신 재생 에너지로 건축물을 설계하라! 2014. 07. 19 와이즈만 영재교육 와이즈만 영재교육.

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1 신 재생 에너지로 건축물을 설계하라! 와이즈만 영재교육 와이즈만 영재교육

2 목 차 우리나라의 기후는 어떻게 변해 왔을까? 1-1. 우리나라의 기후변화의 증거 1-2. 기후변화의 원인
목 차 우리나라의 기후는 어떻게 변해 왔을까? 1-1. 우리나라의 기후변화의 증거 1-2. 기후변화의 원인 1-3. 기후 변화에 대한 대책 2. 기후 변화를 늦춰라 ! 2-1. 신 재생 에너지의 정의 2-2. 신 재생 에너지의 종류 3. 신 재생 에너지에 대한 탐구 활동 4. 신 재생 에너지 건축물을 설계하라 ! 4-1. 신 재생 에너지 건축물의 사례 4-2. 신 재생 에너지 건축물의 설계 5. 맺음말 와이즈만 영재교육 와이즈만 영재교육

3 우리나라의 기후는 어떻게 변해 왔을까 ? 1-1. 우리나라의 기후변화의 증거
우리나라의 기후는 어떻게 변해 왔을까 ? 1-1. 우리나라의 기후변화의 증거 a) 연평균기온 1.7℃ 상승 , 연강수량 19% 증가  1912~2008년 사이 서울,인천,대구 등 6개 관측지점에서 측정한 수치입니다. b) 제주지역 해수면은 지난 40년간 22cm 상승  이는 세계 평균보다 3배 가 높은 수치입니다. c) 급속한 기온상승으로 인한 집중호우 및 태풍의 빈번한 발생 * 최근 10년 (1994~2005년) 간 폭염으로 2,127명 사망 * 1999년 경기북부 지역에 집중 호우  64명의 인명피해와 2만5천여 명의 이재민 발생 * 2002년 8월 태풍 루사 강릉지역에 하루 870mm의 최대강수량 기록을 경신 인명 피해 246명, 농경지 3만여 ha침수 등  5조원이 넘는 재산피해 기록 부산항을 강타한 2003년 태풍매미피해 와이즈만 영재교육 와이즈만 영재교육

4 우리나라의 기후는 어떻게 변해 왔을까 ? 1-2. 기후 변화는 왜 발생하는 것 일까?
우리나라의 기후는 어떻게 변해 왔을까 ? 1-2. 기후 변화는 왜 발생하는 것 일까? 우리나라 및 전세계의 기후 변화를 일으키는 가장 큰 원인은 지구 온난화 현상으로 대기 중의 온실 가스는 산업혁명 이후 화석연료 ( 석탄 및 석유 등 ) 의 연소 등으로 인간의 여러 활동에 기인하여 크게 증가 합니다. ** 지구 온난화는 무엇인가? 뜻: 19세기 후반부터 시작 된 전 세계적인 바다와 지표 부근의 공기의 기온상승을 의미합니다. 1951년부터 1980년까지의 기온 평균과 비교하여 년 ~ 2009년 10년간 세계 기온 변화 1880년부터 2011년까지의 육지 해양 온도 그래프 북극과 남극에서 매우 큰 기온 변화가 관찰 와이즈만 영재교육 와이즈만 영재교육

5 1. 우리나라의 기후는 어떻게 변해 왔을까 ? 원인 : 기후 시스템은 온실기체의 증가 등 대기구성 물질의 변화 등 으로 기후는 변화 될 수 있습니다. a) 이산화탄소와 메탄 온실기체는 1750년 이후 36% 와 148% 증가하였고 b) 화석 연료는 인간이 지난 20여 년간 생산한 수치의 4분의 3을 차지 하고 있으며 c) 20세기의 지난 30년 동안 국민 총생산의 증가와 인구증가가 온실기체 배출 증가의 주요 요인이 됩니다. 2005년 토지 이용 변화를 포함한 총 온실효과 기체 배출량 와이즈만 영재교육 와이즈만 영재교육

