방재웅
(Jae Woong Bang)
1
김영일
(Young Il Kim)
2†
-
서울과학기술대학교 융합과학대학원 에너지시스템공학과 박사과정
(
Ph.D. Candidate, Graduate School of Convergence Science, Seoul National University
of Science and Technology, Seoul, 01811, Korea
)
-
서울과학기술대학교 건축학부 교수
(
Professor, School of Architecture, Seoul National University of Science and Technology,
Seoul, 01811, Korea
)
Copyright © 2016, Society of Air-Conditioning and Refrigeration Engineers of Korea
Key words
Cooling and heating loads(냉난방 부하), Construction cost(시공 비용), Energy cost(에너지 비용), House(주택), PHPP(Passive House Planning Package), Window area ratio(창면적비)
기호설명
$Q_{C}$：
연간 냉방에너지 요구량 [kWh/a]
$Q_{H}$：
연간 난방에너지 요구량 [kWh/a]
$Q_{int}$：
연간 내부 발열량 [kWh/a]
$Q_{sol}$：
연간 일사에 의한 열획득량 [kWh/a]
$Q_{str}$：
구조체를 통한 연간 열전달량 [kWh/a]
$Q_{ve}$：
환기를 통한 연간 열손실량 [kWh/a]
$WWR$：
창면적비 [%]
$\eta_{h}$：
열획득률 [-]
$\eta_{c}$：
열손실률 [-]
1. 서 론
최근 소규모 건축물 중 단독주택의 시장이 증가되고 있으며, 베이비붐 세대라고 불리는 1955~1963년 사이 출생한 세대의 은퇴와 신도시 공급에 따라
그 속도가 가속화되고 있다. 통계청의 통계에 따르면 2010년 대비 2015년 이후 시점의 경기도 지역 단독주택 비율이 전체 주거 유형 중 29.9%에서
45.3%로 급격히 증가하였다.(1,2) 이러한 시장의 변화와 동시에 우리나라 정부는 2050 탄소중립을 선언하며 인간의 활동에 의한 온실가스 배출을 줄이고자 노력하고 있다.(3) 탄소중립은 그린뉴딜 정책과 이어지며 온실가스 감축과 제로 에너지건축물을 주된 목표로 하고 있다.
상기 내용과 같이 탄소중립 정책의 영향으로 건축 분야에서는 다양한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 그 사례는 다음과 같다. 에너지 저감 정책과 관련하여
지난 40년간의 건축면적이 변화하는 양상을 보이고, 2050년까지 탄소 저감 및 제로에너지건축물 실현을 위한 다양한 기술이 개발되고 있다. 개발되는
기술 중 하나로 모델링 프레임워크가 있으며, 2060년까지 세계 21개 지역의 에너지 절약에 대한 모델링 프레임워크가 개발되었다.(4) 또한, 도시의 전기 및 가스 사용 시스템이 그리드로 구성된 지리정보시스템이 개발되고 있다.(5) 이미 그리드가 개발된 경우는 도시에서 발생하는 CO를 줄이기 위해 감소 전략이 제시된다.(6,7) 프레임워크 관련 연구 외에도 CO 절감을 위해 외피의 디자인과 설비 시스템 성능을 향상시키는 것을 목표로 연구가 진행되었다. 외피 개선의 경우,
건물 유형에 따라 벽체의 단열성능과 기밀성능 향상에 초점을 맞추어 연구가 진행되었다.(9,10) 단열성능과 기밀성능 외에도 건물의 수명주기와 에너지 수요를 평가한 연구도 진행되고 있다.(11,12) 더불어 건물 열관류율을 고려한 에너지 소비 패턴 분석 연구가 진행되었다.(13,14) 주거 건축물의 에너지 절감 목적으로 개조 연구가 진행되었으며, 창의 열적 특성인 열관류율을 낮춤에 따라 에너지 절감 비율은 비례한다는 결과가 도출되었다.(15) 단순히 개조뿐만 아니라, 사무용 건물의 입면 및 평면 창 면적 디자인의 변화에 따른 최적의 에너지 절감 효과를 도출할 수 있는 해법이 도출되었다.(16,17,18) 단열성능 강화를 위해 단열재와 상변화물질을 적용하여 건축물의 축열 성능을 향상시키는 연구가 진행되고 있다. 한국의 기후를 고려한 최적화된 상변화물질
온도에 대해 평가되었으며, 23~24℃의 상변화 온도를 가진 상변화물질을 적용할 경우 건물에너지 절감이 가능하다는 결과가 도출되었다.(19,20,21)
연구들과 같이 건물에너지 절약 중심의 연구가 많이 진행되고 있다. 그러나 초기 시공비용과 에너지 비용 분석을 동시에 고려하는 연구는 활발히 진행되지
않았다는 한계점이 있다. 이에 본 연구는 입면의 창면적비 변화에 따른 냉난방 에너지 및 시공 비용 분석을 통해 건축사사무소와 건축주의 건축물 설계
시 예산, 디자인, 에너지의 모든 요소를 고려하여 최적의 방안을 선정하는 방법을 소개하고자 한다.
