스마트시티에 냉난방공조, 신재생에너지, 녹색건축분야 기업들이 어떤 서비스와 비즈니스 콘텐츠를 갖고 참여할 수 있을지 방안을 모색하기 위한 세미나가 개최돼 주목받았다.

4차 산업혁명시대에 각종 도시문제 해결의 대안으로 제시되는 스마트시티는 최근 발표한 한국판 뉴딜의 다양한 요소를 담을 수 있는 플랫폼으로 주목받고 있다. 특히 신재생에너지, 녹색건축분야는 한국판뉴딜의 양대 축인 디지털뉴딜과 그린뉴딜에 모두 해당돼 역할이 크다.

최근 기후변화, 교통체증, 폐기물 등 도시화에 따라 갈수록 비대해지는 도시에서 발생하는 비효율로 인해 성장이 제한되고 비용이 증가하고 있다. 이에 대한 해법으로 제안되는 스마트시티를 통해 각국은 도시·건축의 혁신을 도모하고 있다.

우리나라 정부도 세종·부산 국가시범도시 등 신규도시, 테마형특화단지·챌린지사업 등 기존도시, 도시재생 뉴딜사업 연계 스마트시티 등 노후도시에 대해 대대적인 투자와 규제개혁으로 강도 높은 스마트시티 추진전략을 구사하고 있다.

그러나 스마트시티 개념이 기존 도시개발과는 차이가 크기 때문에 각 기업의 이해도가 낮고 적극적인 참여가 제한되는 어려움이 있다. 정부는 민간의 참여를 촉진하기 위해 스마트시티 챌린지사업을 통해 스마트시티에 적용될 스마트콘텐츠를 확장하려는 노력을 기울이고 있다.

다른 측면으로는 최근 추진되는 스마트시티가 AICBM 등 디지털분야가 주를 이루고 있어 기후변화 대응을 위한 도시의 지속가능성 확보측면이 타 분야에 비해 저조하다는 문제가 있다.

이번 세미나에서는 도시·건축물 지속가능성 확보 필요성을 제기하고 민간기업 입장에서 스마트시티에 녹색건축 등 지속가능성 확보를 위한 구체적인 참여방안을 솔루션 중심으로 제시했다. 세니마는 지속가능한 스마트시티를 위해 도시·건축분야에서 적용할 수 있는 콘텐츠를 제시함으로써 개념적 차원에서 나아가 실질적 구현방안을 모색하기 위해 기획됐다.

서울 세텍(SETEC)에서 개최된 ‘2020 대한민국 기계설비전시회(HVAC Korea 2020)’의 메인세미나로 지난 16일 열린 ‘혁신성장 동력 스마트시티, 고효율 건축·설비 스마트콘텐츠 적용방안’ 세미나는 코로나 감염확산 방지를 위한 방역조치가 이뤄진 가운데 관·산·학·연 관계자 200여명이 참석했다.

건축도시공간연구소(소장 박소현, 이하 AURI)가 주최하고 칸과 메쎄이상이 주관한 이번 세미나는 △대한민국 스마트시티 추진전략(박정현 국토교통부 도시경제과 사무관) △스마트도시 챌린지사업(이재용 국토연구원 스마트공간연구센터장) △국내·외 스마트시티 지속가능건축 및 에너지인프라 사례(최경석 한국건설기술연구원 건축정보기술연구센터장) △스마트시티의 기후탄력성 강화에 대한 제언(이은석 AURI 녹색건축센터장) △스마트제로에너지시티 및 제로에너지건축 설계사례(차희훈 GS건설 박사) △뉴노멀 시대를 위한 스마트빌딩 솔루션(이정남 지멘스 스마트인프라스트럭처 부장) △온실가스 실질적 감축을 위한 건물에너지 절감 솔루션(이강현 존슨콘트롤즈코리아 본부장) △스마트 소형ZEB 냉방공조, 환기, 제습, 공기질 관리비전(백재현 에이올코리아 대표) △스마트시티 신재생 열에너지 도입방안(민경천 지엔원에너지 대표) 등 발표로 구성됐다.

