[표지]
제출문
요약문
SUMMARY
Contents
목차
제1장 서론 26
제1절 연구배경 및 필요성 26
제2절 연구목적 및 내용 27
제3절 연구 추진전략 및 체계 28
제2장 에너지 자립마을 개념 및 사례 29
제1절 에너지 자립마을 개념 29
1. 에너지 자립화 개념 29
2. 에너지 자립 접근 방법 30
3. 에너지 자립마을의 개념 33
제2절 에너지 자립마을 사례 36
1. 국내사례 36
2. 국외사례 45
제3장 에너지 절감 요소기술 50
제1절 에너지 절감 기술동향 50
제2절 Passive 요소기술 50
1. 미기후 조절 50
2. 에너지 절약 54
제3절 Active 요소기술 65
1. 설비 시스템 65
2. 신재생에너지 71
제4장 에너지 자립마을 목표성능 수립 기본계획 82
제1절 개요 및 추진과정 82
제2절 단계별 목표성능 수립 및 기본전략 83
1. 국내 주택의 단계별 성능목표 83
2. 주요 국가들의 제로에너지 주택 단계별 목표 84
3. 에너지 자립주택의 2단계 모델 수립 85
제3절 에너지 자립주택의 목표성능 수립 86
제4절 패시브형 주택의 부하저감 시스템 요소기술의 민감도 분석 88
1. 부하저감 요소기술별 민감도 분석 88
2. 부하저감 요소기술의 통합적용에 따른 민감도 분석결과 93
제5절 자연채광을 통한 냉난방 조명에너지의 통합 민감도 분석 93
1. 통합에너지 해석을 위한 기본 해석모델 수립 94
2. 자연채광을 통한 에너지소비량 평가 97
제6절 에너지 자립주택의 유형별 에너지 평가 105
1. 패시브형 주택 105
2. 탄소제로형 주택 110
3. 에너지 자립주택의 유형별 원단위 비교 112
제7절 에너지 자립주택의 초기 투자비용 및 에너지 비용 113
1. 에너지 자립주택의 유형별 초기 투자비용 113
2. 에너지 자립주택의 연간 에너지 유지비용 산정 115
3. 에너지 자립주택의 유형별 연간 운영비용 119
제8절 결론 124
제5장 에너지 자립형 커뮤니티센터 에너지 성능평가 127
제1절 에너지 자립형 커뮤니티센터의 사업목표 및 추진방향 127
1. 사업의 목표 127
2. 사업의 추진방향 127
제2절 국내·외 건물에너지 절약기술 129
1. 국내 건물에너지 절약기술 129
2. 국외 건물에너지 절약기술 134
제3절 에너지 절약계획 139
1. 건축요소별 에너지 절약방안 수립 139
2. 기계설비 요소별 기본 방향 및 에너지 절약방안 수립 141
3. 전기설비 요소별 기본 방향 및 에너지 절약방안 수립 145
제4절 현장조사 및 사례분석 147
1. 기존 주민자치센터의 현장조사 147
2. 주민자치센터의 연면적 사례분석 150
3. 주민자치센터의 에너지 사용량 분석 151
4. 주민자치센터의 에너지 원단위 분석 및 목표설정 153
제5절 에너지성능 평가 154
1. 건물에너지해석 시뮬레이션 소개 154
2. 이론해석을 위한 기상자료 분석 154
3. 대지분석 156
4. 이론해석을 위한 건축모델 개요 158
5. 기준모델 해석 160
제6절 요소별 부하절감 전략 163
1. 건축요소별 부하절감 기술 163
2. 필요 외기량 도입에 따른 배열회수 시스템 적용 166
3. 건물의 조명에너지 저감기술 167
제7절 신재생에너지 시스템 구성 175
1. 신재생에너지 시스템 종류 및 적용사례 175
2. 신재생에너지 적용면적에 따른 에너지 생산량 분석 182
3. 신재생에너지 적용 원단위 평가 185
제8절 요소별 최적저감기술 비교 및 최종 원단위 평가 186
제9절 결론 188
제6장 신재생에너지 시스템 기본 설계 189
제1절 개요 189
제2절 에너지 자립 주택의 신재생에너지 시스템 190
