Research Article

Journal of Korean Institute of Architectural Sustainable Environment and Building Systems. February 2020. 101-111
https://doi.org/10.22696/jkiaebs.20200010


ABSTRACT


MAIN

  • 서 론

  • 건축물의 에너지절약설계기준 강화이력

  •   의무사항-건축물 부위별 열관류율

  •   에너지성능지표(EPI)

  •   건축물 에너지소요량 평가서

  • 에너지소요량 평가 개요

  •   평가대상 건물 선정

  •   주요 입력변수의 설정

  • 에너지소요량 분석을 통한 설계기준 개정방향 도출

  •   에너지소요량 산정 결과

  •   에너지성능 개선효과 분석 및 개정방향 도출

  • 결 론

서 론

2018년 발표된 「2030 국가 온실가스 감축 로드맵 수정안」에서 건물부문 온실가스 감축목표가 2030년 BAU 대비 32.7%로 상향 조정됨에 따라 건축물 에너지 효율화 정책의 중요성이 더욱 커지고 있다. 「녹색건축물 조성 지원법」의 하위 행정규칙인 「건축물의 에너지절약설계기준」(이하 ‘설계기준’)은 신축 건축물이 갖추어야 할 최소한의 에너지 성능에 관한 규정으로 건축물의 인허가 단계에서 의무적으로 준수해야 하는 핵심적인 정책 수단이다. 유럽연합, 미국 등 주요 선진국에서는 신축 건축물에 대해 부위별 열관류율, 기밀성능 등 최소한으로 준수하여야 하는 주요 항목에 대해서만 사양 기준(prescriptive criteria)을 운영하고, 에너지요구량 또는 에너지소요량, 1차에너지소요량 및 CO2 배출량 등 성능 기준(performance-based criteria) 위주로 에너지 성능 규제를 시행하고 있는 추세이다(CA EPBD, 2016; ASHRAE, 2019; 김선숙, 2018).

국내의 설계기준도 그간 의무사항, 에너지성능지표(Energy Performance Index, EPI) 등 사양 기준 방식으로 주로 운영되어 왔으나, 성능 기준의 단계적 도입을 추진하고 있다. 신축 건축물의 에너지 성능 강화를 위해 부위별 열관류율 기준 등 건축, 기계, 전기, 신재생 부문별 사양 기준을 강화함과 동시에, 2010년부터 10,000 m2 이상 업무용 건축물에 대해 성능 기준에 해당하는 건축물 에너지소요량 평가서 제출 의무화를 시행한 이후 적용 대상을 점차 확대하고 있다. 2017년부터 일부 건축물에 대해서는 단위면적당 1차에너지소요량을 제한하는 에너지소비총량 기준을 도입하였으나, 적용대상이 매우 제한적일 뿐 아니라 오랜 기간 적용되어 온 사양 기준에 대한 시장 수용성이 매우 높아 성능 기준으로의 전환이 어려운 실정이다.

따라서 본 연구에서는 그간의 설계기준 강화에 따른 건축물의 에너지성능 개선 효과 분석을 통해 성능 기준 활성화를 위한 설계기준 개선방향을 제안하고자 한다. 이를 위해 2001년 이후 설계기준 강화이력을 조사하고, 평가대상 건물을 선정하여 사양 기준 강화이력에 따른 에너지요구량 및 1차에너지소요량 변화 추이를 분석함으로써 향후 설계기준 개정 방향을 도출하고자 한다.

건축물의 에너지절약설계기준 강화이력

1979년 「건축법 시행규칙」에 따라 건축물 부위별 열관류율 기준 및 단열재 두께 기준이 시행된 이후 1985년 에너지절약계획서 제출이 의무화되었으며, 일부 건축물의 용도별로 운영되던 에너지절약설계기준이 2001년 통합되었다. 또한 2013년 「녹색건축물 조성 지원법」이 시행되면서 500 m2이상 모든 용도 건축물로 적용대상이 전면 확대됨에 따라 현재의 설계기준이 고시되었다. 현재 설계기준에 따라 제출하여야 하는 에너지절약계획 설계검토서는 ① 의무사항(건축·기계·전기), ② 에너지성능지표(건축·기계·전기·신재생), ③ 건축물 에너지소요량 평가서의 3개 부분으로 구성된다. 본 연구에서는 사양 기준인 ①, ②의 강화이력에 따른 에너지 성능 개선 효과를 성능 기준 ③의 평가방법을 적용하여 평가하고자 하므로, 각 부분별 강화이력 중 ③의 평가방법으로 평가 가능한 항목을 중심으로 설계기준의 강화이력을 조사하였다.

