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2018年 02月 碩 士 學 位 論 文
공공건축물 외피 개선을 통한
단열성능 향상 및 에너지 절감 효과 분석
朝 鮮 大 學 校 大 學 院
建 築 工 學 科 ( 建 築 工 學 專 攻 )
高 範 錫
공공건축물 외피 개선을 통한
단열성능 향상 및 에너지 절감 효과 분석
Evaluation on Energy Saving and Thermal Performance of Public Buildings by Building Retrofit
2018年 2月 23日
朝 鮮 大 學 校 大 學 院
建 築 工 學 科 ( 建 築 工 學 專 攻 )
高 範 錫
공공건축물 외피 개선을 통한
단열성능 향상 및 에너지 절감 효과 분석
指 導 敎 授 황 태 연
이 論文을 工學 碩士學位申請 論文으로 提出함.
2017年 10月
朝 鮮 大 學 校 大 學 院
建 築 工 學 科 ( 建 築 工 學 專 攻 )
高 範 錫
高範錫의 碩士學位論文을 認准함
委員長 朝鮮大學校 敎授 조 규 만 印 委 員 朝鮮大學校 敎授 김 형 기 印 委 員 朝鮮大學校 敎授 황 태 연 印
2017年 11月
朝 鮮 大 學 校 大 學 院
차 례
제1장 서론
1.1 연구배경 및 목적 ··· 1
1.2 연구방법 및 범위 ··· 5
제2장 그린 리모델링 공사 대상지 선정 및 기술제안
2.1 그린 리모델링 공사 후보지 현장 조사 ··· 82.2 연구대상 건축물 선정 ··· 20
2.2.1 A 어린이집 ··· 21
2.2.2 B 경로당 ··· 27
2.3 그린 리모델링 개념과 연구대상 건축물 기술 제안 ··· 32
2.3.1 그린 리모델링 개념과 범위 ··· 32
2.3.2 연구대상 건축물 기술 제안 ··· 34
제3장 건물외피 단열성능 개선을 위한 기술설계 및 열관류율 산정
3.1 이론적 고찰 ··· 363.1.1 열전도율 ··· 36
3.1.2 열저항 ··· 39
3.1.3 열관류율 ··· 40
3.1.4 건축물 단열 기준 ··· 44
3.2 그린 리모델링 기술 개요 및 적용 프로세스 ··· 47
3.2.1 진공단열재 ··· 47
3.2.2 쿨루프 ··· 49
3.2.3 드림폼 ··· 52
3.2.4 드라이비트 ··· 55
3.3 A 어린이집 벽체 열성능 향상을 위한 기술설계 및 열성능 계산 ··· 57
3.3.1 드림폼 설계와 벽체 열저항, 열관류율 계산 ··· 59
3.3.2 드라이비트(진공단열재) 설계와 벽체 열저항, 열관류율 계산 ··· 62
3.3.3 쿨루프 설계와 알베도 계산 ··· 65
3.4 B 경로당 벽체 열성능 향상을 위한 기술설계 및 열성능 계산 ··· 67
3.4.1 진공단열재 설계와 벽체 열저항, 열관류율 계산 ··· 69
3.4.2 쿨루프 설계와 알베도 계산 ··· 72
제4장 그린 리모델링 후 건축물 열성능 측정 및 설계 열성능과 실제 열성능 비교
4.1 그린 리모델링 공사 개요 ··· 734.1.1 A 어린이집 그린 리모델링 공사 ··· 75
4.1.2 B 경로당 그린 리모델링 공사 ··· 79
4.2 열성능 측정 이론 ··· 81
4.2.1 열관류율 측정 ··· 84
4.2.2 열화상 카메라 측정 ··· 88
4.2.3 알베도 측정 ··· 92
4.3 그린 리모델링 건물 열성능 평가 결과 ··· 95
4.3.1 그린 리모델링 후 열관류율 분석 ··· 101
4.3.1.1 A 어린이집 결과 ··· 101
4.3.1.2 A 어린이집 소결 ··· 144
4.3.1.3 B 경로당 결과 ··· 146
4.3.1.4 B 경로당 소결 ··· 151
4.3.2 그린 리모델링 후 열화상카메라 분석 ··· 152
4.3.2.1 A 어린이집 결과 ··· 155
4.3.2.2 B 경로당 결과 ··· 160
4.3.3 그린 리모델링 후 알베도 분석 ··· 165
4.4 그린 리모델링 후 실제 열관류율과 설계 열관류율 비교 ··· 171 4.4.1 A 어린이집 그린 리모델링 설계 열성능과
그린 리모델링 후 실제 열성능 비교 ··· 172
4.4.1.1 진공단열재가 부착된 드라이비트 기술 ··· 172
4.4.1.2 드림폼 기술 ··· 174
4.4.2 B 경로당 그린 리모델링 설계 열성능과 그린 리모델링 후 실제 열성능 비교 ··· 176
4.4.2.1 진공단열재 기술 ··· 176
제5장 에너지 사용량 평가 및 온실가스 저감량 산정
5.1 A 어린이집 그린 리모델링 건물 에너지 사용량 평가 ··· 1785.1.1 베이스라인 수립 ··· 178
5.1.1.1 전기에너지 사용량 베이스라인 ··· 179
5.1.1.2 도시가스 사용량 베이스라인 ··· 181
5.1.2 연간 에너지 사용량 예측 및 절감량 산정 ··· 183
5.1.2.1 연간 전기에너지 사용량 예측 및 절감량 산정 ··· 183
5.1.2.2 연간 도시가스 사용량 예측 및 절감량 산정 ··· 185
5.2 B 경로당 그린 리모델링 건물 에너지 사용량 평가 ··· 187
5.2.1 베이스라인 수립 ··· 187
5.2.1.1 전기에너지 사용량 베이스라인 ··· 188
5.2.1.2 도시가스 사용량 베이스라인 ··· 190
5.2.2 연간 에너지 사용량 예측 및 절감량 산정 ··· 192
5.2.2.1 연간 전기에너지 사용량 예측 및 절감량 산정 ··· 192
5.2.2.2 연간 도시가스 사용량 예측 및 절감량 산정 ··· 194
5.3 그린 리모델링 적용 후 온실가스 저감량 산정 ··· 197
5.3.1 온실가스 배출량 산정 방법 ··· 200
5.3.1.1 간접배출 온실가스 배출량 산정 ··· 200
5.3.1.2 직접배출 온실가스 배출량 산정 ··· 202
5.3.2 A 어린이집 온실가스 저감량 계산 ··· 204
5.3.3 B 경로당 온실가스 저감량 계산 ··· 206
5.4 소결 ··· 208
제6장 결론
··· 209참고문헌··· 211
감사의 글··· 214
표 차 례
<표 1.1> 최종에너지 부문별 수요 전망 ··· 2
<표 2.1> 공공건축물 그린 리모델링 공사 1차 후보지 명단 ··· 9
<표 2.2> 시설개선 1차 후보지 평가표 ··· 10
<표 2.3> 현장실사 점검 내용 ··· 13
<표 2.4> A 어린이집 개요 ··· 21
<표 2.5> B 경로당 개요 ··· 27
<표 2.6> 연구대상지 그린 리모델링 기술 제안 ··· 35
<표 3.1> 건축물의 에너지절약 설계기준 ··· 44
<표 3.2> 벽체 내부 공기층에 따른 열저항값 ··· 45
<표 3.3> 우리나라 지역별 및 건축물 부위별 열관류율 기준 ··· 46
<표 3.4> 쿨루프 성능 기준 ··· 49
<표 3.5> A 어린이집 외벽 열관류율 현황(조적부위) ··· 57
<표 3.6> A 어린이집 외벽 열관류율 현황(모르타르 마감 부위) ··· 58
<표 3.7> A 어린이집 조적 부위 드림폼 I 시공시 설계 열관류율 ··· 61
<표 3.8> A 어린이집 모르타르 마감 부위 드라이비트 시공시 설계 열관류율 ··· 64
<표 3.9> B 경로당 외벽 열관류율 현황 ··· 67
<표 3.10> B 경로당 진공단열재(내단열) 시공시 설계 열관류율 ··· 71
<표 4.1> 열관류율 측정기(Testo 435 set) 장비 개요 ··· 87
<표 4.2> FLIR C2 열화상 카메라 성능 ··· 91
<표 4.3> 알베도 측정기(SRA 01) 성능 ··· 93
<표 4.4> 일몰 일출 시간표(광주광역시 서구 풍암동 기준) ··· 96
<표 4.5> A 어린이집 열관류율 측정위치 개요 ··· 102
<표 4.6> 그린 리모델링 후 열관류율 비교(N.01) ··· 104
<표 4.7> 그린 리모델링 후 열관류율 비교(N.02) ··· 106
<표 4.8> 그린 리모델링 후 열관류율 비교(N.03) ··· 108
<표 4.9> 그린 리모델링 후 열관류율 비교(N.04) ··· 110
