1. 연구의 목적

● 본 연구의 목적은 유럽연합 국가들의 제로에너지 건물에 대한 정의, 기존 및 신축 건물에서의 지속가능한 제로에너지 건물 원칙, 부동산 시장에서 실제 실현 가능한 기술적 해결책들에 대한 이해를 제공하는데 있음

● 본 연구는 기존 개념들이나 건물 관련 정책들에 근거하여 작성하였으며, 제로에너지 건물 정의에서 발생 가능한 방법론적 문제점들을 분석하고, 이에 따라 정의에 함축되어야 할 내용에 대해서 분석한 뒤, 실현 가능한 원칙들을 정립하고 기준건물을 대상으로 해당 원칙들의 결과를 검증함

● 또한, 이들의 기술적, 재정적, 정책적 영향력들을 평가하고, 마지막으로 성공적인 제로에너지 건물 시행을 위해 향후 나아갈 방향에 대해서 제시하였으며, 이상의 연구 흐름을 도식화하면 [그림 1]과 같음

(ⅱ:5~14)

 

2. 유럽연합의 건물에너지 관련 정책 현황

● 유럽연합에는 패시브하우스(passive house), 제로에너지(zero-energy), 플러스 에너지(plus energy), 미네르기(Minergie), 에피네기(Effinergie) 등과 같이 초고성능 건물에너지 관련 다양한 개념이나 자발적인 제도들이 존재함

● 상기 개념 혹은 제도들에 정의된 에너지원, 비용, 배출량 등에 대한 기준들은 모두 상이하며, 신축 건물/기존 건물 또는 주거 건물/비주거 건물에 따라서 요구수준이 달라짐. 간단히 말해, 제로에너지 건물을 어떻게 정의할 것인지와 기준을 어디로 설정할 것인지 그리고 어떤 방법 혹은 어떤 기술이 적합할 것인지에 대한 견해가 매우 다양해질 수 있음

 

[그림 1] 연구의 흐름

 

● 현재 유럽연합 회원국의 절반이 넘는 국가에서 저에너지 혹은 제로에너지 건물에 대한 공식적인 정의가 부재인 상태이며, 다수의 국가에서 신축 주거 건물에 대해서는 저에너지 달성을 위한 장기 전략 및 목표가 설정되어 있음

● 유럽연합에서 현재 통용되고 있는 저에너지 건물에 대한 정의는 합일점에 도달하고 있지만 의견차이가 여전히 존재함

● 기존의 저에너지 건물에 대한 정의를 EPBD에서 요구하는 제로에너지 수준으로 향상시키기 위해서 기존 정의에 대한 합의와 개선이 필요하며, 이를 아래와 같이 세 가지 쟁점으로 분류할 수 있음

○ 대부분의 저에너지 건물의 정의는 국가 기준으로 사용되고 있는 연간 단위면적당 1차 에너지 소요량에 대한 비율로서 규정되어 있음. 그러나 에너지소요량 산출방식이나 산출기준(예를 들어, 단위면적당 에너지 소요량 산출 시 단위면적을 전용면적으로 결정할 것인지 또는 전체 바닥면적으로 할 것인지와 같은 문제)은 매우 다양함

○ 현재 저에너지 건물에 대한 정의는 에너지 공급원으로 신재생에너지 의무 적용을 규정하고 있지 않음. EPBD recast는 일정 비율 이상 신재생에너지를 반드시 적용할 것을 명시하고 있기 때문에 저에너지 건물에 대한 정의와 EPBD에서 규정하고 있는 제로에너지 건물에 대한 정의 사이에서 불일치가 발생함

○ 기존 저에너지 건물에 대한 정의는 내부적으로 존재하는 약점들이 있음(예를 들어 패시브하우스에서는 평가 기준으로 1차 에너지 요구량과 난방부하 2가지를 사용하고 있음)

(ⅲ:1~25)

 

3. 제로에너지 건물 : 핵심 과제와 해결책

● 본 연구는 지속가능하고 현실성있는 제로에너지 건물 원칙을 세우기 위해 10가지 문제점과 이에 대해 해결책을 분석하였음

● 과제 1 : 유럽연합의 CO2 배출량, 에너지효율, 신재생에너지 사용 등에 대한 목표가 제로에너지 건물 정의 수준 설정이 미치는 영향

○ 유럽연합의 CO2 배출량에 대한 2050년 목표를 달성하고자 한다면 신축 제로에너지 건물은 제로 CO2 배출 수준인 3kgCO2/㎡yr를 달성해야 함

