기존 단독주택 에너지성능 평가 프로그램 개발 연구

1. 서 론

국가건축정책위원회는 ‘지속 가능한 신주거문화 정착’을 위하여 해피하우스, 디자인보금자리, 뉴타 운 2.0, 농어촌그린타운 등 4대 과제가 핵심이 되는 ‘뉴하우징 운동’을 추진 중에 있다.

한국토지주택공사는 주거복지기능 강화를 위해 해피하우스 시범사업에 참여를 결정하고 서울, 대 구, 전주에 3개 센터를 개설하여 운영하였다.

해피하우스사업이란 공동주택의 주거서비스를 단독주택 등 기존 주택까지 확산시켜, 에너지효율 개 선, 관리비용 절감 및 주거복지 향상 등을 도모하는 지역밀착형 주거서비스지원 사업이며, 에너지성 능 분석 및 개선 컨설팅, 누수·누전 등에 대한 긴급한 서비스와 간단한 수리교체 서비스 및 유지보 수 사업자 연결, 지자체 등 협조로 마을가꾸기 사업 등을 지원한다.

기존 단독주택 에너지성능 평가 프로그램 개발 연구

글 / 황하진, 김길태, 유정현, 이안선, 김경식 (한국토지주택공사 토지주택연구원) ESCO Issue

본 연구는 1차 연구의 후속연구로서 기존 단독주택 에너지 성능 평가에 가장 중요한 기반데이터를 수집·구축하고 기존 단독주택 에너지성능 평가 프로그램을 현장평가자가 용이하게 활용할 수 있도 록 수정·보완하였다.

2. 이론 및 고찰

본 연구에서는 기존 단독주택의 에너지성능 평가를 위해 건축물의 단열 성능과 기밀성능에 대한 이 론을 검토하였다. 건축물의 열관류율은 “정상 상태의 열류량을 어느 시스템의 면적 및 각 면에 대한 주변 간의 온도차로 나눈 것” 으로 정의되며, 원칙적으로 U값은 정상 상태 조건 하에서 요소의 양 면에서의 온도와 함께 열류계 또는 열량계를 통과한 열량을 측정하여 구하나 실제로 정상상태 조건 이 어느 한 자리에서 만날 수는 없으므로 간단한 측정은 어렵다.

이 어려움을 극복하기 위해 여러 방법이 있다. 여러 방법 중 건축물의 단열 성능평가에 있어 열저항 과 열관류율의 현장측정(ISO 9869)은 주로 열이동에 수직한 불투명 층으로 이루어지고 측방향 열 류가 크지 않은 평면 건물 부재의 열전달 측정을 위한 열류계(HFM) 방법에 대한 설명이다.

적외선 촬영법에 의한 건축물 단열 성능 평가 방법(KS F 2829)은 열화상 분석을 통하여 건축물의 단열 결함 부위를 정량적으로 측정 및 평가하기 위한 방법으로 건축물 외피를 구성하는 각 부위 열 특성의 광범위한 변화를 파악할 수 있다. 그리고 신축 건축물 또는 개보수 후의 결과에 대한 전체 건축물의 단열 성능 평가 및 시공 관리 또는 일상적인 진단 업무 등 분야에서 부위별 평가를 목적 으로 사용 될 수 있으며 건축물 외피의 단열 결함 부위 및 누기 발생 부위의 위치를 파악하는 것에 우선적으로 사용되며 단열의 수준의 정량적 평가를 위해서 확장 적용될 수 있다.

건축물의 단열성능을 평가하기 위해 “간이 건물 에너지 평가 방법 개발연구 (한국에너지기술연구 원, 태춘섭)”, “건물외피의 현장 열성능 측정기기 개발 (한국에너지기술연구원, 박효순)”, “건물외피 의 현장 열성능 평가를 위한 가열 시스템 개발(한국건설기술연구원, 강재식)”, “적외선 열화상 분석 기법에 의한 건축물 단열성능 평가법 개발 연구(한국건설기술연구원, 최경석)”등의 연구를 통한 정 상상태가 아니 비정상 상태에서의 건축물 외피 단열성능 파악에 대한 간이적인 방법에 대한 효용 성을 검토하였다.

