제출문 본보고서를 탄소배출제로연구동에너지성능평가및최적화연구 (Ⅲ) 과제의최종보고서로제출합니다 국립환경과학원장귀하 주관연구기관명 : 티이에스연구책임자 : 조상훈참여연구원 : 박재완 ( 티이에스 ) 한승현 ( 대전대학교 ) 김법전 ( 대전대학교 ) 이현

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1 최종보고서 탄소배출제로연구동에너지성능평가및 최적화연구 (Ⅲ)

2 제출문 본보고서를 탄소배출제로연구동에너지성능평가및최적화연구 (Ⅲ) 과제의최종보고서로제출합니다 국립환경과학원장귀하 주관연구기관명 : 티이에스연구책임자 : 조상훈참여연구원 : 박재완 ( 티이에스 ) 한승현 ( 대전대학교 ) 김법전 ( 대전대학교 ) 이현승 ( 대전대학교 ) 이도형 ( 한밭대학교 ) 윤석현 ( 한밭대학교 )

3 탄소제로배출제로연구동 에너지 성능평가 및 최적화 연구 (Ⅲ)

4 목차 서론 연구의필요성및목적 가 연구의필요성 나 연구의목적 연구의범위및내용 가 연구의범위 나 연구의내용 연구의방법및제한점 가 연구의방법 나 연구의제한점 탄소제로건물의국 내외동향 탄소제로건물의국내동향 탄소제로건물의해외동향 가 영국 나 미국 다 일본 라 유럽연합 마 노르웨이 라 말레이시아 탄소배출제로연구동의건축개요및모니터링방법 기후변화연구동의건축개요 기후변화연구동의설비현황및모니터링구성 가 전기계통및모니터링시스템현황 나 태양광발전시스템현황및모니터링시스템구성

5 다 태양열시스템현황및모니터링시스템구성 라 지열히트펌프모니터링시스템현황 기후변화연구동의모니터링방법및매뉴얼 가 기계실의전기에너지소비량모니터링방법 나 기계실을제외한전기에너지소비량모니터링방법 다 하이브리드태양열시스템모니터링방법 라 지열히트펌프시스템모니터링방법 차년도에너지성능평가 년간의기후변화연구동자립률분석 차년도기후변화연구동의전력소비량분석 가 연간전력사용패턴분석 나 월별전력소비량 다 에너지요소별전력소비량 기후변화연구동의태양광발전량분석 가 태양광발전량분석 나 년간의태양광발전성능분석 지열히트펌프의냉 난방작동성능분석 가 냉 난방전력사용량분석 나 하절기히트펌프성능분석 다 동절기히트펌프성능분석 태양열급탕시스템의급탕성능분석 가 온수사용패턴분석 탄소제로빌딩구현을위한가이드라인 기본계획단계에서의방향설정 적용기술에대한평가방법 탄소제로빌딩구현을위한지침서요약

6 결 론 참고문헌

7 요약문 국내총에너지소비량의 이상 에너지경제연구원자료 을차지하고있는건물분야에서의에너지저감을위해지금까지많은연구가진행되어왔다 년대이전에는주로고단열외피 고성능창호와같은건물에너지절약요소에의존적이었으나기후변화협약이행을위한최근일련의연구및실행방안은 제로에너지건물 탄소중립건물 친환경건물 등건물에너지대부분을자립하는에너지자립형건물에초점이맞춰지고있다 이를위해서단순히건물에너지절약기술만으로는근본적인대비책의한계에도달했다고볼수있다 따라서에너지자립형건물을위해서는에너지절약기술과신재생에너지기술이동시에적용되는기술개발이필요하다 따라서본연구사업은세계최초의탄소제로업무용시설인기후변화연구동완공으로기존의시뮬레이션과수치해석을기반으로이루어지고있는연구시스템에서탄소제로건물의모니터링분석과환경성능실험을통해건물의복합적인에너지절약기술이적용된탄소제로빌딩의통합에너지성능평가와실내건축환경성능을분석함으로써향후탄소제로를목적으로하는업무용시설의설계및시공 운용에필요한기초데이터수집은물론 향후지어지는탄소제로빌딩건립을위한가이드라인제작에그목적이있다 국립환경과학원의기후변화연구동은인천시서구경서동종합환경연구단지내에위치하고있으며 연면적 에지하 층지상 층으로실구성을층별로살펴보면 지하층은기계실 전기실 통계실 발전기실 그외의엘리베이터실과중간홀로총면적 에모두냉난방을하지않는비공조공간으로구성되어있다 기후변화연구동의에너지부하절감으로적용된기술은크게건축형태와

8 주변상황을고려한설계에의한부하절감기술과외피의재질 창호의성능 열교방지 침기제어등과같은건축물자체적용부하절감기술로나눌수있다 특히외피와창호의단열기술은냉방 난방 조명에가장큰영향을미치므로에너지절감효과에도매우큰영향을주는주요한요소기술이다 또한건물에너지효율기술은총 가지기술이적용되었다 건물에너지효유기술은조명및고효율시스템을이용한기술과환기및제어를통한에너지사용량을절약하는기술로나눌수있다 기후변화연구동에설치되어진신재생에너지기술은지열 태양열 태양광발전시스템이적용되어있다 기후변화연구동의준공식이이루어진 년 월부터 년 월까지 년간의에너지생산량및소비량을비교분석한결과 기후변화연구동은 차년도에 의잉여전력을생산하였고 차년도의경우 를소비량보다더생산하여 차년도는총 를더생산하여제로에너지에해당됨은물론 년동안총 의전력을더생산하여 에너지자립화건물은물론 에너지를더생산하는 을달성한것으로분석되었다 또한 지속적인본연구사업을통해연구에서제안된개선사항을통해에너지사용량은감소하였으며 특히열원시스템에대한효율향상과에너지사용량감소는기호변화연구동이자립할수있는여건을마련하였다 최종적으로탄소제로빌딩을위한가이드라인에해당하는 녹색건축물의탄소제로구현을위한지침서 는국립환경과학원기후변화연구동의건립과설계 시공은물론 년 월중순이후현재까지 년이상의건물운영 연구결과 시행착오등탄소제로빌딩에대한모든내용을상세히수록함으로써향후탄소제로건축물을건립하고자하는사람들이실질적으로유용하게사용하도록작성하였다

9 서론 연구의필요성및목적 가 연구의필요성지구온난화에대한과학적자료가증가하여범지구차원의노력이필요하다는인식이확산되었고 이에 주관으로 년브라질리우데자네이루에서열린환경회의에서 기후변화에관한 협약 이채택되어 년 월에발효되었다 우리나라는 년 월에 번째로가입하였고 년 월현재 개국이가입한상태이다 이협약에따라 년 월제 차당사국총회가독일베를린에서열렸으며 이후 년 월남아프리카공화국더반에서열린총회까지총 차례에걸쳐기후변화협약에대한국제적차원의꾸준한협의가이루어지고있다 현재까지진행된주요한내용을정리하면다음과같다 첫째 선진국의총량및개별온실가스감축목표수준제시 둘째 개도국의법적구속력있는감축목표 및단일체제의수용여부 셋째 개도국재정및기술지원문제 넷째 및 등새로운시장메커니즘 을통한시장메커니즘확대여부등핵심쟁점사항에대한논의가이루어졌다 한편 는 년 월부터 역내에서 백열전구생산을전면적으로금지하는대신에너지절약전구인컴팩트형형광램프 를도입한다고발표하였다 이러한움직임은유럽역내에너지수요감소및이산화탄소배출을감축하기위한 계획의일환이다 는백열전구판매를전면적으로금지시켜연간 만톤의이산화 기후변화협약에가입한국가를당사국 이라고하며 이들국가들이매년한번씩모여협약의이행방법등주요사안들에대하여결정하는자리를당사국총회 라고합니다 - 1 -

