1. 서 론
2. 분석모델 설계
2.1 건물에너지 성능 분석을 위한 시뮬레이션 프로그램
2.2 분석모델 설계
3. 결과분석 및 토의
3.1 노후주택 에너지 성능 분석
3.2 그린리모델링 기술요소별 에너지 성능 분석
4. 결 론
1. 서 론
국제사회는 기후변화 문제의 심각성을 인지하고, 지구의 평균 온도 상승을 1.5℃로 억제하기 위해 IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change)가 제시한 경로에 따라 2050년까지 탄소중립 달성을 목표로 다양한 노력을 펼치고 있다. 국내의 경우 2050 탄소중립 시나리오를 수립하여 부문별 온실가스 저감 방법론을 제시하고 있으며, 이 중 건물 부문의 온실가스 저감 방법론 중 한 가지로 기축 노후건물의 그린리모델링을 제시하고 있다. 그린리모델링이란 패시브, 액티브, 신재생 요소의 개선을 통해 건물의 에너지 소비량을 줄이고, 건물에서의 에너지 생산을 증가시켜 총 에너지 소요량을 감소시키는 것을 목표로 하는 리모델링을 의미한다.
주거용 건축물은 전체 기축 건축물의 약 46%1)로 가장 높은 비율을 차지하고 있으며, 이 중 준공 이후 15년 이상이 경과된 주택이 전체의 약 67%2)를 차지하므로 노후주택의 그린리모델링은 건물부문 온실가스 배출량 저감에 기여도가 높을 것으로 판단된다. 그러나 주택을 대상으로 그린리모델링 기술요소별 에너지 저감량을 분석하는 연구 및 기초정보가 부족한 실정이다. 또한, 주거용 건축물은 비주거용 건축물과 에너지 사용 패턴, 에너지원 비율 등이 상이하며, 공동, 단독 등 주택 유형에 따라서도 에너지 성능에 차이가 발생하므로 주거용 건축물의 특성을 반영한 에너지 성능 분석이 필요하다.
이와 관련한 기존의 연구들을 살펴보면, Jeon (2022)3)는 실제 단독 주택 사례를 대상으로 에너지 성능 개선을 위한 리모델링 요소를 도출하고 이에 대한 경제성을 분석하였으며, ECO2 분석을 통해 에너지 성능 개선율을 산출하였다. Kim (2017)4)은 그린리모델링 공사가 진행된 공동주택, 기숙사, 의료시설 건축물을 대상으로 그린리모델링 전, 후의 에너지 성능 개선을 분석하였다. 그러나 두 연구 모두 여러 기술요소가 복합적으로 적용된 경우의 에너지 성능개선에 대한 분석이므로, 기술요소별 에너지 성능 개선율을 파악하기 어렵다.
한편, Bang et al. (2024)5)는 그린리모델링이 완료된 서울시 공공 어린이집 69개소의 그린리모델링 전, 후 데이터를 기반으로 기술요소별 1차 에너지 소요량 감소율을 분석하여 기술요소의 우선순위를 도출하였다. 또한, Kim et al. (2014)6)는 업무용 건축물을 대상으로 외벽, 바닥, 창호, 지붕의 열관류율 성능을 10%씩 강화하고 이에 따른 에너지 성능 개선을 분석하였다. 이는 적용 기술 요소별로 에너지 성능 저감률을 파악할 수 있는 연구이나, 대상 건축물의 용도가 비주거이므로 주택과 에너지 성능이 상이하다. Jun and Park (2016)7)는 공동주택을 대상으로 건축, 기계, 전기 분야의 각 주요 설계 항목 변화에 따른 1차 에너지 소요량의 변화 추이를 분석하였다. 그러나, 해당 연구에서는 냉방에너지를 고려하지 않았으며, 그린리모델링의 여러 기술요소 중 외피 열성능, 환기시스템, 조명밀도 세 가지만을 대상으로 분석되는 등 건축물 에너지효율등급을 기준으로 분석을 진행하여 그린리모델링을 진행하고자 하는 건축주에게 의사결정을 위한 정보를 제공하기에 한계가 있다. 이와 같이, 주택 그린리모델링을 주제로 진행된 연구는 그린리모델링 전, 후의 에너지 성능 개선 정도와 경제성에 대한 분석이 주를 이루었으며, 그린리모델링 기술요소를 주제로 진행된 연구는 분석대상 건축물의 용도가 업무시설 또는 노유자 시설이 주를 이루는 것으로 분석되었다. 이를 통해 적용 기술요소에 따른 에너지 성능 저감률에 대한 연구의 필요성이 확인되었으나, 공동주택과 단독주택을 대상으로 적용 기술요소별 에너지 성능 저감률을 분석하는 연구는 미진한 실정임을 알 수 있다.
