그린빌딩_건물소개

적용된 환경 친화적 기술

건축 부문 기술요소

적용부문	기술 내용
건축 부문	1. Double skin의 채용
	2. Louver에 의한 일사 차폐
	3. Double core의 채용
	4. 창면적의 감소
	5. 건물방위의 최적화
	6. 지중공간의 활용
	7. 층수 감소(저층화)
	8. 층고 감소
	9. 출입구에 방풍벽 설치
	10. 방풍실의 설치
	11. 계단실, 화장실의 자연채광창 적용
	12. 건물 외벽의 색채 계획
	13. 옥상면의 일사 차폐
	14. 자연환기가 가능한 조치
	15. 건물 주변의 녹화 식재
	16. 단열 창호 사용( 단열 셔터)
	17. 창문틀의 기밀성, 단열성 향상(system 창호)
	18. 특수복층유리 사용
	19. 외벽 단열 강화
	20. 지중 단열 시공
	21. earth berming 적용

Double Skin의 채용

- Double Skin은 건물의 남측전면에 설치된 온실형의 공간으로 폭 5.4m, 길이 36m, 높이 19.5m의 철골구조와 8mm 컬러유리로, 이중 외피구조를 통한 태양열의 자연형 이용으로 건물의 에너지를 절약한다.

<그림 1> Double Skin의 내부 모습

- Double Skin 내부에 1층부터 지상 4층의 매층 바닥높이에 설치되어있는 센서의 온도를 시간대별 월평균값을 측정하였다. 겨울철에는 상부의 온도가 35℃∼43℃까지 상승하여 이 공기를 실내 난방열로 이용한다. 여름철에는 자연대류에 의한 통풍효과로 Double Skin 내부 온도 상승을 방지한다.

<그림 2> Double Skin 내부 온도 변화

- Double Skin의 에너지 절감열량은 Double Skin 토출입구온도와 Double skin을 통과한 후의 공기 열량차이와 Double Skin에 공급된 풍량을 곱하여 산출하는데 절감량 산출식은 다음과 같다.

: Double skin에 의하여 절감된 열량(kcal)

: Double skin 토출 Enthalpy ()

: Double skin 통과후 공기 Enthalpy ()

: Double skin을 이용한 외기 공급량 (㎥/Hr)

난방기간 에너지절감량은 23,900 Mcal이며 이것은 본 건물 난방에너지를 21% 감소시키는 효과가 있다.

Louver에 의한 일사 차폐

남측면 각층 창의 상단부에는 직달일사열의 실내유입을 억제시키기 위한 Louver를 설치하였다. Louver는 냉방기간 중의 일사유입을 최대한 억제하고 난방기간 중에는 반대로 일사유입이 지장받지 않도록 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 폭을 결정하였다.

Double core의 채용

- 여름철 외피에 의한 열취득이 가장 큰 동서측벽에 비공조공간인 계단실 창고 등을 설치, 열적완충효과를 두어 여름철 일사에 의한 영향을 감소시켜 건물 냉방에너지를 절감하였다.

<그림 3> 3층 평면도

- Core 배치와 부하율 비교

<그림 4> Core 배치

- 절감효과 : 중심 core형 빌딩에 비하여 연평균 74% 부하율로 본연구관리동의 공조부하가 206,400 Mcal/yr 임으로 중심 Core의 경우 206,400 Mcal/yr ÷ 0.74 = 278,919 Mcal/yr가 된다.

창면적의 감소

창문의 개구면적비는 방위별로 아래 표와 같이 북동서측의 창은 쾌적한 조망을 유지하는 범위내에서 최적화하여 건물의 외피부하를 감소시켰다.

<표 1> 방위별 창문의 개구면적비

방위	외벽면적(㎡)	창면적(㎡)	개구율(%)
N	776.1	85.7	11
E	353.2	27	7.6
S	628.5	201.1	32
W	353.2	19.1	5.4

건물방위의 최적화

건물의 방위는 에너지 소비특성상 가장 유리한 정남향을 향하도록 배치하여 냉방 및 난방 에너지 소모가 최소가 되게 하였다.