의무사항-건축물 부위별 열관류율

건축부문 의무사항 1은 건축물 부위별 단열조치의 이행이며, 설계기준 [별표 1] 지역별 건축물 부위의 열관류율 또는 [별표3]단열재의 두께가 이행 여부의 판단 기준이 되는 핵심 내용이다. 건축물 부위별 열관류율 기준은 2013년 중반까지 「건축물의 설비기준 등에 관한 규칙」에서 관리되었으며, 2013년 9월 1일부터 설계기준으로 이관되었다. 2009년 11월 정부는 ‘녹색도시·녹색건축물 활성화 방안’을 통해 2025년 신축 건축물에 대한 제로에너지화 목표 및 단계적 에너지성능 강화 로드맵을 제시하였으며, 이에 따라 건축물 부위별 단열성능 기준을 2010년, 2013년, 2015년, 2018년(시행일 기준) 각 한 차례씩 강화하였다. 그 예로서 중부지역 외벽과 창 및 문의 열관류율 강화이력을 그래프로 나타내면 Figure 1, 2와 같다.

http://static.apub.kr/journalsite/sites/kiaebs/2020-014-01/N0280140110/images/Figure_KIAEBS_14_1_10_F1.jpg
Figure 1.

Development of U-value requirement for walls (Central region)

http://static.apub.kr/journalsite/sites/kiaebs/2020-014-01/N0280140110/images/Figure_KIAEBS_14_1_10_F2.jpg
Figure 2.

Development of U-value requirement for windows and doors (Central region)

에너지성능지표(EPI)

EPI는 숙박시설, 목욕장·수영장에 최초로 도입되어 EPI 80점 이상 취득을 허가기준으로 1994년 3월 시범시행, 1995년 1월부터 본격 시행되었으며, 이후 병원을 제외한 대부분의 건축물 용도에 대해 적용되었다. 2001년 통합된 설계기준에 외벽, 지붕 및 최하층 거실바닥의 평균열관류율 평가항목이 도입되었으며, 2010년 외벽의 평균열관류율 최소 배점 획득 의무화, 차양설치 평가항목 신설, 2012년 조명밀도 평가항목 신설, 2017년 열교부위 단열성능 평가항목 신설 등 여러 단계에 걸쳐 개정이 이루어졌다. 2013년에 에너지절약계획서 제출대상이 확대되면서 종전에 8개 용도/9개 구분으로 운영되던 EPI 체계가 주거 1, 2와 비주거 대형 및 소형의 4개 구분으로 단순화되었으며, 허가기준 또한 EPI 평점 합계 60점 이상에서 65점 이상(공공의 경우 65점에서 74점)으로 강화되었다.

건축물 에너지소요량 평가서

건축물의 에너지소요량 평가서는 ISO 52016(구 ISO 13790) 등 국제 규격에 따라 난방, 냉방, 급탕, 조명, 환기에 대해 종합적으로 평가하도록 제작된 건축물 에너지소비총량 평가프로그램 ECO2-OD(한국에너지공단, 2019)를 활용하여 연간 단위면적당 에너지요구량, 에너지소요량, 1차에너지소요량을 계산하여 작성한다. 성능 기준 시행 초기에는 일정 규모 이상의 일부 용도에 해당하는 건축물에 대해 건축물 에너지소요량 평가서의 ‘제출’만을 의무화하였으나, 2017년부터 건축물 에너지소비총량 기준을 설정하여 해당 기준을 충족하는 경우 EPI를 제출하지 않아도 허가할 수 있도록 운영하고 있다. 건축물 에너지소요량 평가서 관련 기준 강화 이력은 Table 1과 같다.

