국토교통과학기술진흥원(원장 김정희, 이하 KAIA)은 ‘2025년도 국토교통과학기술 연구개발사업 시행계획’에 따라 △고층형 제로에너지건축물(ZEB) 3등급 공동주택단지 핵심기술개발·실증 △한국형 건축물 에너지성능평가 고도화 기술개발 등 연구과제(R&D)를 공고했다.
고층형 ZEB 3등급 공동주택 핵심기술개발사업은 고층 공동주택에 대한 ZEB 3등급을 달성할 수 있는 혁신기술을 개발하며 개발기술 통합실증과 모니터링을 통해 성능을 검증하는 과제다.
ZEB 3등급↑ E혁신기술·표준모델 개발
국내 건물에너지 소모량은 2021년 기준 국내 총 에너지소모량의 15%이며 탄소배출량은 2018년도 기준 24.7%를 차지하고 있다. 이중 주거용이 약 60% 수준으로 건축물 에너지절약과 탄소배출량 저감을 위한 ZEB기술개발이 필요하다.
정부는 지난해 ZEB의무화 시행과 국토부 2050 탄소중립 로드맵을 발표해 ZEB의 단계적 확산을 발표했으나 현재 ZEB확산을 위한 건축기준 완화와 세제혜택 등 정부유인책만으로는 고효율 ZEB 민간확산에 한계가 있다.
또한 공공건축물 의무화가 시행된 2020년 이후 용적률이나 건축물 높이 등 건축기준 최대 15% 완화 등 인센티브 부여로 제로에너지 건축물 인증은 큰 폭으로 증가했으나 공동주택 등 민간건축물은 인증률이 낮다.
학계에서는 ZEB 의무화가 ZEB 인증의무화로 굳어지며 건축물 에너지효율 향상과 탄소절감이라는 궁극적 목적보다 정부정책에 맞춘 인증만 획득하면 그만이라는 인식이 보편화된 현실을 지적하며 주택에너지관련 기술개발 고도화를 통해 시장에 실제 적용되는 건축자재와 건축기술 상향평준화의 필요성을 강조하고 있다.
국가정책 이행을 위해서는 고밀화된 공동주택 특성에 부합하는 ZEB 3등급 이상 수준의 기술과 표준모델개발의 필요성이 증가하고 있다.
이에 따라 추진되는 이번 R&D는 고효율 요소기술 개발과 현장적용성 향상기술 개발 등을 통해 에너지자립률을 향상시키며 고층부 시공성을 향상하는 것을 목표로 진행된다.
국토교통 탄소중립 로드맵의 건물부문 중점 추진과제인 건물의 에너지효율향상·제로에너지화 실현에 필수적인 △패시브기술 △액티브기술 △신재생에너지기술 △실증 및 모니터링 기술 등의 4개 핵심분야를 연구개발의 범위로 설정했다.
KAIA는 이번 R&D를 통해 4개 중점분야에 대해 실제 수요현장에 적합한 기술을 개발하고 그 성과물이 실제로 보급·확산돼 공동주택 에너지문제를 해소할 수 있도록 지원할 예정이며 향후 한국토지주택공사·서울주택공사 등과 사업연계 및 MOU 등 다방면으로 활용할 예정이다.
총 3개 세부과제로 진행될 이번 과제에서는 ZEB 3등급 고층 공동주택 최적설계모델 실증과 에너지관리 최적화 기반 구축 및 ZEB 활성화를 위한 제도·정책개선방안이 마련될 것으로 예상된다.
1세부과제는 고층 공동주택 에너지혁신기술 개발이다. △고층부 시공용이성 향상을 위한 건물일체형 태양광시스템(BIPV) 설계·시공기술 개발 △하이브리드 소형 연료전지보일러시스템 개발 및 설계·시공 최적운전기술 개발 △신재생에너지 연계형 고효율 히트펌프활용 냉난방·급탕 통합설비 설계·시공 및 최적운전 기술개발 △공동추택 세대단위 실별 환기시스템 개발 △차양일체화를 통한 성능 가변 200mm 슬림형 창호시스템 개발 △ZEB 1~3등급 공동주택 비용효율 최적화기술 개발 등이 포함된다.
2세부과제에서는 개발기술의 성능검증을 위한 ZEB 3등급 고층 공동주택 실증단지를 구축하며 ZEB수요자 의견을 수렴한 뒤 ZEB를 평가할 예정이다. 또한 지능형 ZEB 운영기술 개발과 성능평가를 위한 오픈데이터도 구축될 것으로 예상된다.
또한 사용자와 건물특성에 따른 에너지사용량 표준모델과 ZEB 3등급 공동주택 에너지수급 최적화를 위한 데이터기반도 구축되며 ZEB 공동주택용 건물에너지관리시스템(BEMS)과 에너지성능평가 및 서비스기반 구축도 세부내용에 포함됐다.
3세부과제는 ZEB 공동주택 확산을 위한 제도개선 연구도 진행된다. 공동주택 에너지분야 문제를 해결할 수 있는 기술개발에 있어 우선적으로 사전검토돼야 할 법·제도에 대한 지원내용을 담았으며 5차연도 내 최종고시 및 정책제안서를 제출하는 것이 목표다.