그리고 “환경 및 시간경과에 따른 건축용 단열재의 열전도율 변화에 관한 실험적 연구(이승언 외)”

와 “건축 단열재의 장기 경년변화에 따른 열전도율 변화에 관한 실험 연구(강재식 외)”를 통해 건

알 수 있었다.

기밀성능을 측정하는 방법은 블로어 도어를 사용하여 실내를 가압, 감압하고 이때의 공기의 유동량 을 측정하는 가감압법(Pressurization Depressurization Method)이 있다. 가/감압법은 공조시스 템이나 팬을 사용하여 실내를 가압 또는 감압한 후 내부에서 외부로 흐르는 공기의 유량(가압법), 외부에서 내부로 흐르는 공기의 유량(감압법)을 측정하여 건물의 기밀도를 구한다. 이와 관련 연구 로 “신축공동주택의 기밀성능 및 환기장치 성능 측정”, “Blower Door를 이용한 국내 주거용 건물의 기밀도 실측 사례 분석”, “충청지역 단독주택의 기밀성능 실측 연구”를 통해 Blower Door Test 압 력 측정법을 이용하는 방법을 살펴보았으며 주택의 기밀성능 평가에 활용하였다.

3. 기존 단독주택 에너지 성능 평가 관련 실험 데이터 구축

’11.11. ~ ’12.09. 11개월의 기간 동안 대구, 광주, 군산, 전주, 남양주, 대전 지역의 총 40세대를 방 문하여 주택의 에너지성능 평가를 위한 기초 데이터 수집을 위한 기밀도 현장측정을 실시하였다. 국 토해양부에서 추진 중인 사회 취약계층 주택 개보수 사업의 단독주택을 대상으로 현장 측정을 수 행하였다.

이 사업은 기초생활수급자 중 자가보유자를 대상으로 주거환경을 개선하고 있으며, 본 연구에서는 그 중 에너지관련 보수(창호교체, 옥상방수, 천장보수, 지붕교체, 단열공사, 도장, 장판교체 등)를 수

ESCO Issue

다. 현장측정 대상인 1970년대 건물과 1990년대 건물의 침기량 특성을 보면 ACH50 값이 약 15회 에서 40회 사이에 고르게 분포되어 있으며, 경과년수에 따라 침기량이 늘어나는 현상을 보이고는 있으나 사용연수, 건축방식 등에 의한 명확한 상관성을 보이지는 않고 있다.

본 연구에서 수행된 현장 측정값과 선행연구의 결과를 이용하여 경과년수 변화와 침기량과의 상관 식을 만들어 현장 측정결과 값을 통한 보정작업을 통해 기존 단독주택의 침기량 산정방안을 도출 하였다. 기존 단독주택의 침기량은 일반적인 조건에서 0.25 ~ 2.0 회/h 범위로 설정하고 유지관리, 시공정밀도, 보수 부분을 반영하여 최종 침기량 값을 산정하였다.

기존 단독주택의 벽체 및 창호의 단열성능 평가에 있어서, 기존 주택의 현장 평가 시 벽체의 구성체 및 그 물성치 파악이 어려움을 해결하기 위해 열화상 카메라 및 열류계 등을 활용하여 단열성능을 간이적으로 파악하는 방안을 검토하였다. 위 방법들의 유효성을 알아보기 위해 현장측정을 수행한 결과 열화상카메라 측정 시 열관류율(W/㎡ ․K)은 0.50, 열류계 측정 시 열관류율(W/㎡․K)은 0.409 의 값을 보여주어 유사한 결과 값을 보여주고 있다.

단독주택 열원설비는 개보수 대상의 보일러 교체 등에 따른 에너지 소비량 변화에 대한 기초자료 수집을 통하여 설비 교체 및 경년변화를 반영 할 수 있는 기초 데이터 수집을 목적으로 하였다.