Table 1. Development of primary energy requirement for building types and uses

Number of notice (Enforcement date) Type Building use Building size (m2) Primary energy requirement (kWh/m2·yr)
2010-1031 ('10.12) Public Office 10,000 ~ -
Private
2013-149 ('13.9) Public Office 3,000 ~ -
Private
2015-1108 ('16.1) Public Office 500 ~ -
Private Office 3,000 ~ -
2016-944 ('17.6) Public All 500 ~ less than 260
Private Office 3,000 ~ less than 320
2017-881 ('18.9) Public All 500 ~ less than 140
Private Office, Education 3,000 ~ less than 200

에너지소요량 평가 개요

평가대상 건물 선정

2010년 제도 시행 초기부터 건축물 에너지소요량 평가서 제출 대상에 포함되어 현재 1차에너지소요량 기준(공공 140, 민간 200 kWh/m2·yr 미만) 이 있는 업무시설을 평가대상 건물 용도로 선정하였다. 최근의 설계 및 기술 동향을 반영한 대표성 있는 평가대상 건물을 선정하기 위해, 신축 건축물과 관련된 상세 정보를 비교적 많이 취득할 수 있는 건축물 에너지효율등급 인증 DB 분석을 진행하였다. 2013~2017년에 인증된 업무시설 849건을 EPI 작성 기준에 따라 분류한 결과 비주거 소형(500~3,000 m2)에 해당하는 건이 101건, 비주거 대형(3,000 m2 이상)에 해당하는 건이 748건이었으며, 규모별 통계치는 Table 2와 같다.

Table 2. Statistics of certified office buildings

Size Feature Statistical distribution
0%(Min) 25% 50%(Med) 75% 100%(Max) Average
Small Area(m2) 607 1,598 2,150 2,682 2,999 2,082
Number of stories 1 3 4 5 13 4.4
Large Area(m2) 3,002 5,473 10,953 21,293 199,923 20,474
Number of stories 1 5 10 15 49 10.8

Table 3은 849건의 인증 건축물 설계 도서 등을 검토하여 통계적 대표치에 가까운 조건을 갖춘 것으로 판단되어 평가대상으로 선정된 건물을 나타낸다. 소형 건축물은 연면적 및 층수의 평균과 중간값이 유사하게 나타났으나, 대형 건축물은 연면적 분포의 왜도가 크게 나타나 평균이 아닌 중위값을 기준으로 선정하였다. 소형 건축물의 경우 냉난방방식으로 가장 많이 채택된 전기히트펌프(EHP)를 기준으로 하였으며, 대형 건축물의 경우 냉난방 방식의 다양성을 감안하여 EHP 방식 뿐 아니라 공기식 공조방식을 혼용하는 건물도 추가로 선정하였다.

Table 3. Case study buildings

A (Small office) B (Large office) C (Large office)
Floor Plan http://static.apub.kr/journalsite/sites/kiaebs/2020-014-01/N0280140110/images/Figure_KIAEBS_14_1_10_T3-1.jpg http://static.apub.kr/journalsite/sites/kiaebs/2020-014-01/N0280140110/images/Figure_KIAEBS_14_1_10_T3-2.jpg http://static.apub.kr/journalsite/sites/kiaebs/2020-014-01/N0280140110/images/Figure_KIAEBS_14_1_10_T3-3.jpg
Building area 483 m2 1,049 m2 967 m2
Gross floor area 2,257 m2 13,267 m2 10,830 m2
Number of stories B1/5 B4/10 B2/10
Heating/Cooling EHP EHP Absorption chiller + Boiler / FCU / EHP

주요 입력변수의 설정

앞서 조사한 설계기준 건축부문 의무사항과 EPI 항목별 중 ECO2-OD로 평가 가능하면서 강화이력이 있는 항목에 대하여 기간별로 Table 4와 같은 입력조건을 설정하였다. 지역별 건축물 부위의 열관류율 강화 이력을 기준으로 2001년부터 현재까지의 기간을 P1~P6의 6개 구간으로 구분하였으며, P2~P5의 구간은 EPI 건축 부문 1번 항목 부위별 평균열관류율 기준의 강화에 따라 2개의 하위 세부 구간으로 구분하였다. 평균열관류율의 경우, 해당 구간의 부위별 열관류율을 만족하는 범위 내에서 EPI 배점(b)에서 1점을 취득할 수 있도록 벽체 및 창의 열관류율을 조정하여 적용하였다.

