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과제기본정보

제로에너지 주택 최적화 모델 개발 및 실증단지 구축5년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 주거환경연구사업 과제번호 17AUDP-B067603-05
국가과학표준분류 1순위 건설 교통 | 건설 환경설비 기술 | 친환경건축물 설계 시공 관리기술 적용분야 건설업
2순위 건설 교통 | 건설 환경설비 기술 | 건물일체형 신재생에너지설비 설계 시공 관리기술 실용화대상여부 실용화
3순위 건설 교통 | 건설 환경설비 기술 | 건축 도시환경 시스템 정보화기술 과제유형 응용
과제명 제로에너지 주택 최적화 모델 개발 및 실증단지 구축
주관연구기관 명지대학교 산학협력단
총괄연구 책임자 성명 이명주
소속 명지대학교 직위 부교수
기관 대표번호 031-330-6412 FAX 031-336-2885
총 연구기간 2013-10-14 ~ 2018-04-13
당해연도 연구기간 2017-01-14 ~ 2018-04-13

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
5차년도 3,142,000,000 118,007,000 707,973,000 825,980,000 3,967,980,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 현재 대한민국은 에너지 집약도가 높은 나라로, 저탄소 기술과 청정에너지가 경제발전에 기여할 수 있도록 2008년 저탄소 녹색성장을 국가 장기전략으로 채택하였다.
한국정부는 2020년까지 온실가스 배출을 BAU 대비 30% 감축목표를 설정하였으며, 목표달성을 위해, 건축물 분야 에너지효율화의 방안으로 2025년 신규주택의 제로에너지 성능확보 의무화를 국가로드맵으로 계획하고 있다.
그러나 국내 에너지절약형 건축물 기술 분야는, 관련연구 및 개발이 민간투자에 의해 이루어져 획기적인 성장이 어려우며, 산발적으로 개발된 기술은 민간 기업의 자산으로, 공유할 수 없다는 어려움이 있다. 또한 제로에너지 주택 및 단지기술보급에 결정적 변수인 관련기술자재는 외국에 비하여 성능 및 품질인증에 있어 그 정보가 미비하다.
이러한 기술보급 및 관련자재 확보의 어려움, 그에따른 비용상승 등의 악순환으로 인해 건설시장 내 에너지절약형 건축물의 보급이 미진한 상황이다.
따라서, 국가차원의 기술개발 연구지원을 통해, 산발적으로 개발된 에너지절약형 건축물의 현 기술단계를 진단하고, 융합기술을 발굴하며, 앞으로의 정책, 연구 및 기술개발 방향제시가 필요한 시점이다.
또한, 국민의 환경권을 보장하기 위하여, 소득차이에 따른 주거환경 격차를 줄이고, 주거복지 및 에너지복지, 환경복지차원의 새로운 주거유형에 대한 필요성이 대두되는 가운데, 쾌적한 주거환경, 에너지비용 제로, 친환경 단지조성이 기본요소인 제로에너지 주택단지는 시대적 요구를 반영한 최적의 대안이 될 것으로 기대된다.
따라서, 본 연구는 제로에너지 주택단지 확산을 위해 기 개발된 기술을 바탕으로 보급가능한 녹색융합기술 개발뿐만 아니라, 경제적, 사회적, 환경적으로 지속가능한 미래도시 구현방안으로 제로에너지 주택단지 프로토타입 구축을 목표로 한다.
최종목표 ? 기술적 목표
- 주택단지의 기 개발된 기술을 바탕으로 에너지요구량을 최소화하고, 적정한 신재생에너지를 공급하여 난방, 냉방, 급탕, 환기, 조명 1차에너지 소요량을 제로로 하는 최적화모델을 개발하고 구현한다.
- 에너지효율을 가장 효과적으로 줄일 수 있으며, 겨울철과 여름철에 에너지공급으로부터 자유로워지고 국가 온실가스를 감축할 수 있도록 단지 내 전체 주동을 독일전통방식의 패시브주택 성능을 구현하도록 한다.
- 제로에너지 주택 실증단지의 임대 후 거주과정에서 에너지 및 쾌적성 모니터링을 통해 제로에너지 주택단지 성과를 검증한다.
? 경제적 목표
- 제로에너지주택 실증단지 모델의 비용·효용효과 분석을 통해 최적화 비즈니스 모델을 개발한다.
- 특정성능 기준에 도달하기위한 필요 재정지원 및 운영자금을 도출한다.
- 국민임대주택의 에너지복지 실현을 위한 국민주택 기금 또는 에너지복지기금에 대한 타당성을 도출한다.
? 정책적 목표
- 제로에너지 주택분야 중장기 마스터플랜과 기술가이드라인 개발을 통해 해당 분야 로드맵 수립을 지원한다.
- 국민임대주택 공급을 위한 정책 및 금융패키지 상품관련 정책 도출
