이 보고서는 국제에너지기구 태양열 냉난방프로그램 Task 41에서 수행되고 있는 분야에서, 2011년 2월 태양열 냉난방 설계를 위한 방법과 도구에 관한 국제적인 조사분석한 내용이다. 1993년부터, 2011년까지 수행된 문헌조사를 수행한 후, 2010년에 수행된 태양열관련 건축설계과정에 관한 자료를 발표 분석하였다.

Subtask A and B of IEA‐.SHC Task 국제적인조사를 2 단계로 수행하였는데, Task A에서 태양열 에너지 시스템의 건축적인 통합에 관련하여 건축가들이 직면하고 있는 문제점을 다루고 있었다. Task B 에서는 초기설계단계에 태양열설계를 위한 기존의 도구와 방법의 적정성을 다루고 있었다. 이 국제적인 조사에 참여했던 각 나라의 참여자들은 건축가들에 초점을 맞춘 국제적인 전문가, 기술자, 제작업체 및 개발자들을 포함하였다.

이 조사의 목적은 첫째, 태양열 설계를 위한 기존의 디지털도구와 설계방법을 위한 장벽이 무엇인지를 확인하는 것이고, 둘째, 건축가들에게 좀 더 개선된 도구와 방법의 필요성을 확인하기 위함이다. 이 조사결과는 소프트웨어 개발자들을 위한 가이드라인을 개발하는데 또한 이용될 것이다.

방법론

최근까지 수행된 유사한 연구의 문헌검토는 이러한 주제들이 이전에 어떻게 접근되었는지를 확인하기 위해, 시작되었다. 전문가들에 의해 예전에 거의 독점적으로 사용되어왔던 시뮬레이션 도구를 주제로 1993년부터 2011년까지의 15개 연구들을 검토하였다.

조사를 위해 참여했던 각 나라들에서, Task 41에 포함된 각국의 코디네이터들이 적절하게 지명되었다. 코디네이터들은 전문가들이 접근했던 다양한 방법을 사용하였다 : 또는, 건축가들로 구성된 국가적인 연합단체, 전문 뉴스레터와 잡지, 특별하게 구성된 메일항목 등을 통해 조사와 관련된 연결고리를 출판하였다. 이 다양한 조사 배분방법은 응답비율을 자세하게 확인하는데 어려움을 겪었다. 최소한 하나의 질문에 대한 대답이 수행되지 않을 경우, 이 조사결과는 불완전한 것이 된다. 이 조사방법은 낮은 응답율이 될 가능성이 있다. 이 결과는 몇몇 나라에서 태양열 설계주제에 대해 일반적으로 관심이 낮았거나 또는 시간이 부족했거나, 조사를 배분하는데 한계를 반영한 것일 수도 있다.

결과

[문헌 검토]

문헌조사에서 검토된 연구들이 1993년부터 2011년까지 기간이 길었지만, 사용자들에 의해 언급했던 필요성은 상대적으로 시간이 경과하는 동안 변화하지 않은채 유지되어왔다는 점은 매우 흥미롭고 놀랄만한 일이다. 소프트웨어 사이에서 낮은 운용성으로 불만족한 점, 건축설계단계과정에서 도구의 기능을 통합하는데 부적절함, 이해하기 어려운 결과 또는 결과를 표현하는 방법에 있어서 애로사항 등은 사용자들이 언급했던 필요성이다.

Attica(2011년) 조사결과에 따르면, 2010년에 DOE에 등록된 건물성능평가 관련 소프트웨어 도구가 389개가 있었으며, 그중 40개 미만이 초기 설계단계에 사용되는 것으로 목록구성이 되어있었다.

[조사결과]

대부분의 응답자들은 1명에서 10명 내외 종사하는 소규모 또는 중규모 규모의 회사에서 근무하는 기술자들이었으며, 국제적으로 상당히 적극적으로 활동하는 인력들이었다. 응답자들의 직업은 프로젝트의 선택폭을 폭넓게 하였으며, 가장 범용적인 주거용 건물을 포함하여 건물형태를 다양하게 처리 포함하였다.