<표 4.10> 그린 리모델링 후 열관류율 비교(N.05) ··· 112
<표 4.11> 그린 리모델링 후 열관류율 비교(N.06) ··· 114
<표 4.12> 그린 리모델링 후 열관류율 비교(N.07) ··· 116
<표 4.13> 그린 리모델링 후 열관류율 비교(N.08) ··· 118
<표 4.14> 그린 리모델링 후 열관류율 비교(N.09) ··· 120
<표 4.15> 그린 리모델링 후 열관류율 비교(N.10) ··· 122
<표 4.16> 그린 리모델링 후 열관류율 비교(N.11) ··· 124
<표 4.17> 그린 리모델링 후 열관류율 비교(N.12) ··· 126
<표 4.18> 그린 리모델링 후 열관류율 비교(N.13) ··· 128
<표 4.19> 그린 리모델링 후 열관류율 비교(N.14) ··· 130
<표 4.20> 그린 리모델링 후 열관류율 비교(N.15) ··· 132
<표 4.21> 그린 리모델링 후 열관류율 비교(N.16) ··· 134
<표 4.22> 그린 리모델링 후 열관류율 비교(N.17) ··· 136
<표 4.23> 그린 리모델링 후 열관류율 비교(N.18) ··· 138
<표 4.24> 그린 리모델링 후 열관류율 비교(N.19) ··· 140
<표 4.25> A 어린이집 열관류율 측정 데이터(, N.01 ~ N.06 지점) ··· 141
<표 4.26> A 어린이집 열관류율 측정 데이터(N.07 ~ N.13 지점) ··· 142
<표 4.27> A 어린이집 열관류율 측정 데이터(N.14 ~ N.19 지점) ··· 143
<표 4.28> B 경로당 열관류율 측정 위치 개요 ··· 146
<표 4.29> 그린 리모델링 후 B 경로당 열관류율 비교(N.01) ··· 148
<표 4.30> 그린 리모델링 후 B 경로당 열관류율 비교(N.02) ··· 150
<표 4.31> B 경로당 열관류율 측정 데이터(, N.01 ~ N.02 지점) ··· 150
<표 4.32> 그린 리모델링 전 비교군 알베도 ··· 166
<표 4.33> 그린 리모델링 후 A 어린이집 알베도 비교 ··· 168
<표 4.34> 그린 리모델링 후 B 경로당 알베도 비교 ··· 170
<표 4.35> A 어린이집 외벽 열관류율 현황(모르타르 마감 부위) ··· 172
<표 4.36> A 어린이집 외벽 열관류율 현황(조적부위) ··· 174
<표 4.37> A 어린이집의 드림폼 I가 시공된 조적부위 열관류율 ··· 175
<표 4.38> B 경로당 외벽 진공단열재 적용시 열관류율 ··· 176
<표 5.1> A 어린이집 전기 사용량 Baseline ··· 180
<표 5.2> A 어린이집 도시가스 사용량 Baseline ··· 182
<표 5.3> A 어린이집 전기 사용량 Baseline과 2017년 전기 사용량 ··· 183
<표 5.4> A 어린이집 도시가스 사용량 Baseline과 2017년 도시가스 사용량 ··· 185
<표 5.5> B 경로당 전기 사용량 Baseline ··· 189
<표 5.6> B 경로당 가스 사용량 Baseline ··· 191
<표 5.7> B 경로당 전기 사용량 Baseline과 2017년 전기 사용량 ··· 192
<표 5.8> B 경로당 도시가스 사용량 Baseline과 2017년 도시가스 사용량 ··· 195
<표 5.9> 온실가스 대상별 화학식과 지구 온난화 지수 ··· 197
<표 5.10> 전력에 대한 온실가스 배출계수 ··· 201
<표 5.11> A 어린이집 전기에너지 부문 온실가스 저감량 계산 ··· 204
<표 5.12> A 어린이집 도시가스 부문 온실가스 저감량 계산 ··· 205
<표 5.13> B 경로당 전기에너지 부문 온실가스 저감량 계산 ··· 206
<표 5.14> B 경로당 도시가스 부문 온실가스 저감량 계산 ··· 207
<표 5.15> A 어린이집 온실가스 저감량 ··· 208
<표 5.16> B 경로당 온실가스 저감량 ··· 208
그 림 차 례
[그림 1.1] 최종에너지 부문별 소비비중 변화 ··· 3
[그림 1.2] 연구 흐름도 ··· 7
[그림 2.1] A 어린이집 도면 ··· 24
[그림 2.2] A 어린이집 건물 전경 ··· 26
[그림 2.3] B 경로당 도면 ··· 29
[그림 2.4] B 경로당 건물 전경 ··· 31
[그림 2.5] 그린 리모델링 기술 체계도 ··· 33
[그림 3.1] 재질이 균일한 단위체적 ··· 37
[그림 3.2] 복합평면벽을 통한 열전달 ··· 39
[그림 3.3] 벽체의 열관류 ··· 40
[그림 3.4] 공기층의 열저항 ··· 42
[그림 3.5] 진공단열재 ··· 48
[그림 3.6] 쿨루프 적용시 기대되는 차열성능 ··· 50
[그림 3.7] 쿨루프-화이트 루프 ··· 50
[그림 3.8] 쿨루프 구성재료 ··· 51
[그림 3.9] 각종 단열재 구조 ··· 52
[그림 3.10] 드림폼 F와 드림폼 I 시공모습 ··· 54
[그림 3.11] 드라이비트 구성요소 ···55
[그림 3.12] 진공단열재가 부착된 드라이비트 ···56
[그림 3.13] A 어린이집 드림폼 시공부위 ···59
[그림 3.14] A 어린이집 외벽 조적부위 ···60
[그림 3.15] A 어린이집 드라이비트(진공단열재) 시공부위 ···62
[그림 3.16] A 어린이집 외벽 외단열부위 ···63
[그림 3.17] A 어린이집 쿨루프 시공부위 ···65
[그림 3.18] A 어린이집 옥상부위 ···66
[그림 3.19] B 경로당 진공단열재 시공부위 ···70
[그림 3.20] B 경로당 진공단열재 적용예정 부위 ···71
[그림 3.21] B 경로당 쿨루프 시공부위 ···72
[그림 3.22] B 경로당 옥상부위 ···72
[그림 4.1] A 어린이집 그린 리모델링 공정표 ···73
[그림 4.2] B 경로당 그린 리모델링 공정표 ···74
[그림 4.3] A 어린이집 드림폼 F 시공과정 ···75
[그림 4.4] A 어린이집 드림폼 I 시공과정 ···76
[그림 4.5] A 어린이집 드라이비트 시공과정 ···77
[그림 4.6] A 어린이집 쿨루프 시공과정 ···78
[그림 4.7] B 경로당 진공단열재(내단열) 시공과정 ···79
[그림 4.8] B 경로당 쿨루프 시공과정 ···80
[그림 4.9] 열관류율 측정 ···82
[그림 4.10] 열화상카메라 측정 ···83
[그림 4.11] 알베도 측정 ···83
[그림 4.12] 열관류율 측정개념과 측정 장치 개요도 ···86
[그림 4.13] FLIR 사의 C2 열화상카메라 ···91
[그림 4.14] 알베도 측정기 ···92
[그림 4.15] 알베도 측정기 개요 ···93
[그림 4.16] 그린 리모델링 전 A 어린이집 열관류율 그래프 ···97
[그림 4.17] 그린 리모델링 전 A 어린이집 열관류율 안정화 그래프 ···97
[그림 4.18] 그린 리모델링 전 B 경로당 열관류율 그래프 ···99
[그림 4.19] 그린 리모델링 전 B 경로당 열관류율 안정화 그래프 ···99
[그림 4.20] A 어린이집 열관류율 측정 위치 ···101
[그림 4.21] 그린 리모델링 후 A 어린이집 N.01 열관류율 그래프 ···103
[그림 4.22] 그린 리모델링 후 A 어린이집 N.01 열관류율 안정화 그래프 ···103
[그림 4.23] 그린 리모델링 후 A 어린이집 N.02 열관류율 그래프 ···105
[그림 4.24] 그린 리모델링 후 A 어린이집 N.02 열관류율 안정화 그래프 ···105
[그림 4.25] 그린 리모델링 후 A 어린이집 N.03 열관류율 그래프 ···107
[그림 4.26] 그린 리모델링 후 A 어린이집 N.03 열관류율 안정화 그래프 ···107
[그림 4.27] 그린 리모델링 후 A 어린이집 N.04 열관류율 그래프 ···109
[그림 4.28] 그린 리모델링 후 A 어린이집 N.04 열관류율 안정화 그래프 ···109
