가스사용량 데이터를 회귀모델에 적용한 울산지역 공동주택의 에너지 성능 평가

Abstract

온실가스 배출량 저감을 위해 정부에서는 건축물을 대상으로 건축물 에너지 관련 기준 강화와 건축물의 신축 과정에서 에너지 효율등급 기준을 개정하는 등 정책적 노력을 기울이고 있다. 그러나 이러한 노력들은 그 대상에 있어 신축 건축물을 대상으로 하고 있기 때문에 현재 국내 건축물의 대부분을 차지하는 기존 건축물에서의 에너지 성능 개선이 필요한 상황이다. 이러한 문제점이 대두됨에 따라 정부에서는 최근 노후화 건축물을 대상으로, 그린리모델링 관련 기관을 신설하고 본격적으로 기존 건축물에 대한 성능 개선 사업에 착수하고 있다. 그러나 아직 사업 초기로 표준사업모델이 구축되지 않았고, 구체적인 가이드라인 또한 미비한 실정이다. 그린리모델링 사업의 대상 선정에 있어서 정확한 기준이 존재하지 않는 이유는 노후화 건축물의 정의와 맞닿아 있다. 현재 국내에서는 노후화 건축물의 기준을 준공 후 30년 이상으로 정의하고 있다. 그러나 온실가스 배출량 감축 등을 고려한 건축물에너지 측면에서의 건축물의 노후화에 이와 같은 기준을 적용하기에는 무리가 있으며, 건축물에너지 측면에서의 노후화 건축물을 세부적으로 분류하는 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 공동주택의 에너지 성능에 대한 노후화 정도와 에너지사용량 절감 가능성의 모색을 위한 연구로서 연구대상 건축물의 에너지 성능을 분석하여, 노후화 건축물을 분류하고 노후화 건축물로 분류된 건축물에 적합한 개선방안을 제시한다. 연구대상 건축물은 울산지역에서 준공연도가 1991(A단지), 1996(B단지), 2001(C단지), 2006년(D단지) 각각 5년의 차이를 갖는 공동주택단지를 선정하였다. A, B, C, D 4개의단지는 각각 50개의 개별세대를 포함하고 있다. 공동주택의 에너지 성능 평가에 가스 소비량과 월별 평균온도 데이터를 사용했다. 수집한 데이터를 바탕으로 연구의 분석에 사용한 회귀분석 모델인 Change-point regression model을 이용하여 각 세대의 난방 에너지소비량을 산출하고 분석하였다. 세대의 난방에너지소비량을 분석하기 위해서는 Change-point regression model의 도출 계수인 Heating slope와 난방에너지소비량 추정치를 계산하였으며, 이를 통해 준공연도가 상이한단지별 에너지 성능을 분석하였다. 비교 분석 방법으로는 Heating slope와 난방에너지소비량 추정치를 X, Y 축으로 하는 평면상에 4개단지별 50세대 총 200세대의 분포를 도시하고 200세대의 계수의 평균을 에너지 성능을 판단하는 기준점으로 설정하여 이에 따른단지별 노후화 정도를 비교 분석하였다. 본 연구의 결과는 다음과 같다. Change-point regression model을 통해 도출된 Heating slope과 추정된 난방에너지소비량을 X, Y 축으로 하는 그래프로 도시하였고, 노후화를 판별하기 위한 기준점을 설정함으로써 각 세대들의 분포를 비교했다. 그 결과, 에너지 성능에 있어 개선이 시급한 세대로 판별할 수 있는 1사분면에 B단지, A단지, C단지, D단지 순으로 분포하였고, 반대로 3사분면에는 D단지, C단지, A단지, B단지 순으로의 분포를 확인할 수 있었다. 본 연구의 판별법을 통해 노후화 건축물의 에너지 성능 개선을 위해 건축물의 요소를 분류하고, 건물에너지 시뮬레이션을 이용하여 적합한 개선방안을 도출하였다. 건축물을 구성하는 요소 중 대상 건축물의 에너지 성능 향상에 기여할 수 있는 요소를 선정하기 위해 건축물의 외피 성능을 나타내는 Building Design, 냉난방 공기조화 HVAC시스템을 포함하는 System Design을 세분화하여, 외벽의 U-Value, 창호의 U-Value, 기밀성능, Boiler의 효율을 개선하였을 때 대상 건축물에서의 에너지절감 효율을 분석하였다. 각 요소의 에너지절감 효율에 있어서 기밀성능, Boiler의 효율, 외벽의 U-Value, 창호의 U-Value 순으로 영향이 큰 것으로 나타났다. 본 연구에서는 Change-point regression model의 계수를 이용하여 연구 대상 건축물의 노후화를 판별하였고, 노후화 건축물로 판별된 대상 건축물의 에너지 성능 개선 방안을 제시하였다. 그 결과, Heating slope와 난방에너지소비량 추정치를 이용하여 연구 대상 건축물 중 B단지를 노후화 건축물로 판별할 수 있었고, B단지의 에너지 성능의 개선방안을 도출하기 위해 건물에너지 시뮬레이션 DesignBuilder를 이용하여 각 요소별 에너지소비량에 미치는 영향을 파악하였다. 제시된 본 연구의 개선방안을 활용하여 국내의 노후화 건축물의 판별법과 개선에 있어 활용할 수 있을 것으로 사료되며, 향후 연구 대상에 있어 기존 울산지역을 국내로 확대시켜 현황이 파악되어야 기존 건축물에서의 에너지소비량 감소를 목표로 하는 그린리모델링 사업의 효율을 극대화할 수 있을 것이라 기대된다.