Table 4. Simulation inputs according to the evolution of building energy code

EPI* number Period ECO2- OD Input P1 P2-1 P2-2 P3-1 P3-2 P4-1 P4-2 P5-1 P5-2 P6
'01- '08 '08.7- '08.11 '08.11- '10.7 '10.11- '12.5 '12.5- '13.8 '13.9-'14.8 '14.9- '15.12 '16.1- '17.6 '17.6- '18.8 '18.9- current
A- Mand- atory U-value (W/㎡K) Wall D** C*** 0.47 0.47 0.36 0.27 0.26 0.17/0.24
S 0.58 0.58 0.45 0.34 0.32 0.32
J 0.76 0.76 0.58 0.44 0.43 0.41
I C 0.64 0.64 0.49 0.37 0.36 0.24/0.34
S 0.81 0.81 0.63 0.48 0.45 0.45
J 1.10 1.10 0.85 0.64 0.62 0.56
Roof D C 0.29 0.29 0.20 0.18 0.15 0.15/0.15
S 0.35 0.35 0.24 0.22 0.18 0.18
J 0.41 0.41 0.29 0.28 0.25 0.25
I C 0.41 0.41 0.29 0.26 0.22 0.21/0.21
S 0.52 0.52 0.34 0.31 0.26 0.26
J 0.58 0.58 0.41 0.40 0.35 0.35
Floor D C 0.41 0.41 0.41 0.29 0.22 0.17/0.20
S 0.47 0.47 0.41 0.33 0.25 0.25
J 0.52 0.52 0.41 0.39 0.33 0.33
I C 0.58 0.58 0.58 0.41 0.30 0.24/0.29
S 0.64 0.64 0.58 0.47 0.35 0.35
J 0.76 0.76 0.58 0.55 0.47 0.47
Window D C 3.84 3.40 2.40 2.10 1.50 1.30/1.50
S 4.19 3.80 2.70 2.40 1.80 1.80
J 5.23 4.40 3.40 3.00 2.40 2.20
I C 5.47 4.60 3.20 2.60 1.90 1.60/1.90
S 6.05 5.30 3.70 3.10 2.20 2.20
J 7.56 6.30 4.30 3.80 3.00 2.80
A-1 Overall U-value (W/㎡K) Wall C 1.14 1.14 1.14 0.60 0.47 0.47 0.38/0.49
S 1.27 1.27 1.27 0.74 0.58 0.58 0.62
J 1.60 1.60 1.60 0.89 0.70 0.70 0.77
A-2 Roof C 0.19 0.19 0.16 0.12 0.11 0.11 0.09/0.09
S 0.23 0.23 0.19 0.15 0.14 0.14 0.11
J 0.26 0.26 0.21 0.18 0.17 0.17 0.15
A-3 Floor C 0.26 0.26 0.21 0.15 0.12 0.12 0.10/0.12
S 0.30 0.30 0.25 0.18 0.14 0.14 0.15
J 0.34 0.34 0.28 0.21 0.16 0.16 0.20
M-1 Heating system EHP (COP) 3 3 4 4 4 4 4 4 4 4
Boiler (%) 87 87 87 87 87 87 87 87 90 90
M-2 Cooling system EHP (COP) 3 3 3.8 3.8 3.8 3.8 4 4 4 4.2
Chiller (COP) 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2
M-6 Heat Recovery Ventilator Heating recovery rate - - - - 0.70 0.70 0.70 0.70 0.70 0.70
Cooling recovery rate - - - - 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45
E-1 Lighting density (W/㎡) 20 18 18 16 12 10 10 7.5 7.5 7.5
R-4 Renewable energy rate to lighting capacity(%) 0 0 0 0 0 0 0 0 60 60

* A:Architecture, M:Mechanical system, E:Electrical system, R:Renewable energy system
** D : Directly facing outdoor air, I:Indirectly facing outdoor air
*** C: Central region, S : Southern region, J : Jeju

기계설비부문 1, 2번 항목 EHP 냉난방 효율은 EPI 배점(b)의 1점 기준의 성능값을 적용하되, EHP가 고효율에너지기자재 인증 품목에서 2012년 5월(P3-2) 제외된 것을 반영하여 0.9점 배점의 에너지소비효율등급 1등급 효율로 입력값을 설정하였다. 각 구간별 냉난방설비 효율은 연도별 에너지소비효율등급 1등급 제품의 평균 냉난방효율을 반영하여 적용하였다. 전기설비 부문 1번 항목 조명밀도는 EPI 배점(b)의 0.6~1점 사이의 기준값을 점진적으로 강화하여 적용하였으며, 신재생설비부문 4번 항목 조명설비 용량의 신재생 비율은 조명에너지소요량의 60% 생산이 가능하도록 태양광 패널 면적을 설정하였다.