 

● 과제 2 : 제로 CO2 배출 건물과 제로에너지 건물 간 차이점과 이로 인해 제로에너지 건물 정의에 반영되어야 할 내용

○ 제로에너지 건물은 에너지소비량 및 CO2 배출량 모두 감소시킬 수 있어야 함

○ 에너지소비량 감소는 CO2 배출량 감소와 비례하기때문에 건물 에너지성능에 대한 지표는 에너지소비량 및 CO2 배출량 모두 반영할 수 있는 에너지를 사용해야 함

○ 일반적으로 1차 에너지는 화석연료 사용분을 정확하게 반영할 수 있어(원자력 제외), 이는 CO2 배출량에 대한 지표로 사용할 수 있음

○ 건물 에너지성능을 나타내는 지표로서 한 가지만 지정해야 한다면, 현 EPBD 규정과도 일치하는 1차 에너지를 선택하고 추가적으로 건물 운영단계에서의 환경성능을 알 수 있도록 CO2 배출량에 대한 정보도 함께 제공해야 함

○ 또한, 1차 에너지 환산계수는 어떠한 정치적 개입도 반영되어서는 안 되며, 실제 에너지 계통 시스템의 상황을 정확하게 반영시켜야 함

 

● 과제 3 : 제로에너지 건물 정의에서 생산된 에너지와 소비된 에너지 간 시간적 차이와 지역적 차이를 어떻게 반영할 것인가

○ 제로에너지 건물정의는 신재생에너지 사용의 지역적 그리고 시간적 차이를 잘 반영할 수 있어야 함

○ 에너지생산 및 소비의 지역적 차이를 반영하기 위해서는, 건물에서 소비되는 1차 에너지 계산시 에너지원으로 해당부지에서 생산된 에너지(on-site production energy), 해당부지 인근에서 생산된 에너지(nearby production energy), 외부에서 생산된 에너지(off-site production energy) 모두를 반영해야 함

○ 건물 에너지원으로 외부에서 생산된 에너지를 인정하는 것은 지역의 대규모 열원 플랜트에서 보다 합리적인 가격으로 개별 건물에 열원을 제공하는 지역난방 같은 방식을 장려할 수 있으며, 이는 지속가능한 에너지플러스 건물을 위해 반드시 정립되어야 하는 개념임

○ 에너지 생산 및 소비의 시간적 차이를 반영하기 위해서는, 건물 에너지소비량을 월/연간으로 계산해야 함(연간으로 계산하는 것이 손쉬운 방법이나, 추후 계산의 정확성을 위해 월간으로 계산하는 것을 지향해야 함)

○ 특히, 해당 기간 동안 건물에 공급되는 에너지를 생산하는 과정에서 배출되는 온실가스의 양을 정확하게 계산할 수 있는 방법론에 대한 검증이 필요함

 

● 과제 4 : 제로에너지 건물 정의가 고착효과(lock-in effect)에 빠지지 않고, 향후 에너지플러스 건물 개념으로 발전시키기 위해 어떻게 해야 하는가

○ 제로에너지 건물 정의에서 고착효과 최소화위해서, 건물 에너지성능은 월/연간으로 평가해야 함

○ 또한, 허용 가능한 시스템 범주를 유연하게 설정해야 함(공간적으로 혹은 기후학적으로 해당 부지(on-site) 또는 인근(nearby)에 시스템을 설치할 수 없는 외부(off-site)에서의 에너지 사용을 인정할 수 있어야 함)

○ 마지막으로 전력, 가스 등 에너지원별로 에너지 생산 및 소비를 계산해야 함

 

● 과제 5 : 제로에너지 건물 정의는 다양한 기후대, 건물 형상, 건물 사용 패턴의 반영 방법

○ 기후대 : 유럽연합의 평균 기후대에 위치한 보편적인 건물에 대한 에너지 요구 수준을 설정한 뒤 냉방도일 또는 난방도일과 같은 각국의 기후 특성에 맞춰 보정하는 방법이나 기후대에 상관없이 에너지요구수준을 제로에 가까운 수치로 고정하는 방법이 있음

