KR20230150484A - A Design Method for Environmentally Friendly Buildings Reflecting Energy Management System - Google Patents

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KR20230150484A
KR20230150484A KR1020220049902A KR20220049902A KR20230150484A KR 20230150484 A KR20230150484 A KR 20230150484A KR 1020220049902 A KR1020220049902 A KR 1020220049902A KR 20220049902 A KR20220049902 A KR 20220049902A KR 20230150484 A KR20230150484 A KR 20230150484A
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노성진
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Abstract

본 발명은 에너지 관리 시스템이 반영된 친환경 건물 설계 방법에 관한것이다. 탄소 저감 목표치를 설정하는 탄소저감목표 설정모듈, 기후요소, 일사량 및 부지특성에 관한 환경정보를 수집하는 환경정보 수집 모듈, 환경정보를 시뮬레이션하여 냉난방 부하를 최소화할 수 있는 건물의 최적 방위를 결정하고, 일사량에 의한 에너지 부하량을 예측하여 탄소 저감 목표치를 달성하도록 건물의 최적 형태를 결정하는 건물 외형 결정 모듈, 일사량에 의한 에너지 부하량을 예측하여 그 에너지 부하량이 최대가 되도록 건물의 외피를 결정하고, 실내 내부로 유입되는 일조량을 분석하고 유용조도를 시뮬레이션하여 조명 에너지를 최소화하도록 하며 건물 내외부의 기류의 흐름을 측정하여 기류 순환 및 통풍이 원활하도록 창의 위치와 크기를 설계하는 건물 외피 설계 모듈 및 환경정보를 시뮬레이션하여 건물 내외부의 기류의 흐름을 측정하여 기류 순환 및 통풍이 원활하도록 건물의 내벽의 배치를 결정하고, 건축물의 냉난방 에너지 부하를 예측하여 탄소 저감 목표치를 달성하도록 건물의 내벽의 재질을 설계하는 건물 내벽 설계 모듈을 포함한다.The present invention relates to an eco-friendly building design method that reflects an energy management system. A carbon reduction goal setting module that sets carbon reduction targets, an environmental information collection module that collects environmental information on climate factors, solar radiation, and site characteristics, and a simulation of environmental information to determine the optimal orientation of the building to minimize heating and cooling load. , a building exterior determination module that determines the optimal shape of the building to achieve the carbon reduction target by predicting the energy load due to solar radiation, predicts the energy load due to solar radiation and determines the building envelope to maximize the energy load, and determines the building envelope to maximize the energy load. Building envelope design module and environmental information that analyze the amount of sunlight flowing into the interior, simulate useful illuminance to minimize lighting energy, and measure airflow inside and outside the building to design the location and size of windows to facilitate airflow circulation and ventilation. A building that simulates the flow of airflow inside and outside the building to determine the arrangement of the building's inner walls to ensure smooth airflow circulation and ventilation, and predicts the building's cooling and heating energy load to design the material of the building's inner walls to achieve carbon reduction targets. Includes interior wall design module.

Description

에너지 관리 시스템이 반영된 친환경 건물 설계 방법{A Design Method for Environmentally Friendly Buildings Reflecting Energy Management System}A Design Method for Environmentally Friendly Buildings Reflecting Energy Management System}

본 발명은 에너지 관리 시스템이 반영된 친환경 건물 설계 방법에 관한 것으로, 더 자세하게는 기후분석을 통한 고 에너지 효 율을 갖는 건물 설계 시스템에 대한 것이다.The present invention relates to an eco-friendly building design method that reflects an energy management system, and more specifically, to a building design system with high energy efficiency through climate analysis.

최근 들어 지구의 온난화 문제 등으로 인하여 환경에 대한 관심이 증가하고 있으며, 실제로 1997년에는 온실가 스 감축을 의무화하는 교토의정서가 채택되었고, 2007년에는 발리 로드맵의 채택으로 한국도 온실가스 감축에 동참하였다. 특히, 건물의 에너지 효율화 및 건물에서 발생하는 온실가스 저감을 위한 노력이 진행되고 있으며, 이는 에너지 효율을 높이고 쾌적한 공간을 제공하기 위한 건물 에너지 관리 시스템에 대한 개발로 연결 되었다.Recently, interest in the environment has been increasing due to global warming issues, and in fact, the Kyoto Protocol, which mandates greenhouse gas reduction, was adopted in 1997, and Korea also participated in greenhouse gas reduction with the adoption of the Bali Roadmap in 2007. In particular, efforts are being made to improve the energy efficiency of buildings and reduce greenhouse gases emitted from buildings, which has led to the development of a building energy management system to increase energy efficiency and provide a comfortable space.

건물 에너지 관리 시스템(BEMS; Building Energy Management System)은 컴퓨터 기반의(computer-aided tools) 툴로써, 건물 상태의 모니터링, 기기 제어, 최적화에 사용된다. 현재 대부분의 BEMS 운영은 전체적인 설비의 단순 제어 및 감시 기능만 수행하고, 에너지 관리에 대한 기능은 부분적으로 제공하고 있는 실정으로, 건물에 특 화된 체계적인 에너지 관리 기능에 한계가 있었다.Building Energy Management Systems (BEMS) are computer-aided tools used to monitor, control, and optimize building conditions. Currently, most BEMS operations only perform simple control and monitoring functions for the overall facility, and partially provide energy management functions, so there are limitations in systematic energy management functions specific to buildings.

이에, 대한민국 공개특허 제2012-0010474호에는 기후분석 등을 통한 시뮬레이션 기반의 건물 에너지 관리 시스 템을 제공하고 있지만, 에너지 관리를 염두에 두지 않으며 설계된 건물에 에너지 관리 시스템을 추후에 도입하 는 것은 에너지 효율을 높이는 데에 일정한 한계점을 갖는 문제가 있다. 또한, 건물 운영단계에서 이산화탄 소 배출량을 최소화를 목표로 하는 미래형 환경주택인 '탄소 무배출 주택(zero emission house)'의 개발에 대한 국제적 관심이 고조되는 상황에 부응하기 어렵다.Accordingly, Republic of Korea Patent Publication No. 2012-0010474 provides a simulation-based building energy management system through climate analysis, etc., but later introducing an energy management system to a building designed without energy management in mind is an energy management system. There is a problem with certain limitations in increasing efficiency. In addition, it is difficult to respond to the growing international interest in the development of 'zero emission houses', future environmental housing that aims to minimize carbon dioxide emissions during the building operation stage.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전술한 문제점을 해결하여, 에너지 관리 시스템이 건물의 설계 단계 에서부터 반영되는 건물 설계 시스템을 제공하는 것이다.Therefore, the problem to be solved by the present invention is to solve the above-mentioned problems and provide a building design system in which the energy management system is reflected from the design stage of the building.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 고 에너지 효율을 갖는 건물 설계 방법은 탄소저감목표 설정모듈이 탄소 저감 목표치를 설정하는 단계(S1); 환경정보 수집 모듈이 기후요소, 일사 량 및 부지특성에 관한 환경정보를 수집하는 단계(S2); 건물 외형 결정 모듈이 상기 환경정보를 시뮬레이션하여 냉난방 부하를 최소화할 수 있는 건물의 최적 방위를 결정하고, 상기 일사량에 의한 에너지 부하량을 예측하여 상기 탄소 저감 목표치를 달성하도록 건물의 최적 형태를 결정하는 단계(S3); 건물 외피 설계 모듈이 상기 일사 량에 의한 에너지 부하량을 예측하여 그 에너지 부하량이 최대가 되도록 건물의 외피를 결정하고, 실내 내부로 유입되는 일조량을 분석하고 유용조도를 시뮬레이션하여 조명에너지를 최소화하도록 하며 건물 내외부의 기류의 흐름을 측정하여 기류 순환 및 통풍이 원활하도록 창의 위치와 크기를 설계하는 단계(S4); 및 건물 내벽 설계 모듈이 상기 환경정보를 시뮬레이션하여 건물 내외부의 기류의 흐름을 측정하여 기류 순환 및 통풍이 원활하도 록 건물의 내벽의 배치를 결정하고, 건축물의 냉난방 에너지 부하를 예측하여 상기 탄소 저감 목표치를 달성하 도록 건물의 내벽의 재질을 설계하는 단계(S5);를 포함한다.In a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object, the method of designing a building with high energy efficiency includes the steps of setting a carbon reduction target setting module to set a carbon reduction target value (S1); A step (S2) in which the environmental information collection module collects environmental information on climate factors, solar radiation, and site characteristics; A step in which the building exterior determination module simulates the environmental information to determine the optimal orientation of the building to minimize heating and cooling load, and predicts the energy load due to solar radiation to determine the optimal shape of the building to achieve the carbon reduction target. (S3); The building envelope design module predicts the energy load due to solar radiation, determines the building envelope to maximize the energy load, analyzes the amount of sunlight flowing into the room, simulates the useful illuminance, and minimizes lighting energy. Step of measuring the internal and external airflow and designing the position and size of the window to facilitate airflow circulation and ventilation (S4); And the building interior wall design module simulates the environmental information, measures the flow of airflow inside and outside the building, determines the arrangement of the building's interior walls to ensure smooth airflow circulation and ventilation, and predicts the building's cooling and heating energy load to meet the carbon reduction target. It includes a step (S5) of designing the material of the inner wall of the building to achieve.

