3.1 표준모델 구축

3.1.1 표준모델 선정 방법론

Corgnati et al.⁽⁴⁾에 따르면, 이러한 표준모델 개발 방법은 다음 Fig. 1과 같이 크게 3가지로 분류된다. 위 방법론을 통해 시뮬레이션 수행을 가정할 경우, 예시적 표준모델(A안)은 활용 가능한 샘플이나 데이터가 없거나 극히 제한적인 상황에서 사용되는 방법으로 건물의 규모부터 형태, 내부입력 요소까지 모든 정보가 전문가의 경험을 바탕으로 결정하여 입력되는 모델이다. 이 방법은 극히 제한적으로 사용되는 방법으로 전문가의 주관적인 견해가 반영되어 다수의 일반화를 도출하기 어렵다는 단점이 있다. 실제적 표준모델(B안)의 경우 활용 가능한 샘플이나 데이터를 확보했으나 개수가 충분하지 않은 경우, 샘플 중에서 가장 보편적인 샘플을 바탕으로 내부입력 요인만 통계적 분석을 통해 결정하는 방법이다. 이 또한 전문가의 주관적인 견해가 일부 반영이 되고 보유 샘플에 따라서 결과물의 특성이 다를 수 있다는 단점이 있다. 마지막 통계적 표준모델(C안)은 활용 가능한 샘플의 수가 충분할 경우 사용할 수 있는 방법으로 샘플들의 건축적인 규모 및 형태부터 내부 입력요소까지 모든 요인을 통계적인 분석을 통해서 결정하는 방법이다. 일반화에 대한 근거가 명확한 방법으로 신뢰도가 높은 방식이다. 다만, 충분한 샘플수를 확보가 전제로 따라야한다는 점이 있다. 본 연구에서는 통계적 표준모델(C안)을 최우선적인 방법론으로 적용하였으며, 가용한 샘플의 수가 부족한 경우 실제적 표준모델(B안) 방식을 활용하였다. 최신의 건축물의 경향을 반영하기 위해 최근 3개년의 설계도서를 기반으로 총 174개의 샘플을 수집 및 분석하였다.

Fig. 1 Methodology for developing reference models.

건축물 용도별 샘플수가 20건 이상인 경우 통계적 표준모델(C안)으로 표준 모델을 개발하였으며, 샘플수가 20건에 미치지 못하는 경우 실제적 표준모델(B안) 방식을 사용하여 표준모델 개발을 진행하였다. Table 2는 수행한 조사 방법론에 대한 용도별 결과물을 나타내고 있다.

3.1.2 설계도서 데이터 정리현황

건물의 층수와 연면적은 국가통계자료를 이용해서 일반화가 가능하지만 건축물의 냉방부하계산을 위해서는 상세한 건축도면이 필요하다. 따라서 용도별 샘플을 수집하고 Fig. 2와 같은 순서로 데이터를 정리하였다. 최근 3개년의 설계도서를 바탕으로 건축평면을 조사하고 비교하여 대표적인 평면의 형태를 도출하였다. 특히, 일사유입에 큰 영향을 주는 창면적비, 장단비와 같은 요소들은 다수의 설계사례를 추가적으로 수집하여 표준모델의 형태가 대표성을 가질 수 있게 하였다. 결정된 층수를 대표평면에 적용하여 기준층을 구성하고, 최종적으로 하부의 부속시설과 1층, 지붕층에 대해서도 설계도서를 통해 기준층의 구성과 동일한 절차로 표준모델을 구축하였다. 수집한 건물의 평면도를 통해 장단비, 코어 위치 등을 파악하고 공조와 비공조 공간을 구분하였다. 또한 계통도와 단면도를 통해 층고와 천장고를 파악하고 입면도와 조감도로 창면적비를 산출하였다. 시뮬레이션에 필요한 입력데이터를 평균값으로 산출할 경우 건물별로 최소, 최대 값의 편차가 크기 때문에 중간 값 통계치를 활용하였다.

경우에 따라 특정 용도의 샘플의 수가 5건으로 매우 제약적이고, 건축규모, 연면적, 층수, 높이 등의 편차가 상당히 폭넓은 경우, 실제적 표준모델(B안)을 통해서 표준모델을 구축하였다. 다만, 이 경우 구축과정에서 모든 샘플의 경우를 모델링하고 계산결과를 비교하여 오차를 분석하여 평면의 형태와 규모를 결정하였다.

