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스페셜리포트

[녹색건축한마당] LH, ZEB 공동주택 가이드라인 제시

표준모델 기반 패시브‧액티브‧신재생E 설계기준 안내
지열기반 ZEB달성 시 열부하 계산‧설계 등 표준화



한국토지주택공사(LH)는 지난 6일 개최된 녹색건축한마당에서 ‘LH 제로에너지건축 컨퍼런스’ 세션을 마련해 정부 제로에너지건축물(ZEB) 정책에 대한 LH 대응현황 및 기술기준을 공유했다.

이날 행사는 정부의 ZEB공동주택 확산정책에 발맞춘 LH 추진방향과 관련된 성과물을 공유하는 자리로 마련됐다. 컨퍼런스는 △제로에너지 공동주택 로드맵 및 기술설계 가이드라인(최승영 LH 주택기술단 부장) △공동주택 에너지 신산업 활성화 방안(강성용 LH 공공주택전기처 부장) △공동주택 지열냉난방 표준화 방안(김기수 LH 공공주택설비처 부장) △패널토론 등 프로그램으로 구성됐다.

정운섭 LH 건설안전기술본부장은 인사말에서 “올해로 13회째를 맞는 녹색건축한마당은 건설산업의 녹색건축에 대한 각성을 도모하고 정책을 활성화하는 한편 공공과 학계가 모여 건축에 대한 최신기술과 해외 정책을 공유하는 자리”라며 “최근 기후변화가 가속화되면서 ESG, 탄소중립 이슈가 부각되고 있으며 국제사회의 감시체계가 발전되고 있어 정부도 지난해 탄소중립녹색성장위원회를 통해 추진전략을 발표하는 등 부처협력체계를 구축해 구체적이고 실행력 있는 계획수립을 통해 실행가능성을 높이기 위해 노력하고 있다”고 짚었다.

이어 “2050 탄소중립이라는 국가적 목표를 수립하고 이를 위해 2030년까지 국내 온실가스 배출량의 약 40%를 목표로 관련 정책을 발표했다”라며 “LH는 도시와 공간을 조성하는 건설분야에서 에너지절감에 힘쓰고 있으며 특히 지난 1월부터 시행 중인 공공부문 공동주택 주택 ZEB의무화로 현재 5등급을 전면 도입함으로써 에너지복지 향상을 위해 노력 중”이라고 강조했다.

정운섭 본부장은 또한 “이번 컨퍼런스는 LH 제로에너지주택에서의 로드맵과 에너지 신산업 활성화, 지역냉난방 표준화 등 다양한 노력이 담긴 사업을 소개하는 한편 분야별 녹색건축 관련 전문가들 간 ZEB 활성화를 위한 의견을 나누는 프로그램으로 준비했다”라며 “2050 탄소중립을 향한 건설사 등의 인식을 이해하고 ZEB 확산시스템의 토대를 구축하는 데 유익한 시간이 되길 바란다”고 밝혔다.

2030년까지 탄소배출량 30% 이상 절감

최승영 LH 주택기술단 부장은 ‘제로에너지 공동주택 로드맵 및 기술설계 가이드라인’ 주제발표를 통해 LH가 수행해 온 ZEB구축을 위한 노력, 성과를 공유했으며 공동주택 설계기준 및 2040 제로에너지 기술로드맵을 안내했다.

정부는 2050년 국내 모든 신축건축물이 ZEB 1등급 수준을 달성한다는 목표를 달성하기 위해 연차별 로드맵을 수립하고 있다. 2020년 1,000㎡ 이상 공공 일반건축물에 ZEB인증 5등급이 의무화됐으며 올해 500㎡ 이상 공공 일반건축물에 더해 30세대 이상 공공주택에 ZEB인증 5등급 의무화가 확대적용됐다.