본 연구에서는 주거용 건축물을 공동주택과 단독주택으로 구분하여 각 주택의 형태, 설비성능 등 노후주택 표준모델을 설정하고 경과 연수에 따라 노후주택 표준모델을 세분화하며, 세분화 된 각 모델의 그린리모델링 기술요소 적용에 따른 에너지 성능 저감률을 분석하였다. 분석된 에너지 성능 저감률을 바탕으로 주택 유형(공동/단독) 및 경과 연수에 따른 그린리모델링 기술요소의 우선순위를 도출하였다.
본 연구를 통해 단독 및 공동주택에서 그린리모델링 사업 수행 시 기술요소별 에너지 저감효과에 대한 기초자료를 제공하며 거주자가 적용 기술요소의 우선순위를 고려하여 의사결정하는데 활용할 수 있다.
2. 분석모델 설계
2.1 건물에너지 성능 분석을 위한 시뮬레이션 프로그램
본 연구에서는 건물에너지 성능 분석을 위해 국내에서 건물에너지 평가 도구로 사용되는 ECO28) 프로그램을 활용하였다. ECO2 프로그램은 ISO 137909), DIN V 1859910)를 기반으로 개발되었으며, 월별 평균 기상데이터를 기반으로 건물의 월별 단위면적당 에너지 요구량을 산출하고, 설비성능에 따른 연간 단위 면적당 에너지 소요량 및 1차 에너지 소요량을 산출할 수 있다.
2.2 분석모델 설계
(1) 노후주택 표준모델
국내 건축법에서는 건축물을 용도에 따라 구분하고 있으며 이 중 주거 용도의 건축물은 단독주택과 공동주택으로 구분되므로, 본 연구에서는 공동주택과 단독주택을 분석 대상으로 선정하였다. 또한, 그린리모델링 전인 노후주택과 그린리모델링 기술요소 적용 후의 에너지 성능 저감률 분석을 위해 공동주택과 단독주택의 노후주택 표준모델을 설정하였다.
이때 노후주택 표준모델은 공동주택과 단독주택 모두 한 세대를 대상으로 모델링 되었으며, 비교를 위해 공동주택과 단독주택 모두 동일지역(중부 2지역, 서울)을 기준으로 기후조건을 설정하였다. 공동주택은 국민주택규모 기준11)을 만족하는 전용면적 84 m2로 선정하였으며, 판상형 세대의 발코니 비확장 평면으로 설정하였다. 또한, 위, 아래층에 다른 세대가 있는 중간층으로 설정하였으며, 실제 도면과 동일한 남향으로 설정하였다. 단독주택은 국토교통부에서 제공하는 지상 2층 규모의 농촌 표준 주택을 대상으로 모델링 및 분석하였으며, 공동주택과 동일하게 남향을 기준으로 모델링하였다. 또한, 공동주택과 단독주택 모두 철근콘크리트 구조로 설정하여 모델링하였다(Table 1). 공동주택과 단독주택의 모델링 기준 평면도는 Fig. 1과 같다.
Table 1.
