에너지를 만들고 아끼는 똑똑한 제로에너지건축물

지속가능한 미래 건축의 핵심 키워드로 '제로에너지건축물(Zero Energy Building, ZEB)'이 주목받고 있습니다. 기후 변화 위기가 현실화되고 에너지 가격 변동성이 커지면서, 건축물에서 소비하는 에너지를 획기적으로 줄이고 나아가 필요한 에너지를 스스로 생산하여 에너지 자립을 이루려는 노력이 전 세계적으로 확산되고 있습니다. 제로에너지건축물은 이러한 노력의 최종 목표 지점이라고 할 수 있습니다.

 

제로에너지건축물이란 무엇인가?

제로에너지건축물은 건축물 자체의 에너지 성능을 극대화하여 에너지 부하를 최소화하고, 나머지 필요한 에너지를 태양광, 지열 등 신재생에너지를 활용하여 자체 생산함으로써 에너지 소비량을 '0'에 가깝게 만든 건축물을 의미합니다

 

 

제로에너지건축물은 건축물 자체의 에너지 성능을 극대화하여 에너지 부하를 최소화하고, 나머지 필요한 에너지를 태양광, 지열 등 신재생에너지를 활용하여 자체 생산함으로써 에너지 소비량을 '0'에 가깝게 만든 건축물을 의미합니다. 여기서 '제로(Zero)'는 화석 에너지를 사용하지 않거나, 사용한 만큼 건축물 내에서 신재생에너지로 생산하여 실질적인 에너지 소비를 '넷 제로(Net Zero)'로 만드는 개념입니다.

 

일반적으로 제로에너지건축물은 두 가지 핵심 요소의 결합을 통해 구현됩니다.

 

1. 에너지 요구량 최소화 (패시브 요소): 건물의 외피 성능을 강화하고 고효율 설비를 적용하여 냉난방, 조명 등 건축물 운영에 필요한 에너지 사용량 자체를 근본적으로 줄이는 것입니다. 이는 앞서 설명드린 패시브하우스의 원리와 유사하며, 높은 단열, 기밀, 고성능 창호, 열교 최소화, 고효율 환기 시스템 등이 포함됩니다.

 

2. 신재생에너지 생산 (액티브 요소): 건축물 내 또는 부지 내에서 태양광, 태양열, 지열, 풍력 등 신재생에너지를 생산하여 건물에서 소비하는 에너지 수요를 충당하는 것입니다.

제로에너지건축물은 이러한 패시브 기술과 액티브 기술을 결합하여 에너지 자립률을 높이는 것을 목표로 합니다. 에너지 자립률은 건축물에서 소비하는 전체 에너지량 대비 자체 생산하는 신재생에너지 생산량의 비율로 계산됩니다.

 

왜 제로에너지건축물이 필요할까요?

제로에너지건축물이 중요한 이유는 다음과 같습니다.

• 기후 변화 대응: 건축 부문은 전체 온실가스 배출량의 상당 부분을 차지합니다. 제로에너지건축물은 화석 에너지 사용을 최소화하고 신재생에너지를 활용함으로써 온실가스 배출량을 획기적으로 감축하여 기후 변화 대응에 핵심적인 역할을 합니다.
• 에너지 안보 및 자립: 외부 에너지원에 대한 의존도를 낮추고 자체적으로 에너지를 생산함으로써 국가 및 지역사회의 에너지 안보를 강화하고 에너지 자립도를 높일 수 있습니다.
• 에너지 비용 절감: 에너지 소비를 최소화하고 신재생에너지로 에너지를 생산하기 때문에 건축물 운영 단계에서 발생하는 에너지 비용을 거의 '0'에 가깝게 줄일 수 있습니다. 이는 건축주 및 사용자에게 상당한 경제적 이익을 가져다줍니다.
• 쾌적하고 건강한 실내 환경: 고성능 단열, 기밀, 효율적인 환기 시스템은 외부 소음과 먼지 유입을 차단하고 실내 온습도 및 공기질을 일정하게 유지하여 거주자에게 매우 쾌적하고 건강한 환경을 제공합니다.
• 신산업 육성 및 고용 창출: 제로에너지건축물 확산은 고효율 건축 자재, 신재생에너지 설비, 에너지 관리 시스템 등 관련 산업의 발전과 혁신을 촉진하고 새로운 일자리를 창출하는 효과를 가져옵니다.