LH는 2019년 시범사업을 시작으로 선제적인 ZEB 공동주택사업을 추진해 왔으며 현재 이러한 주택규모가 23개 블록 1만2,222호에 달한다. 2019년 국토교통부‧LH 시범사업으로 △인천검단 AA10-2(국민‧영구임대 1,188호) △과천지식정보타운 S3(신혼희망타운 547호) 등이 ZEB인증 5등급을 획득했으며 2020년 제로에너지 시범도시 사업으로 △남양뉴타운 B11(공공분양 606호) △구리갈매역세권 A2(국민임대 386호) △구리갈매역세권 A3(행복주택 477호) △구리갈매역세권 A5(행복주택 566호) 등도 ZEB인증 5등급을 획득했다.

2021년 착수한 3등급 시범사업으로 추진된 △행복도시 6-3M1(행복주택 238호)이 ZEB인증 3등급을 획득했으며 △성남복정1 A1~A3(신혼희망타운 1,317호) △성남복정1 C1~3, C5(행복주택‧국민임대 1,029호) 등이 5등급을 획득했다. 2022년 LH 자체대상지구로 선정한 △성남복정1 C4(국민‧영구 398호) △하남교산 A2(공공분양 1,115호) △화성태안3 B3(공공분양 688호) △성남신촌 A2(공공분양 320호) △인천계약 A-10(통합공공임대 798호) △행복도시 6-3L2(통합공공임대 500호) 등 역시 5등급을 획득했다.

올해는 ZEB인증 의무화 적용을 받은 △행복도시 5-1L13(행복주택 200호)가 4등급을 획득했으며 △인천계약 A-18(통합공공임대 782호) △남양주왕숙 S-18(통합공공임대 1,067호) 등이 5등급을 획득했다.

LH는 그간의 프로젝트를 바탕으로 임대‧분양주택 각각 8종의 표준모델을 도출해 비용효율적인 ZEB인증 획득목표를 달성하고 있다. 표준모델은 임대주택의 경우 △타입 조합(26‧37‧46㎡) △층수(15‧20층) △세대 수(500‧1,000호) △태양광(옥상 70%‧입면 15%) 등이 조건이며 분양주택의 경우 △타입조합(46‧55‧84㎡) △층수(20‧25층) △세대수(500‧1,000호) △태양광(옥상 60%‧입면 15%) 등 조건을 갖는다.



경제성을 고려한 기술요소 우선순위는 민감도 분석, 비용효율 분석을 바탕으로 패시브‧액티브‧신재생에너지를 통합적으로 고려해 1~11위를 선정했다. 침기율, 창호가 가장 경제성 있는 요소기술로 나타났으며 액티브 중에서는 조명밀도, 전열교환기, 보일러 등 순으로 우선순위가 높았다. 또한 신재생에너지는 태양광, 지열, 연료전지가 순위에 포함됐다.

LH는 건축물의 에너지절약 설계기준에 따른 분류기준대로 중부1‧2, 남부, 제주 등 지역별로 기술요소 가이드라인을 제시하고 있으며 ZEB인증 4‧5등급에 적합한 기술요소를 별도로 마련했다.

ZEB 5등급 달성에는 단열‧창호 강화, 옥상‧입면 BAPV 등이 공통 적용사항으로 나타났으며 4등급의 경우에는 5등급대비 추가적인 입면 BAPV 적용, 지열시스템 적용 등이 필요한 것으로 나타났다. 특히 지역난방이 아닌 개별난방지역에서는 지열을 적용하지 않으면 ZEB인증 4등급 달성이 불가능한 것으로 나타났다.



이러한 가이드라인 적용에 따라 탄소배출량 절감량을 예상한 결과 현행기준대비 2023~2029년 누적 배출량을 31.9% 줄일 수 있을 것으로 예상됐다.

LH는 기준을 발전시켜 2040년까지 △기밀(0.7회/h) △단열방식(외단열시스템) △창호(발열유리) △외벽(법적기준 상회 단열성능 강화) △환기시스템(제습환기) △난방(지역난방‧캐스케이드) △조명(디밍제어) △태양광발전(루버일체형 태양광) △연료전지(고효율 연료전지) △지열시스템(순환펌프동력‧환수온도 개선, COP 향상) 등을 반영할 계획이다.