1. 에너지 자립형 건물을 위한 신재생에너지 시스템 적용 190
2. 신재생에너지 시스템 191
3. 태양열/지열 하이브리드 열공급시스템 기술 192
4. 태양열/지열 하이브리드 콤팩트화 196
5. 시제품 제작 197
제3절 단지 차원의 신재생 열에너지 시스템 198
1. 단지 차원의 신재생에너지 공급시스템 국내외 사례 198
2. 태양열 계간축열식 열공급시스템 설계 204
3. 태양열 계간축열조 211
제7장 에너지자립형주택, 커뮤니티센터 및 단지 설계 213
제1절 설계개요 213
제2절 에너지자립형 주택설계 216
제3절 커뮤니티센터 설계 228
제4절 에너지 자립형 커뮤니티 실증단지 기본 설계 231
제8장 종합결론 233
참고문헌 235
서지자료양식(BIBLIOGRAPHIC INFORMATION SHEET) 236
〈표 2-1〉 ZeSH II의 핵심 및 필수 반영 요소기술 37
〈표 2-2〉 살둔 제로에너지하우스 구현을 위한 기본원칙 39
〈표 3-1〉 하이브리드 환기시스템의 종류 및 특징 66
〈표 3-2〉 배열회수장치의 종류 68
〈표 3-3〉 태양열 시스템의 구분 73
〈표 3-4〉 건물일체형태양열(BIST) 시스템의 특징 76
〈표 3-5〉 태양전지 종류에 따른 각종 특성 비교 78
〈표 4-1〉 외벽의 열관류율에 따른 단열재 두께 88
〈표 4-2〉 외벽단열성능에 따른 에너지소비량 및 절감율 88
〈표 4-3〉 지붕의 열관류율에 따른 단열재 두께 89
〈표 4-4〉 지붕단열성능에 따른 에너지소비량 및 절감율 90
〈표 4-5〉 고단열창의 특성 91
〈표 4-6〉 부하저감 요소기술의 통합적용에 따른 민감도 분석결과 93
〈표 4-7〉 건물에너지원단위 확립 95
〈표 4-8〉 건물외피 구성 96
〈표 4-9〉 시뮬레이션모델 보정결과 97
〈표 4-10〉 냉난방에너지 소비량 산정결과 99
〈표 4-11〉 총에너지소비량 평가결과 101
〈표 4-12〉 패시브형 주택 외벽 구성 예 105
〈표 4-13〉 패시브형 주택 지붕 구성 예 105
〈표 4-14〉 패시브형 주택의 기술요소별 요구수준 및 에너지절감 108
〈표 4-15〉 기준주택 대비 패시브형 주택의 절감량 비교 109
〈표 4-16〉 탄소제로형 주택 신재생 설비시스템 적용요소 110
〈표 4-17〉 기준주택 대비 탄소제로형 주택의 절감량 비교 111
〈표 4-18〉 기준주택의 기본건축공사비 및 유형별 초기투자비용 목표 115
〈표 4-19〉 에너지 자립주택 유형별 연간 전기에너지 절감량(냉방 가동) 116
〈표 4-20〉 에너지 자립주택 유형별 연간 도시가스에너지 절감량 비용 목표(냉방 가동) 116
〈표 4-21〉 에너지 자립주택 유형별 연간 에너지 절감량 비용 목표(냉방 가동) 116
〈표 4-22〉 에너지 자립주택 유형별 연간 전기에너지 절감량 비용 목표(냉방 비가동) 118
〈표 4-23〉 에너지 자립주택 유형별 연간 도시가스에너지 절감량 비용 목표(냉방 비가동) 118
〈표 4-24〉 에너지 자립주택 유형별 연간 에너지 절감량 비용 목표(냉방 비가동) 118
〈표 4-25〉 일반 기준주택 1년 총 에너지비용(냉방 가동) 120
〈표 4-26〉 패시브형 주택 1년 총 에너지비용(냉방 가동) 120
〈표 4-27〉 탄소제로형 주택 1년 총 에너지비용(냉방 가동) 121
〈표 4-28〉 일반 기준주택 1년 총 에너지비용(냉방 비가동) 121
〈표 4-29〉 패시브형 주택 1년 총 에너지비용(냉방 비가동) 122
〈표 4-30〉 탄소제로형 주택 1년 총 에너지비용(냉방 비가동) 122
〈표 4-31〉 에너지 자립주택 유형별 부하종류에 따른 에너지 비용 비교 123