또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 고 에너지 효율을 갖는 건물 설계방법은, 상기 S4 단계 이 후에 상기 탄소 저감 목표치를 달성하기 위한 재생에너지 활용 시스템을 도입하는 단계(S5');를 더 포함할 수 있다. 그리고, 이러한 재생에너지 활용 시스템으로는 그 종류를 특별히 한정하는 것은 아니지만 태양열난방 시 스템, 태양열발전 시스템, 태양광발전 시스템 및 수직축 풍력 터빈발전 시스템 등을 사용할 수 있다.In addition, in a preferred embodiment of the present invention, the method of designing a building with high energy efficiency includes a step (S5') of introducing a renewable energy utilization system to achieve the carbon reduction target after step S4; More may be included. In addition, the types of renewable energy utilization systems are not particularly limited, but solar heating systems, solar power generation systems, photovoltaic power generation systems, and vertical axis wind turbine power generation systems can be used.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 고 에너지 효율을 갖는 건물 설계방법은, 에너지 효율성 평가 모듈이 상 기 설계된 건물의 에너지 효율성을 평가하고 상기 탄소 저감 목표치와 비교하여 상기 S3, S4 및 S5 단계의 재수 행 여부를 결정하는 단계(S6);를 더 포함할 수 있다.In the method of designing a building with high energy efficiency according to a preferred embodiment of the present invention, the energy efficiency evaluation module evaluates the energy efficiency of the designed building and compares it with the carbon reduction target to repeat steps S3, S4 and S5. It may further include a step (S6) of determining whether to proceed.

그리고, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면 상기 고 에너지 효율을 갖는 건물 설계방법은, 에너지 효율성 평가 모듈이 상기 설계된 건물의 에너지 효율성을 평가하고 상기 탄소 저감 목표치와 비교하여, 상기 탄소 저감 목표치를 달성하기 위한 재생에너지 활용 시스템을 도입하는 단계(S5')의 포함 여부를 결정하는 단계(S6);를 더 포함할 수도 있다.And, according to a preferred embodiment of the present invention, in the method of designing a building with high energy efficiency, an energy efficiency evaluation module evaluates the energy efficiency of the designed building and compares it with the carbon reduction target to achieve the carbon reduction target. A step (S6) of determining whether to include a step (S5') of introducing a renewable energy utilization system may be further included.

또한, 본 발명은 탄소 저감 목표치를 설정하는 탄소저감목표 설정모듈; 기후요소, 일사량 및 부지특성에 관한 환경정보를 수집하는 환경정보 수집 모듈; 상기 환경정보를 시뮬레이션하여 냉난방 부하를 최소화할 수 있는 건 물의 최적 방위를 결정하고, 상기 일사량에 의한 에너지 부하량을 예측하여 상기 탄소 저감 목표치를 달성하도 록 건물의 최적 형태를 결정하는 건물 외형 결정 모듈; 상기 일사량에 의한 에너지 부하량을 예측하여 그 에너 지 부하량이 최대가 되도록 건물의 외피를 결정하고, 실내 내부로 유입되는 일조량을 분석하고 유용조도를 시뮬 레이션하여 조명에너지를 최소화하도록 하며 건물 내외부의 기류의 흐름을 측정하여 기류 순환 및 통풍이 원활 하도록 창의 위치와 크기를 설계하는 건물 외피 설계 모듈; 및 상기 환경정보를 시뮬레이션하여 건물 내외부의 기류의 흐름을 측정하여 기류 순환 및 통풍이 원활하도록 건물의 내벽의 배치를 결정하고, 건축물의 냉난방 에 너지 부하를 예측하여 상기 탄소 저감 목표치를 달성하도록 건물의 내벽의 재질을 설계하는 건물 내벽 설계 모 듈;을 포함하는 고 에너지 효율을 갖는 건물 설계시스템을 제공한다.본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면 상기 고 에너지 효율을 갖는 건물 설계시스템은, 상기 탄소 저감 목표 치를 달성하기 위한 재생에너지 활용 시스템을 더 포함할 수 있다. 그리고, 이러한 재생에너지 활용 시스템으 로는 그 종류를 특별히 한정하는 것은 아니지만 태양열난방 시스템, 태양열발전 시스템, 태양광발전 시스템 및 수직축 풍력 터빈발전 시스템 등을 포함할 수 있다.In addition, the present invention includes a carbon reduction target setting module that sets a carbon reduction target value; An environmental information collection module that collects environmental information on climate factors, solar radiation, and site characteristics; A building exterior determination module that simulates the environmental information to determine the optimal orientation of the building to minimize heating and cooling load, predicts the energy load due to solar radiation, and determines the optimal shape of the building to achieve the carbon reduction target; By predicting the energy load due to solar radiation, the building envelope is determined to maximize the energy load, the amount of sunlight flowing into the room is analyzed, the useful illuminance is simulated to minimize lighting energy, and the airflow inside and outside the building is controlled. Building envelope design module that measures the flow and designs the location and size of windows to facilitate air circulation and ventilation; And by simulating the environmental information, the airflow inside and outside the building is measured to determine the arrangement of the building's inner walls to ensure smooth airflow circulation and ventilation, and the building's cooling and heating energy load is predicted to achieve the carbon reduction target. Provided is a building design system with high energy efficiency, including a building interior wall design module for designing the material of the interior wall. According to a preferred embodiment of the present invention, the building design system with high energy efficiency includes the carbon reduction A renewable energy utilization system to achieve the target may be further included. In addition, these renewable energy utilization systems are not particularly limited in type, but may include solar heating systems, solar power generation systems, photovoltaic power generation systems, and vertical axis wind turbine power generation systems.

또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 고 에너지 효율을 갖는 건물 설계시스템은, 상기 설계된 건물의 에너지 효율성을 평가하고 상기 탄소 저감 목표치와 비교하여 상기 건물 외형 결정 모듈,건물 외피 설계 모듈 및 건물 내벽 설계 모듈의 실행 여부를 결정하는 에너지 효율성 평가 모듈을 더 포함할 수 있다.In addition, according to a preferred embodiment of the present invention, a building design system with high energy efficiency evaluates the energy efficiency of the designed building and compares it with the carbon reduction target to determine the building exterior shape, the building envelope design module, and the building. It may further include an energy efficiency evaluation module that determines whether to execute the inner wall design module.

본 발명은 건물의 설계 단계에서부터 탄소저감을 위하여 에너지 효율을 반영하고 있으며, 구체적으로는 기후요 소, 일사량 및 부지특성과 같은 환경정보를 시뮬레이션하여 고 에너지 효율의 건물 설계를 제공하며, 에너지 절 약 요소기술과 재생에너지 활용기술을 병행 접목하여 '탄소 무배출 주택(zero emission house)'을 제공할 수 있 다.The present invention reflects energy efficiency to reduce carbon from the design stage of the building. Specifically, it provides high energy efficiency building design by simulating environmental information such as climate factors, solar radiation, and site characteristics, and provides energy saving. By combining elemental technology and renewable energy utilization technology, a 'zero emission house' can be provided.

이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통 상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으 로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하 는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Terms or words used in this specification and claims should not be construed as limited to their common or dictionary meanings, and the inventor appropriately defines the concept of terms in order to explain his or her invention in the best way. It should be interpreted with meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be done.

이하 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.The embodiments described below and the configurations shown in the drawings are only one of the most preferred embodiments of the present invention and do not represent the entire technical idea of the present invention, so various equivalents that can replace them at the time of filing the present application It should be understood that variations and variations may exist.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 고 에너지 효율을 갖는 건물 설계시스템 구성도를 나타낸 도면이 다.Figure 1 is a diagram showing the configuration of a building design system with high energy efficiency according to a preferred embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 고 에너지 효율을 갖는 건물 설계방법은 탄소저감목표 설정모듈이 탄소 저감 목표 치를 설정하는 단계(S1); 환경정보 수집 모듈이 기후요소, 일사량 및 부지특성에 관한 환경정보를 수집하는 단 계(S2); 건물 외형 결정 모듈이 상기 환경정보를 시뮬레이션하여 냉난방 부하를 최소화할 수 있는 건물의 최적 방위를 결정하고, 상기 일사량에 의한 에너지 부하량을 예측하여 상기 탄소 저감 목표치를 달성하도록 건물의 최적 형태를 결정하는 단계(S3); 건물 외피 설계 모듈이 상기 일사량에 의한 에너지 부하량을 예측하여 그 에너 지 부하량이 최대가 되도록 건물의 외피를 결정하고, 실내 내부로 유입되는 일조량을 분석하고 유용조도를 시뮬 레이션하여 조명에너지를 최소화하도록 하며 건물 내외부의 기류의 흐름을 측정하여 기류 순환 및 통풍이 원활하도록 창의 위치와 크기를 설계하는 단계(S4); 및 건물 내벽 설계 모듈이 상기 환경정보를 시뮬레이션하여 건 물 내외부의 기류의 흐름을 측정하여 기류 순환 및 통풍이 원활하도록 건물의 내벽의 배치를 결정하고, 건축물 의 냉난방 에너지 부하를 예측하여 상기 탄소 저감 목표치를 달성하도록 건물의 내벽의 재질을 설계하는 단계 (S5);를 포함한다.Referring to Figure 1, the high energy efficiency building design method of the present invention includes the steps of setting a carbon reduction target value by a carbon reduction target setting module (S1); A step (S2) in which the environmental information collection module collects environmental information about climate factors, solar radiation, and site characteristics; A step in which the building exterior determination module simulates the environmental information to determine the optimal orientation of the building to minimize heating and cooling load, and predicts the energy load due to solar radiation to determine the optimal shape of the building to achieve the carbon reduction target. (S3); The building envelope design module predicts the energy load due to solar radiation, determines the building envelope to maximize the energy load, analyzes the amount of sunlight flowing into the room, and simulates the useful illuminance to minimize lighting energy. A step of measuring the airflow inside and outside the building and designing the location and size of the windows to facilitate airflow circulation and ventilation (S4); And the building interior wall design module simulates the environmental information, measures the flow of airflow inside and outside the building, determines the arrangement of the building's interior wall to ensure smooth airflow circulation and ventilation, and predicts the building's cooling and heating energy load to meet the carbon reduction target. Includes a step (S5) of designing the material of the inner wall of the building to achieve.