수요관리‧분산E 신산업 추진

강성용 LH 공공주택전기처 부장은 ‘미래대비 기반확충 및 에너지복지를 위한 공동주택 에너지 신산업 활성화방안’ 발표를 통해 국가 탄소중립 전략에 부응하기 위해 LH가 추진 중인 다양한 사업내용에 대해 발표했다.

LH는 수요관리‧분산에너지 차원에서 에너지관련 현안사업을 추진 중이다. 먼저 태양광DR 실증 및 사업화사업은 기후에 의한 태양광 생산변동성을 고려해 공동주택 내 전기사용량과 태양광발전 수요예측 분석을 바탕으로 초과생산량을 판매하는 사업이다. 2022년부터 총 16개단지 2,466kW 규모로 실증사업이 진행 중이며 2025년까지 진행돼 세대마다 연간 162만여원의 수익이 예상된다.

또한 스마트 충전시스템사업은 전기차 충전DR사업의 일환으로 추진 중이다. 전기차 충전수요 증가에 효과적으로 대응하고 전기공급설비 최적화를 위해 스마트 충전시스템을 도입하는 사업으로 적은 전기용량으로 효율적 운영이 가능하다는 장점이 있다. 전기소비 집중시간 또는 DR발령 시 전기차 스마트충전기술을 활용해 사용 중인 충전기 출력을 낮춰 전기사용량을 감축하는 방식이다. 현재 스마트 충전시스템을 시범도입하는 한편 전기차 충전과 전력수요관리를 연계한 전기차 DR모델을 실증한 뒤 전력 수요자원으로 활용할 예정이다. 실증규모는 1,000세대 이상 5개 단지에서 충전기 350대를 설치할 계획이다.



LH는 Auto DR사업도 추진하고 있다. 스마트홈 통합관리를 위해 구축 중인 임대주택 스마트홈 플랫폼과 연동해 DR발령 시 자동으로 대응하는 시스템으로서 LH형 Auto DR은 세대별 인터넷 가입, 공유기설치 및 조명기구 교체를 전제로 에너지 통합플랫폼, 스마트홈 플랫폼, 조명기구를 연동해 DR발령 시 자동으로 온‧오프제어함으로써 전기사용을 줄이는 방식이다. 광주아름마을 1단지를 대상으로 실증사업을 수행한 결과 수동조작대비 감축량이 27.8% 향상하는 것으로 나타났다.

이와 함께 카쉐어링 융합서비스도 실시하고 있다. 기존 임대주택 카쉐어링 서비스와 연계해 전기차 양방향 충‧방전기술(V2G) 도입을 통한 전력수요관리사업이다. 기존 내연기관 차량을 충‧방전이 가능한 전기차로 교체해 친환경 카쉐어링서비스를 제공하는 것으로 전기소비 집중시간이나 DR발령 시 전기차에 충전된 전기를 방전해 발전효과를 낸다.

강성용 부장은 “LH 에너지신사업을 통해 주거비용 경감, 전기요금 절감을 확대할 수 있으며 입주민에게 에너지복지를 제공할 수 있다”라며 “수요관리 혁신, 4차산업 기술 연계로 신산업을 활성화함으로써 탄소중립 수단을 제공할 수 있다”고 강조했다.

지열, 활용성 양호 불구 제도적 제약 산재

김기수 LH 공공주택설비처 부장은 ‘제로에너지 달성을 위한 공동주택 지열냉난방 표준화 방안’ 발표에서 행복도시 6-3생활권 M1BL 사례를 바탕으로 지열냉난방 설계 및 시공 가이드라인, 경제성 분석결과를 안내했으며 정책개선안을 제안했다.

