집중기획 제로에너지 공동주택 구현을 위한 효율적 프로젝트 수행방안
배 상 환 대림산업(주) 기술개발원 [email protected]
서 론
국내에서도 건물부문의 에너지 소비는 꾸준히 증가하는 추세에 있으 며, 부문별 에너지 소비량 비중으로 보면 가정부문이 약 53%를 차지하고 있어 절대적 영향력이 크다. 특히, 아파트형 공동주택은 2005년 주택 제고 의 53%를 차지하고 있으며 1990년 이후 건설된 신축 주택의 77%, 2007 년 주택 건설 실적 중 86%를 차지하고 있는 것으로 나타난다.
이러한 배경에서, 건물부문의 에너지 절감을 위한 다양한 시범 프 로젝트들이 다각적으로 추진되고 있다. 이러한 건축물의 특징으로는 기존의 일반적인 건축물 시공기술과는 다른 건물의 지속가능성 및 그 린빌딩 등의 개념을 구현하기 위한 요소기술들이 다양하고 복합적으 로 적용되고, 또한 건설 프로젝트의 관리요소는 점진적으로 증가하고 있다는 점이다. 패시브하우스, 제로에너지하우스 및 3L 하우스 등 저 에너지 친환경 건축물 구축프로젝트 등과 같이 프로젝트 구축경험이 많지 않고, 기술적으로 요구수준이 높은 프로젝트 수행에 있어서는 기
최근 공동주택의 에너지저감을 위한 노력들이 추진
되고 있다. 그러나 제로에너지 공동주택과 같이 다
양하고 복잡한 기술적용이 필수적이고, 비용 상승을
수반하는 프로젝트의 경우 효율적인 프로젝트 수행
프로세스 및 접근방식이 필요할 것이다. 이에 제로
에너지 공동주택 구현을 위한 효율적인 프로젝트 수
행방안에 관하여 논하고자 한다.
집 중
집중기획기 획
존의 전통적인 방식과는 다른 효율적인 프로젝 트 수행방식이 요구되고 있으며, 비용 측면에서 효율적인 기술적용의 의사결정 과정이 필요할 것이다.
저에너지 친환경 건축물 구축 프로세스 요구 사항과 장애요인
제로에너지 공동주택과 같이 기존에 적용되 지 않은 기술이 다수 적용되고, 복잡한 시스템의 구성이 필수적인 프로젝트의 경우 구축 프로세스 의 효율적인 관리 및 계획이 이루어지지 못하는 경우 요구되는 성능발현뿐만 아니라 비용 측면에 서도 성공적인 프로젝트 수행이 곤란하다. 이에 따라, 저에너지 친환경 건축물 구축 프로젝트의 효율성 제고를 위한 구축방법 및 프로세스 도출 을 위해 전문가를 대상으로 한 설문조사를 수행 하였다. 전문가 설문 조사대상은 건축물의 설계 자, 시공자(종합구축 및 요소기술 시공), 환경엔 지니어링 전문가를 대상으로 하였다.
저에너지 친환경 건축물 구축 관련 업무영역별 필요 사항
설계자 및 환경분야 엔지니어링 업무 전문 가를 대상으로 저에너지 친환경 건축물 구축에 가장 필요한 사항에 대한 조사결과, 응답자의 35.2%가 요소기술별 에너지 저감량 대비 비용측 면에서의 적용 우선순위에 대한 자료로 응답하 였고, 그다음으로는 저에너지 친환경 요소기술의 단위기술별 에너지 저감량이 31.4%로 나타나 전 체 66.6%가 요소기술에 대한 에너지 저감량 자 료를 우선적으로 필요한 자료로 판단하는 것으로 조사되었다(그림 1 참조).
또한, 종합시공 및 요소기술 전문시공 기술자 를 대상으로 한 조사결과에서는 프로젝트 설계단
계의 참여기회 등을 포함한 설계자와의 협업 부 분에 대한 응답이 33.8%로 가장 높게 나타났으 며, 요소기술 공사비와 상세 시공매뉴얼 및 시공 지침이라는 응답이 각각 22.6%로 높게 나타났다 (그림 2 참조).
분야별 전문가의 프로젝트 참여시기
다음은 저에너지 친환경 건축물 구축 프로젝 트에서 전문시공 및 요소기술 전문가의 참여시기 에 대한 설문조사 결과로서, 전체 58.6%가 기본 설계단계에서 참여하는 것이 바람직하다는 의견 으로 조사되었고, 친환경 건축물 구축에 있어서 환경전문가의 참여시기에 대한 설문조사 결과에 있어서는 전체 84.7%가 기획단계에서 참여하는
[그림 1] 친환경 건축물 관련 필요사항(설계부문)
[그림 2] 친환경 건축물 관련 필요사항(시공부문)
17(31.4%)
14(22.6%) 14(22.6%)
21(33.8%)
9(14.5%)
3(4.8%)
1(1.6%) 19(35.2%)
12(22.2%)
4(7.4%) 1(1.9%)
요소기술 일반정보
1(1.9%) 20
15 10 5
0
단위기술별 에너지절감량
단위기술별 에너지절감량 매뉴얼/시공지침
요소기술별 공사비
요소기술별
공사비 프로젝트 설계단계 시공디테일
참여기회 요소기술별 성능
목표수준 에너지절감량 대비 비용측면 우선순위
설계체크리스트/
설계지침
설계안의에너지 소비량 예측자료
25 20 15 10 5 0
것이 바람직하다는 의견으로 조사되었다(표 1, 표2 참조).
