Generative Design 기반 행정복지센터의 대지 형태에 따른 매스 생성과 에너지 특성

1.1. 연구의 배경 및 목적

최근 건축설계의 디지털 환경은 CAD (Computer-Aided Design) 기반의 2차원 설계에서 BIM (Building Information Modeling) 기반 3차원 정보모델 설계로 발전하였다. 나아가 설계 조건과 성능 기준을 반영해 다양한 대안을 자동 생성하는 Generative Design으로 확장되고 있다. Generative Design은 초기 단계에서 다수의 대안을 신속히 생성·비교하여 복잡한 조건 검토와 설계 의사결정을 지원한다.

한편, ｢건축서비스산업 진흥법｣ 제21조는 공공건축의 품격 향상을 위해 건축물의 특성, 규모 및 사업비를 고려해 적합한 설계 발주방식을 선정하도록 규정하고 있다[1]. 이에 따라 설계 공모는 공공건축물의 설계 품질 향상과 설계자의 참여를 위한 설계공모가 적극적으로 시행되고 있다. 따라서 본 연구의 목적은 건축계획 초기 단계에서 Generative Design을 활용하여 대지 형태에 따른 다양한 건물 매스를 생성하고, 생성된 매스의 EUI (Energy Use Intensity)를 비교·분석하여 매스 유형별 에너지 특성을 검토하는 데 있다. 이를 통해 대지 형태에 따른 매스 생성과 에너지 특성 분석을 통합한 Generative Design 기반 설계 지원 프로세스를 제시하고자 한다.

1.2. 연구의 범위 및 방법

본 연구의 범위는 2016년부터 2025년까지 최근 10년간 국내 공공건축물 중 소규모 업무시설에 해당하는 행정복지센터 설계공모 당선안으로 한정한다. 이 중 자료 확인이 가능한 41개 당선안을 대상으로 대지 형태, 대지면적, 건축면적, 연면적, 층수 및 층고를 분석한다. 분석 결과를 바탕으로 대지를 정방형, 장방형, 사다리꼴 및 L자형의 4가지 형태로 분류한다. 기본모델의 조건은 사례분석에서 도출된 평균값과 연구의 비교 조건을 고려하여 설정한다.

본 연구는 Fig. 1.의 연구 흐름도에 따라 진행하며, 연구의 방법은 다음과 같다. Rhino 8 (Ver.8.30.26103)과 Grasshopper를 활용하여 대지 형태, 건축가능영역 및 건물 규모 등 설계 조건을 설정하고, 대지 형태별 건물 매스를 생성한다. 생성된 매스는 Grasshopper 환경분석 Plug-in Ladybug (1.10.0)와 Honeybee (1.10.0)를 활용하여 에너지 시뮬레이션을 수행하고, EUI를 산출한다. 이후 생성된 매스 대안을 유형별로 분류하고, 각 유형의 EUI를 비교·분석한다.

Fig. 1.

Research flow chart

2.1. Generative Design과 대지 특성에 따른 에너지 성능에 관한 선행연구

‘Generative Design’은 설계자가 설정한 목표, 제한조건 및 성능 기준을 바탕으로 다양한 설계 대안을 자동으로 생성하는 설계 방법이다[2]. 이는 다수의 대안을 신속하게 탐색하고 비교할 수 있어 법규, 사용자 요구사항 및 환경 성능 등 고려해야 할 요소가 복잡해지는 건축설계 초기 단계에서 효과적인 방법으로 활용되고 있다.

선행연구는 A. Generative Design 관련 연구와 B. 대지 특성 및 에너지 성능 관련 연구로 구분하여 분석하였으며, 그 결과는 Table 1.과 같다. 먼저 A. Generative Design 관련 선행연구를 분석한 결과 Yair Schwartz et al.은 Generative Design과 전 생애 성능 평가를 연계하여 에너지 성능을 검토하는 프로세스를 제안하였다[3]. Elnaz Tafrihi Bailey et al.은 매스 생성과 다목적 최적화 알고리즘을 연계한 설계 자동화 프로세스를 구축하였다[4]. Likai Wang et al.은 다양한 매스 대안을 체계적으로 생성· 평가할 수 있는 설계 프로세스를 제안하였다[5]. Xingyue Feng et al.은 생성 알고리즘과 성능 시뮬레이션을 통합하여 최적 설계 프로세스를 구축하였다[6].