지열은 연중 약 15℃로 일정한 지중온도를 활용해 냉난방하는 기술로 기후변화에 영향을 받지 않는다는 장점이 있다. 지중열교환으로 취득한 지하 열을 히트펌프로 보내 여름철 7℃, 겨울철 50℃ 냉‧온수를 만들 수 있어 효과적인 냉난방열원으로 평가된다.

지열냉난방이 적용된 행복도시 6-3생활권 공동주택은 최고 10층, 최저 6층으로 건립된 238세대 규모 철근콘크리트 단지로서 ZEB인증 3등급 목표로 진행된 단지다. 지열히트펌프는 30RT 1대, 50RT 2대 물대물 방식이 적용됐으며 지열교환기는 수직밀폐형으로 천공 44홀, 천공깊이 200m로 시공됐다.

부하계산 시 난방은 31~41W/㎡, 냉방은 71~76W/㎡로 계산됐다. LH는 냉방부하 기준산정에 KS C 9306(에어컨디셔너)을 참고했으나 공동주택을 위한 정량기준이 필요한 것으로 지적된다. 단위난방부하는 지역난방 열사용시설기준에 공동주택 내용이 있으나 냉방부하는 기준이 없어 건축물에너지효율등급인증이나 ZEB인증 대응이 어려우므로 지역난방공사와 협의해 기준검토가 필요한 상황이다.

히트펌프 유닛 2차측 설계온도는 난방 시 공급 50℃, 환수 45℃, 냉방 시 공급 7℃, 환수 12℃ 기준을 도출했다. 이에 대해 바닥난방 쾌적성 유지를 위해 60℃ 공급이 필요하다는 전문가 의견이 있었다. 그러나 LH는 60℃ 이상 온수공급은 쾌적성 이점은 있으나 난방요금 상승 및 시스템효율이 하락하므로 패시브하우스를 전제로 공급온도는 약 50~55℃가 적합한 것으로 결론지었다. 실제로 45~50℃로 공급한 이지하우스의 경우 민원으로 인해 히트펌프를 교체해 58℃로 공급키도 했으나 55℃ 열원공급 이후에도 난방관련 민원사례가 없었다.

히트펌프 용량은 냉방 시 505kW, 난방 시 473kW 기준을 제시했다. 이에 대한 전문가 의견으로는 소규모 히트펌프를 다수 설치해 건물부하에 대응한 운영이 필요하며 공동주택 부하 및 최대 사용시간에 대한 데이터확보를 통해 설계반영이 필요하다는 의견이 있었다. LH는 소규모 히트펌프 다수를 설치하면 소비전력은 적지만 순환펌프 반송동력 및 기계실 면적 등에서 불이익이 있으므로 현행 3대 히트펌프 설치로 가닥을 잡았다.

이러한 사례검토를 통해 LH는 지열냉난방 시스템 설계 및 시공가이드라인을 도출했다. 밀폐형 지중열교환기의 경우 수량은 건축물 냉난방 요구부하, 지중열전도도 및 지질상태에 따라 결정해야 하며 규격 및 조닝은 최대 천공깊이는 230m 이내여야 하며 1개 조닝은 유지관리를 고려해 8개 이내로 계획해야 한다. 개방형 지중열교환기 역시 수량은 건축물 냉난방 요구부하에 따라 결정해야 하며 간격은 지열우물공 간 10m 이상 이격해 설치해야 한다.

기계실 내 히트펌프 설비계획은 KS B 8292(물대물), KS B 8293(물대공기)에 따라야 하며 냉난방부하 중 큰 것을 기준으로 110%를 적용하는 것이 안전하고 대수분할, 부분부하 사이클 등 부분부하 대응이 가능해야 한다.

밸런싱 계획은 건물 지하에 냉난방을 위해 입구에 차압유량조절밸브를 설치해야 하며 유량조절범위 초과 시 복합밸브 설치가 필요하다. 급탕은 입상배관에 정유량 밸런싱밸브 설치가 필요하다. 이때 대한설비공학회가 개발한 Hyd-Sarek 등 배관설계 인증프로그램을 활용할 수 있다. 세대 내에는 냉방을 위해 FCU와 복합밸브를, 난방을 위해 온수분배기와 정유량 밸런싱밸브를 설치하고 냉난방 전환을 위한 차단밸브를 설치해야 한다.



