건물 에너지성능을 시간별로 계산하는 시뮬레이션 프로그램
NEW BUILDING · DESIGN REVIEW · DOE-2.1E · HOURLY SIMULATION
신축 대형 복합건물 DOE-2.1E 설계검토 에너지 시뮬레이션
건축·기계 설계도서의 외피, 내부부하, 재실·조명·콘센트·공조·냉난방·급탕 스케줄과 HVAC/Plant 구성을 DOE-2.1E에 반영하여 8760시간 에너지 시뮬레이션을 수행하고, 에너지원·용도·시설별 수요와 월별 냉난방 패턴, 1차에너지 및 CO₂를 예측한 신축 설계검토 사례입니다.
01 · MODEL PURPOSE
모델 목적 — 시공 전에 설계안의 에너지성능을 수치로 확인
건축·설비 설계를 연간 에너지수요로 변환
신축건물의 외피, 내부발열, 사용시간, 냉난방 설정온도, 공조방식과 Plant 조건을 시간별 에너지모델로 변환하여 연간 전기·가스 수요와 냉난방부하를 예측합니다. 이를 에너지원·End-use·시설별로 분해함으로써 설계단계에서 어떤 영역을 우선 검토해야 하는지 판단하고, 향후 대안설계 비교와 설비용량 검토의 기준을 만드는 것이 모델의 목적입니다.
02 · MODELING PROCESS
모델링 절차
| 단계 | 주요 입력·분석 | 설계검토 목적 |
|---|---|---|
| 1. 건물규모·외피 | 연면적·공조면적·외벽·창면적과 외벽/창/지붕 U-value 입력 | 외피 열손실·일사부하와 냉난방부하 반영 |
| 2. 기상조건 | 8760시간 TRY 건구·습구온도, 일사량, 풍속 | 계절·시간별 실제 냉난방부하 패턴 재현 |
| 3. 내부부하 | 재실밀도·인체발열·조명·기기부하·외기량·급탕부하 | 시설용도별 Internal Load 정의 |
| 4. 운영 Schedule | 재실·조명·콘센트·AHU/Fan·냉난방·냉동기·보일러·급탕 스케줄 | 시간별 사용패턴과 Peak/Off-hour 부하 반영 |
| 5. HVAC/Plant | 시설별 공조방식과 집단에너지 냉온수·전기 공급조건 | 시스템 효율과 에너지원 변환 반영 |
| 6. 연간 Simulation | DOE-2.1E 시간별 계산 | 연간·월별 에너지와 냉난방 요구량 예측 |
| 7. 성능분석 | Utility·End-use·시설별·1차에너지·CO₂ 분석 | 설계개선 우선영역 및 향후 대안비교 기준 도출 |
03 · MODELING METHOD
모델 방법 — DOE-2.1E + 8760시간 운영·기상조건
건구·습구온도, 일사량, 풍속을 포함한 해당 지역 표준기상자료
건축계획도서, 국내 설계 가이드라인 및 DOE 입력조건 활용
최종에너지, 냉난방 요구량, 1차에너지 및 배출량 분석
04 · DESIGN INPUT REVIEW
설계검토 시 핵심 입력 착안사항
| 설계요소 | 모델링 항목 | 검토 포인트 |
|---|---|---|
| 외피 | 외벽·창·지붕 U-value와 창면적 | 냉난방부하·일사부하와 외피성능의 적정성 |
| 시설용도 | 업무·판매·호텔·주거·문화 | 용도별 재실·운영시간 차이를 별도 모델링 |
| 조명/콘센트 | W/m²와 시간대별 Schedule | 연간 전력과 내부발열에 동시에 미치는 영향 |
| 환기 | 외기량·AHU/Fan 스케줄 | 환기전력과 외기 냉난방부하의 동시 영향 |
| 냉난방 설정 | Heating/Cooling Set-point | 실내환경 기준과 에너지수요의 Trade-off |
| 급탕 | 시설용도별 시간·월별 급탕부하 | 호텔·주거 등 급탕 다소비 시설의 열원용량 검토 |
| Plant | 냉동기·보일러·집단에너지 공급조건 | Peak Load와 연간 수요를 모두 고려한 용량·운전계획 |
05 · ANNUAL ENERGY RESULT
연간 에너지원 및 1차에너지 예측
신축 설계안의 연간 최종에너지 수요예측
조명·환기·콘센트 및 전기설비 등
난방·급탕 등 열수요 반영
전기 약 74% · 가스 약 26% 구성
해석
위 수치는 개선을 통해 절감된 에너지가 아니라 설계조건에 따라 모델이 예측한 연간 에너지수요입니다. 설계대안의 우열을 판단하려면 동일한 기상·운영조건에서 외피·조명·급탕·HVAC/Plant 대안을 각각 다시 시뮬레이션해야 합니다.