Table 1.

Literature review

Liwei Chen et al.은 고층 타워 수직형태의 다양성과 성능 연계성을 확보하는 프레임워크를 개발하였다[7]. Atousa Momenaei et al.은 건축물의 발코니를 대상으로 Generative Design 기반 파라메트릭 플랫폼을 개발하고, 발코니 적용에 따른 에너지 효율성과 거주자 쾌적성을 비교·분석 하였다[8]. 권주현 외는 평면계획 자동화 알고리즘을 통해 다양한 설계 대안을 도출하고, 설계 프로세스의 적용 가능성을 검토하였다[9].

B. 대지 특성 및 에너지 성능 관련 선행연구를 분석한 결과 Yun Kyu Yi et al.은 CFD (Computational Fluid Dynamics) 분석을 통해 대지 미기후를 반영한 건물 형태 최적화와 에너지 소비 저감 가능성을 검토하였다[10]. 최정민은 대지 및 건물 매스를 구축하여 설계 초기 단계의 에너지 성능 검토 가능성을 확인하였다[11]. Haijing Liu et al.은 건물 간격 및 규모에 따른 주변 건물의 음영효과와 에너지 수요 변화를 분석하였다[12]. Sumin Lee et al.은 주동 배치에 따른 미기후와 건물 에너지 부하의 영향을 분석하여 최적 배치계획 수립을 위한 기초자료를 제시하였다[13]. 문하은 외는 대지 형태와 주변 건물 조건을 반영한 파라메트릭 최적화를 통해 오피스 빌딩의 냉난방 부하 저감 효과를 분석하였다[14].

이와 같이 선행연구는 Generative Design을 활용한 매스 생성과 에너지 분석 가능성을 검토하였으나 대부분 단순한 대지 형태를 중심으로 수행되어 다양한 대지 형태에서 생성되는 매스의 에너지 특성에 관한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 대지 형태를 주요 설계 조건으로 설정하고, 이에 따라 생성되는 건물 매스의 에너지 특성을 비교·분석하고자 한다.

2.2. 행정복지센터 설계공모 사례분석

Table 2.는 41개 설계공모 당선안의 대지면적, 건축면적, 연면적, 건폐율, 용적률과 대상지에 적용되는 법정 건폐율, 용적률을 정리한 것이다.¹⁾ 분석 결과, 대상지의 건폐율은 평균 46.0%였으며, 최소 11.86%에서 최대 71.87%까지 큰 편차를 보였다. 건폐율이 가장 낮은 Case 27의 대지면적은 6,011m²로, 전체 평균 2,323m²보다 크며, 상대적으로 넓은 대지 조건을 가진 것으로 나타났다. Case 3과 Case 31의 대지면적은 각각 9,835m²와 4,910m²로 모두 평균 대지면적보다 크며, 건축면적 또한 전체 평균인 823m²를 초과한다. 두 사례는 자연녹지지역 및 제1종 지구단위계획구역에 해당하여 법정 건폐율이 20% 이하로 적용되었으나, 대지면적이 크기 때문에 평균 이상의 건축면적을 확보하면서도 법정 건폐율 기준을 충족한 것으로 확인되었다. 이와 같은 건폐율의 차이는 건축면적뿐만 아니라 대지 규모, 용도지역 및 지구단위계획에 따른 규제 조건 등이 함께 작용한 결과로 해석된다. 특히 대지면적이 상대적으로 작은 경우에는 제한된 공간을 효율적으로 활용하기 위해 지하층을 활용하거나 건물을 높게 구성하는 경향이 나타났으며, 대지면적이 큰 경우에는 넓은 대지 여건을 활용하여 저층형 배치와 수평으로 확장하는 매스 구성이 나타났다.

Table 2.