개보수 대상 주택은 도시가스 공급이 이루어지고 있지 않은 농촌지역에 집중되어 있는 관계로, 열 원설비로서 대부분 기름(중유)보일러가 설치되어 있으며, 보일러의 설치 경과 년 수는 10~15년 이상 의 기기들이 주를 이루고 있었다 특히, 거주자들의 대부분이 노년층으로 사용실태, 보일러 교체주 기, 점검주기 등의 사용자 정보를 취득하기가 어려웠다. 덧붙여 유류비 부담으로 전기장판, 난로 등 을 주된 난방 공급원으로 사용하고 있는 상황이었다.

4. 기존 단독주택 에너지성능 평가 프로그램 업그레이드

본 연구에서 업그레이드 하고자하는 프로그램은 (1)기본자료(기상데이터, 불투명구조체(단열기준·

유형·물성치), 투명구조체(단열기준·창 종류), 공사 비단가 등록, 사용설명서)에 대한 기본정보를

라이브러리화 하여 저장하며, 필요에 의해 수정 및 추가하고, (2)프로젝트 입력 및 조회프로그램에

서 기본 설정 입력시 일관 입력이 가능하게 하며, 외비 정보 입력시 불투명외피 입력의 경우 법적인

단열기준, 기존 단독주택을 대상으로 조사를 통한 구조체 유형, 구조체의 물성치를 파악할 수 있을

경우 직접계산 등이 가능하도록 수정하였다. 그리고 투명외피의 경우, 법적인 단열기준, 창 종류, 투

명구조체의 물성값을 파악할 수 있을 경우 직접계산이 가능하도록 수정하였다. (3)개선안 및 보고서 출력시 작성된 프로젝트의 경제성 분석과 개선안을 자동으로 연산 하여 출력할 수 있도록 하였다.

<표 1> 기본자료의 업그레이드 항목 및 내용

항 목 내 용

기상데이터 기타 지역 기상데이터 추가 및 기존 지역 기상데이터 수정 불투명구조체-단열기준 법적 단열기준

불투명구조체-유형 기존 단독주택 현장 측정 대상을 통한 유형화 자료 불투명구조체-물성치 기존 주택 구조체의 기본 물성치 자료

투명구조체-단열기준 법적 단열기준

투명구조체-창의 종류 표준 창호에 대한 물성치 자료

공사비단가 등록 단독주택의 각 부위별 공사비 단가 등록 및 수정

사용설명서 프로그램을 활용할 수 있는 메뉴얼

<표 2> 외피정보-업그레이드 항목 및 내용

항 목 내 용 내 용

불투명외피

단열기준 법적 단열규정

유형 기존자료 [불투명구조체-유형]에서 해당 단열성능 선택

직접계산 구조체의 물성치와 규격을 알 경우 [불투명구조체-물성치]의자료를 활용하여 단열성능 도출

투명외피

단열기준 법적 단열규정 창의 종류 표준 창호에 대한 단열성능

직접계산 창의 유형에 따른 직접적 단열성능 도출

<그림 1> 불투명구조체의 유형에 따른 열관류율 적용방법 ESCO Issue

에너지성능 평가에 가장 중요한 단열 및 침기성능 평가에 대한 방법 및 기반 데이터를 수집하였으며 기존 단독주택 에너지 성능 평가 프로그램을 수정 보완하였다.

기존 단독주택의 외피 단열성능 평가는 준공연도에 따른 법정 단열기준을 활용하는 방안, 외피의 구조를 파악할 수 있을 경우 직접 계산하는 방안, 열류계를 활용하는 방안, 열화상카메라를 활용 하는 방안을 제시하였다.

침기량 평가를 위해서는 30세대를 대상으로 현장 실험이 총 50회 실시한 후 평가사들이 쉽게 활용 할 수 있는 매뉴얼을 제공하였다.

본 연구를 통해 기존 단독주택 에너지성능 평가 프로그램은 주택 에너지 소비량 산정 관련 비전문 가도 쉽게 활용가능하며 그 결과를 신뢰할 수 있도록 개선되었다.

향후 해피하우스 사업에서 뿐만 아니라 공사 및 타 기관에서 이루어지는 많은 에너지성능 평가 관

련 사업에 사용할 수 있을 것으로 사료된다.