본 연구는 공공건축물에 신재생에너지를 적용하기 위한 최적화 방안을 도출하고 효율성 향상 방안을 검토하고자 신재생에너지 활용 연구로 기존 문헌과 선행연구를 통하여 신재생에너지의 이론적 고찰과 관련기준을 살펴보았다. 또한, 신재생에너지가 적용된 건축물의 현황을 분석하여「공공용」업무시설 가운데 2011년 4월13일 개정된 공공기관 설치의무화 제도(이하 ‘공공의무화제도’라 칭함) 이전 즉, 총 건축공사비의 5%이상의 신재생에너지를 설치 투자된 복합청사건물을 대상으로 선정한 후 기존 설치된 설비를 이용하여 추가설치비용 없이 동일 금액 내에서 신재생에너지 시스템의 비율을 설정한다.
생산에서 철거에 이르는 건축물의 전생애주기 동안 발생하는 모든 비용 즉 계획, 설계, 시공, 운영, 유지관리 및 폐기처분 등에 소요되는 총 비용을 말하는 즉 전생애주기비용(LCC: Life Cycle Cost)를 통한 경제성 평가와 이산화탄소(CO2)배출량을 최소화 하는 친환경적인 시스템을 적용하기 위한 환경성 평가를 수행하여 우수한 시스템 적용 범위를 도출하는 한편, 최적의 적용 방안을 검토하고, 복합청사건물에 적용된 신재생에너지에 대한 효율성 향상 방안을 제시하였다.
1. 공공건축물의 신재생에너지 시스템 실태조사
「공공용」업무시설의 신재생에너지 단일 및 복합적용 현황을 조사한 결과태양열, 태양광, 지열 등과 같은 신재생에너지원 가운데 복합적 에너지원의 적용보다 단일 에너지원의 적용이 많은 것으로 나타났고, 이는 건물의 용도 및 특성보다는 시공 및 관리상의 편의성으로 단일 에너지원의 적용을 선호하는 것으로 사료되며, 업무시설에 신재생에너지 적용이 활발하게 진행된 것으로 나타났다.
2. 대상 복합청사건물의 에너지 분석
현황조사를 토대로 대상건물을 선정한 후 건물의 공간구성을 분석하고 에너지소비특성을 검토하기 위해 에너지해석프로그램을 이용하여 대상건물에너지를 산정한 결과 에너지소비량 중 조명에 의한 에너지소비량이 총 소비량의 32.8%를 가장 높은 비율을 차지하고 있으며, 냉·난방에너지소비량(냉방17.3%,난방16.8%)이 총 소비량의 34%비율로 비슷하게 나타났다. 이는 대상건물의 용도가 업무시설인 만큼 사무실 내에 사용이 많은 조명에너지와 냉난방에너지 사용이 높게 나타난 것으로 판단된다.
3. 신재생에너지 시스템의 효율성 향상 방안을 위한 최적화 평가
전생애주기비용(LCC : Life Cycle Cost)에 따른 경제성분석은 신재생에너지시스템 설비의 사용기간 동안 발생하는 초기투자비용, 유지보수비용, 교체비용, 에너지비용에 소요되는 총비용을 현재가치 기준으로 산정한 결과 지열의 비중이 증가할수록 경제성이 향상되는 반면, 태양광과 태양열의 비중이 증가되면 경제성이 감소되는 경향을 나타났다.
CO배출량(TCO : Ton of Carbon Dioxide)에 따른 환경성 분석을 한 결과 지열의 비중이 증가할수록 환경성이 향상되는 반면, 태양광과 태양열의 비중이 증가될수록 환경성이 감소하는 경향을 나타냈다. 이는 경제성 평가와 비슷한 경향을 보인다.
신재생에너지시스템 적용방안별 경제성과 환경성 분석을 근거로 7척도로 구분한 후, 등급별 배점을 적용한 후 합산하여 복합성 평가를 시행하였다. 복합성에 따른 신재생에너지시스템의 최적화 적용방안을 도출한 결과 경제성의 우선순위는 지열시스템의 비중이 클수록 등급이 높은 반면, 태양광시스템의 비중이 클수록 등급이 낮아지는 경향을 보이며, 환경성의 우선순위는 지열시스템의 비중이 클수록 등급이 높은 반면, 태양광시스템의 비중이 커질수록 등급이 낮아지는 경향을 나타났다. 또한 시스템 복합 적용보다는 단일 적용일 때 등급이 우수한 것으로 나타나는데 이는 공사비의 5% 금액 내에서 적용 가능한 비율에 따른 것으로 건물의 용도 및 특성보다는 시공 및 관리상의 편의성으로 단일 에너지원의 적용이 적합한 것으로 실태조사에 따른 분석과 같이 판단된다.
