제로에너지건축물, 친환경 에너지 적용된 에너지 효율 건물 김용준 기자 2020-04-24 13:04:16

제로에너지건축물이란 건축물에 필요한 에너지부하를 최소화하고 신에너지와 재생에너지를 활용해 에너지 소요량을 최소화하는 녹색건축물이다.

 

제로에너지건축물은 2019년 6월 제로에너지건축 단계적 의무화를 위한 세부로드맵 개편안을 발표하면서 본격적으로 제로에너지건축 인증 의무화를 시행하고 있다. 이에 따라 올해부터는 연면적 1,000㎡ 이상의 공공건축물 대상으로 의무화하며 민간건축물의 경우는 제외된다. 그러나 2025년부터는 1,000㎡ 이상의 민간건축물도 포함하며 공공건축물의 경우 연면적 500㎡ 이상의 건축물도 의무화 대상으로 포함된다. 그리고 2030년에는 민간건축물까지 연면적 500㎡ 이상의 건축물이 의무화 대상으로 포함돼 제로에너지건축물이 포괄적으로 확대될 예정이다.


건축물 분야는 전 세계적으로 많은 에너지를 소비하고 지속적으로 증가하는 추세이며, 최근 건물부분의 온실가스 감축 목표 강화(BAU 대비 18.4→32.7%)에 따라 신축 건물의 에너지 및 온실가스의 핵심절감 수단으로서 중요할 뿐만 아니라 미래 건축의 핵심 성장 동력으로서 일자리 창출과 연계사업 활성화에 기여할 것으로 예상된다.


제로에너지건축물은 타국에서도 독려하고 있는 사업이다. 미국의 경우 2030년까지 모든 신축 상업용 건축물, 2040년까지 상업용 건축물의 50%, 2050년까지 모든 상업용 건축물을 제로에너지빌딩으로 추진하고 있다.

 

제로에너지건축 의무화 세부로드맵 개편안(사진. 한국에너지공단)

 

건물단지 도시단위의 순차적 검토를 통한 최적 제로에너지 구현 방안 예시(사진. 한국에너지공단)

 

영국의 경우 저탄소 및 에너지절약계획을 통해 에너지 효율등급으로 친환경건축물을 규제하는 정책을 추진하고 있으며 캐나다는 2032년까지 단계적 Net Zero Ready Home 상용화를 위해 건물 에너지 효율 강화 정책을 추진하고 있다.


독일은 2011년 국가에너지기본계획을 수립한 후, 주택의 신재생에너지 이용을 의무화하고 에너지 소요량이 연간 100㎾h/㎡을 초과하지 않도록 규제하고 있다.


일본은 2020년까지 절반 이상의 주택과 모든 신축 공공건물, 2030년까지 모든 신축주택과 민간건물을 제로에너지 건물로 계획하고 있으며 싱가포르의 경우, 2008년부터 연면적 2,000㎡ 이상의 모든 신축건물과 주요 구조에 대한 개보수를 하는 기존건물을 대상으로 그린마크 인증을 의무화하고 있다.

 

제로에너지건축물 적용 기술

건축물의 에너지 효율화 측면에서 가장 높은 수준의 제로에너지건축물을 구현하기 위해서는 건축, 전기, 기계, 에너지 측면의 종합적인 고려가 필요하며 크게는 ▲패시브 ▲액티브 ▲신재생에너지 등의 기술 접목이 필요하다. 먼저 패시브는 계절, 외기온도 등의 변화가 건축물에 미치는 영향을 최소화해 적은 에너지만으로도 쾌적한 실내환경을 유지할 수 있게 하는 기술로 ▲자연환기 ▲고기밀 ▲외부차양 ▲고성능 창호 ▲외단열 ▲자연채광 등이 포함된다.


이를 선정할 때는 프리패시브(Free Passive)란 선결 조건을 만족하는 방안을 우선 고려해야한다. 입지, 자연 환경 유입 및 친환경 외부공간, 기후, 미기후 등을 고려해 우선 분석한다. 이후 일조, 소음, 기류 등을 고려해 토지이용계획을 수립하고 생태적외부공간을 조성해 건물 내·외부의 녹화나 수공간을 조성해 열섬현상을 저감하는 방안을 모색한다. 열섬현상이란 일반적인 다른 지역보다 도심지의 온도가 높게 나타나는 현상을 말한다. 이러한 외부 조건을 충족하면 패시브 설계기법을 적용해 신재생에너지 의존도를 최소화 하는 방안을 검토하는 것이다.