[그림 4.29] 그린 리모델링 후 A 어린이집 N.05 열관류율 그래프 ···111
[그림 4.30] 그린 리모델링 후 A 어린이집 N.05 열관류율 안정화 그래프 ···111
[그림 4.31] 그린 리모델링 후 A 어린이집 N.06 열관류율 그래프 ···113
[그림 4.32] 그린 리모델링 후 A 어린이집 N.06 열관류율 안정화 그래프 ···113
[그림 4.33] 그린 리모델링 후 A 어린이집 N.07 열관류율 그래프 ···115
[그림 4.34] 그린 리모델링 후 A 어린이집 N.07 열관류율 안정화 그래프 ···115
[그림 4.35] 그린 리모델링 후 A 어린이집 N.08 열관류율 그래프 ···117
[그림 4.36] 그린 리모델링 후 A 어린이집 N.08 열관류율 안정화 그래프 ···117
[그림 4.37] 그린 리모델링 후 A 어린이집 N.09 열관류율 그래프 ···119
[그림 4.38] 그린 리모델링 후 A 어린이집 N.09 열관류율 안정화 그래프 ···119
[그림 4.39] 그린 리모델링 후 A 어린이집 N.10 열관류율 그래프 ···121
[그림 4.40] 그린 리모델링 후 A 어린이집 N.10 열관류율 안정화 그래프 ···121
[그림 4.41] 그린 리모델링 후 A 어린이집 N.11 열관류율 그래프 ···123
[그림 4.42] 그린 리모델링 후 A 어린이집 N.11 열관류율 안정화 그래프 ···123
[그림 4.43] 그린 리모델링 후 A 어린이집 N.12 열관류율 그래프 ···125
[그림 4.44] 그린 리모델링 후 A 어린이집 N.12 열관류율 안정화 그래프 ···125
[그림 4.45] 그린 리모델링 후 A 어린이집 N.13 열관류율 그래프 ···127
[그림 4.46] 그린 리모델링 후 A 어린이집 N.13 열관류율 안정화 그래프 ···127
[그림 4.47] 그린 리모델링 후 A 어린이집 N.14 열관류율 그래프 ···129
[그림 4.48] 그린 리모델링 후 A 어린이집 N.14 열관류율 안정화 그래프 ···129
[그림 4.49] 그린 리모델링 후 A 어린이집 N.15 열관류율 그래프 ···131
[그림 4.50] 그린 리모델링 후 A 어린이집 N.15 열관류율 안정화 그래프 ···131
[그림 4.51] 그린 리모델링 후 A 어린이집 N.16 열관류율 그래프 ···133
[그림 4.52] 그린 리모델링 후 A 어린이집 N.16 열관류율 안정화 그래프 ···133
[그림 4.53] 그린 리모델링 후 A 어린이집 N.17 열관류율 그래프 ···135
[그림 4.54] 그린 리모델링 후 A 어린이집 N.17 열관류율 안정화 그래프 ···135
[그림 4.55] 그린 리모델링 후 A 어린이집 N.18 열관류율 그래프 ···137
[그림 4.56] 그린 리모델링 후 A 어린이집 N.18 열관류율 안정화 그래프 ···137
[그림 4.57] 그린 리모델링 후 A 어린이집 N.19 열관류율 그래프 ···139
[그림 4.58] 그린 리모델링 후 A 어린이집 N.19 열관류율 안정화 그래프 ···139
[그림 4.59] A 어린이집 열관류율 소결 그래프 ···144
[그림 4.60] A 어린이집 외단열 열교부위 사진과 도면 ···145
[그림 4.61] B 경로당 열관류율 측정위치 ···146
[그림 4.62] 그린 리모델링 후 B 경로당 N.01 열관류율 그래프 ···147
[그림 4.63] 그린 리모델링 후 B 경로당 N.01 열관류율 안정화 그래프 ···147
[그림 4.64] 그린 리모델링 후 B 경로당 N.02 열관류율 그래프 ···149
[그림 4.65] 그린 리모델링 후 B 경로당 N.02 열관류율 안정화 그래프 ···149
[그림 4.66] B 경로당 열관류율 소결 그래프 ···151
[그림 4.67] A 어린이집 열화상 측정위치 ···154
[그림 4.68] B 경로당 열화상 측정위치 ···154
[그림 4.69] A 어린이집 T-N.1 열화상 ···155
[그림 4.70] A 어린이집 T-N.2 열화상 ···156
[그림 4.71] A 어린이집 T-N.3 열화상 ···157
[그림 4.72] A 어린이집 T-N.4 열화상 ···158
[그림 4.73] A 어린이집 T-N.5 열화상 ···159
[그림 4.74] A 어린이집 T-N.6 열화상 ···159
[그림 4.75] B 경로당 T-N.1 열화상 ···160
[그림 4.76] B 경로당 T-N.2 열화상 ···161
[그림 4.77] B 경로당 T-N.3 열화상 ···162
[그림 4.78] B 경로당 T-N.4 열화상 ···163
[그림 4.79] B 경로당 T-N.5 열화상 ···164
[그림 4.80] 그린 리모델링 전 비교군 알베도 측정 ···165
[그림 4.81] 그린 리모델링 전 비교군 알베도 그래프 ···166
[그림 4.82] 그린 리모델링 후 A 어린이집 알베도 측정 ···167
[그림 4.83] 그린 리모델링 후 A 어린이집 알베도 그래프 ···168
[그림 4.84] 그린 리모델링 후 B 경로당 알베도 측정 ···169
[그림 4.85] 그린 리모델링 후 B 경로당 알베도 그래프 ···170
[그림 4.86] A 어린이집의 진공단열재가 부착된 드라이비트 부위 열관류율 그래프 173 [그림 4.87] A 어린이집 외단열 열교부위 사진과 도면 ···173
[그림 4.88] B 경로당의 진공단열재가 적용된 부위 열관류율 그래프 ···177
[그림 4.89] B 경로당의 진공단열재가 시공부위와 기밀시공 및 CRC 마감 ···177
[그림 5.1] A 어린이집 최근(2014년~2016년) 3년간 전기 사용량 ···179
[그림 5.2] A 어린이집 최근(2014년~2016년) 3년간 도시가스 사용량 ···181
[그림 5.3] B 경로당 최근 5년(2012년~2015년) 전기 사용량 ···188
[그림 5.4] B 경로당 최근 5년(2012년~2015년) 도시가스 사용량 ···190
[그림 5.5] 온실가스 배출량 산정 기본방법 ···201
Abstract
Evaluation on Energy Saving and Thermal Performance of Public Buildings by Building Retrofit
Go, Beom Seok
Advisor : Prof. Hwang, Tae Yon, Ph.D Department of Architectural Engineering, Graduate School of Chosun University
Recently, there is a great interest in energy worldwide. Modern society has become a mass-consumed industrialization society due to the development of scientific technologies and the rapid population growth. Energy consumption and greenhouse gas emissions are important issues in politics, economics, society and environment in lots of countries. In case of energy consumption in South Korea, the proportion of building energy accounts for 24% of total energy consumption. 80% of them occupy which are heating and cooling energy consumption. Thus, it is the situation where energy saving and greenhouse gas reduction are positively necessary for the building energy area.