연구내용 및 범위 본 연구는, 실제 환경 시작품, 데모 단계의 연구로, 제로에너지 주택 및 단지설계와 제로에너지 주택 및 커뮤니티 시공을 통해 현 단계의 제로에너지 주택설계기술 및 시공기술을 융합하여 단지를 구현한다. 단지 설계 및 시공과정에서 드러나는 에너지절약형 건축물 및 단지 기술의 융합부의 핵심기술을 발굴하고 관련 연구 및 가이드라인 작성을 통해, 향후 관련기술의 보완사항 및 보급을 위한 방안을 고안한다.
시제품 설치 및 성능시험단계로 제로에너지 기술관리 및 4대 복지 IT모니터링 기술연구를 진행한다. 제로에너지 기술 관리는, 단지 구축 시 계획된 에너지절약형 건축물 및 단지기술의 성능발현을 위해 올바른 적용여부를 관리하는 연구로서, 계획상의 기술을 발현하는 과정에서 발생 가능한 시공오차를 발굴하여, 에너지성능 달성을 가능케 하는 핵심 융합기술이라 할 수 있다.
4대복지 IT모니터링 기술적용연구는, 고령자 및 장애인을 위한 주택 및 단지 내 케어시스템 도입방안을 연구하며, 제로에너지 주택 및 단지의 정보를 거주자 및 방문자에게 IT 기술과 홍보요소를 접목하여, 제로에너지 주택단지의 가치 향상방안을 연구한다.
제로에너지 주택단지의 에너지 사용 및 생산량을 모니터링 하고 데이터베이스를 구축 및 분석함으로서, 추후 국내정책 수립 및 관련 연구 자료를 구축한다.
또한, 주택단지의 비용효용측면의 쾌적성 분석을 통해, 쾌적한 주거환경 확보의 경제적 효과에 대해 연구함으로서, 에너지절약형 건축물의 가치를 재평가 한다.
현장적용 및 사업화 단계로서는, 제로에너지 주택 및 단지 융합기술, 주택단지 경제성연구, 주택에너지 성능검증 및 인증기준 개발, 주택단지 홍보 등의 연구가 이루어진다.
제로에너지 주택 및 단지 융합기술은, 에너지 절약형 건축물의 보급, 관련 건축시장 기술 및 연구방향 제시, 주택 에너지 분야 중장기 마스터플랜 등을 통해 제로에너지 주택 및 단지의 보급을 위한 중요 기술, 정책, 시장에서 요구되는 사안들을 연구한다. 제로에너지 주택단지 경제성 연구는, 추후 제로에너지 단지의 보급측면에서 원활한 금융선순환을 위해 이용 가능한 금융상품 및 관련 정부지원의 활용방안에 대하여 연구한다.
제로에너지 주택단지 홍보는 국민인식개선 및 국가 기술력 홍보를 위해 적용가능한 홈페이지, 홍보관, 전시프로그램, 다큐멘터리 등을 계획한다.
이러한 연구 내용을 바탕으로 최종적으로 제로에너지 주택실증단지와 주택 최적화모델을 구축함으로서 지속가능한 미래 주거단지 구현 가능성을 확보한다.
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
5차년도 ? 기술적 목표
- 주택단지의 기 개발된 기술을 바탕으로 에너지요구량을 최소화하고, 적정한 신재생에너지를 공급하여 난방, 냉방, 급탕, 환기, 조명 1차에너지 소요량을 제로로 하는 최적화모델을 개발하고 구현한다.
- 에너지효율을 가장 효과적으로 줄일 수 있으며, 겨울철과 여름철에 에너지공급으로부터 자유로워지고 국가 온실가스를 감축할 수 있도록 단지 내 전체 주동을 독일전통방식의 패시브주택 성능을 구현하도록 한다.
- 제로에너지 주택 실증단지의 임대 후 거주과정에서 에너지 및 쾌적성 모니터링을 통해 제로에너지 주택단지 성과를 검증한다.
? 경제적 목표
- 제로에너지주택 실증단지 모델의 비용·효용효과 분석을 통해 최적화 비즈니스 모델을 개발한다.
- 특정성능 기준에 도달하기위한 필요 재정지원 및 운영자금을 도출한다.
- 국민임대주택의 에너지복지 실현을 위한 국민주택 기금 또는 에너지복지기금에 대한 타당성을 도출한다.
? 정책적 목표
- 제로에너지 주택분야 중장기 마스터플랜과 기술가이드라인 개발을 통해 해당 분야 로드맵 수립을 지원한다.
- 국민임대주택 공급을 위한 정책 및 금융패키지 상품관련 정책 도출
-제로에너지 국민임대주택의 금융패키지 개발(2)
-제로에너지 주택에 대한 시장수요의 특징 및 대응방안 도출
-제로에너지 주택 사업생애주기 분석
-제로에너지 주택단지 비용편익에 대한 민감도 분석
-제로에너지주택 비용최적화 모델 개발
-언론을 통한 홍보
-연구단 성과자문위원회 개최
-연구단 성과브로셔 제작
-국토교통홍보관 방문자 설문조사
-실증단지 준공식 지원
-실증단지 민원발생대응
-실증단지 구축보고서
-실증단지 에너지 모니터링 결과 분석
-실증단지 쾌적성 모니터링 결과 분석
-최적화 패시브 디테일 개발 (도서 출판을 위한 편집)
-녹색건축 인증취득
-건축물에너지 효율등급 인증 취득
-독일 패시브 하우스 인증 취득