2. 연구방법
2.1 대상 건물
Fig. 1과 같이 경기도 양평군(37°31´15´´N, 127°35´51´´E)에 위치한 단독주택을 연구 대상 건축물로 선정하였다. 해당 건축물은 현재 단독주택으로
건축주 1명이 거주하고 있다. 건물의 전반적인 개요에 대해 Table 1에 서술되어 있다. 건축물은 총 2층으로 이루어져 있으며, 스킵플로어(Skip floor) 형태의 구조이다. 건축면적은 114.51 $m^{2}$이며,
그 중 공조바닥면적은 82 m이다. 공조바닥면적은 난방 및 냉방을 하는 바닥면적을 의미하며 PHPP(Passive House Planning Package)
시뮬레이션에서 공조부하 및 에너지소요량 계산 시 입력되는 값이 된다. 대상 건물의 특징은 Fig. 1(b)와 같이 건물 1층 동쪽 면으로 크게 창이 있으며, 해당 창은 커튼월 형식의 창호이다. 채광 및 디자인적인 측면을 고려하여 창을 크게 내었다. 동측
면을 제외하고 다른 방위들에 대해서는 설계 시 건축주의 요구를 반영하여 창 면적이 크지 않은 편이다.
Fig. 1 Building information, (a) Side view, (b) Building elevation, (c) 1st floor plan, (d) 2nd floor plan.
Table 1. Architectural outline
|
|
Contents
|
Additional information
|
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Construction
|
Reinforced concrete
|
|
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Land area
|
463.00 $m^{2}$
|
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|
Gross floor area
|
173.09 $m^{2}$
|
Total floor area calculated by floor area ratio (128.34 $m^{2}$)
|
|
Building to cover ratio
|
24.73%
|
Building area (114.51 $m^{2}$)
|
|
Floor area ratio
|
27.72%
|
|
2.2 현장 조사
건물의 건축적 특성을 파악하기 위해 1층 거실과 2층 안방의 실내 온습도와 안방의 기밀성능이 측정되었다. 실내 온도 및 습도 측정은 외기 변화에 따른
실내 환경의 상관성을 알고자 진행되었다. 기밀성능은 PHPP 정적 건물에너지 분석 소프트웨어의 입력 데이터로 활용하기 위해 측정되었다.
2.2.1 실내 온․습도 분석
좌측면(남측) 및 정면(동측)의 입면의 넓은 창이 실내 온습도에 미치는 영향을 알아보기 위해, 현장 조사가 실시되었다. 2021년 1월 7일부터 2월
4일까지 약 한 달간 겨울철 실내 온도를 22℃로 설정한 후, 전체 창 면적이 30.4 m인 거실, 전체 창 면적이 4.9 m인 안방에 온습도 센서(T
Tec-7)를 Fig. 2와 같이 설치하여 변화가 관찰되었다. 그 결과는 Fig. 3, Fig. 4와 같다. 창 면적이 넓은 거실의 경우가 외기온도와 유사한 경향을 나타냄을 알 수 있다. 이에 비해 거실 창 면적의 약 1/6인 안방의 경우, 설정된
실내 온도 22℃에서 크게 벗어나지 않는 것을 알 수 있다. 거실의 상대습도 또한 외기의 경향과 유사함을 알 수 있다. 이는 일반적으로 기류가 적어
실내 온도가 높아짐에 따라 부피가 증가하여 수증기 분압은 일정하지만 상대습도가 낮아지는 경향을 보이는데 해당 거실의 경우, 이러한 현상을 따르고 있음이
나타난다.
