3.1 개관
건축환경분야 연구는 크게 실내 환경, 건물에너지 및 기타 등으로 분류하여 연구동향을 분석하였다. 실내환경 분야에서는 커튼월의 단열 향상 및 결로 방지를
위한 통기구조 적용방안, 공동주택 결로 하자 사례를 통한 개선방안, 수평면 전일사를 이용한 창 투과 일사량 계산 방법 등에 관한 연구가 수행되었다.
건물에너지 분야에서는 업무용 건물의 용도 및 운전 기간별 에너지 소비 특성, 병원건물의 에너지 저감을 위한 에너지성능 평가에 관한 사례, 부하예측
외기냉방에 의한 건물에너지 절약, 공동주택에서 외피단열성능기준 강화에 따른 건축물에너지 효율등급 변화, 건물 부하계산 프로그램을 이용한 외단열 시공의
에너지 절감 효과, 열원조건 분석 통한 흡수식 히트펌프 적용 열에너지 네트워크의 에너지 절감 예측, 노후 학교건물의 창호 교체에 따른 부하분석, 국내
난방도일의 지역별 균형점온도 산정, 인공신경망을 이용한 건물의 단기 부하 예측 모델 개발, EnergyPlus에 적용된 Simple Window Model의
한계와 개선, 건물데이터를 통한 건물에너지 절감 가능성에 대한 사례연구, 신재생에너지 단독주택 모델 냉방운전의 선형계획법 기반 운전 최적화 등에 관한
연구가 수행되었다. 기타 분야는 오피스 빌딩의 한국과 중국 피난관련 법 검토에 따른 개선, 운전자 졸음 시 냉풍 자극이 뇌파 및 심전도 반응에 미치는
영향, 사무소 건축물의 건축기계설비 배관 부속자재 요율 산출, 유닛형 경량철골 천정시스템 개발, 도파관 배열에 의한 국부저항계수 산정 등에 관한 연구가
수행되었다.
3.2 실내 환경
실내 환경 분야에서는 커튼월의 통기구조, 공동주택 결로 하자 사례, 창 투과 일사량 계산 방법 등에 관한 연구가 수행되었다.
Lee
(21)는 커튼월의 함습으로 인한 단열성능 저하, 결로 등의 문제를 방지하기 위해 커튼월의 중공층 통기를 통해 벽체 내 수분을 지속적으로 배출할 수 있는
통기구조의 개선방안에 관하여 연구하였다. 기존커튼월 공법을 유지하면서 중공층 상하부에 개구부를 설치하여 중공층 내부의 환기가 가능한 통기성 커튼월의
실물실험을 통하여 통기성 커튼월과 비통기성 커튼월의 단열 및 결로방지성능을 비교하였다. 또한 통기성 커튼월의 중공층 내 공기 유동 경로가 되는 중공층
폭과 개구부 크기에 따른 중공층 내 환기특성 분석을 통해 커튼월의 통기구조 적용방안을 제시하였다. 통기성 커튼월이 중공층 내 기류속도가 낮게 유지될
수 있다면 비통기성 커튼월과 단열성능은 동일하게 유지하면서 결로방지 성능은 향상된다고 보고하였다.
Oh et al.
(25)은 2015년 국토교통부 하자심사분쟁조정위원회 접수된 민원 중 하자로 판정된 결로 하자사례를 중심으로 국내 공동주택 결로하자 사례를 분석/공유하고
개선방안을 도출하였다. 발생 원인별 분석 결과 벽체의 경우 자재나 설계상의 오류로 인한 결로하자 발생보다는 시공상의 문제점으로 인한 세부 원인이 상대적으로
많으며 특히, 단열성능이 저하 되거나 열교에 의해 발생한 결로하자 발생이 가장 많았으며, 현장에서 단열재 설치나 틈새 시공 불량, 우레탄 충진 미흡과
같은 시공기술상의 문제점도 결로 하자를 발생시키는 주원인인 것으로 보고하였다.
Jeon et al.
(29)은 수평면 전일사량을 이용하여 창을 통해 투과되는 일사량을 구하는 모델을 개발하였다. 제안한 모델은 수평면 전일사량으로부터 기존의 직산분리 모델을
활용하여 기상 상태에 따른 산란 일사량을 계산한 후 이를 통해 방위별 창을 통한 일사 투과량을 근사식을 이용하여 계산하였다. TMY2 기상데이터와
건물 상세 모델을 이용하여 투과 일사량 계산을 실시하여 모델의 신뢰성을 검증하였으며 창문을 통해 투과되는 에너지양을 계산했을 때 CVRMSE는 25%,
MBE는 10%로 나타나 ASHRAE 기준을 충족한 것으로 보고하였다.
