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특별기획

[HVAC KOREA] ZEB시스템 기술세미나

제로에너지빌딩 시대 경제적 설비솔루션 모색



지난해 신축건물의 설계기준 강화에 따라 단열기준이 패시브하우스 수준으로 상향되면서 건축부문은 점차 자리를 잡아가고 있다. 이에 따라 앞으로는 어떤 설비시스템을 활용해야 제로에너지빌딩(ZEB)을 구현할 수 있는지가 관건이 되고 있다.

이번 HVAC Korea 2019에서는 대한 설비공학회(회장 김용찬)가 ‘ZEB시스템 기술세미나’를 주최해 정부의 정책방향을 살펴보고 ZEB에 적합한 설비시스템을 모색했다.

세미나는 패시브건축으로 건물부하량이 급격히 감소하는 추세를 감안한 설비시스템과 실제 패시브하우스 건축사례를 비롯해 현재 연구개발 중인 BIPVT 융합시스템, 하이브리드 제습환기시스템 등을 소개했다.

홍희기 경희대 교수는 축사를 통해 “패시브건축이 의무화되면서 앞으로 경제적인 설비솔루션에 대한 해법마련이 필요해 설비인들의 어깨가 무겁다”라고 밝혔다.

송두삼 성균관대 교수(설비공학회 ZEB시스템 전문위원장)는 “앞으로 ZEB구현에서 설비부분의 역할이 핵심이 될 전망이며 이번 세미나를 통해 정부가 강력하게 추진하고 있는 미래 건축인 ZEB를 효율적·경제적으로 구축할 수 있는 방안을 모색한다”고 밝혔다.

ZEB, 미래 신산업으로 육성
김준 국토부 녹색건축과 사무관은 ‘ZEB 정부 정책방향’ 발표에서 “강화된 온실가스 감축목표의 차질 없는 달성을 위해서는 건물분야의 에너지성능 개선이 중요하다”라며 “기후변화협약 이후 포스트 2020체제가 논의돼 우리나라에서도 2030년까지 BAU대비 37%를 감축해야 하며 건물부문의 감축량도 13.7%에 달한다”고 밝혔다.

그간 국토부는 녹색건축의 기반강화를 위한 법·제도적 보급확산 기반을 마련해 왔다. 2012년 녹색건축과가 신설됐고 2013년 녹색건축물 조성 지원법이 제정·시행되면서 본격적인 녹색건축물 조성이 시작됐다.

2014년말 녹색건축물 기본계획이 수립됐으며 2016년 제로에너지건축물 로드맵이 수립됐다. 이를 실현하기 위해 2017년 세계 최초로 제로에너지건축물인증제가 시행돼 신축건물의 에너지효율화를 추진하고 있다.

국토부는 로드맵을 통해 2020년 공공건축물, 2025년 민간건축물, 2030년 전체 건축물로 ZEB인증 의무화를 추진한다고 발표했다. 이를 위해 초기시장조성과 공사비가 많이 드는 ZEB의 경제성을 확보해야할 필요성이 제기돼 용적률·취득세·기금대출·상계거래·지구단위변경 등의 기준·절차를 완화하는 인센티브를 제공하고 있다.

또한 유형별로 시범사업을 추진해 초기시장 형성을 도모했다. 2014년 저층형, 2015년 고층형, 2016년 단지형 시범사업계획을 발표했으며 경기도·아산시 등 지자체는 물론 교육부·선관위 등 부처와도 협력해 시범사업을 진행하고 있다.

이와 같은 정책에 따라 제로에너지 인증건축물도 확대되고 있다. △판교 제2테크노밸리 △송도힐스테이트 △한전 파주지사 △청연 사옥 △세종시 선관위청사 △충남 정산중 등 다양한 용도의 건축물이 ZEB 예비·본인증을 취득했다.

김준 사무관은 “ZEB를 미래 건축산업을 이끌 7대 신산업 중 하나로 선정하고 시장트렌드를 선도하는 신규 사업모델인 리츠 임대형 단독주택, 제로에너지빌딩 협업체계 플랫폼 구축, ZEB인증 확대, 국제표준화, 전문인력 양성 등 정책을 수행할 계획”이라고 밝혔다.

E비용절감보다 ‘쾌적·건강’ 강조해야 
최정만 한국패시브건축협회 회장은 ‘국내 ZEB 추진동향’ 발표에서 패시브건축과 액티브설비 등을 접목한 ZEB 사례를 소개했다.