-단독 2세대
-합벽 4세대
-연립 9세대
-아파트106세대
-제로에너지 성능확보를 위한 주요 적용자재 시공기술 검토
-지열에너지시스템 장비구축
-태양광발전에너지시스템 구축
-제로에너지 실증단지 설비 선정 및 설치과정 검증
-제로에너지 실증단지 시공 후 설비성능 검증 및 운영효율화 계획 수립
-일반 표준 공동주택 대비 제로에너지주택 설비 비교분석
-홍보관 컨텐츠 구축 및 홍보영상 제작
-다큐멘터리 종합편 기획 및 촬영
-홈페이지 유지보수 및 업데이트
-홍보물 제작
-실증단지 적용 설비 모니터링 방안 제시
-최종 모니터링 가이드라인 도출
-제로에너지 건축물 에너지성능 평가
-설계수준에 따른 공사비 분석
-실증단지 적용 설비 최적성능유지를 위한 관리 내용 도출
-최종 운영자/관리자/거주자 매뉴얼 도출
-액티브, 패시브 기술요소 시공관리
-시공 공정별 액티브, 패시브 기술관리 매뉴얼 작성
-열교 및 에너지성능 검증
-4대IT 모니터링을 위한 인프라 설치
-4대 IT 모니터링 시스템 구축
-모니터링 시스템 시운전 및 안정화
-모니터링 시스템 운영






연구성과 기술적 기대성과 (기존기술 수준)
-제로에너지 주택에 대한 지원 정책이 대부분 기존건물에서만 진행되고 있으며 신축 건축물에 대한 지원 정책은 부족(제로에너지 주택에 대한 비즈니스 모델 및 임대료 체계 미비)
-수요자 특성을 고려한 제로에너지 주택에 대한 연구가 미비
-국내 제로에너지 주택에 대한 비즈니스 모델 부재
(개발기술 수준)
-제로에너지 주택에 대한 비즈니스 모델 개발방향 수립
-저소득층 대상으로 제로에너지 주택의 적합성 분석
-제로에너지 주택에 대한 잠재적 수요자 특성 분석
(개발기술 수준 설정근거)
-설문조사를 통한 제로에너지주택 잠재적 수요자 특성 분석
-국외 제로에너지 관련 정책 및 제도 조사를 통한 국내 제로에너지 정책 및 제도 개선 사항 검토
-국외 제로에너지 관련 비즈니스 모델 사례 조사를 통한 국내 제로에너지 주택 비즈니스 모델 개발 방향 수립

(기존기술 수준)
-현재 국내 건축물 에너지에 대한 경제성분석 연구는 실험주택에 대한 투자대비 회수기관 분석과 건축물 가치평가 등 기초연구단계(TRL1,2) 수준.

(개발기술 수준)
-실증단지의 각 주택 유형별 공사 세부견적 및 모니터링을 통한 에너지비용 절감량 등의 분석을 통해 유사환경 시험단계 인 시작품 단계(TRL5,6)까지 개발할 예정.

(개발기술 수준 설정근거)
-한국형 패시브하우스 인증모형 개발 및 쾌적지수에 따른 경제성평가 연구 분석 (명지대학교, 이명주 교수)
-그린 리모델링의 경제성분석 (건기연, 이건호 박사, 시설안전공단 김동희 박사
-건축물 감정 평가원 (녹색인증에 대한 건물가치 평가 연구)

(기존기술 수준)
-국내 설계기술, 신재생에너지설비기술, 복합에너지시스템적용기술 및 HEMS구축기술등이 통합된 공동주택 단지 미구축

(개발기술 수준)
-국내 설계기술, 신재생에너지설비기술, 복합에너지시스템적용기술 및 HEMS구축기술을 통합하여 제로에너지 주택 실증단지 구현

(개발기술 수준 설정근거)
-ISO-13790 평가 방법에 따라 건축물에 설치된 난방·냉방·급탕·조명·환기 시스템에서 소요되는 에너지 소요량

(기존기술 수준)
-독일 패시브하우스 인증의 경우 단독주택 및 모델하우스에서만 인증 획득, 공동주택에서는 인증 받은 사례 없음

(개발기술 수준)
-국내 인증인 녹색건축물 인증 최우수등급 획득 및 건축물 에너지 효율등급 1+++등급 획득
-공동주택으로 아시아 최초로 독일 패시브하우스 인증 획득