3.3 건물에너지
건물에너지 분야에서는 건물의 에너지 소비 특성, 병원건물의 에너지성능 평가, 부하예측 외기냉방, 건축물에너지 효율등급, 외단열 시공의 에너지 절감,
열에너지 네트워크의 에너지 절감 예측, 노후 학교건물의 부하분석, 난방도일의 지역별 균형점온도 산정, 건물의 단기 부하 예측 모델, EnergyPlus에
적용된 Simple Window Model의 분석, 건물에너지 절감 사례연구, 신재생에너지를 사용하는 단독주택 냉방운전의 운전 최적화 등에 관한 연구가
진행되었다.
Park et al.
(39)은 중소형 업무용 건물을 대상으로 에너지 용도별 소비특성을 파악하기 위하여 업무용빌딩 8개소의 건물에서 계측된 상세 에너지 계측자료를 활용하여 에너지
소비 용도별로 구분하여 난방, 냉방, 급탕, 조명, 환기, 전기기기, 승강, 급수 부문의 에너지 소비량을 산출하였다. 또한 에너지 용도별 소비량을
단위면적당 원단위 형태로 산출하였다. 심야시간(0시∼4시)의 에너지 소비특성 분석결과 주간 업무시간대비 40~ 60% 가량이 소비되는 것으로 나타나
에너지 절감을 위하여 심야시간대 전력이용 관리가 필요하다고 보고하였다.
Cho et al.
(22)은 병원건물을 대상으로 HVAC 시스템의 에너지 소비패턴 및 특성을 분석하고 HVAC 시스템의 구성요소에 따른 에너지 소비 영향분석이 가능한 평가/예측
방법론을 도출하였다. 이를 바탕으로 사용자가 손쉽게 시스템에너지를 평가할 수 있는 프로그램을 개발하였다. 이를 활용하여 중대규모 병원 건물의 사례분석을
통해 HVAC 시스템의 에너지 특성 및 성능을 분석하고 구성 시스템 및 분야별 에너지 영향도 분석을 수행하였다.
Kim et al.
(23)은 건물 운영자의 경험이나 판단에 의존하지 않고 자동으로 운전될 수 있는 부하예측에 의한 외기냉방 제어방법을 제안하였다. 건물자동화시스템과 연동하는
부하예측 외기냉방은 쾌적성 유지를 위해 실내온도를 고려하여 익일에 대해 예측된 외기상태 정보와 냉방부하 정보를 이용하여 부하를 제거하는 동시에 실내온도가
쾌적한 범위 내에서 유지되도록 외기를 도입하는 방법이다. 외기냉방 가능시간을 분석한 결과, 환절기인 4, 5, 6, 9, 10월에 집중되어 외기냉방이
가능하며, 최근 5년 동안의 외기냉방 가능시간은 지역에 상관없이 연중 10% 이상으로 나타났다.
Cho et al.
(26)은 2015년에 개정된 절약설계기준과 친주설계기준의 지역별 건축물 부위의 열관류율 적용에 따른 난방에너지소요량 변화에 대하여 분석하고, 이에 따른
건축물에너지효율등급의 변화를 ECO
2를 사용하여 분석하였다. 건축물 에너지효율등급에 영향을 미치는 요소 중 절약설계기준의 외피열관류율 기준 뿐만 아니라 기계 분야와 전기 분야의 세부적인
정량적 기준이 필요하다고 보고하였다.
Park et al.
(27)은 공동주택에 외단열 시공 시 외단열의 벽체 열류 특성을 파악하기 위하여 냉난방부하 계산프로그램인 RTS-SAREK와 EnergyPlus를 사용하여
외단열 공법의 축열성능, 열류 시간지연(Time-lag) 및 냉난방부하 및 에너지 절감 효과를 분석하였다. 벽체 열류의 차이를 열관류율만을 적용하는
RTS-SAREK은 내단열과 외단열 시공에 따른 벽체의 축열, 열류 시간지연을 냉난방부하해석에 사용할 수 없으나 벽체의 열류해석을 위한 다양한 해석알고리즘을
가지고 있는EnergyPlus는 가능한 것으로 보고하였다. 또한 타워형 공동주택을 대상으로 시뮬레이션을 실시하여 외단열 시공 시 내단열 시공에 비해
연간 냉/난방부하는 4.3%를 절감할 수 있으며 에너지 소비량은 약 13.6%의 절감효과가 있는 것으로 평가하였다.