10 탄소배출량감소를원하고있다 는또한덴마크의연간전력소비량에맞먹는 의에너지가절약이될것으로기대하고있다 영국은 년 월에향후 년까지온실가스배출량을 년대비 감축한다는이행계획을담은저탄소백서를발표하였다 년까지전력발전량의 를태양열 풍력 원자력 청정석탄등저탄소에너지원에서조달하여배출량감축목표치의절반을달성할계획이다 일본하토야마유키오총리는 년 월 기후변화정상회의 뉴욕 에서 년까지 년대비 온실가스배출량감축목표를표명했으며이를위한주요대책으로자국내배출권거래제 도입을언급하였다 아울러 중국후진타오총리도 년까지 년대비 당이산화탄소배출량감축과삼림확대 핵발전과비화석연료사용을 년까지 로확대하는등의내용을골자로하는녹색경제구축의 단계추진계획을발표하였다 미국오바마대통령은지난 월기후변화대응노력에모범이되도록연방정부기관들이 일내에 년까지의온실가스배출량감축목표를설정하도록하는행정명령에서명하였다 특히 펜실베니아주는지난 월 년까지 년대비 의이산화탄소배출량감축목표및기후변화대응계획을발표하였다 이러한계획은주내최대다배출분야인전력생산 농업 쓰레기처리 산림등에적용될예정으로 년사이총 억달러를절약할수있을것으로평가하고있다 독일은최근전세계풍력발전량의 을차지하고있으며 태양력발전 무역 환경정보네트워크 제 호 배출권거래제는각기업에배출량을할당하여배출량목표를달성하지못한기업이배출량목표를초과달성한기업의잉여분을배출권형태로매입하는구조로배출량이많은기업은배출권구입에소요되는비용절감을위해에너지를절약하게되고 배출량이적은기업은배출권판매로얻어지는수익을높이기위해에너지절약에힘쓸것으로기대됨 아울러 배출권거래제는 년 에서처음도입하였으며 년 역내배출권거래액은약 조엔으로세계전체배출권거래시장의 차지함 - 2 -

11 에있어서도선두를차지하고있다 아울러독일에서사용하고있는에너지를재생가능한에너지로부터얻기위해 년계획을세워지속가능한미래의에너지수급계획을추진하고있다 구체적으로재생가능한에너지의비율이 년에는 년에는 년에는 로증가하여 년대비 의에너지를절감하고 화석연료의비율은 온실기체의발생량도 수준으로감소할것으로전망하고있다 이외에도노르웨이는지난 월합의된연립정당의정치강령을통해온실가스감축목표를 년까지 년대비 에서 로상향조정하였다 인도네시아유도요노대통령도지난피츠버그에서열린 정상회담에서 년까지 대비 감축을목표하고있으며국제적인지원이이루어질경우 감축도가능하다고발표하였다 최근핀란드도온실가스배출량을 년까지 년대비 감축한다는목표를발표하였다 반면에우리나라의미래에너지수급계획을살펴보면 에너지사용량은일본이나독일과거의비슷한수준이다 하지만이를 인당 와대비해보면일본 독일 미국 인반면우리나라는 로매우높은편이다 그럼에도불구하고향후에너지사용량이크게증가할것으로에너지수급계획을세우고있다 년에는전기에너지사용량이 년에비해서 가량증가하고 열에너지는 년이되면 년대비 배가량증가할전망이다 그럼에도신재생에너지사용비율은 에도미치지못한다 결국모든에너지를현재와같이거의수입에의존할수밖에없는상황이전망된다 미국에너지정보국이발간한 세계에너지전망 에따르면 년사이전세계에너지소비량은개발도상국들의장기적인 인위적으로감축노력을하지않는가운데정상적인경제성장에따라늘어나는온실가스증가추이를나타내는것으로온실가스배출전망치라고함 대부분경제발전에따라온실가스배출량이계속늘어나는개도국에서감축량을크게보이기위해주로사용하는기준임 - 3 -

12 경제성장으로인해 년대비 증가할것으로나타났다 전세계이산화탄소배출은 년 억톤에서 년에는 억톤 년에는 억톤으로증가할것으로예상되며이것은예측기간동안 가량증가하는수치이다 대부분 국가들의경제성장과화석연료에대한지속적인의존도가예상되는상황에서이산화탄소의배출증가는 국가및개발도상국에서발생할것으로예측된다 년 국가의배출량은 국가의배출량보다약 정도많았으며 년에이르면그수치는 로증가할것으로예상된다 이렇듯인간의인위적행위로인한온실가스의증가는인류생존을위협하는지구온난화문제의핵심적원인이다 산업혁명이후화석연료사용의급격한증가와이로인한온실가스배출은지구평균온도의지속적상승을초래하였다 지구온난화는가뭄 홍수 폭염등기상재해및생태계파괴등환경위기뿐만아니라 년스턴보고서 에의하면매년세계 의 에달하는경제적손실을초래할것이라고전망하였다 따라서상기와같은여러가지기후변화문제에적극대응하기위하여국내의업무용시설을중심으로자연환경에순응하고 자연이주는혜택을최대한이용하여에너지자원을보존하는동시에신 재생에너지를효과적으로이용하는탄소제로형 이하 건물이라는새로운업무용시설의건축및설계에필요한가이드라인을제시하고 보급하고자하는노력이필요한시점이다 나 연구의목적 금년도에수행중인 탄소배출제로연구동에너지성능평가및최적화연구 한국과학기술정보연구원 글로벌동향브리핑 년영국재무부의위탁과제로수행된스턴보고서 는세계가온실가스를줄이기위한신속한조치를취하지않을경우지구온난화대책비용이세계 의 에이를것이라고경고함 - 4 -

13 는 년에완료된 차년도 탄소제로형기후변화연구동의통합에너지성능및건축환경성능평가연구 와 년완료된 차년도 탄소제로형기후변화연구동의통합에너지성능및건축환경성능평가연구 와의연계성을가지고수행된 차년도연구로서연구목적을제시하기에앞서지난 차년도와 차년도의주요연구내용을살펴보고자한다 차년도에수행한연구의주요결과를살펴보면 우선탄소제로형건물과관련된국내 외선행개념고찰을통해 의개념을정립하였다 그리고이와관련된탄소제로요소기술사례와기후변화연구동에적용된기술을 그리고신재생에너지로나누어정리하였다 또한모니터링시스템을통해수집된데이터를바탕으로건물의에너지소비량패턴및종류별신재생에너지생산특성에대해분석하였고 이와동시에하절기 동절기 중간기로나누어건물의실내환경및모니터링시스템을통해서는데이터를수집하기어려운열적실내쾌적도 실내조도 침기성능 단열성능등매우다양한형태의실험을통해기후변화연구동의상태를점검하고 성능향상을위한개선방향을제시하였다 특히기후변화연구동의탄소제로를위한핵심기술이라할수있는 이하 의설치위치및용량 모듈종류등에따른면밀한분석을통해태양광발전시스템의적용범위를확대시킬수있는방안과 시스템설치시유의사항등을제시하였다 차년도수행내용은 차년도와마찬가지로지속적인모니터링을통해기후변화연구동의에너지사용량을분석하고각실별사용스케줄과 장비의작동상태등에대한상세분석과데이터정리를통해공공건물의에너지사용패턴에대한기초데이터를제시하였다 이와더불어기후변화연구동이탄소제로빌딩으로지어지지않은상태에서발생하는에너지사용량을시뮬레이션을통해분석하여 이론해석을통한탄소제로빌딩과일반빌딩의에너지사용량에대한상세분석과절감량차이에대한근거를제시하였다 또한기후변화연구동의현황파악과모니터링및실험을통한분석에중점을 - 5 -

14 두고있어모니터링및실험만으로는분석의한계가있는 기술요소분석및적용된요소기술에대한정량적분석및평가를실시하였다 하지만 차년도와 차년도의연구결과는기후변화연구동의현황과각요소기술에대한분석을중점으로두고있어 기후변화연구동과같은업무용탄소제로빌딩을건립하는계획하는일반인들에게는이해하기어려운것이현실이다 이에본연구에서는지속적인에너지모니터링분석을통해탄소제로건물의에너지사용량을분석하여장기적인탄소제로건물의에너지사용에대한기초자료를마련함은물론 년간건물운영을통해탄소제로빌딩의효과적인운영방안및대안마련하고탄소제로빌딩혹은저에너지빌딩을계획하는이들에게향후이루어질업무용시설의탄소제로형건물구현을위한정량적자료를통한가이드라인을마련하고자한다 연구의범위및내용 가 연구의범위 차년도탄소배출제로연구동에너지성능평가및최적화연구 를위 한구체적인범위는다음과같다 첫째 차년도와 차년도의연구결과를바탕으로에너지소비량측정및 평가에대한추가적인데이터수집과기후변화연구동의에너지사용량및 절감량에대한상세분석 둘째 모니터링및에너지해석을통해기후변화연구동의에너지사용패 턴및절감요소를분석하였다 셋째 기후변화연구동의운영방식 관리실태 효율저해요인분석을통해 - 6 -