The aim of this paper is to numerically estimate the thermal performance improvement, energy consume evaluation, and greenhouse gas reduction by applying green remodeling to public buildings located in Seo-gu, Gwang-ju. Two subjects were selected for this study, the purpose of the building is the daycare center and the senior citizen center. Green remodeling technology was proposed and applied in consideration of each building characteristics. Application techniques are Dream Foam I, Dream Foam F, Vacuum Insulation Panel, Dryvit with vacuum insulation panel and Cool Roof.
Thermal performance improvement of buildings is measured by qualitative and quantitative comparison in terms of thermal transmittance(U-Value), thermo-graphic and albedo. In case of the thermal transmittance, 0.198 was measured before the green remodeling in the daycare center. After green remodeling, 0.098 was measured and improved by 0.100 . 0.128 was measured before the green remodeling in senior citizen center. After green remodeling 0.026 was measured and improved by 0.102 . As a result of the thermal image measurement, the surface temperature of the outdoor wall was uniformly improved and changed into a thermally stable state. In case of albedo, the comparison group albedo ratio was 0.261 before green remodeling, but the daycare center albedo ratio after green remodeling increased to 0.627. Also, the senior citizen center albedo ratio increased to 0.519. Therefore, there was a decrease the amount of solar radiation coming through the roof. Also, in this paper compared the designed thermal transmittance before green remodeling and the actual thermal transmittance after green remodeling, but it was concluded that it is not necessary to consider the designed thermal performance at the planning stage of the green remodeling due to a large number of errors.
After green remodeling in the kindergarten, the annual electricity savings of 8,295.64
and the annual gas savings of 64,603.72 were expected. After green remodeling in the senior community center, the annual electricity savings of 708.4 and the annual gas savings of 9,601.49 were expected.
Green gas emissions are converted into the carbon dioxide emissions based on energy savings. After green remodeling in the kindergarten, the annual greenhouse gas emission reduces to 3.868 ton for the electricity saving and the annual greenhouse gas emission reduces to 3.628 ton for the gas savings. The amount of greenhouse gas that can be reduced by green remodeling for the kindergarteon woeld be 7.496
ton. After green remodeling in the senior community center, the annual greenhouse gas emission reduces to 0.330 ton for the electricity saving and the annual greenhouse gas emission reduces to 0.539 ton for the gas savings. The amount of greenhouse
gas that can be reduced by green remodeling of the senior community center would be 0.869 ton.
( ) : 열관류율 단위
: 온도차
: 온도차
: 실내온도
: 실외온도
: 단면적
: 물체의 두께
: 열전도율
( ) : 열전도율 단위
: 단위시간당 에너지 흐름단위
: 단위시간당 흐르는 열량
: 열전도비저항률
: 열전도저항
: 열전도저항 단위
: 열컨덕턴스
: 실내표면 열전달 저항
: 실외표면 열전달 저항
: 전도열량
: 전도열량 단위
, : 열관류율 기호
: 표면 열전달률
: 복사열 전달률
: 대류열 전달률
: 열관류저항
: 실외표면열전도율
: 실내표면열전도율
: 마이크로미터
: 나노미터
: 열류계 민감도 단위
: 물체의 방출 에너지
：물체의 온도
기 호 정 리
：방출된 복사선이 물체 표면에서 반사된 에너지
：주변의 온도
：대기의 방출 에너지
：반사 주변 온도
：방사율
：물체의 복사에너지량
：흑체의 복사에너지량
：복사조도
：복사조도 단위
：멀티미터로 측정되는 전위차
：멀티미터로 측정되는 전위차 단위
：교정요소
：교정요소 단위
：그린 리모델링 전 열관류율
：전력량 단위(킬로와트 시)
：도시가스 단위(메가줄)
：온실가스 배출량
：외부에서 공급받은 전력 사용량
：전력 간접배출계수
：온실가스()의 지구온난화지수
：연료별() 온실가스() 배출계수
：연료() 사용량
：연료()의 열량계수
：온실가스()별 지구온난화지수
：연료() 연소에 다른 온실가스()별 배출량
제1장 서 론
1.1 연구배경 및 목적
최근 전 세계적으로 에너지에 대한 관심이 크다. 과학기술 발달과 급격한 인구증가 로 인한 대량소비 산업화사회가 되면서 화석연료와 에너지 과소비 현상은 많은 나라에 서 정치, 경제, 환경적으로 중요한 쟁점이 되고 있다. 한국은 2015년 기준 전체 에너 지 사용량 중 94.8%를 수입에 의존하는 국가이다. 에너지 수입액은 국가 전체 수입액 의 23.5%로 큰 비율을 차지하고 있다[1]. 이는 한국이 국제 에너지 시장의 가격 변동에 매우 취약한 경제 구조를 갖고 있다는 것을 말한다. 또한, IEA(International Energy Agency, 이하 IEA)에 따르면, 한국은 10대 에너지 소비국으로 총 에너지 소비량이 지 속적으로 증가하고 있고, IEA는 2100년을 기준으로 OECD (Organization for Economic Cooperation and Development, 이하 OECD) 국가 중 한국의 이산화탄소 배출량이 세계 1위가 될 것으로 예상하고 있다.
에너지 소비와 온실가스 저감이 중요한 과제인 최근 이 시점에, 생활수준 향상으로 인해 건축물에서 발생하는 에너지 소비가 지속적으로 증가하고 있다. 또한, 에너지 과 소비는 온실가스 방출을 증가시켜 기후변화와 지구온난화 등, 환경문제를 일으키는 주 원인이다. 한국은 지구환경 부하와 에너지 절약 차원에서 건물을 사용하는 재실자 건 강과 쾌적성을 확보하고 에너지를 절약할 수 있는 연구와 기술개발이 중요하게 요구되 고 있다[2].
여러 가지 에너지원 과소비와 화석연료의 무분별한 소비로 나타나는 지구 온난화는 전 세계가 해결하기 위해 노력중이다. 세계 각국은 1992년 6월 브라질 리우데자네이루 에서 기후변화에 대한 유엔 기본협약(United Nations Framework Convention on Climate Change)을 시작으로 1997년 12월 기후변화협약에서 온실가스 감축목표에 관한 교토의 정서(Kyoto Protocol)를 채택하는 등 다양한 방법으로 온실가스 감축과 지구온난화에 대비하고 있다. 이후, 2007년 12월 인도네시아 발리에서는 교토의정서가 만료되는
2012년 이후에 각 나라 실정에 맞는 규정으로 온실가스를 감축하는 발리로드맵(Bali Roadmap)이 채택됐다. 2009년 12월 코펜하겐에서는 제 15차 기후변화협약 당사국 총 회가 개최되었으며, 이때 한국은 2020년까지 온실가스 배출전망치 BAU(Business As Usual, 이하 BAU) 대비 37% 감축을 선언했다.
이에 2009년 11월 국가온실가스 중기 감축목표가 설정되어 부문별 감축 이행 계획과 관련된 제도 및 정책수립이 활발하게 이루어졌다. 또한 건물부문은 2020년 BAU 대비 약 27% 감축을 목표한다. 건축물은 온실가스 주요 배출원으로써 다른 산업 부문에 비 해 다른 산업 부문에 비해 감축 비용이 작고 감축 여력이 크기 때문에, 국가온실가스 감축에 우선적인 정책목표가 되고 있다[3].
