2020년부터 국토교통부 및 산업통상자원부에서는 국가 온실가스 감축 목표 달성과 재생에너지 목표 달성을 위해 1,000㎡ 이상 신축, 재축 및 별동 증측 공공건축물에 대해 제로에너지건축물 의무화를 시행할 예정이다. 2020년 1월부터 1,000㎡ 이상 공공건축물, 2025년 500㎡ 이상 공공건축물과 1,000㎡ 이상 민간 건축물, 공동주택 30세대 이상으로 한 후 2030년 이후 500㎡ 이상 모든 건물로 적용될 예정이다.

이와 관련 한국에너지공단은 녹색건축정책 및 제로에너지건축물 인증제를 준비 중이며 관련 현안과 다양한 의견을 현재 수렴 중이다. 국제 전문가그룹 네트워킹 IEA EBC Annex 52 및 SHC Task 40 제로에너지건축 설비기술 동향에 근거해 국내 적용 전 해결돼야 주요 현안 과제와 대안이 절실히 필요한 상황이다.

우선 제로에너지건축물의 국제 호환적인 ISO기반 정의와 이에 따른 평가인증 방안이다. 다양한 정의가 있으나 국제 보편적으로 제로에너지건축물은 ‘일차원 에너지로 환산해 건축물 위치에 용도에 따른 연간 소모되는 건물 냉난방·급탕 열에너지 및 전력에너지가 공급되는 일차원 에너지와 균등해 연간 추가 일차원 에너지 없이 제로화되는 건축물’로 정의된다. 주요 현안은 건축물 위치의 △신뢰성있는 기상자료 △건물 외피단열 및 건축설비 △최근 4차 산업혁명 smart building community 구축 관련 부하와 기후추종 Smart 제어시스템의 냉난방 급탕 열에너지 및 조명 설비 기준 등 ASHRAE 90.1과 같은 국제 호환 건물설비 제어 통합형 설계 및 성능 확인(초기 및 지속) 기준 확보 제시 및 주기적인 개선이 중요하다.

제로에너지건축물 설계원리는 1단계 고단열 및 고기밀 외피로 인한 냉난방 급탕 열에너지 부하 저감화, 2단계 고기밀 외피로 인한 실내 공기 환경 개선을 위한 자연 및 설비 혼합형 열회수 시스템 적용으로 실내 환경 개선과 열에너지 부하 최소화, 3단계 최소화된 열에너지 부하를 만족시키기 위한 지열냉난방시스템과 설계 및 부분부하 조건과도 관련된 전기부하를 충족시키기 위한 태양광전력 PV시스템 및 비용저감형의 기존 그리드와 연계 설계 및 운영단계다. 이러한 설계는 건물 위치와 용도(주가 및 비주거)에 따라 최적사양이 도출되고 필요한 규모의 건물의 경우 초기 및 지속적 성능이 설비의 성능데이터 기반의 IC(Initial Commissioning) 및 CC(Continuous Commissioning)를 통해 이뤄져야한다.

최적의 통합설계와 운영을 위해 단위건물의 제로화와 다수 건물의 제로화는 기본적인 설계 운영방안이 다르게 접근돼야 한다. 단위 건물의 용도가 주거용인지 혹은 비주거용인지, 설계 및 부분부하 운전조건에서 최소의 에너지가 소모될 수 있도록 건물 부하상태 및 위치 기상상황에 따라 설계 운영돼야 한다. 이에 따라 부하패턴이 다를 주거 및 비주거용일 경우 설계 및 부분부하는 어떻게 설정하고 이에 대한 건축물 스마트설비 설계 사양이 주거 및 비주거건물과 다르게 그 기준이 제시되고 추후 필요 시 성능확인방안이 미래 글로벌시장을 위해 국제 호환적인 방안으로 제시돼야한다.

특히 다수의 건물의 경우 주거용과 비주거용의 건물부하를 실시간 데이터에 의해 스마트하게 공유해 초기 및 운전비용을 줄이는 스마트 마이크로 제너레이션기술이 도래하는 4차 산업혁명시대를 맞이해 적용되고 보급돼야 한다.

결론적으로 제로화 건축물 설치 보급의 현안 중 하나가 경제성이다. 예를 들어 기존 건축물보다 초기비용 100% 이내에서 연간 33% 이상 비용 저감으로 3년 이내 경제성 확보를 위한 기술개발 및 보급이 매우 중요하다. 우리나라와 같이 전력비가 상대적으로 저렴할 경우 온실가스 저감을 위해 전력활용 냉난방·급탕용 지열히트펌프와 태양광·열 하이브리드기술의 통합화, 최적화 적용 보급이 필요하다. 또한 사전 제작 모듈화 방안, 즉 pre fab모듈 개념으로 초기 비용을 낮추고 궁극적으로는 시장 창출과 경제성 확보를 위해 선진국과 같은 에너지금융제도 PACE(Property Assessment Clean Energy) 및 열에너지를 포함한 제대로의 RPS제도로 개선 및 경제성 미흡의 제로에너지 건축시장 확대와 경제성 확보의 정책과 기술개발 병행전략이 매우 중요한 시점이다.

이에 따라 제로에너지건축 설비 핵심기술인 사전제작 모듈 개념의 태양열과 지열히트펌프 융합화 기술 개발과 제로에너지건물 통합화, 최적화 설계 및 성능 확인 프로세스의 국가적 제시 및 개선이 관련 산업계에 매우 필요한 시점이다.