Outline of building models
| Parameters | Single-family house | Apartment |
| Total floor area [m2] | 121.33 | 91.4 |
| Number of story | 2 | 1 |
| Structure | Reinforced concrete | Reinforced concrete |
| Note | - |
•Balcony type •Middle floor |
또한, 노후주택은 경과연수에 따라 외피의 열관류율 성능이 다르며, 이로 인해 에너지 성능에 차이가 발생하므로 외피의 열관류율 성능이 달라지는 경과연수 구간을 구분하여 노후주택 표준모델을 설정하였다. 이때, 건축물의 열관류율 성능은 건축물의 에너지절약설계기준의 지역별 건축물 부위의 열관류율12)기준을 따르게 되어있으므로, 해당 기준의 개정연혁에 따라 건물의 경과연수 구간을 구분하였다. 이에 노후주택 표준모델은 Table 2와 같이 주택 유형 당 14년 초과, 9 ~ 14년, 7 ~ 9년, 7년 미만으로 경과연수 구간이 구분되었다.
Table 2.
U-values of input model [W/(m2K)]
| Single-family house | Apartment | ||||||||
|
Building components | Elapsed year Exposure to outdoor air | 14< | 9-14 | 7-9 | 7> | 14< | 9-14 | 7-9 | 7> |
| Wall | Direct* | 0.47 | 0.36 | 0.260 | 0.240 | 0.47 | 0.36 | 0.210 | 0.170 |
| Indirect** | 0.64 | 0.49 | 0.360 | 0.340 | 0.64 | 0.49 | 0.300 | 0.240 | |
| Window | Direct | 3.40 | 2.40 | 1.500 | 1.500 | 3.0 | 2.10 | 1.200 | 1.000 |
| Indirect | 4.60 | 3.20 | 1.900 | 1.900 | 4.30 | 2.80 | 1.600 | 1.500 | |
| Floor | Direct | 0.35 | 0.30 | 0.180 | 0.170 | 0.35 | 0.30 | 0.180 | 0.170 |
| Indirect | 0.52 | 0.43 | 0.260 | 0.240 | 0.52 | 0.43 | 0.260 | 0.240 | |
| Adiabatic | - | 0.810 | |||||||
| Roof | Direct | 0.29 | 0.20 | 0.150 | 0.150 | 0.29 | 0.20 | 0.150 | 0.150 |
| Indirect | 0.41 | 0.29 | 0.220 | 0.210 | 0.41 | 0.29 | 0.220 | 0.210 | |
또한, 각 노후주택 표준모델의 난방, 냉방, 조명 설비 성능은 열사용시설기준13), 효율관리기자재운용규정14), 고효율 에너지 기자재 보급촉진에 관한 규정15), 실제 제품의 규격 등을 근거로 도출된 값을 입력하였으며, 이는 Table 3와 같다. 신재생 에너지 설비는 개선 전 상태를 미적용(신재생에너지설비 없음)으로 설정하였다. 이때, 각 노후주택 모델의 설비성능 설정에 있어, 주택의 특성 상 노후 설비에 대한 교체가 비교적 잦다는 점을 반영하여 설비의 개선 전 성능은 모든 경과 연수에서 동일하게 설정하였다.
Table 3.
Input data for heating, cooling and lighting systems
ECO2에서는 에너지 성능 분석을 위해, 각 실을 조닝(Zoning)하며, 각 입력존에 대한 용도 프로필, 천장고, 외피의 열 저장능력, 열교 가산치, 침기율, 냉․난방방식, 냉․난방공조, 설비의 운전방식 등을 설정해야 한다. 이에 본 연구에서는 공동주택과 단독주택 모두 모든 실을 각각의 존으로 구성하였으며, 입력존에 대한 설정은 Table 4와 같이 입력하였다. 여기서, 열 저장능력은 건물의 구조에 따라 다르게 산정되며, 공동주택과 단독주택 모두 철근콘크리트 구조 건물이므로 철근콘크리트 구조의 열 저장능력 표준값인 90 Wh/(m2·K)을 적용하였다. 또한, 열교 가산치는 모두 내단열로 설정하였으며, 침기율은 주거부문의 건축물 에너지효율등급 예비인증 기준 값을 적용하였다.
Table 4.