Fig. 2 Reference building model building process.

3.2 일반건축물 냉방부하 설계인자관련 법규 및 규정 조사

3.2.1 관련법령 조사를 통한 설계인자 값 도출

건축물 설계는 기본적으로 법으로 공시된 기준과 조건을 만족하면서 진행이 된다. 현재 설계과정과 관련성이 있는 법령은 39여개 정도이며, 이중 건축물의 냉난방부하와 관련 있는 사항이 있는 법령은 13여 개이다. 녹색건축물 조성 지원법․시행령․시행규칙, 건축물의 에너지절약 설계기준, 신․재생에너지 설비의 지원 등에 관한 규정, 건축물의 설비기준 등에 관한 규칙, 집단에너지 사업법․시행령․시행규칙, 열사용 시설기준 등이 이에 해당한다. 설계 외기 온․습도의 경우 건축물의 에너지절약 설계기준을 적용하였으며, 환기의 경우 건축물의 설비기준 등에 관한 규칙을 참조하여 표준모델 시뮬레이션 입력데이터로 활용하였다.

3.2.2 건물 층수 및 연면적 조사

표준모델의 개발을 위해서는 건물의 규모와 형태를 결정하는 것 선행되어야한다. 또한 이 과정에서 최신의 건축물의 경향을 표준모델구축에 반영하기 위해 통계적인 근거를 기반 하였다. 다만, 최근 몇 년간의 정보만을 대상으로 할 경우 가용한 자원의 사례수가 충분하지 않아 대표성을 입증하기 어렵다는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 표준모델의 규모에 가장 큰 요인을 차지하는 연면적, 층수의 결정은 국내의 다양한 통계자료를 수집 분석하여 결정하였다. 국가통계포털과 세움터, 국토교통부등에서 전국 건축물의 관련 통계자료이기 때문에 충분한 일반화가 가능한 정보를 제공받을 수 있다. 업무시설의 경우를 예로 들면, 정규분포를 만족하면서 데이터 빈도수가 가장 높은 10,000 m2를 연면적, 10층을 층수로 선정하였고 이는 Fig. 3과 같다. Fig. 4는 업무시설에 관한 샘플에 대한 설계인자 및 형태, 공간구성 등에 관해 정리한 내용이다.

Fig. 3 Normal distribution and data frequency for selection of gross floor area and number of stories.

Fig. 4 Reference models input data(Office).

4.1 업무시설

업무시설은 국가통계자료로부터 데이터 샘플 총 1,523개와 인허가를 받은 설계도서 21개의 대표샘플을 통해 표준모델을 도출하였다. 규모는 연면적 10,000 ㎡, 기준층 면적 1,000 ㎡, 지상 10층으로 구성되었으며 창면적비는 68%로 분석되었다. 장단비는 1:0.68이고, 코어형태는 센터코어, 층고는 4.2 m로 결정하였다. 실별 비율은 업무시설이 79%로 가장 많은 비율을 차지하고, 그 외에 회의실, 복도, 화장실, 계단실, 엘리베이터실, PS실로 구성된다.

4.2 근린생활시설

근린생활시설은 국가통계자료로부터 데이터 샘플 총 54개와 인허가를 받은 설계도서 37개의 대표샘플을 통해 표준모델을 도출하였다. 규모는 연면적 4,000 ㎡, 대표층 면적 800 ㎡, 지상 5층으로 구성되었으며 창면적비는 37%로 분석되었다. 장단비는 1:0.81이고 코어형태는 편코어 층고는 4.0 m로 결정하였다. 실별 비율은 근린생활시설이 79%로 가장 많은 비율을 차지하고 그 외에 복도, 계단실, 화장실, 비공조로 구성된다.

4.3 숙박시설

숙박시설은 국가통계자료로부터 데이터 샘플 총 190개와 인허가를 받은 설계도서 20개의 대표샘플을 통해 표준모델을 도출하였다. 규모는 연면적 10,000 ㎡, 대표층 면적 1,000 ㎡, 지상 10층으로 구성되었으며 창면적비는 33%로 분석되었다. 장단비는 1:0.64이고 코어형태는 편코어 층고는 3.0 m로 결정하였다. 실별 비율은 객실이 59%로 가장 많은 비율을 차지하고 그 외에 복도, 화장실, 계단실, PS실, 엘리베이터실, 린넨실로 구성된다.

