폐염전을 활용한 친환경 태양광 발전소 설치기준 도출 및 환경변화 예측

나명진 慶北大學校 2016 국내박사

화석연료의 고갈과 지구온난화현상 등 기후변화에 대응하기 위해 대체에너지 기술 개발과 사용은 지구적인 당면 과제이며 세계적으로 급속히 확대되고 있다. 특히, 우리나라와 같이 국토가 좁고 에너지가 부족한 나라에서 에너지산업을 육성하고 친환경적인 에너지를 사용하면 핵심기술의 개발과 에너지산업 경쟁력 제고 및 신성장동력 창출에 기여할 수 있을 것이다. 교토의정서의 발효에 따라 정부의 신재생에너지 개발에 대한 지원이 지속적으로 이어질 전망이며, 국내의 신재생에너지 사용량을 확대하는 정책을 시행함에 따라 국토 전역에 발전소가 급증하고 있다. 그러나, 태양광발전소 설치시 일사량에 따른 경제성만 우선 고려한 무분별한 개발 가능성이 있어 산림훼손, 토사유출, 경관훼손과 같은 자연환경 및 생태계 피해가 우려된다. 입지선정에 따른 환경적인 문제에도 불구하고, 현재까지 신재생에너지의 연구는 주로 시스템 연구와 기술적인 연구 등 기술개발과 보급에 관련된 연구가 대부분이었다. 본 연구에서는 신재새에너지 산업 특히, 태양광발전소 건설시 환경의 훼손을 최소화하기 위해 마련된 입지선정 가이드라인을 바탕으로 폐염전에 건설하기 위한 친환경 태양광발전소의 설치기준 및 사후 환경변화를 추적 조사하고자 하였다. 구체적인 연구범위는 입지에 대한 연구 및 환경적인 문제점 분석, 발전소 건설을 위한 설치 기준, 사후 환경변화 등 크게 3가지로 구분하여 진행하였다. 첫째로, 여러가지 태양광발전단지의 설치사례 중 최근 대규모로 폐염전 지역에 설치한 태양광발전소를 대상으로 자연환경 영향인자를 분석하고 폐염전을 활용한 태양광발전소의 입지 검토시 환경적인 측면을 연구함으로써 토지이요으이 효율적인 활용을 도모하고자 한다. 둘째로, 지반이 약하고, 염분농도가 높은 해안가에 위치한 폐염전 지역에 안전하고 친환경적인 태양광발전소를 조성하여 신재생에너지의 활용도를 극대화시키기 위한 설치기준을 제시하고자 한다. 마지막으로, 준공후 1~3년이 경과한 태양광발전소를 대상으로 각각 사후환경평가관리항목을 수질검사 및 토양중금속검사로 구분하여 환경오염도 변화를 추적 조사하고 향후 영향을 예측하고자 한다. The development and application of renewable energy technology is an immediate global task to combat the effects of green house and drawdown of fossil fuel reserves. Especially, developing energy industry and using eco-friendly energy in South Korea, which has narrow territory and insufficient energy resources, will contribute to development of core technology, improvement of competitive power of energy industry and creation of new growth engine. Now in South Korea, renewable energy power plant increases rapidly, as the government is expanding support policy and this trend is expected to continue as the government keep support renewable energy according to Kyoto Protocol. Photovoltaic power generation is low carbon clean energy which converts the light of the sun to electricity power by using solar cell. Currently, photovoltaic power has high installation cost and cost of generation of electricity and low energy density and generating efficiency compare to other renewable energy resources. Nevertheless, the photovoltaic power generation is in the limelight as commercialization of the high efficiency solar cell is tangible in the near future and it can produce the electricity by using unlimited solar power. However, if we only focus on economic feasibility when construct the photovoltaic power plant, the destruction of the ecosystem like forest destruction, soil runoff and the damage of the landscape can happen. By so far, most researches about photovoltaic were restricted in the technical development such as system and technical study even though there are a lot of environmental problems. As photovoltaic power is the core energy resource to solve an immediate global task which is reduction of greenhouse gas, so we need to induce to sustainable and environmental-friendly development of the photovoltaic power plant This study analyzed installation standard and post environmental impact of photovoltaic by waste saltern based on the site selection criteria guideline of the renewable energy especially photovoltaic. The main three scope of this study is “a research on the location and environmental problem”, “establishment standard” and “environment change after construction“. First, by studying recently installed large scale photovoltaic by waste saltern, it analyzed influential factors of environment change. And by studying environmental aspects of the site selection it pursued efficiency of photovoltaic land use. Second, this study will suggest installation standard of photovoltaic by waste saltern which has flimsy ground and high salt concentration, for enlarging the renewable industry through building safe and eco-friendly power plant in the waste saltern area. Third, this study will expect to post environmental change by carrying out a follow-up survey of environment pollution level (water examination, heavy metal content) of the 1~3 old photovoltaic power plant.