06 · END-USE PRIORITY
1차에너지 기준 다소비 용도 분석
| End-use | 1차에너지 | 구성비 | 설계검토 착안사항 |
|---|---|---|---|
| 조명 | 약 74,136 MWh/년 | 약 46% | LPD·고효율조명·점등 Schedule 우선검토 |
| 급탕 | 약 27,168 MWh/년 | 약 17% | 호텔·주거 급탕수요·열원효율·운전시간 검토 |
| 콘센트 | 약 19,607 MWh/년 | 약 12% | Plug Load 밀도와 운영 Schedule 검토 |
| 난방 | 약 14,935 MWh/년 | 약 9% | 외피·설정온도·열원효율 검토 |
| 냉방 | 약 14,659 MWh/년 | 약 9% | 냉동기·외기부하·운영 Schedule 검토 |
| 환기 | 약 11,187 MWh/년 | 약 7% | 팬효율·외기량·재실연동 제어 검토 |
07 · LOAD PATTERN
월별 냉난방 요구량으로 Plant 설계조건 검토
동절기 집중 · 1월 약 2,697MWh로 최대
하절기 집중 · 7월 약 4,844MWh로 최대
냉방 Plant와 배관·열원계획의 중요성을 시사
설비용량뿐 아니라 계절별 부분부하 운전전략까지 확인
08 · FACILITY BENCHMARK
복합시설별 에너지수요 비중
| 시설군 | 1차에너지 구성비 | 주요 설계검토 포인트 |
|---|---|---|
| 판매시설 | 약 28% | 조명·냉방·환기 운영시간과 상업시설 Peak 관리 |
| 업무시설 | 약 18% | 조명·콘센트·냉방과 주중 Schedule |
| 호텔군 | 각 약 16% | 급탕·조명·24시간/장시간 운영부하 |
| 주거시설 | 약 11% | 난방·급탕·콘센트와 장시간 거주부하 |
| 문화시설 | 약 10% | 조명·냉방·환기 및 행사 Schedule |
09 · CARBON PERFORMANCE
연간 CO₂ 발생량 예측
시뮬레이션 에너지원별 사용량을 기준으로 한 설계단계 배출예측
고효율 외피·조명·열원·운영 Schedule 대안별 CO₂ 변화를 함께 검토
10 · DESIGN REVIEW METHOD
시뮬레이션을 설계검토에 활용하는 방법
한 번 계산하고 끝나는 모델이 아니라 설계대안 비교 도구
기본설계 모델을 기준으로 외피 U-value, 창면적, 조명밀도, 급탕조건, 재실·공조 Schedule, 냉난방 Set-point, HVAC/Plant 구성 등을 하나씩 변경하여 동일한 8760시간 기상조건에서 재시뮬레이션하면 각 설계대안의 연간 에너지, 1차에너지, Peak Load와 CO₂ 영향을 정량 비교할 수 있습니다.
자료 기준: 국내 대형 신축 초고층 복합건물의 DOE-2.1E 에너지 시뮬레이션 결과보고 · 실제 프로젝트명·건물명·정확한 층수·지역 등 재식별 가능 정보 비식별 처리
NEW BUILDING DESIGN REVIEW · ENERGY SIMULATION
신축건물은 설계단계에서 에너지비용과 설비용량을 바꾸는 것이 가장 효율적입니다.
건축·기계 설계도서와 운영가정이 있다면 외피·조명·급탕·HVAC/Plant 대안을 시간별 시뮬레이션으로 비교할 수 있습니다.