Building overview of administrative welfare centers

Table 3.은 행정복지센터 설계공모 당선안 41개 사례의 대지 형태와 건물 매스를 간략한 형태로 정리한 것이다. 분석 대상의 대지는 비교적 단순하고 정형적인 형태부터 대지경계선의 일부가 기울어지거나 대지 내부에 오목부가 형성된 비정형 대지까지 다양하게 분포하였다. 건물 매스 역시 대지의 형태와 규모, 건축가능영역 등의 조건에 따라 서로 다른 형태와 구성 방식을 보였다. 정형 대지에서는 특정한 매스 형태에 집중되지 않고, 단순한 형태부터 내부에 중정이 포함된 형태까지 다양한 매스 구성이 확인되었다. 반면 비정형 대지에서는 불규칙한 대지 경계에 대응하여 매스가 굴곡지거나 비정형적으로 구성되는 경향을 보였다. 또한 동일한 대지 유형으로 분류된 경우에도 대지경계선의 기울기, 장단변비, 오목부의 위치, 진입도로의 위치 및 주변 환경 등 세부 조건에 따라 매스의 형태와 구성에 차이가 발생하였다. 이는 대지의 세부적인 대지 조건이 건물 매스 구성에 영향을 미치는 주요 계획 요소임을 의미한다.

Table 3.

Winning entries from design competitions

또한 분석 대상에서는 두 개 이상의 매스가 서로 연결되지 않고 독립적으로 배치된 사례는 확인되지 않았으며, 대부분의 사례가 하나의 단일 매스로 구성되거나 여러 부분의 매스가 서로 연결된 일체형 구성으로 나타났다. 따라서 설계공모 당선안의 건물 매스는 대지의 외곽 형태에 의해 단순히 배치된 결과라기보다 대지 규모와 경계 조건, 건축가능영역의 범위 등을 종합적으로 고려하여 계획된 결과로 해석된다.

3.1. Generative Design을 위한 대지 형태 및 설계 조건

Table 4.는 대지 형태를 구분하기 위한 기준을 정리한 것이다. 본 연구에서는 대지의 장단변비, 대지경계선의 편차각 및 오목부 면적 비율을 기준으로 대지 형태를 (a) 정방형, (b) 장방형, (c) 사다리꼴, (d) L자형의 4가지로 구분한다. 이 중 정방형과 장방형은 장단변비를 기준으로 구분하며, 장단변비가 1:1.2 이하인 경우 정방형, 1:1.2를 초과하는 경우 장방형으로 분류한다. 이는 실제 대지에서 장단변비가 정확히 1:1인 정방형 대지가 존재하기 어려운 점을 고려한 것이다. 또한 장방형은 일부 경계선에 경미한 돌출부 또는 오목부가 있더라도 전체 형상이 직사각형에 가깝고 장단변비 기준을 만족하면 장방형으로 분류한다.

Table 4.

Site shape classification criteria

사다리꼴은 대지경계선 중 한 변 이상이 기준 편차각(θ) 이상 기울어진 경우로 구분한다. 이를 통해 대지경계선의 미세한 오차를 제외하고, 형태의 왜곡이 명확하게 나타나는 대지를 사다리꼴로 분류한다. L자형은 대지 내부 방향으로 형성된 오목부가 존재하고, 오목부의 면적 비율이 전체 대지면적의 20% 이상인 경우로 구분한다. 이는 경미한 오목부가 있는 정방형 또는 장방형 대지가 L자형으로 분류되는 것을 방지하고, 형태적 특성이 뚜렷하게 나타나는 대지만을L자형으로 분류하기 위한 것이다. 또한 L자형은 대지의 방향성을 고려하지 않으며, 형태적 특성이 동일한 경우 회전 또는 반전된 형태를 포함하여 동일한 유형으로 분류한다. 실제 대상지의 방위는 대지별로 다양하게 나타나지만, 본 연구에서는 대지 형태 간 비교 가능성을 확보하기 위해 모든 대지 유형을 북측 기준으로 정렬하여 분석한다. 이에 따라 4가지 대지 형태는 동일한 기준의 방향에서 매스 생성이 가능하도록 설정한다.

본 연구의 에너지 분석을 위해 유형화한 대지 형태와 규모는 Fig. 2.와 같다. 대지 형태는 설계공모 당선안 분석을 통해 대표 형태를 적용하였으며, 대지면적은 사례분석에서 도출된 평균 대지면적 2,323m²를 기준으로 비교 조건을 단순화하기 위해 2,300m²로 설정한다. 각 대지에는 동일한 크기의 Cell을 적용하여 Grid를 구성한다. 각 대지면적은 동일하게 설정하였으나 대지 형태가 서로 다르기 때문에 대지 형태에 따라 Grid 배열은 5×5 또는 6×4와 같이 다르게 구성된다. 이때 모든 Cell의 크기는 동일하게 유지되지만, 대지 형태별 전체 Cell의 개수는 다르다. 즉 동일한 Cell 크기를 적용하더라도 대지 형태에 따라 Grid 배열과 전체 Cell 개수에는 차이가 발생한다. 이러한 차이는 시뮬레이션 조건에 반영한다.