단열 창호 사용(단열 Shutter)

건물의 창과 외벽은 열적으로 가장 취약한 부위이며, 실내의 열환경과 에너지 소비에 많은 영향을 미치는 요소이다. 이 건물에는 동서측 Core 부 이외의 남측과 북측면 모든 창에 알루미늄 Slat재에 우레탄이 충전되어 있는 단열셔터를 설치하고 야간에 창을 통해 일어나는 실내의 열손실을 억제함으로써 건물의 예냉 및 예열부하를 줄였다. 또 창의 기밀성과 차음 및 열적인 성능제고를 위해 PVC Frame의 시스템 창호를 선정하였고 24mm의 특수 복층 유리를 사용하였다.

특수복층유리 사용

건물의 실내열환경과 에너지 소비에 많은 영향을 미치고 창의 기밀성과 차음 및 열적인 성능제고를 위해 PVC Frame의 시스템 창호를 선정하고 모든 창에 24mm의 특수 복층유리를 사용하여 건물의 외피부하를 최소화하였다.

Earth Berming 적용

- Earth berming 이란 토양에 의한 축열 및 단열효과를 이용하는 에너지 절약 방법으로 연구관리동의 북측 후면부에 1층 창밑 30cm까지 복토를 하였다.

<그림 5> Earth berming 개념도

- Earth berming(건물복토)의 효과

· Time-lag(열류지연) 효과 : 지중온도와 지상온도는 최고, 최저를 나타내는 시기가 서로 다른데, 예를 들어 지상 온도는 1월에 최저로 되는데 비해 지중온도는 5월에 최저로 된다. 이와 같은 현상은 지상온도가 자중으로 전달되는 열류전파속도가 지연됨에 따른 것으로 주원인은 토양의 축열, 단열효과에 기인한다. 이에 따라 냉방기에는 저온, 난방기에는 고온을 나타내는 특성에 의해 에너지 절약에 기여한다.

<그림 6> 외기온 및 지중온도 변화 비교

· 축열효과 : 흙은 열용량이 크므로 열을 주위로 쉽게 방산하지도 않고, 소규모의 열로 온도가 빨리 상승되지도 않으므로 온도변화 폭이 상당히 안정되어 있다. 따라서 이와 같은 토양의 축열 특성에 의해 복토된 지중공간은 비공조시라도 실내온도 변화폭이 커지지 않는다.

· 단열효과 : 흙은 열전도율 자체만을 고려할 때 단열재로 보기는 어렵다. 즉, 1인치의 스치로폼과 같은 단열효과를 나타내기 위해서는 4피트의 흙두께가 필요한 것이다. 그러나 흙위에 나무, 잔디 등의 식재가 있을 경우는 잔디의 단열 효과와 흙의 축열효과로 인해 외기온에 비해, 지중온도가 더 높아지게 되며, 특히 다설지역의 경우는 외기온에 비해 5℃ 이상 높아진다.

· 방풍효과 : 복토로 인해 겨울철의 차가운 바람이 건물에 직접 닿지 않게 되어 바람에 의한 열손실 방지 효과 도모가 있다.

전기설비 부문 기술요소

적용부문	기술 내용
전기설비 부문	1. TAL 방식의 적용
	2. Card key형 switch의 적용
	3. 창측 조명기구의 제어(주광이용)
	4. 화장실, 계단실의 주광이용
	5. 휴식시간의 강제소등 제어
	6. 건축의 내장 마감색 배려
	7. 유도등 점등 제어
	8. 조명 패턴 제어
	9. 화장실의 개실 제어
	10. 고반사 저희도 반사갓 적용
	11. 에너지 절약형 안정기의 사용
	12. 저소비 전력형 형광등의 사용
	13. 정전시 제어
	14. 역률 개선
	15. 저손실형 변압기 사용
	16. 변압기 대수 제어

TAL(Task/Ambient Lighting) 조명 방식의 적용

- 일반 건물의 전체 조명은 500Lux 이상을 기준으로 설계되어있다. 이를 TAL 방식(전체조명 250Lux, 국부조명 500Lux)을 적용하여 작업면의 조도를 적정치로 유지하면서 조명에너지를 절감한다.

