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보고서 요약서
요약문
국토해양기술연구개발사업 성과총람 원고
SUMMARY
CONTENTS
목차
제1장 연구개발과제의 개요 90
제1절 연구개발 목적 90
1. 연구의 배경 및 목적 90
2. 연구개발 최종목표 92
3. 최종목표의 성격 및 설정 근거 93
4. 연차별 연구목표 및 주요 연구내용 94
제2절 연구개발 필요성 96
1. 연구개발 개요 96
2. 연구개발의 중요성 96
가. 기술적 측면 96
나. 경제·산업적 측면 97
다. 사회·문화적 측면 97
제3절 연구개발 범위 98
1. 공동주택 유지관리 현황 분석 및 개선 방향 제시 98
2. 공동주택 에너지 절감 방안 POOL 구축 98
3. 공동주택 유형분류체계 구축 99
4. 공동주택 단지 개선여부 의사결정 지원모델 개발 99
5. 개선대상 단지 최적 개선안 의사결정 프로세스 구축 99
6. 거시적 관점의 공동주택 개선사업 의사결정 모델 개발 100
7. 신재생에너지 시스템 최적설계 모델 개발 100
8. 건물 에너지효율 관련 제도 개선방향 제시 100
제2장 국내외 기술개발 현황 101
제1절 국내 기술개발현황 101
1. 시장현황 101
2. 시장예측 101
3. 특허 동향 102
4. 정부 지원정책 현황 103
제2절 국외 기술개발현황 105
1. 기존 건축물에 대한 국외 시장 현황 105
2. 주요국가의 시장규모 105
3. 국외의 저에너지 친환경 건축물 인증 및 지원 현황 106
제3절 공동주택 유지관리 현황 및 개선 방향 107
1. 유지관리 프로세스 현황 분석의 목적 107
2. 분석의 범위 및 방법 107
3. 국내의 공동주택 유지관리 현황 108
가. LH공사의 유지관리 조직 및 프로세스 108
나. LH공사의 에너지 사용량 관리 및 활용 현황 110
다. LH공사의 온실가스 감축을 위한 유지관리 프로세스 110
4. 일본의 공동주택 유지관리 현황 111
가. UR도시기구의 유지관리 조직 및 프로세스 111
나. UR도시기구의 에너지 사용량 관리 및 활용 현황 115
다. UR도시기구의 온실가스 감축을 위한 유지관리 프로세스 115
5. 국내외 유지관리 현황 분석을 통한 문제점 및 개선안 116
제4절 공동주택 에너지 절감 방안 POOL 118
1. 개요 118
2. Active Energy Saving Measures 118
3. Passive Energy Saving Measures 125
4. New Renewable Energy Techniques 130
제5절 연구결과가 차지하는 위치 134
제3장 연구개발수행 내용 및 결과 136
제1절 연구 수행 방법 및 절차 136
제2절 공동주택 유형분류체계 구축 137
1. 공동주택 유형분류체계의 필요성 137
2. 서울시 내 공동주택 단지 데이터베이스 구축 138
가. 변수 정의 138
나. 데이터 수집 및 선별 139
3. 서울시 내 공동주택 단지 유형분류체계 구축 140
가. 의사결정나무를 활용한 분류체계 140
나. 온톨로지를 활용한 분류체계 148
4. 분류체계에 따른 공동주택 에너지 사용량 분석 151
가. 개요 151
나. 전력 사용량 분석 152
다. 가스에너지 사용량 분석 154
라. 지역난방 에너지 사용량 분석 156
제3절 공동주택 단지 개선여부 의사결정 지원모델 158
1. 개요 158
2. 사례기반추론을 통한 유사사례 선택 158
3. 유전자 알고리즘을 통한 모델 최적화 프로세스 161
