국가에너지 총 사용량의 건물에 대한 에너지 부문은 약 28%를 차지하고 있으며, 서울시의 경우는 약 58%가 건물 에너지 소비로 사용되고 있다. 기후변화 대응 및 온실가스 감축을 위하여 서울시는 '친환경 건축기준'을 발표하고 조례 시행 중에 있다. 공공건물에서의 에너지 절감은 어떤 효력을 가지고 있을까. 이에 대해 전문가들은 공공건물의 에너지 손실을 최소화하고 에너지 이용효율을 극대화함으로써, 국가 예산을 절감할 수 있을 뿐 아니라 나아가 이산화탄소 배출량 감축에 기여하면서 미래성장동력인 녹색 성장을 활성화하는데 밑바탕 이 될 것으로 내다보고 있다. 이와 관련해 국내 공공건물 에너지 정책과 해외 공공건물의 에너지 정책 사례를 살펴보고, 나아가 에너지절감 기술의 적용 방안을 소개한다.
글로벌 기후변화 및 에너지 부족이라는 문제는 단순한 어려움이 아니라, 인류 생존의 위협이라는 문제로 다가오고 있다. 이에 따라 국제 환경에서도 탄소배출 규제라는 공감대가 형성되어 향후 점차 에너지 소비 및 탄소배출 저감이라는 문제가 더욱 강조될 것이다. 이러한 즈음에 맞추어 국내 전체 에너지의 25%를 차지하고 있는 건물 에너지 소비에 대한 관리 분야는 국가적으로도 관심을 소홀이 할 수 없는 부분이다. 이에 지식경제부에서는 100대 전략 후보기술에 "건물 및 집단 에너지 최적 운영 시스템" 분야를 선정해 놓고 있다. 이에 본 고에서는 건물 에너지관리 기술에 대한 현황 및 동향에 대하여 알아보고, 최근 건물 에너지관리 분야에서 주요 기술로 인식되고 있는 통합관제센터에서 다수 건물의 에너지를 모니터링하고 관리함으로써 건물 관리 측면에서 경제성을 제공하고, 통합관제센터의 에너지 전문가 또는 전문가 시스템에 의해 에너지 최적화 방안을 도출해내는 원격 에너지관리 시스템 기술에 대하여 알아본다. 이를 위해 현재 대표적인 연구개발 사례로 고효율 건물 에너지 감응형 EMM 플랫폼 기술개발에 대하여 알아보도록 한다.
현재 건축중인 대부분의 신축 건물들은 에너지 효율이 떨어지는 예전의 설계 원칙에 따라 지어지고 있으며, 이는 일반적으로 사용자가 난방을 직접 조절할 수 없는 1950년대부터 사용되어 온 중앙 난방시스템식 설계를 기초로 하고 있다. 중국 정부는 신축 건물의 에너지 효율을 1980년대 초에 지어진 건물에 비해 $50\%$정도 높게 향상시키고자, 난방지역에 있는 건물에 대한 새로운 에너지 효율 기준을 발표했다. 하지만 이 기준은 거의 효력을 발휘하지 못하고 있다.
본고에서는 ESCO 시장이 성장하기 위하여 건물부문 대상을 1만$m^2$이상 대형건물, 에너지다소비건물, 소규모 건물로 설정하여 정책 및 제도 개선방안을 모색한다. 이를 위해 각각의 개별적인 건물에너지 효율개선사업이 아닌, 유형별, 공간별로 집단화하여 ESCO사업으로 추진하고, ESCO에 대한 홍보와 관심을 유도하기 위한 시범사례를 구축 및 확산하기 위하여 해외사례와 시사점을 제시한다.
일반적으로 최종적인 건물 설계에 의한 건물의 에너지 성능은 거주후평가(POE)에 의해 이루어지게 되며, 축적된 평가 결과는 설계에 의한 시행착오를 예측하기 위한 새로운 설계의 Feedback 자료로 이용되어져야 한다. 그러나 이러한 기존 건물의 에너지 평가자료가 구체적으로 편집되어 제시되어 있지 못한 현 실정에서 본 조사는 설계시에 에너지 성능을 비교할 수 있는 척도를 제공해 줄 수 있을 것이며, 추후 건물 에너지 성능규제를 위한 기초 자료가 될 수 있을 것이다. 이에 대전 및 인근지역 35개 공공건물의 건물에너지소비의 패턴이 조사되었으며, 우선 전화국, 백화점, 병원, 연구소, 스포츠센터 수영장, 전시관, 대학교, 호텔의 8개 건물로 분류하였다. 그러나 많은 수의 공공건물은 여러 가지 복합적인 기능을 갖추고 있고 따라서, 건물의 이름만으로 건물의 에너지소비패턴을 분석하기 위하여 (1) 준공연도, (2) 층수, (3) 단열정도, (4) 주연료, (5) 난방면적, (6) 연간난방일수, (7) 평균난방실내온도, (8) 냉방면적, (9) 평균냉방실내온도, (10) 보일러형식, (11) 보일러대수, (12) 보일러용량, (13) 보일러연료사용량, (14) 전기사용량, (15) 최대부하등이 조사되었다.
