한국토지주택공사(LH)가 2050년 탄소중립을 위한 기계설비 로드맵과 함께 이를 실현할 수 있는 신기술·시스템을 공개했다. LH는 5월18일부터 20일까지 3일간 강남 학여울역 인근 SETEC(세텍)에서 개최된 ‘2022 대한민국 기계설비전시회(HVAC KOREA 2022)’에서 ‘탄소중립 특별관’을 운영하며 탄소중립 관련 정책과 최신기술을 선보였다.
LH는 지난 2019년에는 ‘미세먼지 특별관’을, 2020년에는 ‘제로에너지특별관’을 운영했으며 세미나 개최를 통해 기후변화에 대응한 다양한 설비기술의 발전방향을 제시함으로써 참석자들의 큰 호응을 얻은 바 있다. 올해에는 탄소중립 특별관을 운영하고 ‘2050 탄소중립 실현을 위한 LH 방향제시’를 주제로 한 세미나를 개최했다.
탄소중립 특별관은 △탄소중립도시 △저에너지주택 △LH 공기질관리 플랫폼 ‘오투시스(O2SIS)’ △탄소중립정책 등 4개 분야로 구성됐으며 LH는 특별관에서 정부의 탄소중립정책 관련 다양한 설비기술과 제도를 소개했다.
LH 세미나에서는 원종현 네드 대표가 ‘탄소중립 실현을 위한 공동주택 기계설비 에너지로드맵 수립연구’를, 유정현 LH 토지주택연구원 수석연구원이 ‘수소를 활용한 도시에너지 공급원의 다변화’를 주제로 발표했다. 이를 통해 주택과 도시에서의 에너지 생산·절감·효율적 활용 방향을 논의하는 자리가 마련됐다.
LH는 제로에너지확산을 통한 에너지복지 강화와 탄소중립 선도를 목표로 지난해 12월 ‘LH 2030 제로에너지 분야별 비전 및 추진전략’을 수립했다. 특히 △노후 공동주택 개선을 통한 에너지복지 실현 △에너지수요를 줄이는 주택공급 △2040년 신축 공동주택 ZEB 1등급 달성 등을 추진한다는 방침이다.
배창영 LH 공공주택설비처장은 “폭염, 폭설 등 이상기후가 많이 나타나고 있어 지구 자체 방어시스템이 무너져가는 상황에서 2100년까지 지구평균기온상승을 1.5℃ 이하로 낮추기 위해 2030년까지 전 세계적으로 온실가스 배출량을 45% 이상 줄이고 2050년까지 탄소중립을 달성해야 하는 상황”이라며 “서서히 온도가 올라가는 냄비 안의 개구리가 되지 않기 위해서는 기계설비인들의 역할이 핵심”이라고 강조했다.
LH, “2032년 ZEB 1등급”첫 발표자로 나선 원종연 네드 대표는 ‘탄소중립 실현을 위한 공동주택 기계설비 에너지로드맵 수립연구’ 발표에서 “이번 연구는 선행연구인 LH 탄소중립 로드맵을 기반으로 설비처, 전기처 등 각 부처별로 로드맵을 수립하는 과정에서 수행됐다”라며 “이번 기계설비분야 로드맵이 실행까지 이어진다면 탄소중립을 더 앞당길 수 있을 것”이라고 밝혔다.
이어 “10대 건설사의 평균 주택공급량은 건설사별 1만~1만5,000세대이며 이중 1곳이 선도적으로 모든 신규공급물량에 제로에너지빌딩(ZEB) 5등급을 추진한다고 해도 2030 건물부문 탄소배출 감축목표 32.8% 중 0.02% 수준”이라며 “10대 건설사 모두가 ZEB 5등급으로 신규공급해도 0.2%에 불과하므로 상황의 심각성을 인지해 LH 주택설비처가 고등급화를 위해 선제적으로 대응하고 있다”고 밝혔다.
현재 국가적으로 신축건물 ZEB의무화 로드맵이 수립·시행되고 있다. 대외적으로는 2020~2025년 단기계획과 2030년, 2050년 중장기 계획만 공개됐지만 국토교통부 내부적으로는 2027년, 2032년 등 고등급화 추진을 목적으로 하는 세부계획이 마련된 것으로 알려졌다.
LH의 기계설비 로드맵은 연도별 LH 공동주택 공급계획에 따라 우리나라 ZEB 등급변화를 고려한 기술개발 목표치를 설정했다. LH는 △2025년 ZEB 4등급 △2027년 ZEB 3등급 △2032년 ZEB 2등급 △2037년 ZEB 1등급을 로드맵으로 추진한다.
이를 위해 2025년 △환기설비 난방 열회수율 84% 이상 적용 및 팬동력 30% 개선 △지열히트펌프 COP 5.1 이상 적용을 추진하며 2027년 △환기설비 난방열회수율 89% 이상 적용 △지열히트펌프 1·2차 펌프동력 30% 개선 및 환수온도 5℃ 개선 △연료전지 발전효율 1% 개선 등이 목표다.
2032년에는 △보일러부문 캐스케이드시스템 적용 및 실내온도 PI제어 △지역난방부문 급수·환수온도 10℃ 개선·실내온도 PI제어·배관 열관류율 30% 개선·2파이프 통합배관 적용 △연료전지부문 열생산효율 3% 및 발전효율 6% 개선 등이 추진되며 2037년에는 △지열히트펌프부문 COP 5.5 이상 적용 △연료전지 발전효율 8% 개선 등이 목표로 설정됐다.