가. 유전자 알고리즘 개요 161
나. 사례기반추론 예측정확도 향상을 위한 최적화 매개변수 162
4. 구축된 의사결정 지원모델 성능 검증 165
가. 최종 예측정확도 및 표준편차를 통한 모델 성능 검증 165
나. 사례 분석을 통한 모델 성능 검증 167
제4절 개선대상 단지 최적 개선안 의사결정 프로세스 170
1. 개요 170
2. 개선대상 단지 최적 개선안 의사결정 프로세스 170
3. 대상 단지 선정 및 탄소배출량 감축목표(CERT) 수립 172
가. 표준 공동주택 단지 선정 172
나. 표준 공동주택 단지에 대한 탄소배출량 감축목표(CERT) 수립 174
4. 기본 에너지 모델 구축 176
5. 에너지 절감 모델 구축 179
가. 에너지 사용 양상 분석 179
나. 에너지 절감 방안 선정 180
다. 표준 공동주택 단지의 에너지 절감 모델 181
6. LCC 및 LCCO₂ 분석을 통한 경제성 및 환경성 평가 184
가. LCC 및 LCCO₂ 분석을 위한 핵심 가정사항 184
나. LCC 및 LCCO₂ 분석을 위한 2가지 분석 지표 186
다. 에너지 절감 시나리오별 경제성 및 환경성 분석을 통한 최적 시나리오 선정 188
제5절 거시적 관점의 공동주택 개선사업 의사결정 모델 195
1. 거시적 관점에서의 공동주택 개선사업 의사결정 도구의 필요성 195
2. 공동주택 개선사업 투자방향 설정을 위한 의사결정 모델 195
가. 개요 195
나. 유형분류체계를 이용한 유형별 대표단지 선정 197
다. 에너지 시뮬레이션을 활용한 단지별 에너지 절감 시나리오 분석 201
라. 국가 온실가스 감축목표 달성을 위한 최적 투자안 도출 212
제6절 신재생에너지 시스템 최적설계 모델 224
1. 개요 224
2. 기초자료 조사 226
3. 다목적 최적화 기법 228
가. Pareto front 개념에 입각한 최적해 집합 228
나. 세부 내용 및 적합도 함수식 230
4. 태양광 시스템 최적설계 모델 개발 235
가. 태양광 시스템 최적설계 모델의 프레임워크 235
나. 유전자 알고리즘의 최적화 매개변수 237
다. 태양광 시스템 최적설계 모델의 시스템화 238
5. 사례분석을 통한 모델 검증 240
가. 가정사항 240
나. 상관관계(Trade-off) 분석 241
다. 최적화 결과 241
라. LCC 및 LCCO₂ 분석 결과 243
6. 소결 244
제7절 친환경 건축정책 및 인센티브 방안 245
1. 개요 245
2. 친환경 건축정책의 특징 245
3. 국내의 친환경 건축정책 246
가. 건물 에너지 성능 개선을 위한 국내 친환경 정책 현황 246
나. 국내 친환경 정책의 문제점 249
4. 국외의 친환경 정책 250
가. 건축물 에너지 성능 개선을 위한 정책적 인센티브의 의의 250
나. 국외의 에너지 성능 개선에 대한 인센티브 정책 251
5. 국내 친환경 정책의 개선 방안 253
제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 255
제1절 연구개발목표 달성도 255
제2절 관련분야에의 기여도 257
1. 공동주택 특성 및 에너지 사용량 DB 구축 257
2. 공동주택 유지관리 프로세스 개선방향 제시 257
3. 공동주택 에너지 절감 방안 POOL 257
4. 공동주택 유형분류체계 구축 및 개선여부 의사결정 지원모델 개발 258
5. 개선대상 단지 최적 개선안 의사결정 프로세스 구축 258
6. 거시적 관점의 공동주택 개선사업 의사결정 모델 258
7. 신재생에너지 시스템 최적설계 모델 259
