미래 세계 인구증가, 도시화 및 경작지 부족, 포스트코로나 식량위기 등에 대비해 도시 내에서 식량자급이 가능한 건물형 스마트팜 기술에 대한 요구가 증대되고 있다. 피크부하 경감, 전기소비량 감소 등 에너지안보 차원에서 분산발전 확산 및 부하밸런싱 기반 건물에너지 절감 기술개발이 강조되고 있는 시점이다.

또한 식물공장, 수직농장 등 도시농업 시장이 국내·외에서 크게 확산되며 주목받고 있어 도시형 스마트팜의 냉난방을 더욱 효율적으로 운영하고 이와 함께 건물의 온실가스를 줄일 수 있는 방안마련이 시급한 상황이다.

한국에너지기술평가원은 ‘2021년 에너지기술개발사업 신규과제’를 통해 ‘다중분산자원 기반의 에너지 자립형 도시농업 건물 기술 개발 및 실증’을 추진한다. 이번 과제의 목표와 컨소시엄 구성, 이를 통한 사회·경제적 파급효과를 살펴본다.

외국의 대도시들은 도심지만 벗어나면 농업에 활용할 수 있는 땅이 넓은 반면 우리나라는 서울 주변에 이러한 공간이 부족한 실정이다. 농지를 따로 마련해 온실을 짓는 것은 수익구조 상 불가능에 가깝기 때문에 옥상온실은 우리나라에 가장 적합한 도시농업 방식으로 주목받고 있다.

이번 과제의 목표인 옥상온실은 도시에서 녹색공간을 따로 찾을 필요없이 일반건물의 유휴공간에서 농장을 운영한다는 것 자체가 장점이다. 이를 통해 농업관련 일자리도 도시에서 창출할 수 있다.

특히 녹색건축이라고 하면 에너지세이빙 건축을 지칭하는 말이지만 일반인이 이해하기 힘든 면이 있다. 일반인 시선에서 보기에는 이러한 옥상온실이 바로 녹색건축이다.

최근들어 도시농업이 강조되는 이유는 도시와 농업의 융복합, 복지 및 일자리 창출까지 다양성을 확보할 수 있는 가장 좋은 수단이기 때문이다.

컨소시엄은 정부출연기관 4개, 대학 6개, 협회 1개, 기업 6개 등 총 17개 기관으로 구성됐다. 옥상온실 연구와 건물실증에 대한 풍부한 경험을 보유한 각 분야별 대표기업, 법·제도·인증 주도기관들이 참여해 전문성을 확보했다.

한국기계연구원이 총괄을 맡아 다중열병합용 저공해 가스엔진과 옥상온실을 활용한 건물에너지 통합기술 개발을 진행한다. 또한 △삼중테크·서강대(엔진 배열을 활용한 흡수식 냉난방기) △한국에너지기술연구원(다중 열병합발전 최적 운전기술 및 건물 미활용에너지 활용 기술) △한성S&I(다중 열병합 통합제어시스템) △쉘파스페이스(고효율 도시농업 스마트팜 솔루션) △충남대(옥상온실 생육관리 플랫폼) △서울대(옥상온실 작물-건물 에너지해석) △우원엠앤이(에너지자립형 통합설비설계) △단국대(AI기반 건물수요 에너지예측) △나라컨트롤(AI-EMS 통합솔루션) △두산퓨얼셀파워(건물형 도시농업용 연료전지시스템) △건축공간연구원(스마트 그린빌딩 정책·법 체계) △충남대(BIM기반 스마트 그린빌딩 표준설계) △강원대(스마트 그린빌딩 비즈니스 모델) △한국건설기술연구원(스마트 그린빌딩 전과정평가 및 친환경 건축 인증) △한국패시브건축협회(실증건물 건축설계) 등이 참여한다.

과제는 △분산발전 △스마트팜 △통합EMS △건축모델 등 4개 파트로 구성됐다. 선정된 2곳의 실증건물에 옥상온실을 설치하고 다중 열병합발전 시스템을 기반으로 태양광, BIPV, 건물용 연료전지 등 신재생에너지도 결합시킬 예정이다.

분산발전 파트에서는 가스엔진 발전기에 흡수식 냉난방기를 결합해 난방, 냉방, 전기, CO₂ 를 공급하는 다중 열병합 분산발전시스템을 개발한다. 시스템 종합효율 94%(냉방) 이상, 발전효율 34%의 세계 최고수준 4중발전시스템을 목표로 하고 있다.

스마트팜 파트에서는 옥상온실 맞춤형 고효율 스마트팜 솔루션 및 재배모델과 옥상온실 이용 스마트 그린빌딩 에너지이용 최적화 기술을 개발한다. 고효율 스마트팜으로 연간 작물생산성(다품종)을 20% 이상 향상시키고 1차에너지 소비량을 30% 절감하는 등 옥상온실 에너지를 최대한 효율적으로 사용한다.

통합 EMS 파트에서는 AI-EMS를 기반으로 에너지비용 절감률 20% 이상의 건물·옥상온실 간 에너지 수요관리 솔루션을 개발한다. 건물과 옥상온실의 에너지 연계를 통해 에너지 통합형 업무·상업용 건물-옥상온실을 구성할 계획이다. 이번 과제에서는 개발 EMS 솔루션을 F&B(Farm & Building) EMS로 칭하고 있다.

건축모델 파트에서는 옥상온실 기반의 스마트 그린빌딩 유형별·규모별 표준설계 및 확산기술을 개발한다. 옥상온실 기반의 건축모델을 RGB(Rooftop Greenhouse Building) 모델로 명명했으며 이는 진정한 녹색건물(Real Green Building)을 의미하기도 한다. 건물형 스마트팜 표준설계 기술확보 및 보급확산을 위한 법·제도 개정과 인증기준 마련이 포함됐다.

이번 옥상온실을 활용한 스마트 그린빌딩은 도시농업뿐만 아니라 그린리모델링이나 제로에너지빌딩 등 건축물에너지 저감과도 밀접한 관련이 있다.

건축물은 총 에너지소비량의 20%가량을 차지하고 있으며 건물에너지절감을 위한 다양한 연구 및 실증이 진행되고 있다. 분산발전은 이러한 건물에너지의 효율적인 사용과 함께 온실가스 저감효과도 함께 가져올 것으로 전망된다.

특히 정부는 건물에너지 저감정책을 강력하게 드라이브하고 있어 관련시장이 크게 확산될 것으로 기대되는 상황이다. 옥상온실이라는 새로운 아이템은 관련인증 획득뿐만 아니라 해당건축물의 가치를 높이는 효과적인 방법으로도 주목받고 있다.

특히 녹색건축이라는 분야를 일반인들에게 직관적으로 이해시킬 수 있는 방법으로써 관련정책의 효과적인 홍보수단으로 사용될 것으로 기대된다.

그동안 도시농업이라는 개념은 단순한 텃밭을 가꾸는 수준에 머물러있었다. 최근 스마트팜을 건물에 적용해 에너지비용을 낮추고 자산가치를 향상시킬 수 있다는 점이 반영돼 개념이 확장되고 있다.

이번 과제는 옥상온실을 활용한 스마트 그린빌딩의 이점과 비즈니스모델을 개발하고 시민들이 잘 볼 수 있는 위치에 실증건물을 마련해 긍정적인 효과를 널리 홍보할 것으로 기대된다.