With the rapid urbanization and growing energy use intensity in the built environment, the glazed curtainwall has become ever more important in the architectural practice and environmental stewardship. Besides its energy efficiency roles, window has been an important transparent component for daylight penetration and a view-out for occupant satisfaction. In response to the climate crisis caused by the built environment, this research focuses on the study of net-zero energy retrofitting by using a new building integrated photovoltaic (BIPV) curtainwall as a sustainable alternative to conventional window systems. Design variables such as building orientations, climate zones, energy attributes of BIPV curtainwalls, and glazed area were studied, to minimize energy consumption and discomfort hours for three cities representing hot (Miami, FL), mixed (Charlotte, NC), and cold (Minneapolis, MN). Parametric analysis and Pareto solutions are presented to provide a comprehensive explanation of the correlation between design variables and performance objectives for net-zero energy retrofitting applications.
전 세계적으로 저탄소 녹색성장을 배경으로 인간과 자연이 공존하는 지속가능한 사회에 많은 이목이 쏠리고 있다. 탄소 배출은 에너지소비량에 따라 증가하게 되는데 전 세계적으로 건축물에 의한 에너지소비량이 무려 40%에 달한다. 우리나라에서는 2025년 신규 건축물에 한하여 제로 에너지 하우스를 의무화하는 계획을 하고 있으나 제로 에너지 하우스에 관한 기술을 민간 기술 투자에만 의지하고 있다. 정확한 로드맵이 확정된 것이 없어 현재 기술로는 일반건축물 보다 1.5배 이상의 비용이 들고, 민간 기업들은 실험용 주택 말고는 실제 거주하는 제로 에너지 하우스단지가 많이 없다는 것이 현실이다. 본 연구는 제로 에너지 하우스에 에너지를 효율적으로 관찰 및 제어하는 IOT 시스템을 도입하여 쾌적한 환경에 대한 모니터링이 웹에서 확인 및 거주자의 적정온도 유지시스템을 도입하여 제로 에너지 하우스의 새로운 모델을 연구하고자 한다.
국토교통부는 신(新)기후체제 출범에 따라 건물부분의 에너지절약 및 국가 온실가스 감축목표 달성을 앞당기기 위해 제로에너지건축물 인증제를 시행하고 있다. 2014년 ZEB 조기활성화 방안을 발표 하였으며, 2016년 1월 "녹색건축물 조성 지원법"을 개정하고 제도적 기반을 마련하여 2020년부터 공공부문을 시작으로 2025년 까지 민간부문 까지 단계적 제로에너건축물을 확산시키기 위한 계획을 수립 시행중에 있다. 2020년부터 공공부분에 속하는 학교시설은 제로에너지건축물 의무대상에 포함됨에 따라 본 연구에서는 학교시설 제로에너지건축물 인증시행에 따른 에너지요소별 자립률을 분석하고자 한다.
한국은 건물부문 온실가스 감축 목표 달성을 위한 핵심정책으로 2020년부터 공공부문 신축 건축물을 대상으로 제로에너지건축물 인증 의무화를 시행하였다. 이 논문은 제로에너지건축물을 활성화 시키고자 하는 정책 환경에서 건축 관계자들이 제로에너지건축 구현에 의사결정을 위해 참조할 수 있는 에너지절감 기술과 경제성 요인을 제시하는 것이 목적이다. 본 연구를 위해 최근 3년간 건축물 에너지효율등급 인증 자료와 공공기관을 대상으로 공사비 세부 내역서 자료를 수집하여 건축물 에너지 항목에 대한 공사비를 분석하였다. 또한, 건축물 에너지효율등급 인증 자료를 바탕으로 베이스라인 건축물의 각 에너지항목별 에너지성능을 도출하였으며, 베이스라인 건축물의 에너지항목에 대해 단계적으로 에너지성능 값을 상승을 시키는 반복적 시뮬레이션을 통해 제로에너지건축물의 에너지항목별 에너지성능 값을 도출하였다. 최종적으로 도출된 베이스라인 건축물과 제로에너지건축물의 에너지성능 값에 조사된 에너지항목별 공사비를 적용하여, 베이스라인 건축물과 제로에너지건축물의 에너지항목별 공사비를 도출하였다. 그 결과 제로에너지건축물을 구현하는 데 조명설비가 10.5%로 에너지절감에 가장 큰 기여를 하며, 냉·난방 시스템의 공사비 증가분이 9.1%로 가장 작은 것으로 분석되었다.
