[논문 리뷰] Green Scale Research Tool for Multi-Criteria and Multi-Metric Energy Analysis Performed During the Architectural Design Process

Holly Ferguson, Aimee Buccellato외 3명|arXiv (Cornell University)|2016. 02. 26.

Building Energy and Comfort Optimization참고 문헌 9인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 초기 건축 설계 워크플로우에 통합된 다기준, 다지표 에너지 분석 프레임워크인 그린 스케일 리서치 툴을 소개한다. 이는 기존 AECO 소프트웨어의 한계를 보완하여 수명주기 에너지 소비와 운영 에너지 사용을 종합적으로 실시간으로 평가할 수 있도록 하여 개념 설계 단계에서의 설계 의사결정 및 환경 영향 평가를 향상시킨다.

ABSTRACT

Prevailing computational tools available to and used by architecture and engineering professionals purport to gather and present thorough and accurate perspectives of the environmental impacts associated with their contributions to the built environment. The presented research of building modeling and analysis software used by the Architecture, Engineering, Construction, and Operations (AECO) industry reveals that many of the most heavily relied-upon industry tools are isolated in functionality, utilize incomplete models and data, and are disruptive to normative design and building optimization workflows. This paper describes the current models and tools, their primary functions and limitations, and presents our concurrent research to develop more advanced models to assess lifetime building energy consumption alongside operating energy use. A series of case studies describes the current state-of-the-art in tools and building energy analysis followed by the research models and novel design and analysis Tool that the Green Scale Research Group has developed in response. A fundamental goal of this effort is to increase the use and efficacy of building impact studies conducted by architects, engineers, and building owners and operators during the building design process.

연구 동기 및 목표

• 기존 AECO 산업에서 사용되는 건물 에너지 분석 툴의 분산성과 功能적 고립을 해결하기 위해.
• 기존 도구의 한계, 즉 불완전한 데이터 모델, 수명주기 통합 부족, 표준 설계 워크플로우 방해 등을 극복하기 위해.
• 초기 건축 설계 단계에서 종합적인 에너지 및 환경 영향 평가를 지원하는 통합된, 설계에 융합된 도구를 개발하기 위해.
• 건축가, 엔지니어 및 건물 운영자들이 건물 영향 연구를 더 많이 도입하고 효과적으로 활용할 수 있도록 하기 위해.
• 단일 분석 프레임워크 내에서 운영 및 수명주기 단계 모두에 걸쳐 다지표 평가가 가능하도록 하기 위해.

제안 방법

• 그린 스케일 리서치 툴은 다기준 및 다지표 에너지 분석을 건축 설계 과정에 직접 통합하여 워크플로우 방해를 최소화한다.
• 이 도구는 운영 에너지 사용과 다양한 환경 영향 카테고리에 걸친 수명주기 에너지 소비를 평가하기 위해 고급 계산 모델을 활용한다.
• 기존 설계 소프트웨어와의 상호운용성을 고려하여 개념 설계 및 청사진 설계 단계에서 실시간 피드백을 가능하게 한다.
• 최신 건물 에너지 모델링 도구의 수준을 평가하고 제안된 프레임워크를 검증하기 위해 일련의 사례 연구를 수행하였다.
• 연구 팀은 초기 단계 설계를 위한 수명주기 평가(LCA) 원칙과 동적 에너지 모델링을 결합한 새로운 분석 프레임워크를 개발하였다.
• 다양한 지표와 기준에 걸쳐 에너지 성능에 대한 시각적 및 정량적 피드백을 제공함으로써 다목적 최적화를 지원한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기존 건물 에너지 분석 툴은 기존 워크플로우를 방해하지 않으면서 어떻게 더 잘 초기 건축 설계 과정에 통합될 수 있는가?
• RQ2 기존 AECO 소프트웨어는 수명주기 에너지 소비와 환경 영향을 모델링하는 데 있어 어떤 핵심적 한계를 지니는가?
• RQ3 통합된 다지표 에너지 분석 도구는 개념 설계 단계에서 환경 영향 평가의 정확성과 사용성에 얼마나 기여할 수 있는가?
• RQ4 다기준 및 다지표 피드백의 통합은 초기 단계 건물 개발의 설계 의사결정에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 어떤 설계 및 모델링 전략이 운영 및 수명주기 단계 모두에서 더 효과적이고 종합적인 에너지 성능 평가를 가능하게 하는가?

주요 결과

• 그린 스케일 리서치 툴은 다기준 및 다지표 에너지 분석을 건축 설계 과정에 성공적으로 통합하여 워크플로우 방해를 줄였다.
• 사례 연구를 통해 도구가 운영 에너지 사용과 수명주기 에너지 소비에 대한 실시간 종합 피드백을 제공할 수 있음을 입증하였다.
• 고립된 단일 지표 분석의 한계를 극복하기 위해 다양한 환경 영향 카테고리에 걸쳐 동시에 평가를 지원한다.
• 건축가와 엔지니어들은 초기 설계 단계에서 종합적이고 즉각적인 에너지 성능 데이터 접근성 덕분에 의사결정 능력이 향상되었다고 보고하였다.
• 연구 프레임워크는 개념 설계 단계에서 더 접근 가능하고 실천 가능한 환경 영향 연구를 가능하게 하여 그 도입을 증진시킬 잠재력이 높다고 나타났다.
• 도구의 설계는 기존 설계 소프트웨어와의 상호운용성을 지원하여 실제 AECO 워크플로우에서의 실용적 적용성을 높였다.