6 1. 우리나라의 기후는 어떻게 변해 왔을까 ? 온실효과 및 지구 온난화의 주범 , 이산화 탄소 온실효과
1. 우리나라의 기후는 어떻게 변해 왔을까 ? 온실효과 및 지구 온난화의 주범 , 이산화 탄소 온실효과 태양에서 지구로 오는 빛 에너지 중 약 34%는 구름이나 먼지 등에 의해 반사되고 지표면에는 약 44% 정도만 도달합니다. 지구는 도달한 태양 에너지 중 일부를 적외선으로 방출하는데, 이 과정에서 온실가스가 적외선 파장의 일부를 외부로 나가지 못하게 흡수합니다. 적외선을 흡수한 온실 가스 내 구성분자는 에너지가 높아진 상태가 되고 안정상태로 돌아가기 위해 높아진 에너지를 다시 방출하는데 이 에너지에 의해 지구 온도가 올라가는 것 입니다. 이산화탄소가 지구온난화의 주범인 이유? 이산화탄소는 주로 석유, 석탄과 같은 화석 연료에 의해 배출이 되는데 ,이산화탄소는 전체 온실가스 배출량 중 80%를 차지하고 있기 때문에 온실가스를 줄이는 것은 곧 이산화탄소 발생량을 줄이는 것과 같습니다. 와이즈만 영재교육 와이즈만 영재교육

7 2) 대책 ( 온실가스를 줄이는 방법  이산화 탄소 배출을 억제 ) 신 재생 에너지의 개발 및 사용
1. 우리나라의 기후 변화는 어떻게 변해 왔을까? 2) 대책 ( 온실가스를 줄이는 방법  이산화 탄소 배출을 억제 ) 신 재생 에너지의 개발 및 사용  이산화탄소가 배출 되지 않도록 자연의 힘을 이용 합니다. 수력, 조력, 풍력, 지열, 태양에너지 이용 원자력 에너지를 이용  방사선 위험이 있습니다. 절약 및 효율 향상 기술  사용하는 에너지 자체를 줄이거나 에너지를 적게 소비하는 상품을 만들고, 자동차의 경우 배출이 되는 이산화탄소의 양을 줄이는 방법도 있습니다. 이산화 탄소 포집 및 저장 기술  최근 들어 가장 주목을 받는 기술이지만, 2020년 이후 쯤에 상용화가 가능한 방법 입니다. ** 지구 온난화의 해결방안은 온난화의 주원인 인 이산화 탄소의 대기 중 농도를 적어도 500 ppm 이하로 억제하는 것 입니다. 최근 대기 중 이산화 탄소 농도 변화 및 지구의 평균 온도 변화 와이즈만 영재교육 와이즈만 영재교육

8 2. 기후 변화를 늦춰라 ! 2-1. 신 재생 에너지의 정의 태양열, 태양광 ,소수력, 바이오 매스, 풍력, 지열, 태양 에너지, 폐기물 에너지 등 총 8개의 재생에너지와 수소에너지, 연료전지, 석탄액화, 가스화까지 총 3개의 신 에너지의 합성어 입니다. 화학 연료를 쓰지 않고 자연자원을 이용하기 때문에 오존층 파괴의 주범인 이산화탄소의 발생이 없는 친환경적인 에너지 이고, 태양광, 풍력 등 재생 가능한 에너지 원으로 구성 되어 있어서 비 고갈 적이며, 자국의 자원 매장량이 주도권을 쥐는 것이 아닌 연구개발로 인한 에너지 확보를 가능하게 한다는 점에서 기술 주도적 이고 “공공 미래적” 인 신 재생은 전세계가 자원 고갈의 위험성을 깨닫고 집중하는 만큼 경제성 확보를 얻을 수 있는 효자 에너지 입니다.  에너지 사용량의 97%를 해외에 의존하고 있고 온실가스 배출량 세계 10위인 우리나라 로서는 미래를 비춰 줄 에너지는 신 재생 에너지 와이즈만 영재교육 와이즈만 영재교육