먼저, 본 발명의 바람직한 일 실시예 따른 고 에너지 효율을 갖는 건물 설계방법은 탄소저감목표 설정모듈이 탄소 저감 목표치를 설정한다(S1 단계).First, in the method of designing a building with high energy efficiency according to a preferred embodiment of the present invention, the carbon reduction target setting module sets the carbon reduction target (step S1).

최근 들어 지구의 온난화 문제 등으로 인하여 환경에 대한 관심이 증가하고 있으며, 실제로 1997년에는 온실가 스 감축을 의무화하는 교토의정서가 채택되었고, 2007년에는 발리 로드맵의 채택으로 한국도 온실가스 감축에 동참하였다. 특히, 건물의 에너지 효율화 및 건물에서 발생하는 온실가스 저감을 위한 노력이 진행되고 있으며, 이는 에너지 효율을 높이고 쾌적한 공간을 제공하기 위한 건물 에너지 관리 시스템에 대한 개발로 연결 되었다. 이에, 건물 운영단계에서 이산화탄소 배출량을 최소화를 목표로 하는 미래형 환경주택인 '탄소 무배출 주택(zero emission house)'의 개발에 대한 국제적 관심이 고조되고 있다. 그러나. 기존에는 에너지 관리를 염 두에 두지 않으며 설계된 건물에 에너지 관리 시스템을 추후에 도입하는 것은 에너지 효율을 높이는 데에 일정 한 한계점을 갖는 문제가 있었다.Recently, interest in the environment has been increasing due to global warming issues, and in fact, the Kyoto Protocol, which mandates greenhouse gas reduction, was adopted in 1997, and Korea also participated in greenhouse gas reduction with the adoption of the Bali Roadmap in 2007. In particular, efforts are being made to improve the energy efficiency of buildings and reduce greenhouse gases emitted from buildings, which has led to the development of a building energy management system to increase energy efficiency and provide a comfortable space. Accordingly, international interest in the development of 'zero emission houses', futuristic environmental housing that aims to minimize carbon dioxide emissions during the building operation stage, is growing. however. Previously, introducing an energy management system into a building designed without energy management in mind had certain limitations in improving energy efficiency.

본 발명은 이러한 탄소 저감을 위해서, 탄소 저감 목표치를 설정한 후에 이러한 탄소 저감 목표치를 달성할 수 있는 고 에너지 효율의 건물 설계 방법을 제공한다.In order to reduce carbon, the present invention provides a high energy efficiency building design method that can achieve these carbon reduction targets after setting them.

이러한 탄소 저감 목표치는 국가의 정책에 따름 목표치 또는 일반적으로 업계에서 받아들여지는 목표치로 먼저 설정한 후에, 건물 설계 단계에서 탄소 무배출 요소기술의 이용가능성 및 잠재성을 평가하여 재조정하게 된다. 본 발명은 건물의 설계 단계에서부터 탄소저감을 위하여 에너지 효율을 반영하고 있으며, 구체적으로는 기후요 소, 일사량 및 부지특성과 같은 환경정보를 시뮬레이션하여 고 에너지 효율의 건물 설계를 제공하며, 에너지 절 약 요소기술과 재생에너지 활용기술을 병행 접목하여 '탄소 무배출 주택(zero emission house)'을 제공할 수 있 다.These carbon reduction targets are first set as a target in accordance with national policy or a target generally accepted in the industry, and then readjusted by evaluating the availability and potential of carbon-free element technology at the building design stage. The present invention reflects energy efficiency to reduce carbon from the design stage of the building. Specifically, it provides high energy efficiency building design by simulating environmental information such as climate factors, solar radiation, and site characteristics, and provides energy saving. By combining elemental technology and renewable energy utilization technology, a 'zero emission house' can be provided.

이후에, 환경정보 수집 모듈이 기후요소, 일사량 및 부지특성에 관한 환경정보를 수집한다(S2 단계).Afterwards, the environmental information collection module collects environmental information about climate factors, solar radiation, and site characteristics (step S2).

본 발명은 건물 설계의 시뮬레이션을 위해서, 환경정보들을 수집하게 된다. 이러한 환경정보로는 기후요소, 일 사량 및 부지특성 등이 있다.The present invention collects environmental information for simulation of building design. Such environmental information includes climate factors, solar radiation, and site characteristics.

기후요소는 기온, 습도, 강수, 구름, 바람과 같이 기후를 나타내는 기본적인 물리량을 지칭하는 것으로, 여러 기후요소들은 서로 복잡하게 연관되어 에너지를 주고 받는다. 이렇게 여러 기후 요소가 서로 얽혀 현재의 기후 와 기상 상태를 유지하게 된다. 한편 이러한 기후 요소의 시공간적 분포에 영향을 주는 인자를 기후 인자라고 하는 데, 기후인자로는 태양복사의 강도와 위도 변화, 해양과 대륙의 분포, 해류, 고기압과 저기압의 위치, 산 맥, 해발고도 등이 대표적이다.Climate elements refer to basic physical quantities that represent climate, such as temperature, humidity, precipitation, clouds, and wind. Various climate elements are complexly related to each other and exchange energy. In this way, various climate factors are intertwined to maintain the current climate and weather conditions. Meanwhile, factors that affect the spatiotemporal distribution of these climate elements are called climate factors. Climate factors include the intensity of solar radiation and latitude changes, distribution of oceans and continents, ocean currents, locations of high and low pressures, mountains, and altitude above sea level. etc. are representative examples.

도 7에는 'Autodesk Weather Tool' 소프트웨어를 사용한 기후분석 방법을 예시하고 있다. 기후분석 프로그램을 이용한 각 지역의 기후를 분석한 후 이를 계획에 적용하여 자연형 디자인의 기반을 다지는 단계, 각 지역의 기 후를 20년간의 데이터로 통계 분석, 기후데이터를 이용해 직접 작성 가능하다. 또한, US, D.O.E의 데이터를 사 용, 각 데이터의 Comfort Zone (연간-주간-일간), 온도,습도, 일조, 일사량 등을 분석할 수 있다.Figure 7 illustrates a climate analysis method using 'Autodesk Weather Tool' software. After analyzing the climate of each region using a climate analysis program, it is applied to the plan to lay the foundation for a natural design. The climate of each region can be analyzed statistically using 20 years of data, and created directly using climate data. In addition, using data from US and D.O.E., it is possible to analyze Comfort Zone (annual-weekly-daily), temperature, humidity, sunlight, solar radiation, etc. of each data.

그리고, 일사량(日射量)은 태양으로부터 오는 태양 복사 에너지(일사(日射))가 지표에 닿는 양을 말한다. 일사 량은 태양광선에 직각으로 놓은 1제곱센티미터(㎠) 넓이에 1분 동안 복사되는 에너지의 양(輻射量)을 측정함으 로써 알 수 있다. 반면에, 일조량(日照量)은 일정한 물체의 표면이나 지표면에 비치는 햇볕의 양을 지칭하는 것으로 상기 일사량과 구분된다. 예를 들면, 높은 건물이 너무 가까이 있으면 그림자가 져서 충분한 일조량을 취할 수 없게 된다.And, insolation refers to the amount of solar radiation energy (insolation) coming from the sun that reaches the ground. The amount of solar radiation can be determined by measuring the amount of energy radiated per minute in an area of 1 square centimeter (㎠) placed at right angles to the sun's rays. On the other hand, solar radiation refers to the amount of sunlight shining on the surface of a certain object or the ground and is distinguished from the solar radiation. For example, if a tall building is too close, it will cast a shadow and prevent you from getting enough sunlight.

부지특성은 근처의 주요건물 등으로 인한 음영도와 같은 부지의 제한사항, 부지 주변의 기후요소 등을 의미한다.Site characteristics refer to site limitations such as shading due to nearby major buildings, climatic factors around the site, etc.