연도 산업부문 가정·상업부문 수송부문 공공부문
소비량 구성비(%) 소비량 구성비(%) 소비량 구성비(%) 소비량 구성비(%) 2011 126,886 61.6 37,542 18.2 36,875 17.9 4,560 2.2 2012 128,324 61.7 37,885 18.2 37,143 17.8 4,769 2.3 2013 130,906 62.3 37,342 17.8 37,330 17.8 4,670 2.2 2014 136,086 64.7 35,477 16.9 37,628 17.9 4,679 2.2 2015 136,724 65.0 36,439 17.3 40,292 19.2 5,152 2.5
<표 1.1> 최종에너지 부문별 수요 전망
(단위 : 천 TOE)
한국 최종에너지 소비는 2010년에서 2020년 사이에 연평균 2.1% 증가하여 2020년에 는 약 239.6백만 TOE(Ton of Oil Equivalent, 이하 TOE)를 기록할 전망이다. 부문별 최 종에너지 소비량에 따르면 2015년 총 에너지소비량은 218,608 천TOE이며, 산업부문은 136,724 천TOE로 65.0%의 구성을 보인다(표 1.1, 그림 1.1). 가정·상업부문은 36,439 천TOE로 17.3%이며, 수송부문은 40,292 천TOE로 19.2%이다. 공공부문은 5,152 천TOE으로 2.5%이다[4]. 전반적으로 산업부문이 가장 큰 에너지 소비량을 보이 지만, 산업부문에서 에너지 소비량을 감소시키는 것은 경제성장과 불균형 사회문제의 원인이 된다. 하지만, 가정상업부문 에너지 소비량을 줄일 수 있는 방법은 다양하고
많은 적용사례가 있다. 그 예로 그린 리모델링(Building Retrofit), 신재생에너지 설비 설치, 제로 에너지 건축물 구현, BEMS(Building Energy Management System) 구축, 스 마트그리드 등이 있다.
[그림 1.1] 최종에너지 부문별 소비비중 변화
IEA와 UNEP(United Nations Environment Program, 이하 UNEP) 2007 자료에 따르면 세계 에너지 소비량 30~40%와 배출 45%가 건물분야에서 일어난다고 발표했다. 한 국 에너지관리공단 자료에 의하면 국가 에너지 24%가 건물에너지로 사용되고 있으며, 이중 18%가 주거건물 분야에서 소비되고, 특히 난방 및 급탕에 의한 에너지 소비가 80%를 상회한다. 한국의 이 같은 현실을 고려할 때 총에너지 소비의 24%를 차지하는 건물 에너지 분야는 ‘저탄소 녹색성장 국가적 발전 전략을 달성하기 위해 반드시 수 행되야 하는 에너지 절감 분야이다[5].
따라서, 본 연구에서는 광주광역시 공공건축물(광주광역시 서구소재) 2개를 연구대 상으로 선정하고, 에너지절약과 온실가스 배출저감을 현실화 시킬 수 있는 그린 리모
델링을 진행하여 시설개선 전과 후의 건축물 열성능을 열관류율, 열화상, 알베도 관점 으로 평가한다. 또한, 그린 리모델링 전 후 에너지 사용량을 비교하여 에너지 절감량 을 분석한다. 마지막으로, 에너지 절감량을 이산화탄소 당량으로 환산해, 그린 리모델 링을 통해 저감시킬 수 있는 온실가스 배출량을 산정한다.
1.2 연구방법 및 범위
본 연구에서는 연구대상 건물로 선정한 2개의 건축물을 대상으로 그린 리모델링 공 사 전 건축물 열성능을 평가하였다. 사전 열성능 평가는 향후 진행될 그린 리모델링 열성능 평가의 기초자료를 확보하기 위한 측정이다. 그린 리모델링 요소기술인 진공단 열재, 쿨루프, 드라이비트, 드림폼 I(수성 연질폼), 드림폼 F(난연 경질 우레탄폼)을 적용할 때 개선되는 열성능 지표, 에너지 절감량, 온실가스 저감량을 계산한다.
각 장별 연구의 방법 및 범위는 다음과 같다.
(1) 그린 리모델링 공사 대상지 선정 및 기술 제안(2장)
2.1절에서는 공사 대상지를 조사한다. 광주광역시 서구에 위치한 공공건축물 20개 후보지(경로당, 종합 사회복지관, 어린이집, 보건소)의 건축물 열성능 평가를 실사를 통해 조사하고 실사결과를 정리하였다. 2.2절에서는 그린 리모델링 공사에 선정된 2곳 의 건축물 개요와 선정이유를 설명하였다. 2.3절에서는 선정지 2곳의 우수한 열성능 확보하기 위해 적용될 그린 리모델링 개념을 소개하고 연구대상 건축물에 적합한 기술 을 제안한다.
(2) 건물외피 단열성능 개선을 위한 기술 설계 및 열관류율 산정(3장)
3.1절에서는 이론적인 고찰을 통해 열성능 기본개념을 정리한다. 본 논문에서 분석 한 물리적인 열성능 요소는 열전도율, 열저항, 열관류율이다. 3.2절에서는 열성능을 개선하기 위해 적용되는 기술 소개와 적용 프로세스를 설명한다. 적용될 기술은 진공 단열재, 쿨루프, 드라이비트, 드림폼 I(수성연질폼), 드림폼 F(난연 경질 우레탄폼)이 다. 각 기술의 일반적인 특징과 시공법을 설명하고, 건축물 열성능을 향상시키는 방안 에 대해 설명한다. 3.3절과 3.4절에서는 그린 리모델링 대상건물인 ‘A 어린이집’과
‘B 경로당’에 적용될 기술설계와 설계 열관류율을 계산한다. 연구대상 건축물의 열 성능에 대한 수치계산은 요소기술별로 열전도율, 열저항, 열관류율로 산출한다.
(3) 그린 리모델링 후 건축물 열성능 측정 및 실제 열성능과 설계 열성능 비교(4장) 4.1절에서는‘A 어린이집’과 ‘B 경로당’의 그린 리모델링 공사에 대해 설명하고 적용부위와 시공사진을 공정 순서대로 설명한다. 4.2절에서는 열성능 측정이론과 본 연구에서 사용한 열성능 측정 방법과 측정 장비를 소개한다. 4.3절에서는 그린 리모델 링 공사 전·후의 실제 열성능을 비교한다. 열성능 비교는 열관류율, 열화상, 알베도 를 측정을 통해 열성능이 개선되었는지 진단하고 신뢰성을 확인한다. 4.4절에서는 그 린 리모델링 후 실제 건물 열성능과 3.3절과 3.4절에서 계산된 설계 열성능을 비교한 다.
(4) 에너지 사용량 평가 및 온실가스 저감량 산정(5장)
5.1절과 5.2절에서는 그린 리모델링 전·후의 에너지 사용량을 평가한다. 건축물의 주요한 에너지소비원은 전기와 가스이다. 연구대상 건축물의 최근 에너지 사용량을 Baseline으로, 그린 리모델링 후 에너지 사용량을 비교하여 절감량을 산출한다. 예측방 법은 국·내외 문헌을 참고하여 계산했다. 5.3절에서는 계산된 연간 에너지 절감량을 기준으로 온실가스 절감량을 계산한다.
[그림 1.2] 연구 흐름도
제2장 그린 리모델링 공사 대상지 선정 및 기술제안
2.1 그린 리모델링 공사 후보지 현장 조사
그린 리모델링 공사 후보지는 광주광역시 서구소재의 공공건축물을 대상으로 한다.