국도건설사업 계획단계에서 토공부의 LCA기반 환경부하 산정모델

박진영 경북대학교 대학원 2017 국내박사

지난 100여 년간 지속되어 온 고도 사업화는 지구의 평균기온을 0.74℃ 상승시키며 전 지구적 기후변화를 유발함으로써 인류의 안전을 위협해 오고 있다. 이에 대한 대응의 일환으로 2015년 전 세계는 파리협약(Paris agreement)을 체결하였고, 우리나라는 이 협약에서 2030년까지 배출전망치(BAU, business as usual) 대비 37%의 온실가스 감축목표를 제시하였다. 건설산업은 시공과정에서 사용하는 수많은 자재의 생산과정과 건설장비에서 소비하는 에너지로 인해 다량의 온실가스를 배출하고 있다. 따라서, 건설산업의 환경부하 저감을 위한 노력 없이는 우리나라의 온실가스 감축목표를 달성하는 것은 불가능하다. 특히, 우리나라의 SOC(social overhead capital) 시설물 중 국가재정 투자비율이 가장 높은 도로의 환경부하 저감을 위한 노력이 필요하다. 도로의 시공과정에서 발생하는 환경부하를 줄이기 위해서는 시설물을 기획하는 단계에서 경제성 검토와 함께 환경적 검토를 수행하여 친환경 공법이나 자재가 적극적으로 설계에 반영 되도록 하여야 한다. 이를 위해서는 도로의 기획단계와 설계단계에서 환경영향을 객관적으로 평가할 수 있는 방법론이 필요하며, 최근 ISO 14000시리즈에서 제시하는 LCA(life cycle assessment)가 가장 합당한 방법론으로 평가되고 있다. LCA를 수행하기 위해서는 시설물에 투입되는 자원량에 대한 정보를 확보하여야하나 건설산업의 경우 설계가 완료되기 전에는 이러한 정보를 확보할 수가 없기 때문에 기획단계와 초기 설계단계에서 LCA를 수행하는 것은 불가능하다. 따라서, 이 연구는 도로 시설중 교량과 터널을 제외한 토공부를 대상으로 기획단계와 설계단계에서 가용할 수 있는 정보만을 활용한 LCA 기반의 환경부하 산정모델을 개발하고 그 유효성을 검증하고자 하였다. 도로 토공부의 환경부하 산정모델은 노선에 대한 개략적인 정보만 파악할 수 있는 기획단계에 활용할 수 있는 모델과 가용정보의 수준이 더 높아진 설계단계에서 활용하기 위한 모델로 구분하여 개발하였다. 기획단계 환경부하 산정모델은 과거의 유사한 사례로부터 해답을 도출하는 CBR(case-based reasoning) 방법론을 적용하였다. CBR 기반의 모델에 사용되는 입력변수는 문헌연구를 통해 도로의 기획단계에서 확보할 수 있는 행정구역, 도로높이, 도로등급, 지형, 설계속도, 공사유형, 토공부연장, 토공부면적, 포장두께, 차로수, 도로폭의 11가지 정보로 선정하고, 각 입력변수에 대한 유사도 평가를 통해 가장 유사한 사례로부터 환경부하량을 추정하였다. CBR 방법론을 통해 추정한 기획단계 환경부하량의 정확도는 평균 88.59%로써 양호한 결과를 나타냈다. 기획단계 보다 수준 높은 정보의 확보가 가능한 설계단계 모델은 각 공종이 부담하는 환경부하량을 분석하여 분담비율이 높은 토공, 배수공, 포장공을 대표공종으로 선정하고 이들 공종에 대한 모델을 각각 개발하여 최종 추정값을 합산한 후 나머지 공종의 환경부하량은 비율로써 반영하여 도로 토공부 전체의 환경부하량을 산출하였다. 설계단계 모델 중 토공은 작업물량과 환경부하량과의 불확실성으로 인해 기획단계에서 사용한 것과 동일한 알고리즘의 CBR 기반 모델로 개발하였다. 배수공과 포장공은 표준단면을 이용하여 작업물량을 산출하고, 이를 통해 자원량을 도출함으로써 환경부하량을 산정하는 모델을 개발하였다. 각 대표공종의 모델을 통합하고 나머지 공종을 비율로써 반영한 환경부하량의 최종 산출값을 10개의 사례를 적용하여 검증한 결과 평균 9..78%의 절대오차율과 4.42%의 표준편차를 나타내 정확도가 매우 우수한 것으로 평가되었다. 따라서, 본 연구에서 개발한 국도건설사업 토공부의 환경부하 산정모델은 기획단계와 설계단계에서 친환경성을 고려한 의사결정에 객관적인 근거자료를 제공하는 데 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다. The extensive industrialization that has been implemented for the last century has elevated the mean global temperature by 0.74℃, while also causing global climate change, and it has been threatening the safety of humankind. As a part of its countermeasure, the Paris Agreement was signed by nations across the world in 2015, and our country presented its 37% greenhouse gas reduction goal compared to business as usual (BAU) by 2030. In construction industry, a significant amount of greenhouse gas is being discharged as a result of energies being consumed by construction equipment, as well as during the process of producing numerous materials that are used in construction. Accordingly, it is not possible to achieve our greenhouse gas reduction goal without making efforts to reduce environmental load in construction industry. In particular, efforts are needed to reduce the environmental load of roads that have the highest rate of national budget investment among social overhead capital (SOC) of our country. For reducing environmental load that occur in the road construction process, it is necessary to conduct environmental review as well as economic feasibility review in the facility planning phase to allow eco-friendly construction method or material to be applied in design. This requires a method of objectively assessing environmental impact