○ 건물 형상 : 단순한 형상의 건물은 복잡한 형상의 건물과 비교하여 에너지 요구 수준을 보상하는 것은 불합리함. 따라서 연간 단위면적당 에너지요구량(kWh/㎡yr)으로 규정되어 있는 에너지요구수준에 건물 형상 차이를 반영하는 것은 의미가 없음

○ 건물 사용 패턴 : 주거건물 그리고 주거건물과 비슷한 사용 패턴을 갖는 비주거 건물에 대해서는 동일한 에너지요구수준을 적용해야 하며, 그 외 비주거 건물에 대해서는 별도의 에너지요구수준을 설정해야 함

 

● 과제 6 : 제로에너지 건물 정의에서 콘센트 부하의 반영 방법

○ EPBD에서는 건물 에너지성능 평가 시 난방, 냉방, 환기, 조명에 소비되는 에너지만을 계산하도록 규정하고 있기 때문에 제로에너지 건물 정의에서 콘센트 부하를 반영하는 것은 합리적이지 않음

○ 다만, 향후 EPBD에서 가전기기 등에 의한 전력 소비량까지 건물 에너지성능 평가에 포함시킬 수 있기 때문에 건물에서 소비되는 전체 에너지 사용량을 모두 수치화하여 표시하되 제로에너지 건물 정의에서는 필수 항목에 대해서만 요구 수준을 규정해야 함

 

● 과제 7 : 제로에너지 건물 정의에서 건물의 건설 및 철거 단계의 포함 여부

○ 제로에너지 건물 정의에서 건물 생애주기를 평가하는 것(Life-cycle assessment, LCA)은 현 EPBD 수준을 뛰어넘는 것임

○ 건물의 건설 및 철거 단계에서의 에너지 소비량은 건물의 운영단계에서 소비되는 에너지만큼 중요하게 다뤄야 함

○ LCA 방법론에 대해서는 아직까지 충분한 검증이 이루어지지 않았으나, 건물의 에너지성능은 전 생애기간에 대해서 평가하는 것이 타당함

○ 현재는 건물의 전 생애기간 동안의 에너지소비량에 대해서 제시할 필요는 없지만, 향후 가장 합리적인 대안은 건물 에너지성능을 표시하는 지표에 건물의 건설 및 철거 단계에서 소요되는 에너지에 대한 정보를 함께 기재하는 방법임

 

● 과제 8 : 에너지의 공급 및 수요 관점에서 단독건물이 아닌 집합건물에서 제로에너지의 실현 가능여부

○ 에너지 수요 측면에서, 집합건물은 건물을 각각 단독으로 평가하는 것이 아니라 전체의 관점에서 평가해야 함

○ 예를 들어 배치 상 일조권을 침해받는 등 특정 개별 건물에서 발생할 수 있는 불합리한 조건은 상황이 유리한 다른 개별 건물에서 보상받아, 결과적으로 집합건물 전체의 에너지성능이 일정 수준을 만족하면 됨

○ 에너지 공급 측면에서, EPBD 역시 해당 부지 인근(nearby) 또는 해당 부지(on-site)에서의 중앙공급 시스템을 인정하고 있기 때문에 집합건물 평가에 문제 없음

 

● 과제 9 : 제로에너지 건물 정의시 에너지효율 및 신재생에너지 관련 가이드라인

○ 제로에너지 정의에서는 건물의 최대 에너지소비량 뿐만 아니라 신재생에너지 최소 사용비율을 규정해야 함

○ 따라서 일사열획득과 같은 패시브(passive)한 방식을 넘어 태양열 급탕시스템과 같은 액티브(active)한 신재생에너지 시스템 도입이 필수

○ 신재생에너지의 최소 사용비율은 EU의 에너지 및 기후변화 목표치에 따라 50%~90%로 설정하는 것이 합리적임

 

● 과제 10 : EPBD에서의 비용 최적화 개념과 제로에너지 건물 정의 사이에 필연적 혹은 선택적 상호관계 존재 여부

○ EPBD recast는 건물에서 비용최적화에 의해 일정 에너지성능을 달성할 것을 요구하고 있으며, 이때 구체적인 방법론은 제시하지 않고 유럽연합 각 국가 상황에 맞춰 수행할 것을 요구함

○ 제로에너지 건물 정의에서 비용최적화 관련 개념은 최대값(가장 낮은 수준)의 경우 EPBD와 같은 방식으로, 최소값(가장 강력한 수준)의 경우 시장에서 쉽게 도입될 수 있으며 실제 이용 가능한 최상의 기술들이 모두 적용될 수 있는 수준으로 정의하기를 권장함