15 탄소제로건물구현은물론실내쾌적도향상을위한최적관리방안제시함 은물론 향후기후변화연구동을관리하는실물자들이유용하게활용할수 있는모니터링구성및분석방법에대해상세하게정리하였다 넷째 기후변화연구동의건축계획부터시공 운영에이르기까지모든과정에대해향후기후변화연구동과유사한탄소제로빌딩혹은저탄소빌딩을계획하는모든이들이활용할수있는업무용탄소제로빌딩건립을위한지침서를작성하였다 나 연구의내용 본연구는 차년도연구결과에이어 단계에서는 차년도연구에이은에너지소비량및생산량에대한추가분석을통해분기별 연간통합에너지소비량과설비 조명 기기등요소별상세소비패턴을평가하고이를취합하여장기적인탄소제로빌딩에대한자료를축척하였다 또한향후탄소제로건물혹은저탄소건물을계획하는모든이들이활용할수있는지침서를마련하였다 또한기후변화연구동정량적평가를위한건축요소 사용스케쥴 기술별적용방법등에검토와분석을실시하였다 연구의방법및제한점 가 연구의방법 문헌조사 와관련된최근국내 외문헌자료를토대로 에너지절감기술및신재생에너지에대한선행연구를분석한다 아울러국 내외에서이루어지고있는탄소제로형건물의현황과기후변화연구동의기술수준을비교분 - 7 -

16 석하고자한다 기후변화연구동의적용기술정리국내 외탄소제로형건물을위해개발된요소기술중기후변화연구동에적용된요소기술을절감기술 효율향상기술 신재생에너지기술등으로분류하여요소기술별특성및방법그리고요소기술보유업체및개발자가제시하는에너지절감량및생산량에대한자료를수집정리하고자한다 기후변화연구동의모니터링데이터분석및활용현재기후변화연구동의성능분석을위해적용된모니터링시스템의설치현황을정리하고 건물의소비및신재생에너지생산 실내환경등수집된데이터를활용하여가능한범위내에서의분석을실시하고이를정리하여시뮬레이션에필요한기초데이터로활용하는것뿐만아니라기후변화연구동의생산및소비특성에대한면밀한분석을실시하고자한다 탄소제로빌딩을위한지침서마련향후기후변화연구동과유서한탄소제로빌딩구현혹은저탄소빌딩구현을준비하는시행자 설계자 시공자 건물운영자등이와관련된모든이들이활용할수있는지침서를마련하여 기후변화연구동을중심으로건물계획에서부터운영관리까지모든과정을정리수록하였다 나 연구의제한점 본연구의결과는 년 월을시작으로총 년에걸쳐완성하고자하는탄소제로형업무용시설의가이드라인을마련과기후변화연구동의최적화운영을목표로하는연구로현 차년도최종보고에서는다음과같은연구의제한점을갖는다 - 8 -

17 첫째 기후변화연구동에적용된요소기술을고려할때분석할수있는에너지절감요소기술의범위에는제한이있다 따라서에너지절감요소기술을외피관련기술 벽체단열 지붕단열 창호성능 조명관련기술 냉 난방설정온도 침기량적용효과 냉 난방설비기술 지열히트펌프 냉 난방 태양열시스템 급탕에너지 건물일체형태양광시스템에국한하였다 둘째 현보고서는 년간의연구수행중 차년도에대한최종연구보고 형식으로진행됨으로 차년도모니터링의추가부분을제외한모든연구내 용을이전과제의중점내용을정리하는데그목적이있다 셋째 기후변화연구동에대한상세한분석을통해향후일반업무용시설 에활용될수있는에너지절약및실내환경에대한기초자료축적과가 이드라인마련을위한지침서를제시하게된다 - 9 -

18 탄소제로건물의국 내외동향 년대석유파동이후에너지절약에대한관심이높아지면서유럽을중심으로제로에너지건물에대한연구와건립이활발히이루어지고있다 특히주거용건물의경우해외선진국의경우 세기말부터제로에너지에건물에대한성과로여러형태의실증사례를보이고있는반면국내의경우 년에서야 에너지기술연구원 을중심으로 실험주택이건립되었다 이로써주택분야에서는제로에너지건물대한연구가다소늦어진것을알수있다 하지만상업용건물의경우실제사용되는탄소제로건물인국립환경과학원의기후변화연구동이에너지자립 를달성함에따라주거용건물과는다르게상업용건물탄소제로건물기술과연구에선도적인역할을할수있을것으로예상된다 그림 국내외제로에너지건물사례비교

19 탄소제로건물의국내동향 년기준건물부문 가정및상업공공 에서소비된에너지는 천 로서국내전체에너지소비량 천 의 에해당한다 미국이나유럽의에너지소비구조와비교할때건물부문의에너지소비가상대적으로적은것으로분석되고있으나 향후미국이나유럽과같은산업의고도화가이루어질때이부문의에너지소비가급등할것으로예상된다 그림 국내부문별에너지소비분포 에너지관리공단 에너지절약통계 에따르면 년우리나라가배출한 배출총량은 억 천만톤으로 년에이어세계 위를기록했다 년세계 위 년세계 위 년세계 위였던우리나라는 년배출량이전년도에비해 천만톤 가량늘어났지만순위는그대로유지하고있다 국민일인당배출량은 년에비해 톤증가한 톤으로조사되었고 년에견주어 증가해증가속도로보면중국 인도네시아 에이어세계에서세번째로빠른것이다 또한 년우리나라의 배출량은 년에비해 증가한것으로

20 나타나 년후우리나라배출량은유럽의경제대국독일을추월해세계 위로올라설것으로예상되고있다 이러한국내 배출량을감소하기위한노력으로건물의지난 여년간의꾸준한연구를통해총에너지부하 를자립할수있는상용화모델이개발된상태이며 최근정부의그린홈보급정책과함께일반보급을준비하고있는단계이다 이에반해국내총에너지소비량의 이상을소비하는상업및공공건물의경우부하구성비가열부하중심의주거건물과달리전기부하위주이기때문에기술적해결방안및경제성측면에서아직구체적인연구는미흡한실정이다 년에준공된한국에너지기술연구원의초에너지절약건물 은 개종류의에너지절약기술및태양열 태양광을복합적으로응용하여당시최고의에너지절약수준을목표로하였으나기존상업용건물대비에너지소비량을약 정도절감 하는수준에머무르고있다

21 탄소제로건물의해외동향 가 영국 년기준영국의건물부분 의에너지소비량은 로서전체소비량 의 를차지하고있으며 건물에서탄소배출은전체온실가스배출의 에해당하고있다 년 월 일영국정부는저탄소녹색성장정책의일환으로 를널리보급하기위해 단계감축과정 년까지 년까지 년까지무배출 을거쳐 년부터잉글랜드지역내모든신규주택건설시 탄소제로 의무화하기로하였으며 년부터는모든비주거용건물에대한탄소제로의무화를결정하였다

22 영국의대표적인탄소제로건물은런던근교베딩턴 지역의베드제드제로에너지주택단지 를들수있다 단지는환경친화적이고에너지를효율적으로쓸수있도록디자인된주거 사무공간으로 년부터 년에걸쳐개발되었다 또한바라트 사는 년 월탄소제로주택의양산모델을출시하였으며 년까지브리스톨지역에모두 채의주택을건설키로했다

23 나 미국 미국내전체에너지소비량중 가상업및공공건물에서소비되고있다 주거용을포함할경우전체건물부문의에너지소비량은전체에너지사용량의삼분의일이넘는 에도달하고있으며 전력소비량은전체전력량의 를차지하고있다 또한건물에서탄소배출은미국전체온실가스배출의 에해당한다