in the road planning & design phases, and the life cycle assessment (LCA) that has recently been presented in the ISO 14000 series is being regarded as the most rational method. For performing LCA, information on the amount of resources used for facilities is needed, but such information is not available before completing design in the case of construction industry. Accordingly, it is not possible to perform LCA in the planning & early design phases. Accordingly, this study aimed to develop and verify the effectiveness of a LCA-based environmental load assessment model only using information available in the planning & design phases for the earthwork of road construction except for bridge and tunnel. In regards to the environmental load assessment model of road earthwork, it was developed by dividing it into a model that can be used in the planning phase during which only rough information on route can be identified, as well as a model to be used in the design phase with a higher level of available information. For the environmental load assessment model in the planning phase, case-based reasoning (CBR) method for deducing answer from past similar cases was applied. In regards to the input variables used for the CBR-based model, 11 types of information were selected based on literature review that can be obtained in the road planning phase. Namely, they are administrative district, road height, road division, geographical feature, design speed, project type, earthwork length, earthwork area, pavement thickness, number of lanes and road width. In addition, environmental load amount was estimated from the most similar case based on similarity evaluation of input variables. In regards to the accuracy of the environmental load in the planning phase estimated through the CBR method, it was 88.59% in average, thereby showing favorable result. In regards to the design phase model for which a higher level of information than the planning phase can be obtained, environmental load taken on by each construction works was analyzed to select earthwork, drainage work and paving work with high percentage of share as major work, while developing respective models for the construction works to add up final estimation values before reflecting in percentage the environmental load of remaining construction works to calculate the total environmental load of road earthwork. As for the earthwork among the design phase models, it was developed through the CBR-based model with the same algorithm as that used in the planning phase as a result of the uncertainty of work volume and environmental load amount. As for drainage & paving works, work volume was calculated by using standard section through which resource amount was deduced to develop a model for calculating environmental load. The final computation value of environmental load, which combined the models of each major work and reflected remaining construction types, was verified by applying ten cases and it showed mean absolute error rate and standard deviation of respectively 9.78% and 4.42%, thereby showing excellent accuracy level. Thus, the environmental load assessment model for road earthwork as-developed in this study is expected to be effectively utilized in providing objective basis data in decision-making considering eco-friendliness in the planning and design phases.

