회귀분석 모델을 활용한 건축물 외피 설계안의 에너지 성능 평가 및 최적화 방안

Abstract

본 연구는 건물 에너지 성능 향상을 위한 외피 성능 요구에 대응하고자 외피 설계 관련 변수의 복합적 고려 방법을 제안하고, 간단한 절차를 통해 계획 중인 외피 설계안의 에너지 성능을 판단할 수 있는 간이 평가 기능 및 최적화 프로세스를 제안하고자 하였다.

모든 외피 설계 변수는 건물 에너지 저감에 대하여 효과/역효과가 있으며, 건물이 위치한 지역의 기후 특성은 외피 설계 변수와 작용하여 건물의 냉방·난방·조명에너지에 영향을 미친다. 또한 건물 에너지 성능에는 다양한 외피 설계 변수가 복합적으로 작용하며, 외피 설계 변수 뿐만 아니라 건물과 관련된 다양한 변수들이 건물 에너지 성능과 상관관계를 갖는다. 따라서 본 연구는 세부적인 기후 특성을 고려하고, 외피 설계 변수가 건물 에너지 효율화에 미치는 특성을 반영하여 건물 에너지 성능 향상을 위한 외피 설계를 수행할 수 있도록 지원하고자 하였다.

본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.

(1) 외피 설계와 관련된 현황 분석을 토대로 외피 성능 평가 및 최적화 프로세스를 제안하였다. 이는 간단한 절차를 통해 외피 설계안의 에너지 성능을 판단할 수 있는 간이 평가 방법의 성격을 지니고 있으며, 동시에 건물의 에너지 효율을 높일 수 있는 외피 설계 최적화 방법을 지원한다.

(2) 프로세스 구축을 위해 건물 에너지 시뮬레이션 평가를 수행하였고, 지역별로 건물 에너지 성능과 외피 설계 변수 간 다중회귀분석을 실시하여 건물 에너지 성능 예측방정식을 도출하였다. 그 결과 15개의 건물 에너지 성능 관련 예측방정식을 도출하였으며, 45개의 건물 에너지 성능에 대한 차양 효과를 포함하는 예측방정식을 도출하였다.

(3) 프로세스는 외피 성능 평가 프로세스와 외피 설계 변수 최적화 프로세스로 나누어 설계하였으며, 앞서 도출된 회귀방정식을 각각 건물 에너지 성능 예측모델과 차양 설치 계획모델에 적용하여 프로세스를 구축하였다.

(4) 지역별로 외피 설계안을 설정하여 프로세스를 통해 외피 성능을 평가하고 최적화 설계안을 도출하였다. 이는 건물 에너지 시뮬레이션에서도 동일하게 진행되었으며, 두 결과에 대한 비교를 통해 프로세스를 검증하였다. 평가 결과 본 연구를 통해 설계된 프로세스는 외피 성능에 대한 간이 평가 수단 및 최적화 설계 지원 툴로서 활용 가능할 것으로 판단된다.

본 연구에서 도출된 외피 성능 평가 및 최적화 프로세스의 경우 업무용 건축물에 한정되어 계획되었으므로 프로세스 설계에 사용된 연구 방법을 토대로 다른 건물 용도에 대한 추가 작업이 진행된다면 향후 모든 건축물 용도에 대해 활용 가능할 것으로 판단된다.