- 등기구 설치 시 절감량 비교

구분	개선전 (일반조명)	개선후 (TAL 방식 적용)
기준유효면적(㎡)	956	956
조도(Lx)	500	직접	248	간접	500
형광등 소요수(EA)	32W 476EA	32W 200EA		27W 65EA

- 사용절감량 비교

· 개선전

0.032 kw × 476등 × 13시간/일 × 270 일/년

= 53,464 kwh/년

· 개선후

(0.032 kw × 200등 × 13시간/일 × 270 일/년) + ( 0.027 kw × 65등 × 8시간/일 × 270 일/년)

= 26,255 kwh/년

· 절감량

27,209 kwh/년

· 절감액

27,209 kwh/년 × 107.1 원(연구소 평균전력비) = 2,914,084 원

Card key형 switch의 적용

- 불규칙적으로 사용하는 장소는 사용후 불필요하게 지속적으로 점등되는 것을 방지하기 위하여 Card key형 switch 적용

- 대회의실, 중회의실, 귀빈실 등 회의실에 적용

- 회의 주최자가 회의실 관리자에게 Tablet을 받아서 스위치 박스에 넣음으로서 회의 시작과 동시에 점등이 되며, 회의 종료 후 관리자에게 반납시 소등이 이루어져 회의후 지속적으로 점등되는 것을 방지한다.

창측 조명기구의 제어(주광이용)

- 창측에 주광센서를 설치하며, 이를 통하여 주광의 입사량을 측정하여 창측 주변 지역의 조명을 제어함으로서 조명에너지 소비를 절감한다.

화장실, 계단실의 주광이용

- 화장실 및 계단실은 공통 활동구역으로서 스위치 조작이 소홀하기 쉽다. 이를 주광 센서에 의하여 적정조도시 강제 소등한다.

타임 스케줄에 의한 제어

- 1일 스케줄 제어 : 일과 스케줄에 의하여 불필요한 구역의 조명등을 강제 소등한다.

: 청소 모드 (청소시간에 최소 조명만 점등-6:00∼7:00)

: 오전근무시간 모드(근무에 필요한 조명 점등-8:00∼12:00)

: 중식 모드(중식시간에는 통로등만 점등-12:00∼13:00)

: 오후 근무시간 모드 (근무에 필요한 조명 점등-13:00∼19:00)

: 잔업 예약 모드(예약된 곳만 점등)

- 주간 스케줄 제어 : 평일, 주말, 휴일 등 근무조건에 따른 시간대별로 각기 다른 스케줄에 의해 조명의 점등 및 소등을 자동적으로 제어

유도등 점등 제어

- 평상시에는 소등상태를 유지하고 비상시 점등되어지는 3선 유도 점등방식 채택

화장실의 개실 제어

- 화장실의 부스에 limit switch를 설치하여 부스의 다운 라이트를 물리적으로 제어한다.

기계설비 부문 기술요소

적용부문	기술 내용
기계설비 부문	1. 태양열의 냉난방 이용
	2. 태양열의 급탕 이용
	3. 태양열의 복사난방 이용
	4. 에너지 절약 조명방식에 의한 부하절감
	5. 지중 덕트를 이용한 지중 열교환(cool tube)
	6. 외기 흡입구 위치의 최적화
	7. 외기 냉방 제어
	8. 예냉, 예열 시 외기량 제어
	9. double skin 내 통풍 제어
	10. 최소 외기량 제어
	11. low leakage damper 사용
	12. VAV 방식 적용
	13. 대온도차 방식의 채용
	14. 배관계의 저항 감소
	15. VVVF 전동방식의 적용(AHU, ELEV, PUMP)
	16. 덕트계 누기 대책(leakage 방지)
	17. 탕비실 등 자연환기의 최대이용
	18. 국소 환기
	19. 펌프 댓수 제어
	20. 상시부하에 의한 열원용량 선정
	21. 축열 시스템 이용
	22. 냉동기 냉수 온도 상승
	23. 온도 성층형 축열조의 사용
	24. 냉각탑 fan 운전 제어
	25. 고효율 열원기기의 사용
	26. 통풍기화식 가습방식 적용
	27. 열원장비의 최적운전 제어
	28. 최적기동 제어
	29. 축열조 단열 강화
	30. 배관계의 단열 강화
	31. 자동판매기의 스케줄 제어
	32. 절수기구의 사용
	33. 대변기의 급수압 저감(low tank)
	34. 배수의 자연 방류

태양열의 이용

- 연구소의 연구관리동 옥상에 평판형 태양열 집열기를 35개 모듈로 437㎡를 40도 각도로 설치하여 태양열을 이용하여 온수를 생산함으로써 건물의 냉난방에 직접 이용하고 있다.