LCA 및 환경비용 기반 환경부하 특성 분석 : 국도 토공부 및 포장공, IPC거더교를 중심으로

임제규 경북대학교 대학원 2018 국내석사

세계 각국은 빠른 경제성장에 따라 도로 사용에 대한 수요 증가, 편의성 도모 등의 이유로 도로 건설을 위한 대규모 투자가 해마다 증가하는 추세이다. 도로는 현대사회의 운송 체계에서 중추적인 역할을 수행하며, 도로망 체계는 해당 사회의 발전을 가늠 할 수 있는 지표로도 활용되기도 한다. 이에 따라 대형화, 다양화되고 있는 도로건설공사에서는 많은 환경부하가 발생되고 있는 실정이다. 도로건설공사 중 환경부하량을 감소시키기 위해서는 설계초기 단계에서 환경부하량을 추정하고 이를 완화시키기 위한 적극적인 대책이 필요하며 환경부하량을 환경비용으로 예측하여 각 공종별, 자재별로 분류해 적용하여 건설관리자가 시공을 하는데 공종별, 자재별 환경부하량과 환경 부담금을 예측하는 연구가 필요하다고 판단된다. 본 연구에서는 국도건설공사 중 토공, 포장공, IPC거더교 공종을 각 공종별, 자재별로 분류해 환경부하평가 기법을 활용하여 건설사업의 전과정(Life Cycle) 동안 발생되는 환경부하량을 정량적으로 산정하였고 8대 환경영향범주별 특성을 분석하였다. 그 결과 1km당 평균 환경부하량은 IPC거더교 4.53E+03, 포장공 3.91E+02, 토공 1.05E+02 순으로 나타났으며 환경부하특성분포는 (1)토공은 자원고갈95.00%, 지구온난화 3.92% (2)포장공은 생태계독성 37.19%, 자원고갈 28.49% (3)IPC거더교는 지구온난화 47.23%, 자원고갈 29.30% 순으로 나타났다. 환경부하특성을 공종별, 자재별로 정량화하고 비시장재인 환경재에 대하여 다속성효용이론에 근거한 조건부가치측정법으로 측정된 환경영향범주별 환경비용을 적용하고 비교하여 환경부하량과 환경비용의 공종별, 자원별 범주의 특성을 분석하였다. 그 결과 1km당 평균 환경비용은 IPC거더교 1,364,626천원, 포장공 108,394천원, 토공 6,428천원 순으로 환경부하량과 같은 순서로 나타났지만 환경비용 측면에서 8대영향범주별 특성분포에서는 (1)토공은 자원고갈53.06%, 지구온난화 35.00%, (2)포장공은 지구온난화 55.91%, 인간독성 41.54%, 자원고갈 2.35%, (3)IPC거더교는 지구온난화 75.65%, 인간독성 20.99%, 자원고갈 2.94% 순으로 나타났다. 본 연구의 결과와 같이 환경부하량과 환경비용에서 발생하는 영향범주별 특성이 서로 상이함으로 건설관리자로 하여금 공종별 환경부하량에 따라 기획단계 혹은 설계초기단계의 공종 및 자재를 조절하여 친환경 건설 의사결정에 도움을 줄 것으로 기대하며 나아가 단순 환경부하만을 고려하는 것이 아니라 환경비용에 따른 측면도 고려할 수 있을 것으로 판단된다. Every country in the world tends to have more large-scale investment in road constructions each year on the grounds of demand increase and conveniences for its people in step with rapid economic growth. Roads play a central role in transport system of contemporary societies and road network system is also used as an index to measure the development of a certain society. Consequently, much amount of environmental loads take place indeed in road constructions that tend to be larger and more diversified in recent days. To reduce environmental loads during road constructions needs positive measures to estimate amount of environmental loads at the early stage of design and mitigate it. And research may also be needed to forecast amount of environmental loads based on environmental costs and categorize them by each process and material, and to forecast environmental loads and environmental charges by process and material when a constructor starts a construction. This study divided earthwork, paving work, IPC girder bridge construction by each process and material and using environmental load assessment skill, estimated quantitatively total amount of environmental loads occurring throughout the life cycle of the construction projects. And it conducted analysis on characteristics of each of eight environmental impacts. As a result, the study found average amount of environmental load per 1km was in the order of IPC girder bridges 4.53E+03, paving work 3.91E+02, earthwork 1.05E+02, while characteristic distributions of environmental loads were in the order of (1) earthwork with resource exhaustion 95.00%, global warming 3.92% (2) paving work with ecological toxicity 37.19%, resource exhaustion 28.49% (3) IPC girder bridges with global warming 47.23%, resource exhaustion 29.30%. The study quantified environmental load characteristics by process and material, and for environmental goods (non-commodity), applied and compared environmental costs by each environmental impact category by measuring via Contingent Valuation Method based on Multi-Attribute Utility Theory. And then the study analyzed characteristics of environmental loads and environmental costs by each process and material. As a result, average environmental cost per 1km was in the order of IPC girder bridges 1,364,626,000 won, paving work 108,394,000 won, earthwork 6,428,000 won - same order like amount of environmental load. While, the aspect of characteristic distributions of eight environmental impacts were in the order of (1) earthwork with resource exhaustion 53.06%, global warming 35.00%, (2) paving work with global warming 55.91%, human toxicity 41.54%, resource exhaustion 2.35%, (3) IPC girder bridges with global warming 75.65%, human toxicity 20.99%, resource exhaustion 2.94%. As per the findings, characteristics by environmental impact were shown distinct between amount of environmental loads and environmental costs. The study expects to help constructors make environmentally-friendly decisions by control of process and material at the planning or early design stage according to amount of environmental loads by construction type especially taking the aspect of environmental costs into consideration, beyond environmental load simply.

G-SEED 認證 共同住宅의 에너지 節減 效果 分析 硏究-大邱地域을 中心으로-

박재한 경북대학교 대학원 2015 국내석사

As serious problem of resources and environment is growing worldwide, the world is making an effort and investment to support many requests for sustainable development. For this reason, Green Building Certification Criteria has been implemented to induce the reduction of environmental load, high-performance and environmentally friendly in the United States, the United Kingdom and Japan. In response to the global trend like this, the Korean Government has induced the eco-friendly construction and sustainable development to implement the G-SEED (Green Building Certification Criteria of Korea) in 2002. Especially apartment houses account for most of certification records of G-SEED and recent cases of certification are on the rise. However, in spite of the many authentication result, G-SEED has been pointed out that it needs for improve in the Evaluation system. Also, the issue of environmental effectiveness are brought up in the section of environment-friendly houses. Studies for handling the issue are necessary. Therefore, this study is going to get the basic data for the improvement of G-SEED in the future through comparative analysis of the evaluation systems of the LEED in the U.S., BREEAM in the UK, G-SEED in the Korea. After comparing, This study analysed energy effectiveness of environment-friendly certified apartment houses comparing energy consumption and CO2 emission of environment-friendly certified apartment houses with general apartment houses. According to analysis result, it was verified that environment-friendly certified apartment houses used more energy and emitted more CO2.