〈표 4-32〉 에너지 자립주택의 유형별 부하구성요소 최적화 결과 125
〈표 4-33〉 에너지 자립주택의 유형별 에너지 및 비용 분석 126
〈표 5-1〉 사업추진체계 128
〈표 5-2〉 건축부문 적용기술 132
〈표 5-3〉 전기설비부문 적용기술 132
〈표 5-4〉 기계설비부문 적용기술 133
〈표 5-5〉 주요 에너지절약 설계기술 137
〈표 5-6〉 주요 에너지절약 설계기술 138
〈표 5-7〉 형태 및 외피설계 세부기술 140
〈표 5-8〉 냉·난방 설비의 기본 계획 141
〈표 5-9〉 냉·난방 시스템 비교 142
〈표 5-10〉 환기방식 적용 143
〈표 5-11〉 기계설비 분야의 에너지절감 요소기술 144
〈표 5-12〉 간선 및 동력설비 145
〈표 5-13〉 전기설비 분야의 에너지절감 요소기술 146
〈표 5-14〉 건축개요 147
〈표 5-15〉 주민자치센터의 실운영 148
〈표 5-16〉 주민자치센터의 기기 및 조명 밀도 149
〈표 5-17〉 대전광역시 주민자치센터의 연면적 분류 150
〈표 5-18〉 신설 주민자치센터의 연면적 151
〈표 5-19〉 건축개요 159
〈표 5-20〉 기준모델 부하 및 제실밀도 161
〈표 5-21〉 기준모델 플러그부하 밀도 161
〈표 5-22〉 기준모델 원단위 분석 162
〈표 5-23〉 건축요소별 세부기술 적용에 따른 입력조건 163
〈표 5-24〉 환기적용기술에 따른 입력조건 166
〈표 5-25〉 백색 주택조명기기 광 이용효율 비교 168
〈표 5-26〉 기존 조명 대비 LED 조명제품군의 특성 조사 비교 169
〈표 5-27〉 LED 조명 교체적합성 검토 172
〈표 5-28〉 주택용 조명제품의 종류와 이에 대응하는 LED 조명제품의 효율비교 173
〈표 5-29〉 LED조명 적용에 의한 표본주택의 에너지저감효과 분석 174
〈표 5-30〉 태양열 급탕시스템의 제원 182
〈표 5-31〉 신재생에너지시스템 도입 입력자료 185
〈표 5-32〉 커뮤니티센터의 에너지절감기술에 따른 에너지원단위 절감량 187
〈표 6-1〉 말뫼시의 신재생에너지 공급계획 199
〈표 6-2〉 개별주택 태양열 시스템에 대한 TRNSYS 구성요소 206
〈표 6-3〉 계간축열시 태양열시스템에 대한 TRNSYS 구성요소 206
〈표 6-4〉 전형적인 태양열시스템의 집열기 및 축열조 용량 207
〈표 6-5〉 축열 방식에 따른 축열밀도의 비교 212
〈표 7-1〉 농어촌 주택단지 건축개요 213
〈표 7-2〉 농어촌 주택단지 타입별 설계개요 214
〈표 7-3〉 에너지자립형 단독주택, 타운하우스 및 커뮤니티센터 동별 개요 214
〈표 7-4〉 농어촌 주택단지 세대별 건축개요 215
〈표 7-5〉 유형별 세대수 및 규모 215
〈표 7-6〉 커뮤니티센터 시설개요 228
[그림 2-1] 에너지 자립 프로세스 32
[그림 2-2] 그린 빌리지(Green Village) 조성사업의 개념 33
[그림 2-3] 100% 에너지자립형 제로에너지 커뮤니티의 개념 34
[그림 2-4] ZeSH II의 핵심 적용 기술 36
[그림 2-5] 살둔 제로에너지하우스 외부 전경 38
[그림 2-6] 살둔 제로에너지하우스의 SIP(단열구조패널) 및 벽체단면 39
[그림 2-7] 온도센서 위치 및 2009년 1월 중 실내온도 측정 결과 40
[그림 2-8] 그린 투모로우의 외부 전경 41
[그림 2-9] 그린 투모로우의 적용 시스템 42
[그림 2-10] 용인 ECO-3LITER HOUSE 43
[그림 2-11] 대덕 ECO-3LITER HOUSE 43
[그림 2-12] 전열교환환기시스템 및 지중 덕트 공기도입부 44
