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건물부문 탄소중립 달성방안 제시

건물 E절감·E현황정보 정확도 제고 필요성 의견공유


정부는 지난해 2050 탄소중립 시나리오와 2030 국가온실가스감축목표(NDC) 상향안을 확정했다. 우리나라 온실가스 배출량 중 24%를 차지하는 건물부문에서 온실가스 감축은 2050 탄소중립 달성에 상당한 기여를 할 것으로 기대된다. 이에 따라 정부는 신축건물을 대상으로 제로에너지빌딩을 단계적으로 의무화하고 있으며 노후화로 인해 에너지성능이 저하된 기존 건물에 대해서는 그린리모델링을 실시하고 있다. 

6월22일부터 24일까지 휘닉스 평창에서 개최된 대한설비공학회(회장 강용태) 2022년 하계학술대회에서는 건물 에너지소비 절감을 통한 온실가스 배출저감기술과 효과적인 그린리모델링, 제로에너지빌딩 추진방향에 대한 논의가 진행됐다. 

자연E 활용 E소비량 절감기술 공유
홍지표 한일엠이씨 BIM본부 담당은 '에너지절약을 위한 대성당 공조시스템 설계사례' 발표를 진행했다. 

건축물 대공간에서는 냉난방을 위한 기계설비의 초기투자비 및 에너지사용량이 과다해질 수 있으며 투자배디 쾌적한 환경을 제공하지 못하는 경우도 발생하므로 적절한 공조방식 및 장비용량 선정과 효율적인 운전이 중요하다. 

남양성모단지 대성당은 높은 대지 산골짜기에 위치한 건물로 연면적 4,913m², 지하 1층~지상 2층 규모로 1,500명을 수용할 수 있는 대성전과 350석 규모 소성전, 부대시설로 구성돼있다. 한일엠이씨는 남양성모단지의 에너지절약을 위해 자연에너지를 적극활용하는 것을 기본방향으로 두고 설계부터 시공까지 건축분야와 설비분야의 지속적인 논의를 통해 효과적인 통합설계 결과물을 도출했다. 

남양성모단지 대성당은 산골짜기에 위치해 산풍을 활용할 수 있어 자연환기가 가능한 건축형태를 착안해쓰며 최상부에 개구부를 마련해 하부에서 유입된 공기가 상부로 배출될 수 있도록 계획했다. 

또한 건물의 양 측면이 지중에 묻혀있어 토압을 해결하기 위해 이중벽이 계획됬으며 볔간 공간을 활용해 열미로 시스템을 반영했다. 열미로를 이용한 환기시스템은 여름철 기온 강하 및 제습효과와 겨울철 온도 상승 및 가습효과가 있는 시스템으로 남양성모단지 대성당에 약 120m의 열미로를 구성해 냉난방에너지 절감을 실현했다. 

홍지표 담당은 "지난 5월 현장에 방문해 운영현황을 확인한 결과 공조설비를 가동하지 않았음에도 외기 최고 27℃, 최저 13℃의 초여름 날씨였음에도 실내온도는 복도 17℃, 소성전 22℃, 대성전 24℃℃로 쾌적한 온도조건을 유지하고 있었다"라며 "관리자에 따르면 여름철 공조기 가동시 열미로 내 공기온도가 약 21℃ 수준으로 냉각된다고 하는 등 열미로를 통한 외기의 냉각이 잘 이뤄지고 있는 것을 확인했다"고 밝혔다. 

그린리모델링 정확도 제고 필요성 확인
홍준호 한일엠이씨 마스터는 ‘공공건축물의 리모델링과 신재생에너지 설비적용을 통한 에너지성능 개선효과에 관한 연구’ 발표를 진행했다. 

우리나라는 2050 탄소중립을 달성하기 위해 에너지손실이 큰 기존 건물을 대상으로 그린리모델링을 실시하고 있다. 사업의 효과적인 추진을 위해서는 사전조사 및 진단을 통해 건물의 성능수준을 명확히 파악하고 건축적, 설비적 대안을 고려한 리모델링 범위를 설정하는 것이 중요하다. 

건물 에너지성능평가는 에너지해석프로그램인 ECO2가 주로 사용되고 있으나 월간계산법으로 에너지소요량을 계산하기 때문에 실제 에너지사용량과 차이가 발생하고 있다. 이번 연구는 현장조사를 통해 측정된 에너지사용량 및 신재생에너지 생산량 정보를 통해 실제 건물의 에너지사용량과 신재생에너지의 공급비율을 확인하기 위해 진행됐다. 