Fig. 2.

Site shapes and grid configuration

Table 5.는 본 연구에 적용된 대지 조건, Grid 설정 및 건물 규모를 정리한 것이다. 대지경계선으로부터 이격거리는 대지별 도로 위치 및 인접 조건이 서로 다른 실제 대지 상황을 고려하여 대지 형태별 비교 조건을 동일하게 설정하기 위해 1m로 통일한다. Grid는 건물 매스 생성 및 배치를 위한 기본 단위로 활용되며, 건축면적은 점유된 Cell의 개수를 기준으로 산정한다. 또한 사례분석 결과 평균 층수는 지하 1.2층, 지상 3.8층이다. 그러나 본 연구에서 지하층은 고려하지 않으며, 층수는 정수이어야 함에 지상 4층을 적용하여 연면적을 산정한다.

Table 5.

Site and building information

대지 형태에 따른 영향을 동일한 조건에서 비교하기 위해 모든 대지의 1층 건축면적을 구성하는 점유 Cell 개수는 16개로 설정한다. 사례분석 결과 자연녹지지역 등 일부 특정 용도지역을 제외한 대부분 대지에는 60% 수준의 법정 건폐율이 적용되었다. 이에 가장 근접한 조건인 점유 Cell 16개의 약 58.75%의 건폐율로 적용한다. 이는 사례에서 확인된 법정 건폐율 수준을 고려하여 연구 조건을 설정하고, 매스 생성의 다양성을 확보하기 위한 것이다. 점유 Cell의 개수가 지나치게 많을 경우 대지 내 배치 가능한 공간이 감소하여 매스 생성이 제한될 수 있으며, 반대로 지나치게 적을 경우 생성 가능한 매스의 규모와 형태가 제한될 수 있다. 따라서 사례분석에서 확인된 건폐율과 매스 생성의 다양성을 고려하여 점유 Cell의 개수를 결정하였다. 이에 따라 모든 대지 유형에서 동일한 건축면적과 연면적이 적용되어 대지 형태에 따른 건물 매스를 생성한다.

3.2. Generative Design 기반 에너지 분석 알고리즘 구성 및 시뮬레이션 설정

Fig. 3.은 본 연구에서 구성한 Generative Design 기반 에너지 분석 알고리즘 전체 프로세스를 나타낸 것이다. 알고리즘은 크게 Generative Design과 에너지 시뮬레이션 단계로 구성되며, 매스 생성과 에너지 성능 분석이 진행된다. Generative Design 단계에서는 Table 5.의 모델링 조건을 적용하여 Rhino와 Grasshopper 기반의 모델링을 수행한다. 대지 조건과 Grid 설정을 바탕으로 건물 매스를 생성하고, 매스가 건축가능영역을 벗어나지 않도록 제한조건을 설정한다. 이 과정에서 대지 형태별 건축가능영역과 Grid 조건을 입력값으로 설정하고, 설정된 조건을 만족하는 매스 대안을 반복적으로 생성한다. 이를 통해 총 2,000개의 매스가 생성된다.

Fig. 3.

Grasshopper implementation overview

에너지 시뮬레이션 단계에서는 생성된 매스를 Ladybug Tools의 Ladybug와 Honeybee를 활용하여 시뮬레이션 환경을 구축한다. Ladybug Tools는 EPW (EnergyPlus Weather) 데이터를 기반으로 EnergyPlus 엔진을 활용한 에너지 시뮬레이션 환경을 제공한다. 대상지의 위치는 서울특별시로 설정하고, 건물 용도는 업무시설로 적용한다. 창면적비와 외피 열관류율은 ｢건축물의 에너지절약설계기준｣[별표 1]의 기준을 충족하도록 설정한다[15]. 설비 및 운영 조건은 Table 6.의 설정값을 적용하며, EnergyPlus의 Medium Office 기준에 따라 재실자 밀도, 조명 밀도, 기기발열 및 운전 스케줄을 설정한다. 생성된 매스는 Honeybee를 통해 에너지 해석이 가능한 건물 모델로 변환되며, 각 모델에 동일한 해석 조건을 적용하여 매스 형태에 따른 EUI 산출한다.