KAIA의 관계자는 “공동주택 에너지기술실증을 통해 검증된 혁신기술과 공법을 적극적으로 도입·확산할 것”이라며 “이를 통해 건설기술 혁신 신사업과 부가가치를 창출할 것으로 예상한다”고 말했다.
신축 ZEB성능평가프로그램 국산화기반 마련
국내 건물에너지효율등급인증(ECO2)프로그램은 분석기술 특성상 높은 정확성을 기대하기 어려워 R&D를 통한 건축물에너지평가프로그램 고도화와 건물에너지성능 평가결과 신뢰도 향상이 필요하다.
또한 현재 ECO2프로그램에 미적용되고 있는 기술들이나 신기술에 대한 평가알고리즘 개발에 대한 요구도 이어지고 있다.
고밀화된 공동주택에 대한 ZEB 고등급 수준의 기술력 확보와 공동주의 표준모델 구축이 필요한 상황이며 국내 기술과 에너지 운영 환경을 반영할 수 있는 한국형 ZEB 에너지성능평가 체계구축이 시급하다.
국내 공동주택에 맞는 고성능·고효율 ZEB 3등급 공동주택의 건물에너지 성능평가방법론 고도화를 달성해 ZEB 기술시장 확산기반을 구축하기 위해 진행되는 한국형 건축물에너지성능평가 고도화 R&D는 ZEB 선도기술 인증을 위한 해석기술을 개발하며 신축 ZEB 인증평가기술 국산화 기반구축을 목표로 총 4개 세부과제로 진행될 예정이다.
1세부과제에서는 현 ECO2 미적용 및 신기술 평가알고리즘을 개발한다. 고층형 공동주택 에너지관리기술 에너지절감효과모델 개발을 통해 ECO2 내 건물운영관리기술의 에너지절감효과를 반영할 예정이다. 또한 고층건물 연돌효과에 의한 냉난방부하 영향을 평가알고리즘에 반영할 예정이다.
2세부과제는 국제협력기반 공동주택 ZEB 등급평가를 위한 알고리즘 고도화·평가체계 개발로 전반적인 ECO2 고도화방안을 마련해 다양한 건물특성에 따른 레퍼런스옵션을 추가해 작업시간을 단축할 수 있도록 기술개발을 진행한다.
또한 시간단위 결과값 산출기능 등 공동주택 ZEB 등급 평가를 위한 다양한 기능을 추가할 방침이다. CO₂센서기반 환기제어의 에너지저감효과 평가알고리즘개발과 인접건물을 고려한 고층형 공동주택 음영지포·모델개발 등의 내용도 포함됐다.
1·2세부과제를 통해 △냉난방·급탕 통합형 히트펌프 평가모델 △연돌 영향 반영 모델 △층별 일사량 추정모델 △PVT모델 △발전용 연료전지 평가모델 △재실자 반응형 조명평가모델 등이 개발될 예정이다. 목표성능은 실측값대비 모델예측 정확도 80% 이상이다.
3세부과제는 공동주택 세대 타입별 용도 프로필을 개발하는 과제로 세대별 프로필의 이질성과 확률성을 고려한 공동주택 규모별 프로필조정이 진행될 예정이다. 공동주택 ZEB등급 평가를 위한 ECO2 고도화방안을 모색해 공동주택의 다양한 세대유형과 그에 따른 용도 프로필옵션을 개발하며 용도다양성을 반영할 수 있도록 할 예정이다.
4세부과제는 국내기술·운영환경을 반영한 건물 내 설비기능 데이터베이스(DB)구축으로 고층형 공동주택 공기유동 특성을 고려한 침기 냉난방부하모델이 개발될 예정이다.
3·4세부과제를 통해 △한국형 공동주택 운전양상 표준 DB 6종(한국형 공동주택 재실자 밀도, 조명시간, 급탕시간, 냉난방 설정온도, 침기량 용도프로필 등)과 설비기기 유형별 표준DB 3종(냉방기기, 난방기기, 발전용 연료전지 실운정 국내성능DB) 등이 개발될 예정이다.
KAIA의 관계자는 “이번 과제를 통해 상위등급 달성이 극히 어려운 고층 공동주택 에너지자립률을 극대화하며 ZEB 공동주택 활성화에 기여할 것으로 예상한다”라며 “ZEB 신기술 현장적용 활성화 방안을 마련하며 건물에너지분야 신기술 평가체계 구축을 통해 관련기술 개발시장 활성화와 신산업 생태계를 구축할 것”이라고 말했다.
한편 이번 R&D는 4년 9개월 이내 기간으로 진행되며 총 정부지원 연구개발비는 각각 230억원과 60억원 내외로 1차연도에 18억3,000만원과 2억7,000만원 내외가 지원된다. 연구개발과제는 필요에 따라 주관연구개발기관·공동연구개발기관으로 편성된 컨소시엄으로 신청할 수 있다.
접수는 2월24일까지 범부처통합연구지원시스템 홈페이지(http://iris.go.kr)에서 신청할 수 있으며 자세한 사항은 KAIA 국토본부 도시건축사업실(031-389-6547)로 문의하면 된다.