24 년과 년사이상업용건물의전력소비량은 배가증가하였으며 년까지 가또다시증가할것으로예상된다 상업용건물에서의에너지를저감하기위한노력으로미국에너지성 에서는 년까지비용효과적인제로에너지사무소건물 의상용화를위한기술개발을목표로 에착수하였다 에서는 년목표달성을위하여 백만달러를기술개발연구에투자하고있다

25 이러한목표를달성하기위해 의 에서는 년부터 년간 개의건물에대해저에너지소비형사무소 건물의디자인 공법 운영관련사항등의평가를수행하였다 년 에서제시한현사무소건물의에너지원단위 는 이며 개건물의평가수행시기준이된 의기본시나리오건물의경우 이다 의사례연구결과입증된에너지원단위는건물용도에따라차이가있으나 로나타나현재상용화된기술로도달할수있는수준은약 로추정하고있다 또한 에서는이와같은연구결과를근거로신재생에너지시스템을적용할때비용효과적으로도달할수있는현재기술수준의한계를 로결론짓고있다

26 다 일본일본은최근국토교통성에서주택부문에탑러너 제도를도입하는방안을검토하고있다 탑러너제도는전기제품등의에너지절약기준을설정할때현재상품화되어있는제품중가장우수한것을탑러너로정하고 그수치를기준으로향후예상되는기술혁신정도를추가해수년후의기준을설정하는규제방법이다 일본은 년자원에너지청에서이제도를도입하여자동차 에어컨 냉장고등 개이상품목의기준을설정하였으며 관련제품의발전에큰역할을한것으로평가받고있다 따라서주택부문에도이제도를도입한다면에너지효율개선에큰도움이될것으로예상된다 이미일본은 년 월 정상회담에서제로에미션하우스 를공개한바있다 건설업체인세키수이 를비롯하여마쯔시다 샤프 등일본을대표하는 개의건축 전자업체가참여하여태양광발전 진공단열재 가정용연료전지 조명등총 개의첨단기술을선보인바있다

27 라 유럽연합 년 월 의회에서는 년부터 내에서건축되는신규건물을대상으로 건물내에서소비하는에너지보다더많은에너지를생산하도록규정 하였다 즉모든신축건물의제로에너지화를의무화한것이다 또한기존건물의경우에도회원국별로 년과 년을목표연도로각각건물의 제로에너지 적용비율을설정하도록규정하였다 그리고이를위해 년중순까지모든 회원국들은건물의에너지효율향상을위한대출및세제혜택등재정대책을수립하도록요구하였다 집행위원회는 유럽지역개발기금 의에너지효율관련기금증액 에너지효율기금창설 관련부가가치세감면 등과같은추가적인재정지원방안을제안할계획이다 년 월 일

28 마 노르웨이 년 월초 노르웨이정부는노르웨이과학기술대학교에 개의국가친환경에너지연구센터중하나를운영하도록권한을부여했다 년 월두번째주에시작하여향후 년동안이연구센터는탄소제로건물을연구하면서연간 만유로를지원받게된다 노르웨이의탄소제로건물연구프로젝트에는 산업파트너 등 대 와같은국제파트너컨소시엄이함께참여한다 그리고재료과학 건물기술 재생에너지 설계 사회과학등다양한학문세계가복합적으로결합되어연구가진행된다 바 말레이시아 년 월말레이지아에너지센터 은 제로에너지오피스 건물의개발및건설을성공적으로수행하였다 초에너지효율로설계된이건물의최종에너지원단위는 로분석되었으며 잔여부하는태양광발전을통해공급하고있다

29 탄소배출제로연구동의건축개요및현황 기후변화연구동의건축개요 국립환경과학원의기후변화연구동은인천시서구경서동종합환경연구단지내에위치하고있으며 연면적 에지하 층지상 층으로구성되어있다 실구성을층별로살펴보면 지하층은기계실 전기실 통계실 발전기실 그외의엘리베이터실과중간홀로총면적 에모두냉난방을하지않는비공조공간으로구성되어있다 층의경우메인홀과전시실 국제회의실 안내실 상황실 방풍실 화장실등으로구성되며냉난방을하는전시실 국제회의실 안내실 상황실 메인홀의면적은 난방만하는화장실의면적은 이고 그외의비냉난방면적은 은이다 층의경우대부분의실사용자들이업무를보는연구실과회의실로구성되어있으며 엘리베이터실 복도및계단실등의 면적의비냉난방공간과난방을전용으로하는화장실 을제외한모든실들은냉난방이가능하도록구성되어있다 특히남녀휴게실은 을이용한공기식냉난방설비와바닥난방이동시에가능하도록설계되어있다 기후변화연구동의면적구성은냉난방면적 약 평 난방면적 약 평 비냉난방면적 약 평 으로냉난방면적과화장실등난방만으로구성되어진면적구성비율은전체연면적의 를차지하고있다 건물의전체적인구성은외피에의한열손실을최소화할수있는남쪽을향한정방형으로설계되어있고 남측면과지붕면은일부구조부분과연구실의창호부분을제외한모든면에태양광발전을위한 시스템이부착되어있으며 서측과동측은아침과저녁시간의내부로들어오는직달일사를막기위한수직루버가설치되어있다

30 구분 개요 비고 대지위치 인천광역시서구경서동종합환경연구단지내 지역 지구 자연녹지지역 준주거지역 용도 교육연구시설 연구소 노유자시설 직장보육시설 대지면적 건축면적 연면적 규모 지하 층 지상 층 구조 철근콘크리트조 지붕 철근콘크리트조 주차대수 대 장애인 대포함 최고높이 도로현황 단지내 도로 정화조 기존단지내시설동 통합오수정화시설이용 층고 지하 층 층 옥상층

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32 기후변화연구동의설비현황및모니터링구성 가 전기계통및모니터링시스템현황 그림 에서보는바와같이기후변화연구동의전기계통은소비측과생산측이분리되어설계되어있다 기본적으로소비에필요한에너지는환경연구원내의플랜트실에서 의고압을받아전압을강하시켜사용하고있다 최초설계는소비를담당하는 변압기에서소비량만을수전받고 태양광에서생산되는모든전기는 변압기에서승압하여 플랜트실로송출하는시스템으로구성되어있으나 그렇게사용할경우변압기에서승압및전압강하에대한손실량이크기때문에현재는태양광에서발전되는전기를우선으로건물내에서소비하고남는잉여전력을 을통해송전하는시스템으로바꾸어운영하고있다

33 전기에너지소비측정시스템현황기후변화연구동에서사용되는총전기소비량은 전력량계를통해모니터링되고있다 이렇게수전된전기는기계실 홍보실 회의실 연구실등기후변화연구동에필요한지점으로분산되어소비되고송전된전기는사용실 용도등으로나누어각지점마다전력량계를설치하여요소별전기사용량을모니터링하고있다 기계실을제외한전기에너지측정지점기후변화연구동의기계실에서사용되는열원시스템을제외한재실인원이사용하는모든공간의전기사용량을사용실과용도등으로나누어모니터링하고있으며 그내용을아래와같이정리하였다 기계실의전기사용량을제외한전기소비량지점은총 개가설치되어전등 전열 핸드드라이어 방화셔터 비상등 가로등 화장실방열기 증설을위한예비등으로구분되어있다

34 나 태양광발전시스템현황및모니터링시스템구성 최근태양광발전시스템 은전기적인측면에서의전력생산이라는고유의기능뿐만아니라 건축적인측면에서의지붕 파사드 차양장치 창호등에부착되는건물의마감재로서보다다양하게적용되고있다 특히 건물의외부마감재로사용되는건물일체형태양광발전시스템 은건물외피에적용함으로써자재비용의절감이라는경제적효과뿐만아니라 각종의부가가치까지창출하는효과가있어재생에너지분야에서각광을받고있다 기술개발과관련한최초의대규모국제공동연구는 년대부터 년간독일주관하에선진 개국이참여한 의 이며 이를통해 와관련된기반기술의체계가확립되었다고볼수있다 그이후 년부터선진 개국 명의전문가를중심으로 내의세부주제 를통해 의상업화및건물통합화에대한실용화기술개발이국제공동으로수행되었다 또한 년종료된 를통해서 와다른분산전력시스템과의계통연계를위한기술적가이드라인이제시되었다 기후변화연구동에적용된태양광발전시스템은 로 최소용량 에서최대용량 까지총 개인버터에연결되어있다 각각의인버터에서생산된전기는 에서총전기발전량을모니터링하며 을통해건물내에서우선적으로소비된다 다음 표 와 그림 그림 는기후변화연구동에설치된 시스템의설치개요와위치등을나타낸것이다