Fig. 2 Site floor plan and sensor installation locations, (a) 1st floor LDK(Living, dining, kitchen) and outdoor, (b) 2nd floor bedroom.
Fig. 3 Temperature of outdoor and indoor air.
Fig. 4 Relative humidity of outdoor and indoor air.
2.2.2 기밀성능 측정
건물에너지 분석 툴 PHPP의 입력조건 중 건물에너지소요량 계산을 위해 건물의 기밀성능이 입력값으로 요구되었다. 이에 기밀성능을 파악하기 위해 Blower
door test를 활용하여 건물의 시간당 침기율이 측정되었다. 건축물 전체 체적(605.5 $m^{3}$)을 대상으로 실험을 진행한 결과, 30
Pa 이상의 압력을 걸 경우, 그래프의 오차율이 커짐을 확인하였으며, 이에 층고 높이가 평지붕으로 환산 시 4.88 m로 가장 높은 안방을 대표 개소로
선정 후 EN 13829의 기준을 참고하여 감압법으로 70에서 30 Pa까지의 6개 압력차 조건에서 측정되었다.(22) 기밀성능 측정 현장 사진과 결과는 Fig. 5와 같다. 측정 결과 ACH50은 4.04 회/h로 PHI 패시브 건축물의 기준 0.6 회/h를 만족하지 못했으나, ASHRAE의 기밀성능 기준에서
ACH50가 2회 이내일 경우 ‘매우 기밀’하며 5회 이내에는 ‘다소 기밀’한 것으로 판단하고 있어 대상 건물기밀성 측정 결과는 ‘다소 기밀’하다고
할 수 있다.(23,24)
2.3 건물에너지 분석
본 연구에서는 건물 외피 조건에 따른 냉방 및 난방 에너지소요량을 산출하기 위해 PHPP가 활용되었다. PHPP는 독일 PHI(Passive House
Institute)에서 개발한 건물에너지 계산 소프트웨어이며, ISO 13790을 기반으로 개발되었다.(25) 대상 건물의 내, 외부 조건과 기상 데이터를 입력하면 연간법과 월간법의 계산 방법으로 부하가 계산된다. 본 연구에서는 한국패시브건축협회(PHIKO;
Passive House Institute Korea)에서 제공하는 경기도 양평지역의 월별 기상 데이터를 적용하여 비교 분석되었다.(26) PHPP에서 건물 에너지 산출 과정은 Fig. 6과 같으며, PHPP의 냉방 및 난방 부하 계산 과정은 식(1), (2)와 같다.
Fig. 5 Air tightness experiment (a) Blower door test, (b) Blower door test results.
Fig. 6 PHPP calculation schematic(27).
2.3.1 건물 정보
건물의 외피 정보는 아래의 Table 2와 같다. 건물은 2층의 단독주택 구조로, 지상 2층의 건축물이다. 분석대상 건물의 바닥 면적에 대한 정보는 Fig. 7과 같다. 지상 1층 바닥면적은 115.0 $m^{2}$이고, 지상 2층 바닥면적은 58.58 $m^{2}$이다. 각 외피의 열관류율은 외벽 0.184
W/$m^{2}$K, 1층 바닥 0.204 W/$m^{2}$K, 2층 바닥 0.672 W/$m^{2}$K, 지붕 0.096 W/$m^{2}$K, 창호
1.350 W/$m^{2}$K으로 창호의 열관류율이 가장 높은 것으로 확인되었다. 이에 본 연구에서는 대상 건물에서 가장 넓은 1층 거실 동측 입면의
창호의 면적을 변화시키면서 에너지소요량 및 초기 시공비용을 분석하고자 한다. 1층 거실의 동측 입면이 건축물 전체 창 면적에서 차지하는 비율이 크기
때문에 창 면적을 감소할수록 냉난방 에너지 소요량이 크게 감소할 것으로 가정되었다.
Fig. 7 Building floor area information.
2.3.2 창 입면 변화
벽면적에 대한 창면적비 WWR(Window wall ratio)은 식(3)에 의해 산출된다.