Input data for zone modeling
| Parameters | Single-family house | Apartment |
| Usage profile | Residential building | |
| Thermal storage capacity [Wh/(m2K)] | 90 | |
| Thermal bridge | Internal insulation | |
| Air permeability [1/h] | 6 | |
(2) 그린리모델링 기술요소
본 연구에서는 공공건축물 그린리모델링 기술요소를 기반으로 일부 선정 및 수정하여 주택의 그린리모델링 기술요소로 적용하였다. 공공건축물 그린리모델링 지원사업 가이드라인16)에 따르면 공공건축물 그린리모델링 기술요소는 건물 에너지에 영향을 주는 에너지 공사요소와 그 밖의 추가지원 공사로 분류되는데, 본 연구에서는 추가지원 공사 기술요소를 분석대상에서 제외하였다. 또한, 에너지 공사요소 중 ECO2 프로그램으로 분석이 가능하며, 주택에 적용 가능한 기술요소를 선정 및 일부 수정하였다(Table 5). 이때 에너지 공사는 건축요소와 기계․전기요소, 선택공사 요소로 분류되고 있으며, 건축요소는 벽, 바닥, 지붕, 창호 및 문의 단열 보강 요소를 포함한다. 또한, 기계․전기 요소는 열회수환기장치, 고효율 냉․난방장치, 고효율 보일러, 고효율 조명(LED)와 태양광발전설비, 건물에너지관리시스템, 원격검침전자식 계량기, Cool Roof (차열도료)를 포함하나, 이 중 ECO2 프로그램에 반영이 불가한 건물에너지관리시스템, 원격검침전자식 계량기, Cool Roof 요소는 분석 대상에서 제외하였다. 또한, 열회수환기장치 적용에 따른 에너지 성능 저감을 분석하기 위해서는 기존 노후주택의 자연환기 상태와 비교되어야 하나, ECO2 프로그램 특성 상 자연환기에 대한 반영이 불가능하므로 기술요소 적용 전, 후 비교가 불가하여 분석에서 제외하였다. 또한, 선택공사 요소에는 조경공사, 일사조절장치, 스마트에어샤워, 순간온수기, 절수형기기, 환경성선언 제품 마감재(벽지, 천장재, 바닥재)가 포함된다. 이 중 일사조절장치 및 순간온수기를 제외한 요소는 ECO2 프로그램에 반영이 불가하므로 분석대상에서 제외하였으며, 일사조절장치는 시뮬레이션 프로그램의 한계로 스케줄 입력이 불가능하므로 외부전동블라인드 등의 동적 설비로 모델링 할 수 없어 분석에서 제외하였다. 또한, 일반적으로 보일러를 사용하여 급탕하는 주택의 특성을 반영하여 순간온수기 요소 또한 분석에서 제외하였다.
또한, 공동주택 모델링 시 위, 아래층에 세대가 있는 중간층으로 가정하였으므로 바닥 및 지붕의 단열성능은 층간 바닥 열관류율 성능을 기준으로 모델링 되어야 하나, 에너지절약설계기준 상 모든 경과 연수 구간에서 층간 바닥 열관류율 성능이 동일하므로 공동주택에서 바닥과 지붕 단열 기술요소를 제외하였다. 또한, 태양광 발전시스템의 적용에 있어, 공동주택은 PV 시스템을 옥상에 설치할 경우 발전량이 대부분 공용 전기로 사용되므로, 발전량의 세대별 사용을 가정하기 위해 옥상 PV 시스템이 아닌 입면 BAPV 시스템으로 모델링하였으며, 단독주택은 지붕 BAPV 시스템을 기준으로 모델링하였다.
Table 5.
Technical elements of green-remodeling
위와 같이 선정 된 기술요소 중 부위별 단열 보강에 대한 세부 성능은 현행 열관류율 성능을 적용하였다. 또한, 보편적으로 지붕과 바닥은 외단열 보강이 어렵다는 점을 반영하여, 지붕, 바닥 단열보강 기술요소는 노후표준 주택의 조건이었던 내단열을 그대로 유지하되, 열관류율 값만 향상되도록 설정하였다. 반면 벽체 단열 보강은 비교적 외단열 보강이 보편적이라는 점을 반영하여 내단열에서 외단열로 변경되면서 동시에 열관류율 값이 향상되도록 설정하였다. 특히, 노후주택 표준모델 중 경과 연수 7년 미만 모델은 열관류율 성능이 현행 열관류율 성능과 동일하므로, 적용 기술요소 중 지붕 및 바닥 단열 보강 요소를 제외하였다. 그러나 전술한 바와 같이 벽체 단열 보강 기술요소는 내단열에서 외단열로 변경되는 차이점이 있어, 적용 가능 기술요소로 포함하였다(Table 6).