박정현 국토부 도시경제과 사무관은 ‘대한민국 스마트시티 추진전략’을 통해 우리나라 스마트시티 추진전략과 해결해야 할 문제점에 대해 설명했다.

박 사무관은 “2050년까지 세계인구는 50억명에서 90억명으로, 도시화율은 55%에서 68%로 크게 증가할 전망”이라며 “한국의 도시화율은 80% 이상으로 급속한 도시화에 따라 인구, 자원소비가 도시에 집중되면서 미세먼지, 교통혼잡, 물부족, 재난안전 등 각종 사회문제가 발생하고 있다”고 지적했다.

이에 따라 세계 각국은 지속가능성 위기에 빠진 도시문제 해결을 위해 로봇, IoT, AI, 빅데이터, 블록체인 등 4차 산업혁명 기술을 활용, 전방위적 노력을 경주하고 있다.

스마트시티는 혁신기술로 시민의 삶의 질과 도시의 지속가능성을 제고하며 새로운 산업을 육성하는 플랫폼으로 인식되고 있다. 우리나라는 세계적인 수준의 ICT인프라, 혁신기업을 보유하고 있으며 시민들이 높은 인터넷 활용률, 교육수준, 참여의식을 갖추고 있어 경쟁력이 있는 것으로 평가된다.

우리나라 스마트시티 추진전략은 △신도시·기존도시 등 맞춤형 도시모델 조성 △R&D·통합플랫폼·인재육성 등 스마트시티 기반구축 △규제혁신·거버넌스·산업기반 등 혁신생태계 조성 △국제협력·엑스포 등 글로벌네트워크 구축 등 4가지다.

박정현 사무관은 “스마트시티 추진과정에서 문제가 되는 부분은 개인정보, 스마트디바이스, 비용 등이다”라며 “정보활용은 법률로 엄격히 규율하되 보안기능 강화를 위한 기술개발이 필요하며 공공, 민간 등 서비스주체 및 지속가능사업모델에 대한 고민이 있어야 한다”고 밝혔다.

이재용 국토연구원 센터장은 스마트시티의 기업참여를 강화하기 위한 스마트시티 챌린지사업에 대해 발표했다.

이 센터장은 “스마트시티 챌린지사업은 4차산업혁명위원회 스마트시티 추진전략에 따라 도시 성장단계별 스마트시티 사업을 추진하기 위해 마련됐다”며 “지난해 제3차 스마트도시 종합계획에 따라 사업체계가 개편돼 도시, 단지, 솔루션 등 적용대상의 규모별로 적용할 수 있는 사업을 발굴·실증해 확산하는 방식으로 진행된다”고 설명했다.

스마트시티 챌린지사업은 매년 공고를 통해 선정한다. 지자체와 기업이 합동으로 신청하면 1차 서면평가로 후보사업지를 선정하고 2차 발표평가를 통해 최종 대상지 6곳을 선정한다. 학회·공공기관·연구원 등의 추천을 받은 10명의 전문가를 선정평가위원회로 구성하며 계획의 적정성, 실현가능성, 추진의지, 시민중심, 솔루션구축·실증방안, 기대효과 등을 평가한다.

선정된 지자체, 기업 컨소시엄은 기획·계획수립·솔루션접목·실증 등의 비용 명목으로 15억원을 지원받는다. 정량적인 평가기준을 통해 1차연도의 성과를 평가한 후 결과에 따라 본사업으로 확장할 1~2곳을 선정하게 된다. 핵심솔루션을 구현하고 비즈니스 모델을 구체화한 사업지는 200억원의 본사업예산을 지원받을 수 있다.