건물은 주위의 환경에 계속 영향을 주고 받게 되므로 건물의 부하 및 에너지 소비 특성을 분석할 때에 이러한 환경정보를 반영하고 감안해야 한다.Since buildings continue to be influenced by the surrounding environment, this environmental information must be reflected and taken into account when analyzing the load and energy consumption characteristics of the building.

이때, 환경정보 수집은 각종 센서 장비 및 공개된 통계자료를 사용할 수 있으며, 이렇게 수집된 환경정보는 데 이터베이스를 사용하여 상기 환경정보 수집 모듈에 저장될 수도 있다.그러고 나서, 건물 외형 결정 모듈이 상기 환경정보를 시뮬레이션하여 냉난방 부하를 최소화할 수 있는 건물의 최적 방위를 결정하고, 상기 일사량에 의한 에너지 부하량을 예측하여 상기 탄소 저감 목표치를 달성하도록 건 물의 최적 형태를 결정한다(S3 단계).At this time, environmental information collection can use various sensor equipment and publicly available statistical data, and the environmental information collected in this way may be stored in the environmental information collection module using a database. Then, the building appearance determination module By simulating the environmental information, the optimal orientation of the building that can minimize the heating and cooling load is determined, and the energy load due to solar radiation is predicted to determine the optimal shape of the building to achieve the carbon reduction target (step S3).

냉난방부하란 그 건물을 냉난방하면서 쾌적한 상태를 지속적으로 유지하기 위하여 필요한 열량을 의미하며, 이 냉난방부하를 계산하는 것은 냉난방설계를 하는 과정에서 가장 기본적이며 또한 가장 중요하다고 할 수 있다. 따라서, 이러한 냉난방부하를 최소화하도록 건물을 설계하는 것이 바람직하다. 시간의 경과에 따른 태양의 고 도에 의해서 일조량이 달라지게 되며, 일반적으로 남향의 건물이 전통적으로 햇볕이 잘 드는 것으로 알려져 있 다.Cooling and heating load refers to the amount of heat required to continuously maintain comfortable conditions while cooling and heating the building. Calculating this cooling and heating load can be said to be the most basic and most important in the process of cooling and heating design. Therefore, it is desirable to design buildings to minimize such cooling and heating loads. The amount of sunlight varies depending on the altitude of the sun over time, and it is generally known that buildings facing south are traditionally more sunny.

상기 환경정보를 시뮬레이션하여 냉난방 부하를 최소화할 수 있는 건물의 최적 방위를 결정할 수 있다. 각 지역 의 위도, 고도, 태양의 위치에 따라 가장 에너지 효율을 높일 수 있는 방위각을 측정할 수 있다. 그리고, 건축 계획상 정확하게 일치시키기는 힘들지만 지역의 특성상 여러 가지 계획이 가능하다. 에너지 효율을 반영한 최 적의 방위를 분석할 수 있으며, 'Autodesk Weather Tool'을 기반으로 평균 일사량, 일조량을 기반으로 냉난방 부하를 줄일 수 있는 최적 위치를 분석에 대한 예시는 도 8에 나타내었다.By simulating the environmental information, the optimal orientation of the building that can minimize heating and cooling loads can be determined. Depending on the latitude, altitude, and position of the sun in each region, the azimuth angle that can increase energy efficiency the most can be measured. And, although it is difficult to match the architectural plan exactly, various plans are possible due to the characteristics of the region. The optimal direction reflecting energy efficiency can be analyzed, and an example of the analysis of the optimal location to reduce the cooling and heating load based on the average solar radiation and solar radiation amount based on the 'Autodesk Weather Tool' is shown in Figure 8.

또한, 상기 일사량에 의한 에너지 부하량을 예측하여 상기 탄소 저감 목표치를 달성하도록 건물의 최적 형태를 결정할 수 있다. 도 9에는 'Autodesk Ecotect 2011' 소프트웨어를 사용한 일사량에 의한 에너지 부하량을 예측 시뮬레이션 결과를 나타내고 있다. 건물 외부의 부위에 받는 일사량 측정을 통한 에너지 부하량 예측하여 효과 적인 건물의 형상을 결정할 수 있는데 이는 건물 설계의 중요한 지표가 될 수 있다.In addition, by predicting the energy load due to solar radiation, the optimal shape of the building can be determined to achieve the carbon reduction target. Figure 9 shows simulation results predicting the energy load due to solar radiation using 'Autodesk Ecotect 2011' software. By predicting the energy load by measuring solar radiation received on the exterior of the building, the effective shape of the building can be determined, which can be an important indicator in building design.

그리고, 건물 외피 설계 모듈이 상기 일사량에 의한 에너지 부하량을 예측하여 그 에너지 부하량이 최대가 되도 록 건물의 외피를 결정하고, 실내 내부로 유입되는 일조량을 분석하고 유용조도를 시뮬레이션하여 조명에너지를 최소화하도록 하며 건물 내외부의 기류의 흐름을 측정하여 기류 순환 및 통풍이 원활하도록 창의 위치와 크기를 설계한다(S4 단계).In addition, the building envelope design module predicts the energy load due to solar radiation, determines the building envelope to maximize the energy load, analyzes the amount of sunlight flowing into the room, and simulates the useful illuminance to minimize lighting energy. By measuring the airflow inside and outside the building, the location and size of the windows are designed to facilitate airflow circulation and ventilation (step S4).

상기 일사량에 의한 에너지 부하량을 예측하여 상기 탄소 저감 목표치를 달성하도록 그 에너지 부하량이 최대가 되도록 건물의 외피를 결정할 수 있다. 도 10에는 'Autodesk Ecotect 2011' 소프트웨어를 사용한 일사량에 의한 에너지 부하량을 예측 시뮬레이션 결과를 나타내고 있다. 건물 외부의 부위에 받는 일사량 측정을 통한 에너지 부하량 예측하여 효과적인 건물의 외피를 결정할 수 있는데 이는 건물 설계의 중요한 지표가 될 수 있다.By predicting the energy load due to solar radiation, the building envelope can be determined to maximize the energy load to achieve the carbon reduction target. Figure 10 shows simulation results predicting the energy load due to solar radiation using 'Autodesk Ecotect 2011' software. By predicting the energy load by measuring solar radiation received on the exterior of the building, the effective building envelope can be determined, which can be an important indicator in building design.

또한, 실내 내부로 유입되는 일조량을 분석하고 유용조도를 시뮬레이션하여 조명에너지를 최소화하도록 창의 위 치와 크기를 설계할 수 있다. 도 11에는 'Autodesk Ecotect 2011' 소프트웨어를 사용한 일조량 분석 시뮬레이 션 결과를 나타내고 있다. 도 11을 참조하면, 주광률 분포와 실내부에 필요한 유용조도 시뮬레이션을 통하여 창의 위치와 크기를 설계할 수 있다. 실내 내부로 들어오는 일조량을 측정하는 주광률 측정과 내부의 유용조도 를 맞추기 위한 단계로서 창의 위치와 크기를 결정하고 사용자의 시각적 쾌적성과 조명에너지 절약을 위한 시뮬 레이션 측정할 수 있다.In addition, the position and size of the window can be designed to minimize lighting energy by analyzing the amount of sunlight flowing into the room and simulating the useful illuminance. Figure 11 shows the results of solar radiation analysis simulation using 'Autodesk Ecotect 2011' software. Referring to FIG. 11, the position and size of the window can be designed through simulation of daylight distribution and useful illuminance required for the interior. As a step to measure the daylight rate, which measures the amount of sunlight entering the room, and to match the useful illuminance inside, the position and size of the window can be determined and simulation measurements can be made for the user's visual comfort and lighting energy savings.

그리고, 건물 내외부의 기류의 흐름을 측정하여 기류 순환 및 통풍이 원활하도록 창의 위치와 크기를 설계할 수 있다. 상기 일조량을 분석하고 유용조도를 시뮬레이션하여 조명에너지를 최소화하도록 설계된 창의 위치와 크 기를 다시 보정하거나 또는 서로 보완하게 된다. 도 12 및 도 13에는 'Winair 4 / Flovent ' 소프트웨어를 사 용한 기류흐름 분석 시뮬레이션 결과를 나타내고 있다. 기류의 흐름은 방향,강도 및 온도를 통하여 정의될 수 있으며, 이러한 건물 내·외부에 기류의 흐름(방향/강도/온도)을 측정하여 건물과 각 실의 배치, 창의 위치와 크기를 결정할 수 있으며, 이를 통하여 건물의 전체적 형상의 결정에 도움을 줄 수 있다. 특히 도 13를 참조하 면, 이러한 기류의 흐름부석 시뮬레이션을 통하여 개개의 건물의 유닛 평가뿐만 아니라, 건물들의 집합인 단지 배치에 대한 평가도 가능할 수 있다.Also, by measuring the airflow inside and outside the building, the position and size of windows can be designed to ensure smooth airflow circulation and ventilation. By analyzing the amount of sunlight and simulating the useful illuminance, the positions and sizes of windows designed to minimize lighting energy are recalibrated or complemented. Figures 12 and 13 show air flow analysis simulation results using 'Winair 4 / Flovent' software. The flow of air can be defined through direction, intensity, and temperature. By measuring the flow of air (direction/intensity/temperature) inside and outside the building, the layout of the building and each room, and the location and size of the windows can be determined. , This can help determine the overall shape of the building. In particular, referring to FIG. 13, through this simulation of air flow, it is possible to evaluate not only the units of individual buildings, but also the arrangement of a complex of buildings.