집단에너지사업지구의 군집유형별 에너지 공급량 예측에 관한 연구

이지애 경북대학교 대학원 2017 국내박사

The integrated energy business project in Korea has been considered as an active government measurement against the energy efficiency and international environmental regulations. In particular, Korea has centralized energy supply system focusing on large scaled thermal power generation or nuclear power generation type. As a part of energy decentralization policy to resolve the problems, the integrated energy project is highly important. However, the investment cost in the beginning of the project is high and the expansion of distribution has been delayed due to the structural problems in the related industry. The main reason is that the integrated energy system itself is evaluated that it is nature-friendly and has high energy efficiency however it is difficult to increase the economic feasibility in most of the districts where the integrated energy business project is introduced. This research paper introduces the necessity of appropriate demand and scale of the integrated energy project based on the materials about the districts where the integrated energy is currently introduced when establishing energy supply plan to a certain district targeting for land development projects or urban development projects. The variables of land usage plan and energy were extracted and the correlation was analyzed targeting for the 89 districts designated as integrated energy project district. And, the project districts were classified through the factor analysis and cluster analysis in this research. This procedure is required in order to analyze the development method, development scale, development density and energy demand of project district in the introduction of integrated energy at project district in the future. It suggests more systematic approach for the introduction plan of the estimation method of current energy supply and the introduction standard of the integrated energy. 국내에서 집단에너지 사업은 에너지의 효율성과 국제적 환경규범에 대한 정부의 적극적인 대응책으로 고려되고 있다. 특히 우리나라는 대규모 화력발전이나 원자력발전방식 위주의 중앙집중형 에너지 공급체계를 가지고 있다. 이를 해결하기 위한 에너지 분산정책의 하나로써 집단에너지사업의 중요성이 더욱 크다. 그러나 사업시행 초기의 투자비용이 크고, 관련 산업의 구조적 문제로 인해 보급 확대가 지연되고 있다. 집단에너지 자체는 자연환경에 긍정적이고, 에너지의 효율성이 크다고 평가받는 반면, 도입된 대부분의 사업지역에서 사업적 경제성을 높이기는 어렵다는 의견이 그 주된 이유다. 본 논문은 택지개발이나 도시개발사업을 대상으로 특정 지역의 에너지 공급계획을 수립할 때 현재 도입되어 있는 지역에 대한 자료를 토대로 집단에너지사업의 적정 수요 및 규모에 대한 분석이 필요하다는 측면에서 출발하였다. 연구의 진행은 집단에너지 사업지구로 지정된 89개 지역을 대상으로 토지이용계획 및 에너지 수준에 대한 변수를 추출하여 상관분석하고 이를 이용하여 요인분석 및 군집분석을 통해 집단에너지 사업지구를 유형화하였다. 이러한 작업은 향후 집단에너지 도입에 있어서 개발방식 및 개발규모와 개발밀도, 사업지구의 에너지 수요 분석을 위해 필요한 단계로, 군집 유형별 사업지구의 특성분석을 통해 현재의 에너지 공급량 예측방법과 집단에너지의 도입기준에 대해 좀더 체계적 접근을 제시하고 있다.