8. 건물 에너지효율 관련 제도 개선방향 제시 259
제5장 연구개발결과의 활용계획 260
제1절 후속연구 활용계획 260
1. 공동주택 이외의 기타 시설물 유지관리 프로세스 및 매뉴얼 개발 260
2. 신재생에너지 최적설계 모델의 다각화 260
3. 공동주택 개선단계 의사결정 통합 패키지 개발 260
4. 도시 및 국가차원의 건축물 온실가스 통합관리 시스템 개발 261
제2절 기업화 추진방안 262
1. 기업화, 기술이전 계획 262
2. 연구결과의 기업 활용방안 262
제3절 기타 활용계획 264
1. 연구성과 실용화 및 사업화 계획 264
2. 연구성과 활용 및 관리 전략 264
3. 정부 정책과의 연계방안 265
제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 266
제1절 일본 도시재생기구의 유지관리 현황정보 수집 266
1. 요코하마 UR 본사 방문 266
2. Urbanics Japan 방문 268
3. UR 산하 도시 주택 기술연구소 방문 270
제2절 국외 건물에너지 성능 관련 제도 272
제7장 참고문헌 279
판권기 282
〈표 1-1-01〉 최종목표의 성격 및 설정 근거 93
〈표 1-1-02〉 연구 목표 및 주요 연구내용 94
〈표 2-1-01〉 국내 건축물 유지관리 시스템 관련 특허 동향 102
〈표 2-1-02〉 관련법령, 정부 정책 및 담당기관 104
〈표 2-1-03〉 정부지원 정책사업 종류와 현황 104
〈표 2-3-01〉 공동주택 시설개선 및 그린홈화 사업 진행 현황 110
〈표 2-3-02〉 그린홈화 사업에 적용된 에너지 절감 아이템 111
〈표 2-3-03〉 LH공사와 UR도시기구의 공동주택 유지관리 현황 비교 116
〈표 3-2-01〉 입력 변수 및 목표변수 정의 139
〈표 3-2-02〉 전력 사용량 기반 의사결정나무의 leaf별 특성 143
〈표 3-2-03〉 가스 사용량 기반 의사결정 나무의 leaf별 특성 145
〈표 3-2-04〉 지역난방 에너지 사용량 기반 의사결정나무의 leaf별 특성 147
〈표 3-2-05〉 입력변수 및 가스에너지 사용량의 Pearson 상관분석 결과 149
〈표 3-2-06〉 전력 사용량 MCS 결과 153
〈표 3-2-07〉 가스에너지 사용량 MCS 결과 155
〈표 3-2-08〉 지역난방 에너지 사용량 MCS 결과 157
〈표 3-3-01〉 방법론별 예측정확도 및 표준편차 165
〈표 3-3-02〉 대상 단지 및 모델을 통해 조회된 사례 단지의 특성 168
〈표 3-3-03〉 3가지 기준 수립에 따른 전력 절감 및 C0₂ 감축 효과 169
〈표 3-4-01〉 지역별 가정부문 에너지 사용량 및 이산화탄소 배출량(2010년) 173
〈표 3-4-02〉 표준 공동주택 단지의 세부 정보 174
〈표 3-4-03〉 전력 사용량 기반 군집 분류 기준 175
〈표 3-4-04〉 가스 사용량 기반 군집 분류 기준 175
〈표 3-4-05〉 S 단지 전력 사용량에 대한 탄소배출량 감축목표(CERT) 176
〈표 3-4-06〉 S 단지 가스 사용량에 대한 탄소배출량 감축목표(CERT) 176
〈표 3-4-07〉 기본 에너지 모델 구축에 활용한 세대별 가전제품 사용 데이터 178
〈표 3-4-08〉 CV(RMSE) of basic-energy-model by energy source 179
〈표 3-4-09〉 적용가능 에너지 절감 방안들의 에너지 절감 및 이산화탄소 감축 효과 181
〈표 3-4-10〉 4개 에너지 절감 방안의 조합을 통한 15개 에너지 절감 시나리오 182