본 논문에서는 건물 내 HVAC시스템의 소비에너지 효율화를 목표로 한다. 이를 위해 건물 에너지 시뮬레이션과 유전알고리즘을 이용하여 HVAC시스템 내 급기 온도에 대한 제어 스케줄을 도출하였다. 연구 대상 건물은 90년대에 지어져 BIM이 구축되어 있지 않아 대성건물의 BIM을 구축하였고, 그 정보를 에너지 시뮬레이션 프로그램에 입력하여, 대상건물에 대한 에너지 시뮬레이션 모델을 구축하였다. 또한 실측한 소비에너지양 정보와 비교하여 대상건물 에너지 시뮬레이션을 실제 에너지 소비량 유사하게 보정하였다. 수정된 건물 에너지 시뮬레이션 모델과 유전자 알고리즘을 이용하여 에너지 효율화 급기 온도 스케줄이 작성되었다. 대상 건물에 적용되었을 때 에너지 절감 효과는 3%로 나타났다. 아직 이 분야는 설비의 제어 기법에 관한 연구가 미진하고, 주로 관리자의 경험을 통해 관리되는 측면이 있어, 에너지 시뮬레이션 프로그램에 의한 기법 개발 및 그에 대한 효과의 검증을 토대로 에너지 절감 기법에 대한 연구 및 개발이 필요하다. 본 연구는 HVAC system 제어 기법에 시발점이 될 것이다.
서울시에서 추진하고 있는 건물에너지합리화사업(BRP, Building Retrofit Project)은 건물 소유자 또는 에너지 사용자가 주체가 되어 에너지 사용실태와 낭비요인을 파악하기 위해 에너지 진단을 실시하고 그 결과를 참고하여 건물에서의 에너지 절감 및 이용효율을 향상시키는 시설개선사업이다. 이를 통해 2013년 도쿄의정서를 대비하고 앞으로 서울을 친환경적 세계도시로 조성해 나가기 위해 앞장서고 있는 서울시의 맑은환경본부 에너지정책담당관 이창학 과장을 만났다.
에너지에 대한 수요가 급증하게 되면서 에너지부족문제에 대한 크게 대두되기 시작하였다. 특히 에너지 사용급증은 에너지 부족문제 초래뿐만 아니라 화석사용연료 사용 급증으로 인한 이산화탄소 배출증가 및 에너지 비용증가가 국가적 이슈로 자리잡기 시작하였다. 따라서 이러한 문제를 해결하고자 여러 기관들에서는 에너지관리시스템 개발에 착수하기 시작하였다. 그러나 이러한 시스템은 별도의 관리자 및 운영비용이 들기 때문에 에너지 절감이득에 비하여 비용에 대한 혜택이 없는 중소형 건물 적용에 어려움이 있었다. 따라서 이러한 한계점을 극복하고자 KT 융합기술원에서는 에너지통합운영시스템이 개발하였으며, 중소형 건물에도 적용이 가능하다는 장점이 있다. 본 고에서는 다수의 건물 관리가 가능한 건물통합에너지관리 최적운영시스템 개발에 관하여 다루어 보고자 한다.
건축분야에서 자원, 에너지 절약을 고려할 때 건설공사, 건물해체, 철거에 따른 에너지소비문제도 중요하지만, 계획단계와 건물의 유지, 운용 단계에서도 에너지절약 대책 또한 매우 중요하다. 건물의 방의 배치, 레이아웃, 디자인이라는 감각적인 성능 평가 뿐만 아니라 에너지, 자원절약의 관점에서도 평가도 중요하며 그 때문에 매력있는 에너지절약 시책과 실적 데이터의 정비가 필요하다.
우리나라에서 사용하는 총에너지의 97%를 해외에 의존하고 있으며, 총에너지의 약 30%를 건물에서 소비하고 있다. 건물에서의 에너지절약 및 효율적 관리가 우리나라 정책방향인 저탄소 녹색성장에 크게 기여하리라는 것은 쉽게 예측할 수 있다. 최근 국내에서 건물의 효율적인 관리를 위하여 BEMS(Building Energy Management System)가 도입되고 있는 실정이다. 본고에서는 저탄소 녹색성장에 기여할 수 있는 건물에너지관리시tm템인 BEMS의 기술개발 현황과 그 동향에 대해 알아보기로 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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