실내체육관의 신재생에너지 공급의무비율에 따른 시스템 최적화 연구

박윤하 경북대학교 대학원 2016 국내석사

본 연구는 집광채광을 실내체육관 적용에 따른 신재생에너지 공급의무 분담률을 분석 한 후 기타 신재생에너지원과의 최적조합비율을 도출함을 목적으로 하였다. 설문조사를 통해 국내 실내체육관 3곳의 에너지 사용량과 운용스케줄을 분석하였다. 첫째, 설문조사 결과를 통해 Energy Plus 시뮬레이션을 실시하여 집광채광시스템 적용에 따른 조명에너지 절감 효과의 신재생에너지 분담율을 분석하였다. 그 결과, 프리즘 집광채광시스템을 경기장 상부 지붕에 92개를 설치할 경우, 공식경기의 최소 조도(Min : 600㏓)와 일반경기 및 레크리에이션에 필요한 적정조도 모두를 충족시킬 수 있어 주간시간(09:00∼17:00)동안의 조명에너지를 절감할 수 있는 것으로 판단된다. 이에 따른 조명에너지 절감효과는 공식경기의 경우, 44.4%, 일반경기는 57.6%, 레크리에이션은 66.7%의 절감효과가 발생한다. 그리고 집광채광시스템의 신재생에너지 공급의무 분담률은 공식경기 2.04%, 일반경기 2.75% 레크리에이션 2.62%로 평균 2.5%의 공급의무비율을 분담할 수 있다. 둘째, 국내 실내체육관 중 원형타입의 실내체육관을 대상으로 프리즘형태의 집광채광을 설치하였을 경우, 신재생에너지 공급의무분담율 15% 중 집광채광의 비율을 2.5%를 기본으로 하였다. 이에 집광채광을 우선으로 하여 부족한 공급의무비율을 태양광과 태양열 및 지열로 구성하였고, KRESS프로그램으로 상위 5%에 해당하는 시스템에 대한 경제성과 기술성 및 환경성, 복합성을 평가하여 시스템의 최적비율을 도출하였다. 그 결과, 경제성에서 태양광 (83.3%), 기술성에서 태양열(8.3%)과 지열(75%), 환경성에서 태양광(83.3%), 복합성은 경제성과 동일한 태양광(83.3%)의 비율이 최적 조합비율로 나타났다. This study set out to analyze the obligatory supply burden rates of new renewable energy according to the application of a daylighting system to indoor gymnasiums and identify the optimal combination ratio of daylighting and new renewable energy. For those purposes, the study conducted a survey and analyzed the energy consumptions and operation schedules of three indoor gymnasiums in the nation. First, the Energy Plus simulations were carried out based on the survey results to analyze the burden rates of new renewable energy to save lighting energy according to the application of a daylighting system. The results show that the installation of 92 prism daylighting systems on the rooftop of a gymnasium met the minimum illumination requirement(Min : 600㏓) for official games and the optimal illumination requirement for general games and recreations, thus saving lighting energy during the daytime(09:00∼17:00). The resulting saving effects of lighting energy was 44.4%, 57.6%, and 66.7% for official games, general games, and recreations, respectively. The obligatory supply burden rate of new renewable energy in a daylighting system was 2.04%, 2.75%, and 2.62% for official games, general games, and recreations, respectively, with mean 2.5%. Secondly, the basic percentage of daylighting was set at 2.5% in the obligatory supply burden rate of new renewable energy at 15% in cases of prism daylighting system installation in round-type indoor gymnasiums in the nation. The priority was daylighting with the shortage of obligatory supply rates compensated by sunlight, solar heat, and geothermal heat. The study assessed the systems in the top 5% of KRESS program in terms of economy, technology, environment, and complexity and identified the optimal ratio for those systems. The results show that the optimal combination ratio was sunlight(83.3%) in economy, solar heat(8.3%) and geothermal heat(75%) in technology, sunlight(83.3%) in environment, and sunlight(83.3%) in complexity.

건물 공조·조명 설비의 운영 및 유지관리 개선을 위한 디지털 트윈 기반 환경 적응 프레임워크 개발

윤우승 경북대학교 대학원 2024 국내박사

The operations and maintenance (O&M) phase, which spans the longest period in a building’s lifecycle, accounts for a substantial share of overall costs, energy consumption, and carbon emissions. As global climate change intensifies and buildings account for a substantial share of worldwide energy consumption and greenhouse gas emissions, addressing challenges during the O&M phase has become increasingly urgent. Traditional O&M practices often fail to continuously account for dynamic environmental factors such as equipment anomalies and aging, occupant behavior patterns, and climate variability. Over time, this can lead to accumulated issues such as degraded performance, reduced service reliability, and increased costs and carbon emissions. To overcome these limitations, this research proposes a digital twin-based environmental adaptation framework for building energy systems. The framework integrates heterogeneous data into a digital twin environment, including monitoring and actuator signal data acquired from building systems, as well as external data sources such as energy pricing, weather conditions, and event schedules through APIs. This structure enables continuous recognition of and response to complex environmental changes affecting O&M processes. In contrast to conventional, static O&M methods, the proposed framework leverages a self-learning mechanism that dynamically adapts to environmental changes by integrating three key functions required across O&M phase. During the operational phase, the framework employs a self-optimizing control strategy to optimally manage equipment and respond to short-term environmental changes. For the maintenance phase, it utilizes a self-monitoring strategy to prevent and diagnose equipment degradation and failures. Additionally, a self-evolving strategy is introduced to derive directions for long-term facility improvements by energy auditing. By integrating these comprehensive strategies—covering equipment utilization, maintenance, and enhancement—into the digital twin environment, building energy systems can achieve the potential to continuously adapt to changing environments. This research focuses on designing the framework for HVAC and lighting systems, which account for a significant portion of energy consumption and are directly influenced by environmental changes. Through case studies, the framework was applied and validated, with each of its core functionalities examined. As a result, under dynamic environmental conditions, this approach demonstrated the ability to reduce thermal and air-quality discomfort and lower energy costs during the operation stage when compared to traditional static methods. During the maintenance stage, the framework enhanced fault detection performance, enabled timely responses to unknown faults, and provided updated improvement strategies reflecting changes in environmental conditions. The digital twin-based environmental adaptation framework is expected to contribute to establishing more sophisticated and sustainable O&M strategies in buildings and the built environment, where variability continues to intensify. Furthermore, it is anticipated to serve as a key component in improving occupant comfort, reducing O&M costs, and ultimately achieving carbon reduction targets in the building sector.

