리모델링을 위한 업무용 건물의 입면유형별 에너지소요량 분석 :Analysis of Office Building Energy Consumption for Remodeling based on Elevation Type

권주현

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자료유형: 학위논문

저자정보: 권주현 (서울과학기술대학교, 서울과학기술대학교 대학원)

지도교수: 오준걸

발행연도: 2021

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이용수56

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2021

리모델링을 위한 업무용 건물의 입면유형별 에너지소요량 분석

권주현 2021.01 학위논문

2020

오피스빌딩 리모델링을 위한 도로 폭별 건물 규모 증가에 따른 냉난방에너지 소요량 분석

권주현 , 오준걸 KIEAE Journal 2020.08 학술저널

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최근 국제사회는 온실가스 배출 저감 목표를 수립하고, 이를 실현하기 위해 다양한 정책과 행동으로 해법을 찾아가고 있다. 195개국이 참여하는 파리기후협약은 온실가스 배출량을 낮추어 기후변화에 대처하는 것을 목표로 하며, 파리기후협약 당사국인 우리나라도 2050년까지 탄소중립 달성 목표인 ‘탄소중립 비전’을 선언하였다. 세계건물건축연합은‘지구 상황 보고서 2017’을 통해 파리협정의 기후변화 목표 달성을 위해서는 건물 부문의 단위면적당 에너지소비량을 2030년까지 2015년 대비 30% 향상해야 한다고 발표하였다. 또한 미국 뉴욕시는 2019년, 기후 변화 위기에 대처하고 온실가스 배출을 억제하는 ‘그린뉴딜정책’의 일환으로 기존 건축물도 개정된 규제에 맞추어 리모델링 하는 방안을 발표하였다. 이러한 사회적 요구에 따라 노후화된 업무용 건물의 리모델링 계획시 에너지 절감 계획 수립은 필수적이다. 이에 본 연구는 리모델링을 위한 업무용 건물의 기존 입면유형을 분석·도출하여 각각의 유형별 에너지 소요량을 비교·분석하고, 외피의 리모델링 시 건축 계획과 에너지의 관계를 예측함으로써 디자인 결정에 근거를 제시한다.
연구의 분석을 위해 리모델링 관련 법규와 선행연구를 통해 업무용 건물의 리모델링 규모를 설정하고, 리모델링에 적용되는 설계 요소 중 에너지소요량 절감에 영향을 미치는 창면적비를 리모델링의 변수로 설정한다. 또한 준공 시기와 리모델링 시기에 따라 변화하는 열 손실 방지 기준을 연구조건으로 적용한다. 시뮬레이션을 위한 분석모델은 서울시 강남구에 위치한 노후 업무용 건물을 선정하여 개요를 작성하고, (가)채광창형/(나)수평띠창형/(다)수직띠창형으로 업무용 건물의 입면유형을 분류한다. Design Builder 시뮬레이션을 통해 리모델링 규모와 창면적비 변화에 따른 에너지소요량을 분석하였다. 시뮬레이션 분석 결과는 다음과 같다.

첫째, 모든 입면유형에서 창면적비는 감소하고 외벽과 창호를 포함한 외피 교체 리모델링이 가장 효율적인 에너지소요량 절감율을 나타낸다. 해당 리모델링 방안을 통해 세 입면유형 모두 연간 에너지소요량을 약 11%까지 절감 가능하다.
둘째, 수직띠창형 업무용 건물은 채광창형과 수평띠창형 업무용 건물보다 낮은 에너지소요량 절감율을 가지며, 입면유형 중 에너지소요량 측면에서 가장 불리한 입면이다.
셋째, 외피 교체를 통한 커튼월형 리모델링은 모든 입면유형에서 약 6%의 에너지소요량 절감율을 나타낸다. 커튼월 형식의 리모델링을 계획 할 때에는 하절기 일사량의 과도한 유입을 줄일 수 있는 별도의 요소를 함께 고려하는 것이 바람직하다.
넷째, 업무용 건물에서 에너지소요량은 외벽보다 창호의 성능 및 구성에 더 많은 영향을 받는다. 업무용 건물의 리모델링에서 단일 요소 교체로 가장 효과적인 에너지소요량 절감을 기대 할 수 있는 것은 창호의 교체이다.

본 연구는 업무용 건물의 기존 입면 유형의 특성을 고려한 리모델링 계획에서 예측되는 에너지소요량을 분석한다. 하지만 본 연구는 리모델링 시 발생하는 경제적 조건이 반영되지 않았으며, 주변건물과 도로와의 관계 등을 고려하지 않아 분석에 한계가 있다. 추후 건물 에너지 소비에 영향을 미치는 건축 설계 인자를 고려한 업무용 건물 리모델링에 대한 지속적인 연구가 필요하다.