LH는 효과적인 지열활용을 위해 412세대 규모인 인천 논현2지구의 경우를 토대로 경제성 분석을 실시했다. 초기투자비는 수직밀폐형이 5억4,800여만원, 개방형이 4억3,100여만원으로 나타났다. 이는 지역난방과 EHP시스템을 병행한 경우인 3억800여만원대비 각각 78%, 40% 더 많은 투자가 필요한 것이지만 연간운전비 기준으로는 수직밀폐형 5,200여만원, 개방형 5,000여만원 등으로 7,700여만원인 지역난방‧EHP시스템대비 각각 32%, 35% 절약되는 것으로 나타났다.

김기수 부장은 “건물 용도에 따라 열에너지, 전기에너지 사용비중이 다르지만 신재생에너지생산량에 근거한 공급의무화 산정은 태양광 외 다른 신재생에너지 보급을 지연시키고 있어 건물용도에 부적합한 신재생설비 보급 가능성이 높다”라며 “건물용도별로 요구하는 에너지원이 다름을 고려해 신재생에너지 공급의무비율을 전기‧열로 구분해 의무화하는 새로운 방식이 필요하다”고 강조했다.

이어 “또한 지역난방을 보조열원으로 활용 시 신재생에너지시설 및 허가를 얻은 열생산시설은 지역냉난방시설과 열공급구획을 구분해 독립구성해야하며 보조열원으로 사용이 불가능하다는 어려움이 있다”라며 “지역냉난방사업이 시행되는 공급대상 지역에도 지열을 포함한 신재생에너지 열생산시설이 함께 활용돼 안정적이고 효율적인 시스템 운영을 구현해야 한다”고 밝혔다.

김기수 부장은 또한 “ECO2 신재생에너지 생산량과 관련해서도 프로그램은 단일 신재생에너지만 개별적으로 입력돼 신재생에너지 복합적용에 따른 유기적 설계 및 운영이 불가능하다”라며 “보다 정확한 신재생에너지 설비 설계를 위해 내부 계산방식을 공개하거나 별도 인터페이스를 제공하는 등 신재생에너지 복합적용을 위해 ECO2 프로그램 개선이 시급하다”고 지적했다.



ZEB 열부하 산정‧생산‧활용 성토

이어진 패널토론은 윤종호 한밭대 교수를 좌장으로 △추소연 RE도시건축연구소 소장 △정유석 해안건축사사무소 소장 △원종연 네드 대표 △남유진 부산대 교수 △이병두 현대건설 책임 등이 참석했다.

추소연 RE도시건축연구소 소장은 “현재 ZEB로드맵과 관련해 공동주택에서 냉방이 평가되지 않고 있는데 사실상 신축건물에 냉방설비가 들어가지 않는 경우는 없다고 봐도 무방할 정도”라며 “국토부나 LH는 냉방을 포함한 ZEB 로드맵을 수립할 수 있어야 한다”고 지적했다.

이어 “주거단지를 포함한 도시지역에서 계절적 편차에 의한 열수요가 많음에도 ZEB평가체계 상 1차에너지 환산지수를 중심으로 평가할 경우 태양광 외에는 불리해지는 것이 사실”이라며 “열수요 대응수단으로 주목받는 히트펌프를 활용하기 위해 분산에너지시스템을 평가할 수 있는 방식에 대한 고민도 필요하다”고 제안했다.

정유석 해안건축 소장은 “탄소중립 목표를 개별건축사업 단위에서 의무화함으로써 달성해 나가는 방법은 대부분 부담을 개별 건축사업자에게 지우게 될 우려가 있으므로 국가적인 문제임을 감안해 건축단계뿐만 아니라 도시적 차원에서 접근할 필요가 있다”라며 “즉 ZEB 5등급에서 4등급, 3등급으로 점차 상향이 예정됐지만 건축물 단위에서는 태양광만으로 해결이 어려운 상황”이라고 지적했다.