공공건물의 제로에너지건축물 인증에 따른 L-PVTs적용 연구

윤명주 경북대학교 대학원 2020 국내석사

The purpose of this study is analyze the energy share ratio of the liquid type Photovoltaic Thermal System (L-PVTs), which produces heat sources directly available for heating and heating of buildings, this study calculated the energy demand of the target buildings and the energy production of L-PVTs using TRNSYS18 and calculated the energy share ratio of L-PVTs to the building share. First, the elements, materials and energy production principles of solar, solar and L-PVTs were investigated and analyzed using local and internal literature and prior research. Second, the optimal L-PVTs were proposed with copper suction cups, glasswool thermal insulation, and low-iron reinforced glass by conducting an energy analysis according to each component of L-PVTs. Third, a public building was selected as the target building, and the annual energy level per unit area of the target building was calculated as 70kWh/㎡. Fourth, the primary energy production per unit area of the target building was calculated at 97kWh/㎡, and the energy independence rate was 139%, which was calculated as ZEB 1 grade.

IPC 거더교의 유지보수 공법별 환경부하량 DB구축

김도훈 경북대학교 대학원 2019 국내석사

현재 지구온난화로 인해 전 세계적으로 기후변화에 대한 많은 피해가 발생하고 있다. 이에 기후변화로 인한 피해를 줄이기 위해서 지구온난화의 주범인 온실가스 배출량을 감축하기 위하여 전 세계적으로 많은 노력이 진행 중에 있다. 국내에서는 녹색건설을 목표로 환경영향에 대한 많은 연구가 진행 중이다. 하지만 현재 국내에서 진행되고 있는 건설업의 환경부하량 산정 방법은 주로 설계초기단계 및 시공단계에 국한되어 연구가 진행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 LCA 방법론을 적용하여 기존의 연구에서는 수행되지 않았던 IPC 거더교의 유지관리단계에서의 보수·보강 공법에 따른 8대 환경영향범주별 환경부하량 DB구축에 대한 연구를 수행하였다. 이를 위해 ‘교량시설물 유지 보수공사 설계 가이드’와 ‘유지 보수 공종별 단가집', ‘교량유지관리 메뉴얼’을 참조하여 본 연구의 범위에 해당하는 보수·보강공법 자료를 조사하였다. 그러나 모든 보수·보강공법의 환경부하량 산정을 위한 DB를 구성하는데 한계가 있으며 구성된 보수·보강공법이 LCI DB와 연계가 불가능하다면 환경부하 평가를 할 수 없다. 따라서 본 연구에서는 IPC 거더교의 유지관리단계 보수⋅보강공법 중 보편적이고 일반적인 공법을 대상으로 하며 산출된 환경부하량에 대한 신뢰성을 확보하기 위하여 Cut-off Level 80% 이상을 기준으로 대상 공법을 선정하였다. 본 연구에서 선정한 공법은 절삭 후 아스팔트 덧씌우기, 교면재포장, 외부강선보강, 신축이음장치 교체, 탄성받침 교체, 콘크리트 균열보수, 콘크리트 단면보수, 배수시설 집수구교체 8개의 보수⋅보강공법을 선정하였다. 또한 본 연구에서는 IPC거더교의 유지관리단계 보수⋅보강공법의 소요자원 및 환경부하량 산정하여 DB구축을 하였다. 선정된 공법은 EBS 프로그램을 이용하여 소요자원 내역을 분석하였다. 분석한 자료를 기반으로 공법별 단위물량 소요자원 DB를 구성하였으며, 구성한 소요자원 DB는 보수물량을 적용하고 LCI DB와 연계하여 이를 통해 유지관리단계 보수⋅보강 공법에 따라 발생하는 소요자원과 8대 환경영향 범주별 환경부하량을 산정하여 IPC거더교의 유지보수 공법별 환경부하량 DB를 구축할 수 있었다. 본 연구를 포함한 기존의 연구에서 다루지 않은 모든 유지보수 공법에 대한 환경부하량 DB구축을 수행된다면, IPC 거더교의 교량의 정확한 유지관리단계의 환경부하량 분석이 가능할 것으로 예상된다. 그리고 이를 기반으로 IPC 거더교의 형식 외에도 다양한 형식의 교량으로 대상을 확장하여 친환경적이고 지속 가능한 교량의 유지관리단계에 기여할 수 있을 것으로 판단된다. Currently, global warming is causing a lot of damage to climate change worldwide. Much effort is being made around the world to reduce greenhouse gas emissions, the main culprit of global warming, to reduce damage from climate change. In Korea, many studies are underway on environmental impacts with the aim of green construction. However, the method of calculating environmental loads in the construction industry, which is currently being carried out in Korea, is mainly limited to the initial design and construction stages. Therefore, in this study, we applied the LCA methodology to study the construction of the environmental load database by eight environmental impact categories according to the maintenance and reinforcement method in the maintenance stage of the IPC girder bridge which was not performed in the previous studies. For this purpose, the data on the repair and reinforcement methods were investigated by referring to the 'Design Guide for Maintenance of Bridges', 'Unit Prices for Maintenance and Maintenance', 'Maintenance Manual for Bridges' However, there is a limitation in constructing a database for estimating the environmental loads of all repair reinforcement methods, and it is impossible to evaluate the environmental load if the constructed repair reinforcement method can not be linked with the LCI DB. Therefore, in this study, the target method was selected based on 80% or more Cut-off Levels to ensure reliability of the calculated environmental load, which is targeted at the repair and reinforcement method of IPC girder bridges. The technique selected in this study was to select the repair and reinforcement method of eight repair and reinforcement methods for asphalt overlaying, pavement of bridge deck, external steel reinforcement, replacement of expansion joints, replacement of elastic support, repair of concrete cracks, repair of concrete cross-section, and replacement of water drainage facilities after cutting. In addition, in this study, the required resources and environmental loads of repair and reinforcement techniques in the maintenance phase of IPC girder bridges were calculated and the DB was constructed. The selected construction method analyzed the required resources using the EBS program. Based on the analysis data, the unit volume required resource DB was constructed by engineering method. The required resource DB configured by engineering method was applied with repair volume and linked with LCI DB to establish environmental load DB by IPC girder bridge maintenance method by calculating required resources according to maintenance and reinforcement method and environmental load by 8 environmental impact categories. If the environmental load DB construction is carried out for all maintenance techniques not covered in the previous study, including this study, it is expected that an accurate maintenance phase analysis of the bridge of IPC girder bridges will be possible. In addition to the IPC girder bridge types, the target can be expanded to various types of bridges to contribute to the maintenance stage of eco-friendly and sustainable bridges.