마지막으로, 건물 내벽 설계 모듈이 상기 환경정보를 시뮬레이션하여 건물 내외부의 기류의 흐름을 측정하여 기 류 순환 및 통풍이 원활하도록 건물의 내벽의 배치를 결정하고, 건축물의 냉난방 에너지 부하를 예측하여 상기 탄소 저감 목표치를 달성하도록 건물의 내벽의 재질을 설계한다(S5 단계).Finally, the building interior wall design module simulates the environmental information, measures the flow of airflow inside and outside the building, determines the arrangement of the building's interior walls to ensure smooth airflow circulation and ventilation, and predicts the building's cooling and heating energy load to calculate the carbon dioxide. Design the material of the building's interior walls to achieve the reduction target (step S5).

상기 환경정보를 시뮬레이션하여 건물 내외부의 기류의 흐름을 측정하여 기류 순환 및 통풍이 원활하도록 건물 의 내벽의 배치를 결정할 수 있는데, 이는 상기 창의 위치와 크기를 설계 방법과 시뮬레이션을 공유한다. 따라 서, 내벽의 배치의 결정에도 도 12 및 도 13의 'Winair 4 / Flovent ' 소프트웨어를 사용한 기류흐름 분석 시뮬 레이션 결과를 사용할 수 있다.또한, 건축물의 냉난방 에너지 부하를 예측하여 상기 탄소 저감 목표치를 달성하도록 건물의 내벽의 재질을 설 계할 수 있다. 지역의 기후를 분석하여 외부조건의 요건을 설정한 후, 각 건축물의 종류에 맞는 내부 조건을 설정한 후에 건축물의 에너지 사용량 측정과 내부의 연간 온도 평가를 예측할 수 있으며, 도 14에는 외부조건 및 내부조건을 나타내고 있으며, 이러한 내부조건은 각 건축물의 용도나 사용인원, 위치에 따라 각각 다르게 조 건이 주어져야 한다. 이러한 주요 구조 부재에 따른 건축물의 냉난방 에너지 부하를 예측 재료에 따른 에너지 사용량을 측정할 수 있으며, 이를 통하여 건물의 내벽의 재질을 설계할 수 있다.By simulating the environmental information and measuring the flow of airflow inside and outside the building, the arrangement of the building's inner walls can be determined to ensure smooth airflow circulation and ventilation, which shares the design method and simulation of the location and size of the window. Therefore, the air flow analysis simulation results using 'Winair 4 / Flovent' software in Figures 12 and 13 can be used to determine the arrangement of the inner wall. In addition, the carbon reduction target can be set by predicting the cooling and heating energy load of the building. The material of the interior walls of a building can be designed to achieve this. After analyzing the local climate and setting the requirements for external conditions, and setting internal conditions appropriate for each type of building, the energy usage of the building can be measured and the internal annual temperature evaluation can be predicted. Figure 14 shows the external conditions and internal temperature. It indicates conditions, and these internal conditions must be given differently depending on the purpose, number of users, and location of each building. The heating and cooling energy load of a building according to these major structural members can be predicted and the energy consumption according to the material can be measured, and through this, the material of the building's interior walls can be designed.

도 15에는 'IES/VE' 또는 'Autodesk Ecotect'를 사용한 온도 분포가 시뮬레이션 결과를 나타내고 있다. 이를 통 하여 Comfort Zone의 온도에 따른 각 실의 연간 온도 측정과 그에 따른 쾌적성의 측정할 수 있으며, 특정 기간 대의 각 실의 내외부 온도 측정을 예측하여 디자인 과정에서 적용할 수 있다.Figure 15 shows the temperature distribution simulation results using 'IES/VE' or 'Autodesk Ecotect'. Through this, the annual temperature of each room can be measured according to the temperature of the comfort zone and the resulting comfort can be measured, and the internal and external temperature measurements of each room during a specific period can be predicted and applied in the design process.

도 16에는 'IES/VE' 또는 'Autodesk Ecotect'를 사용한 에너지 사용량 시뮬레이션 결과를 나타내고 있다. 주요 구조 부재에 따른 건축물의 냉난방 에너지 부하를 예측 재료에 따른 에너지 사용량을 측정할 수 있으며, 이러한 결과를 통하여 내벽의 재질을 결정에 도움을 받을 수 있다. 그리고, 에너지 부하량을 측정하기 위해서는 건축 물 부위인 외벽, 내벽, 지붕, 바닥의 재료와 일치하여야 하며 이는 건축물의 용도에 따라 변경되어야 하며 이를 용이하게 하기 위하여 시뮬레이션으로 검증해 볼 수 있다.Figure 16 shows the results of energy usage simulation using 'IES/VE' or 'Autodesk Ecotect'. It is possible to predict the cooling and heating energy load of a building according to the main structural members and measure the energy usage according to the material, and these results can be used to help determine the material of the interior walls. In addition, in order to measure the energy load, it must match the materials of the exterior wall, interior wall, roof, and floor of the building, and this must be changed according to the use of the building. To facilitate this, it can be verified through simulation.

이러한 단계를 통하여 본 발명은 건물의 설계 단계에서부터 탄소저감을 위하여 에너지 효율을 반영하고 있으며, 구체적으로는 기후요소, 일사량 및 부지특성과 같은 환경정보를 시뮬레이션하여 고 에너지 효율의 건물 설계를 제공하며, 에너지 절약 요소기술과 재생에너지 활용기술을 병행 접목하여 '탄소 무배출 주택(zero emission house)'을 제공할 수 있다.Through these steps, the present invention reflects energy efficiency from the design stage of the building to reduce carbon. Specifically, it simulates environmental information such as climate factors, solar radiation, and site characteristics to provide a highly energy-efficient building design. By combining energy-saving technology and renewable energy utilization technology, a 'zero emission house' can be provided.

그리고, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 고 에너지 효율을 갖는 건물 설계방법은, 상기 S4 단계 이후에 상기 탄소 저감 목표치를 달성하기 위한 재생에너지 활용 시스템을 도입하는 단계(S5')를 더 포함할 수 있다.And, in a preferred embodiment of the present invention, the method of designing a building with high energy efficiency further includes a step (S5') of introducing a renewable energy utilization system to achieve the carbon reduction target after step S4. It can be included.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 고 에너지 효율을 갖는 건물 설계시스템 구성도를 나타낸 도면으 로, 재생에너지 활용 시스템이 도시되어 있다.Figure 2 is a diagram showing the configuration of a building design system with high energy efficiency according to a preferred embodiment of the present invention, and shows a renewable energy utilization system.

상기 검토된 에너지 절약 요소기술이 적용된 건물 설계에 의해서 에너지 절감을 통하여 탄소 저감을 실현할 수 있지만, 재생에너지 활용기술을 활용한다며 더 높은 에너지 효율을 달성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 설계 방법은 추가적으로 탄소 저감 목표치를 달성하기 위한 재생에너지 활용 시스템을 도입할 수 있다.Carbon reduction can be achieved through energy savings by designing a building that applies the energy-saving element technologies reviewed above, but higher energy efficiency can be achieved by utilizing renewable energy utilization technologies. Therefore, the design method of the present invention can additionally introduce a renewable energy utilization system to achieve the carbon reduction target.

이러한 재생에너지 활용 시스템은 기존의 화석에너지나 원자력 에너지를 사용하지 않거나, 건물의 운용에 따라 발생하는 음식쓰레기 등의 재활용하여 바이오에탄올 연료를 생산하여 사용하는 등의 에너지 활용 시스템을 의미 한다. 이러한 재생에너지 활용 시스템으로는 그 종류를 특별히 한정하는 것은 아니지만 태양열난방 시스템, 태 양열발전 시스템, 태양광발전 시스템 및 수직축 풍력 터빈발전 시스템 등을 사용할 수 있다.This renewable energy utilization system refers to an energy utilization system that does not use existing fossil energy or nuclear energy, or produces and uses bioethanol fuel by recycling food waste generated during building operation. The types of renewable energy utilization systems are not particularly limited, but include solar heating systems, solar power generation systems, photovoltaic power generation systems, and vertical axis wind turbine power generation systems.

또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 고 에너지 효율을 갖는 건물 설계방법은, 에너지 효율성 평가 모듈이 상기 설계된 건물의 에너지 효율성을 평가하고 상기 탄소 저감 목표치와 비교하여 상기 S3, S4 및 S5 단계의 재수행 여부를 결정하는 단계(S6);를 더 포함할 수 있다.In addition, in a preferred embodiment of the present invention, the method of designing a building with high energy efficiency includes an energy efficiency evaluation module evaluating the energy efficiency of the designed building and comparing it to the carbon reduction target for S3, S4, and S5. It may further include a step (S6) of determining whether to re-perform the step.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 고 에너지 효율을 갖는 건물 설계시스템 구성도를 나타낸 도면으 로, 에너지 효율성 평가 모듈이 도시되어 있다.Figure 3 is a diagram showing the configuration of a building design system with high energy efficiency according to a preferred embodiment of the present invention, and shows an energy efficiency evaluation module.