〈표 3-4-11〉 태양광 발전 시스템 사양 183
〈표 3-4-12〉 LCC 및 LCCO₂ 분석을 위한 핵심 가정사항 185
〈표 3-4-13〉 에너지 절감 방안의 초기투자비용 및 수선교체주기 186
〈표 3-4-14〉 15가지 에너지 절감 시나리오의 에너지 절감 및 이산화탄소 감축 효과 188
〈표 3-4-15〉 전력 CERT 달성을 위한 에너지 절감 시나리오와 PV의 조합 191
〈표 3-4-16〉 15가지 에너지 절감 시나리오의 경제성 및 환경성 분석 지표 193
〈표 3-4-17〉 에너지 절감 시나리오와 태양광 발전 시스템의 조합을 통한 시나리오의 경제성 및 환경성 분석 지표 194
〈표 3-5-01〉 군집별 대표 단지들의 주요 특성 198
〈표 3-5-02〉 단지별 전력 및 조명 밀도 199
〈표 3-5-03〉 에너지 절감 시나리오 구성 202
〈표 3-5-04〉 S 단지 기존안 및 개선시나리오별 에너지 사용 양상 203
〈표 3-5-05〉 B 단지 기존안 및 개선시나리오별 에너지 사용 양상 203
〈표 3-5-06〉 C 단지 기존안 및 개선시나리오별 에너지 사용 양상 203
〈표 3-5-07〉 D 단지 기존안 및 개선시나리오별 에너지 사용 양상 204
〈표 3-5-08〉 E 단지 기존안 및 개선시나리오별 에너지 사용 양상 204
〈표 3-5-09〉 F 단지 기존안 및 개선시나리오별 에너지 사용 양상 204
〈표 3-5-10〉 G 단지 기존안 및 개선시나리오별 에너지 사용 양상 205
〈표 3_5-11〉 S 단지 개선시나리오의 경제성 분석 208
〈표 3-5-12〉 B 단지 개선시나리오의 경제성 분석 209
〈표 3-5-13〉 C 단지 개선시나리오의 경제성 분석 209
〈표 3-5-14〉 D 단지 개선시나리오의 경제성 분석 209
〈표 3-5-15〉 E 단지 개선시나리오의 경제성 분석 209
〈표 3-5-16〉 F 단지 개선시나리오의 경제성 분석 210
〈표 3-5-17〉 G 단지 개선시나리오의 경제성 분석 210
〈표 3-5-18〉 7개 대표단지의 전력 사용량 데이터 및 2020년 추정치(BAU) 217
〈표 3-5-19〉 초기투자비용 최소화를 위한 최적 투자안 선정 결과 218
〈표 3-5-20〉 NPV 최대화를 위한 최적 투자안 선정 결과 219
〈표 3-5-21〉 SIR 최대화를 위한 최적 투자안 선정 결과 221
〈표 3-5-22〉 '초기투자비용 최소화'시의 상위 5개 투자안 223
〈표 3-5-23〉 'NPV 최대화'시의 상위 5개 투자안 223
〈표 3-5-24〉 'SIR 최대화'시의 상위 5개 투자안 223
〈표 3-6-01〉 에너지원별 주택 보급실적 224
〈표 3-6-02〉 태양광 패널 프로필 227
〈표 3-6-03〉 태양광 인버터 프로필 228
〈표 3-6-04〉 최적화 결과 243
〈표 3-6-05〉 LCC 및 LCCO₂ 분석 결과 244
〈표 3-7-01〉 국내의 건축물 관련 친환경 정책 247
〈표 3-7-02〉 유럽 주요국가의 건물 에너지 성능 개선 관련 인센티브 정책 252
〈표 4-1-01〉 1차년도 연구개발목표 달성도 255
〈표 4-1-02〉 1차년도 연구개발 수행 진도율 255
〈표 4-1-03〉 2차년도 연구개발목표 달성도 256
〈표 4-1-04〉 2차년도 연구개발 수행 진도율 256
〈표 5-2-01〉 참여기업별 관심영역 및 연계방안 263
〈표 6-1-01〉 일본 UR 방문 일정 266
〈표 6-2-01〉 국외의 건물 에너지 성능 개선 관련 인센티브 제도 272