Na et al.
(31)은 열에너지 네트워크 기술을 적용한 커뮤니티의 실측 데이터를 활용하여 열에너지 공급과 수요패턴을 분석하여 열에너지 네트워크 구성안을 제시하고 그 구성안의
에너지 절감효과를 평가하였다. 사용 중인 흡수식 냉온수기를 흡수식 히트펌프로 대체하여 난방열을 중앙공급하는 열에너지 네트워크 방안을 도출하였으며 흡수식
히트펌프의 수치해석 모델을 개발하였다. 정적 시뮬레이션 결과 열원 및 부하 조건에 따른 LNG 소비량은 65~72% 범위 내에서 절감되는 것으로 보고하였다.
Lee et al.
(34)은 노후 학교건물에 대한 외피 단열성능 강화에 따른 실내 온열환경 및 냉난방부하에 미치는 영향을 분석하기 위하여 창호 교체를 통해 창의 단열성능 강화,
창의 SHGC 값을 변경하는 등 노후 학교건물의 창호 개선에 따른 실내 온열환경 변화, 냉난방부하 변동을 파악하였다. 노후 학교건물의 창호 교체 시
내부 발열 수준, 열관류율과 SHGC값을 동시에 검토하여 연간 냉난방부하의 합이 가장 작은 값을 나타내는 창호 선택이 필요하다고 보고하였다.
Park et al.
(35)은 국내 기후특성과 공동주택 건물의 열적성능을 반영한 난방도일을 산출하는 기준이 되는 균형점온도를 산출하였다. CIBSE, ASHRAE 및 ISO
13790을 참고하여 국내에서 정의되지 않은 새로운 균형점온도 산정과 이에 따른 프로세스를 정립하고 각 단계별 정의되어야 하는 입력데이터를 제안하였다.
제안한 균형점 온도 산출방법을 바탕으로 국내 중부, 남부, 제주 지방의 산출된 균형점온도는 서울의 경우, 15.0℃, 부산은 15.38℃, 제주는
16.60℃이며 이는 국내 현재 기준처럼 통용되고 있는 18.3℃보다는 모두 낮은 것으로 평가하였다.
Jeon et al.
(36)은 과거 데이터가 충분치 않은 상황을 가정해 최소 측정 데이터와 기상 예보 등을 이용하여 쉽게 얻을 수 있는 데이터를 이용하여 다음날 시간대별 건물
열 부하를 예측하는 인공신경망을 이용한 건물의 단기 부하 예측 모델을 개발하였다. ASHRAE Guideline, DOE M&V Guidelines, IPMVP에서 제시한 건물에너지 성능 검증 지침을 사용하여 예측모델의 적합성을 확인하였다.
Kim et al.
(37)은 EnergyPlus에 적용된 Simple Window Model의 문제점을 파악하기 위하여 Full Spectral Method(FSM), Average
Spectral Method(ASM), Simple Window Model(SWM) 모델의 해석결과를 비교하였다. 또한 기존의 모델의 오차요인을 제거한
Modified Simple Window Model(MSWM)을 제안하였다. 제안한 창호 모델과 기존의 모델 사이의 오차를 비교하기 위해 동적 부하해석
과정을 구현하였고, 설정한 존모델의 부하를 도출하여 Energy Plus 결과값과 비교하였다. SWM의 오차원인은 모든 창을 하나의 층인 equivalent
layer로 고려하는 SWM의 가정으로 인하여 발생하며. 제안된 창호 모델은 실내온도와 창호 내표면 온도를 비교한 결과 SWM보다 개선된 결과를 나타내었다.
Cho et al.
(38)은 도시단위의 거시적인 관점에서부터 미시적 건물에너지 절감방안을 제시하고자 다변수 매트릭스를 이용하여 단계별 건물데이터를 조합하고, 조합된 데이터를
도시부터 단일건물까지 적용대상별로 분석하였다. 데이터를 목적에 따라 각 카테고리별로 분류하고 건물에너지 사용 절감을 위한 유의미한 데이터의 활용방안의
적용대상별 사례를 제시하였다.