(ⅳ:1~ⅸ:20)

 

4. 제로에너지 건물을 위한 원칙들

● 이상으로부터 제로에너지 건물을 위한 기본적인 원칙들을 정리하면 아래와 같음

첫 번째 제로에너지 건물 원칙 : 에너지요구량	두 번째 제로에너지 건물 원칙 : 신재생에너지 사용	세 번째 제로에너지 건물 원칙 : 1차 에너지와 CO2 배출량
방법론	방법론	방법론
- 이는 건물에서의 냉난방, 급탕, 전력 등에 소요되는 에너지요구량으로, 운반 및 배분 과정에서 손실되는 에너지도 포함시켜야 함 - 제로에너지 건물에서는 콘센트 부하와 기타 설비에 소요되는 전력에너지도 포함시켜야 함	- 이는 건물에서 요구되는 에너지에 시스템 자체에서 손실되는 에너지의 합으로 산출 - 또한, 신재생시스템으로부터 생산되는 에너지는 해당 부지, 인근 부지, 부지가 위치한 지역에서 공급받는 에너지 모두를 일컬음	- 이는 시스템에서 발생하는 CO2 배출량과 1차 에너지 요구량을 일컬음 - 신재생시스템에서 에너지소비량보다 많은 양의 에너지를 생산하는 경우에 대한 총량 계산 방법 가이드라인 을 수립해야 함

첫 번째 제로에너지 건물 원칙에 따른 결과 : 에너지요구량의 한계점	두 번째 제로에너지 건물 원칙에 따른 결과 : 신재생에너지 사용의 한계점	세 번째 제로에너지 건물 원칙에 따른 결과 : 1차 에너지와 CO2 배출량의 한계점
- 허용 가능한 에너지요구량 최대값을 정의해야 함	- 신재생에너지 최소 사용량을 정의해야 함	- 1차 에너지 요구량과 CO2 배출량을 명확히 정의해야 함
방법론	방법론	방법론
- 각 국가별 에너지요구량을 자율적으로 규정할 수 있도록 아래와 같은 방법을 권장함 - 최대값(가장 낮은 수준)은 건물 용도별 비용최적화한 수준으로, 최소값(가장 강력한 수준)은 시장에서 쉽게 도입될 수 있으며 최고 기술력이 모두 적용된 수준으로 정의	- 신재생에너지 사용 비중은 점진적으로 늘려가야 함 - 합리적인 생애비용을 가지면서도 제로에너지를 실현할 수 있는 수준으로 신재생에너지 사용 비중을 결정하되, 본 연구는 50%~90%(또는 100%)를 권장함	- 유럽연합의 기후변화에 대한 장기계획에 따라, CO2 배출량은 3kgCO2/㎡yr를 권장함 - EPBD에서는 건물 에너지성능 지표로서 1차 에너지를 사용함 - 유럽연합의 2050 목표 달성을 위해서는 CO2 배출량 역시 감소시켜야 하므로, 건물 에너지성능 지표로서 1차 에너지와 함께 CO2 배출량에 대한 정보도 함께 제공하는 것이 바람직함

(ⅹ~？:표)

5. 제로에너지 건물이 유럽연합에 미치는 기술적, 재정적, 정책적 영향

 

5.1 기술적 영향

● 연구 결과, 현재 기술 수준으로 제로에너지 건물은 이미 달성 가능한 것으로 나타남

● 제로에너지 건물을 위해 화석연료보다는 태양광발전과 같은 신재생에너지를 사용해야 함

● 전력은 탈탄율이 높기 때문에 히트펌프와 같은 전력 관련 기술들이 제로에너지 건물 수행을 위해 매우 유효한 것으로 나타났으며, 향후 소형열병합발전이나 지역난방 같은 기술들에 대한 지속적인 연구개발이 요구됨

● 제로에너지 건물을 실현하기 위해서 냉난방, 환기뿐만 아니라 고성능 단열재나 창호에 대한 개발 역시 시급하며, 시장에서의 고용확대를 동반하기 위해서 지속적으로 제품 사양을 향상시키고, 이를 시장에 유통시켜야 함

● 고효율 기술 및 재료들에 대해서 분석한 Ecofys의 BEAM 보고서에 의하면, 제로에너지 건물을 위한 기술들과 그들의 실제 시장 규모 사이에는 큰 장벽이 있는 것으로 나타남