연구 대상은 원격계측장비가 설치된 연면적 약 3,700 m²의 보건의료시설로 27.36kW 규모의 PV설비가 2018년에 설치됐다. 2018년 설치의무화제도를 기준으로 계산할 경우 신재생에너지 공급비율은 약 3.7% 수준으로 파악된다. 

홍준호 마스터는 “현장조사 및 측정을 통해 파악된 연구대상건물의 신재생에너지 공급비율은 7.9%이며 2018년 설치의무화제도 기준으로 계산된 3.7%와 2배 이상의 차이가 확인됐다”라며 “이번 연구에서는 건물의 실제 에너지사용량과 생산량 정보를 활용해 신재생에너지 공급비율을 산정했으나 불확실성이 포함돼있어 향후 상세한 수학적 모델수립 및 시뮬레이션을 통한 검토가 필요할 것으로 보인다”고 밝혔다. 

실효적 그린리모델링 접근방안 제시
박소민 성균관대 학생은 ‘국내 건물에너지성능평가 프로그램 예측치와 실제 난방에너지소비량 차이 분석’ 발표를 통해 노후건물에 대한 그린리모델링 정확성 제고방안 대해 공유했다. 

2050 탄소중립 시나리오에 따르면 건물부문에서 모든 신축건물에 대해 제로에너지건축물 1등급 인증을 의무화하며 기존 건물에 대해서는 그린리모델링을 통한 에너지효율등급을 상업건물의 경우 1+등급인증을 의무화해 2018년대비 냉난방에너지사용을 30% 이상 개선토록 한다.

국내 건물에너지효율등급 인증에 사용되는 프로그램은 ECO2가 유일하며 ISO 13790, DIV V 18599를 기반으로 Monthl calculraion method를 이용해 계산한다. 

노후건물의 그린리모델링은 기존 건물에 대한 성능평가 후 그린리모델링 기술요소 적용을 통해 건물에너지를 절감해 건물에너지효율등급 인증을 받게 되며 하며 실효적인 건물에너지 절감을 위해 기존 건물에 대한 정확한 성능평가가 필요한 상황이다. 

이번 연구는 그린리모델링이 필요한 노유자건물 21개소를 대상으로 진행됐으며 건물에너지해석프로그램과 실제 에너지사용량을 비교하는 방식으로 진행됐다. 

박소민 학생은 “실제 그린리모델링 대상 성능평가에 활용되는 기본입력데이터를 입력했을 경우 모든 건물의 실제 난방에너지사용량이 ECO2를 통해 계산된 값보다 높게 산출됐다”라며 “노후건물의 실제 에너지사용량과 ECO2 계산값과의 차이는 물리적 성능을 입력할 때 실측성능을 입력해 줄일 수 있다”고 밝혔다. 

이어 “ECO2는 존별 용도프로필을 제공하지만 어린이집, 학교 등 고정된 스케쥴로 운영되는 경우 적용할 수 있는 표준 용도프로필이 없어 실제값과 계산값이 차이가 발생하고 있으며 취약계층이 거주하는 건물의 경우 실제값과 계산값의 차이가 불가피한 것으로 파악됐다”고 덧붙였다.

연료전지 기반 ZEB달성방안 제시
이호성 고려대 교수는 ‘제로에너지 빌딩을 위한 신재생에너지와 연료전지 적용방안’ 발표를 진행했다. 

전 세계 에너지소비량을 지속 증가하고 있으며 이에 따라 온실가스 배출량도 지속 증가하고 있다. 우리나라의 경우 건물에너지 소비저감을 위해 다양한 방안을 도입하고 있으며 2030년까지 모든 건축물에 제로에너지 건축을 의무화하고 있다. 

이러한 상황에서 건물에너지 저감을 위한 에너지정책 기조는 수소기반사회와 전력기반사회 등 2가지로 구분된다. 수소기반사회는 연료전지를 활용해 건물 냉난방, 급탕 및 기저전력부하를 공급하는 방식이며 전력기반사회는 도시가스와 같은 기타 에너지원 없이 전력만을 활용해 건물부하를 공급하는 방식이다. 

이호성 교수는 수소기반사회와 전력기반사회의 시나리오를 기존 에너지공급체계와 비교하고 각 시나리오의 건물에너지 소비저감효과를 평가했다. 

이호성 교수는 “전력기반사회의 경우 우리나라 건물 특성상 PV패널을 설치할 공간이 부족하기 때문에 다른 지역에서 전기를 공급받아야 하는 한계점이 있으나 단기적으로는 연료전지대비 온실가스 저감량이 우수하다”라며 “다만 이는 현재 연료전지가 도시가스를 활용하기 때문으로 향후 그린수소를 배관을 통해 공급할 경우 전력기반사회의 한계점을 극복할 수 있을 것으로 보인다”고 밝혔다.