Shin et al.
(40)은 선형계획법에 의한 최적운전 계획 알고리즘을 에너지플러스 기반의 단독주택 시뮬레이터에 적용하여 에너지 절약 효과를 정량화하였다. 제안한 최적화 알고리즘의
정량평가를 위하여 에너지플러스 기반 단독주택 모델에 GenOpt의 global optimization 알고리즘을 조합한 모델과 결과를 비교하였다.
선형계획법에 의한 최적운전 계획 알고리즘은 비용면에서는 global optimization과 유사하였으나 냉방 부하를 제외한 나머지 설비의 운전계획에서는
다소 차이가 있었다. 그러나 비용 최소화 또는 전력소비 최소화 등의 비용함수설정과 그에 따른 운전계획 수립 등을 실시간으로 평가할 수 있다고 보고하였다.
3.4 기타
앞 절에서 언급한 실내 환경, 건물에너지 분야의 연구 외에 피난관련 법 검토, 운전자 졸음 시 뇌파 및 심전도 반응 분석, 사무소 건축물의 배관 부속자재
요율 산출, 경량철골 천정시스템, 도파관 배열에 의한 국부저항계수 산정 등에 관한 연구가 진행되었다.
Lee et al.
(24)은 국민안전처 및 국가화재정보센터 자료를 참조하여 2006년부터 2015년까지 10년 동안의 국내 화재발생 현황을 조사하여 오피스 빌딩의 수평 및
수직 피난, 피난안전구역 피난에 관한 국내 법을 중국법과 비교하였다. 또한 복도폭, 특별피난계단 전실 면적과 피난안전구역을 대상으로 피난시뮬레이션을
이용하여 재실자의 이동시간을 분석하였다. 국내의 경우 재실자수에 따라 복도 폭과 전실 면적을 별도로 규정할 필요가 있다고 보고하였다.
Kim et al.
(28)은 냉풍에 따른 감성 반응을 실험을 통해 생리변화를 분석하여 졸음운전의 원인이 되는 CO
2 농도를 일정 수준 이하로 유지시키고 실내 냉풍장치를 사용하여 운전자의 안면부로 송풍 시 콜드드래프트 효과로 인한 운전자의 졸음 및 각성 상태를 뇌파와
심전도를 이용하여 분석하였다.
Park
(30)은 2010년도 이후 설계된 15개소의 사무소 건축물을 대상으로 배관공사의 공종별(기계실배관공사, 공조배관공사, 급수급탕배관공사, 오배수통기배관공사,
가스배관공사) 접합류 및 지지류의 부속자재 요율을 산출하였다. 스테인레스관의 요율은 접합방식 및 공종별로 산출이 필요하나 PVC 배관의 경우 부속자재
요율의 차이가 작아서 접합방식별로 요율을 산출이 필요하지 않다고 보고하였다. 또한 사무소 건축물의 공종별, 스테인레스관의 접합방식별 관 접합류 및
지지류의 요율을 제시하였다.
Kim et al.
(32)은 높은 인건비 비율과 작업자의 숙련도에 따라 품질이 결정되는 천정시스템을 개선하기 위하여 기존 천정공사의 문제점을 분석하여 모듈화의 개념의 유닛형의
경량철골 천정시스템을 개발하였다. 또한 실내 환경, 시공성, 경제성, 미관측면에서 개발한 시스템의 성능을 검토를 통하여 향후 적용성에 대한 평가를
실시하였다. 개발한 시스템은 조명배선 등에서 자재비가 감소하고, 전 공정에서 인건비가 감소하는 등 기존대비 20% 원가가 절감되는 것으로 보고하였다.
Pang et al.
(33)은 건축설비공사의 관통부에 설치되는 전자기파 차폐물에 대한 형상특성을 파악하고 공조 시스템에 설치되는 도파관 배열 인근의 유체거동에 대한 특성을 분석하였다.
덕트를 중심으로 다양한 단위 형상의 도파관 배열의 특성을 파악하였다. 실제 유체가 이동하는 조건하에서 반송동력의 산정에 필요한 국부저항계수를 산출하여
동일한 EMP 차폐성능을 갖는 경우 육각형 도파관이 각형에 비해 약 15% 낮다고 보고하였다.