 

제로에너지 건축 방식이 적용된 건물 그림(사진. 한국에너지공단)

 

패시브(Passive)는 에너지를 어떻게 절약할 수 있을지를 최우선으로 한다. 이에 앞서 언급한 환경 황성을 분석해 일조나 바람의 영향을 고려한 건물의 방향을 설정하고 외피 단열성능을 강화하기 위한 구조체 및 창호 열관류율을 개선해야 한다. 비주거일 경우, 단순히 법적기준의 수준을 유지해야 하지만 주거인 경우 LH 패시브의 가이드라인 단열 수준을 확보해야 한다.


이러한 과정을 거친 후 건축물의 창 면적비를 계산해야 하는데 남향일 경우 40~45%, 북향일 경우 35~40% 동·서향일 경우 25~30% 이하의 면적비를 산정해야 한다. 또한 창호의 차폐성과 기밀성, 단열성을 기획해 최종적으로 에너지 요구량을 최소한으로 설정되도록 갖춰야한다.


이어 엑티브(Active)는 다른 기자재보다 적게 에너지를 소모하면서도 높은 성능으로 운전이 가능하거나 스스로 에너지를 생산할 수 있는 기술을 말한다. ▲고효율 기기 ▲폐열회수 환기장치 ▲LED 조명 등이 이에 포함된다.


흔히 내부에서 소모해야 하는 에너지를 의미하고 이를 최소화하기 위해서는 냉난방 부하를 재산정해 설비용량을 최적화하고 실내 방별로 용도를 고려한 변·정풍량 공조방식을 적용해야 한다. 이후 폐열 재활용 시스템을 구축해 난방열회수율을 80% 이상, 냉방열회수율을 45% 이상으로 향상시켜 에너지를 절감해야 한다. 또한 내부에서 작동하는 순환펌프의 동력을 줄이고 배관 손실을 저감시키기 위해 기계실 중앙에 펌프를 배치해 배관길이를 최소화하는 방안을 고려해야 한다. 마지막으로는 내부에서 사용하는 조명을 고효율의 LED를 적용해 전체 평균의 조명밀도를 최적화해야 한다.


신재생에너지는 수소, 산소 등 화학반응을 통해 전기 또는 열을 생산하는 신에너지와 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 재생에너지로 구분된다. 주로 ▲태양광 ▲태양열 ▲연료전지 ▲지열 냉·난방 장치 등이 포함된다. 신재생에너지 중 대상 건축물이 공공 건축물인지 민간 건축물인지를 우선적으로 파악해 공급할 신재생에너지의 종류를 산정할 필요가 있다. 공곡건축물의 경우 신재생에너지 설치 의무화 대상으로 건축 인허가를 받았을 당시의 연도별 의무 공급 비율을 확인해야하고 민간건축물일 경우, 지자체나 건물용도별에 부합하는 용량을 확인해야 한다.


신재생에너지 중 태양광은 에너지 자립률을 확보하는 데 유리한 조건을 갖추고 있다. 태양광 공급비율 중 약 10%를 적용할 경우, 자립률을 20% 확보할 수 있어 옥상 등의 태양광 PV를 설치할 수 있는 공간 여부를 검토할 필요가 있다. 일반적으로 건축물은 옥상, 입면, 측벽 등에 PV를 설치할 수 있는데 입면과 측벽의 경우, 외관이 좋지 않다는 점과 일조 상 적게 영향을 받을 수 있는 확률이 비교적 원활하지 못하기 때문에 옥상, 입면, 측벽 순으로 PV를 설치하는 것을 고려해야 한다. 이후 신재생에너지를 생산하는데 필요한 에너지량이 낮은 순으로 에너지원을 결정해야 한다. 특히 태양광은 단결정이고 고효율의 모듈을 적용하고 연료전지의 경우 발생되는 폐열까지 활용처를 고민할 필요가 있다.

 

제로에너지건축물 적용기술 사례

 

① 국내 적용 사례

국내에서 제로에너지빌딩으로 건설된 노원구의 EZ House은 외단열, 삼중유리를 활용한 창호, 폐열회수환기장치와 태양광 및 지열을 활용해 건축물에너지효율등급 1+++등급을 받은 건물이 있다. 이 건물은 정부 R&D 실증사업의 일환으로 121세대가 입주한 지상 7층 이하의 건물이다.