Table 6.
U-values of input model [W/(m2K)]
또한, 냉방 및 난방설비의 용량은 실 면적을 기준으로 산출되었으므로, 전, 후 용량이 동일하게 설정되었다. 이에 냉방 및 난방설비의 성능 개선은 보일러의 효율과 EHP의 COP 값이 개선된 것으로 설정하였다. 또한, 조명 밀도 변화를 통해 고효율 조명(LED)적용을 반영하였다(Table 7).
Table 7.
Input data for heating, cooling and lighting systems
이때 노후주택과 기술요소 적용 후의 냉방, 난방, 조명설비의 효율, COP, 조명밀도 입력값은 공공 그린리모델링 시뮬레이션 입력값을 활용하였으며, 이는 선행 그린리모델링 사업을 통해 도출된 실제 시공되는 설비들의 평균적인 성능이다. 또한, 신재생에너지설비의 성능은 도면을 기준으로 설치면적을 산출하여 적용하였으며, 앞서 서술한 것과 같이 단독주택에는 지붕 BAPV 시스템을, 공동주택에는 입면 BAPV 시스템을 적용하였으며 모두 효율 19%의 단결정 실리콘 태양전지 모듈로 가정하였다(Table 8). 이때, 단독주택은 남, 북향 박공형 지붕을 갖는 건물로, 이 중 남향 지붕에서 BAPV를 설치할 수 있는 면적을 도출하였으며, 공동주택은 남향 입면 면적 중 창호의 면적을 제외한 벽체 면적을 BAPV 설치 면적으로 산출하였다.
3. 결과분석 및 토의
3.1 노후주택 에너지 성능 분석
각 노후주택의 냉방 및 난방에너지 요구량을 분석한 결과(Fig. 2), 냉방 및 난방에너지 요구량 모두 전 경과 연수에서 단독주택이 공동주택보다 높은 것으로 확인되었다. 이는 공동주택의 외피가 대부분 외기와 간접 면하는 것에 반해 단독주택의 외피는 외기와 직접 면하는 구조로, 비교적 에너지 손실이 크기 때문으로 분석되었다. 또한, 공동주택과 단독주택 모두 경과 연수가 감소함에 따라 난방에너지 요구량이 감소하고 냉방 에너지 요구량은 증가하는 것으로 나타났는데, 이는 벽체 및 창호의 단열성능 기준의 강화됨에 따른 결과로 분석된다. 또한, 급탕 및 조명에너지 요구량은 경과 연수에 따른 변화 없이 동일하게 나타났으며, 모델링에 환기장치를 반영하지 않았으므로, 환기 요구량은 모든 경과 연수에서 미산출되었다.
1차 에너지 소요량 분석결과(Fig. 3), 공동주택과 단독주택 모두 경과 연수 감소에 따라 소요량 또한 감소하는 것으로 분석되었다. 이때 환기, 급탕, 조명의 1차 에너지 소요량은 경과 연수에 따른 변화 없이 동일하므로 1차 에너지 소요량의 감소는 냉방과 난방의 에너지 요구량 변화에 의한 것으로 분석된다. 냉방 및 난방에너지 요구량은 전술한 것과 같이 단열 성능 기준 강화에 따라 상반된 추이를 보였으나, 냉방 요구량의 증가에 비해 난방 요구량의 감소가 현저히 크기 때문에 상대적으로 1차 에너지 환산계수가 큰 냉방에너지 요구량의 증가에도 총 1차 에너지 소요량이 감소한 것으로 분석된다.