평가대상 지역으로는 현재 설계기준(국토교통부 고시 2017-881) 상의 지역 구분을 대표하여 철원(중부 1), 서울(중부 2), 대구(남부), 제주(제주) 등 4개 지역을 선정하였다.

에너지소요량 분석을 통한 설계기준 개정방향 도출

에너지소요량 산정 결과

ECO2-OD 2018. 901.1를 활용하여 업무시설 소형 A와 업무시설 대형 B, C 건물에 대해 기준 강화에 따른 지역별 에너지요구량은 Table 5, 6과 같고, 1차에너지소요량은 Table 7, 8과 같다. Table 5, 7은 설계기준 건축부문 의무사항 1번 항목 부위별 열관류율의 강화에 따른 값이며, Table 6, 8은 EPI 건축부문 1~3번 항목 평균열관류율의 강화에 따른 값을 나타낸다. 기준 강화에 따른 감소 추이를 살펴보기 위해 서울 지역의 예를 그래프로 나타내면 Figure 3과 같다.

Table 5. Energy need according to the U-value of building components (kWh/m2·yr)

Period Building & region P1 P2-1 P2-2 P3-1 P3-2 P4-1 P4-2 P5-1 P5-2 P6
'01- '08 '08.7- '08.11 '08.11- '10.7 '10.11- '12.5 '12.5- '13.8 '13.9-'14.8 '14.9- '15.12 '16.1- '17.6 '17.6- '18.8 '18.9- current
A (Small) Cheorwon (C1) 146.7 136.9 136.9 117.3 92.4 81.0 81.0 68.8 68.8 66.2
Seoul (C2) 134.9 125.5 125.5 110.3 90.0 79.4 79.4 68.8 68.8 68.7
Daegu (S) 131.6 122.9 122.9 108.3 90.2 80.1 80.1 70.1 70.1 70.1
Jeju (J) 132.7 122.0 122.0 109.0 91.8 81.6 81.6 71.3 71.3 70.8
B (Large) Cheorwon (C1) 131.9 124.0 124.0 109.8 83.7 74.9 74.9 64.3 64.3 62.5
Seoul (C2) 123.0 115.3 115.3 103.4 81.5 73.2 73.2 63.2 63.2 62.9
Daegu (S) 123.1 115.7 115.4 103.4 83.3 75.1 75.1 65.5 65.5 65.5
Jeju (J) 119.8 110.9 110.9 100.2 82.3 74.6 74.6 64.9 64.6 64.6
C (Large) Cheorwon (C1) 116.9 110.0 110.0 99.4 76.6 69.3 69.3 60.2 60.2 59.8
Seoul (C2) 112.6 105.4 105.4 96.1 77.6 70.4 70.4 61.2 61.2 61.2
Daegu (S) 113.4 106.3 106.3 97.0 80.4 73.0 73.0 63.8 63.8 63.8
Jeju (J) 110.2 102.9 102.9 94.3 78.9 71.8 71.8 62.8 62.8 62.9

Table 6. Energy need according to the overall U-value (kWh/m2·yr)

Period Building & region P1 P2-1 P2-2 P3-1 P3-2 P4-1 P4-2 P5-1 P5-2 P6
'01- '08 '08.7- '08.11 '08.11- '10.7 '10.11- '12.5 '12.5- '13.8 '13.9-'14.8 '14.9- '15.12 '16.1- '17.6 '17.6- '18.8 '18.9- current
A (Small) Cheorwon (C1) 124.4 119.0 118.6 102.1 84.9 75.6 75.6 66.3 66.3 66.3
Seoul (C2) 120.5 113.9 113.8 101.5 88.4 79.3 79.3 69.1 69.1 69.0
Daegu (S) 119.6 112.8 112.6 102.5 91.4 82.9 82.9 72.0 72.0 71.7
Jeju (J) 119.8 113.3 113.3 101.5 90.0 81.6 81.6 71.3 71.3 71.0
B (Large) Cheorwon (C1) 122.4 117.2 117.5 101.0 78.7 71.1 71.1 62.2 62.3 61.4
Seoul (C2) 116.8 110.9 111.1 97.9 79.4 71.9 71.9 62.5 62.5 62.9
Daegu (S) 117.3 110.9 110.7 99.3 82.6 75.3 75.3 65.4 65.3 65.4
Jeju (J) 114.0 107.8 107.7 96.3 81.6 74.4 74.4 64.8 64.7 64.7
C (Large) Cheorwon (C1) 115.3 110.0 110.0 95.9 75.9 69.0 68.9 59.9 59.9 59.9
Seoul (C2) 111.6 105.4 105.3 94.1 78.0 70.9 70.9 61.4 61.4 61.2
Daegu (S) 112.3 105.9 105.7 95.5 81.0 74.1 74.1 64.1 64.1 64.0
Jeju (J) 109.1 102.9 102.7 92.9 80.0 73.3 73.3 63.5 63.5 63.0

