Issues and improvements of Building Energy Codes in South Korea

Abstract

A rational building energy performance assessment is important for energy efficient building design. Therefore, the results of building energy performance assessment should be sufficiently objective and transparent. Additionally, a performance-based approach is considered more reasonable in building energy performance evaluation than a prescriptive approach. However, in the case of ECO2 used in the Korean Building Energy Assessment, it was developed with a focus on simplicity of evaluation, even at the expense of accuracy, by specifying operational factors as single values and not reflecting uncertainty. This has led to controversial regarding accuracy, usability, and the reliability of assessment results. The evaluation criteria for the Energy Performance Index (EPI), which is mandatory for buildings larger than 500m2, also lack an objective methodology. To establish a rational evaluation system, a scientific method that considers the thermal behavior of buildings should be employed. In this context, this study presents a process for quantifying the uncertainty of energy demand based on changes in building usage scenarios and an improvement process for the EPI scoring system through a scientific approach. In Case Study #1, an analysis of the uncertainty of building energy demand is performed based on variations in five factors of the usage profile: occupancy density, plug load density, light power density, infiltration rate, and ventilation rate. The study argues for the necessity of a stochastic approach, the stochastic usage profile based on the quantification of uncertainty in building energy demand. In Case Study #2, Sobol sensitivity analysis and polynomial regression between seven building design factors (wall U-value, window U-value, roof U-value, floor U-value, Fenestration SHGC, light power density, and infiltration rate) and energy demand are conducted. By replacing sensitivity indices with the base score (a) of the EPI and using the polynomial regression equation as the weighting (b), a scoring system that partially reflects the thermal behavior of buildings is proposed. The correlation analysis between EPI and EPI*, ECO2 and EnergyPlus energy demand demonstrates the difficulty of ECO2 in reflecting the thermal behavior of buildings, emphasizing the need for a transition to a performance-based approach.

건물에너지 성능평가는 최대한 실재(reality)와 근사해야 하며(정확성), 평가 결과가 충분히 객관적이고 투명해야 한다(객관성, 투명성). 그리고, 건물 에너지 성능평가는 지시적 접근(prescriptive-approach)보다, 성능 중심 접근(performance-based approach)이 합리적이어서 좋다. 그러나, 국내 건축물에너지소비총량제에서 사용되는 ECO2의 경우, 정확성을 희생하더라도 평가의 단순함에 초점을 맞추어 개발되어, 운영인자를 단일 값으로 규정하여 불확실성을 반영하지 못한다. 이는, 정확성과 사용성 그리고 결과의 신뢰성에 대한 논란으로 이어지고 있다. 500m2 이상의 긴축건물에 의무적으로 적용되는 에너지 성능지표(EPI)의 평가기준 또한 객관적인 방법으로 이루어지지 않고 있다. 합리적인 평가체계를 위해, 건물의 열적 거동을 고려할 수 있는 과학적 방법을 수반하여야 한다. 이러한 관점에서, 본 연구에서는 건물 사용 시나리오의 변화에 따른 에너지요구량의 불확실성 정량화 프로세스와, 과학적 접근을 통한 EPI 배점체계 개선 프로세스를 제시한다. 사례연구 #1에서는 용도프로필 중 5개의 인자 (재실밀도, 기기밀도, 조명밀도, 침기율, 환기량)의 변화에 따른 건물에너지 요구량의 불확실성 분석을 수행한다. 그리고 건물에너지 요구량 불확실성 정량화를 통해, 용도프로필의 확률적 접근의 필요성을 논한다. 사례연구 #2에서는 7개의 건물 설계 인자 (벽체 열관류율, 창호 열관류율, 지붕 열관류율, 바닥 열관류율, 창호 SHGC, 조명밀도, 침기량)에 대한 Sobol 민감도 분석과 에너지요구량과의 다항회귀분석을 수행한다. 민감도 지수를 EPI의 기본 배점(a)으로 대체하고, 다항회귀식을 배점(b)로 대체함으로써 건물의 열적 거동을 일부 반영할 수 있는 배점체계를 제안하였다. 그리고, EPI와 EPI*, ECO2와 EnergyPlus 에너지요구량의 상관성 분석을 통해 ECO2는 건물의 열적 거동을 반영하기 어려움을 보이고, 성능 중심(performance-based)으로의 전환이 필요함을 논한다.