창면적비는 약 11%로 전체 외피(지붕 및 바닥면 제외)에서 창 면적이 차지하는 비율이 낮아 보인다. 그러나 동측과 남측에는 큰 창이 있으며, 이
두 면의 창 면적이 전체 창호에서 차지하는 비율은 54.1%이다. 이에 본 연구에서는 남측 창호의 경우, 차양 및 블라인드로 인해 일사의 영향을 줄일
수 있으나 동측 창의 경우 차양과 블라인드가 없다는 특징을 고려하여 더 큰 동측 벽면의 창 면적을 변화시키면서 냉방 및 난방 에너지에 미치는 영향을
분석하였다. 창면적비 변화에 따른 영향을 분석하기 위하여 건물 벽면의 창 크기를 채광을 고려하여 선정하였고 냉방 및 난방 부하가 계산되었다. Table 3과 같이 창의 높이는 고정하고 가로 폭을 변경하는 디자인을 선정하였다.
2.3.3 설비 및 가전 에너지 소요량
건축물의 소요량 산출을 위해 사용하고 있는 설비 시스템에 대한 정보가 요구된다. 대상 건물은 난방으로 LPG 보일러를 사용하며, 냉방으로는 EHP(시스템
에어컨)이 사용된다. 각 냉․난방 시스템에 대한 정보는 Table 4와 같다. 보일러 시스템은 난방과 급탕을 동시에 담당하며 난방 열효율은 89.1%, 급탕 열효율은 89.5%이다. 이에 따라 소비되는 시간당 가스의
등가 열소비량은 170 W이다. 냉방의 경우, 정격 냉방능력 7,000 W, 소비전력 2,050 W로 성적계수(COP) 3.4로 가정하였다. 냉․난방을
제외한 PHPP에 입력된 기타 전기에너지 소비전력은 Table 3의 정보와 같다.
Table 2. Envelope specification
|
Envelope
|
Layer contents
(innermost to outermost)
|
Thermal conductivity
[W/(m･K)]
|
Thickness
[mm]
|
U-value [W/$m^{2}$K]
|
|
External wall
|
Gypsum board THK 9.5
|
0.220
|
9.5
|
0.147
|
|
Air layer(timber 38 by 38)
|
0.027
|
38
|
|
Heat reflective insulation
|
0.002
|
5
|
|
Reinforced concrete
|
2.1000
|
150
|
|
Bead method thermal insulation plate 2 types
(No. 1) - Temporary grade
|
0.036
|
100
|
|
Starco finish
|
0.340
|
10
|
|
Ground floor
|
Finishing mortar/specified flooring
|
1.400
|
40
|
0.204
|
|
Lightweight aerated concrete
|
0.130
|
50
|
|
Bead method thermal insulation plate 2 types
(No. 1) - Temporary grade
|
0.036
|
30
|
|
Reinforced concrete
|
2.100
|
400
|
|
Bead method thermal insulation plate 2 types
(No. 1) - Temporary grade
|
0.036
|
115
|
|
Polyethylene film (2 layers)
|
0.210
|
0.1
|
|
Abandoned concrete
|
1.400
|
60
|
|
Compaction of rubble
|
2.000
|
200
|
|
Slab (1st floor ceiling to 2nd floor flooring)
|
Gypsum board (Spandrel ceiling finish)
|
0.180
|
30
|
0.100
|
|
Air layer
|
0.027
|
95
|
|
Bead method thermal insulation plate 2 types
(No. 1) - Temporary grade
|
0.036
|
175
|
|
Concrete slab
|
2.100
|
200
|
|
Bead method thermal insulation plate 2 types
(No. 1) - Temporary grade
|
0.036
|
30
|
|
Lightweight aerated concrete
|
0.130
|
50
|
|
Finishing mortar/specified flooring
|
1.400
|
40
|
|
Roof
|
Ceiling material finish (gypsum board THK 9.5, 2 layers)
|
0.180
|
19
|
0.123
|
|
Air layer
|
0.027
|
5
|
|
Bead method thermal insulation plate 2 types
(No. 1) - Temporary grade with Wood ceiling frame
|
0.036
|
220
|
|
Reinforced concrete slab
|
2.100
|
150
|
|
40x40x1.6T color angle pipe (air layer)
|
0.027
