Energy performance analysis based on seasonal leaf area index variation and different orientations of green wall applied to campus buildings

Abstract

캠퍼스 내 건물의 에너지 소비 행동은 다른 여타 상업용 건물보다 이해도가 낮다. 에너지 시뮬레이션 분석은 건물의 에너지 소비량을 측정 할뿐만 아니라 기존 건물에 대한 다른 에너지 관리 전략을 조사하는 데 유용한 방법이다. 본 연구에서는 KAIST 캠퍼스의 세 가지 다른 활동의 건물들 (연구동, 기숙사 및 본관)에 벽면녹화가 설치된다면 냉/난방 감소에 얼마나 잠재적으로 에너지를 절약해주는지 시뮬레이션 도구를 사용하여 조사를 하였다. 먼저, 이 연구는 냉/난방 에너지 소비를 줄일 수 있는 방향과 식물들의 조화가 가장 적절한 조합을 찾기 위해 여러 건물의 향을 분석하였다. 시뮬레이션 모델들은 건물의 열성능을 향상시키기 위한 생리학적 파라미터 중 하나인 잎 면적 지수를 이용하고, 이는 계절 변화를 반영하고 있으며 이를 반영한 시뮬레이션 모델들을 개발하였다. 이것을 통하여 일년 동안의 벽면녹화 열 성능 패턴을 관찰 할 수 있었다. 북향의 벽면녹화는 열 에너지 효율 향상에 가장 효과적인 것으로 관찰 되었지만, 동향의 벽면녹화는 냉방 에너지 절약에 가장 효과적인것으로 관찰 되었다. 높은 LAI 값은 본 연구에 적용된 건물들을 위한 냉/난방 에너지 성능 향상에 도움을 주는 것으로 증명되었다. 본 연구에 적용된 건물들의 전체 에너지 효율에서 기숙사는 31%, 연구동에서는 4% 증가함을 보였는데, 그 결과는 극심한 기상 조건인 겨울에 더 큰 에너지를 절약 할 수 있다고 보여주고 있다. 마지막으로, 본 연구에서는 동작패턴을 고려한 에너지 절약, 건물 이용 일정 (occupancy schedule), 그리고 물리적 특성들을 결정 요소들로 정해 놓은 수직 식물에 각기 다른 기능의 건물들이 어떻게 반응을 하는지를 관찰하는 것에 초점을 맞추고 있다. 밤 중 사람들이 모두 이용하고 있는 기숙사의 경우 60%의 난방이용량을 줄이는데 도움이 되는 것을 발견하였다. (연구동 7%, 본관 3% 감소.) 이는 식물로 인하여 난방에 가장 큰 절약을 하는 것이 극한 온도 조건과 관련이 있음을 보여주었다. 반대로 여름에는 식물 레이어들이 건물 외관의 열 성능 면에서 별로 도움을 주지 못하는 것을 알게 되었다. 특히 비교적 고온인 기간 동안에는 기숙사 건물에서 평균 17%의 냉방 에너지 절감을 가져왔다. 식물은 냉방 에너지 절감에 커다란 영향을 미치지 못하는 것을 발견하였다. 특히 낮 시간 동안 주로 이용이 되어 냉방이 중요한 연구동과 본관은 더욱 더 영향을 주지 못하였다. 또한 냉방 에너지 절약은 채광용창 (fenestrations)과 불투명 벽에 상관없이 식물들로 덮인 면적과 밀접한 관련이 있다는 것을 발견하게 되었다