3.2 그린리모델링 기술요소별 에너지 성능 분석
단독주택과 공동주택의 노후주택과 그린리모델링 기술요소를 적용했을 때의 1차 에너지 소요량을 비교 ․분석하여 1차 에너지 소요량 저감률을 산출하였다. 또한, 에너지 저감률을 기준으로 기술요소의 우선순위를 도출하고, 이를 통해 주택 유형 및 경과 연수 구간에 따라 에너지 저감에 유리한 기술요소를 비교․분석하였다.
(1) 단독주택
각 경과연수 구간별 단독주택의 노후 표준모델에 그린리모델링 기술요소 적용 시 1차 에너지 소요량은 Figs. 4, 5에 나타낸 바와 같으며, 노후주택 표준모델(Base)대비 1차 에너지 소요량 저감률이 큰 기술요소부터 작은 기술요소 순으로 나열하여 나타내었다.
경과 연수 14년 초과에 해당하는 가장 노후 된 단독주택은 BAPV 시스템 적용 시 1차 에너지 소요량 저감률이 약 25.2%로 기술 요소 중 가장 높은 저감률을 보였으며, 벽체 외단열 시 11.4%, 고단열 창호 적용 시 8.9%, 고효율 조명 적용 시 5.3%, 고효율 보일러 적용 시 4.1% 순으로 나타났다. 또한, 기술요소 중 가장 저감률이 낮은 요소는 단열문이었으며, 에너지 저감률 1.7%로 분석되었다.
경과 연수 9년 초과 ~ 14년 이하 구간의 단독주택의 경우 BAPV 적용 시 기존 대비 1차 에너지 소요량이 27.2% 저감되어 가장 유리한 요소로 나타났으며, 벽체 외단열 시 7.8%, 고효율 조명 적용 시 6.1%, 고단열 창호 적용 시 4.4%, 고효율 보일러 적용 시 3.8%로 분석되었다. 또한, 저감률이 가장 낮은 요소는 단열 문으로 기존 노후 주택 대비 0.4%의 에너지 저감률을 나타냈다.
경과 연수 7년 초과 ~ 9년 이하 구간의 단독주택의 경우 BAPV 적용 시 기존 대비 1차 에너지 소요량이 30.4% 저감되어 가장 유리한 요소로 나타났으며, 고효율 조명 적용 시 7.1%, 고효율 EHP와 벽체 외단열 보강 시 약 4.2%, 고효율 보일러 적용 시 3.3%의 에너지 저감 효과가 확인되었다. 지붕 외단열, 고단열 창호, 단열 문 적용은 기존 대비 에너지 저감 효과가 없는 것으로 나타났다.
경과 연수 7년 미만의 주택에서 1차 에너지 소요량 저감에 가장 유리한 기술요소는 BAPV 시스템으로 분석되었으며 30.8% 저감률을 나타냈다. 또한, 고효율 조명 7.2%, 고효율 EHP 4.3%로 분석되었으며, 벽체 단열과 고효율 보일러 적용 시 약 3.4%로 가장 낮은 저감률을 나타냈다.
분석결과, BAPV 시스템 적용 시 모든 경과 연수에서 1차 에너지 소요량 저감에 가장 유리한 것으로 나타났다. 또한, 경과 연수가 감소함에 따라 BAPV 적용 시 1차 에너지 소요량 저감률이 증가하는 것으로 분석되었다. 이는 BAPV 시스템의 발전량은 일정하나 경과 연수 감소에 따라 건물의 1차 에너지 소요량이 점점 감소하므로 전체 소요량 중 발전량이 차지하는 비율이 증가하기 때문인 것으로 분석되었다. 또한, BAPV 시스템 다음으로 유리한 기술요소는 경과 연수에 따라 다르게 나타났다. 경과 연수 9년 초과인 주택의 경우 두 번째로 유리한 기술요소가 벽체 단열로 나타났으나 경과 연수 9년 이하의 주택에서는 고효율 조명이 유리한 것으로 확인되었다. 이는 오래된 건물일수록 단열성능이 미흡하므로 단열 보강이 에너지 저감에 효과적인 것으로 분석되었다.