|
40
|
|
Moisture-permeable paper
|
0.210
|
1
|
|
Designated color steel plate projecting joint @505
|
44.000
|
1
|
|
External window
|
Eagon triple low-e glazing AP65TH(5/10/5/10/5)
|
|
5 mm pane
10 mm air
|
1.350
(g-value: 0.49)
|
Table 3. Shape and WWR of Base, ALT-1 and ALT-2
|
|
Base
|
ALT-1
|
ALT-2
|
|
Window Design
|
|
|
|
|
Width [m]
|
4.63
|
3.08
|
1.54
|
|
Window area [$m^{2}$]
|
18
|
12
|
6
|
|
WWR [%]
|
75
|
50
|
25
|
Table 4. Specifications of heating, cooling system and appliances
|
|
|
Rated power consumption
|
Performance
|
|
Condensing boiler
|
Heating
|
170 W
|
Efficiency 0.891
|
|
Domestic hot water
|
Efficiency 0.895
|
|
EHP
|
Cooling
|
2,050 W
|
COP 3.4
|
|
Electronic application
|
|
Dish washer
|
1,600 W
|
|
|
Clothes washer
|
1,700 W
|
|
|
Clothes dryer
|
1,400 W
|
|
|
Refrigerator
|
610 Wh/day
|
|
|
Microwave
|
2,750 W
|
|
|
Lighting
|
10 W
|
|
|
Other appliances
|
50 kWh/month
|
|
3. 결과 및 논의
3.1 창 크기에 따른 냉․난방 에너지소요량 변화
Table 5. Variables for calculating energy consumption per year
|
Domestic hot water and distribution loss [kWh/$m^{2}$a]
|
Space heating
|
0.1
|
|
Domestic hot water useful heating
|
6.9
|
|
Domestic hot water distribution
|
32
|
|
Cooling distribution [kWh/$m^{2}$a]
|
1.2
|
|
Electricity energy consumption [kWh/$m^{2}$a]
|
6.3
|
|
Gas energy consumption [kWh/$m^{2}$a]
|
211.4
|
|
Heating consumption
[kWh/$m^{2}$a]
|
Base
|
1520.24
|
|
ALT-1
|
1515.01
|
|
ALT-2
|
1509.75
|
|
Cooling consumption
[kWh/$m^{2}$a]
|
Base
|
566.82
|
|
ALT-1
|
565.42
|
|
ALT-2
|
564.02
|
에너지소요량 도출 시 고려되는 요소는 Table 5와 같다. Fig. 8은 PHPP를 활용하여 건축물 동측 창의 크기를 ALT-1, ALT-2처럼 Base 대비 1/3, 2/3의 입면적이 감소시켰을 경우, 도출되는 에너지소요량
및 초기 건물 대비 에너지소요량 비율을 나타낸다. 에너지소요량은 냉방과 난방으로 나뉘어 결과를 도출하였다. Base 대비 ALT-1의 연간 난방에너지소요량은
5.23 kWh/($m^{2}$a), 냉방에너지소요량은 1.40 kWh/($m^{2}$a) 감소한다. ALT-2의 난방에너지소요량은 10.50 kWh/($m^{2}$a),
냉방에너지소요량은 2.80 kWh/($m^{2}$a) 감소한다. PHPP 시뮬레이션을 통하여 창 면적 감소가 건물 냉방 및 난방에너지소요량 절감에
효과가 있음이 확인되었지만 감소비율이 난방 0.68%, 냉방 0.48%로 그 정도가 미미한 것으로 나타났다. 이를 통해 입면 중 건물 전체 창면적비가
작을 경우, 입면의 창 면적이 75%임에도 불구하고 에너지소요량 저감에 미치는 영향은 미미하다는 결과가 도출되었다.
3.2 냉방 및 난방 에너지 비용 비교
단위면적당 냉방 및 난방 에너지 비용에 대해서 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다. 에너지 비용 분석을 위하여 시뮬레이션을 통해 얻은 에너지소요량
결과는 Table 6의 변수를 활용하여 단위면적당으로 환산하였다. Fig. 9와 같이 에너지 비용 절감율은 ALT-1은 난방 0.34%(85원), 냉방 0.24%(19원), ALT-2는 난방 0.68%(171원), 냉방 0.49%(38원)의
결과가 도출되었다.
Fig. 8 Heating and cooling energy consumption for three window wall ratios.