Table 7. Primary energy uses according to the U-value of building components (kWh/m2·yr)

Period Building & region P1 P2-1 P2-2 P3-1 P3-2 P4-1 P4-2 P5-1 P5-2 P6
'01- '08 '08.7- '08.11 '08.11- '10.7 '10.11- '12.5 '12.5- '13.8 '13.9-'14.8 '14.9- '15.12 '16.1- '17.6 '17.6- '18.8 '18.9- current
A (Small) Cheorwon (C1) 309.5 289.8 258.5 230.9 188.6 164.7 163.5 137.5 106.1 98.7
Seoul (C2) 288.5 268.4 242.8 218.2 179.8 157.3 155.8 132.3 100.9 99.4
Daegu (S) 278.8 259.9 236.7 212.6 176.3 154.1 152.4 130.2 98.9 97.2
Jeju (J) 272.5 251.3 230.3 208.8 175.7 153.9 152.2 130.6 99.3 97.1
B (Large) Cheorwon (C1) 293.3 275.3 247.7 224.5 177.5 158.6 157.4 134.1 102.9 98.5
Seoul (C2) 273.8 256.9 234.2 212.9 170.5 153.1 151.6 129.2 97.8 95.9
Daegu (S) 268.8 252.4 230.9 209.5 169.9 151.9 150.2 128.8 97.3 95.9
Jeju (J) 256.6 237.9 220.3 201.3 165.0 147.9 146.3 126.2 94.6 93.1
C (Large) Cheorwon (C1) 266.1 249.9 249.0 228.2 186.6 171.8 171.8 150.6 117.2 117.6
Seoul (C2) 260.5 243.2 242.5 225.2 190.8 174.4 174.4 154.0 121.9 120.8
Daegu (S) 262.0 245.9 245.2 226.9 195.6 179.4 179.3 157.9 124.0 124.0
Jeju (J) 257.2 240.4 239.8 221.9 189.8 173.4 173.3 153.7 119.9 120.7

Table 8. Primary energy uses according to the overall U-value (kWh/m2·yr)

Period Building & region P1 P2-1 P2-2 P3-1 P3-2 P4-1 P4-2 P5-1 P5-2 P6
'01- '08 '08.7- '08.11 '08.11- '10.7 '10.11- '12.5 '12.5- '13.8 '13.9-'14.8 '14.9- '15.12 '16.1- '17.6 '17.6- '18.8 '18.9- current
A (Small) Cheorwon (C1) 280.5 266.9 241.2 212.1 172.7 152.0 150.2 130.4 99.0 96.1
Seoul (C2) 266.7 251.0 229.8 205.6 171.8 151.5 149.5 129.4 97.9 96.4
Daegu (S) 259.8 244.2 225.0 204.1 173.1 152.8 150.5 129.1 97.7 95.8
Jeju (J) 256.8 240.1 222.2 200.2 171.7 151.5 149.3 128.4 97.2 95.6
B (Large) Cheorwon (C1) 279.7 266.4 241.5 214.3 169.2 151.8 150.3 130.1 99.2 95.6
Seoul (C2) 265.1 250.7 229.9 206.4 166.0 149.1 147.4 127.1 95.9 95.9
Daegu (S) 260.3 245.4 225.9 204.3 167.4 150.5 148.4 127.3 96.0 94.3
Jeju (J) 249.4 233.9 217.4 197.2 163.9 147.4 145.4 125.5 94.2 92.6
C (Large) Cheorwon (C1) 264.4 249.9 248.9 226.5 190.6 175.7 175.7 150.7 117.5 121.7
Seoul (C2) 259.5 243.3 242.4 222.9 190.8 174.4 174.4 155.3 123.3 121.3
Daegu (S) 261.0 245.5 244.8 224.8 196.3 180.2 180.2 159.0 125.2 124.6
Jeju (J) 256.4 240.3 239.7 220.7 193.3 177.5 177.4 155.2 121.4 119.8

http://static.apub.kr/journalsite/sites/kiaebs/2020-014-01/N0280140110/images/Figure_KIAEBS_14_1_10_F3.jpg
Figure 3.

