V. 노후화 주택의 성능 개선방안
5.2 건물에너지 시뮬레이션을 통한 건축물의 에너지 성능 개선
5.2.1 대상 건축물의 건물에너지 시뮬레이션 모델링 구축
본 연구에서는 노후화 건축물의 에너지 절감 요소를 분석하기 위하여 대상 건축물 의 현재 성능과 개선 후 건축물의 에너지 성능을 비교하기 위해 건물에너지 시뮬레이 션을 활용하였다. 건물에너지 시뮬레이션 툴을 이용하여 대상 건축물의 에너지 성능을 반영한 Base model을 구축하여 에너지 성능 개선이 이루어진 개선 model과의 비교를 통해 난방에너지소비량과 Heating slope의 변화 추이를 분석하였다.
연구에 사용한 건물에너지 시뮬레이션 툴은 미국 DOE (The U.S Department of Energy)에서 개발된 EnergyPlus를 엔진으로 사용하여 3D로 건축물을 시각화하여 프로 그램을 구축할 수 있게 도움을 주는 DesignBuilder를 사용하였다. EnergyPlus 프로그 램은 연간 시각별 기상자료를 이용하여 부하 계산과 에너지 소비 특성을 해석하는 프 로그램이다.20)
DesignBuilder를 통해 모델링을 구축하는 입력 조건은 크게 Activity, Construction, Lighting 그리고 건축물의 냉난방 공기조화 시스템을 의미하는 HVAC으로 나눠져 있 다. 각각의 의미는 다음과 같다.
(1) Activity는 실내 환경에서의 변수를 입력할 수 있는 입력란으로 재실 스케줄, 실내 외 설정온도, 습도, 환기, 조명, 사무장비, 외기 도입량 등을 입력 및 수정할 수 있다.
(2) Construction은 건축물의 외피에 관련한 입력 값을 조정할 수 있는 란으로 건물의 재질, 형태 등의 입력이 가능하다. 건축물의 열관류율은 Construction에서 입력한 각 재료의 열전도율과 두께를 통해 계산되며, 침기율을 의미하는 Airtightness의 입력 또 한 가능하다. Construction에서는 외피의 열관류율과 Airtightness의 영향이 건축물의 난방 에너지 소비량에 미치는 영향이 크다.
(3) Lighting은 건축물의 용도에 맞게 Template이 적용이 되며, 각각의 조도 및 스케 줄의 입력이 가능하다.
(4) HVAC은 건축물의 각종 설비를 입력하는 란으로 DesignBuilder에서는 기본 Template을 제공하여, 시각화된 개념도를 통해 대상 건축물의 특성에 맞는 HVAC 입 력이 가능하다.
본 연구에서는 DesignBuilder 모델링을 구축하기 위하여 대상 건축물의 평면 <그림 5.2>와 준공연도(1996)에 부합하는 에너지절약계획서21) 자료, 공동주택의 현황 사례 조사의 참고문헌22),23),24)을 활용하여 설계 항목별 데이터를 도출하고 모델링을 작성하 였다. 건축물의 열원으로는 도시가스를 사용하는 개별난방 시스템을 DesignBuilder의
HVAC 템플릿 중 <그림 5.3> Heated Floor, Boiler HW, Nat Vent를 적용하였다. 건 축물에너지모델링의 입력 개요를 <표 5.1>에 나타내었으며 DesignBuilder를 통해 모 델링의 위치, 기상데이터, Activity, Construction, Lighting, HVAC을 입력하여 <그림 5.4> 대상 건축물의 건물에너지 시뮬레이션 모델인 Base model을 구축하였다.
<그림 5.2> 대상 건축물 세대 평면도
디자인 요소 값
특성
건물 용도 아파트
적용 면적 84.99 m
층고 2.8 m
천장고 2.3 m
창면적비 25.15
향 남
건물
위치 대한민국 울산
기상 Hourly weather data KOR_ULSAN_IWEC 외벽 U-Value 0.72 W/mK
창 U-Value 3.48 W/mK 창 종류 22mm double glass +
22mm double glass
기밀성능 13.71 ACH 50
난방장비 열원 가스보일러 20,000 kcal/h,
70%
<표 5.1> 건물에너지 시뮬레이션 입력 개요
<그림 5.3> Base model에 적용한 DesignBuilder Heated Floor, Boiler HW, Nat Vent 시스템
<그림 5.4> DesignBuilder를 이용한 Base model 구축