1차 선정 후보지는 총 25곳으로 구청 녹색환경과의 기후변화대응과에서 선정했고, 1차 후보지 명단은 표 2.1이다. 그린 리모델링 공사 1차 후보지에 선정된 공공건축물은 어 린이집 4개소, 경로당 17개소, 종합사회복지관 3개소, 보건소 1개소이다. 이후 2017년 4월 7일부터 4월 8일까지 후보지답사와 실사 결과를 통해 열성능 개선이 필요한 공공 건축물 12곳이 2차 선정됐다. 2차 선정에 포함된 공공건축물은 어린이집 1개소, 경로 당 8개소, 종합사회복지관 3개소이다. 2차 후보지 선정은 관련분야 전문가인 교수, 공 무원, 연구원, 환경운동가, 시민대표가 선정위원으로 발탁되어 정성적 평가로 선정되 었다. 평가요소는 건축연도, 건축면적, 연면적, 재실인원, 사용자 에너지절약 인식도, 그린 리모델링 기대효과, 특이사항 등으로 평가하였다(표 2.2).
그린 리모델링 1차 후보지 현장답사와 실사를 통해 평가된 내용을 설명하자면, A-1 어린이집 지상 3층은 철근콘크리트 구조로 건물 정면이 동향이고 주광이 거의 없다.
오래된 창호로 열손실이 많이 발생하고 2태양광 발전기 2기가 설치되어 운영중이 다. A-2 어린이집은 지하 1층 지상 3층으로 철근콘크리트 구조이다. 창호시스템은 전 창이 이중창이지만 겨울과 여름에는 최대용량의 냉난방부하가 발생한다. 평지붕의 옥 상은 방수공사가 되어 있지 않아서 지붕을 통한 열 복사에너지가 많을 것으로 예상된 다. 거주자의 에너지 절약 인식이 매우 우수하고 전체 구성원들이 에너지 절약을 위해 노력하고 있다(한 겨울에는 내복과 옷을 꼭 입고 수업진행). A-3 어린이집은 지상 3 층의 철근콘크리트 구조로 2동의 건물을 강당, 강의실로 운영중이다. 지붕 개선 공사 는 필요하지만 3층을 어린이집 원장의 사택으로 사용하고 있어 열성능 개선이 불필요 하다. A-4 어린이집은 국세청 건물 1층 공간의 일부분을 사용하고 정면이 북향이다.
태양복사열을 건물 안으로 받아들이지 못해 겨울철 난방부하가 크다.
구분 이름 주소
어린이집(4개소)
A-1 어린이집 서구 화정로 179번길 45-15 A-2 어린이집 서구 화정로 138번길 4-8 A-3 어린이집 서구 염화로 56
A-4 어린이집 서구 월드컵4강로 101
경로당(17개소)
B-1 경로당 서구 월드컵4강로 81번길 4-9 B-2 경로당 서구 화정로 179번길 34-6 B-3 경로당 서구 염화로 134번길 18 B-4 경로당 서구 염화로 152
B-5 경로당 서구 염화로 31번길 23 우미아파트 B-6 경로당 서구 상무대로 1014번길 13
B-7 경로당 서구 염화로 103번길 9 B-8 경로당 서구 화정로 161번길 13 B-9 경로당 서구 화정로 179번길 24-16 B-10 경로당 서구 염화로 83번길 11-15 B-11 경로당 서구 금화로 73번길 32 B-12 경로당 서구 상무대로 955번길 30-13 B-13 경로당 서구 상무민주로 6번길 17 B-14 경로당 서구 상무대로 868번길 17-13 B-15 경로당 서구 화정로 85번길 26
B-16 경로당 서구 상무대로 916번길 17 B-17 경로당 서구 화정로 96
종합사회복지관(3개소)
C-1 종합사회복지관 서구 운천로 32번길 23 C-2 종합사회복지관 서구 화정로 87-1 C-3 종합사회복지관 서구 쌍학로 47
보건소(1개소) D-1 보건지소 서구 운천로 172번길 32
<표 2.1> 공공건축물 그린 리모델링 공사 1차 후보지 명단
<표 2.2> 시설개선 1차 후보지 평가표
이름 건축면적() 연면적() 재실인원 에너지절약 인식도 그린 리모델링 효과 특이사항
A-1 어린이집 140.00 420.00 120 下 中
A-2 어린이집 253.62 694.92 158 上 上
A-3 어린이집 253.62 1014.48 119 上 下
A-4 어린이집 205.00 205.00 30 下 下
B-1 경로당 137.60 275.20 25 中 中
B-2 경로당 64.35 64.35 - - - 후보지선정 포기
B-3 경로당 70.00 70.00 45 上 上
B-4 경로당 60.67 60.67 15 中 下 아파트에서 관리
B-5 경로당 84.96 84.96 20 中 上 아파트에서 관리
B-6 경로당 126.06 126.06 10 中 中
B-7 경로당 80.68 80.68 20 中 中
B-8 경로당 73.92 73.92 - - - 후보지선정 포기
B-9 경로당 154.66 309.32 20 中 中
B-10 경로당 85.00 170.00 18 上 中
B-11 경로당 102.89 102.89 20 上 上
B-12 경로당 82.08 82.08 - - - 후보지선정 포기
B-13 경로당 88.04 88.04 10 上 上
B-14 경로당 126.63 253.26 25 中 上
B-15 경로당 117.90 117.90 20 中 中
B-16 경로당 71.28 71.28 - - - 리모델링 공사중
B-17 경로당 37.70 37.70 7 中 下 아파트에서 관리
C-1 종합사회복지관 1079.46 3238.38 216 中 中
C-2 종합사회복지관 497.75 1493.25 710 上 中
C-3 종합사회복지관 826.46 2479.38 530 中 上
D-1 보건지소 140.00 420.00 130 中 下 신재생에너지 설비
B-1 경로당은 지상 2층으로 철근콘크리트 구조이다. 하지만, 2층을 사용하지 않아서 옥상의 열성능을 개선시킬 필요가 없다. 건물 남향은 이중창과 이중외피로 일사와 외 기 차단이 우수하며, 북쪽의 외벽에는 나무틀로 만들어진 일반유리창이 설치되어 과다 한 열손실이 발생한다. B-2 경로당은 지상 1층이 맛배 지붕으로 옥상 열성능을 향상시 킬 기술 적용이 어렵다. 또한, 사용자가 시설개선이 불필요하다는 의견을 피력했다.
B-3 경로당은 지상 1층의 조립식건축물로, 공원 내에 위치해 식재가 태양복사에너지를 막아주어 냉방부하는 작지만 난방부하는 클 것으로 예상된다. 조립식 구조라서 벽을 통한 과다한 열손실이 발생한다. B-4 경로당과 B-5 경로당은 아파트 1층에 위치하고 있고 관리는 아파트에서 자체 관리하여 시설개선이 불필요한 곳이다. B-6 경로당은 지 상 1층의 철근콘크리트 구조로 이중창이 시공되어 기밀성이 우수하다. 하지만, 맛배 지붕으로 지붕 열성능 개선 공사는 어렵다. B-7 경로당은 지상 1층 철근콘크리트 구조 로 옥상에는 방수층이 시공되어 있지만, 사용기간이 오래되어 열 차단 성능은 좋지 않 은 것으로 판단된다. 창호와 문은 목재로 만들어져 열교현상이 심하다. B-8 경로당은 최근 리모델링 공사가 완료되어 시설개선 불필요 의견을 피력했다. B-9 경로당은 지상 2층 철근콘크리트 구조이다. 평지붕의 옥상이지만, 16.5로 매우 작은 면적이어서 열성능 향상이 불필요하다 판단됐다. 이중창으로 기밀성이 우수하고, 이중외피가 있지 만 오래되어 누기 차단이 불가하다. B-10 경로당은 지상 2층 철근콘크리트 구조로 2층 은 미사용으로 옥상 열성능 개선 공사는 필요치 않다. 이중창과 이중외피가 우수해 외 기차단이 매우 좋다. B-11 경로당은 건물연도에 비해 건물성능이 취약하다. 결로현상 으로 곰팡이와 악취가 심하다. 통 유리문이 외기를 막아주지 못해 외풍이 강하다. 평 지붕의 옥상으로 열성능 개선 공사의 적용성이 우수하고, 에너지절약에 대한 거주자의 인식이 매우 우수하다. B-12 경로당은 시설개선 공사 불필요 의견을 피력했다. B-13 경로당은 지상 1층 조립식 건축물이다. 기밀성이 좋은 이중창이 설치됐고, 2개의 실로 이루어졌지만, 실제로는 1개실만 사용된다. B-14 경로당은 지상 2층 철근콘크리트 구 조로, 결로현상에 의한 곰팡이 및 악취가 발생하고 있다. B-15 경로당은 지상 1층 철 근콘크리트 구조이고, 맛배지붕으로 지붕 열성능 개선 공사 적용은 어렵다. 남향에 긴 차양이 있어서 일사획득이 어려워 결로 현상이 매우 심각하다. B-16 경로당은 리모델 링 공사중이다. B-17 경로당은 아파트 상가 건물안에 위치하고 아파트에서 자체 관리 하여 시설개선이 불필요한 곳이다.