상기 에너지 효율성 평가 모듈은 상기 설계된 건물의 에너지 효율성을 평가하는데, 이는 주택에서 발생하는 탄 소 발생량과 저감량을 측정 설계 초기 단계에서 컨트롤 할 수 있는 방안 마련하기 위함이며, 또한 각종 에너지 부하량을 측정하여 일부분만이 아닌 건물 전체에서의 에너지 부하량 컨트롤하기 위한 방안이다.The energy efficiency evaluation module evaluates the energy efficiency of the designed building. This is to prepare a way to control the amount of carbon generated and reduced in the house at the initial stage of measurement and design, and also measures various energy loads to determine a portion of the energy efficiency. This is a plan to control the energy load not only in the building, but in the entire building.

도 17에는 'Autodesk Green Building Studio'를 사용한 탄소 발생량을 평가 결과가 나타나있으며, 도 18에는 각종 에너지 부하량 측정에 대한 예를 제시하고 있다.Figure 17 shows the results of evaluating carbon emissions using 'Autodesk Green Building Studio', and Figure 18 presents examples of various energy load measurements.

상기 에너지 효율성 평가 모듈은 이렇게 측정된 에너지 효율성을 상기 설정된 탄소 저감 목표치와 비교하게 된 다. 설계된 건물의 에너지 효율성이 탄소 저감 목표치를 만족하면 몇 가지 부가적인 후속 작업을 거쳐 건물의 설계를 확정하게 된다. 그러나, 설계된 건물의 에너지 효율성이 탄소 저감 목표치를 만족하지 못하면 피드백을 통하여 상기 S3, S4 및 S5 단계의 재수행하도록 할 수 있다. 또한, 선택적으로 상기의 재생에너지 활용 시스템 을 도입할 수도 있다(도 4 참고).또한, 본 발명은 탄소 저감 목표치를 설정하는 탄소저감목표 설정모듈; 기후요소, 일사량 및 부지특성에 관한 환경정보를 수집하는 환경정보 수집 모듈; 상기 환경정보를 시뮬레이션하여 냉난방 부하를 최소화할 수 있는 건 물의 최적 방위를 결정하고, 상기 일사량에 의한 에너지 부하량을 예측하여 상기 탄소 저감 목표치를 달성하도 록 건물의 최적 형태를 결정하는 건물 외형 결정 모듈; 상기 일사량에 의한 에너지 부하량을 예측하여 그 에너 지 부하량이 최대가 되도록 건물의 외피를 결정하고, 실내 내부로 유입되는 일조량을 분석하고 유용조도를 시뮬 레이션하여 조명에너지를 최소화하도록 하며 건물 내외부의 기류의 흐름을 측정하여 기류 순환 및 통풍이 원활 하도록 창의 위치와 크기를 설계하는 건물 외피 설계 모듈; 및 상기 환경정보를 시뮬레이션하여 건물 내외부의 기류의 흐름을 측정하여 기류 순환 및 통풍이 원활하도록 건물의 내벽의 배치를 결정하고, 건축물의 냉난방 에 너지 부하를 예측하여 상기 탄소 저감 목표치를 달성하도록 건물의 내벽의 재질을 설계하는 건물 내벽 설계 모 듈;을 포함하는 고 에너지 효율을 갖는 건물 설계시스템을 제공한다. 본 발명은 건물의 설계 단계에서부터 탄 소저감을 위하여 에너지 효율을 반영하고 있으며, 구체적으로는 기후요소, 일사량 및 부지특성과 같은 환경정보 를 시뮬레이션하여 고 에너지 효율의 건물 설계를 제공하며, 에너지 절약 요소기술과 재생에너지 활용기술을 병 행 접목하여 '탄소 무배출 주택(zero emission house)'을 제공할 수 있다.The energy efficiency evaluation module compares the measured energy efficiency with the set carbon reduction target. If the energy efficiency of the designed building meets the carbon reduction target, the building design is finalized through several additional follow-up tasks. However, if the energy efficiency of the designed building does not meet the carbon reduction target, steps S3, S4, and S5 can be re-performed through feedback. In addition, the above renewable energy utilization system can be selectively introduced (see Figure 4). In addition, the present invention includes a carbon reduction target setting module for setting a carbon reduction target value; An environmental information collection module that collects environmental information on climate factors, solar radiation, and site characteristics; A building exterior determination module that simulates the environmental information to determine the optimal orientation of the building to minimize heating and cooling load, predicts the energy load due to solar radiation, and determines the optimal shape of the building to achieve the carbon reduction target; By predicting the energy load due to solar radiation, the building envelope is determined to maximize the energy load, the amount of sunlight flowing into the room is analyzed, the useful illuminance is simulated to minimize lighting energy, and the airflow inside and outside the building is controlled. Building envelope design module that measures the flow and designs the location and size of windows to facilitate air circulation and ventilation; And by simulating the environmental information, the airflow inside and outside the building is measured to determine the arrangement of the building's inner walls to ensure smooth airflow circulation and ventilation, and the building's cooling and heating energy load is predicted to achieve the carbon reduction target. It provides a building design system with high energy efficiency that includes a building interior wall design module that designs interior wall materials. The present invention reflects energy efficiency to reduce carbon emissions from the design stage of the building. Specifically, it simulates environmental information such as climate factors, solar radiation, and site characteristics to provide a highly energy-efficient building design, and provides energy-saving elements. By combining technology and renewable energy utilization technology, a 'zero emission house' can be provided.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면 상기 고 에너지 효율을 갖는 건물 설계시스템은, 상기 탄소 저감 목표 치를 달성하기 위한 재생에너지 활용 시스템을 더 포함할 수 있다. 그리고, 이러한 재생에너지 활용 시스템으 로는 그 종류를 특별히 한정하는 것은 아니지만 태양열난방 시스템, 태양열발전 시스템, 태양광발전 시스템 및 수직축 풍력 터빈발전 시스템 등을 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the high energy efficiency building design system may further include a renewable energy utilization system to achieve the carbon reduction target. In addition, these renewable energy utilization systems are not particularly limited in type, but may include solar heating systems, solar power generation systems, photovoltaic power generation systems, and vertical axis wind turbine power generation systems.

또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 고 에너지 효율을 갖는 건물 설계시스템은, 상기 설계된 건물의 에너지 효율성을 평가하고 상기 탄소 저감 목표치와 비교하여 상기 건물 외형 결정 모듈,건물 외피 설계 모듈 및 건물 내벽 설계 모듈의 실행 여부를 결정하는 에너지 효율성 평가 모듈을 더 포함할 수 있다.In addition, according to a preferred embodiment of the present invention, a building design system with high energy efficiency evaluates the energy efficiency of the designed building and compares it with the carbon reduction target to determine the building exterior shape, the building envelope design module, and the building. It may further include an energy efficiency evaluation module that determines whether to execute the inner wall design module.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 고 에너지 효율을 갖는 건물 설계시스템 구성도(자연형 디자인)를 나타낸 도면이다. 이러한 건물 설계 시스템은 자체 개발한 자연형 디자인 Design Process를 사용하여 지역의 기후에 맞는 설계와 시뮬레이션을 통하여 형태디자인, 평면디자인, 외피디자인을 계획하여 효율적 평가가 가능 하도록 계획되었다. 크게 기초 접근 단계와 분석 발전 단계로 구분되며, 패시브 디자인 계획을 기본으로 선택 적으로 액티브 디자인 계획을 포함할 수 있다.Figure 5 is a diagram showing the configuration of a building design system (natural design) with high energy efficiency according to a preferred embodiment of the present invention. This building design system was planned to enable efficient evaluation by planning form design, floor plan design, and envelope design through design and simulation suited to the local climate using the self-developed natural design design process. It is largely divided into a basic approach stage and an analysis development stage, and can optionally include an active design plan based on a passive design plan.

도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 고 에너지 효율을 갖는 건물 설계시스템 구성도를 나타낸 도면이 다. 상기 도 5에 나타낸 자연형 디자인과 결합한 탄소 저감을 위한 신재생 에너지 기술융합 디자인 프로세스로 설계전략 수립할 수 있다. 이러한 건물 설계 시스템은 탄소 저감 목표를 설정하고 이러한 목표치를 만족하기 위한 기획, 기본계획, 기본설계 및 실시설계로 이루어진 환경분석 시뮬레이션을 수행하며, 이와 상응하는 BIM 프로세스를 수행할 수 있다. 또한, 초기설계(부지특성 분석, 기초 자료조사,기후분석)과 중간평가(대안설계, 대안평가), 세부 분석단계(에너지절약계획, 건축계획, 패시브디자인계획, 액티브디자인계획)과 최종성능평가에 이르는 디자인 프로세스는 상기 환경 시뮬레이션에 상응하도록 진행된다.Figure 6 is a diagram showing the configuration of a building design system with high energy efficiency according to a preferred embodiment of the present invention. A design strategy can be established through a new and renewable energy technology convergence design process for carbon reduction combined with the natural design shown in FIG. 5. This building design system sets carbon reduction goals, performs environmental analysis simulations consisting of planning, master plan, basic design, and detailed design to satisfy these goals, and can perform the corresponding BIM process. In addition, initial design (site characteristics analysis, basic data survey, climate analysis), intermediate evaluation (alternative design, alternative evaluation), detailed analysis stage (energy conservation plan, building plan, passive design plan, active design plan), and final performance evaluation. The design process leading to is carried out corresponding to the environmental simulation.