공동주택의 주동별 외피 특성 분석을 통한 난방에너지소요량 편차 저감을 위한 연구

장영혜 경북대학교 대학원 2016 국내석사

아파트는 우리나라의 전통적인 주거 형태의 하나이다. 과거의 아파트 형태는 매우 단조로웠던 반면에 현재는 사람들의 욕구가 다양화됨에 따라 수요자는 자신의 기호와 요구사항을 아파트에 반영하기를 바라고 있으며 건설업체는 다양한 아파트를 건설함으로써 그들의 욕구를 충족시키고 있다. 아파트의 특성이 다양해지면서 방위별 일사량이나 시공방법 등의 차이는 단지가 아닌 주동별 에너지 사용량의 편차에 대한 문제로 발생될 것이다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 연구에서는 건축물에너지효율등급 인증 받은 단지를 대상으로 난방에너지소요량을 분석하고 위치별 열성능을 향상시켜가며 최적의 편차저감 방안을 도출하고자 하였으며 결과는 다음과 같다. 건축물에너지효율등급 인증 받은 A, B단지에서 산출된 동별 난방에너지소요량과 최근 2년간의 실제 난방사용량을 비교해 보았을 때 유사한 경향을 나타내므로 실제사용량을 분석하는데 있어서 난방에너지소요량으로 대체하여 분석가능하다. 창과 벽체의 열관류율을 기존대비 0%에서 40%까지 향상시켰을 때 창면적이 가장 넓었던 전면측 창면적을 향상시키는 것의 에너지소요량 차이가 급격히 감소했으며 벽체 면적이 가장 넓었던 측면 측 벽체 면적을 향상시키는 것의 에너지소요량 차이 저감 폭이 커지는 것으로 분석되었다. 연구의 결과를 통하여 에너지효율등급 인증서의 작성에 있어서 단지 내 주동별 에너지 편차에 대한 내용을 추가한다면 아파트 거주민들의 에너지 사용 여건에 있어서 동등한 환경을 만드는데 활용될 수 있을 것이다. Apartment is a typical residential type in Korea. In the past, apartment types were very monotonous. But today, the types of complex are changed because personal needs have been diversified and personalized. In order to meet those needs, construction companies are constructing various types of apartments. The more apartment types are diverse, the more the energy problems are taken place. So, the purpose of this study is to solve the problem of energy gap in the same complex through improving the thermal transmittance of walls and windows. Heating energy consumption of Building Energy Efficiency Rating System and real heating energy usage of apartment show a similar trend on the graph. This means that we can use the heating energy consumption instead of real heating energy usage. When we analysis the A and B complexes that are maximum energy consumption buildings, two of them show the same phenomenon. The larger window area is located on the front side and smaller window area is located on the back side. The largest window area is located back side and the smallest window area is front side. In order to find the best position of heating energy consumption deviation reduction, we improve the walls and windows of front, back, side U-value from 10% to 40%. As a result, best window position of heating energy consumption deviation reduction is front and wall position is side.