2005년 대림산업이 준공한 제로에너지빌딩인 대림 3L하우스는 총공사비 6억원이 투입됐으며 연료전지가 시범적용됐다. 또한 한국건설기술연구원(KICT)과 명지대 등이 2009년 건축한 그린홈 시범주택은 태양광발전, 태양열급탕, 지열히트펌프를 실증한 건축물이다.

비교적 최근에는 명지대, SH공사, KCC 등이 협력해 건축한 노원 제로에너지 실증단지가 있다. 태양광발전, 지열히트펌프로 부하를 충당하며 5대에너지의 제로화를 목표로 건설됐다.

이와 같이 국내에 다양한 ZEB사례가 있지만 몇 가지 쟁점이 되는 사항도 있다.

개별 프로젝트가 수행단체의 자산임을 이유로 정보가 폐쇄돼 있는데 이는 초기 확산단계에서 바람직하지 못한 방향이다. 에너지요구량, 공사비 및 개선사항 등의 정보가 개방돼야 보다 빠른 보급확산이 가능할 전망이다.

제도적 측면에서도 보완이 필요하다. 현재 ZEB인증의 필수항목이자 에너지최적화에 효용성이 있는 BEMS의 설치기준이 미흡해 소규모 건축물의 기준마련 등 보완이 필요하며 다양한 ZEB 구현방법 중 어떤 방식이 특정상황에서 효과적일지 조합별 장·단점 등을 제시하는 가이드라인
이 명확할 필요가 있다.

최정만 회장은 “ZEB의 경제성이 급격히 개선되기 어려운 만큼 더이상 ZEB의 효용을 에너지비용절감에 맞춰서는 보급확산이 어렵다”라며 “앞으로는 쾌적성, 건강 등의 가치를 전면에 내세워 홍보함으로써 삶의 기준이 높아진 현대인들을 공략할 필요가 있다”고 밝혔다.

신재생 융·복합 BIPVT 구축 추진
민준기 경희대 교수는 ‘ZEB시스템 기술개발방향’에 대해 발표했다. ZEB에는 △신재생·융복합 에너지 △고효율설비시스템 △IoT 에너지관리시스템 등의 설비가 요구된다.

최근 설비공학회는 BIPV를 포함한 PVT복합모듈을 이용한 ZEB용 전력 및 냉·온열 자립화 시스템을 개발하고 있다.

PV·지열과 연계한 히트펌프 냉난방, 급탕시스템을 개발하고 성능예측 시뮬레이션을 가동하고 있다. 재생에너지와 융합시스템의 성능평가를 ‘태양에너지 자원량평가 툴’로 실시하고 이를 통해 BIPV 모듈의종류별 건물에너지 절감량, 재실자 만족도를 평가한다.

이와 함께 BIPVT 융합시스템을 건물에 통합하는 기술도 연구하고 있다. 시스템은 기존의 단점을 보완한 PVT시스템, 멀티열원 히트펌프 시스템, 지열·PVT 하이브리드시스템, 에너지저장장치 등으로 구성된다.

고효율 설비시스템으로는 축열 조합형 고효율 냉난방시스템이 연구되고 있다. 냉난방겸용의 혼합 열저장시스템, PVT 히트펌프 냉열저장시스템, 복사시스템 등을 결합한다. 또한 ZEB의 필수인 환기장치는 최근 이슈인 미세먼지를 감안해 공기청정이 가능한 고효율 환기시스템을 개발하고 있다. 전열부하가 높은 국내기후 특성상 하이브리드 데시컨트 외기처리를 통해 공기청정, 환기, 제습, 냉난방을 동시에 수행한다.

민준기 교수는 “IoT 에너지관리시스템은 ZEB의 데이터를 관리하고 부하를 예측하며 설비의 최적운전을 계획하는 BEMS”라며 “클라우드 기반으로 에너지의 미래수요 및 공급을 실시간으로 예측하는 로직을 개발하고 모든 설비조합에 대한 최적운용방안을 도출할 수 있는 알고리즘을 개발하고 있다”고 말했다. 이어 “특히 고가의 BEMS가 현장적용을 가로막고 있다는 지적에 따라 보급형으로 구축하면서도 다양한 설비운전 시나리오에 대안 안정성을 개선하는 방안이 모색되고 있다”고 강조했다.