Table 6. Electricity and gas cost of Yangpyeong district (Year 2020)
|
|
Cost
|
|
Month
|
LPG [Won/$m^{3}$]
|
|
Basic electricity charge [Won]
|
1600
|
|
1
|
3,950
|
|
Electricity
rate
|
1 step (Up to 200 kWh) [Won/kWh]
|
93.3
|
|
|
2~3
|
4,140
|
|
|
4
|
3,940
|
|
2 step (Over 200 kWh) [Won/kWh]
|
187.9
|
|
|
5~6
|
3,670
|
|
VAT [%]
|
10
|
7~8
|
3,760
|
|
Electric power business foundation fund [%]
|
3.7
|
|
9~12
|
3,800
|
Fig. 9 Heating and cooling energy costs for three window area ratios.
3.3 시공 비용 비교
시공 비용을 Table 7에 상세히 나타내었다. 대상 건축물 시공 시 창호 전체 시공비용 4,000만 원, 벽체 전체 시공비용 5,096만 원이 발생되었다. 해당 비용을 시공된
면적으로 나누어 단위면적당 시공비용이 산출되었다. 단위면적당 시공비는 창호는 755,000 원/$m^{2}$, 벽체(지붕, 바닥면 제외)는 108,000원/$m^{2}$이다.
이를 통해 창호 시공비용이 벽체 시공비용의 약 7배에 해당하며 창호 면적 감소 시 초기 시공비용 또한 절감할 수 있음을 의미한다. 창호 면적 변화에
따른 초기 시공비용 차이를 Table 8에 나타내었다. Base 대비 ALT-1은 4.3%(3,882천 원), ALT-2는 8.5%(7,764천 원) 절감되었다.
Table 7. Construction cost calculation details
|
Product
|
Specification
|
Cost (Won)
|
|
Window construction
|
|
FW60 curtain wall + A.L. Door
|
950 mm × 2,450 mm
|
40,000,000
|
|
AP65 Door + Fixed window
|
4,700 mm × 2,350 mm
|
|
AP65Casement & Fixed
|
600 mm × 2,350 mm
|
|
AP65Project
|
600 mm × 600 mm
|
|
AP65Project
|
600 mm × 600 mm
|
|
AP65Fixed
|
1,340 mm × 7,338 mm
|
|
AP65PJ Window & Fixed
|
1,480 mm × 4,114 mm
|
|
AP65Project
|
1,400 mm × 1,150 mm
|
|
AP65Casement
|
900 mm × 1,200 mm
|
|
AP65PJ Window & Fixed
|
1,000 mm × 2,350 mm
|
|
AP65Casement & Fixed
|
600 mm × 2,350 mm
|
|
AP65Fixed
|
450 mm × 2,350 mm
|
|
AP65Project
|
600 mm × 600 mm
|
|
Reinforced concrete construction
|
|
Reinforced concrete rod steel
(materials provided by government offices)
|
Reinforced concrete, deformed steel
(SD350/400), HD-10
|
2,607,666
|
|
Reinforced concrete rod steel
(materials provided by government offices)
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Reinforced concrete, deformed steel
(SD350/400), HD-13
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5,792,877
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Steel construction
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Rebar, Field - Normally machined and assembled
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Vertical height less than 7 m
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8,880,371
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Ready-mixed concrete
(materials provided by government offices)
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25-21-120
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Concrete laying
(No Reinforcement)
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24.8$m^{3}$, Slump 8-12 cm, good
(Walls, columns, slabs, etc.)