C-1 종합사회복지관은 지하 1층 지상 2층, 철근콘크리트 구조이다. 이중창으로 기밀 성이 우수하고 평지붕 옥상에서 열성능 개선시 최상층 효과가 매우 기대된다. C-2 종 합사회복지관 지상 1층과 2층은 철근콘크리트 구조이고 최상층 3층은 조립식으로 증축 됐다. 조립식 구조는 여름철 복사열로 인해 실내 온도가 매우 높다. 창호시스템은 전 부 이중창이고 경사형 지붕이다. C-3 종합사회복지관은 지상 3층 철근콘크리트 구조이 다. 지상 3층은 일부공간이 조립식 구조로 증축됐다. 이중창으로 기밀성이 우수하고 최상층은 이중외피 벽체이고 경사형 지붕이다.
D-1 보건지소는 지상 3층 철근콘크리트 구조로 전창에 반사필름이 설치돼 일사를 완 벽 차단한다. 옥상에는 태양광 발전기 1기가 운영중이다.
이상을 요약하여 표 2.3에 나타내었다.
<표 2.3> 현장실사 점검 내용
구분 현장조사 사진 특이사항
A-1 어린이집
· 지상 3층, 철근콘크리트 구조
· 건물 정면이 동향, 직달일광 거의 없음
· 오래된 창호로 열손실 많이 발생
· 2kW 태양광발전기 2기 설치 운용중
A-2 어린이집
· 지하1층 지상3층, 철근콘크리트 구조
· 여름철과 겨울철은 최대용량의 냉방부하, 난방부하 발생
· 창호시스템은 전창 이중창
· 평지붕 옥상으로 방수공사 미비
· 거주자의 에너지절약 인식이 매우 우수
· 전체 구성원들이 에너지 절약 노력 (겨울에는 내복과 옷을 꼭 입고 수업진행)
A-3 어린이집
· 지상 3층, 철근콘크리트 구조
· 2개 건물을 강당, 강의실로 운영
· 지붕단열이 적용 가능하지만, 3층을 어린이집 원장의 사택으로 사용되어 시설개선 불필요
A-4 어린이집
· 국세청 건물 1층 우측공간을 부분사용
· 건축물 정면이 북향
· 태양 복사열을 건물 안으로 받아들이지 못해, 겨울철 난방부하가 크다
· 이중창으로 기밀성 우수
구분 현장조사 사진 특이사항
B-1 경로당
· 지상 2층, 철근콘크리트 구조
· 평지붕 옥상(2층 미사용 공간)
· 남쪽외벽 이중창 및 이중외피
· 북쪽외벽 나무틀로 만들어진
· 일반유리창을 통한 과다한 열손실 발생
B-2 경로당
· 지상 1층, 철근콘크리트 구조
· 맛배 지붕으로 지붕단열 공사 불가
· 이중창호, 이중문, 이중외피로 외기 차단 우수
· 사용자의 시설개선 불필요 의견
B-3 경로당
· 공원 내 지상 1층, 조립식 구조
· 벽을 통한 과다한 열손실 발생
· 공원 내 식재로 태양복사에너지가 적어서 냉방부하는 작지만, 난방부하 증가 예상
B-4 경로당
· 아파트 1층에 위치(1.5층)
· 발코니의 오래된 창호는 일반유리와 창호틀 사이로 열손실 발생
구분 현장조사 사진 특이사항
B-5 경로당
· 아파트 1층 위치
· 외측(남쪽, 북쪽)에는 사용기간이 오래된 창호시스템으로 과다한 열손실 발생
· 이중문으로 누기 차단 우수
B-6 경로당
· 지상 1층, 철근콘크리트 구조
· 이중창으로 기밀성 우수
· 일반 철문으로 열 손실 발생
· 맛배 지붕
B-7 경로당
· 지상 1층, 철근콘크리트 구조
· 사용기간이 오래된 방수층에 지붕개선 공사시 좋은 성능 발휘예상
· 목재로 만들어진 창호와 문은 열손실이 심함
B-8 경로당
· 지상 1층, 철근콘크리트 구조
· 맛배지붕으로 지붕단열 공사 불가
· 최근 리모델링 공사로 시설개선 완료
· 시설개선 사업 불필요 의견 피력
구분 현장조사 사진 특이사항
B-9 경로당
· 지상 2층, 철근콘크리트 구조
· 평지붕의 옥상이지만 16.5로 매우 작은 면적으로 단열공사 불가
· 이중창으로 기밀성 우수
· 이중외피가 있지만, 오래되어 누기 차단 불가
B-10 경로당
· 지상 2층, 철근콘크리트 구조
· 2층 미사용, 천장단열 공사 불필요
· 이중창과 이중외피가 우수해 외기 차단 우수
· 거주자 에너지절약인식 우수
B-11 경로당
· 지상 1층, 철근콘크리트 구조
· 건물연도에 비해 건물성능 취약
· 결로현상으로 곰팡이와 악취 발생
· 통 유리문으로 외풍이 강함
· 평지붕 옥상
· 에너지절약에 대한 거주자 인식 우수
B-12 경로당 · 시설개선 공사 불필요 의견 피력
구분 현장조사 사진 특이사항
B-13 경로당
· 지상 1층, 조립식 건축물
· 기밀성이 좋은 이중창 설치됨
· 통 유리문으로 열 손실 심함
· 총 2개 실로 1개실만 사용됨
· 에너지절약에 대한 거주자 인식 우수
B-14 경로당
· 지상 2층, 철근콘크리트 구조
· 1층 할머니 방, 2층 할아버지 방
· 북쪽 및 주방쪽은 목재창틀 나머지는 전부 이중창이 설치됨
· 평지붕 옥상
· 결로현상에 의한 곰팡이 및 악취 발생
B-15 경로당
· 지상 1층, 철근콘크리트 구조
· 외벽 일부 적벽돌 마감
· 맛배지붕으로 지붕개선공사 불가
· 건물성능이 좋지 않은 것으로 파악됨
· 남쪽에 차양이 있어서 일사획득 어려워 결로 현상이 매우 심각
B-16 경로당 · 건물 리모델링 공사중
구분 현장조사 사진 특이사항
B-17 경로당 · 아파트 상가 건물 안 1층에 위치
· 시설개선 적용 기술 공사 불필요
C-1
종합사회복지관
· 지하 1층, 지상2층 철근콘크리트 구조
· 이중창으로 기밀성 우수
· 평지붕 옥상으로 열성능 개선공사시 최상층 효과가 기대
C-2
종합사회복지관
· 지상 1층, 2층은 철근콘크리트 구조
· 최상층 3층은 조립식으로 증축
· 창호시스템은 전부 이중창
· 3층 조립식 구조는 여름철 복사열로 인해 실내 온도가 매우 높게 올라감
· 경사형 지붕
C-3
종합사회복지관
· 지상 3층, 철근콘크리트 구조
· 지상 3층의 일부공간 조립식 구조
· 최상층은 이중외피 벽체
· 이중창으로 기밀성 우수
· 경사형 지붕
구분 현장조사 사진 특이사항
D-1 보건지소
· 지상 3층, 철근콘크리트 구조
· 전창에 반사필름 설치돼 일사를 완벽차단
· 태양광 발전기 1기 운영
· 태양광 발전기 그림자로 인해 옥상의 복사에너지차단공사 불필요
2.2 연구대상 건축물 선정
본 연구의 연구대상 건축물은 2곳으로‘A-2 어린이집’과‘B-11 경로당이 선정됐다.
