2050 탄소중립 시나리오상 건물부문 에너지 및 탄소저감이 매우 중요한 역할을 차지하고 있다. 국제에너지기구(IEA)는 건물부문에 대해 아직 손대지 않은 에너지효율화의 잠재된 원천이라고 표현했다.
그러나 건물부문 에너지효율화는 막대한 비용, 자원, 노력투입이 불가피하며 사회적 인식개선과 국민적 수용성 향상을 비롯해 이를 바탕으로 한 정책적 우선순위 상향노력이 동반돼야 한다.
이처럼 탄소중립 실현을 위한 여건이 녹록지 않은 상황에서 성공적인 탄소중립 달성을 위한 돌파구로 과학기술 혁신이 강조되고 있다. 디지털전환은 에너지시스템을 더욱 효율적으로 운영하는 기술적 수단으로 묘사되고 있다. 즉 건물의 디지털전환을 통해 에너지시스템을 효율적으로 운영하고 건물부문 탄소중립 실현에 크게 기여하는 것이 매우 중요한 과제다.
이에 따라 정부는 한국형 탄소중립 100대 기술로 ‘건물에너지 관리‧제어‧데이터 활용’을 선정했다. 그간 건물분야에서 디지털트윈을 기반으로 건물운영단계에서의 에너지효율 진단, 첨단센싱기술, 데이터기반 지능형 건물운전 등을 연구해왔으며 최근 탄소중립 100대 기술 선정작업반에 참여한 윤성민 성균관대 교수에게 선정의미와 기대효과에 대해 들었다.
■ 기술선정 배경 및 방향성은
탄소중립 계획이 수립돼 추진 중인 상황에서도 건물에너지사용량은 지속적으로 증가하고 있다. 이러한 상황에서 건물에너지사용량 자체만 분석하는 것으로는 국가 탄소중립 이행에 한계가 있다. 비효율적인 건물에너지 요소를 진단하고 적용된 기술별 성능을 평가해 건물부문 탄소중립 이행의 실효적인 전략을 수립하는 것이 중요하다.
건물에너지효율화를 위해 현재 추진 중인 제로에너지건물(ZEB), 그린리모델링(GR) 시 실제건물운전데이터 기반으로 사후평가를 통해 에너지효율성을 진단하며 적용된 기술별 성능평가를 통해 향후 신축건물에 관한 고도화된 설계지침 및 성능평가 DB를 제공해야 한다.
건물부문 탄소발자국 모니터링기술 구현을 위해서는 지역, 에너지원, 적용기술에 대한 탄소배출계수 확보와 실제 건물 운영단계와의 지속적인 업데이트‧연계가 중요하며 건물운영에서의 신속하고 정확한 건물단위의 탄소배출량 모니터링기술과 건물에너지 및 온실가스 DB연계기술이 필요하다.
그러나 현재 이러한 총체적인 분석과 다차원적 및 이종간 데이터연계‧융합‧관리를 위한 디지털 인프라가 부족한 실정이어서 이러한 점을 개선하고자 건물 디지털전환관련 기술개발 필요성을 강조했다.
■ 선정기술 개념은
건물에너지 관리‧데이터 활용기술은 3가지 층위로 구분할 수 있다. 먼저 개별건물 적용기술로 디지털트윈 중심의 총체적 관측환경을 구축한 자율운전, 자동진단, 최적제어 기술 등이 있다. 이를 통해 재실자, 실내환경, 패시브‧외피성능, 에너지‧설비시스템 상태 및 에너지성능 등을 분석, 진단, 최적화할 수 있다. 이러한 기술을 구현하기 위해 센서성능 및 종류, 관제점 등 가이드라인 개발과 센싱기술이 필요할 전망이다.
커뮤니티 단위에서는 개별건물 운전상태 및 신재생에너지 발전량 예측과 에너지공급망, P2P 거래 및 단가 등을 고려해 건물에너지 최적제어 기술로 지자체 건물군 에너지관리기술 및 자자체 탄소중립 이행 플랫폼과의 연계가 가능하다.