35 인버터 모듈설치위치모듈면적모듈용량 수량 총면적 설치용량 인버터용량 지붕층 입면부 입면부 경사지붕층 입면부 입면부 입면부 입면부 입면부 지붕층 경사지붕형 추적형 박막 입면부 박막 입면부 박막 지붕층 총량

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37 다 태양열시스템및모니터링시스템구성 그림 에서보는바와같이기후변화연구동은태양열시스템으로공급하는급탕및난방을계절별로전환하여운영할수있는하이브리드시스템을채택하고있다 기후변화연구동에설치되어있는태양열시스템은평판형집열기로총 장 이설치되어있고 태양열시스템의축열조용량은 으로설계되었다 또한이에대한분석을위해모니터링시스템이설치되어있으며 온도 개 접점 개 유량계 개로구성되어있다

38 라 지열히트펌프모니터링시스템현황 기후변화연구동의냉방및난방을위한열원시스템은지열히트펌프를사용하고있다 기본적인시스템구성은 히트펌프가 대설치되어대수분할제어가가능하도록설치되어있고 버퍼탱크의용량은 열매체순환을위한순환펌프의용량은 차측이 차측이 로예비를포

39 함하여 대가설치되어있다 기후변화연구동의냉방가동은 월 일에서 월 일까지 일이가동되어진것으로나타났다 다음 표 은기후변화연구동에설치된지열히트펌프의개요를나타낸것이다 구분 용량및사용기간 비교 설치대수 냉방능력 난방능력 냉방 난방 버퍼탱크 측순화펌프 대 차측순환폄프 대 천공갯수 개 천공깊이 냉온수순환펌프 지열히트펌프의작동및성능분석을위해모니터링시스템이설치되어 있으며 온도 개 접점 개 유량 개로구성되어있다

40 기후변화연구동의모니터링방법및매뉴얼 가 기계실의전기에너지소비량모니터링방법 기후변화연구동의기계실에서사용되는전기사용량은지열히트펌프 태양 열시스템 냉난방순환펌프 급탕펌프 화장실배기 소화펌프 배수및급 배기로나누어져있으며 구획에따라 가지지점으로측정되고있다 폴더 측정데이터 영상고주파저감장치 지열히트펌프 열매체순환펌프 냉온수대류펌프 순환펌프 급탕대류펌프 순환펌프 화장실배기 옥내소화전주펌프 옥내펌프 보조펌프 기계실 전기실 발전기실급기배기 배수펌프 성큰펌프 엘리베이터펌프 의측정요소기계실측정요소중 는다음 표 에서나타난바와같이고주파영상장치 지하실환기를위한급배기팬과우수배수를위한펌프등 개의기기가통합되어측정되고있다 측정요소는전압 전류 전력 전력량등전기요소분석에필요한모든요소들이측정되고총용량은 이다 에결선된기기는다음 그림 그림 와같다

41 구분 열칭 용량 비고 영상고조파장치 기계실급기 전기실급기 발전기실급기 기계실배기 전기실배기 발전기실배기 기계실배수펌프 기계실배수펌프 썬큰배수펌프 썬큰배수펌프 배수펌프 철거 배수펌프 철거 스페어 개 [ 그림 3-13] MCC_E 전기배선도 (1)

42 [ 그림 3-14] MCC_E 전기배선도 (2) [ 그림 3-15] MCC_E 전기배선도 (3) 의측정요소 기계실측정요소중 는다음 표 에서나타난바와같이화 제시필요한스프링쿨러와옥내소화전공급에필요한소방펌프 개가통합

43 되어측정되고있다 측정요소는전압 전류 전력 전력량등전기요소분 석에필요한모든요소들이측정되고총용량은 이다 명칭 형식 구경 유량 양정 단수 동력 흡입토출 옥내소화전주펌프다단볼트류 옥내소화전예비펌프다단볼트류 옥내소화전보조펌프웨스코 압력탱크 용량 의측정요소기계실측정요소중 은 표 에서나타난바와같이지열히트펌프 대가측정되고있다 측정요소는전압 전류 전력 전력량등전기요소분석에필요한모든요소들이측정되고총용량은 이다 구분 용량및설치대수 비고 설치대수 냉방능력 전력 난방능력 전력 의측정요소기계실측정요소중 는다음 표 에서나타난바와같이 개의기기가통합되어측정되고있다 측정요소는전압 전류 전력 전력량등전기요소분석에필요한모든요소들이측정되고총용량은 이다 에결선된기기는다음 그림 그림 과같다

44 구분 열칭 용량 비고 영상고조파장치 지열 차순환펌프 지열 차순환펌프 지열 차순환펌프 지열 차순환펌프 지열 차순환펌프 지열 차순환펌프 지열 차순환펌프 지열 차순환펌프 지열보충수펌프 태양열순환펌프 태양열순환펌프 냉온순순환펌프 냉온순순환펌프 급탕순환펌프 급탕순환펌프 급탕대류펌프 급탕대류펌프 화장실배기팬 스패어 개 [ 그림 3-16] MCC_N2 전기배선도 (1)

45 [ 그림 3-17] MCC_N2 전기배선도 (2) 나 기계실을제외한전기소비량모니터링방법 기후변화연구동의기계실에서사용되는열원시스템을제외한제실인원이사용하는모든공간의전기사용량을실용도 소비종류등으로나누어모니터링하고있으며 그내용을 표 표 와같이정리하였다 기계실의전기사용량을제외한전기소비량지점은총 개가설치되어전등 전열 휀코일 핸드드라이어 방화셔터 비상등 가로등 화장실방열기 증설을위한예비등으로구분되어있다

46 구분설치위치및도면표시비고 홍보실전등 남자화장실전열 남자화장실핸드드라이 여자화장실핸드드라이 전등 전등 피로티전등 층 예비 홍보관전열 층 예비 터널등 벽등 홍보실비상전등 무대전등 준비실전열 무대 국제회의실전열 준비실전열 통역실전열 국제회의실 예비 국제회의실 예비 국제회의실 예비 국제회의실 예비 국제회의실 예비 국제회의실 예비 전기실 전열 지하실 예비 지하실 예비 지하실 예비 예비 예비 예비 계단벽등 전기실 전등 예비 연구실 전열 여자화장실전열

47 구분설치위치및도면표시비고 여자화장실핸드드라이어 홀 복도전열 예비 남자화장실전열 여자화장실방열기 예비 자료보관실전열 홀자동문전원 홀전열 남자화장실핸드드라이어 남자화장실방열기 남여휴게실난방전원 예비 예비 연구실복도비상전등 예비 예비 대회의실전열 대회의실스크린전원 예비 예비 예비 예비 여자화장실방열기 예비 발코니전등 홍보실전등 홍보실전등 홍보실환기유니트 홍보실휀코일 국제회의실휀코일 국제회의실환기유니트 홍보실모니터 자동운전원 지하방화셔터 안내실 통제실전열 홀전등 홍보관전열 여자화장실전열 전열 남자화장실방열기 홍보실메인전원 여자화장실전등 소방수신기 중계기전원

48 구분설치위치및도면표시비고 남자화장실전등 소방유도등 무대 국제회의실 기기실전열 통역 안내실전등 국제회의실전등 다운라이트 국제회의실비상전등 국제회의실비상전등 기계실전등 발전기실전등 전기실전열 전기실전등 홀 발전기실 기계실전열 지하비상등 가로등 가로등 남여휴게실 회의실 자료실 홀전등 연구실 전등 연구실 전등 연구실 전등 연구실 전등 연구실 전열 연구실 전열 연구실 전열 연구실 전열 연구실 전열 연구실 전열 연구실 전열 전열 연구실휀코일 여자휴계실전열 층소방등 연구실 전등 연구실 전등 연구실 전등 연구실 전등