 

송도 힐스테이트 레이크(사진. 한국에너지공단)

 

이외에도 송도에 건설된 힐스테이트 레이크는 국토교통부 시범사업으로 선정된 초고층 공공주택으로 고층형 제로에너지빌딩의 대표적인 사례로 꼽힌다. 패시브·액티브 기술과 신재생 에너지가 적절히 조합된 힐스테이크 레이크는 법적기준보다 14% 향상된 고단열, 고기밀의 외피가 적용됐고 공공주택용 건물관리시스템인 BEMS를 개발 적용해 에너지를 절감해 운영되고 있는 제로에너지건축물이다.

 

아산 중앙도서관(사진. 한국에너지공단)

 

아산의 중앙도서관의 경우, 제로에너지건축물 인증을 취득한 국내 최초의 도서관으로 실내환경의 유지가 중요한 건축물의 제로에너지화에 대한 가능성을 제시했다는 점에서 의의가 있는 건물이라 할 수 있다. 중앙도서관은 고효율의 조명, 태양광, 폐열회수환기장치와 고기밀·단열의 창호와 외벽이 조합된 건물로 제로에너지건축물 인증 외에도 건축물 에너지 효율 등급 인증 1++, 녹색건축 인증 일반등급, 패시브 건축물 인증을 획득한 우수사례로 꼽히고 있다.


정부가 추진하는 정책으로 건설사업을 추진하고 있는 것은 SH 고덕강일로 18층 이하의 844세대가 입주할 수 있는 건물이 있다. 이 건물은 외단열과 창호, 고효율의 LED와 전열교환기와 냉각코일이 결합된 환기방식을 채택 적용하고 태양광, 지열, ESS 등의 신재생 에너지가 도입될 전망이다.


또한 과천에 건설될 LH 과천지식정보타운은 30층 이상의 547세대가 들어설 수 있는 건물로 내단열, 창호, 전열교환기, 태양광과 지열을 활용한 신재생 에너지를 도입할 예정이다. 이 두건물은 발주 당시 BEMS를 통해 의무적으로 에너지 관리를 할 수 있도록 조건을 삽입했다.

 

② 해외 적용 사례

 

일본 후지사와시 스마트타운(사진. 한국에너지공단)

 

일본의 후지사와시 스마트타운은 100년 지속가능한 스마트타운을 목표로 한 파나소닉의 절전형 미래도시의 실험 일환으로 건설된 타운으로 태양광에너지, 연료전지, LED, BEMS 등이 적용돼 있다. 후지사와시 스마트타운은 ‘자가생산-자가소비’라는 자체 에너지관리체계를 구축하고 이를 통해 친환경적이고 독립적인 에너지 사용 시스템이 구축돼 있다.

 

중국 광저우 펄리버 타워는 자연채광 제어, 바람을 효율적으로 받을 수 있는 건물배치와 이를 위한 디자인적인 요소가 가미돼 있다. 태양광 패널의 복층유리가 사용돼 단열효과가 업그레이드됐으며 건물 내부에 풍력발전기가 설치돼 있어 신재생에너지요소와 디자인적인 요소가 적절히 결홥돼 지역 랜드마크로 홍보되고 있다.

 

독일 프라이부르크 보봉마을(사진. 한국에너지공단)

 

독일 프라이부르크의 보봉마을은 모든 건축물을 에너지절감형, 패시브하우스, 플러스 에너지 건축물을 통해 최대 60%의 에너지를 절감하고 있는 대표적인 독립형 에너지 마을이다. 이 마을은 기후를 고려해 길을 남동향 방향으로 배치해 바람의 순환을 원활히 했고 소형 열병합 발전시설과 우수처리시설이 설치돼 있으며 주민들은 전기자동차를 사용하고 있어 친환경적 요소가 많이 함유된 곳이다. 또한 마을 내부에 친수 공간과 산울타리를 조성해 주민들과 자유롭게 공유하는 공간을 마련해 놨다.


2. 제로에너지건축물 인증, 어떻게 해야 하나.

 

제로에너지건축물 인증이란 건축물에 필요한 에너지 비하를 최소화하고 신재생에너지를 활용해 에너지 소요량을 최소화하는 녹색건축물을 대상으로 에너지 자립률에 따라 1~5등급까지 인증을 부여하는 제도이다.