(2) 공동주택
각 경과연수 구간별 공동주택의 노후 표준모델에 그린리모델링 기술요소 적용 시 1차 에너지 소요량은 Figs. 6, 7에 나타낸 바와 같다.
경과 연수 14년 초과 건물의 경우 BAPV 시스템 적용 시 17.3% 에너지 저감률로 기술요소 중 가장 높은 저감률을 나타냈으며, 고효율 창호 11.6%, 벽체 외단열 보강 6.1%, 고효율 조명 5.2%, 고효율 보일러 4.1% 순으로 분석되었다. 또한, 에너지 저감률이 가장 낮은 기술요소는 고효율 EHP이며, 1.4% 저감률로 확인되었다.
경과 연수 9년 초과 ~ 14년 이하의 공동주택은 BAPV 시스템 적용 시 1차 에너지 소요량이 약 19.5% 저감되는 것으로 분석되었으며, 고단열 창호 6.0%, 고효율 조명 5.9%, 벽체 외단열 보강 4.3%, 고효율 보일러 3.7% 순으로 분석되었다. 또한, 에너지 저감률이 가장 낮은 기술요소는 고단열 문으로 1.0%의 저감률로 분석되었다.
경과 연수 7년 초과 ~ 9년 이하의 공동주택은 BAPV 시스템 적용 시 기존 대비 1차 에너지 소요량이 21.9% 저감되는 것으로 확인되었으며, 고효율 조명 6.9%, 고효율 보일러 3.4%, 고효율 EHP 2.0%, 벽체 외단열 보강 1.3%의 저감률을 보였다. 이외 고단열 창호, 고단열 문은 0.5% 이하의 미미한 저감률을 나타내는 것으로 분석되었다.
경과 연수 7년 미만의 공동주택은 BAPV 시스템 적용 시 22.3%의 저감률을 보였으며, 고효율 조명 7.1%, 고효율 보일러 3.3%, 고단열 문 2.1%, 벽체 외단열 0.2%의 저감률로 분석되었다.
분석결과, BAPV 시스템 적용은 모든 경과 연수 모델에서 1차 에너지 소요량 저감에 가장 유리한 것으로 분석되었으며, 이외 기술요소의 우선순위와 에너지 저감률은 경과 연수에 따라 상이하게 나타났다. 경과 연수 9년을 기준으로 9년이 초과 된 공동주택에서 두 번째로 유리한 기술요소는 고성능 창호로 나타났으나, 9년 미만의 공동주택에서는 고효율 조명이 유리한 것으로 확인되었다. 이는 단독주택과 마찬가지로 경과 연수가 작아질수록 단열성능이 강화됨에 따른 결과로 분석되며, 경과 연수가 9년 미만인 공동주택에서는 단열 보강 등의 패시브 요소를 적용하는 것보다, 고효율 설비를 적용하는 것이 에너지 절약 측면에서 유리함을 알 수 있다.
각 주택 유형과 경과 연수 구간에 따라 에너지 저감에 유리한 기술요소 1~3순위를 정리한 결과, 신재생 에너지 설비인 BAPV 시스템은 모든 주택 유형, 경과 연수 구간에서 공통적으로 가장 높은 에너지 저감 효과를 나타내었으며, 2순위 기술요소는 단독주택과 공동주택 모두 경과 연수 9년을 기준으로 달라지는 것을 확인하였다(Table 9).
단독주택의 경우 경과 연수 9년 이상의 건물은 벽체 외단열 보강이 에너지 저감에 가장 유리하게 나타났으나, 9년 미만의 건물에서는 고효율 조명이 가장 큰 에너지 저감률을 나타냈다. 또한, 공동주택의 경우 경과 연수 9년 이상의 건물에서는 고단열 창호가 가장 유리한 것으로 분석되었으며, 9년 미만의 건물에서는 고효율 조명이 가장 유리한 것으로 분석되었다. 이를 통해 공동주택과 단독주택 모두 경과 연수 9년 이상의 건물에서는 입면 단열 보강이 가장 유리하며, 9년 미만의 건물에서는 고효율 조명이 공통적으로 유리한 것을 알 수 있다. 이때, 단독주택과 공동주택 모두 입면 단열 보강 시 에너지 저감효과가 크지만 공동주택의 창 면적비가 단독주택보다 크기 때문에 공동주택은 창호 단열 보강이, 단독주택은 벽체 외단열 보강이 상대적으로 에너지 저감에 효과적인 것으로 분석된다. 또한, 기존 선행연구로부터 비주거 건물의 경우 EHP, 고효율 보일러 등 냉․난방과 관련된 기술요소가 유리하게 분석된 것과 다른 결과를 확인하였다.