[그림 2-13] 3중 창호시스템의 프레임부위 44
[그림 2-14] 태양열을 중심으로 조성된 속초의 그린빌리지 사례 45
[그림 2-15] 태양광을 중심으로 조성된 부여의 그린빌리지 사례 45
[그림 2-16] 턱산 제로에너지 주택 전경 및 평면 46
[그림 2-17] SSSH 에너지 자립형 태양열 주택 전경 47
[그림 2-18] Zero Emission House 전경 48
[그림 2-19] 비스마르크 태양에너지 주거단지 전경 49
[그림 3-1] 건물의 향에 따른 에너지 절약 순서 51
[그림 3-2] 여름과 겨울의 기류변화 52
[그림 3-3] 건물의 장단면비에 따른 에너지 절약 순위 53
[그림 3-4] 건물의 평면형태 변화에 따른 에너지 절약 순위 53
[그림 3-5] 압출법 55
[그림 3-6] 비드법 55
[그림 3-7] 투명 단열재 56
[그림 3-8] 투명 단열재 적용 모습 56
[그림 3-9] 에어로젤 단열재(왼쪽) 타단열재(오른쪽)와의 성능 비교 56
[그림 3-10] 반사형 단열재의 원리 57
[그림 3-11] 진공단열패널(Vacuum Insulation Panel: VIP) 58
[그림 3-12] 진공단열패널의 현장 적용 사례 58
[그림 3-13] 진공단열패널의 현장시공현황 58
[그림 3-14] 슈퍼창호시스템에 적용되는 프레임부위 단면 60
[그림 3-15] 유리종류에 따른 U-value와 g-value 60
[그림 3-16] 일반주택의 요소별 공기누설 비율 61
[그림 3-17] 차양 장치의 효과 62
[그림 3-18] 이중외피 시스템 62
[그림 3-19] 자연환기를 이용한 사례 63
[그림 3-20] 타 시스템과 연계한 자연채광의 전략 64
[그림 3-21] 자연채광을 활용한 건물의 실내 모습 64
[그림 3-22] 하이브리드 환기 방식 65
[그림 3-23] 고정식 전열교환기(왼쪽), 회전식 전열교환기(오른쪽) 67
[그림 3-24] 히트파이프형 열교환기 68
[그림 3-25] 다양한 LED 조명 69
[그림 3-26] 친환경 LED 조명 체험관 69
[그림 3-27] 광센서를 이용한 조명제어 시스템 70
[그림 3-28] 조도센터 및 동체센서의 감지기능에 의한 조명제어 71
[그림 3-29] 지중깊이에 따른 온도 71
[그림 3-30] 지열히트펌프시스템과 일반시스템의 연간 운전비 비교(미국) 72
[그림 3-31] 자연형 및 설비형 태양열 시스템의 차이 74
[그림 3-32] 대표적인 급탕 또는 난방용 설비형 태양열시스템의 유형 75
[그림 3-33] 건물일체형 태양열(BIST)시스템의 설치사례 76
[그림 3-34] 태양전지의 종류 77
[그림 3-35] 혁신적 개념의 각종 BIPV 모듈 80
[그림 3-36] 가스엔진 구동 열병합 발전 81
[그림 3-37] 가스터빈 구동 열병합 발전 81
[그림 4-1] 에너지마을 기본계획 추진과정 82
[그림 4-2] 국내 주거건물 성능목표 로드맵 83
[그림 4-3] 국내외 주거건물의 에너지 절감 로드맵 84
[그림 4-4] 유럽 내 주요 국가들의 제로에너지 주택 단계별 목표 85
[그림 4-5] 에너지 자립마을의 차별화 전략 목표 86
[그림 4-6] 에너지 자립주택에 대한 2단계 목표 수립 87
[그림 4-7] 외벽단열성능에 따른 에너지 절감율 89
[그림 4-8] 지붕단열성능에 따른 에너지 절감율 90
[그림 4-9] 창의 단열성능에 따른 에너지 증감율 91
[그림 4-10] 기밀화에 따른 에너지 절감율 92
[그림 4-11] ESP-r 시뮬레이션 해석모델 96
[그림 4-12] 창호종류 및 방위별 냉난방에너지소비량 98
[그림 4-13] 창면적비에 따른 총에너지소비량 평가결과 101