이하에서는, 본 발명의 바람직한 일 실시예의 설계 방법에 따른 구체적인 설계 도면을 참고하여 더 자세하게 살 펴보기로 한다.Hereinafter, we will examine in more detail with reference to specific design drawings according to the design method of a preferred embodiment of the present invention.

도 19 및 도 20에서는 본 발명의 바람직한 일 실시예의 설계 방법에 따른 구체적인 설계 도면을 도시하고 있다. 도 19를 참조하면, 지붕의 일부가 개방되어 있어, 거실로의 자연채광이 가능하고, 자연환기가 가능하다. 전면부 의 온실에는 온실공기순환시스템이 채택되어 있고 자연채광이 가능하여 에너지 효율을 높일 수 있었다. 지붕에 는 태양광발전 시스템이 장착되어 있어 재생에너지 활용 시스템 이용하여 에너지 효율을 높이고 있다. 도 20을 참조하면, 툇마루 공간을 사용한 맞통풍 시스템이 작동하고 있으며, 바이오 에탄올 생성 장치 및 친환경 음식물 탈수기 등을 갖추고 있다. 그리고, 도 21을 참조하면, 상기 설계된 건물은 전체적으로 30가지의 에너지 절약 기법의 사용으로 그 성능을 검증받고 있음을 알 수 있다.19 and 20 show detailed design drawings according to the design method of a preferred embodiment of the present invention. Referring to Figure 19, part of the roof is open, allowing natural lighting and natural ventilation into the living room. A greenhouse air circulation system was adopted in the greenhouse at the front, and natural lighting was available to increase energy efficiency. A solar power generation system is installed on the roof to increase energy efficiency by using a renewable energy system. Referring to Figure 20, a cross-ventilation system using the veranda space is in operation, and is equipped with a bio-ethanol generating device and an eco-friendly food dehydrator. And, referring to Figure 21, it can be seen that the performance of the designed building has been verified through the use of 30 energy saving techniques.

본 발명의 설계된 건물은 패시브 디자인을 적용하여, 지역의 기후에 순응하는 공간고조 구축과 친환경 건축재료 만을 사용하여 에너지 부하는 저감시키는 디자인을 구성하였고, 건축물의 향, 각 실의 레이아웃, 개구부의 설계, 창호 종류, 재료 선정 등을 최적화하였다.The building designed according to the present invention applies passive design to construct a spatial structure that adapts to the local climate and a design that reduces energy load by using only eco-friendly building materials, and the scent of the building, the layout of each room, and the design of the openings. , window types, material selection, etc. were optimized.

도 22에는 난방시스템을 도시하고 있으며, 건물을 크게 4개의 구획으로 구분하고, 에너지 저감 효과를 위하여 입체적인 구조의 친환경 재료를 사용 최적향 설계를 위한 시뮬레이션과 각각의 실들의 레이어를 난방 구역과 비 난방 구역으로 계획하였다. 이러한 계획에 따라 그에 따른 개구부, 창호, 재료의 선정도 필요하다.도 23에는 본 발명의 설계 건물의 자연광 유입을 위한 채광특성을 도시하고 있다. 간접광을 고려하여 채광 효 율을 높였으며, 계절변화에 따른 채광도 고려하였다.Figure 22 shows the heating system, dividing the building into four compartments, using eco-friendly materials with a three-dimensional structure for energy saving effects, simulation for optimal design, and dividing the layers of each room into heating zones and non-heating zones. It was planned as a district. According to this plan, it is necessary to select openings, windows, and materials accordingly. Figure 23 shows the lighting characteristics for natural light inflow into the building designed according to the present invention. Indirect lighting was taken into consideration to increase lighting efficiency, and lighting according to seasonal changes was also taken into consideration.

도 24에는 본 발명의 설계 건물의 통풍 특성을 도시하고 있다. 모니터 창을 사용하여 베르누이 효과로 인한 통 풍 효율을 높였으며, 남북방형의 맞통풍이 가능하도록 하였다.Figure 24 shows the ventilation characteristics of the building designed according to the present invention. By using monitor windows, ventilation efficiency was increased due to the Bernoulli effect, and cross-ventilation in the north-south direction was possible.

도 25에는 내부 기류순환 및 내부 맞통풍 특성을 도시하고 있다. 겨울에는 발코니를 통한 내부 기류순환이 가 능하고, 여름에는 개구부 디자인을 통한 내부 맞통풍이 가능하다.Figure 25 shows internal airflow circulation and internal cross-ventilation characteristics. In winter, internal airflow circulation is possible through the balcony, and in summer, internal cross-ventilation is possible through the opening design.

도 26에는 본 발명의 발코니 블라인드를 통한 차양 및 단열 특성을 도시하고 있다. 발코니 블라인드를 통한 이 중 차양효과와 단열효과가 동시에 가능하도록 하였다.Figure 26 shows the shading and insulation characteristics of the balcony blind of the present invention. Balcony blinds enable both shading and insulation effects at the same time.

도 27에는 본 발명의 일조 유입 및 차단 조절 특성을 도시하고 있다. 개구부의 상부 루버와 광선반을 통한 계 절별 일조 유입과 차단 조절할 수 있다.Figure 27 shows the solar inflow and blocking control characteristics of the present invention. The inflow and blocking of sunlight can be adjusted depending on the season through the upper louver and light shelf of the opening.

도 28에는 실내 조도 측정을 통한 내부 LED 조명배치 방법을 도시하고 있으며, 도 29에는 건물후면 툇마루 개념 으로 맞통풍 유도 특성을 도시하고 있다. 또한, 도 30에는 건물의 우수 이용시스템을 도시하고 있으며, 도 31 에는 에너지 부하를 줄이기 위한 그린루프 설치 된 지붕을 도시하고 있다.Figure 28 shows a method of internal LED lighting arrangement through indoor illumination measurement, and Figure 29 shows cross ventilation induction characteristics using the concept of a veranda at the back of the building. In addition, Figure 30 shows the building's rainwater use system, and Figure 31 shows a roof with a green roof installed to reduce energy load.

도 32, 도 33에는 일반 주택의 콘크리트 벽체와 친환경 건축 부재를 사용했을 시의 에너지 시뮬레이션의 측정치 를 도시하고 있으며, 도 34에는 이들의 비교 결과값을 도시하고 있다. 도 34를 참조하면, 친환경 건축 부재를 사용하여 39.6%의 에너지 절감 효과를 가져올 수 있음을 알 수 있다.Figures 32 and 33 show the measured values of energy simulation when using a concrete wall of an ordinary house and eco-friendly building members, and Figure 34 shows the results of their comparison. Referring to Figure 34, it can be seen that an energy saving effect of 39.6% can be achieved by using eco-friendly building members.

도 35에는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 설계 방법과 BIM과의 관계가 나타나 있다. 기존 친환경 건축 물을 설계하기 위해서는 건축 재료, 냉난방 부하, 기후요소 등 설비분야의 전문적인 의사결정필요 때문에 친환 경요소를 적용하기 위해서는 설비설계가 완료된 후에야 건축물의 에너지성능을 평가할 수 있다. 이러한 에너지 성능 분석 도구들은 건축설계 초기단계에 만들어진 BIM(Building Information Modeling)을 활용하여 에너지 부 하 계산을 제공하기 때문에 최적의 계획안을 얻을 때까지 피드백 과정을 거치게 된다. 또한, 각각의 설계요소 에 적용할 수 있는 다양한 건축시뮬레이션 도구의 사용이 가능하며 실제 계획에 적용할 수 있다. 이러한 시뮬 레이션을 수행하기 위해서는 사용가능한 많은 시뮬레이션 도구가 존재하지만, 사용이 용이한 시뮬레이션 도구를 하기 표 1에 정리하였다.Figure 35 shows the relationship between the design method and BIM according to a preferred embodiment of the present invention. Because designing existing eco-friendly buildings requires specialized decision-making in the facility field such as building materials, heating and cooling load, and climate factors, the energy performance of the building can be evaluated only after the facility design is completed in order to apply eco-friendly factors. These energy performance analysis tools provide energy load calculations using BIM (Building Information Modeling) created in the early stages of architectural design, so they go through a feedback process until the optimal plan is obtained. In addition, various architectural simulation tools that can be applied to each design element can be used and applied to actual plans. There are many simulation tools available to perform such simulations, but the easy-to-use simulation tools are summarized in Table 1 below.