<그림 7> 태양열 집열기 집열시스템

- 태양집열량 계산식(Kcal) = (급수온도 - 환수온도) × 유량

<표 2> 월별 태양열 집열량과 공조 부하량

	태양열집열량 (Mcal/month)	공조부하량 (Mcal/month)	비 고
1월	17500	24000	* 11,12,1,2,3월 난방기의 태양집열량 : 70,940 Mcal * 11,12,1,2,3월 난방기의 공조부하량 : 105,100 Mcal * 7,8,9월 냉방기의 태양집열량 : 28,450 Mcal * 7,8,9월 냉방기의 공조부하량 : 92,200 Mcal
2월	18800	21600
3월	13900	20300
4월	24190	6400
5월	8880	800
6월	10900	1900
7월	6050	32800
8월	8000	50500
9월	14400	8900
10월	17240	0
11월	13780	13100
12월	6960	26100
합계	160600	206400

- 태양열 냉난방 시스템의 연가 태양열 집열량은 160,600 Mcal/yr로 겨울 공조부하량의 약 70%를 담당하고, 여름 공조부하량의 약15~20%를 담당한다.

지중 덕트를 이용한 지중 열교환(cool tube)

- Cool Tube는 지중에 매설한 파이프를 통해 예열 또는 예냉된 외기를 도입함으로써 외기부하를 줄인다. 지하 4m에서 10m사이에 400 PE관 53m × 9본, 900 강관 55m × 3본을 매설하였다.

<그림 8> 지중 Cool Tube 조감도

<그림 9> 월별 Cool Tube 온도와 외기온도 변화

- Cool Tube의 에너지 절감량은 외기와 Cool Tube를 통과한 공기의 열량차이와 실내에 공급된 풍량을 곱하여 산출한다.

<표 3> Cool Tube 에너지 절감량

월	Cool Tube 절감량 (Mcal/month)	냉난방기간 Cool Tube 절감량 (Mcal/period)	Cool Tube 에너지절감량 합계
1월	3300	* 난방 및 기타기간 에너지 절감량 = 21000	* Cool Tube 에너지 절감량 합계 = 32600 * Cool Tube 절감열량 ÷ 공조부하량 = 32600 Mcal ÷ 206500 Mcal = 15.7%
2월	2200
3월	1700
4월	900
5월	800
6월	500	* 냉방기간 에너지 절감량 = 11600
7월	1200
8월	5000
9월	4900
10월	5700	13100
11월	4000
12월	3400
합계	32600

VAV 방식 적용

- 각 공조기의 Local 분지 덕트에 총 45개의 VAV box를 설치하여 공조기의 에너지 절약에 기여한다.

<그림 10> 공조기 소비 전력 비교(정풍량/변풍량)

- 변풍량 방식이 정풍량 방식에 비하여 연평균 36% 부하율로 연구관리동의 공조부하가 206,400 Mcal/yr 이므로 정풍량방식의 경우 206,400 Mcal/yr ÷ 0.36 = 573,333 Mcal/yr가 된다.

온도 성층형 축열조의 사용

-축열조는 국내 최초로 시도된 수직온도성층형으로 가로 세로비가 약 1:6인 18m 높이의 원통형이며, 온수조가 145톤 냉수조가 55톤의 저장규모를 갖도록 하였다. 수직온도 성층권 축열조의 적용으로 축열조내 상하부간 약 10도 차이의 온도성층을 유도하여 축열효율을 높였다.

<그림 11> 온수 축열조 단면도

<그림 12> 온수축열조 내 수직성층온도 분포