Table 6.

Simulation input conditions

본 연구에서는 대지 형태별 생성 매스의 에너지 특성을 비교하기 위해 건물 규모, 재실 조건 및 외피 성능 등 에너지 성능에 영향을 미치는 주요 조건은 동일하게 설정하였다. 생성된 매스는 동일한 에너지 시뮬레이션 조건에서 EUI를 산출하고, 결과를 이미지와 데이터 형태로 저장한다. 이후 산출된 결과를 바탕으로 대지 형태별 생성된 매스의 에너지 특성을 비교·분석한다.

4.1. 대지 형태에 따른 매스 생성 및 유형 분류

본 연구에서는 생성된 매스를 체계적으로 분류하기 위해 선행연구의 매스 유형 분류 기준을 검토하였다. Ozlem Kahraman et al.은 정방형과 장방형 등 단순한 형태를 집약형(Compact Type)으로 분류하였으며, 이정민 외는 2면 이상이 건축물로 둘러싸인 외부공간을 중정으로 정의하였다[16,17]. 또한 Adnan Alanzi et al.은 건물의 형태적 특성에 따라 L자형, T자형 및 U자형 등으로 유형화하였다[18]. 이를 바탕으로 본 연구에서는 대표 매스를 집약형, 중정형 및 복합형의 세 가지 유형으로 분류하였다. 집약형은 내부에 중정이 없고 하나의 단순한 형태로 구성된 매스를 의미한다. 본 연구에서는 정방형 매스를 집약형의 대표 유형으로 구분하였다. 장방형 매스는 설정된 점유 Cell의 수와 Grid 구성 조건에서 독립된 대표 형태로 생성되지 않아 별도의 유형으로 분류하지 않았다.

중정형은 건물의 두 면 이상으로 둘러싸인 외부공간이 형성된 매스를 의미하며, 평면 형태에 따라 L자형, U자형 및 T자형으로 구분하였다. 또한 같은 유형에서도 매스가 결합되는 위치와 방향에 차이가 있어 세부 구성 방식에 따라 a와 b로 구분하였다. 복합형은 두 개 이상의 기본 형태가 결합된 매스를 의미한다. 다양한 결합 형태 가운데 분석 범위의 일관성을 유지하기 위해 정방형끼리 결합된 형태와 장방형끼리 결합된 형태를 대표 유형으로 선정하였다.

본 연구에서는 총 2,000개의 건물 매스가 생성되었다. 이 중 동일한 평면 형태가 대지 내 위치만 달리하여 생성되거나 동일한 위치에서 반복 생성된 1,485개를 중복 매스로 분류하여 제외하였다. 이를 제외한 515개 가운데 유형 분류 기준에 부합하는 33개를 대표 매스로 선정하였으며, 나머지 482개는 유형 분류 대상에서 제외하였다. 제외된 매스의 유형 분류 기준은 Table 7.에 정리하였다. Ⅰ. 매스 중앙에 4면으로 둘러싸인 중정이 형성된 경우, Ⅱ. 하나의 매스 안에 3개 이상의 중정이 형성된 경우, Ⅲ. 집약형, 중정형 및 복합형의 기준으로 명확하게 구분되지 않는 경우다. 이러한 매스는 중정의 위치와 개수, 주변 매스의 구성 방식 등에 따라 조합이 다양하게 나타나므로 본 연구에서 설정한 대표 매스 유형으로 명확하게 분류하기 어렵기에 분류 대상에서 제외하였다.

Table 7.

Excluded massing types

Table 8.은 유형 분류 대상으로 선정한 33개의 대표 매스와 대지 형태별 생성 여부 그리고 설계공모 당선안에서 확인된 유사 매스 유형을 함께 정리한 것이다. 대표 매스는 Cell 조합 방식에 따라 동일한 매스 유형 내에서도 회전 및 반전된 형태로 생성되므로 각 매스를 구분하기 위해 (1)~(4)의 번호를 부여하였다. 설계공모 당선안은 실제 대지 형태, 도로 조건, 진입 방향 및 계획 의도에 따라 형성된 매스이며, 본 연구에서는 이를 대표 매스 유형과 비교하기 위한 참고 사례로 활용하였다. 반면 Generative Design에서는 대지 형태별 건축가능영역 안에서 Cell이 조합되며 매스가 생성된다. 대지 형태별 생성 결과를 검토한 결과 정방형 대지에서는 33개 유형이 모두 생성되었으며, 장방형 대지에서는 17개, 사다리꼴 6개, L자형 대지에서는 8개의 건물 매스가 생성되었다.