이후부터 A-2 어린이집은 A 어린이집으로, B-11 경로당은 B 경로당으로 명명한다. 연 구대상 건축물로 선정된 이유는 일반적인 중·대형 규모의 건축물과 단독주택 규모의 건축물에서 그린 리모델링을 실시했을 때, 건축물 규모에 따라 에너지 소비를 얼마나 감소할 수 있는지에 대한 일반화 연구가 가능하기 때문이다. 또한, 재실인원 변동이 작고, 건축물을 사용하는 운영시간이 일정해 특정기간 에너지 사용의 특이점에 대해 분석을 정확하게 할 수 있고, 기간별·계절별로 에너지 사용량 비교가 용이하다. 이것 은 에너지 사용량 예측 정확성을 높이고 오차를 줄일 수 있다. 마지막으로, 건축물 용 도상 영유아보육시설과 경로당으로 재실인원, 연면적, 에너지 사용량, 건축물 외피 재 료 구성 등이 가장 일반적인 프로토타입이다. 본 연구의 목적이 되는 그린 리모델링 후 건축물 열성능 향상, 에너지 사용량 평가, 온실가스 배출 저감량을 비교하는 것에 건축물 특성상 대표적인 당위성이 있다고 판단되어 연구대상 건축물로 선정됐다.
A 어린이집 옥상부는 방수공사가 되어 있지 않아서, 많은 태양열복사에너지가 실내 로 침투하고, 오염물과 수분이 침투해 구조체 성능저하와 결로현상 전조증상이 보인 다. 또한 건축물 용도가 교육시설로, 다른 용도의 건축물에 비해 개구부 면적이 크다.
이는, 일사의 침입과 열관류 현상이 많은 면적에서 일어남을 알 수 있다. 외벽은 중공 벽이지만, 부분 하자가 발생하여 좋은 성능을 발휘하지 못한다. 그리고 에너지 절약에 대한 거주자의 인식이 매우 우수하다. 에너지사용 절감을 위해 전 구성원들이 한 겨울 에는 내복과 옷을 꼭 입고 수업을 진행하고, 어린이들에게 에너지 절약에 대한 교육 프로그램을 운영하여 전체 구성원들이 에너지절약에 최선을 다하고 있다.
B 경로당은 건물연도에 비해 건물 열성능이 매우 취약한 것으로 나타났다. 전창을 통해 상당히 많은 외기가 침투하고 지붕에서 물이 새서 천장과 벽체에 결로현상이 발 생해 곰팡이와 악취가 매우 심한 상태이다. 심지어 방 2개 중 1곳은 결로 때문에 사용 하지 않고 있다. 이런 건축물을 대상으로 열성능 향상을 위한 공사가 진행된다면 에너 지사용요금 저감, 에너지사용량 절감, 온실가스 배출 저감 효과가 극대화 될 수 있다.
2.2.1 A 어린이집
연구대상 건축물인 A 어린이집은 광주광역시 서구에 위치하며, 노유자시설로 아동 관련시설 중 영유아보육시설로 등록되어 있다. 건축면적 253.62, 연면적 694.92
, 건폐율은 47.02% 이다. 철근콘크리트 구조로 지하 1층 지상3층으로 최고높이는 10이다. 지하1층은 기계실로 사용되고, 지상1층부터 지상3층까지는 보육실로 사용한 다. 재실자는 직원 18명, 어린이 140명으로 총 158명이 사용하고 있다(표 2.4).
<표 2.4> A 어린이집 개요
구분 개요
건물용도 노유자시설(아동관련시설-영유아보육시설) 대지위치 광주광역시 서구 화정로 138번길 4-8 건축면적 253.62
연면적 694.92 건폐율 47.02%
구조 철근 콘크리트조
건축규모
지하1층 지상3층(지하층 : 기계실, 지상1~3층 : 보육시설) 지하1층 : 49.80
지상1층 : 247.68 지상2층 : 247.68 지상3층 : 149.76 최고높이 : 10.0 준공년도 2011년 7월 5일
재실인원 158명(직원 18명, 어린이 140명)
그림 2.1은 A 어린이집의 도면으로, 건축물의 크기는 10.2 X 12.9이며 중앙에 Electrical Power System(EPS)실, 엘리베이터실, 계단 코어 공간이 있다. A 어린이집은 각 층마다 평면 공간구획이 전부 다르다. 1층은 원장실, 교사실, 공용화장실, 보육실 4개가 있다. 2층은 조리실과 보육실 3개가 있고, 3층은 보육실 2개와 2층의 일부 옥상 이 있다. 어린이집 운영시간은 오전 7시 30분부터 오후 6시 30분까지로 공휴일을 제외 한 평일과 토요일에 운영된다.
A 어린이집은 교육시설로 어린이의 교육환경에 필요한 많은 개구부가 있다. 전체 외벽면적 중 약 20%가 창호와 개구부로 다른 용도의 건축물보다 상당히 많은 면적을 차지하는 것을 알 수 있다. 이는, 실내공간으로 많은 태양광이 입사해 여름철 실내기 온을 증가시키는 요인이 된다. 또한, 유리창과 창틀을 통해 발생하는 열교의 양이 아 주 클 것이라 예측된다.
옥상부는 3층에 일부옥상과 최상층에 옥상부가 있는데 방수와 단열을 위한 공사가 전혀 되어 있지 않다. 옥상은 하루 중 햇빛을 가장 많이 받아 태양열 복사에너지가 가 장 많이 발생하는 곳이다. A 어린이집 옥상에는 방수공사가 되어있지 않아 수분과 다 른 오염원들이 지붕 슬래브로 침투하여 구조체 성능을 악화시키는 현상이 진행중이다.
또한, 구조체를 타고 열이 빠져나가고 들어오는 열교현상이 심할 것이라고 판단되고, 햇빛을 반사시키지 못해 방사율이 매우 낮을 것으로 진단된다. 이는, 옥상부 바로 밑 보육실의 실내온도를 장시간 증가시키고 사용자의 쾌적성을 떨어뜨리는 원인이 된다.
여름철에는 과다한 냉방부하를 일으키고, 겨울철에는 심각한 난방부하의 원인이 되어 전기에너지와 가스에너지 과사용, 온실가스 배출증가, 지구온난화 등의 문제를 일으킨 다.
A 어린이집 외벽은 벽 사이에 중공층이 있는 중공벽이다. 외벽은 적벽돌로 마감됐 고, 내벽은 철근콘크리트 벽이다. 중공벽은 방음, 방습, 방열을 위해 벽 중간에 공기 층을 둔 벽으로, 공기는 재료중에서 밀도가 가장 낮으며 열저항이 가장 큰 재료의 성 질을 이용해 시공하는 벽이다. 중공벽 공기층의 열저항은 공기가 정지된 상태일 때와 공기층의 두께가 25미만 일 때 최대가 되는데 공기층의 두께가 25를 초과하거 나 미세한 틈으로 대류가 발생해 환기가 되면 열전달저항이 낮아진다. A 어린이집은 부분 하자로 중공벽 사이에 외부 공기가 침투하여 중공벽의 기능을 발휘하지 못하는 것으로 판단됐다. 이는, 실내와 실외 열 교환현상이 심해 여름철 시원한 실내온도가 쉽게 높아지고 장시간 냉방부하가 필요하다. 겨울철에는 따뜻한 실내온도가 쉽게 낮아 지고 난방부하가 많이 발생한다.
A 어린이집 건물전경은 그림 2.2에 정리하였다.
a. 1층 평면도
b. 2층 평면도
c. 3층 평면도
d. 옥탑 평면도
[그림 2.1] A 어린이집 도면
a. 좌측면
b. 정면
c. 옥상
d. 실내 모습
[그림 2.2] A 어린이집 건물 전경