49 구분설치위치및도면표시비고 연구실 전열 연구실 전열 연구실 전열 연구실 전열 연구실 전열 연구실 전열 연구실 전열 소회의실전열 남자휴게실전열 연구실복도전열 자료센터전열 휴게실 자료실 보관실휀코일 휴게실난방 대회의실환기유니트 여자화장실전등 남자화장실전등 자료센터 위성사업단 전등 블라인드 제실센서 대회의실전등 대회의실전열 대회의실전열 대회의실 예비 소회의실스크린전원 엘리베이터 홀전등 복도 홀옥탑전등 연구실 전열 대회의실전열 예비 다 하이브리드태양열시스템모니터링방법 그림 에서보는바와같이기후변화연구동은태양열시스템을급탕 및난방을전환하여계절별로운영할수있는하이브리드시스템을채택하 고있다 기후변화연구동에설치되어있는태양열시스템은평판형집열기

50 로총 장 이설치되어있고 태양열시스템의축열조용량은 으로설계되었다 또한이에대한분석을위해모니터링시스템이설치되어 있으며 온도 개 접점 개 유량계 개로구성되어있다 [ 그림 3-18] 태양열 / 지열모니터링시스템 [ 그림 3-19] 태양열 / 시스템설치사진

51 모니터링설치지점태양열공급온도태양열환수온도급탕공급온도태양열축열조급수온도태양열축열조 온도태양열축열조 온도태양열축열조 온도열매체공급온도열매체환수온도축열조 온도태양열 온도태양열 온도급탕순환펌프 상태급탕순환펌프 상태열매체순환펌프 상태열매체순환펌프 상태태양열축열조순환펌프 상태태양열축열조순환펌프 상태급탕순환펌프 기동급탕순환펌프 기동태양열축열조순환펌프 기동태양열축열조순환펌프 기동 구분온도온도온도온도온도온도온도온도온도온도온도온도접점접점접점접점접점접점접점접점접점접점 라 지열히트펌프시스템모니터링방법 기후변화연구동의냉방및난방을위한열원시스템은지열히트펌프를사용하고있다 기본적인시스템구성은 히트펌프가 대설치되어대수분할제어가가능하도록설치되어있고 버퍼탱크의용량은 열매체순환을위한순환펌프의용량은 차측이 차측이 로예비를포함하여 대가설치되어있다

52 지열히트펌프의작동및성능분석을위해모니터링시스템이설치되어 있으며 온도 개 접점 개 유량 개로구성되어있다 모니터링설치지점지열헷더공급온도 지열헷더환수온도 지열헷더공급온도 지열헷더환수온도 지열헷더공급온도 지열헷더환수온도 버퍼공급온도 겨울 공급 여름 환수 버퍼환수온도 겨울 환수 여름 공급 냉온수공급온도 여름 냉수 겨울 온수 냉온수환수온도 여름 냉수 겨울 온수 버퍼탱크 온도버퍼탱크 온도버퍼탱크 온도버퍼탱크 온도히트펌프 상태히트펌프 상태히트펌프 상태지열순환펌프 상태지열순환펌프 상태지열순환펌프 상태냉온수순환펌프 상태냉온수순환펌프 상태냉온수순환펌프 상태히트펌프 유량히트펌프 유량히트펌프 유량냉온수환수유량 여름 냉수 겨울 온수 구분온도온도온도온도온도온도온도온도온도온도온도온도온도온도접점접점접점접점접점접점접점접점접점유량유량유량유량

53 차년도에너지성능평가 년간의기후변화연구동자립률분석 기후변화연구동의에너지자립율을알아보기위해전체사용된월별전력량과 발전량을비교 분석하였다 표 과 그림 은월별전력소비량및태양광발전량을나타낸것으로 년 월부터 년 월까지의월별로나타낸것이다 차년도모두냉방과난방이가동되는기간에는태양광발전량에비해소비량이더증가하는패턴을보이고있으나냉난방을하지않으면서일사량이좋은봄과가을기간에소비량보다많은에너지를생산하는것으로나타났다 또한본연구의수행으로인한성과로 차년도소비량이 차년도에비해약 절약된것을알수있다 월구분 소비량 차년도 년 년 생산량 차년도 년 년 소비량 차년도 년 년 소비량 차년도 년 년 소비량 차년도 년 년 소비량 차년도 년 년 월 월 월 월 월 월 월 월 월 월 월 월 총량

54 그림 에나타난바와같이기후변화연구동은 차년도에 의잉여전력을생산하였고 차년도의경우 를소비량보다더생산하여 차년도는총 를더생산하여제로에너지에해당됨은물론 년동안총 의전력을더생산하여 에너지자립화건물은물론 에너지를더생산하는 을달성한것으로분석되었다

55 차년도기후변화연구동의전력소비량분석 가 연간전력사용패턴분석 그림 은 년부터 년까지 년간의기후변화동의연간전력사용패턴을냉난방부하및사용부하 상시부하를분류하여분단위로나타낸것이다 먼저상시부하는건물의사용자가건물을이용하지않는평일야간 주말 휴일등에사용되는전력을의미하며연간평균약 을사용하는것으로나타났으며 특히 월부터 월까지의동절기에는하절기에비해온열원기기및동파방지등으로상시부하가다소높은것으로나타났다 이는동파방지를위한화장실전기히터가야간과평일에사용되기때문으로나타났다 사용부하는냉 난방소비된부하를제외한부하로냉난방을하지않는중간기인 월과 월의부하와비슷하다 난방기인 월에서 월의부하는약 로냉방기인 월과 월보다다소높은것으로나타났다 또한 차년도연구결과에따라지열순환펌프를교체하여냉방및난방가동시전력소비량이줄어드는것을볼수있다

56 나 월별전력소비량 표 는기후변화연구동의월별전력소비량과누적사용량을나타낸것이다 월별소비량을보면 월이가장많은 을소비하였고이어 월이 월 로난방기인 월 월에전력소비량이가장많은것으로나타났다 냉방기인 월과 월에는각각 를사용하는것으로분석되었다 이는전년대비전력사용량이줄어든것으로냉난방을위한지열히트펌프의순환펌프교체에기인하는것으로나타났다 가장적은전력을사용한달은 월로 소비하였으며이어 월이 를소비하는것으로나타났다 가장많이소비한 월이가장적게소비한 월의전력소비량보다약 배많은것으로분석되었으며 월부터 월의연간누적전력소비량은 이다 구분 월별소비량 누적소비량 월 월 월 월 월 월 월 월 월 월 월 월

57 다 에너지요소별전력소비량 그림 는 년 월부터 년 월까지요소별전력소비량을나타낸것으로가장많은전력을소비한요소는전열이며이어미확인전력량 히프펌프 순환펌프 모니터링 전등 지하실환기 화장실방열기 판넬순으로전력을많이소비하는것으로나타났으며특히전열 히프펌프 순환펌프의전력소비량이매우높은것을알수있다 그림 은 차년도의요소별소비전력을비교한것으로전열을제외한나머지요소에서전력소비량은유사하게나타났다 하지만히트펌프사용량대비순환펌프사용량은현저히떨어지는것을알수있다 차년도대비 차년도의소비량감소는순환펌프사용량감소와지하실환기량이줄어든것에서기인하는것으로분석되었다

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59 다음 그림 그림 는연차별소비되는에너지사용량을나타낸것이다 그림에서보는바와같이 차년도의경우순환펌프사용량이감소함에따라요소별에너지사용량도변화하는것을알수있는데특히냉난방에서소요되는에너지사용량이줄어드는것을알수있다

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61 기후변화연구동의태양광발전량분석 가 태양광발전량분석 표 과 그림 은기후변화동의태양광시스템의월별생산량을나타낸것이다 월별태양광생산량이가장많은달은 월로 를발전하며이어 월이 월이 를발전하는것으로나타났다 월은 로가장적게발전하며이어 월이 월이 로발전하는것으로가장많이발전한 월과가장적게발전한 월이발전량차이는약 배차이가나는것으로나타났다 년태양광시스템의총발전량은 이며월평균 를생산하는것으로분석되었다 구분 월별생산량 누적생산량 월 월 월 월 월 월 월 월 월 월 월 월