세 번째로 유리한 기술 요소 분석 결과, 공동주택과 단독주택 모두 경과 연수가 가장 큰 14년 초과 구간의 주택은 각각 벽체 외단열, 고단열 창호 적용으로 나타났으며, 9년 초과 ~ 14년 이하 구간은 고효율 조명, 9년 미만의 구간은 각각 고효율 보일러와 고효율 EHP로 나타났다. 이를 통해 신재생 이외에 패시브 또는 액티브 기술요소 중 그린리모델링을 고려한다면, 공동주택과 단독주택 모두 오래된 건물일수록 패시브 요소가 에너지 저감에 유리하며, 최근에 지어진 건물일수록 액티브 요소 적용이 에너지 저감에 유리함을 알 수 있다.
Table 9.
Priority of technical elements
4. 결 론
본 연구에서는 단열성능 개정 연도를 기준으로, 공동주택과 단독주택의 경과 연수 구간을 구분하여 모델링하고, 각 모델의 에너지 성능을 분석하였다. 또한, 각 모델에 그린리모델링 기술요소를 적용하여 이때의 1차 에너지 소요량 저감률을 분석하였으며, 분석결과로부터 다음과 같이 요약할 수 있다.
•분석결과, 모든 주택 유형 및 경과 연수 구간에서 BAPV 시스템 적용 시 1차 에너지 소요량 저감률이 가장 높은 것으로 분석되었으며, 경과 연수가 작아질수록 태양광 발전시스템 적용이 에너지 저감에 유리한 것으로 분석되었다. 이때, 단독주택의 경우 최대 30.8%, 공동주택은 최대 22.3%의 1차 에너지 저감률을 나타냈다.
•또한, 태양광발전설비 다음으로 유리한 기술요소는 공동주택과 단독주택 모두 오래된 건물일수록 패시브 기술요소 적용이 에너지 저감에 유리하며, 최근에 지어진 건물일수록 액티브 기술요소가 유리한 것으로 확인되었다.
•이때, 패시브 기술요소 중 공동주택은 창호 단열, 단독주택은 벽체 외단열이 가장 유리한 것으로 분석되었으며, 이는 공동주택의 창면적비가 비교적 크기 때문에 벽체 단열보다 창호 단열이 유리하며, 단독주택은 벽체 외단열이 유리한 것을 알 수 있었다. 또한, 공동주택 창호 단열 및 단독주택의 벽체 외단열 보강 시 1차 에너지 소요량 저감률은 각각 최대 11.6%, 11.4%로 확인되었다.
•액티브 기술요소는 고효율 조명이 가장 유리한 것으로 확인되었으며, 공동주택과 단독주택 모두 약 7% 저감되는 것으로 확인되었다.
•분석결과를 바탕으로, 주택의 그린리모델링 진행 시 주택의 유형 및 경과 연수를 고려한 설계가 필요하며, 각 기술요소 적용 시 에너지 요구량 및 소요량에 미치는 영향을 고려하는 것이 필요함을 알 수 있다.
본 연구는 공동주택과 단독주택의 특정 사례 평면도 및 일반적인 설비성능을 기준으로 에너지 성능을 분석하였으나, 주택의 평면 구조나 설비의 성능 수준 등에 따라 에너지 성능이 달라질 수 있다.
향후, 그린리모델링의 기술요소 적용에 따른 에너지 저감률 뿐만 아니라 기술요소별 비용편익 분석 및 기술조합에 따른 최적화 모델을 도출하는 연구가 필요하다.