4. 신재생에너지 시스템의 효율성 향상 방안을 위한 최적화 도출
총 건축공사비의 5%이상 신재생에너지시스템이 적용된 대상건물의 기존 설비를 이용하여 추가설치비용 없이 동일 금액 내에서 기존 신재생에너지 시스템의 적용비율을 설정하여 경제성 평가와 환경성 평가를 통한 최적의 범위를 도출하는 한편, 최적 범위 내의 적용방안을 대안별로 비교하여 분담비율을 통한 효율성 향상을 제시한다. 그 결과 대안 1[태양광(21%)+태양열(9%)+지열(70%)]의 경우 기존 적용대안의 9.9%보다 태양광 적용 비율을 낮게 설정하여 0.2%정도 낮게 나타났지만 대안 2[태양광(10%)+태양열(8%)+지열(82%)], 대안3[태양광(15%)+태양열(3%])+지열(82%)] 그리고 대안 4의 경우 기존 적용대안의 분담비율보다 점차 높게 나타났다. 대안 4[태양광(3%)+태양열(4%)+지열(93%)]의 경우 기존안보다 약4.9%정도 분담비율이 증가하는 것으로 나타났다. 이는 건물에 사용이 높게 나타난 냉·난방에너지를 지열시스템의 비중을 크게 대체함으로써 생산량이 크게 증가하여 높게 나타난 것으로 판단된다.

This study examined theoretical reflections about new renewable energy and the relevant standards by using literatures and the previous researches for the purpose of deriving the optimal solution for applying new renewable energy to public buildings and considering how to improve efficiency. After selecting the objects among the complex government office buildings to which over 5% of total construction cost new renewable energy system is invested and installed, before the Required Installation System in Government Office Buildings(‘public requirement system’), revised at 13. April 2013, the ratio of new renewable system is set up within the same amount without additional installation cost, using the installed facilities before.
Using Life Cycle Cost(LCC), referring to total cost during the whole life cycle of a building from construction to demolition, including planning, design, construction, operation, management, and wastes disposing, economic evaluation as well as environmental evaluation for applying eco-friendly system to minimize CO2 emission were carried out, and the good scope of system application was derived. Also, the optimal applying solutions were considered, and the efficiency improvement methods of new renewable system applied to the complex government office buildings were suggested.
1. Investigation of the new renewable energy system of public buildings
Investigating the state of single or multiple applying of new renewable energy in the public office facilities, single energy resource system is more often used than multiple resource system, including solar heat, solar light, or geothermal. It seems that single energy system is more favored than multi energy system, due to the convenience in installation and maintenance, not considering uses and characteristics of individual buildings. It is found that using new renewable energy is widely spread over office facilities.
2. Energy Analysis of the Research Objects(Multi-Purpose Government Office Buildings)
Based on the state investigation, the research object buildings were selected, and spatial constitutions were analyzed. For reviewing the characteristics of energy consumption, energy of the object structures were estimated, using energy interpreting system. As a result, among the amount of energy consumption, lights account for 32.8% of total consumption, the highest proportion. Then, heating and cooling system consume 17.3% and 16.8%, respectively, and 34% collectively. It means that as the buildings are for office work, the proportion of energy consumption for light and heating/cooling is high.
3. Optimization Evaluation for Deriving the Efficiency Improving Solution for New Renewable Energy System
The economic analysis according to Life Cycle Cost showed the tendency that the larger proportion of geothermal economic efficiency is improved, but the larger proportion of solar heat or light it decreases, when the initial investment cost, maintenance cost, replacing cost, and all cost for energy, for the time of using new renewable energy system facility, is estimated based on the reference value of the present.
As a result of environmental efficiency analysis based on CO2 emission(TCO2: Ton of Carbon Dioxide), the larger proportion of geothermal environmental efficiency is raised, but the larger proportion of solar heat/light it decreases. This result is of the similar tendency as in economic evaluation.
According to the result of analysis of economic and environmental efficiency by applying methods of new renewable energy system, 7-point scale was developed, assigned grades on each degree are applied and summed, and then complexity evaluation is carried out. Deriving the optimized application solution of new
renewable energy system based on complexity, the larger proportion of geothermal the ranking of economic efficiency is higher, but the larger proportion of solar heat/light it is lower. For environmental efficiency, the larger proportion of geothermal the ranking is higher, but the larger proportion of solar heat/light the ranking is lower. The ranking was higher when applying single energy system than multi energy system. Maybe it’s due to the proportion available within 5% of construction cost. It is more appropriate to use single energy source for convenience of installation and maintenance, regardless uses or characteristics of a building.
4. Deriving Optimization for Improving Method of System Efficiency of New Renewable Energy System
The optimal scope is obtained through economic and environmental efficiency evaluation, with using the existed facilities in the object buildings to which over 5% of total construction cost the new renewable system was applied, and setting up the ratio of the existed system within the same cost without additional installation cost, while the alternatives of applying methods were compared in the optimal scope, and improvement of efficiency is suggested depending on the ratio of contribution. As a result, the alternative 1[solar light(21%)+solar heat(9%)+geother- mal(70%)] was lesser about 0.2%, as it set up applying ratio of solar light less than 9.9% of the existed method. But, the alternative 2[solar light(10%)+solar heat(8%)+geothermal(82%)], the alternative 3[solar light(15%)+solar heat(3%)+geoth-
ermal(82%)], and the alternative 4[solar light(3%)+solar heat(4%)+geothermal(93%)]
were higher than the existed method. The alternative 4 is expected to increase the sharing burden about 4.9%, compared to the existed method. It means that the productivity is greatly raised by raising the proportion of geothermal system in heating/cooling energy.