62 기후변화연구동의 개인버터별생산량분포를보면 가 를생 산하고 는 는 은 를생산하고나머지 에 개인버터에서 를생산하는것으로분석되었다 나 년간의태양광발전성능분석 그림 은 년간기후변화연구동의태양광발전시스템에서발전된발전량을나타낸것으로총누적발전량이가장많은것은 차년도로 월의발전량이다른해에비해월등이많은것을알수있다 이는 년 월은강수량이적어맑은날이많은해로특히일사량이평년에비래 이상높은것으로분석되었다 차년도와 차년도는 와 를생산하여태양광발전시스템에서발전되는양은거의같은것을알수있다

63 월구분 차월발전량 차누적발전량 차월발전량 차누적발전량 차월발전량 차누적발전량 월 월 월 월 월 월 월 월 월 월 월 월

64 지열히트펌프의냉 난방작동성능분석 가 냉 난방전력사용량분석 월별전력사용량중펌프의소비동력을알아보기위해순환펌프와히트펌프의소비동력을분리하여분석하였으며 그림 과같다 월별로보면연중순환펌프와히트펌프는소비되는비중은비슷하나비냉난방기간인 월과 월에는태양열시스템에필요한순환펌프동력만소비되는것을알수있다 전력사용량중순환펌프와히프펌프의비중은전체사용량중히트펌프 순환펌프는 를차지해전열부하가전체소비량중 를차지하는것으로나타났다 이는 차년년도의 에비해낮아진것으로지열히트펌프를위한순환펌프의용량을감소한것에기인하는것으로분석되었다 기계실에서전력사용량을난방 급탕 냉방 가지로분류하면난방이 냉방 급탕 를소비하는것으로나타났다

65 나 하절기히트펌프성능분석 냉방기히트펌프전력사용량분석다음 그림 와 그림 는 년에서 까지냉방이필요한하절기의지열히트펌프와설비시스템에서사용된전체펌프의전력량을나타낸것이다

66 년 월 일의사용량이다른날에비해크게나타나는것은모니터링시스템에서 월 일부터 월 일까지 일간의데이터가한번에누적되어나타난것으로모니터링시스템의일시적인작동문제때문인것으로파악되었다 또한 년 월 일과 일은냉방성능실험을위해건물사용자가없는토요일과일요일에전일냉방실험을실시하여 다른날에비해냉방에너지사용량이증가한것을알수있다 년의경우다년간의운영의최적화로안정적인운영이이루어지는것을알수있다 냉방일수는 차년도 일과 차년도 일로거의동일한수준으로나타났으나 년은 일만냉방을사용하였따 전력사용분포를살펴보면 차년도냉방을위해히트펌프에서사용된전력은 로 차년도사용량 에비해 감소한반면 히트펌프작동을위해소비된순환펌프의사용량은 차년도 에서 차년도 로 감소하는것으로나타났다

67 구분 냉방개시냉방종료냉방일수 히트펌프소비량 전체순환펌프소비량 냉방사용총량 년 월 일 월 일 일 절감률 년 월 일 월 일 일 년 월 일 월 일 일 냉방 절감 냉방 절감 냉방기히트펌프성능분석 표 은 차년도에서 차년도까지하절기지열냉방시스템의작동성능을나타낸것으로히트펌프의 는 와 로연도에따라히트펌프작동성능에는큰변화가없는것으로나타났지만 본연구의분석에서적용된제어변경을통한순환폄프의소비량감소로전체시스템 는 차년도 차년도 차년도 로 차년도에비해 증가되는것으로나타났다 또한건물에공급되는냉방열량은 차년도 에서 차년도 로히트펌프소비량에비례하여감소하였다 구분 지열전기소비량 순환펌프소비량 생산열량 냉온수공급열량 시스템 차년도 차년도 차년도

68 다 동절기히트펌프성능분석 난방기히트펌프전력사용량분석다음 그림 와 그림 은 년과 년까지난방이필요한하절기의지열히트펌프와설비시스템에서사용된전체펌프의전력량을나타낸것이다

69 연간냉방전력사용량을나타낸것으로난방일수는 차년도 일과 차년도 일로 차년도의난방일수가 일더긴것으로나타났다 이는 년의동절기기간이 년에비해더길기때문이다 차년도의경우 일난방을작동한것으로나타났다 난방기히트펌프성능분석 표 은 차년도와 차년도의동절기지열냉방시스템의작동성능을나타낸것으로히트펌프의 는 와 로연도에따라히트펌프작동성능에는큰변화가없는것으로나타났지만 본연구에서제안된개선사항을통해순환펌프의소비량이감소하여 전체시스템 는 차년도 에서 차년도 으로 증가되는것으로나타났다 또한건물에공급되는난방열량은 차년도 에서 로 증가한반면히트펌프구동을위해소비된전력량은 증가하여 부하대비난방에너지소비량은상대적으로감소한것으로나타났다 또한 차년도의경우시스템 가 로 차년도에비해 이상효율적인것을볼수있다

70 구분 지열전기소비량 순환펌프소비량 생산열량 냉온수공급열량 시스템 차년도 차년도 차년도

71 태양열급탕시스템의급탕성능분석 가 온수사용패턴분석 월평균일일급탕사용량기후변화연구동의태양열시스템데이터분석을위하여 년 월 일월부터 년 월 일까지모니터링데이터를수집하여분석을실시하였다 그림 는건물의급탕량을나타낸것으로분석기간에대한월별급탕사용분포를살펴보면 월의사용량이가장적은상태에서 월까지점차증가하는반면 월부터 월까지의급탕사용량은다시증가추세를보이고있다 사용인원이거의변동이없는기간에이와같은급탕사용량의변화는외기온이가장큰영향을미치는것으로판단된다 또분석기간중월평균 인당일일급탕사용량을살펴보면 월이 인 로서가장많은사용량을보이고있으며 가장적게사용하는 월은 인 와비교할때 배정도의차이를드러내고있다 이러한결과는급탕시스템설계기준치로적용된 인 와비교할때최대 이상작은것을알수있다

72 요일별급탕사용분포 그림 은주간총사용량을기준으로평균요일별급탕비율을나타낸것이다 주간사용패턴을보면주중인화 수 목요일이비슷한수준으로주말에는사용량이거의없는것으로나타났으며 이는업무용시설의사용패턴을그대로반영하는것이다 주말을제외한가장많은사용량을보인화요일과가장적은사용량을보인수요일을비교할때차이가거의없는것으로이는재실자의생활패턴에서기인한것으로주중에는제실자의급탕사용패턴에큰변화가없는것으로분석된다 시스템열성능분석 그림 은월별평균태양열의존율을나타낸것이다 급탕사용량이태양열시스템설계용량에비해적기때문에분석기간모두태양열의존율이높게나타나고있다 태양열시스템은일반적으로태양열의존율이높아지면집열효율은낮아지는것으로알려져있다 이는의존율이높아지면작동온도 축열온도 가높아지기때문이며 심지어는축열조온도가과열온도

73 까지상승하여태양열시스템의파손을야기하기도한다 따라서태양열시스템은태양열의존율을지나치게높게설계하는것은비효율적이며 일반적인급탕의경우 이내로시스템규모를설계하는것이추천되고있다 태양열시스템에의해취득된열량은 차년도 로나타났으며 이준 에해당하는열량이급탕에공급되고나머지는탱크손실및난방 에너지에의해소비된것으로분석되었다 구분 태양열취득량 급탕공급량 태양열펌프전력 차년도 차년도 차년도

74 탄소제로빌딩구현을위한가이드라인 업무용시설에사용되는저탄소건축물을구현하기위해서는주변자연환경에순응하여효과적으로자연을활용하는것부터출발하여태양 바람등의자연에너지를최대한활용한건물디자인으로쾌적한환경을조성할수있어야하며 건물디자인만으로만족하지못한부분은고효율설비시스템을도입하여에너지사용량을최소화하고에너지원또한탄소배출을저감할수있도록재생가능한에너지를사용해야한다 기본계획단계에서의방향설정 제로에너지건축물의보급을구체화하기위해서는설계초기단계부터요소별적용기술에대한정량적평가가이루어져야한다 다음 그림 은시뮬레이션평가를통해최초계획단계부터최종설계안을도출하는과정을나타낸것이다