Decreasing trend in energy need and primary energy uses of office buildings in Seoul

에너지성능 개선효과 분석 및 개정방향 도출

부위별 열관류율을 기준으로 각 지역 3개 건물의 평가결과를 살펴보면, P1에 비해 P6에서 에너지요구량은 약 42.9~54.9%, 평균 47.7%, 1차에너지소요량은 약 52.7~68.1%, 평균 61.5%가 감소되었으며, 평균열관류율을 기준으로 평가한 값도 유사한 수준으로 감소되었다. 부위별 열관류율을 기준으로 각 단계별 에너지요구량 및 1차에너지소요량의 평균 감소율을 살펴보면 P1→ P2-1에서 6.6% 및 6.6%, P2-2→ P3-1에서 10.7% 및 8.9%, P3-2→ P4-1에서 10.3% 및 10.4%, P4-2→ P5-1에서 13.2% 및 13.6%, P5-2→ P6에서 0.7% 및 1.7%로 나타나, 단계별 기준 강화에 따른 에너지성능 개선효과가 있음을 확인할 수 있다. P5-1 이후 기준 강화에 따른 에너지요구량 감소율이 현저히 낮아지고 있는 것을 고려할 때 향후 업무시설에 대한 추가적인 단열기준 강화의 필요성은 낮은 것으로 판단된다.

또한 Table 5~8에 음영 표시된 바와 같이, 각 지역에서 P6 단계의 에너지요구량 및 1차 에너지소요량이 P5-2 단계와 같거나 오히려 약간 증가하는 결과가 일부 관찰되었다. 남부지역의 경우 부위별 열관류율 기준에 변화가 없었기 때문이나, Figure 4의 제주 지역 B건물 사례와 같이 난방에너지는 감소하였으나 냉방에너지가 오히려 증가함에 따라 전체 에너지요구량에 변화가 없는 경우도 있었다. 이는 내부발열이 높은 업무시설의 특성상 외피 열관류율이 낮아짐에 따라 여름철 냉방부하는 증가하기 때문인 것으로 판단된다. 따라서 현재까지의 설계기준이 건축물의 난방에너지요구량 및 소요량 저감을 주목적으로 강화되어 왔다면, 향후 제로에너지 수준까지 에너지소비총량을 낮추기 위해서는 냉방부하가 큰 비주거 용도에 대해 냉방에너지 소요량 저감기술과 관련된 기준 항목들을 신규 발굴, 강화할 필요가 있음을 알 수 있다.

http://static.apub.kr/journalsite/sites/kiaebs/2020-014-01/N0280140110/images/Figure_KIAEBS_14_1_10_F4.jpg
Figure 4.

제목

한편, P3-1→ P3-2 단계에서 부위별 열관류율 기준 1차에너지소요량 평균 감소율이 17.4%로 크게 나타났는데, 이는 P3-2(고시 제2012-69호)에서 EPI 기계설비부문 6번 항목 폐열회수형 환기장치의 열회수율 기준이 적용되었기 때문이다. 폐열회수형 환기장치의 적용 여부만으로 평가하다가 고효율에너지 기자재 인증제품에 한하여 점수를 부여하도록 강화됨에 따라 난방열회수율 70%가 적용되었고, 그 결과 난방에너지요구량 및 소요량이 현저히 감소하였다. Figure 4를 살펴보면 냉방열회수율 45% 적용은 오히려 냉방에너지요구량을 약간 증가시키는 것으로 나타나, 중간기 외기냉방을 위해 폐열회수형 환기장치의 바이패스 운전이 필요함을 확인할 수 있다.