응답자들의 60%는 전통적인프로젝트인수방법인, Desgn-Build계약을 사용하였고, 2번째 많이 사용하는 계약방법은 Construction Management 계약을 사용하였다. 대부분의 응답자는 31세에서 50세에 해당하는 사람이었고, 모든 응답자의 60%는 남자였으며, 대부분은, 건축가와 설계자었고, 소수는 엔지니어와 다른 전문직업인이었다. 응답자의 74%는 10년 이상의 전문직업을 가진 사람이었다.

[태양열 에너지 사용]

응답자의 82%는 태양열에 대한 양상은 현재 건축사례에서 중요하다고 응답했다. 가장 일반적인 태양에너지 설계전략은 자연채광 시설을 사용하는 것이었으며, 74%응

답자는 이 프로젝트에서 자연채광시설은 항상 또는 종종 사용하고 있다고 응답했다. 패시브 태양열 난방은 2번째 가장 일반적인 전략이었으며, 58%의 응답자는 이 요소를 프로젝트에서 항상 또는 종종 사용하고 있다고 응답했다. 47% 응답자는 태양열을 급탕용으로 사용하고 있다고 응답했으며, 태양광발전과 난방용 태양열은 상대적으로 낮은 23% 와 20%를 설계에 적용하고 있었다. 태양열을 이용하는 가장 낮은 적용비율은 냉방용으로 보통 7%의 응답자만이 일반적으로 사용하였다.

[태양에너지 설계 방법]

이 부분에서 질문은 설계과정과 설계결정에 초점을 맞추었다. 응답자들은 다양하게 설계과정을 이용하고 있었다. 33%응답자는 통합설계과정(Integrated Design)이 가장 많이 사용하는 방법이었으며, 나머지 응답자의 의견은 몇 가지로 나뉘었는데, 그 중에서 직관적인 설계과정(Intuitive design)은 25%, 참여설계과정(Participatory design) 21%, 에너지 효율적인 설계과정(Energy-efficient design)은 18%였다. 69%의 응답자는 태양열 에너지기술은 훌륭한 개발 소프트웨어 도구의 필요성을 강조하면서, 설계개념단계에서 처음으로 고려되었다고 대답했다. 대부분의 응답자들은 건축물 소유주와 상호의사교환을 통해, 다른 전문가와 상호협업을 수행하면서 본인들의 경험을 바탕으로 설계과정에 근간으로 한다.

소규모 프로젝트에서 설계안을 결정하는 방법은 설계개념을 설정하는 단계에서 53%의 응답자가 건축가 스스로에 의해 대부분 수행한다. 전문가들은 더욱 종종 후속설계단계에서 개념을 포함하고 있으며, 설계단계에 상관없이 여러전문분야의 워크샵은 아주 작은 6~10% 응답자 비율에 해당하는 역할을 수행하고 있다.

반면, 대규모 프로젝트에서 설계결정방법은 설계개념단계에서 더욱 전문가들을 포함하려는 경향이 있으나, 반면 32%의 응답자는 여전히, 큰 규모 프로젝트에서 전적으로 건축가에 의해 다뤄지고 있다. 외부의 태양에너지 자문인력들과 건물과학 전문가들은 상대적으로 대규모프로젝트의 설계후속단계에서 일반적이다. 여러전문분야의 워크샵은 또한 작은규모의 프로젝트보다 더욱 큰 역할을 수행하고 있다.(10~12%의 응답자)

[태양에너지설계 도구]

대부분의 응답자들은 태양에너지 설계방법에 대한 그들의 능력을 잘하는 수준(37%), 잘하지 못하는 수준(20%)으로 설명하고 있다. CADD에서 태양에너지 설계수준과, 진보된 태양에너지 시뮬레이션 수준에 대해, 대부분의 응답자들은 잘 못하는 수준(30%와 27%), 또는 매우 잘 못하는 수준(31%와 41%)이라고 답변했다. 대조적으로, 대부분의 응답자들은 CADD 소프트웨어에 대한 본인들의 수준을 설명하는 자료에서, 매우 잘하는 편(28%), 또는 잘하는 편(27%)이라고 응답했다.

설계 단계 중 어느 단계에서 소프트웨어를 사용하느냐에 대한 질문에는 다양한 결과가 나왔다. 가장 많이 보편적으로 사용되는 CADD 도구는 AutoCAD, Google SketchUp, Revit Architecture, ArchiCAD, Vectorworks 그리고 3dsMax 이었다. 가장많이 보편적으로 사용되는 시각화 도구는 Artlantis, V‐.Ray, RenderWorks, Maxwell Render이며, Ecotect, RETScreen, Radiance, Polysun, PVSol 는 가장 보편적인 시뮬레이션 도구이었다.