The international community has recently set goals for reducing greenhouse gas emissions and is seeking solutions to realize them through various policies and actions. The Paris Climate Agreement(2015), in which 195 countries participate, aims to tackle climate change by lowering greenhouse gas emissions, and South Korea, one of the members of the this, also declared its ''vision'' of achieving carbon neutrality by 2050. Global Alliance for Buildings and Construction announced through Global Status Report 2017 that energy consumption per unit area of the building sector should be increased by 30% compared to 2015 by 2030 in order to achieve the goal of Paris Climate Agreement. In addition, in 2019, New York City announced a plan to remodel existing buildings in accordance with the revised regulations as part of the ''Green New Deal'' to cope with the climate change crisis and curb greenhouse gas emissions. According to such social demands, it is essential to establish an energy saving plan when remodeling old office building. Therefore, this study provides the basis for design decisions by analyzing and deriving the existing elevation types of office buildings for remodeling, comparing and analyzing the energy consumption of each type, and predicting the relationship between architectural planning and energy when remodeling elevation.
This study examines how to reduce the buildings'' energy consumption through remodeling of office buildings and seeks a remodeling plan for more efficient energy consumption reduction depending on the elevation type of office buildings, by analyzing the energy consumption according to a remodeling plan reflecting architectural design elements. The remodeling scale of office buildings was set through remodeling related regulations and prior research, and window-to-wall ratio, which affects reduction of energy consumption, among other design elements applied to remodeling, was set as a variable for remodeling. In addition, the criteria for preventing heat loss, which changes depending on the time of completion and remodeling, were applied as a research condition. As for the analysis model for the simulation, an outline was prepared by selecting old office buildings located in Gangnam-gu, Seoul, and the elevation types of office buildings were classified as (a)skylight type/(b)horizontal band window type/ and (c)vertical band window type. Through Design Builder simulation, energy consumption was analyzed according to the remodeling scale and a change in window-to-wall ratio, and energy consumption was analyzed according to the elevation type of office buildings by remodeling plans. The results of simulation analysis are as follows.

First, in all elevation types, the window-to-wall ratio was reduced, and the remodeling method of replacing the exterior including outer walls and windows showed the most efficient energy saving rate. Through this remodeling plan, it is possible to reduce annual energy consumption by about 11% for all three elevation types.
Second, office buildings with a vertical band window type have lower energy consumption reduction rate than office buildings with skylight type and horizontal band window type, and have the most disadvantageous elevations in terms of energy consumption among other elevation types.
Third, the curtain wall type remodeling with the replacement of the exterior shows about 6% reduction in energy consumption in all elevation types. When planning the the curtain wall type remodeling, it is desirable to separately take into consideration a factor that can reduce excessive inflow of solar radiation in summer.
Fourth, the energy consumption in office buildings is more affected by the performance and composition of windows than by the exterior walls. In the remodeling of office buildings, the single replacement that is expected to most effectively reduce energy consumption is changing windows.

This study analyzes the predicted energy consumption in remodeling plans that take into account the characteristics of existing elevation types in office buildings. This study has limitations in analysis because the economic conditions that occur during remodeling were not reflected, and the relationship between surrounding buildings and roads was not considered. In the future, continuous research on remodeling plans including design elements that affect the energy consumption of buildings is needed and this study is expected to be used as basic research data on plans for energy consumption reduction when remodeling office buildings.

요약 ⅰ
표목차 ⅴ
그림목차 ⅶ
I. 서 론 1
1.1 연구의 배경 및 목적 1
1.2 연구의 범위 및 방법 4
II. 업무용 건물 리모델링과 건물 에너지소요량 6
2.1 업무용 건물 리모델링 6
2.1.1 업무용 건물 리모델링 법규 및 현황 9
2.2 건물 에너지소요량 17
2.2.1 건물 에너지소요량의 개념과 범위 19
2.2.2 업무용 건물의 에너지소요량 21
2.3 업무용 건물 리모델링을 위한 설계 요소 21
2.3.1 리모델링 계획에서 고려하는 설계 요소 22
2.3.2 연대별 건물 열 손실 방지 기준 비교 24
2.3.3 설계 요소에 따른 업무용 건물 리모델링 25
III. 업무용 건물 에너지소요량 분석 시뮬레이션 조건 설정 28
3.1 건물 에너지 해석 시뮬레이션 개요 28
3.1.1 시뮬레이션 분석 및 해석 방법 30
3.1.2 Design Builder 프로그램 개요 31
3.2 시뮬레이션 분석 조건 설정 32
3.2.1 분석 모델 개요 및 설정 33
3.2.2 주요 입력 조건의 구성 및 성능 36
3.2.2 그 외 분석 조건 설정 38
3.3 업무용 건물의 입면유형 39
IV. 업무용 건물 리모델링에 따른 에너지소요량 분석 47
4.1 리모델링 전 업무용 건물의 에너지소요량 48
4.2 채광창형 업무용 건물 리모델링 50
4.2.1 채광창형 리모델링_외벽 단열 보강 50
4.2.2 채광창형 리모델링_창호 교체 52
4.2.3 채광창형 리모델링_외피 교체(외벽+창호) 54
4.2.4 채광창형 리모델링_외피 교체(커튼월) 56
4.2.5 채광창형 업무용 건물 리모델링 후 에너지소요량 분석 58
4.3 수평띠창형 업무용 건물 리모델링 59
4.2.1 수평띠창형 리모델링_외벽 단열 보강 59
4.2.2 수평띠창형 리모델링_창호 교체 61
4.2.3 수평띠창형 리모델링_외피 교체(외벽+창호) 63
4.2.4 수평띠창형 리모델링_외피 교체(커튼월) 65
4.2.5 수평띠창형 업무용 건물 리모델링 후 에너지소요량 분석 67
4.4 수직띠창형 업무용 건물 리모델링 68
4.2.1 수직띠창형 리모델링_외벽 단열 보강 68
4.2.2 수직띠창형 리모델링_창호 교체 70
4.2.3 수직띠창형 리모델링_외피 교체(외벽+창호) 72
4.2.4 수직띠창형 리모델링_외피 교체(커튼월) 74
4.2.5 수직띠창형 업무용 건물 리모델링 후 에너지소요량 분석 75
4.5 소 결 77
V. 결 론 79
참고문헌 81
부 록 84
영문초록(Abstract) 94
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