이재용 센터장은 “2019년 선정된 사업지 중 부천시의 ‘사회적 경제모델 및 공유플랫폼을 통한 주차문제 해결실증’, 대전시의 ‘구도심 지역의 문제해결을 위한 시민친화형 지속가능 서비스 실증’이 좋은 평가를 받았다”라며 “스마트시티 접목사업의 경우 지도·경로탐색부터 호텔예약까지 가능한 구글맵처럼 단일 플랫폼으로 다양한 이종서비스를 이용할 수 있는 수평적 결합이 좋은 평가를 받고 있다”고 조언했다.

최경석 KICT 센터장은 ‘국내·외 스마트시티 지속가능건축 및 에너지인프라 사례’발표를 통해 에너지중심의 스마트시티 사례를 소개했다.

최 센터장은 “지구온난화에 따른 신기후체제 대응, 에너지안보, 지구·도시에너지 전환 이니셔티브 확보가 요구되고 있다”라며 “이에 따라 친환경 미래에너지 발굴 및 육성, 신기후체제 구축, 스마트시티 추진 등 국정과제가 맞물리면서 제로에너지빌딩의 확산과 기존건축물의 저탄소 에너지효율화가 강조되고 있다”고 밝혔다.

도시가 이와 같은 흐름에 대응토록 △도시재생 리모델링 △신재생에너지원 융·복합 △에너지공유·복지기술 등을 접목한 토탈에너지 커뮤니티 플랫폼. 에너지공유 커뮤니티 개발사업이 추진되고 있다.

‘클리우드 쉐어(SHARE) 커뮤니티’로 명명된 이번 연구는 지능형, 양방향 에너지거래 생태계를 조성하고 V2G, ESS, DR, VPP 등을 활용한 부하평준화를 통한 효율화를 추진하게 된다. 건물, 도시단위 잉여에너지를 블록체인과 스마트그리드를 활용해 개인, SPC 간 공유·거래하는 개념이다.

부산EDC, 시흥 스마트시티 등에 리빙랩과 비즈니스 모델이 실증되며 이에 대한 관련기술개발과 함께 녹색건축물 조성지원법, 구역전기사업법, 집단에너지사업법 등 제도정비를 함께 추진한다. 연구의 총괄기관으로는 한국에너지기술연구원(KIER)이, 시흥 스마트시티 실증주관으로는 KICT가, 부산EDC 실증주관으로는 GS건설이 참여한다.

최경석 센터장은 “공동주택 400세대, 타운하우스 100세대, 상업·공공건물의 에너지자립률 100%를 실현하는 제로에너지 커뮤니티를 실증할 것”이라며 “이를 위한 통합관제센터를 추구하고 에너지공유 및 거래 비즈니스 모델 개발까지 성공할 것”이라고 밝혔다.

이은석 AURI 센터장은 ‘스마트시티의 기후탄력성 강화에 대한 제언’을 통해 기후위기에 대응하기 위한 건축적 고려사항을 발표했다.

이 센터장은 “국제사회는 기후변화 대신 기후비상사태(climate emergency), 기후위기(crisis), 기후붕괴(breakdown) 등으로 용어를 바꾸고 있다”라며 “인류가 기후위기에 대응하기 위해서는 ‘완화’와 ‘적응’ 두가지 패러다임으로 접근해야 하며 이와 관련해 탄력성(resilience) 개념이 대두되고 있다”고 밝혔다.

탄력성은 ‘제자리로 돌아오다’는 의미로 노출된 위험에 대해 기초구조, 역량을 통해 시의적절한 방식으로 이를 저항, 흡수, 완화해 내는 능력을 의미한다. 예컨대 미래 해수면 상승을 감안해 지대를 높여 건설하는 도시나 폭염을 대비해 바람길, 녹지 등을 조성한 도시 등이 해당된다.

건축적 측면에서는 홍수에 대응하기 위해 태양광 발전시설, 경사지붕 등 방수구조·재료, 지면녹지를 활용한 배수시스템, 침수 대비 기계실 위치 상향조정 등을 고려할 수 있다. 또한 폭염에 대비하는 방법으로는 가변형 실외루버, 옥상정원, 필로티 등을 이용할 수 있다. 기후변화는 폭염·홍수 등 다양한 재난을 복합적으로 야기하기 때문에 이들 시스템의 통합적 적용도 고려해야 한다.