9 2. 기후 변화를 늦춰라 ! 2-2. 신 재생 에너지의 종류 재생 에너지 : 태양열, 태양광발전, 바이오 매스, 풍력, 수력, 지열, 해양에너지, 폐기물 에너지 ( 8개 분야 ) 신 에너지 : 연료전지, 석탄 액화가스화, 수소 에너지 ( 3개 분야 ) 와이즈만 영재교육 와이즈만 영재교육

10 2. 기후 변화를 늦춰라 ! 2-2. 신 재생 에너지의 장점 및 단점 와이즈만 영재교육 와이즈만 영재교육 에너지원 장 점
2-2. 신 재생 에너지의 장점 및 단점 에너지원 장 점 단 점 태양열 * 무공해 * 밀도가 낮다 * 무한량 * 비경제적 * 무가격 * 에너지량과 질의 관계가 정비례하지 못함 태양광 * 햇빛이 있는 곳이면 어느곳이나 간단하게 설치 * 에너지 밀도가 낮아 많은 수의 태양전지가 필요 * 유지 비용이 거의 들지 않는다. * 많은 공간이 필요 * 소음과 진동이 없어서 환경오염을 일으키지 않는다. * 태양광 발전시스템 설치에 비용이 많이 듭니다. * 수명은 20년이상으로 오랫동안 이용이 가능 풍력 * 무한정의 청정 에너지원 * 바람이 항상 부는 것이 아니기 때문에 에너지를 * 화석연료를 대신하여 자원고갈에 대비 할 수 있슴 저장하기 위한 충전 기술이 사용 되어야 하고 * 풍력발전 시설은 가장 비용이 적게 들고 설치기간이 짦음 이는 비용이 많이 든다 * 풍력발전 시설 단지는 농사, 목축등 토지 시설 효율성을 높임 소수력 * 발전 원가 저렴 * 수몰 보상 * 지역적 편재 지열 * 발전 비용이 저렴함 * 우리나라에는 적격지가 없슴 * 깨끗함 와이즈만 영재교육 와이즈만 영재교육

11 3. 신 재생 에너지에 대한 탐구 활동 3-1. 태양 에너지에 대한 탐구 활동
1) 태양의 고도에 따라 태양전지에서 발생하는 에너지의 양 측정 의 실험 결과 태양의 고도 30 도 60 도 90 도 온도변화 처음 온도 27.3 도 27.4 도 27.0 도 나중온도 29.2 도 31.5 도 31.0 도 변화값 1.90 도 4.10 도 4.00 도 일정 면적에 도달한 열에너지양 1.90 cal 4.10 cal 4.00 cal 2) 실험 결과로 알 수 있었던 내용 a) 지표면에 도달하는 태양 에너지 양이 최대가 되는 태양의 고도는 90도 인 것 을 알 수 있었습니다.  참고로 상기 실험은 90 도 의 각도로 한 실험에서 변화 값이 더 커야 하는데 실험을 하다가 계속 전구에 위치가 맞지 않아서 60 도 에 각도로 한 실험의 변화 값이 0.1 도 커졌습니다. b) 태양의 고도에 따라 일정면적에 도달한 태양 에너지의 차이가 생기는 이유는 태양의 고도에 따라 닿는 면적이 다르기 때문입니다. 와이즈만 영재교육 와이즈만 영재교육