가장 보편적인 CADD, 시각화도구와 시뮬레이션도구는 각각 모든 프로젝트 단계에서 사용되고 있으나, 각각 다른 설계단계에서 각각 다른 도구들을 적용하고 있다. Google SketchUp처럼 단순한 사용자들에게 인터페이스와 재빠른 모델링을 최우선적으로 적용하는 CADD 도구는 초기 설계단계에서 광범위하게 사용되고 있으며, 좀 더 복잡한 소프트웨어 도구인, Revit Architecture, AutoCAD에서는 후속 설계단계에서 더욱 일반적으로 사용된다.

초기설계단계에서 몇몇의 결과물에서 선호하는 소프트웨어는 Ecotect, RETScreen와 Radiance 이며 Polysun, PVsol 은 후속단계에서 더욱 많이 사용되고 있다. 가장 보편적으로 사용되는 시각화 소프트웨어 패키지들이 상당히 전 설계단계에 걸쳐서 사용되고 있다. 그러나, 응답자들이 사용하는 시각화도구는 CAD도구를 사용하는 경우보다 훨씬 덜 사용하는 것으로 응답했다. 응답자들이 가장 영향력이 있는 소프트웨어의 선택요인은 사용자 편리한 설계와 인터페이스(27%)였다. 다음으로 일반적인 요인은 가격(20%)이었으며, 다른 소프트웨어와 호환성(18%), 시뮬레이션 능력(13%) 순이었다. 이미지로 보여지는 결과의 품질, 3D 인터페이스, 플러그인의 적용성등은 크게 중요한 요인으로 고려되지 않았다.

태양에너지 건물설계를 지원하는 측면에서, 응답자들이 선택한 소프트웨어 프로그램에 대한 다양한 만족도를 보고하고 있다. 많은 프로그램에 대해, 응답자들의 응답율이 너무 낮아서 의미있는 결론을 만들기가 어려웠다.

태양에너지 설계를 건축적인 통합하는 도구를 사용하는 부문에 대한 가장 일반적인 장벽은 도구들이 너무 복잡하다는 것이다.(18% 응답자). 두 번째 장벽은 도구의 가격이 너무 비싸다고 14% 는 응답했다. 또한, 도구가 CAAD소프트웨어와 통합이 되지 않는다고 12%는 응답했다. 나머지 11%는 도구사용에 너무 많은 시간을 소비한다고 응답했다.

또한, 응답자중 도구들이 개념적인 설계를 적절하게 지원하지 않는다고 9%는 응답했고, 8%는 너무 시스템적이다 라고 응답했으며, 이들 도구들이 정상적인 작업과정에서 통합되지 않는다고 10%는 답변했으며, 오직 2%만 현재의 도구에 만족하고있다고 응답했다.

각각의 설계단계에서 개선된 도구가 필요하느냐는 질문에 대해서는 다음과 같은 답변들이 나왔다. 태양 시스템의 시각화를 위한 개선된 도구, 예비적으로 규모산정하는 도구, 명백한 피드백을 제공하는 도구, 주요데이터들이 각각의 설계단계에서 산재되어있을 때 상호 밀접하게 위치할 수 있는 도구들이 필요하다고 응답했다. 그러나, 건설도면단계를 위한 가장보편적인 응답에서는 '나는 모른다/ 적용하지 않는다(29%), ‘ 주요데이터를 위한 개선도구’(21%)와 ‘예비적인 규모산정‘(16%)이라는 응답이 나왔다.

[결론]

문헌분석과 조사결과에 따르면, 태양에너지 건축을 위한 소프트웨어 도구의 개발필요성, 건축가들을 위한 적절한 도구(각기 다른 모델링 소프트웨어 패키지에서 상호 쉽게 호환가능한 시각화 도구)에 매우 필요함을 시사하였다.

이 조사는 응답자들 사이에서 태양에너지의 중요성을 매우 일깨워주고 있음을 보여주었다. 그러나, 태양에너지 기술이 제한적으로 사용되고있다는 사실은 이런 기술의 이행을 지원할만한 도구와 능력개발이 필요하다는 점을 시사한다.

▣ 원문제목 : International survey about digital tools used by architects for solar design