[그림 4-14] 조명제어에 의한 조명에너지소비량 평가결과 103
[그림 4-15] 조명제어에 의한 총에너지소비량 평가결과 104
[그림 4-16] 패시브형 주택의 창호 구성 106
[그림 4-17] 일반 기준주택과 패시브형 주택의 실내 부하량 비교 107
[그림 4-18] 패시브형 주택의 기술요소별 요구수준 및 에너지절감 기여도 108
[그림 4-19] 기준주택 대비 패시브형 주택의 원단위 및 에너지 절감율 109
[그림 4-20] 탄소제로형 주택의 기술요소별 에너지절감 기여도 111
[그림 4-21] 일반 기준주택 대비 탄소제로형 주택의 최종 원단위 비교 112
[그림 4-22] 에너지 자립주택 유형별 절감량과 최종 원단위 비교 113
[그림 4-23] 에너지자립마을 에너지 자립주택의 유형별 초기 투자비용 목표 114
[그림 4-24] 에너지 자립주택 유형별 연간 에너지절감 비용(냉방 가동) 117
[그림 4-25] 에너지 자립주택 유형별 연간 에너지 절감비용(냉방 비가동) 119
[그림 4-26] 에너지 자립주택 유형별 부하종류에 따른 에너지 비용 비교 123
[그림 5-1] 제로에너지 솔라하우스 129
[그림 5-2] 초에너지절약형 건물 130
[그림 5-3] 그린빌딩 연구동 131
[그림 5-4] 대우건설기술연구소 및 3D 단면도 132
[그림 5-5] 3리터 하우스 및 적용기술 개요 133
[그림 5-6] Hellersdorf의 재건축 아파트 134
[그림 5-7] Weinmeisterhornweg의 태양열 주택 135
[그림 5-8] 태양열 주거단지 135
[그림 5-9] 린더스의 저에너지 주택 전경 136
[그림 5-10] Marunouch Building 137
[그림 5-11] NEC Tamagawa Renaissance City 138
[그림 5-12] 액티브 솔라(active solar) 주택 139
[그림 5-13] 환기설비 구성도 143
[그림 5-14] 주민자치센터 실배치 148
[그림 5-15] 주민자치센터의 냉난방시스템 150
[그림 5-16] 2008년 주민자치센터 도시가스 사용량 152
[그림 5-17] 2008년 주민자치센터 전기 사용량 152
[그림 5-18] 2008년 주민자치센터 월별에너지 사용량 153
[그림 5-19] 일사량자원분석 155
[그림 5-20] 월별 시간별 일사량 분포 155
[그림 5-21] 그린커뮤니티의 사업대상지 156
[그림 5-22] 그린커뮤니티 조감도 157
[그림 5-23] 그린커뮤니티 항공사진 157
[그림 5-24] 커뮤니티센터의 확대배치도 158
[그림 5-25] 커뮤니티센터의 3차원 모델링 159
[그림 5-26] Visual DOE 4.0 160
[그림 5-27] 기준모델 요소별 에너지사용량 162
[그림 5-28] 고단열 기술 164
[그림 5-29] 침기 저감기술 164
[그림 5-30] 고효율 창호기술 164
[그림 5-31] 외피설계에 따른 에너지 절감량 165
[그림 5-32] 외피설계에 따른 에너지 절감량 165
[그림 5-33] 환기기술 적용에 따른 에너지 절감량 167
[그림 5-34] 건물의 조명에너지 사용 비율(미국 DOE) 168
[그림 5-35] 국내 태양열 시스템 설치사례 176
[그림 5-36] 국외 태양열 시스템 설치사례 177
[그림 5-37] 태양광 발전 원리도 178
[그림 5-38] 태양광 발전 시스템 구성도 178
[그림 5-39] 국내 태양광 시스템 설치사례 179
[그림 5-40] 국외 태양광 시스템 설치사례 180
[그림 5-41] 지열이용 Heat Pump 시스템의 종류 181
[그림 5-42] 국내·외 지열에너지시스템 설치사례 182