[그림 1-1-01] 건축물 사용과정에서의 CO₂ 배출량 90
[그림 1-1-02] 준공 후 15년 이상 경과 아파트의 누적 분포 91
[그림 1-1-03] 연구개발의 최종목표 92
[그림 1-1-04] 연차별 연구개발 계획 95
[그림 2-2-01] 해외의 친환경 건축물 인증제도 106
[그림 2-2-02] 해외의 건축물 에너지 효율 등급 제도 106
[그림 2-3-01] LH공사의 공동주택 유지관리 프로세스 109
[그림 2-3-02] UR도시기구 본사의 조직구성도 111
[그림 2-3-03] UR도시기구의 임대주택 관리 업무 흐름 112
[그림 2-3-04] UR도시기구의 공동주택 관리 체계 113
[그림 2-3-05] 유지보전 사업 프로세스 114
[그림 2-3-06] 시설개선 사업 프로세스 114
[그림 2-4-01] 콘덴싱 보일러 118
[그림 2-4-02] 고효율 유도전동기 119
[그림 2-4-03] 열병합 발전시스템 119
[그림 2-4-04] 고효율 변압기 120
[그림 2-4-05] 하이브리드 환기시스템 120
[그림 2-4-06] 바닥 취출 공조방식 121
[그림 2-4-07] 폐열 회수 환기시스템 121
[그림 2-4-08] 각방 제어 시스템 122
[그림 2-4-09] 자동 절전 제어장치 122
[그림 2-4-10] 외기 보상제어 123
[그림 2-4-11] LED 조명 123
[그림 2-4-12] 무전극 램프 124
[그림 2-4-13] T-5 형광등 124
[그림 2-4-14] 에어커튼 125
[그림 2-4-15] 절수위생설비 125
[그림 2-4-16] Low-E 복층유리 126
[그림 2-4-17] 고단열 삼중유리 126
[그림 2-4-18] 진공유리 127
[그림 2-4-19] 옥상녹화 127
[그림 2-4-20] 벽면녹화 128
[그림 2-4-21] 빗물이용 시스템 128
[그림 2-4-22] 중수도 시스템 129
[그림 2-4-23] 열반사 단열재 129
[그림 2-4-24] 태양열 급탕 시스템 130
[그림 2-4-25] 지열 히트펌프 시스템 130
[그림 2-4-26] 태양광 발전 시스템 131
[그림 2-4-27] 태양광 채광 시스템 131
[그림 2-4-28] BIPV 시스템 132
[그림 2-4-29] 연료전지 132
[그림 2-4-30] 소형 풍력발전 시스템 133
[그림 2-5-01] 온실가스 배출권 거래제 134
[그림 2-5-02] SWOT 분석을 통한 연구개발 전략 135
[그림 3-2-01] 전력 사용량 기반 의사결정나무 143
[그림 3-2-02] 가스 사용량 기반 의사결정나무 145
[그림 3-2-03] 지역난방 에너지 사용량 기반 의사결정나무 146
[그림 3-2-04] 온톨로지 기반 공동주택 분류체계 150
[그림 3-2-05] DL QUERY를 이용한 검색의 예시 151
[그림 3-2-06] 전력 사용량 전수 153
[그림 3-2-07] 전력 사용량 leaf1 153
[그림 3-2-08] 전력 사용량 leaf2 154
[그림 3-2-09] 전력 사용량 leaf3 154
[그림 3-2-10] 전력 사용량 leaf4 154
[그림 3-2-11] 전력 사용량 leaf5 154
[그림 3-2-12] 전력 사용량 leaf6 154
[그림 3-2-13] 전력 사용량 leaf7 154
[그림 3-2-14] 가스에너지 사용량 전수 155
[그림 3-2-15] 가스에너지 사용량 leaf1 155
[그림 3-2-16] 가스에너지 사용량 leaf2 155