● 예를 들어, 폐열회수환기장치와 삼중창 시장의 빠른 성장은 제로에너지 건물에 대한 수요가 급증하고 있음을 의미하나, 이들의 실제 시장규모는 매우 작음. 다른 제로에너지 건물 관련 기술 역시 향후 기대되는 수요에 비해 시장 규모가 매우 작기 때문에 단열재 시장의 경우 약 2배에서 3배 이상, 히트펌프, 펠렛 보일러 역시 같은 규모로 성장해야 앞으로 제로에너지 건물에 대한 수요를 충족시킬 수 있음([표 2] 참조)

 

시장	요구 성장속도	현재 시장 규모	단위
단열재	2~3	2,010	Mio EUR
폐열회수환기장치	8~10	130,000	units
삼중창	10 이상	1,500,000	㎡
히트펌프	2~3	185,000	units
펠렛보일러	2~3	43,000	units
태양열 시스템	2~3	3,700,000	㎡

 

 

 

 

5.2 재정적 영향

● 2009년 유럽연합의 주거 및 비주거건물을 대상으로 한 건설시장의 총 매출은 1조 유로에 달하며, 이 중 약 절반(4700억 유로, 한화 658조원)이 신축건물에서 기인한 것으로 나타남

● 기존의 시장 보고서에 의하면, 신축 건물의 히트펌프, 펠렛보일러, 폐열회수환기장치, 삼중창, 고단열재를 위한 투자는 약 230억 유로(한화 32.2조원)에 달하는 것으로 분석됨

● 2020년까지 매년 물가상승율을 1%로 가정했을 때, 신축 제로에너지 건물을 위한 투자는 매년 620억 유로(한화 86.8조원)에 달할 것으로 예상 됨

(ⅹⅴ:11~19)

 

5.3 정책적 영향

● 제로에너지 건물 원칙들을 수행하기 위해서는 대체적으로 각 국가별 건축 법규는 상향 조정될 필요가 있음

● 현재의 법적 수준을 강화하는 것뿐만 아니라, 건물 에너지효율 및 신재생에너지 관련 고용시장을 제도적으로 뒷받침해 줄 수 있도록 법적 개편이 필요함

● 예를 들어, 독일의 건축 법규(EnEV)는 건물에서의 신재생에너지 관련 법규(EEWarmeG)와 이에 대한 세금 관련 법규(EEG)과 공존하는데, 제로에너지 건물을 수행하기 위해서는 이 둘을 통합하거나 보다 광범위한 하나의 신재생에너지 관련 법규로 다시 작성 할 필요가 있음

(ⅹⅵ:8~23)

 

6. 제로에너지 건물의 성공적 수행을 위한 향후 과제

● 본 연구는 제로에너지 건물 실현을 위한 방법론과 여러 문제점들에 대한 해결책을 제시하는 한편, 제로에너지 건물의 실현 가능한 방향성을 함께 제시함

● 그러나 유럽연합 국가들이 실제 제로에너지 건물을 실현하기 위해서는 많은 과제들이 남겨져 있으며, 이를 정리하면 [표 3]과 같음

순 서	남겨진 과제	책임부서
1	EPBD 기반한 제로에너지 건물 정의에 대한 일치된 합의	유럽연합 각 국가, 유럽연합 위원회, 유럽연합 의회, 주주들
2	각 국가별 제로에너지 건물 기준을 설정하고 이에 대한 비교검증 수행	유럽연합 각 국가, 유럽연합 위원회, 주주들
3	제로에너지 건물을 규정하는 중요한 수치들(ex. 연간 단위면적당 CO2 배출량 등)에 대한 합의	유럽연합 각 국가, 유럽연합 위원회, 유럽연합 의회
4	제로에너지 건물에 대한 일치된 보고서 형식 작성4	유럽연합 각 국가, 유럽연합 위원회
5	제로에너지 건물을 위한 투자와 신기술 개발을 장려함으로서 새로운 제로에너지 건물 수행을 지원함	유럽연합 각 국가, 유럽연합 위원회
6	기존 건물의 제로에너지 수준으로의 리노베이션에 대한 일치된 합의	유럽연합 각 국가, 유럽연합 위원회, 유럽연합 의회, 주주들

 

(ⅹⅶ:1~6, 표)