또한 P5-2(고시 제2016-944호)에서 EPI 신재생설비부문 4번 항목 조명설비 용량의 신재생 비율 기준이 강화되어 P5-1→ P5-2 단계에서 부위별 열관류율 기준 1차에너지소요량 평균 감소율이 23.1%로 가장 크게 나타났다. 전체 난방, 냉방, 급탕, 전기설비용량에 대한 신재생에너지 용량 비율 2%(급탕은 10%) 이상 적용 여부로 평가되다가 5단계 구분 배점 평가로 강화되었고, 특히 전기의 경우 조명설비전력에 대한 비율로 한정하여 평가하는 방식으로 변경되었다. 이를 반영하여 신재생설비부문 4개 항목 중 비교적 채택률이 높은(한국에너지공단, 2018) 4번 항목에 대해 배점(b) 1점 기준인 신재생에너지 용량 비율 60%를 적용하였으며, 그 결과 신재생에너지 생산량만큼 1차에너지소요량이 감소하여 감소율이 크게 나타났다. 다만, 4번 항목의 채택률이 대형 14.8%, 소형 3.6%(한국에너지공단, 2018) 정도로 현재로서는 해당 항목을 적용하지 않은 건물이 더 많고, 이 경우에는 1차에너지소요량의 저감을 기대하기는 어렵다는 한계가 있으므로 향후 신재생에너지 설비의 채택율을 높일 수 있는 방향을 모색하여야 할 것이다.

A, B, C 건물 모두 현재의 사양 기준을 적용할 경우 모든 지역 및 유형에서 설계기준 제21조 제2항에 따른 에너지소비총량 기준인 200 kWh/m2·yr(공공의 경우 140 kWh/m2·yr) 미만을 만족하였으며, 단계적 사양기준의 강화에 따라 국내 신축 건축물에 대한 성능기반 기준 또한 강화되었음을 알 수 있다. 업무시설 소형인 A와 업무시설 대형인 B, C의 부위별 열관류율 기준 서울 지역 1차에너지소요량 평가 결과를 비교하면 A는 99.4 kWh/m2·yr, B는 95.9 kWh/m2·yr, C는 120.8 kWh/m2·yr로 규모에 따른 차이보다 냉난방 방식에 따른 차이가 더 큰 것으로 나타났다. 향후 에너지소비총량 적용대상 및 기준치 설정을 위해서는 규모 뿐 아니라 냉난방 방식에 따른 다수의 건물 사례에 대한 1차에너지소요량 평가 및 분석 연구가 이루어져야 할 것으로 판단된다.

결 론

본 연구에서는 건축물의 에너지절약설계기준 강화에 따른 신축 건축물의 에너지성능 개선 효과 분석을 위해 설계기준 강화이력 조사 및 이에 따른 업무용 건물의 에너지요구량 및 1차 에너지소요량 변화를 분석하였다. 건축물 부위별 단열기준 강화 및 EPI 주요항목 개정 이력에 따라 2001년부터 2018년까지의 기간을 10개의 구간으로 분류하여 평가한 결과, 부위별 단열기준 강화에 따라 모든 지역 및 건물 유형에서 에너지요구량 및 1차에너지소요량의 감소추이를 확인할 수 있었다. 그러나 최근의 기준 강화에 따른 1차에너지소요량 저감 추이가 완만해지고 있으며, 최신 기준 적용 시 일부 지역 및 건물에서 냉방에너지의 증가로 인해 에너지요구량 및 1차에너지소요량이 이전 기준 적용 시와 같거나 오히려 약간 증가하는 결과가 관찰되어, 향후 업무용 건축물의 경우 열관류율 기준 강화보다는 냉방에너지 저감을 위한 기준 마련이 필요한 것으로 판단된다. EPI 주요항목 개정에 따른 1차에너지소요량도 단계적으로 감소되어 국내 사양기준이 신축 건축물의 에너지성능 강화에 기여하여 왔음을 알 수 있으며, 효과적인 성능기반 기준 전환을 위해서는 에너지소요량에 미치는 영향이 큰 설계요소에 대한 평가기준 강화 등 에너지소비총량을 저감하는 관점에서 설계기준 개정이 필요하다.

Acknowledgements

이 논문은 한국에너지공단과 2019년도 정부(미래창조과학부) 재원으로 한국연구재단 의 지원을 받아 수행된 기초연구사업임(NRF-2017R1A2B40120 57).

References

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Korea Energy Agency. (2018). Commentaries for Building Energy Code.

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