저에너지 친환경 건축물 구축의 장애요인
다음은 저에너지 친환경 건축물 구축의 장애 요인 분석을 위한 설문항목에 대한 업무영역별
설문조사 결과를 나타낸 것이다. 전체 응답자를 기준으로 분석할 때 ‘과도한 비용증가 및 요소기 술별 에너지 저감량/비용에 근거한 적용 우선순 위 부재’를 선택한 응답자가 32.3%로 가장 크게 나타났고, 그 다음으로는 ‘기존의 설계방식 수행 후 에너지 절감기술을 단순 적용하는 설계 프로 세스’ 로 26.9% 응답하여, 저에너지 친환경 건축 물 보급의 활성화를 위해서는 다양한 요소기술 의 적용에 대한 비용 및 에너지 저감량에 근거한 우선순위 도출과 기존의 프로젝트 수행 프로세 스에 대한 개선이 필요한 것으로 분석되었다(표 3 참조).
이상에서 알 수 있듯이, 저에너지 친환경 건 축물 구축에 있어서의 요구사항 및 장애요인에 대한 전문가 설문조사 결과 설계 및 계획과정 에서 가장 필요한 기술요소로 요소기술별 에너 지 저감량 대비 공사비 변화량과 요소기술 적용 의 우선순위 자료의 필요성이 큰 것으로 나타났 고, 또한, 복잡하고 다양한 기술요소의 적용으로 인해 프로젝트 수행 프로세스에도 환경전문가 및 요소기술 전문시공자가 조기에 참여하는 프 로젝트 수행방식의 필요성을 높게 인식하는 것 으로 최근 프로젝트 수행방식으로 관심을 얻은 IPD(Integrated Project Delivery)시스템 등과 같 이 통합설계, 통합구축프로세스 적용의 필요성 이 높다고 할 수 있을 것이다.
구 분 기획단계 기본설계
단계
실시/
상세설계 착공/
시공단계
설계자 3
(20.0) 11 (73.3%)
1
(6.7%) -
환경전문가 7
(53.8%) 6
(46.2%) - -
요소기술전문시공 4
(33.3%) 7 (58.3%)
1
(8.3%) -
종합시공 6
(31.6%) 11 (57.9%)
2
(10.5%) -
합 계 20
(33.9%) 35 (59.3%)
4
(6.8%) -
구 분 과도한 비용증가 및
적용 우선순위 부재 홍보성 요소기술 적용 기술의 완성도 및 낮은정밀도 기존 설계방식 및 설계프로세스
설계자 12 (40.0) 9 (30.0) 1 (3.3) 8 (26.7)
환경전문가 3 (15.8) 5 (26.3) 6 (31.6) 5 (26.3)
요소기술
전문시공 7 (35.0) 4 (20.0) 2 (10.0) 7 (35.0)
종합시공 8 (33.3) 4 (16.7) 7 (29.2) 5 (20.8)
합 계 30 (32.3) 22 (23.7) 16 (17.2) 25 (26.9)
구 분 기획단계 기본설계
단계
실시/
상세설계 착공/
시공단계
설계자 13
(86.7%) 2
(13.3%) - -
환경전문가 11
(84.6%) 2
(15.4%) - -
요소기술전문시공 11
(91.7%) 1
(8.3%) - -
종합시공 15
(78.9%) 3 (15.8%)
1
(5.3%) -
합 계 50
(84.7%) 8 (13.6%)
1
(1.7%) -
<표 1> 요소기술 전문가의 참여시기에 대한 업무영역별 설문조사결과
<표 3> 저에너지 친환경 건축물 구축의 장애요인에 대한 조사결과
<표 2> 환경전문가의 참여시기에 대한 업무영역별 설문조사결과
집 중
집중기획기 획
제로에너지 공동주택의 효율적인 구축을 위한 기술적용 의사도구
앞서 전문가 의견조사를 통해서도 파악된 바 와 같이, 저에너지 친환경 건축물 구현을 위한 설 계, 시공단계에서 요소기술의 적용여부는 에너지 절감 효과와 이에 따른 경제성이 가장 중요한 요 인이 되며, 따라서 설계단계에서 효율적으로 선 택 가능한 자료로서 요소기술별 건축물의 에너지 저감량과 비용에 대한 자료구축이 필수적일 것이 다. 이에 따라 표준 공동주택을 대상으로 에너지 저감단계별 효율적인 기술적용을 위한 의사결정 도구로서 다음과 같이 단위 에너지저감을 위한 요소기술별 공사비 변화량을 산출하고, 이를 근 거로 비용 측면에서 에너지저감 목표별 기술적용 우선순위를 결정하기 위한 의사결정 자료를 도출 하였다.