이 논문에서는 기존 외팔보 빔 형상을 가진 진동 에너지 하베스터의 작동 주파수 범위를 공진 주파수 이후로 확장하기 위해 새로운 형태의 진동 에너지 하베스터가 제시되었다. 압전 재료를 사용한 기존 외팔보 빔 형상의 진동 에너지 하베스터에 레버형 반공진 시스템에서 발생하는 극점-영점 상쇄 기법을 적용하여 작동 주파수 영역을 확장하였다. 간단한 이론적 해석 및 실험을 통해 제안된 광역 압전 진동 에너지 하베스터의 실현 가능성을 검증하였다.
최근 제로에너지건축물 의무화 정책이 추진됨에 따라 Zero Energy School로의 전환을 위한 정책/제도들이 추진되고 있으나 학교 건물에 대하여 에너지절감 활동결과 그 성과를 체계적으로 분석, 검증할 수 있는 방법이 제시되어 있지 않는 상황이다. 에너지성과 검증방법론 연구를 위하여 관련 유사표준들의 현황을 참고하였으며, 그 외 방법론들의 사례 조사를 통해 현장에서 성과를 분석해 볼 수 있는 Tool에 대한 검토와 더불어 국내 학교 현장방문을 통한 에너지관리 실태 및 특성을 분석하였다. 본 논문에서는 신규, 기존학교 건물에서의 냉난방설비, 조명, 단열 강화, 운영행태 변경, 운전방법 개선 등 각종 에너지절약사업의 수행과 에너지절약사업 이행 전·후의 에너지절감량을 검증할 수 있는 M&V 방법 등에 대하여 제시하였다.
This study analyzed the standard school's energy usage and patterns as the zero-energy goal of primary school building, and proposed the energy reduction process of school building using energy analysis computing simulation tool. As a analysis simulation tool, Visual DOE 4.0 is used. For analysis of actual energy usage, selected primary school that is standard in the nation's energy consumption. Standard of the school's energy consumption analysis were devided into electric and gas energy. Input parameters of the simulation program based on the literature material and field survey material. after, but it was calibrated to comparison with the standard school's energy consumption. Finally, its energy usage analyzed by component and made the priority order of energy saving. Applied energy saving technologies are envelopment insulation, high efficiency lighting, high performance HAVC system and used active equipment system of solar collector and photovoltaic generation for additional savings.
This study presents an input-powered high-efficiency interface circuit for energy harvesting systems, and introduces a zero standby power design to reduce power consumption significantly while removing the external power supply. This interface circuit is composed of two stages. The first stage voltage doubler uses a positive feedback control loop to improve considerably the conversion speed and efficiency, and boost the output voltage. The second stage active diode adopts a common-grid operational amplifier (op-amp) to remove the influence of offset voltage in the traditional comparator, which eliminates leakage current and broadens bandwidth with low power consumption. The system supplies itself with the harvested energy, which enables it to enter the zero standby mode near the zero crossing points of the input current. Thereafter, high system efficiency and stability are achieved, which saves power consumption. The validity and feasibility of this design is verified by the simulation results based on the 65 nm CMOS process. The minimum input voltage is down to 0.3 V, the maximum voltage efficiency is 99.6% with a DC output current of 75.6 μA, the maximum power efficiency is 98.2% with a DC output current of 40.4 μA, and the maximum output power is 60.48 μW. The power loss of the entire interface circuit is only 18.65 μW, among which, the op-amp consumes only 2.65 μW.
제로에너지 건축물 인증제도 시행에 따라 민간부문 활성화 및 보급 확대를 위한 제도의 지속적인 고도화가 이루어지고 있으며, 정부는 공공부문을 시작으로 민간부문에 확대 될 때까지 단계별 의무화 로드맵을 설정하였다. 이에 따라 제로에너지빌딩 인증제의 기반이 되는 건물에너지효율인증 기준에 따른 2016~2017년 기존 건축물들의 에너지소요량을 분석하여 주요 인자 변화에 따른 부하별 연관성에 대해 분석하였다. 기존 건축물중 아파트, 오피스텔 등 주거용을 제외한 중부 및 남부지역 714개 건물을 분류하여 1차 에너지소요량을 분석하였다. 새로운 설계기법들이 적용됨에 따라 패시브측면에서의 에너지요구량은 지속적으로 감소하고 있으며, 신재생에너지 보급 활성화와 연계되어 제로에너지빌딩 시범사업 또한 지속적으로 이루어지고 있는 실정에 제로에너지빌딩 인증 기준을 고도화하기 위해 다양한 방법들을 적용하여 해석할 필요성이 있다고 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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