져나가는구멍혹은그부분을총칭하는것 1 부력 중력이작용할때유체속에있는물체가유체로부터받는중력과반대방향의힘을의미함 1 부분부하운전 제품에서제공되는정격부하미만의부하로운전되는것을말함 16 불쏘시개 불을때거나피울적에불이쉽게옮겨붙게하기위하여먼저태우는물건 11 불연소재 재료의연소성이매우나쁜성질, 즉불에타지않는성질을가진재료들을의미하는단어로콘크리트, 기와, 유리등이이에포함됨 11 식생층 옥상녹화의표면을구성하는층으로녹화유형에맞는다양한식물들로구성된층 6 식재기반층 식물뿌리의생장에필요한공간을제공하고영양과수분을공급하는핵심구성요소층 6 아트리움 오피스빌딩이나대형건물등에서실내공간을유리지붕으로씌우는구조형태를지칭함 3 압력손실 유체가관내를흐르거나장치를통과할때에유체마찰로인해생기는압력저하를말함 18 압력차이 공기는압력차이에의해서이동하며, 양압 (+) 에서음압 (-) 으로이동함 1 에너지밀도 단위체적중에포함되는에너지량혹은단위면적당의에너지량 29 에너지소비효율등급라벨 에너지소비효율등급표시제도 에너지소비효율등급라벨은에너지절약형제품에대한변별력향상을통해고효율제품의보급을촉진하기위하여제품의효율에따라 1~5 등급으로나누어표시하는라벨임 제품을에너지소비효율또는에너지사용량에따라 1~5 등급으로구분하여표시하고, 에너지효율하한선인최저소비효율기준 (MEPS: Minimum Energy Performance) 을적용하는의무제도임 여과층토양및미세입자들이배수층에쌓여물의배출을방해하는현상을방지하기위하여설치한층 6

45 부록 용어설명페이지 열관류율 열교 열관류는고체벽으로구분된양측의유체온도가다를때온도가높은곳에서낮은곳으로고체벽을통해서열이이동하는현상을의미함. 열관류율은이러한열관류에의한관류열량의계수로, 단위표면적을통과하여단위시간에고체벽의양측유체가단위온도차로한쪽유체에서다른쪽유체로전하는열량을의미함 건물의단열이연속되어부착되어있지않는건축부위나열손실이상대적으로큰교차부위, 모서리, 이질재료와의접합부위를통해열손실이발생되는부위 9 10 열교환고온의유체와저온의유체사이에서서로열을주고받는것 15 열교환기 열교환소자 온도가다른 2 개의유체를전열면사이에두고흐르게하여고온의유체가가진열을저온의유체로전달하는장치 배출되는공기의열을잠시저장하여유입되는공기에저장한열을전달하는역할을하는소자 예열물질을어느온도까지미리가열해두는것 15 온실가스 지구온난화를일으키는원인이되는대기중의가스형태물질로태양또는지구복사에너지를흡수하여재방출하는특성을가지고있음 32 우레탄폼폴리우레탄수지를발포시킨상태에서고화시킨것으로내열성이뛰어난재료임 7 응축기체가액체로변하는현상 15 이중창이중으로만든창으로, 창과창사이에공기층이만들어져단열이나방음등의효과가있음 8 전기화학반응 전기에너지와화학변화의관계를취급하는화학반응의하나로, 화학반응식중에반드시전자가참가하는형태 25 전열열교환기 온도와습기가교환되는열교환기 17 전위 전기장내의단위전하가갖는전기적위치에너지로단위로는 V(Volt) 를사용함 21 전자 음 (-) 전하를가지는질량이아주작은입자로모든물질의구성요소 19 전해질 물등의용매에녹아서이온으로해리되어전류를흐르게하는물질 25 정공 양 (+) 전하를가진전자와같은거동을하는가상입자로, p 형반도체에서전류를운반하는것을말함 19 조도어떤면이받는빛의밝기로단위는럭스 (Lux) 를사용함 3 중량형녹화 중력환기 사람의이용을목적으로하는옥상녹화로구조적안전성이충분한신축건물에적용이가능한유형. 