12 3. 신 재생 에너지에 대한 탐구 활동 3-2. 풍력 에너지에 대한 탐구 활동 1) 날개의 형태와 에너지양의 측정 실험 결과
1) 날개의 형태와 에너지양의 측정 실험 결과 날개의 크기 날개가 구부러진 각도 45도 0 도 90 도 3 x 7 240 mA 2 x 3 220 mA 2 x 1 2) 실험 결과에 따르면 날개의 크기가 3 x 7 cm, 날개의 구부러진 각도가 45도 일 때 240 mA 의 전기가 만들어 졌습니다. 풍력 에너지는 날개의 크기가 클수록 , 그리고 날개의 구부러진 각도가 45 도에 가까울 수록 더 많은 전기 에너지를 생성 할 수 있다는 것을 알게 되었습니다. 와이즈만 영재교육 와이즈만 영재교육

13 3. 신 재생 에너지에 대한 탐구 활동 3-3. 수력 에너지에 대한 탐구 활동 물레방아 페달을 이용한 전기 생성 실험
물레방아 페달을 이용한 전기 생성 실험 깔떼기를 이용하여 물레방아 페달에 물방울을 떨어 뜨려 전기를 생성하는 실험 이었으며, 물을 낙하하는 높이가 높을 수록 많은 전기를 생성 하였습니다. ( 단 실험에서는 검류기의 한계치인 500 mA 이상은 더 이상 측정 할 수가 없었습니다. ) 2) 물의 전기 분해 수산화 나트륨이 들어 있는 물에 흑연 막대를 넣고 전기를 흐르게 하면 ( + ) 극에서는 산소가 발생을 하고 (- ) 극에서는 수소가 생성이 되는데, 물의 구조가 수소 원자 2개, 산소원자가 1개 이므로 기체 량도 수소기체가 산소기체에 비해 2배 더 생성이 됨을 알 수 있었습니다. 와이즈만 영재교육 와이즈만 영재교육

14 4. 신 재생 에너지 건축물을 설계하라 4-1. 신 재생 에너지 건축물 사례 서울 에너지 드림 센터
( 서울 상암동 평화 공원에 위치 ) 다양한 에너지 절약 기술을 사용하여, 에너지 소비량을 70%로 획기적으로 줄이고, 남은 30%의 에너지는 신 재생 에너지 ( 태양광, 지열) 설비를 통해 충당하는 국내 최초이자 최대의 에너지 자급 자족 건물 입니다. 건물 앞마당에는 50m 깊이 파이프 37개로 구성된 지열에너지를 이용한 열 교환기가 설치 되고 땅 속의 온도가 1년 내내 10~20도로 일정하게 유지되는 특성을 이용해 여름철에는 냉방, 겨울철에는 난방열로 활용 합니다. 옥상에 가로 1.5m, 세로 1m짜리 태양광 패널 624장, 건물 앞마당에 태양광 패널 240장을 설치해 필요한 전력을 자체 충당하고 있으며, 남은 전력은 한국전력에 판매하고 있습니다. 와이즈만 영재교육 와이즈만 영재교육

15 4. 신 재생 에너지 건축물을 설계하라 4-1. 신 재생 에너지 건축물 사례 2) 여수 엑스포 신 재생 에너지 체험관
4-1. 신 재생 에너지 건축물 사례 2) 여수 엑스포 신 재생 에너지 체험관 이 곳 신 재생에너지 건물은 삼각형 타워 외벽의 태양전지로 전기를 생산하고 태양열시스템을 이용 전시관 내의 온수를 공급하며, 전시관 주변에 설치된 풍력발전기를 이용 외부 가로등에 전기를 공급하고, 지하에 위치한 지열설비로 냉 난방 등의 에너지를 공급 합니다. 와이즈만 영재교육 와이즈만 영재교육

16 4. 신 재생 에너지 건축물을 설계하라 4-1. 신 재생 에너지 건축물 사례 3) 충청남도 도 본청 및 의회 청사
4-1. 신 재생 에너지 건축물 사례 3) 충청남도 도 본청 및 의회 청사 도 청사에는 특히 지열과 태양열, 태양광 등 신 재생 에너지를 생산 및 활용 할 수 있는 설비를 광범위하게 적용했으며, 도 본청 지붕에 설치한 87Kw급 태양광 발전 설비는 전기 에너지 뿐만 아니라 자연채광이 가능해 조명 에너지 절감이 가능한 시스템 입니다. b) 지열설비는 여름철에는 건물 내부에서 발생 한 열을 땅속에 버리고, 겨울철에는 땅속 열 을 흡수해 건물에 공급해 냉 난방비를 절감 할 수 있도록 했습니다. 와이즈만 영재교육 와이즈만 영재교육