75 위에서보는바와같이제로에너지건물을구현하기위해서는건물을설계하는설계자와이를분석하는엔지니어의연계가필수적이라할수있다 하지만상호간의이해와복잡한작업프로세서로인해제로에너지빌딩구현을위한실질적인목표달성이어려운실정이다 이를개선위해서는건물설계자와엔지니어의업무에대한이해를위한가이드라인이마련되어야한다

76 적용기술에대한평가방법 에너지절약은건축환경및설비분야에서의최대과제이며 다양한방법으로건물에적용되어왔다 건물에너지절약기술을체계적으로나열하면다음 표 과같다 기술별적용방법에대한평가를 단계로구분하면 단계는건축적인방법으로에너지사용량을감소시키는것이며 단계는설비적인방법으로에너지사용기기의효율을증진시키는것이다 즉 열원설비 에너지의운반및분배설비 열회수설비등과같은설비의효율을높임으로써냉난방및건물에서사용되는에너지를최소화시키는것이다 마지막 단계는신재생에너지도입및설비의통합관리를통해에너지를절약 공급하는것이다 이를위해서는각요소기술에대한정략적평가를실시하고 경제성과적 용의타당성등을파악하여최종통합운영에대한평가를실시해야할것이 다

77 탄소제로빌딩구현을위한지침서요약 주거용건물의경우해외선진국의경우 세기말부터제로에너지에건물에대한성과로여러형태의실증사례를보이고있는반면국내의경우 년에서야 에너지기술연구원 을중심으로 실험주택이건립되었다 탄소제로건물관련기술중주택분야에대한투자와연구는선진국에비해다소늦어진것을알수있다 하지만실제사용되는상업용건물에서국립환경과학원의기후변화연구동이탄소제로빌딩을세계최초로달성함에따라주거용건물과는다르게상업용건물의탄소제로빌딩기술과연구에선도적인역할을수있게되었다 녹색건축물의탄소제로구현을위한지침서 는국립환경과학원기후변화연구동의건립과설계 시공은물론 년 월중순이후현재까지 년이상의건물운영 연구결과 시행착오등탄소제로빌딩에대한모든내용을상세히수록함으로써향후탄소제로건축물을건립하고자하는사람들이실질적으로유용하게사용하도록작성하였다 이를위해본지침서는크게 발주자및시행자편 설계자편 시공및운영자편 으로건물건립을위해관계되는발주자 설계자 시공자및운영자를위한 부분과실제기후변화연구동건립당시에작성된문서 지침등을정리하여향후탄소제로건물건립을위해참고가될수있는자료를별도의 부록 으로나누어작성하였다 이러한주요내용들을정리하면다음과같다 발주자및시행자편 은제로에너지빌딩 패시브주택 그린홈등과 같은유사용어개념들에서탄소제로빌딩에대해정의하고 국내 해외동향 을살펴봄으로써 탄소제로빌딩의현황과국내수준등을파악하였다 또한

78 기획 설계집행 공사요청 예산집행등탄소제로건물건립을위해필요한행정사항과기후변화연구동건립과정에서실제로사용된과업요청서 사업평가서 용역관리지침등을 부록 에정리하여향후발주자가탄소제로빌딩건립을위해필요한공사전반에걸친행정프로세서와이를위해필요한예산수립및집행에대한사례를수록하였다 설계자편 에서는일반적인건물과는다르게에너지절약기술에대한평가가수반되는탄소제로빌딩의건물설계의전체프로세서와현재까지건물에적용가능한부하절감기술 에너지효율향상기술 신재생에너지기술등에대한자료조사와적용사례 적용기술에대한평가방법등을정리하였다 이와더불어기후변화연구동을위한실제설계사례와에너지전문기관을통한에너지분석사례등을수록하여 향후탄소제로빌딩구현을위한설계지침과평가지침을마련하였다 시공및운영자편 에서는일반건축물시공과동일하게시공되는부분은전체시공과정소개를통해간략히기술하였고고성능단열 외단열 고성능창호 고기밀시공법 자연채광 외부전동블라인드 고효율환기시스템과같은부하절감기술과지열냉난방시스템 태양열시스템 태양광시스템등과같은신재생에너지시스템으로나누어탄소제로빌딩에건립을위해추가되는핵심요소기술에대한시공법을기후변화연구동에서시공된사례를중심으로시공자의편의에맞게정리기술하였다 또한최근 년간의기후변화연구동에대한연구분석결과와운영및시공과정에서누락되거나시행착오를통해개선된사항등을정리하여 건물운영자가탄소제로빌딩운영을위해필요한체크사항과지침을마련하였다 이와더불어탄소제로건물을목적으로하지않더라도일반건물의에너지를줄일수있는요소기술선택을위한자료로기후변화연구동의요소기술별절감효과를수록하여 한정된예산에서효과적인적용기술에선택할수있는기초자료를제시하였

79 다 부록 에서는기후변화연구동건립을위해작성된문서와지침 평가방법 등을정리수록하여 향후탄소제로를목적으로하는건축주및사업수행자 가실질적으로활용가능한지침을작성하였다 녹색건축물의탄소제로구형을위한지침서 는기획 예산 설계 시공 운영 연구결과 시행착오등기후변화연구동을건립사례에활용된모든내용을체계적으로수록하여 향후탄소제로건물을목적으로하는건축물건립에관여된모든이들이활용할수있는기본지침을마련하였다 또한미래국가비전으로제시한 년탄소제로건물현실화를위한기초자료로활용될수있길기대한다

80 결론 본연구사업은세계최초의탄소제로업무용시설인기후변화연구동완공으로기존의시뮬레이션과수치해석을기반으로이루어지고있는연구시스템에서탄소제로건물의모니터링시스템과환경성능실험을통해건물에너지절약기술및신재생에너지기술이적용된탄소제로빌딩의통합에너지성능평가와실내건축환경성능을분석함으로써향후탄소제로를목적으로하는업무용시설의설계및시공 운용에필요한가이드라인을마련하는데그목적이다 이를위해 차년도에는에너지성능평가 동계실내환경실험및결과와바탕으로에너지절감을위한개선사항등을제시하였으며 향후탄소제로빌딩혹은저탄소빌딩구현을위한지침서를마련하였다 본연구의결과를요약하면다음과같다 국내외탄소제로빌딩현황분석주거용건물의경우해외선진국의경우 세기말부터제로에너지에건물에대한성과로여러형태의실증사례를보이고있는반면국내의경우 년에서야 에너지기술연구원 을중심으로 실험주택이건립되었다 이로써주택분야에서는제로에너지건물대한연구가다소늦어진것을알수있다 하지만상업용건물의경우실제사용되는탄소제로건물인국립환경과학원의기후변화연구동이에너지자립 를달성함에따라주거용건물과는다르게상업용건물탄소제로건물기술과연구에선도적인역할을할수있을것으로예상된다 모니터링을통한기후변화연구동의자립률분석기후변화연구동은 차년도에 의잉여전력을생산하였고 차년도의경우 를소비량보다더생산하여 차년도는총 를더생산하여제로에너지에해당됨은물론 년동안총 의전력을더생산

81 하여 에너지자립화건물은물론 에너지를더생산하는 을달성 한것으로분석되었다 에너지절약을위한개선안에대한평가연구에서제안된개선사항을통해에너지사용량은감소하였으며 특히열원시스템에대한효율향상과에너지사용량감소는기호변화연구동이자립할수있는여건을마련하였다 탄소제로빌딩을위한지침서마련 녹색건축물의탄소제로구현을위한지침서 는국립환경과학원기후변화연구동의건립과설계 시공은물론 년 월중순이후현재까지 년이상의건물운영 연구결과 시행착오등탄소제로빌딩에대한모든내용을상세히수록함으로써향후탄소제로건축물을건립하고자하는사람들이실질적으로유용하게사용하도록작성하였다

82 참고문헌

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