Table 8.

Mass typology according to site shape

설계공모 당선안과 대표 매스 유형을 비교한 결과 실제 사례에서도 정방형, L자형, U자형 및 T자형 매스와 유사한 구성이 확인되었다. 정방형 및 장방형 대지에서는 다양한 대표 매스 유형과 대응 되는 사례가 비교적 고르게 나타났다. 반면 사다리꼴 및 L자형 대지에서는 이와 유사한 매스 구성이 제한적으로 나타났다. 이는 비정형 대지의 경우 대지경계선의 기울기나 오목부의 위치와 같은 세부 조건에 따라 매스 구성에 제약이 발생하기 때문이다.

Table 9.는 대지 형태에 따른 건축가능영역과 Grid Cell 구성 및 면적을 정리한 것이다. 본 연구에서는 모든 대지의 면적을 2,300m²로 동일하게 설정하였으며, 1m의 이격거리를 적용한 결과 건축가능영역은 정방형 대지 2,112m², 장방형 대지 2,108m², 사다리꼴 대지 2,111m², L자형 대지 2,095m²로 산정되었다. 동일한 대지면적과 이격거리를 동일하게 적용하였음에도 대지 형태 및 경계선 구성의 차이로 건축가능영역 면적은 서로 상이하다. Generative Design에 적용한 Cell 1개의 면적은 모든 대지에서 84.46m²로 동일하지만, 건축가능영역 내에 배치할 수 있는 Cell의 개수는 정방형 대지 25개, 장방형 대지 24개, 사다리꼴 대지 20개, L자형 대지 21개로 구분되었다. 이에 따른 Grid Cell 적용 면적은 정방형 대지 2,112m², 장방형 대지 2,027m², 사다리꼴 대지 1,689m², L자형 대지 1,774m²로 산정 되었다. 특히 경계선이 기울어진 사다리꼴 대지와 내부에 오목부가 형성된 L자형 대지는 건축가능영역 전체를 정형 Cell로 구성하기 어려워 적용 가능한 Grid Cell 구성이 제한되었다.

Table 9.

Buildable area for mass generation by site shape

이상의 결과를 통해 동일한 대지면적, Cell 면적 및 점유 Cell 개수를 적용하더라도 대지 형태에 따라 건축가능영역과 Grid 배열이 달라지며, 이에 따라 생성 가능한 매스 유형과 개수에도 차이가 있음을 확인하였다. 정방형 대지는 정형적인 Grid 구성이 가능하여 33개의 매스 유형을 생성할 수 있었던 반면 사다리꼴 대지와 L자형 대지는 기울어진 경계와 오목부로 인해 Grid 구성이 제한되고, 이에 따라 생성 가능한 매스 유형에도 차이가 발생하는 것으로 판단된다. 다만 이러한 결과는 대표 매스 유형을 33개로 한정하고, 9.19m×9.19m 크기의 Cell을 적용한 조건에서 도출된 것으로 Cell 크기와 점유 Cell 개수 설정에 따라 생성 가능한 매스 유형과 조합 수는 달라진다.

4.2. 매스 유형별 EUI 비교·분석

본 연구에서는 4개의 대지 형태 중 정방형 대지를 대상으로 EUI를 비교·분석하였다. 정방형 대지에서는 33개의 매스가 생성되어 4개의 대지 형태 중 가장 많은 생성 결과를 보였기 때문이다. Table 10.은 Table 8.에서 (1)~(4)의 번호로 구분한 정방형 대지 33개 매스에 대한 EUI 결과를 정리한 것이며, Fig. 4.는 33개 매스의 유형별 평균 EUI와 전체 평균 EUI를 비교하여 나타낸 것이다. 에너지 시뮬레이션은 주변 건물에 의한 음영 및 외부 환경 요인을 고려하지 않은 조건에서 수행하였다. 따라서 동일한 매스 형태가 동일한 향을 유지하는 경우 대지 내 위치 변화에 따른 EUI 차이는 나타나지 않는다. 반면 동일한 매스 형태라도 회전 또는 반전에 의해 향이 달라지면 각 입면의 일사 조건이 변화하여 냉방 및 난방 EUI에 차이가 발생한다.