 

제로에너지건축물의 핵심 기술 요소

패시브하우스 수준의 매우 높은 단열 성능을 갖춘 벽체, 지붕, 바닥과 외부 공기 유출입을 막는 완벽한 기밀 시공이 기본입니다

 

 

제로에너지건축물을 구현하기 위해서는 앞서 패시브하우스에서 언급된 기술들 외에도 여러 첨단 기술들이 통합적으로 적용됩니다.

 

1. 고단열 및 고기밀 외피: 패시브하우스 수준의 매우 높은 단열 성능을 갖춘 벽체, 지붕, 바닥과 외부 공기 유출입을 막는 완벽한 기밀 시공이 기본입니다. 이를 통해 냉난방 부하를 최소화합니다.

 

2. 고효율 창호 및 현관문: 열관류율이 매우 낮은 고성능 3중 유리 시스템 창호와 단열 및 기밀 성능이 뛰어난 현관문을 사용하여 창과 문을 통한 에너지 손실을 최소화합니다. 남측 창을 통해 겨울철 태양열을 적극적으로 흡수하도록 설계합니다.

 

3. 열교 최소화 설계 및 시공: 건축 구조체의 단열이 끊기는 부위에서 발생하는 열 손실(열교)을 최소화하기 위한 디테일 설계 및 정밀 시공이 필수적입니다.

 

4. 열회수형 환기 시스템: 기밀성이 높은 건물에서 실내 공기질을 관리하고 환기 시 발생하는 에너지 손실을 최소화하기 위해 고효율 열회수형 환기장치를 설치합니다.

 

5. 신재생에너지 생산 시스템: 건물에서 소비하는 에너지 수요를 충당하기 위한 신재생에너지 생산 설비를 설치합니다. 가장 보편적으로 사용되는 것은 태양광 발전 시스템(PV)으로, 지붕이나 외벽, 부지 등에 설치하여 전기를 생산합니다. 태양열 급탕, 지열 냉난방 시스템 등도 함께 적용될 수 있습니다. 생산량은 건물의 에너지 요구량과 에너지 자립률 목표에 따라 결정됩니다.

 

6. 고효율 냉난방, 조명, 환기 설비: 에너지 소비를 최소화하기 위해 히트펌프 등 고효율 냉난방 장치, LED 조명, 효율적인 환기 팬 등 에너지 효율 등급이 높은 설비를 사용합니다.

 

7. 에너지관리시스템 (BEMS/HEMS): 건물에서 사용되는 에너지량을 실시간으로 모니터링하고 분석하며, 설비들을 최적으로 제어하여 에너지 효율을 극대화하는 시스템입니다. 주거용은 HEMS(Home Energy Management System), 비주거용은 BEMS(Building Energy Management System)라 불립니다. 자체 생산된 신재생에너지 사용을 최적화하고, 에너지 저장 장치(ESS)와 연동하여 효율적인 에너지 사용을 지원합니다.

 

 

제로에너지건축물 인증 등급 (한국 사례)

한국에서는 제로에너지건축물 인증제를 운영하고 있으며, 건축물의 에너지 자립률에 따라 5단계 등급으로 구분합니다. 에너지 자립률은 건축물 에너지 효율 등급 1++ 이상을 만족하고, 건물 에너지 관리 시스템(BEMS/HEMS) 설치를 필수 요건으로 합니다.

 

등급	에너지 자립률
ZEB 1등급	100% 이상
ZEB 2등급	80% 이상 ~ 100% 미만
ZEB 3등급	60% 이상 ~ 80% 미만
ZEB 4등급	40% 이상 ~ 60% 미만
ZEB 5등급	20% 이상 ~ 40% 미만

에너지 자립률 100% 이상인 경우를 '넷 제로(Net Zero)' 또는 '제로 플러스(Zero Plus)' 건축물이라고 하며, 사용량보다 생산량이 많은 경우를 의미합니다. 정부는 공공 건축물을 시작으로 점차 민간 건축물까지 제로에너지건축물 인증을 의무화하는 로드맵을 추진하고 있습니다.

 

 

제로에너지건축물 인증 절차

제로에너지건축물 인증은 설계 단계에서의 예비 인증과 준공 후의 본 인증으로 나뉩니다.

1. 예비 인증 (설계 단계):

• 건축주는 설계가 완료된 후 인증 기관에 예비 인증을 신청합니다.
• 인증 기관은 제출된 설계 도면, 에너지 해석 결과(에너지 모델링 툴 사용), 신재생에너지 생산 계획 등을 검토하여 제로에너지건축물 인증 기준(에너지 효율, 에너지 자립률, BEMS 설치 등)을 만족하는지 평가합니다.
• 평가 결과에 따라 예비 인증 등급이 부여되며, 본 인증 가능성을 확인받습니다. 설계 단계에서 미흡한 부분은 보완합니다.