이은석 센터장은 “코로나19로 인간의 산업·경제활동이 제한받기 이전과 이후 대기질 상황을 그림으로 비교하면 현격한 차이를 볼 수 있다”라며 “화석에너지 기반의 성장시대를 마무리하고 지속가능한 성장시대를 연다면 기후위기를 극복할 수 있을 것”이라고 강조했다.

차희운 GS건설 박사는 ‘스마트제로에너지시티 및 제로에너지건축 설계사례’를 통해 부산EDC를 중심으로 그간 GS건설이 수행했던 제로에너지 관련 프로젝트를 소개했다.

차희운 박사는 “국내 스마트시티시장은 2017년 82조원에서 2021년 151조원으로 매년 16.6% 성장하는 것으로 분석된다”라며 “GS건설은 산업부 스마트 제로에너지시티, 국토부 에너지공유 커뮤니티 등 국책과제에 참여하고 있다”고 밝혔다.

부산EDC 제로에너지시티는 2018년 착수해 2022년까지 2.9㎢ 부지에 2조2,083억원을 투입하는 프로젝트로 국내최초 스마트에너지시티를 조성하는 사업이다. GS건설은 에너지분야 기본설계 용역을 한전KDN, 한국지역난방기술 등과 공동으로 수주해 에너지공급망 및 설비 최적설계, 시범주택단지 건설, 친환경에너지 및 도시통합운영관리 시스템 구축 등을 수행한다.

패시브·액티브기술, 신재생에너지적용 등으로 100% 에너지자립을 추진한다. 패시브기술로는 △환기성능최적화 △단열재·차양·창호 등 개선 △건물태양광 등이 적용된다. 에너지효율화 기술로는 △양방향네트워크 △저온·통합배관 △EMS △복합설비 △ESS △에너지네가와트 운영 등이 적용된다. 신재생에너지로는 △태양광 △태양열 △지열 △수열 △연료전지 등이 도입될 계획이다.

이정남 지멘스 부장은 ‘뉴노멀시대의 미래를 대비한 스마트빌딩 솔루션’ 주제발표를 통해 건축물의 다양한 용도에 대응하기 위한 스마트기술분야를 구분하고 이를 효과적으로 수행하기 위한 고려사항을 설명했다.

이정남 부장은 “미래를 대비한 스마트빌딩의 버티컬시장은 오피스, 병원, 호텔, 학교, 산업시설, 생명과학시설, 데이터센터, 기업자산관리시설 등으로 구분된다”라며 “이를 위해 필요한 스마트빌딩 솔루션은 안전 및 보안, 업무공간 적용기술, HVAC 및 룸자동화, 스마트 유지관리, 에너지 및 환경서비스 등으로 구분한다”고 밝혔다.

이중 HVAC 및 룸자동화분야에서는 실내·외 설치가능한 냉방시스템 분류에 따라 쾌적함과 안전을 유지하는 적절한 환경조건을 유지하는 것이 중요하다. 또한 갈수록 환기·공조풍량이 증가되며 에너지효율이 강조되는 상황에서 열원 공급온도를 낮추면서도 동일한 효과를 낼 수 있는 고효율 시스템의 필요성을 강조했다.

이강현 존슨콘트롤즈 본부장은 ‘온실가스 실질적 감축을 위한 건물에너지 절감솔루션’ 발표를 통해 냉동기의 에너지효율적 이용에 따른 온실가스 감축효과에 대해 설명했다.

이강현 본부장은 “냉난방 열원설비는 건물에서 가장 에너지를 많이 사용하는 분야로 절감우선순위가 높다”라며 “냉동기의 경우 냉매의 누설에 따른 직접배출과 전기에너지 소비량에 의한 간접배출의 합으로 온실가스 배출량을 계산한다”고 밝혔다.