[그림 3-2-17] 가스에너지 사용량 leaf3 155
[그림 3-2-18] 가스에너지 사용량 leaf4 156
[그림 3-2-19] 가스에너지 사용량 leaf5 156
[그림 3-2-20] 가스에너지 사용량 leaf6 156
[그림 3-2-21] 가스에너지 사용량 leaf7 156
[그림 3-2-22] 지역난방 에너지 사용량 전수 157
[그림 3-2-23] 지역난방 에너지 사용량 leaf1 157
[그림 3-2-24] 지역난방 에너지 사용량 leaf2 157
[그림 3-2-25] 지역난방 에너지 사용량 leaf3 157
[그림 3-2-26] 지역난방 에너지 사용량 leaf4 157
[그림 3-2-27] 지역난방 에너지 사용량 leaf5 157
[그림 3-3-01] 사례기반추론의 프로세스 159
[그림 3-3-02] 유전자 알고리즘 프로세스 161
[그림 3-3-03] 추출된 유사 사례들의 면적당 전력 사용량 비교 168
[그림 3-4-01] 개선대상 단지 최적 개선안 의사결정 프로세스 171
[그림 3-4-02] PV 패널 설치 단위면적 계산을 위한 도식 183
[그림 3-5-01] 공동주택 개선사업 투자방향 설정을 위한 의사결정 모델 196
[그림 3-5-02] S 단지 전력 사용량에 대한 CV(RMSE) 199
[그림 3-5-03] B 단지 전력 사용량에 대한 CV(RMSE) 199
[그림 3-5-04] C 단지 전력 사용량에 대한 CV(RMSE) 200
[그림 3-5-05] D 단지 전력 사용량에 대한 CV(RMSE) 200
[그림 3-5-06] E 단지 전력 사용량에 대한 CV(RMSE) 200
[그림 3-5-07] F 단지 전력 사용량에 대한 CV(RMSE) 201
[그림 3-5-08] G 단지 전력 사용량에 대한 CV(RMSE) 201
[그림 3-5-09] 태양광 발전 시스템 도입 전후의 전력 소비량 207
[그림 3-5-10] 의사결정 시스템 GUI 215
[그림 3-5-11] Low-carbon 시나리오 2020 (목적변수: 초기투자비용 최소화) 218
[그림 3-5-12] Low-carbon 시나리오 2020 (목적 변수: NPV 최대화) 220
[그림 3-5-13] Low-carbon 시나리오 2020 (목적변수: SIR 최대화) 221
[그림 3-6-01] 연구 프레임워크 225
[그림 3-6-02] 두 개의 목적함수에 대한 Pareto front 229
[그림 3-6-03] The non-dominated area와 최적해 집합 229
[그림 3-6-04] 3차원 공간에서의 non-dominated optimal solution 230
[그림 3-6-05] 두 극점과 초평면(hyperplane) 231
[그림 3-6-06] 네 종류의 적합도 함수 개념 232
[그림 3-6-07] 모델 프레임워크 236
[그림 3-6-08] 유전자 알고리즘의 염색체 개념 238
[그림 3-6-09] 개발 모델의 그래픽 사용자 인터페이스(GUI) 239
[그림 3-6-10] 발생 가능한 모든 시나리오의 분포 그래프(5,000 시나리오) 241
[그림 3-6-11] 최적 시나리오의 분포 그래프 242
[그림 3-7-01] 주택 성능등급 표시제도의 평가항목 249
[그림 5-3-01] 연구성과 실용화 및 사업화 계획 264
[그림 5-3-02] 연구성과 활용 및 관리 전략 264
[그림 6-1-01] 일본 옥상녹화 시스템의 모듈 269
[그림 6-1-02] SI 시스템의 설비 270
[그림 6-1-03] 도시 주택 기술연구소의 가변형 보호 전선 271