1. 본 인증 (준공 후):

• 건축물이 완공된 후 인증 기관에 본 인증을 신청합니다.
• 인증 기관은 준공 도면, 시공 확인 서류(단열재 시공 사진, 기밀 테스트 결과 등), 설비 설치 확인 서류(신재생에너지 설비, BEMS 등), 최종 에너지 성능 평가 결과 등을 종합적으로 검토합니다.
• 필요 시 현장 실사를 통해 시공 상태와 설비 작동 여부를 확인합니다.
• 모든 기준을 만족하는 경우 최종적으로 제로에너지건축물 본 인증 등급이 부여됩니다. 인증서는 일정 기간 유효하며, 만료 시 갱신 절차를 거칠 수 있습니다.

인증 절차는 건축물의 규모, 용도, 복잡성 등에 따라 차이가 있을 수 있으며, 전문적인 지식과 기술이 요구됩니다. 따라서 설계 초기 단계부터 제로에너지건축물 전문 설계사, 시공사, 인증 컨설턴트와 협력하는 것이 중요합니다.

 

 

제로에너지건축물 구축 시 고려사항 및 과제

제로에너지건축물 구축은 여러 가지 측면에서 기존 건축 방식과 차이가 있으며, 고려해야 할 사항과 과제도 존재합니다.

• 초기 투자 비용: 고성능 건축 자재, 신재생에너지 설비, 에너지 관리 시스템 등은 일반 건축물에 비해 초기 투자 비용이 높은 편입니다. 하지만 장기적인 에너지 비용 절감과 정부 지원 정책 등을 종합적으로 고려하여 경제성을 분석해야 합니다.
• 기술적 전문성 요구: 제로에너지건축물은 고도의 설계 및 시공 기술, 다양한 분야의 통합적 지식을 요구합니다. 전문 인력 양성 및 기술 표준화가 필요합니다.
• 에너지 생산 및 소비의 불확실성: 신재생에너지 생산량은 일조량이나 바람 등 자연 조건에 따라 변동될 수 있으며, 실제 거주자의 에너지 사용 패턴도 예측과 다를 수 있습니다. 이를 보완하기 위한 에너지 저장 시스템이나 유연한 에너지 관리 시스템 구축이 중요합니다.
• 정책적 지원 및 인식 개선: 제로에너지건축물 확산을 위해서는 정부의 지속적인 정책 지원(보조금, 세제 혜택, 용적률 완화 등)과 함께 건축주 및 일반 대중의 인식 개선 노력이 필요합니다.

 

제로에너지건축물의 미래 전망

전 세계적으로 탄소 중립 목표 달성을 위해 건축 부문의 역할이 강조되면서 제로에너지건축물은 선택이 아닌 필수로 나아가고 있습니다. 한국 정부도 2020년부터 공공 건축물을 대상으로 제로에너지건축물 인증을 의무화하기 시작했으며, 단계적으로 의무 적용 대상을 확대하여 2025년에는 30세대 이상 공동주택 및 1000㎡ 이상 비주거 건축물, 2030년에는 500㎡ 이상 비주거 및 100세대 이상 공동주택으로 확대할 계획입니다.

 

기술 발전 또한 빠르게 이루어지고 있습니다. 건물 일체형 태양광(BIPV), 스마트 창호, 고효율 에너지 저장 시스템, 인공지능 기반 에너지 관리 시스템 등 새로운 기술들이 제로에너지건축물의 성능과 경제성을 더욱 향상시킬 것입니다. 또한, 개별 건축물을 넘어 도시 전체의 에너지 효율을 높이는 스마트 시티 구현과도 연계되어 발전할 것입니다.

 

 

결론

제로에너지건축물은 기후 변화 시대에 지속가능한 건축이 나아가야 할 명확한 방향을 제시합니다. 에너지 소비를 최소화하고 필요한 에너지를 스스로 생산하는 제로에너지건축물은 환경 보호, 에너지 안보, 경제적 이익, 그리고 거주자의 삶의 질 향상이라는 다층적인 가치를 실현합니다.

 

초기 투자 비용 부담이나 기술적 난이도 등의 과제가 남아있지만, 정부의 정책적 의지와 기술 발전, 그리고 사회적 인식 변화를 통해 제로에너지건축물은 점차 보편화될 것입니다. 미래 세대가 살아갈 더 건강하고 안전한 환경을 위해, 제로에너지건축물은 우리 사회가 함께 만들어가야 할 중요한 건축 문화입니다.

 

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