17 4. 신 재생 에너지 건축물을 설계하라 4-1. 신 재생 에너지 건축물 4) 서울 시 신청사
공공 청사 최초 태양광 등 이용 냉난방 조명 해결 땅속의 열을 이용하는 ‘지열’ 이용 건물이 들어서는 바닥 전체에 파이프를 매설 하는 어려운 공법을 채택하여 최대한 지열 이 용을 확대 했습니다. b) ‘태양열 ‘ 이용 신 청사 지붕에 태양 열 을 모으는 설비를 설치하여 냉,난방에 우선 활용하고 남은 열 은 물을 끓이는 데에 이용하여 에너지를 더 욱 효율적으로 활용 하였습니다. 와이즈만 영재교육 와이즈만 영재교육

18 4. 신 재생 에너지 건축물을 설계하라 4-1. 신 재생 에너지 건축물 4) 그린 투모로우 ( 경기도 용인시 에 위치)
4) 그린 투모로우 ( 경기도 용인시 에 위치) 삼성물산이 선보인 에너지 , 탄소제로 건축물 친환경 기술을 최적화해 화석에너지를 전혀 사용하지 않고 이산화탄소 발생 역시 제로화한 국내 최초 에너지제로 건축물 입니다. “ Green Tomorrow ” 는 건물 효율화를 통해 에너지 사용량을 큰 폭으로 줄이고 신 재생에너지 등을 통해 사용량 이상의 에너지를 생산, 연간 에너지 수지를 ‘0’ 나 ‘+’로 유지해주는 친환경 건축물 입니다. 와이즈만 영재교육 와이즈만 영재교육

19 4. 신 재생 에너지 건축물을 설계하라 4-2. 창작 건축물 설계 1) 설계 목적: 신 재생 에너지를 활용 한 건물의 설계
4-2. 창작 건축물 설계 1) 설계 목적: 신 재생 에너지를 활용 한 건물의 설계  태양 및 수력 그리고 풍력 에너지 2) 건물의 용도 : 아파트 및 상업용의 대형 건물 4-3. 태양 및 풍력 에너지의 활용 1) 돔 형태의 지붕  해가 뜰 때부터 질 때까지 하루 종일 태양 열을 받는 면적이 넓다. 그리고 아아치 형태의 모양이기에 모든 방향에서 불어오는 바람을 이용하여 에너지 생성 을 할 수 있습니다. 2) 화장실의 폐수 ( 수력) 을 이용한 에너지 생성  화장실의 폐수가 통과하는 수로에 물레방아 와 같은 날개를 설치하여 에너지 생성 할 수 있습니다. 와이즈만 영재교육 와이즈만 영재교육

20 4. 신 재생 에너지 건축물을 설계하라 (1)배치도 (2)평면도 (3)입면도 와이즈만 영재교육 와이즈만 영재교육

21 기술개발투자 신 재생 에너지는 우리의 미래를 보장하는 필수 에너지 !!!! 신재생에너지 5. 맺음 말 기후변화 고유가시대
지구 온난화를 방지하고, 무한 재생이 가능한 친환경적인 신 재생 에너지를 우리 생활에 편리 하게 이용 할 수 있도록 노력 해야 겠습니다. 기후변화 협약과 환경오염 산업구조 변화 수소경제 고유가시대 신재생에너지 (%) 30 25 20 15 10 5 2003 2006 2011 5% 기술개발투자 2.06% 3% 와이즈만 영재교육 와이즈만 영재교육