Claims (9)

탄소저감목표 설정모듈이 탄소 저감 목표치를 설정하는 단계(S1);
환경정보 수집 모듈이 기후요소, 일사량 및 부지특성에 관한 환경정보를 수집하는 단계(S2);
건물 외형 결정 모듈이 상기 환경정보를 시뮬레이션하여 냉난방 부하를 최소화할 수 있는 건물의 최적 방위를 결정하고, 상기 일사량에 의한 에너지 부하량을 예측하여 상기 탄소 저감 목표치를 달성하도록 건물의 최적 형 태를 결정하는 단계(S3);
건물 외피 설계 모듈이 상기 일사량에 의한 에너지 부하량을 예측하여 그 에너지 부하량이 최대가 되도록 건물 의 외피를 결정하고, 실내 내부로 유입되는 일조량을 분석하고 유용조도를 시뮬레이션하여 조명에너지를 최소화 하도록 하며 건물 내외부의 기류의 흐름을 측정하여 기류 순환 및 통풍이 원활하도록 창의 위치와 크기를 설계 하는 단계(S4); 및
건물 내벽 설계 모듈이 상기 환경정보를 시뮬레이션하여 건물 내외부의 기류의 흐름을 측정하여 기류 순환 및 통풍이 원활하도록 건물의 내벽의 배치를 결정하고, 건축물의 냉난방 에너지 부하를 예측하여 상기 탄소 저감 목표치를 달성하도록 건물의 내벽의 재질을 설계하는 단계(S5);를 포함하는 고 에너지 효율을 갖는 건물 설계방 법.
A step (S1) in which the carbon reduction target setting module sets the carbon reduction target value;
A step (S2) in which the environmental information collection module collects environmental information about climate factors, solar radiation, and site characteristics;
The building exterior determination module simulates the environmental information to determine the optimal orientation of the building to minimize the heating and cooling load, predicts the energy load due to solar radiation, and determines the optimal shape of the building to achieve the carbon reduction target. Step (S3);
The building envelope design module predicts the energy load due to solar radiation, determines the building envelope to maximize the energy load, analyzes the amount of sunlight flowing into the room, simulates the useful illuminance, and minimizes lighting energy inside and outside the building. Step of measuring the airflow and designing the position and size of the window to facilitate airflow circulation and ventilation (S4); and
The building interior wall design module simulates the environmental information, measures the airflow inside and outside the building, determines the arrangement of the building's interior walls to ensure smooth airflow circulation and ventilation, and predicts the building's cooling and heating energy load to achieve the carbon reduction target. A method of designing a building with high energy efficiency, including a step (S5) of designing the material of the inner wall of the building so as to do so.
제1항에 있어서,
상기 고 에너지 효율을 갖는 건물 설계방법은,
상기 S4 단계 이후에 상기 탄소 저감 목표치를 달성하기 위한 재생에너지 활용 시스템을 도입하는 단계(S5');를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고 에너지 효율을 갖는 건물 설계방법.
According to paragraph 1,
The high energy efficiency building design method is,
A method of designing a building with high energy efficiency, further comprising a step (S5') of introducing a renewable energy utilization system to achieve the carbon reduction target after step S4.
제2항에 있어서,
상기 재생에너지 활용 시스템은 태양열난방 시스템, 태양열발전 시스템, 태양광발전 시스템 및 수직축 풍력 터 빈발전 시스템을 포함하는 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 고 에너지 효율을 갖는 건물 설계방법.
According to paragraph 2,
A method of designing a building with high energy efficiency, wherein the renewable energy utilization system is one or more types selected from the group including a solar heating system, a solar power generation system, a photovoltaic power generation system, and a vertical axis wind turbine power generation system.
제1항에 있어서,
상기 고 에너지 효율을 갖는 건물 설계방법은,
에너지 효율성 평가 모듈이 상기 설계된 건물의 에너지 효율성을 평가하고 상기 탄소 저감 목표치와 비교하여 상기 S3, S4 및 S5 단계의 재수행 여부를 결정하는 단계(S6);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고 에너지 효 율을 갖는 건물 설계방법.
According to paragraph 1,
The high energy efficiency building design method is,
A step (S6) in which an energy efficiency evaluation module evaluates the energy efficiency of the designed building and compares it with the carbon reduction target to determine whether to re-perform steps S3, S4 and S5 (S6). Efficient building design method.
제1항에 있어서,
상기 고 에너지 효율을 갖는 건물 설계방법은,
에너지 효율성 평가 모듈이 상기 설계된 건물의 에너지 효율성을 평가하고 상기 탄소 저감 목표치와 비교하여, 상기 탄소 저감 목표치를 달성하기 위한 재생에너지 활용 시스템을 도입하는 단계(S5')의 포함 여부를 결정하는 단계(S6);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고 에너지 효율을 갖는 건물 설계방법.
According to paragraph 1,
The high energy efficiency building design method is,
The energy efficiency evaluation module evaluates the energy efficiency of the designed building, compares it with the carbon reduction target, and determines whether to include a step (S5') of introducing a renewable energy utilization system to achieve the carbon reduction target ( S6); A building design method with high energy efficiency, further comprising:
탄소저감을 위한 고 에너지 효율을 갖는 건물 설계시스템에 있어서, 탄소 저감 목표치를 설정하는 탄소저감목표 설정모듈;
기후요소, 일사량 및 부지특성에 관한 환경정보를 수집하는 환경정보 수집 모듈;
상기 환경정보를 시뮬레이션하여 냉난방 부하를 최소화할 수 있는 건물의 최적 방위를 결정하고, 상기 일사량에 의한 에너지 부하량을 예측하여 상기 탄소 저감 목표치를 달성하도록 건물의 최적 형태를 결정하는 건물 외형 결정 모듈;
상기 일사량에 의한 에너지 부하량을 예측하여 그 에너지 부하량이 최대가 되도록 건물의 외피를 결정하고, 실 내 내부로 유입되는 일조량을 분석하고 유용조도를 시뮬레이션하여 조명에너지를 최소화하도록 하며 건물 내외 부의 기류의 흐름을 측정하여 기류 순환 및 통풍이 원활하도록 창의 위치와 크기를 설계하는 건물 외피 설계 모 듈; 및
상기 환경정보를 시뮬레이션하여 건물 내외부의 기류의 흐름을 측정하여 기류 순환 및 통풍이 원활하도록 건물 의 내벽의 배치를 결정하고, 건축물의 냉난방 에너지 부하를 예측하여 상기 탄소 저감 목표치를 달성하도록 건 물의 내벽의 재질을 설계하는 건물 내벽 설계 모듈;을 포함하는 고 에너지 효율을 갖는 건물 설계시스템.
In a building design system with high energy efficiency for carbon reduction, a carbon reduction target setting module that sets a carbon reduction target value;
An environmental information collection module that collects environmental information on climate factors, solar radiation, and site characteristics;
A building exterior determination module that simulates the environmental information to determine the optimal orientation of the building to minimize heating and cooling load, predicts the energy load due to solar radiation, and determines the optimal shape of the building to achieve the carbon reduction target;
By predicting the energy load due to solar radiation, the building envelope is determined to maximize the energy load, the amount of sunlight flowing into the room is analyzed, the useful illuminance is simulated to minimize lighting energy, and the airflow inside and outside the building is minimized. A building envelope design module that measures the location and size of windows to ensure smooth airflow circulation and ventilation; and
By simulating the above environmental information, the airflow inside and outside the building is measured to determine the arrangement of the building's inner walls to ensure smooth airflow circulation and ventilation, and the building's cooling and heating energy load is predicted to achieve the carbon reduction target. A building design system with high energy efficiency that includes a building interior wall design module that designs materials.
제6항에 있어서,
상기 고 에너지 효율을 갖는 건물 설계시스템은,
상기 탄소 저감 목표치를 달성하기 위한 재생에너지 활용 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고 에너지 효율을 갖는 건물 설계시스템.
According to clause 6,
The high energy efficiency building design system is,
A building design system with high energy efficiency, further comprising a renewable energy utilization system to achieve the carbon reduction target.
제7항에 있어서,
상기 재생에너지 활용 시스템은 태양열난방 시스템, 태양열발전 시스템, 태양광발전 시스템 및 수직축 풍력 터 빈발전 시스템을 포함하는 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 고 에너지 효율을 갖는 건물 설계시스 템.
In clause 7,
The renewable energy utilization system is a building design system with high energy efficiency, characterized in that one or more types selected from the group including solar heating system, solar power generation system, solar power generation system, and vertical axis wind turbine power generation system.
제6항에 있어서,
고 에너지 효율을 갖는 건물 설계시스템은, 상기 설계된 건물의 에너지 효율성을 평가하고 상기 탄소 저감 목표 치와 비교하여 상기 건물 외형 결정 모듈,건물 외피 설계 모듈 및 건물 내벽 설계 모듈의 실행 여부를 결정하는 에너지 효율성 평가 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고 에너지 효율을 갖는 건물 설계 시스템.
According to clause 6,
A building design system with high energy efficiency evaluates the energy efficiency of the designed building and compares it with the carbon reduction target to determine whether to execute the building exterior determination module, building envelope design module, and building interior wall design module. A building design system with high energy efficiency, further comprising an evaluation module.
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