설계 · 시공단계의 에너지 시뮬레이션

건축물의 에너지 시뮬레이션은 건물의 기계, 전기설비 시스템을 통해 소비되는 에너지량을 계산하고, 더 나아가 에너지비용을 추정할 수 있는데, 건물 구조체의 특성 등 다양한 변수를 고려해 컴퓨터를 활용하는 것이 일반적이다. 이미 유럽과 미국에서는 건축물의 에너지 절약에 대한 효율적인 관리를 위해 건물의 에너지성능을 분석·평가하고 있다. 유럽연합(EU)은 ‘건축물 에너지성능평가지침’ 을 통해 모든 건축물에 에너지성능인증을 의무화했다. 특히 미국은 냉난방공조학회(ASHRAE)에서 지정한 에너지 시뮬레이션 지침에 따라 건축설계단계 및 시공단계에 적용하고 있으며, LEED 인증시스템(USGBC) 등을 통해 시뮬레이션 기법을 적극 활용하고 있다.

운용단계 이산화탄소 발생량 산출

에너지 시뮬레이션은 정상 상태에 근거한 평가모델과 비정상 상태를 가정한 시간별 상세 해석 도구로 구분된다. 일반적으로 건물의 종합적 정밀 해석모델은 건물의 물리적 데이터를 기준으로 건물의 형상과 구조, 구성 재료와 재실 패턴, 내부 발열 조건 및 각종 설비시스템과 이들의 제어 방식 등을 구체적으로 조건화하여 접근한다. 갈수록 건축물의 부속 시스템이 복잡해지고 상호 유기적인 연관관계를 가지는 특성이 강해지고 있다. 또한, 자연에너지 활용시스템의 적용이 일반화 되어 과거 단순화된 기법에서 벗어나 건축설계의 초기단계부터 각종 대안설계에 의한 종합적인 성능 평가의 필요성이 커지고 있다.

‘설계와 시공에 의한 준공’이 의미하는 것

‘건축물의 사용을 승인한다’는 의미의 ‘준공’은 건축물이 모두 완성되고 그 기능의 작동에 이상이 없으며 품질이 양호한 상태의 여부 등에 따라 합격 여부를 판정한다. 이때 설계도서에 기술된 바에 따라 요구되는 품질의 확보 여부가 관건이다.
준공 설계도서의 기준은 단지 인가를 위한 준공의 의미를 넘어선다. 건축물의 사용상 문제가 발생하지 않는 완벽한 준공은 향후 에너지 소비량과 밀접한 상관관계를 갖기 때문이다. 준공에 필요한 설계도서는 모든 협력회사에 의해 완성된 공사내용과 상호 일치해야 하므로 공사가 완료된 상태와 동일한 상태의 설계도서가 돼야 하며 이는 설계자인 건축사의 준공 설계도서에 대한 보관의무를 포함한다.

건축물의 운용 및 유지관리

준공에 의한 건축물의 운용에 자동 수반되는 것은 에너지 소비량이다. 운용단계에서 건축물의 수명연한 동안 사용되는 유류, 전력, 도시가스 등 총에너지 사용량은 국가 제공의 에너지 효율인증제도를 통해 예측이 가능하다.
사업계획승인 이전에 설계단계에서 진행되는 에너지절약계획서는 인증제도에 의거해 에너지 성능지표와 에너지절약 설계기준의 의무사항에 따라 그 배점을 사전에 판정한다. 에너지성능지표(Energy Performance Index : EPI)란, 에너지 총량규제를 위해 도입된 방안으로 에너지절약을 위해 건축물의 에너지 성능을 일정 수준으로 규제하는 방법이다.
에너지성능지표는 건축물의 종합적인 에너지 성능을 설계단계에서 규정함으로써 설계자의 선택에 따라 궁극적으로 건축물 전체의 에너지 성능을 확보하면서 융통성 있는 설계를 가능하게 하는 수단이 된다.
건축물의 운용단계에서 발생하는 이산화탄소 배출량은 에너지 다소비형 건축물의 설계단계에서 의견반영이 가능하며 에너지절약계획서에 의한 에너지 성능지표(EPI)를 적용해 산정하는 것이 효율적인 방법이다. 이를 위한 운용단계의 환경부하 평가는 △건물의 외피성능 △기계설비 시스템의 효율 △전기설비 시스템의 효율에 대해 각 부위별 평균 열관류율 △기밀성 창호면적 △보일러의 고위 및 저위 발열량 △변압방식 방식 등을 중심으로 평가한다.
이때 이산화탄소 배출량 산출을 위한 원단위는 건물 운용단계의 이산화탄소 배출 원단위를 기준으로 하고 총 이산화탄소 배출량과 절감 목표량을 대비해 이산화탄소 저감비율을 산출한다.

운용단계 에너지성능지표
(Energy Performance Index : EPI) 적용 주요항목

• 건축부문

주요부위	에너지 성능지표 항목 및 재료구성 요소
외벽	외벽 보호판 두께 및 각 부위별 평균 열관류율 Ue (w/㎡ · k)
지붕	지붕 보호판 두께 및 각 부위별 평균 열관류율 Ur (w/㎡ · k)
바닥	최하층 보호판 두께 및 각 부위별 평균 열관류율 Uf (w/㎡ · k)
창호	창호별 기밀성 창호, 통기량, 차폐계수, 열관류율 ㎥ /h㎡

• • 기계설비 부문

  에너지 성능지표 항목

  난방 기기 효율

  냉온수 순환, 급수 및 급탕펌프 효율

  급탕 보일러 (고효율)

  급수용 펌프, 환기시설 (전체동력)

• • 전기설비 부문

  에너지 성능지표 항목

  고효율 유도 전동기 비율

  수전 전압

  고휘도 방전램프 (옥외등)

  승강기 구동 및 제어 방식

건축물의 유지 및 관리단계는 건축물의 생애주기 동안의 건축자재의 열화, 파손, 훼손에 대한 수선 및 교체에 따른 물량 증가량으로 환경부하량을 평가할 수 있다. 예를 들어, 주요 보수공사에 일반적으로 사용되는 모르타르 및 페인트 제품에 대한 수선주기 및 수선율은 ‘공동주택 건축물 장기수선 계획 및 수선율’을 근거로 평가가 가능하다. 부위별 자재 사용량은 모르타르 및 페인트 사용비율의 조사 자료에 의거해 실제 산출된 물량을 기준으로 건축물 생애주기 동안의 유지 및 관리단계를 평가할 수 있다.