현재 평가체계에서 ZEB 5등급을 획득하기 위해 설비부문에서는 보일러, 열회수형 환기장치, LED조명, 태양광발전 등이 주류를 이뤘다. 이는 지열·수열시스템, 히트펌프 등 열원다양화를 비롯한 신기술이 평가되지 않는 ECO2 시뮬레이션 평가툴의 한계와 보일러·환기설비 등의 효율이 최대치로 발전됐기 때문이다.
그러나 연구결과 고등급으로 갈수록 새로운 시스템 적용이 필수적인 것으로 나타났다. 예를 들어 ZEB 5등급을 위한 난방·급탕시스템은 개별보일러, 지역난방으로 충분했지만 ZEB 4등급부터는 지열, 연료전지가 필요하며 ZEB 2등급 이후부터는 캐스케이드가 적용돼야 한다.
임대주택 개별난방의 경우 ZEB 4등급의 에너지자립률 40% 중 건축·전기적 요소로 25% 확보가 가능하지만 나머지 15%를 채우려면 열원다양화 및 기계설비 개선이 필수적인 것으로 나타났으며 ZEB 1등급인 에너지자립률 100%를 위해서는 기계설비 기여도가 63%에 달한다. 즉 고등급으로 갈수록 기계설비의 비중이 높아지는 것이다.
LHI, 수소활용 ZEB 실증유정현 토지주택연구원(LHI) 수석연구원은 ‘수소를 활용한 도시에너지공급원의 다변화 에너지로드맵 수립연구’ 발표를 통해 기존 태양광 중심의 ZEB 에너지원에서 나아가 수소를 공동주택 에너지원으로 활용하기 위한 연료전지 실증연구와 수소를 활용한 에너지자립도시 구축내용을 공유했다.
최근 현장여건의 다양성에 따라 기존 태양광발전시스템 이외에도 연료전지 등 새로운 에너지공급원의 발굴필요성이 높아지고 있다.
2021년 기준 LH는 413개지구 28만호에 태양광발전시스템 35MW, 세대당 0.1kW를 설치 및 운용 중이다. 태양광발전시스템의 종합발전효율을 12%로 가정하면 세대당 전력량은 114kWh/연·kWp으로 3인기준 전력소비량을 고려할 때 자립률은 약 10~12% 수준에 그친다.
이에 따라 30호 이상 공동주택이 2025년 이후 ZEB 5등급인증 의무대상이 됨을 감안할 때 부족한 자립률 확보를 위한 연료전지 등 새로운 에너지공급원 발굴이 필요하다.
LH는 연료전지시스템의 적용성을 평가하기 위해 경기도 화성에 위치한 99세대 규모의 공동주택을 대상으로 연료전지 30kW 설치 및 급탕·전력대응 설계개념을 수립했다. 축열조 설치를 통한 급탕공급시스템을 구축했으며 부족열원에 대해서는 지역난방을 활용해 현재 시운전을 완료하고 고장대응사항을 분석 중이다.
실증결과 4~8시, 15~19시 가동 및 급탕부하 대응현황을 확인했으며 총 급탕생산량 고려 시 전체 급탕부하의 80% 수준확보가 가능함을 확인했다. 다만 간헐적 급탕부분에 대해서는 기존 지역난방시스템을 활용했다. 앞으로 급탕수요 발생 시 축열조 온도저하 확인 및 가동시간 다변화실증을 진행할 예정이다.
유정현 연구원은 “연료전지는 1960년대에 처음 나온 기술이어서 당초 기술성숙도가 높다고 판단했지만 현재 설치된 공동주택을 보면 잦은 고장으로 가동률이 10% 수준이며 민감한 설비임을 감안하더라도 시공·기술완성도가 낮은 상황”이라며 “다만 3~4개월 튜닝을 거친 결과 원활히 작동되고 있으며 6월부터는 충분히 가동해 급탕과 일부 전력을 공급할 것으로 예상돼 결과에 따라 3기 신도시 수소적용 도시 시범모델로 확장할 계획”이라고 밝혔다.
특히 LH는 현재 수소도시 구축을 추진하고 있다. 수소도시는 수소를 도시 내 주된 에너지원으로 활용함으로써 수소생태계를 구축해 건강하고 깨끗한 도시를 구현하는 것을 의미한다. 현재 국토부·국토교통과학기술진흥원(KAIA)이 주관하는 연구단인 HIVE(Hydrogen-Intergrated Village for clean Environment)에 소속돼 강원도 삼척에 수소도시 실증단지를 구축 중이다.
연구단에는 △LHI △한국에너지기술연구원 △한국건설기술연구원 △한국수력원자력 △한국전력 △한국가스안전공사 △고려대 △두산 △원일티엔아이 △이엠솔루션 △부광씨엔에스 △에이올코리아 △나눔정보기술 △넥셀 △가비 △SMP 등이 참여한다.
수소도시는 수소에너지 생산, 저장, 운반 및 활용을 검증하기 위한 축소도시모델로 수전해장치를 통한 수소생산으로 연료전지를 가동하며 주거단지 에너지원으로 전기·열을 공급하게 된다.
연구는 지난 2020년 4월 착수해 2023년 12월까지 약 55억원을 투입하며 표준수소주택 구축, 지역단위 에너지 공급모델 구현, 안전성 검증 등을 수행한다. 실증단지는 내년 여름 준공 후 일반에 공개될 예정이다.
LH 세미나에서는 원종현 네드 대표가 ‘탄소중립 실현을 위한 공동주택 기계설비 에너지로드맵 수립연구’를, 유정현 LH 토지주택연구원 수석연구원이 ‘수소를 활용한 도시에너지 공급원의 다변화’를 주제로 발표했다. 이를 통해 주택과 도시에서의 에너지 생산·절감·효율적 활용 방향을 논의하는 자리가 마련됐다.
LH, “2032년 ZEB 1등급”
LHI, 수소활용 ZEB 실증
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