냉동기의 에너지효율을 개선하고 운전비를 절감하기 위해서는 인버터방식이 유리하다. 인버터 냉동기는 500RT 2대 기준으로 정속형대비 연간 운전비 19%를 절감할 수 있다. 또한 냉동기 생애주기 23년동안 인버터 냉동기의 온실가스 배출량은 정속형대비 24% 절감된다.

이강현 본부장은 “열원설비를 최적화하기 위해서는 개별장비가 아닌 전체 시스템관점으로 접근해야 한다”라며 “냉동기 부하별 효율곡선을 모델링해 최적 운전부하 범위를 결정해야 하며 가장 높은 COP 조합으로 냉동기의 대수를 증가·감소운전 해야한다”고 밝혔다.

백재현 에이올코리아 대표는 ‘스마트 소형 ZEB 냉방공조·환기·제습·공기질 관리비전’발표를 통해 최근 개발된 복합공조시스템 신기술 동향을 소개했다.

국내 확산되고 있으며 정책적으로 보급이 장려되고 있는 ZEB는 일반적인 건축물과 공조부하의 특성이 다르다. ZEB 공조부하는 냉방부하가 30W/㎡로 대폭 낮아졌으며 외부열취득 20%, 내부발열 30%, 인체부하 20%, 환기부하 30% 등으로 구성된다. 특히 현열비는 0.8~0.9에서 0.6~0.7로 감소해 잠열부하가 증가한 것으로 나타난다. 이에 따라 실내 쾌적성, 에너지절감, 설치비용 절감, 용량최적화를 위해서 복합적인 공조시스템에 대한 요구가 커지고 있다.

해외 복합공조시스템은 △판형 전열교환기와 냉동기를 적용한 AERMEC사의 복합시스템 △회전형 제습로터와 냉동기를 적용한 Munters사의 복합시스템 등이있다. 국내에서는 열회수환기, 공기청정, 제습, 냉방, 제균을 동시에 구현하는 시스템이 개발되고 있다.

백재현 대표는 “현재 국내 공동주택에 적용돼 실증이 진행되고 있으며 간절기 외기냉방, 환기성능, 세균 및 바이러스 저감시험 등 결과가 성공적으로 도출되고 있다”라며 “특히 2023~2025년 개발예정인 ZEB용 복합환기시스템은 신재생에너지, MOF 제습신소재를 활용한 제슴로터 적용 등으로 습기부하 처리 전용운전이 가능하고 에너지소비량을 30% 절감할 것으로 예상된다”고 밝혔다.

민경천 지엔원에너지 대표는 ‘스마트시티 신재생 열에너지 도입방안’ 주제발표를 통해 수열에너지 중심의 그린뉴딜 대응방안에 대해 설명했다.

민경천 대표는 “그린뉴딜 정책의 핵심은 에너지전환으로 최적화된 신재생에너지를 최대한 많이 적용하는 것이 핵심”이라며 “수열에너지는 그린뉴딜 5대 유망분야 중 하나로 선정될 정도로 각광받고 있다”고 밝혔다.

수열원 냉방시스템은 물의 온도에너지를 히트펌프를 통해 회수해 실내로 공급하는 것으로 기존 냉난방시스템 대비 20~40% 에너지절감 효과를 확보할 수 있다. 국내에는 최근 알려지기 시작했지만 암스테르담, 스톡홀름, 오슬로 등 해외에서는 수십년간 적용돼 성능을 입증받은 에너지다. 우리나라에는 서울 잠실에 위치한 롯데월드타워에 광역상수 방식으로 적용돼 16만2,500MWh를 매년 절감하고 있다.

민 대표는 “스마트시티 조성 시 하천 및 바다에 인접한 경우 우선적으로 수열을 고려해야 하며 사업타당성을 높이기 위해서는 중앙정부의 제도적 지원 및 지방정부의 도시인프라 활용노력이 필요하다”라며 “수열에너지는 스마트시티 기획 초기부터 기존 인프라와 연계를 고려하면 효과성을 높일 수 있다”고 밝혔다.