정기적으로관수나영양공급등의관리가필요함 주로시설내부와외부의온도차이로인하여환기가이루어지는방식. 따듯한공기는위로상승하고차가운공기는아래로하강하는부력에의하여환기가이루어짐 5 1 증산작용식물의잎, 줄기, 뿌리와같은부분에서수증기를밖으로내보내는현상 5 직달일사 대기중의수증기나작은먼지에흡수되거나산란되지않고, 태양으로부터직접지표면에도달하는일사를의미함 9 진공관형집열기투과체내부를진공으로만들어그내부에흡수판을위치시킨집열기 30 집열태양열을모으는것 29 차폐계수 3mm 맑은유리를통과하는직달일사의비율을의미함. 유리의색이나반사도에따라차이가있음 9

46 부록 용어설명페이지 천연가스천연적으로지하로부터발생하는가스로탄화수소를주성분으로하는가연성가스에한정함 25 천창최저소비효율기준축열축전기 채광또는환기를목적으로지붕에설치한창으로, 벽면의같은크기창문의 3 배의채광효과가있음 효율관리기자재의효율개선및고효율제품보급확대를위하여일정효율수준이하또는일정소비전력량수준이상제품의생산, 판매를제한하고자설정한최저소비효율을의미함 열을축적하는것으로축열조로의축열, 실온변동에의해생기는구조체로의축열, 일사등의복사열의축열등이있음 두금속에서의정전기유도현상을이용하여대전된전하를모아두는장치를축전기라하며축전기에전하를저장하는현상을충전이라고함 침기건물외피, 창, 문등의틈새를통하여실외에서실내로공기가침입하는현상 7 콘덴싱보일러외부로빠져나가는열을모아서다시난방 / 온수가열에활용하는방식 15 태양광 / 열발전시스템 태양광발전시스템 (Photovoltaic) 과태양열시스템 (Solar Thermal) 을혼합한시스템으로패널앞면에서전기생산시에발생하는열을패널뒤쪽에서물, 공기를통해회수하는시스템 22 태양복사열태양광선이지구표면에도달하여발생하는복사열을의미함 27 태양열취득계수 태양광을유리가얼마큼차단하는지를나타내는계수로 0~1 범위를가지며낮은 SHGC 일수록태양열획득이적음 9 태양전지태양에너지를전기에너지로변환할목적으로제작된전지 21 통줄눈 투습 팽창밴드 벽돌쌓기, 블록쌓기등에서세로줄눈이 2 단이상상하로통하는것으로강도면에서는약한쌓기방식임 건물의벽양측혹은어떤경계면의양측에수증기압차가있는경우, 수증기압이높은곳에서낮은곳으로습기가이동하는현상혹은과정 틈새기밀테이프로벽체와창호사이의기밀층시공에사용되며, 방수, 방풍, 방음성능이우수함 평판형집열기가장많이사용되는집열기로서평판형형태임 30 폐열회수폐기되는고온의물, 증기, 가스등의열을회수하여재활용하는것 15 풍력환기주로외부에서불어오는바람에의하여환기가이루어지는방식 1 프로젝트창 아래그림과같이창을외부로밀어서개방하는방식의창으로기밀성및단열성이높은장점이있음 2 필터공기로부터먼지나각종입자를제거해주는작은구멍이형성된여과지 18 현열열교환기온도만교환되는열교환기 17 현휘 혼합형녹화 회전력 시야내에휘도가높은광원, 반사물체등이있어이들로부터의빛이눈에들어와대상을보기어렵게하거나눈부심으로불쾌감을느끼는상태로글레어 (Glare) 라고도함 중량형과경량형녹화의혼합유형으로, 이용및식물의다양성은중량형녹화에비하여제한적이나관리가상대적으로쉬운형태임 회전체를회전시키려는토크 (torque), 혹은단순히회전시키려고하는힘을말하기도함. 토크는계측기에서회전부분에작용하는회전모멘트를의미함