4.4 판매시설

판매시설(마트)은 국가통계자료로부터 데이터 샘플 총 108개와 인허가를 받은 설계도서 20개의 대표샘플을 통해 표준모델을 도출하였다. 규모는 연면적 35,000 ㎡, 대표층 면적 8,750 ㎡, 지상 4층으로 구성되었으며 창면적비는 11%로 분석되었다. 장단비는 1:0.59이고 코어형태는 편코어 층고는 5.7 m로 결정하였다. 실별 비율은 판매공간이 76%로 가장 많은 비율을 차지하고 그 외에 복도, 창고, 엘리베이터실, 화장실, 계단실, 고객센터, 비공조 공간으로 구성된다.

4.5 교육연구시설

교육연구시설은 국가통계자료로부터 데이터 샘플 총 284개와 인허가를 받은 설계도서 20개의 대표샘플을 통해 표준모델을 도출하였다. 규모는 연면적 5,000 ㎡, 대표층 면적 1,250 ㎡, 지상 4층으로 구성되었으며 창면적비는 33%로 분석되었다. 장단비는 1:0.54이고 코어형태는 편코어 층고는 4.0 m로 결정하였다. 실별 비율은 연구실이 36%로 가장 많은 비율을 차지하고 그 외에 실험실, 휴게실, 계단실 및 엘리베이터실, 화장실, 복도, 회의실, 비공조 공간으로 구성된다.

4.6 백화점

백화점은 국가통계자료로부터 데이터 샘플 총 59개와 인허가를 받은 설계도서 5개의 대표샘플을 통해 표준모델을 도출하였다. 규모는 연면적 90,000 ㎡, 대표층 면적 9,000 ㎡, 지상 10층으로 구성되었으며 창면적비는 2%로 분석되었다. 장단비는 1:0.65이고 코어형태는 센터코어 층고는 5.0 m로 결정하였다. 실별 비율은 매장이 80%로 가장 많은 비율을 차지하고 그 외에 복도, 창고, 계단실 및 엘리베이터실, 화장실, 사무실, 휴게실, 비공조 공간으로 구성된다.

4.7 방송통신시설

방송국은 국가통계자료로부터 데이터 샘플 총 35개와 인허가를 받은 설계도서 11개의 대표샘플을 통해 표준모델을 도출하였다. 규모는 연면적 5,000 ㎡, 대표층 면적 1,000 ㎡, 지상 5층으로 구성되었으며 창면적비는 39%로 분석되었다. 장단비는 1:0.77이고 코어형태는 편코어 층고는 4.8 m로 결정하였다. 실별 비율은 스튜디오가 51%로 가장 많은 비율을 차지하고 그 외에 편집실, 장비실, 업무공간, 휴게공간, 복도, 계단실 및 엘리베이터실, 화장실, PS실, 비공조 공간으로 구성된다.

4.8 오피스텔

오피스텔은 국가통계자료로부터 데이터 샘플 총 2,527개와 인허가를 받은 설계도서 20개의 대표샘플을 통해 표준모델을 도출하였다. 규모는 연면적 4,000 ㎡, 대표층 면적 267 ㎡, 지상 15층으로 구성되었으며 창면적비는 26%로 분석되었다. 장단비는 1:0.67이고 코어형태는 편코어 층고는 3.0 m로 결정하였다. 실별 비율은 오피스텔이 66%로 가장 많은 비율을 차지하고 그 외에 복도, 화장실, 계단실, 엘리베이터실, PS실, 비공조 공간으로 구성된다.

4.9 학교

학교는 국가통계자료로부터 데이터 샘플 총 7,963개와 인허가를 받은 설계도서 20개의 대표샘플을 통해 표준모델을 도출하였다. 규모는 연면적 10,000 ㎡, 대표층 면적 2,500 ㎡, 지상 4층으로 구성되었으며 창면적비는 21%로 분석되었다. 장단비는 1:0.73이고 코어형태는 편코어 층고는 3.6 m로 결정하였다. 실별 비율은 강당이 24%로 가장 많은 비율을 차지하고 그 외에 교실, 행정실, 복도, 특수실, 화장실, 휴게실, 자료실, 계단실 및 엘리베이터실, 비공조 공간으로 구성된다.

Fig. 5는 일반건축물의 9개 용도별 표준모델에 대한 이미지이며 Table 3에 각 용도별 상세한 설계인자 및 용도별 표준모델 입력데이터에 관한 내용을 정리한 표이다.

Fig. 5Build reference model for 9 type buildings.