 

제로에너지건축물 인증기준(사진. 한국에너지공단)

 

제로에너지건축물의 인증을 받기 위해서는 ▲건축물 에너지효율등급 1++ 등급 ▲에너지 자립률 20%이상 ▲BEMS 또는 걔량기 설치 등의 조건을 모두 충족해야만 인증 대상에 포함될 수 있다.


먼저 건축물 에너지효율등급 인증은 건축물의 단위면적당 전체 1차 에너지 소요량을 산출·평가해 기준에 따라 산정된 에너지효율등급 인증 상위 2단계(1+++, 1++)에 속해야 한다. 건축물 에너지효율등급 인증 등급은 주거용 건축물과 주거용 이외의 건축물로 구분해 1+++에서 7등급까지 총 10개의 등급으로 구성된다.


1차 에너지 소요량이란 국가적인 에너지 정책에 따라 운영되는 가스, 석탄, 원자력과 같은 다양한 에너지량을 통일하기 위해 만든 수치로, 소요량을 산출하는데 사용된 연료의 종류에 따라 1차 에너지 환산계수를 곱해 수치를 결정한다. 건축물의 경우 환산계수 2.75를 곱한다. 즉, 1차 에너지소요량의 개념을 도입해 건물에너지의 경우를 살펴보면 29~51㎾h/㎡/yr의 수치가 1+++ 등급의 주거용 이외의 건물을 말한다. 여기서 말하는 주거용 이외의 건물 등급을 1+++로 맞추기 위해서는 29~51㎾h/㎡/yr 수치를 맞추되 신재생에너지의 양을 늘림으로써 에너지를 절감할 경우 제로에너지 빌딩으로 인정된다. 예를 들어 A건물을 건축할 때 1차 에너지 소요량이 100㎾h/㎡/yr이라고 가정한다면, 1+++등급을 받을 수 없지만 신재생에너지를 50㎾h/㎡/yr이상 보급할 경우, 1차 에너지 소요량은 50㎾h/㎡/yr로 계산돼 1+++등급을 받을 수 있다.

 

건축물 에너지효율등급 인증제도의 등급(단위 : ㎾h/㎡/yr)

 

주1 : 주거용 건축물은 단독주택 및 공동주택(기숙사 제외), 비주거용 건축물은 주거용 건축물을 제외한 건축물
주2 : 단, 주거용 이외의 건축물의 경우 1차 에너지 소요량 전력 계수 2.75를 곱한 수치

 

 

건축물 에너지효율등급 인증·평가 소요기간은 주거용 건축물은 서류 접수 후 40일 이내, 주거용 이외의 건축물은 50일 이내, 신청서류 등의 보완이 있을 경우 기간이 더 늘어날 수 있다.
 

예비인증 인증절차(사진. 한국에너지공단)

 

본인증 인증절차(사진. 한국에너지공단)

 

에너지자립률은 대상 건축물의 단위면적당 1차 에너지소비량 대비 단위면적당 1차 에너지생산량의 비율을 말한다. 산정 바익에 따라 산출된 에너지자립률을 기준으로 제로에너지건축물 인증 등급을 1등급에서 5등급까지 부여한다.

 

제로에너지건축물 인증 등급

 

에너지 자립률은 단위면적당 1차 에너지 생산량 ÷ 단위면적당 1차 에너지 소비량×100으로 계산한다. 예를 들어 태양열, 태양광, 지열 등을 통한 1차 에너지 생산량이 165㎾h/㎡/yr 이고 단위면적당 1차 에너지 소비량이 412.5㎾h/㎡/yr일 경우, 165㎾h/㎡/yr÷412.5㎾h/㎡/yr×100으로 계산하면 40이 나온다. 에너지자립률이 40%라는 것으로 제로에너지건축물 인증 등급에서 4등급에 해당한다. 이러한 결과 값에 따라 인증 등급을 부여받은 건축물은 에너지건축물로서의 조건을 충족하게 되는 것이다.


마지막으로 BEMS 또는 원격검침전자식계량기 설치는 신청인에게 BEMS 또는 원격검침전자식계량기 설치 확인 작성 서실을 안내하고 평가 항목에 대한 적용 여부를 자체적으로 작성하도록 해 평가한다.


BEMS는 4개의 공통항목과 5개의 개별항목(정보감시, 실내외 환경정보 제공, 설비의 성능 및 효율 분석, 에너지 소비량 예측, 제어 시스템 연동)에 대해 확인하며 원격검침전자식계량기는 4개의 공통항목과 2개의 개별항목(계측기 관리, 데이터 관리)으로 총 6개의 평가항목이 있으나 일부 항목은 추가를 권장하기에 최대 9개의 항목을 확인받아야 한다.