국가차원에서는 개별 및 커뮤니티 단위에서 건물에너지데이터와 국가 건물에너지 및 온실가스 데이터플랫폼을 연계하는 체계를 구축하며 국가차원에서 건물에너지사용량 패턴, 건물에너지효율 광역검진기술, 건물에너지효율화정책 및 서비스, 기존 ZEB‧GR정책 사후평가, 차세대정책 기반마련 등에 기여할 수 있다.
■ 현재 국내‧외 기술수준은
우리나라는 기존 디지털인프라가 잘 갖춰져 있으며 국토면적이 좁아 건물부문 탄소중립 이행을 위한 디지털전환 기술구현은 유리한 상황이다.
현재 국토부 ‘건물부문 탄소중립 가속화를 위한 건물에너지소비 데이터 통합관리 기반기술 개발’ 과제를 통해 건물부문 탄소중립 국가 건물에너지 DB 및 플랫폼이 개발되고 있으므로 향후 이를 발전시켜 건설산업 프로세스 적용 및 기술구현이 가능할 전망이다.
앞으로 전생애주기 접근방법으로 건물운영단계 연계 강화와 데이터 확보‧연계‧관리가 더욱 중요해질 것이다. 건물운영상태에 따라 실시간으로 탄소배출계수와 연계한 체계구축이 고민돼야 한다.
글로벌환경을 살펴보면 디지털트윈 기술은 주로 제조업 기반으로 선도국에서 높은 수준으로 연구개발되고 있다. 다만 건설산업 및 건물부문에서 디지털트윈을 실제로 적용한 사례는 찾아보기 힘들다. 패러다임을 전환해 우리나라에서 새롭게 적용한다면 기술선점이 가능한 분야다.
데이터기반 도시‧건물에너지사용량 분석 및 효율화 진단기술은 주요 선진국에서 기술개발에 핵심이 되는 플랫폼 및 프레임워크를 이미 제시하고 있으나 탄소중립 이행에 기여하기 위한 기술구현 관점에서는 국내 여건이 유리한 것으로 판단된다.
■ 탄소중립 기여효과는
해당 기술은 건물부문 탄소중립 이행과 탄소발자국 모니터링기술을 지원함에 따라 건물부문 탄소중립을 객관적이고 과학적으로 지원할 수 있다. 또한 도시‧지역단위에서의 데이터기반 광역검진기술과 건물단위에서의 디지털트윈 기반 자율진단 및 최적제어 기술은 실제 건물에너지사용량 및 탄소배출량을 절감하는 데 기여할 수 있다.
■ 성공적 기술개발‧적용을 위해 필요한 개선점은
R&D과정에서 키워드 중심의 기술평가가 아닌 실제 제안하는 기술범위, 내용, 구현방안 등에 건설산업의 특수성을 고려하는 인식이 중요하다. 또한 건물부문 탄소중립 절감량 산출 시 직접배출 절감량 산정뿐만 아니라 데이터플랫폼 기반의 간접배출 절감량을 건물부문에서 인정받는 것 또한 중요하다.
이와 함께 국내 실정 및 기술적용 현황을 고려한 탄소배출계수 세분화 및 건물운영단계와의 지속적인 연계가 필요하며 BIM과 디지털트윈 개념차이를 인지하고 두 개념의 시너지를 건설산업 프로세스에서 실현할 수 있는 논의도 진행돼야 한다.
특히 건물운영, 리트로핏, 폐기단계에서 데이터기반의 정량적인 분석을 통해 얻은 교훈을 신규 프로젝트의 설계에 담아낼 수 있는 디지털기반 생태계전환과 건물부문 탄소중립 설계 고도화 과정이 무엇보다 필요하다.
2050 탄소중립 시나리오상 건물부문 에너지 및 탄소저감이 매우 중요한 역할을 차지하고 있다. 국제에너지기구(IEA)는 건물부문에 대해 아직 손대지 않은 에너지효율화의 잠재된 원천이라고 표현했다.
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