1. 조사 개요 및 목적
1970년대에 건립된 건축물은 단열 기준이 미비하여 에너지 소비가 과다한 특성을 가진다. 특히 창호는 외피 중 열손실과 일사 유입에 가장 큰 영향을 미치는 요소로, 에너지 성능 개선의 핵심 대상이다.
서울 서소문청사 1동은 1975년에 준공된 업무시설로, 약 50년 이상 경과된 노후 건축물이다. 본 성능 분석에서는 해당 건축물의 창호 성능(열관류율 및 SHGC)이 에너지 요구량에 미치는 영향을 분석하고, 최적의 창호 개선안을 도출하는 것을 목적으로 한다.
연구 방법으로는 현장조사 및 실측, ECO2 기반 시뮬레이션 분석을 수행하였으며, 방위별 최적 설계안을 도출하였다.
주요 분석 지표
• 열관류율(U-Value) : 건축 자재의 단열 성능을 나타내며, 낮을수록 우수함
• 일사열취득계수(SHGC) : 태양 에너지 유입 비율로 냉방 부하에 직접적인 영향을 미침
• 에너지요구량 : 냉난방에 필요한 에너지량을 정량적으로 평가함
분석 도구 : ECO2
국내 공식 건물에너지성능 평가 프로그램을 활용하여 월별 기상 데이터를 바탕으로 정밀 시뮬레이션을 수행함
2. 건축물 개요
1975년 준공된 서소문청사 1동은 서울의 중심부인 덕수궁길에 위치한 업무시설이다. 지하 2층, 지상 15층 규모로 연면적 약 21,218㎡ 규모의 건축물이다
• 준공 : 1975년 (50년 경과)
• 용도 : 업무시설(서울특별시청)
• 구조 : 철근콘크리트구조
주요 설비 현황
현재 직화 흡수식 냉온수기, LED 조명, 태양광 발전 시설(PV/BIPV) 등이 설치되어 에너지를 관리하고 있다. 특히 창호는 2009년 한 차례 성능 개선이 있었으나, 현재 기준에 비하면 보완이 필요한 상태임
3. 에너지 성능 시뮬레이션
창호의 열관류율(ALT1~5)과 SHGC(CASE1~5) 변화에 따른 에너지 요구량의 상관관계를 분석하였다.
분석 결과 요약
• 단열성능(열관류율)을 강화할수록 난방 요구량은 감소한다.
• 일사열취득계수(SHGC)가 낮을수록 냉방 요구량은 감소한다.
• 전체적으로 단열과 SHGC를 동시에 고려할 때 최적의 효율이 나타남
최적 대안 적용 시 현재 대비 약 18.9%의 에너지를 절감할 수 있는 것으로 분석됨
4. 방위별 최적 설계 대안
건축물의 방위에 따라 태양 복사열과 단열 필요성이 다르므로, 향별로 차별화된 창호 성능을 제안함
방위별 맞춤형 솔루션
분석 결과, 북측은 난방 부하 관리가 핵심이며, 남측과 서측은 냉방 부하 조절이 우선시되어야 함.
5. 결론
• 본 연구는 서소문청사 1동을 대상으로 창호 성능개선이 건축물 에너지 요구량에 미치는 영향을 분석하고, 방위별 특성을 고려한 최적 설계안을 도출하고자 수행되었다. 현장조사 및 실측을 통해 창호의 열관류율(U-value)과 태양열취득계수(SHGC)를 도출하고, ECO2 시뮬레이션을 활용하여 성능 변화에 따른 냉난방 요구량을 정량적으로 평가하였다.
• 분석 결과, 창호의 단열 성능이 향상될수록 난방 요구량은 감소하는 반면, 냉방 요구량은 다소 증가하는 경향이 나타났으며, SHGC 값이 낮을수록 냉방 요구량은 감소하는 것으로 분석되었다. 특히 단열 성능 향상보다 SHGC 조절이 전체 에너지 요구량 감소에 보다 효과적인 요소로 작용하는 것으로 나타났다.
• 또한 건물의 방위에 따라 에너지 요구 특성이 상이하게 나타났으며, 북측은 난방 부하, 남측과 서측은 냉방 부하, 동측은 냉난방 부하가 복합적으로 작용하는 것으로 분석되었다. 이러한 특성을 반영하여 방위별 최적 창호 성능을 적용한 결과, 기존 대비 약 18.9%의 연간 에너지 절감 효과를 확보할 수 있는 것으로 나타났다.
• 한편, 창호 성능개선에 따른 에너지 절감 효과를 실질적으로 확보하기 위해서는 단열 성능뿐 아니라 시공 단계에서의 기밀 확보가 매우 중요한 요소이다. 창호와 구조체 접합부의 기밀성이 확보되지 않을 경우 외기 유입 및 열손실 증가로 인해 에너지 성능 저하가 발생할 수 있으므로, 적절한 시공 품질 확보가 병행되어야 한다.
• 종합적으로, 노후 공공건축물의 에너지 성능 개선을 위해서는 창호의 단열 성능 향상과 함께 일사 조절 및 기밀 시공을 통합적으로 고려한 설계 전략이 필요하며, 본 연구 결과는 향후 공공건축물 그린리모델링 사업에서 창호 중심의 에너지 성능개선 방향 설정에 유용한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
