500세대 이상 아파트 단지내 국공립 어린이집 설치가 의무화되고 국내 아파트 단지 숫자는 점차 많아지고 있다. 국내 고층아파트 단지 높이제한이 해제되며 주거단지의 높이는 점차 높아지고 있다. 아파트단지 저층부의 일조권 문제는 심각한데 영유아의 경우 적절한 빛환경이 영유아 발달에 큰 영향을 끼치게 된다. 어린이집의 경우 외기와 면하는 면적이 많고 일조가 들지 않아 아파트 상층, 중앙부와 비교해 같은 에너지로 부족한 실내환경을 유지하게 된다. 주거단지내 어린이집은 민간 어린이집에서 국공립 어린이집으로 전환이 이뤄지고 있어 정부산하의 관련 실태점검이 필요하다.
본 연구에서는 청라국제도시 근5년이내에 준공된 고층주거단지 4곳을 선정하여 근래 주거단지 및 어린이집 설계동향을 파악하고 주거단지환경 요소(Direct Sun Average, Sky Exposure)를 분석하고 주거단지내 어린이집의 개별변수별 변경요소(각 배치, 주향, 벽창문비), 통합변수별 변경요소(배치, 주향, 벽창문비 융합)를 최적화프로그램을 통해 변화시키며 어린이집 실내환경 요소(sDA, ASE, EUI)를 분석하고 실내채광, 에너지 효율을 최적화시킨다.
주거단지 환경요소 분석에서는 각 주거단지 전체 평균값을 분석하고 주거단지내 어린이집 스케일에 맞는 Zone을 설정하여 분석하였다. 각 변경요소 분석에서는 최적화 분석을 위해 연구 대상지 현장답사를 통해 주거단지, 어린이집의 자료를 확보하고 모델링 프로그램으로 3차원 건물 데이터를 확보하였다. 또한 실내채광 sDA, ASE 분석을 위한 로직을 구성하고 어린이집 실내 에너지 측정을 위한 로직을 구성했다. 구성된 로직에 연구대상 날씨, 채광, 반사율 등 데이터를 적용하여 최종으로 최적화 프로그램을 이용해 각 요소들에 대한 최적화 데이터 결과값을 도출하였다.
분석결과 각 주거단지별 개별변수 요소를 분석하였을 때 배치 포인트 변경의 경우 그래프를 통해 대부분 EUI 20, sDA 20% 이내에 모여 머무르는 모습을 보였으며 sDA와 ASE에 균등하게 영향을 주는 모습을 볼 수 있었다. 주향 변경의 경우 배치 포인트 변경과 비슷하게 sDA와 ASE에 균등하게 영향을 주었다. 하지만 변경되는 범위가 EUI 10, sDA 10% 이내 정도로 더 적었다. 벽창문비 변경의 경우 sDA 요소에 가장 큰 영향을 미쳤는데 최대 40%까지 실내 채광에 영향을 미쳤다. EUI 변경 범위의 경우 5~ 30까지 그 범위가 다양했다. 벽창문비 변경의 경우 EUI, sDA 모두에 영향을 주지만 비교적 sDA에 더 큰 영향을 준다. 건축물의 형태에 따라, 주거단지 특성에 따라 EUI에도 큰 영향을 줄 수 있는 요소이다. 따라서, 종합적으로 가장 큰 영향을 끼친 개별요소는 벽창문비 요소이며, 그 다음으로 배치요소 그 다음으로 주향요소가 영향을 끼쳤다. 또한, 최적화 분석 결과 S3 (에일린의뜰)을 제외하고 3개 단지 모두 주거단지 주동 아래 매립된 형식으로 분석결과가 도출되었다. DSA가 높은 주동 아래에 매립되어 에너지 효율을 높이고 실내 채광을 높인 모습을 확인할 수 있었다.
기존 어린이집과 최적화 분석을 진행한 어린이집의 실내채광(sDA, ASE), m2면적당 연간 에너지 사용정도(EUI)는 S1(대광로제비앙), S2(모아미래도), S4(한양수자인) 주거단지의 sDA가 50%를 넘기며 EUI 에너지 사용량이 줄어든 결과를 도출할 수 있었다. S3(에일린의뜰) 주거단지의 경우 sDA가 기존보다 5배 증가하며 61.4%의 실내 채광 정도를 보였지만, EUI 에너지 사용량 분석에서 기존보다 7.7kwh/m2/y정도의 사용량이 증가되었다.
각 최적화 분석 결과 EUI m2면적당 연간 에너지 사용량이 가장 적고 실내 채광 sDA가 가장 높은 수치는 아파트 주동아래 어린이집이 매립되며 어린이집 건물면적대비 장기적 점유면적의 비율이 50%~60% 정도 사이이고 건물의 폭이 15m 미만인 요소로 분석되었다. 단지주변 고층 건물이 배치되고 단지내 여유공간이 없는 등 주동 아래에 어린이집을 매립해야하는 경우 단지환경 분석요소를 통해 주동 아래 어린이집 스케일에 맞는 Zone별 분석을 진행하고 장기적 점유공간의 자연채광 유입을 위해 어린이집 가장자리로 장기적 점유공간을 배치하고 어린이집 건물면적대비 장기적 점유면적의 비율을 50%~60% 정도로 적절히 조절하고 건물의 폭이 15m 미만이 되도록 조절하여야 한다.
기존 주거단지내 어린이집의 경우 대부분 단지 중앙에 어린이집이 배치되어있다. 하지만, 이는 실내채광의 유입과 에너지효율 측면에서 좋지 않은 결과값을 확인할 수 있었다. 단지환경 분석요소(Direct sun average, Sky exposure)를 통해 간단히 주거단지 내 어린이집 스케일에 맞는 Zone별 분석을 진행하고 어린이집의 대략적 위치를 계획한다면 영유아의 실내채광 유입을 보장하고 보다 쾌적한 어린이집 실내환경을 유지할 수 있다. 어린이집 건물면적대비 장기적 점유면적의 비율을 50%~60% 정도로 적절히 조절하고 건물의 폭이 15m 미만이 되도록 조절하여야 한다. 본 연구에서는 주거단지내 어린이집 실내 장기적 점유공간 면적, 창호 등을 분석하여 시뮬레이션에 적용하였지만, 보다 자세한 실내 배치, 평면분석은 진행되지 않았다. 향후 연구에서 실내평면 분석을 통해 각 특성을 정의하고 분석이 진행된다면 주거단지내 어린이집의 종합적 채광 에너지 분석이 진행될 수 있을 것이다. 위와같은 방안은 설계 초기 단계에서부터 계획되어야한다. 영유아, 단지 저층부에 대한 적절한 환경 기준이 마련되어야 한다.