[그림 5-43] 태양열 급탕시스템 적정 면적산정 183
[그림 5-44] 결정계 태양광시스템의 전기생산량 184
[그림 5-45] 방위에 따른 박막형 태양광 시스템 발전량 184
[그림 5-46] 신재생에너지를 통한 원단위 절감량 186
[그림 5-47] 요소별기술 통합 절감량 187
[그림 6-1] 건물 부하저감기술과 신재생에너지 기술 관계 190
[그림 6-2] 태양열/지열히트펌프 하이브리드 시스템 192
[그림 6-3] 히트펌프 열원용 태양열 예열 버퍼탱크가있는 태양열/지열 하이브리드 시스템 개념도 193
[그림 6-4] 에너지 자립형 주택에 적용된 태양열/지열 하이브리드 시스템 194
[그림 6-5] 탄소제로 빌딩 "국립환경과학원" 195
[그림 6-6] 탄소제로 빌딩의 태양열/지열 하이브리드 시스템 개요도 195
[그림 6-7] 태양열/지열 하이브리드 패키지화 축열조 개념도 196
[그림 6-8] 태양열/지열 하이브리드 시스템 축열조 패키지화 제품 197
[그림 6-9] 패키지화 축열시스템 197
[그림 6-10] 국내 지역난방에의 태양열 적용사례 사진 198
[그림 6-11] 지역난방시스템의 태양열 적용사례 개념도 198
[그림 6-12] 말뫼시 신재생에너지 시스템 개념도 200
[그림 6-13] 캐나다 DLSC프로젝트에서의 시스템 구성도 201
[그림 6-14] Drake 주거단지의 태양열 계간축열식 난방열공급 시스템의 구성도 201
[그림 6-15] 계간축열을 위한 보어홀 구조의 중축열 202
[그림 6-16] 에너지 센터의 구성 및 열저장 개념도 202
[그림 6-17] 각 주택에 설치된 태양열 온수급탕기 203
[그림 6-18] Drake 태양열 계간축열식 난방열공급시스템 모니터링 화면 203
[그림 6-19] 태양열 계간축열식 열공급 시스템의 구성 204
[그림 6-20] 계간축열 및 계간열공급 운전상태 209
[그림 6-21] 주택 축열조와 계간 축열조내 평균온도의 년중 변화 209
[그림 6-22] 집열기 설치 경사각에 따른 태양열 부하 분담율 209
[그림 6-23] 계간축열조 형식 212
[그림 7-1] 전체 단지 조감도 213
[그림 7-2] A타입 투시도 216
[그림 7-3] A타입 평면도 216
[그림 7-4] A타입 지붕평면도 217
[그림 7-5] A타입 정면 및 좌측면도 217
[그림 7-6] A타입 배면 및 우측면도 218
[그림 7-7] A타입 종단면도 218
[그림 7-8] A타입 횡단면도 219
[그림 7-9] B타입 투시도 219
[그림 7-10] B타입 평면도 220
[그림 7-11] B타입 지붕평면도 220
[그림 7-12] B타입 정면 및 좌측면도 221
[그림 7-13] B타입 배면 및 우측면도 221
[그림 7-14] B타입 종단면도 222
[그림 7-15] B타입 횡단면도 222
[그림 7-16] 타운하우스 투시도 223
[그림 7-17] 1층 일반평면도 223
[그림 7-18] 2층 및 지붕평면도 224
[그림 7-19] 정면 및 우측면도 224
[그림 7-20] 1층 평면도 225
[그림 7-21] 2층 평면도 225
[그림 7-22] 지붕평면도 226
[그림 7-23] 정면도 226
[그림 7-24] 우측면도 227
[그림 7-25] 종단면도 227
[그림 7-26] 커뮤니티센터 투시도 228
[그림 7-27] 배치도, 1, 2층 평면도 229
[그림 7-28] 입면 및 종 횡단면도 230
[그림 7-29] 에너지 자립형 커뮤니티 실증단지 전체 조감도 231
[그림 7-30] 실증단지의 주택 유형별 배치도 232
[그림 7-31] 실증단지 전체 배치도 232