기술요소별 에너지절감량과 비용변화
요소기술별 에너지절감량 대비 비용변화 분 석은 단열시스템, 창호시스템, 환기시스템(침기 량변화 포함) 및 신재생에너지로 한정하였고 분 석사례는 다음과 같다. 요소기술별 성능변화에 따른 에너지절감량과 비용변화의 산출은 법적 최 저수준을 Base로 분석 당시 적용가능한 최고수
준을 L5(Level5)로 설정하였다. 또한, 에너지절 감량의 변화는 평가대상 주택에 대해 개별성능을 변화시켰을 때에 대한 에너지절감량을 각각 산출 하였다(표 4, 표 5 참조).
공동주택에 적용 가능한 요소기술별 에너지 저감량 대비 공사비 변화특성을 종합하면 그림 3 과 같다. 그림에서 볼 수 있듯이 단열재, 창호시 스템 그리고 환기시스템은 성능향상에도 비용변 화에 대한 민감도가 크지 않아 에너지절약 요소 기술로서 효율적인 우선 적용대상으로 계획될 수 있음을 알 수 있으며, 다만, 단열재 성능 Level5는 진공단열재 적용을 가정한 것으로 비용증가가 크 게 발생되어 현재 시점에서는 적용성이 크지 않 음을 알 수 있다. 또한, 태양광발전시스템은 3 kW 까지는 에너지 저감량 대비 공사비 변동이 거의
구분 단열재
열성능
비용증가 (원/m²)
에너지절감량 (kWh/m²yr)
비용/절감량 (원/kWh/m²yr)
Base 0.58 - 0.0 -
L1 0.25 4,545 11.2 404 L2 0.15 13,505 14.6 922 L3 0.1 14,869 16.4 909 L4 0.08 15,778 17.0 926
L5 0.05 70,500 18.0 3,917
구분 창호
열성능
비용증가 (원/m²)
에너지절감량 (kWh/m²yr)
비용/절감량 (원/kWh/m²yr)
Base 3.40 - 0.0 -
L1 1.63 4,545 15.2 298 L2 0.95 10,418 21.1 494 L3 0.85 35,418 22.0 1,613 L4 0.80 37,691 22.4 1,684 L5 0.60 45,455 24.1 1,885
<표 4> Energy-Cost analysis(insulation) <표 5> Energy-Cost analysis(glazing)
[그림3] Energy-Cost analysis (overall)
cost(won/kWh)
Level1 Level2 Level3 Level4 Level5
Insulation
Window
Ventilation
Photovoltaic
Solar Heat
Geothermal
7,000 6,000 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000 0
발생되지 않아 전기에너지 절감목표치에 따라 용 량을 결정하되, 3 kW를 초과하는 우리나라 공동 주택의 특성상 BIPV 설치가 불가피하며 이로인 해 공사비 변동이 크게 발생되어 계획 시 유의해 야 할 것이다.
에너지저감 목표별 효율적인 기술적용방안
다음은 단위면적당 에너지 저감량 대비 공사 비 측면에서 에너지 등급별 기술적용 우선순위 및 전체 공사비 변동량에 대한 종합그래프이다.
그래프에서 볼 수 있듯이, 20% 저감모델의 경우, 기술요소는 단열시스템 L5(Level5)인 0.05 W/
m²K을 적용하고, 창호시스템의 열성능 또한 L5 수준(0.6 W/m²K)을 적용하는 것만으로도 목표 성능을 달성할 수 있으며, 이때의 총에너지 소비 량은 229.7 kWh/m²·yr의 80% 수준인 183.8 kWh/m²·yr이며 소요되는 추가공사비는 약 11 만 원 내외로 예측할 수 있으며, 이를 통해 비용 측면에서 효율적인 기술적용 의사결정이 가능할 것이다(그림 4 참조).
맺음말
최근 공동주택의 에너지저감을 위한 노력이
[그림 4] 에너지 등급별 기술적용 우선순위 및 전체 공사비 변동량
집 중
집중기획기 획
추진되고 있다. 그러나 제로에너지 공동주택과 같이 다양하고 복잡한 기술적용이 필수적이고, 비용 상승을 수반하는 프로젝트의 경우 효율적인 프로젝트 수행 프로세스 및 접근방식이 필요할 것이다. 이러한 측면에서 제로에너지 공동주택을 포함한 저에너지 친환경 건축물의 효율적인 구현 을 위한 효율적인 프로젝트 수행방안을 고찰하였 고, 비용 측면에서의 효율적인 의사결정을 위한 연구사례를 제시하였다.
참고문헌
1. 배상환, 이승복, IPD프로세스를 통한 저에너지 친환경 건축물 통합구축에 관한 연구, 대한설비 공학회 하계학술발표대회논문집, 2011. 7
2. 배상환, 저에너지 친환경 건축물의 통합성능 향상을 위한 설계·시공 프로세스 개선에 관한 연구, 연세대학교, 2011. 8
3. 이승복, 저에너지 친환경 공동주택 연구단 기 획보고서, 한국건설교통기술평가원, 2004