Table 10.

EUI simulation results for square site

Fig. 4.

EUI results by massing type

냉방 EUI 분석 결과 정방형 매스가 79.66kWh/m²로 가장 낮은 값을 보인 반면 L-a-(3)은 83.89kWh/m²로 가장 높은 값을 보였다. 이는 전체 평균 81.78kWh/m² 대비 2.58% 높은 값이다. 유형별 평균값에서는 중정형 중 U-b형이 82.78kWh/m²로 전체 평균 보다 1.22% 높은 값을 보였다. 난방 EUI 분석 결과 T-b-(4)는 20.46kWh/m²로 가장 높은 값을 보였다. 이는 전체 평균 18.88kWh/m²보다 8.37% 높은 값이다. 또한 정방형 매스가 17.20kWh/m²로 가장 낮은 난방 EUI를 보였다. 유형별 평균에서는 중정형 중 U-a형이 19.98kWh/m²로 전체 평균 보다 5.83% 높았다. 합계 EUI에서는 U-b-(1) 유형이 103.87kWh/㎡로 가장 높은 값을 보였으며, 전체 평균인 100.65 kWh/m²보다 3.20% 높았다. 반면 정방형 매스는 96.86kWh/m²로 가장 낮았으며, 전체 평균보다 3.76% 낮았다. 최대값과 최소값의 차이는 7.01kWh/m²로 나타났다.

이러한 결과로 볼 때, 동일한 규모와 장단변비를 갖는 매스라도 향에 따라 EUI 차이가 발생하는 것을 확인할 수 있다. 예를들어 L-a형의 경우 매스가 (1)과 (3)은 남북 방향으로 길게 생성되고, (2)와 (4)는 동서 방향으로 길게 생성된다. 이때 동서 방향으로 긴 매스가 남북 방향의 긴 매스보다 낮은 EUI를 보였다. 이는 동일한 매스라 하더라도 향에 따라 각 입면이 받는 일사 조건이 달라지기 때문이다. 이와 같은 결과는 정선철 외의 연구와 유사하다. 선행연구에서는 동일한 장단변비를 갖는 매스에서도 동서 방향보다 남북 방향으로 긴 매스의 에너지 요구량이 높게 나타나는 것으로 확인되었다[19]. 본 연구에서도 동일한 매스 형태와 장단변비를 갖는 경우 향과 세부 구성 방식에 따라 EUI에 차이가 나타나 선행연구와 유사한 경향을 확인하였다.

Table 11.은 대지 형태별로 생성 가능한 매스 중 합계 EUI가 가장 낮은 매스와 가장 높은 매스를 정리한 것이다. 분석 결과 정방형 매스는 정방형, 장방형 및 사다리꼴 대지에서 생성되었다. 따라서 세 대지에서 가장 낮은 합계 EUI를 갖는 건물 매스는 정방형이다. 반면 L자형 대지에서는 정방형 매스를 생성할 수 없어 생성 가능한 매스 유형 중 T-b-(1)이 가장 낮은 합계 EUI를 가진다. 합계 EUI가 가장 높은 매스 유형은 대지 형태에 따라 다르게 나타났다. 정방형 대지와 L자형 대지에서는 U-b-(1), 장방형 대지에서는 U-b-(2), 사다리꼴 대지에서는 L-a-(2)가 가장 높은 합계 EUI를 보였다. 특히 U자형 매스는 냉방 및 난방 그리고 합계 EUI 모두 상대적으로 높은 값을 가지는 경향을 보였다. 또한 동일한 U자형 매스에서도 세부 구성 방식과 배치 방향에 따라 EUI 차이가 나타났다. 반면 정방형 매스는 단순하고 집약적인 형태로 구성되어 생성 가능한 대지에서 가장 낮은 합계 EUI를 가지는 것으로 확인된다.

Table 11.

Masses with minimum and maximum EUI by site shape