이어 “이에 따라 연료전지를 적용하는 곳이 많지만 이는 투입비용은 높은 반면 활용성이 아직 제한적이라는 현실적 문제에 직면한다”라며 “만약 도시단위에서 접근할 경우 해당 도시에 재생에너지가 풍부하거나 기반시설의 탄소중립 성능이 우수할 경우 개별 건축물이 달성해야 하는 ZEB의무 사항을 완화하는 방안에 대한 고민이 필요하다”고 제안했다.

원종연 네드 대표는 “LH는 2018년부터 ZEB를 선도적으로 도입하기 위해 실증연구를 단계별로 수행해 왔으며 로드맵 개발과정에서 건축물의 기밀성능, 지역‧개별난방 여부 등을 강조해오며 국내 공동주택 기술기준의 선례를 마련했다고 평가한다”라며 “현재 원자재 값 상승에 따라 건축공사비 증가가 급격한 것은 시장에 좋지 않은 상황이지만 지금 ZEB를 하지 않으면 앞으로의 파급효과를 감당하기 어려울 것”이라고 진단했다.

이어 “최근 LH는 이러한 기술기준을 기반으로 지자체 공동주택 발주처를 대상으로 저에너지 공동주택의 원가 최소화방안을 제시하고 있어 앞으로가 기대된다”고 밝혔다.

남유진 부산대 교수는 “녹색건축물에 비해 ZEB가 갖는 차별성은 신재생에너지 생산에 대한 부분인데 우리나라에서는 열생산‧소비 측면에 대해서는 고민이 더 필요하다”라며 “최근 IEA 보고서에 따르면 히트펌프 사용이 향후 30년 사이에 10배 이상 증가해 건물에서 사용되는 냉난방, 급탕을 모두 담당할 것으로 예상하고 있다”고 지적했다.

이어 “지열과 같이 냉난방에 유리한 열원을 활용한 우수사례를 지속 발굴하고 여러 데이터를 활용하는 트랙레코드를 확보하는 것이 중요하다”라며 “단순 시범사업에서 나아가 신뢰성, 경제성 등 수용성 향상을 위해 LH가 선도적으로 공격적인 시도를 해주길 바란다”고 강조했다.

이병두 현대건설 책임은 “ZEB인증제에서 요구하는 5등급 에너지자립률 20%와 관련해 건설사 입장에서는 대지가 정해져있으면 건축면적에서 생산될 수 있는 신재생에너지는 이미 확정적이며 용적률이 커질수록 신재생에너지는 축소될 수밖에 없다”라며 “다만 면적당 난방부하가 과거 120W㎡에서 30~40W/㎡ 수준으로 낮아졌으므로 현재 기술로서는 비용에 대한 문제일 뿐 목표에 대한 등급을 달성할 수 있다”고 진단했다.

이어 “문제가 되는 부분은 어떤 신재생에너지를 적용할 것인가인데 신재생에너지 적용 우선순위는 태양광, 지열, BAPV 또는 BIPV, 연료전지 등으로 이미 매뉴얼처럼 굳어져 있다”라며 “건설사입장에서 적용할 수 있는 신재생에너지 기술한계가 명확한 부분이 아쉽다”고 지적했다.

윤종호 한밭대 교수는 “냉방부하 산정 문제, 신재생에너지 환산계수 조정 등 국가차원에서 접근해야 할 문제들이 많다”라며 “특히 열부하에 대한 문제가 시급한데 최근 태양열에 대한 관심은 급격히 떨어져 있다”고 지적했다.

이어 “PVT와 같이 태양광과 태양열을 동시에 활용하는 시스템은 매우 우수한 기술이므로 과거 태양열에 대한 편견으로 판단해서는 안된다”고 강조했다.

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