 

BEMS 또는 원격검침전자식계량기 설치 평가항목

 

3. 제로에너지건축물 구축, 어떤 혜택이 있나

 

제로에너지건축물을 최종 인증하고 운영을 하게 되면 기존 일반 건축물과 비교해 다양한 혜택을 제공한다. 먼저 법 및 조례에서 정하는 건축물의 용적률 및 높이 등에 대해 제로에너지 건축물 인증등급에 따라 11~15%의 범위 내에서 완화비율을 적용한다.

 

인증 등급별 건축기준 완화비율

 

또한, 지방세특례제한법 제47조의 2 및 동률 법 시행령 24조에 의거해 건축물 또는 주택의 취득세 15%를 경감해준다. 이와 함께 제로에너지건축물 인증 공공분양주택, 공곡임대주택, 국민임대주택, 행복주택, 민간임대주택에 대해 주택도시기금 대출한도를 20% 상향시켜 원활한 대출을 승인토록 해준다. 더불어 기반시설 기부체납 부담수준을 최대 15%까지 경감률을 적용시킨다.


이외에도 에너지자립률을 달성하기 위해 필수적으로 설치가 요구되는 신재생에너지 설치보조금 지원 사업을 신청할 경우 우선적으로 지원해주고 가점도 부여한다. 이는 신재생에너지 지원 사업 중 주택지원 사업, 건물지원 사업, 융·복합 지원 사업에서 제로에너지건축물 인증 건축물에 대해 우대 적용하는 안이다. 가점의 경우, 제로에너지건축물 인증 취득 건축물에 대해 주택지원 사업에서는 우선 지원하며 건물지원 및 융·복합 사업은 신청사업 평가 시 각각 2점, 3점의 가점을 부여한다.


제로에너지건축물 예비인증을 취득한 건축물의 에너지효율과 관련한 설비에 투자할 경우, 투자비의 일부를 장기 저리로 지원하는 에너지이용합리화자금 방안도 이용할 수 있다.

 

에너지이용합리화 자금지원 조건


에너지이용합리화자금을 통해서 ESCO 투자사업과 절약시설 설치사업을 지원받을 수 있는데 ESCO 투자사업이란, 에너지 사용자가 에너지 절약을 위해 기존의 노후화되거나 저효율로 운전 중인 에너지 사용 시설을 고효율 에너지 사용 시설로 개체 또는 보완하고자 하나, 기술적 또는 경제적 부담으로 사업을 시행하지 못하고 있을 때, ESCO가 에너지 절약시설의 설치에 따른 투자비용을 조달하고(사용자 파이낸싱 성과보증계약의 경우 에너지 사용자가 자금조달), 사업 수행 및 에너지 절감 효과를 보증하고 절감량(절감액)을 배분하며, 에너지 사용자는 추후에 발생하는 절감으로 투자자금을 상환하는 사업으로, 에너지 사용자가 기술적 또는 경제적 부담 없이 에너지 절약형 시설로 개체할 수 있는 사업을 말한다(출처. (사)에너지절약전문기업협회)


절약시설 설치사업은 보일러교체, 폐열회수히트펌프, 인버터압축기 등 자금지원 지침에서 정한 에너지절약형 시설을 설치하는 사업으로 저탄소녹색성장기본법 시행령 제29조에 따라 온실가스·에너지 목표관리업체로 지정된 업체와 온실가스배출권의 할당 및 거래에 관한 법률 제8조에 따라 배출권 할당 대상 업체로 지정된 업체가 이를 수행할 수 있다.

 

4. 시사점

 

제로에너지건축물의 보급이 현재는 미비하지만 공공기관을 우선으로 한 보급정책이 민간 건축물에도 향후 적용됨에 따라 지속적으로 제로에너지건축물이 각광을 받을 것으로 예상된다. 이미 적용돼 운영되고 있는 건축물이 효율적이고 안정적으로 에너지를 운영하고 있는 만큼 관련 산업이나 정책 기조도 탄력을 받을 것으로 예상되는 만큼 관련 기업 관계자나 주택을 구매하는 소비자들은 제로에너지건축물의 활성화에 주목할 필요가 있다.

자동등록방지 중복방지 문자를 이미지와 동일하게 입력해주세요 이미지에 문자가 보이지 않을경우 이미지를 클릭하시면 문자가 나타납니다