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667,725
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Concrete laying (Wall, Column, Slab, etc.) / 1F
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60.3$m^{3}$, Slump 8-12 cm, good
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1,165,707
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Concrete laying(Wall, Column, Slab, etc.) / PH1F
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6$m^{3}$, Slump 8-12 cm, good
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475,160
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Euroform Installation and Demolition
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Normally, up to 7 meters
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25,425,996
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Extruded blastopolystyrene
(Concrete laying - wall and floor)
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the specific gravity 0.03
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5,939,655
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Total cost
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90,955,156
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Table 8. Window area, construction and reduced costs
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Base
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ALT-1
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ALT-2
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Gross wall area [$m^{2}$]
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473
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479
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485
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Total window area [$m^{2}$]
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53
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47
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41
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Construction cost [Won]
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90,955,156
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87,073,220
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83,191,283
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Reduced cost [Won]
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-
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3,881,936(4.3%)
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7,763,873(8.5%)
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입면 창 면적의 변화(감소)는 연간 에너지비용뿐만 아니라 초기 시공비용에도 영향을 미친다. 난방 및 냉방 에너지 비용의 절감은 건축주 입장에서 건축설계
시 고려될 수 있는 요소이나, 비용 절감의 효과가 시공 비용 대비 많지 않아 우선 고려 대상에서 제외될 수 있다. 그러나 향후 화석연료의 고갈로 에너지
단가는 계속 상승할 것이며 국가적으로도 에너지를 적게 소비하는 녹색건축물과 제로에너지건축물의 의무 적용을 계속 강화하고 있어 창 면적 최적화에 의하여
에너지를 적게 소비하는 건축물은 중요해질 전망이다.
4. 결 론
본 연구는 소형 주택의 건축 입면 디자인(창 면적)의 변화에 따른 공조 에너지 및 시공 비용 절감 효과를 분석하기 위하여 경기도 양평 소재 소형 주택에
PHPP 분석이 적용되었다. 동측 면의 창 높이를 3.89 m로 고정하고 폭에 변화를 주어 Base(창 면적 18 $m^{2}$), ALT-1(창
면적 12 $m^{2}$), ALT-2(창 면적 6 $m^{2}$)의 3가지 조건에 대한 에너지소요량, 에너지 및 시공비용이 비교되었다.
(1) 에너지 관점에서 창 면적을 감소시킬 경우, 단위면적당 냉․난방 에너지소요량이 절감되었다. 난방의 경우, Base 조건 대비 ALT-1은 0.34%,
ALT-2는 0.68% 감소되었다. 냉방의 경우, ALT-1은 0.24%, ALT-2는 0.48% 감소되었다. 건물의 창 면적 중 한 입면의 창 면적을
33%, 67% 감소시켰을 경우, 냉․난방 에너지소요량 절감율은 크지 않았다.
(2) Base 조건과 비교하여 단위면적당 연간에너지비용 절감 효과를 분석한 결과, 난방은 가스를 사용하며 ALT-1은 0.34%(85원), ALT-2은
0.68%(175원) 감소되었다. 냉방은 전기를 사용하며 ALT-1은 0.24%(19원), ALT-2는 0.49%(38원) 절약되었다.
(3) 입면의 창 면적 변화는 에너지 비용 저감뿐만 아니라, 초기 시공비용에도 영향을 미치므로 단위면적당 시공비용을 비교하였다. 창 면적이 감소할수록
초기 시공비용이 감소하였으며, ALT-2는 Base 대비 8.5%(7,764천 원) 절감되었다. 이는 에너지 비용 절감량보다 상당히 높은 절감량으로
건축 초기 설계단계에서 건축주의 입면 디자인 선정 시 중대한 영향을 미칠 것으로 판단된다.
소규모 주택 설계 시, 건축주의 디자인적 요구사항 및 열 쾌적으로 의해 입면의 창호를 크게 내는 경향이 있다. 이러한 입면 디자인에 대해 에너지 및
비용적인 측면에서 분석을 진행하였으며, 입면 창호 면적 변화(감소)는 연간 에너지 비용보다는 초기 시공 비용의 절감이 크다는 결론이 도출되었다. 이러한
연구 내용은 건축가 및 건축주에게 소규모 주택 설계 시, 초기 예산 범위에 따른 창 입면 디자인 선정에 참고자료로 활용될 수 있을 것으로 예측된다.
그러나 창호 크기 조정에 따른 시공비용만 고려되었으며 건축주의 예산 범위를 고려한 창의 면적에 따른 초기비용과 유지비용에 대한 초기 설계방향 설정을
위한 설계패키지가 제안되지 못했다는 점과 창 크기에 따른 채광면적 증가로 인한 조명부하 감소 및 개방감 고려가 이루어지지 못한 한계성이 있다. 또한,
건물에너지 분석 툴의 한계성으로 인해 특정 실에 대해서는 분석이 어려운 한계성이 있다. 이에 향후 진행될 연구에서 해당 내용 및 남측 창호의 일사획득량과
건물 전체의 기밀성능을 추가적으로 확인하여 연구를 진행하고자 한다.