(개발기술 수준 설정근거)
-녹색건축 인증
-건축물 에너지효율등급 인증
-독일 패시브하우스 인증
사회 경제적 파급효과 ? 제로에너지 비즈니스모델 개발로 제로에너지 건축물 시장 활성화 촉진 및 민간 금융상품으로 발전가능성 제시
? 제로에너지 단지의 비즈니스모델 개발을 통해 제로에너지 건설사업의 원활화 도모
? 제로에너지 주택 비용편익 분석
-제로에너지 주택의 초기공사비용 증가비율과 관리수선비용 산정 및 에너지비용 절감, 온실가스 감축 편익 등을 종합적으로 고려해 사업의 장기적 관점의 현금흐름을 분석 가능
? 제로에너지 주택단지의 국가온실가스 감축효과 분석
-주택 에너지성능향상이 국가온실가스 감축에 미치는 영향을 학술적으로 입증 가능
? 주택 에너지성능이 실내환경에 미치는 영향 분석
-주택의 에너지성능 향상이 실내쾌적성 향상에 미치는 관계 정량화 및 가치를 평가 가능
? 제로에너지 주택 비용편익 분석
-제로에너지 경제성검증 모델과 비용편익 항목 연구결과를 통해 추후 제로에너지주택 보급 시 각 사업별 경제적 타당성을 평가 가능함.
-제로에너지 주택 로드맵에 따라 주택공급 물량의 추가공사비의 국가적 비용규모를 예측 가능함.
? 제로에너지 주택단지의 국가온실가스 감축효과 분석
-제로에너지 주택의 온실가스 감축 사회적 편익규모를 바탕으로 사업별 비용에 대한 국가적 지원 규모를 산정 가능하며 지원의 근거로 활용 가능
? 주택 에너지성능이 실내환경에 미치는 영향 분석
-각 세대별 에너지성능에 따른 실내쾌적성 차이의 반영을 통해 건물의 가격 차등 산정 가능
? 제로에너지주택 실증단지 구축을 통한 최적화 패시브 디테일 개발 연구를 통해 추후 제로에너지주택 구축 시 활용가능
? 건축물 에너지 손실 및 곰팡이와 결로 발생 최소화
? 제로에너지주택 구축 시 시행착오를 최소화하여 시간 및 비용 손실을 줄일 수 있으며, 건축 시장 활성화를 기대할 수 있음
? 설계 기술, 자재, 기계장비 적용에 대한 제안을 통해 국내 건축물 인증 시스템 보완 가능
? 제로에너지 건축물 인증제도 기초자료로 활용
? 제로에너지주택 관련 건축자재 및 설비시스템 시장 활성화
활용방안 ? 주택 에너지 사용량 모니터링을 통한 실증단지 적용기술의 실효성 확인 가능
? 제로에너지주택에 대한 실측 데이터로서 관련정책 및 규정의 근거자료로 사용 가능
? 제로에너지 단지의 비즈니스모델 개발을 통해 제로에너지 건설사업의 원활화 도모
? 제로에너지 비지니스모델 개발로 제로에너지 건축물 시장 활성화 촉진 및 민간 금융상품으로 발전가능성 제시
? 제로에너지 주택 비용편익 분석
-제로에너지 경제성검증 모델과 비용편익 항목 연구결과를 통해 추후 제로에너지주택 보급 시 각 사업별 경제적 타당성을 평가 가능함.
-제로에너지 주택의 온실가스 감축, 브랜드 가치 상승 등 사회적 편익규모를 바탕으로 사업별 비용에 대한 국가적 지원 규모를 산정 가능하며 지원의 근거로 활용 가능
? 다양한 유형(단독, 합벽, 연립, 아파트)의 제로에너지주택 모델 개발을 통해 제로에너지주택 및 단지 보급 및 확산 가능
? 제로에너지주택 실증단지 기반 설계적용기술 분석을 통해 최적화된 패시브 디테일을 도서로 발간하여 보급
? 건축물 부위별 열교 최소화 설계를 통한 열손실 절감과 곰팡이·결로 발생 해결 가능
? 제로에너지주택 실증단지 건축물 에너지효율등급 인증을 바탕으로 제로에너지 건축물 인증제도 실용화 기초자료로 활용 가능
? 제로에너지주택 실증단지 국내·외 건축물 인증을 통한 국내 건축물 관련 인증제도 개선 가능
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 패시브하우스 공동주택 단독주택 에너지 효율주택 신재생에너지
영문 Passive house Apartment Detached house Energy Efficient house Renewable Energy
최종보고서
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