1. 소개

□ 이 연구는 한 단독주택에서 일련의 개보수 작업을 통해 상세하게 수집된 에너지 사용 감축을 달성 사례 자료를 요약한 것임

□ 이 개보수 프로젝트는 냉난방 공조 및 온수 재생 설비관련 건물외피(외부 단열) 보완으로 상당한 에너지 감소 및 기존주택의 제로에너지를 실현할 수 있는 방법에 관한 데이터를 개발하기 위해 고안되었음.

□ 이 연구는 전기수도세 고지서와 최근의 상세한 모니터링 데이터를 사용하여 23년간에 걸쳐 에너지 감소 진행상황을 연대순으로 기록할 수 있었음.

2. 기존주택 설명

□ 이 보고서에 소개된 주택은 1958년에 건설된 것으로 원래 구조는 두 개의 침실과 두 개의 욕실을 가진 1,300평방피트 규모였으며, 어느 시점엔가 원소유자가 15천 갤런 저수용량의 수영장을 설치하였음.

□ 현재 집 소유자가 이 집에 처음 입주할 때 에너지 소비를 상당히 절감하는 몇 가지 변경조치를 바로 실행하였음.

□ 이 조치로 첫해에 약 1만kWh의 에너지를 사용하였는데 이러한 즉각적인 변경은 비슷한 특성을 지는 일반주택의 전기사용의 약 절반정도로 아주 큰 절감을 가져다 준 것임. 이 조치의 내용은 :

- 지면의 냉기와 접촉을 위해 바닥타일위의 카펫을 제거

- 약 R-19의 단열효과가 있는 다락방 설치

- 봄, 가을의 냉각을 위한 자연 환기

- 6월에서 9월 사이에 에어컨 제한

- 천정 휀을 사용하고 79°F로 냉각온도를 설정

- 겨울철 밤시간에 온도를 낮춤

- 온수 온도 낮춤, 탱크 보양 및 샤워 압력 낮춤

- 여름에 수영장 펌프 작동을 하루 8시간에서 4시간으로 줄이고 기타 기간에는 하루 3시간으로 줄임

3. 개보수 방법 소개

□ 현재의 집주인은 1989년에 이 집을 샀음

□ 초기에는 어른 둘이 살았으나, 1998년에 2천 평방피트로 집이 확장되었고 가족 수도 넷으로 늘어났음

□ 1989년에 집을 구매한 이루로 많은 보수와 개량이 이 보고서 표 6과 같이 있었음

□ 최근에 이들은 4.9kW의 태양광 발전(PV)시스템(그림 ES-1), 고효율 창문, 외벽 단열재와 초고효율 보완 미니분할열펌프(mimi-split heat pump)를 설치하였음

<그림 ES-1 : 지붕에 4.9kW PV 시스템을 2009년 2월에 설치함.>

□ 새로운 집주인이 이사를 왔을 때 전체적으로 단열이 부실했으며 천정단열재도 부족했음.

□ 통계에 따르면 1960년 이전에 지어진 것으로 수영장이 딸리고 4인 가족의 주택에서는 년간 평균 전력사용량이 약 20,000kWh인 것으로 나타나 있음.

□ 순 전기 사용량은 지난 12개월 동안 제로 미만이었음(태양광 발전 생산량보다 소비가 덜함)

<표 6 - 실험 대상 주택의 개보수 내력>

□ 2010년에 4.92kW PV 시스템이 생산한 전력량은 이 집의 소요전력7,225kWh) 보다 190kWh가 많은 7,414kWh(20.3kWh/일)에 달했음.

□ 2011년 PV 시스템이 생산한 전력량은 주택에서 사용한 전력(6,431kWh 또는 17.6kWh/일)보다 766kWh 많은 7,197kWh(19.7kWh/일)에 달했음.

□ 이러한 잉여수준은 2011년 9월에 플러그인 하이브리드 자동차가 추가된 이후에도 달성되었음.

□ 자동차의 전기충전은 일일 5~6kWh 정도로 년간 잉여전력의 568kWh를 사용했음.

□ 전기 사용을 가장 크게 떨어지게 한 것은 창문을 잘 활용한 것, 단열과 에어컨 사용을 크게 줄인 소형 에어컨으로 나누어 설치한 덕택이었음.

□ 실험은 중앙제어식과 비교하여 소형으로 나눈 에어컨이 실별 온도를 맞추는 것뿐 만 아니라 에너지 사용에 있어서도 큰 차이를 보여주는 것이었음.

<그림 ES-2 : 23년간 주택의 에너지 사용의 변화, 녹색삼각점은 12개월 이동평균>

□ 창문 개선과 벽 단열로 모든 난방을 소형으로 분할한 에어컨으로 가능하게 하였고 가스난방을 중단할 수 있도록 하여 2011년 겨울의 천연가스 소비는 크게 감소함.

□ 따라서 올해 소비는 2010년의 221섬(therms)에 비하여 단지 84섬으로 크게 줄었음

□ 그림 ES-2는 주택에서 12개월 에너지 소비 이동 평균이 단지 1백만Btu/월로 90%까지 줄어든 것을 보여줌.

□ 같은 종류의 평균 주택과 비교하여 95% 이상 줄어든 것임.

□ 2011년에 제로에너지를 달성하였음(사실상 -0.39백만 Btu 흑자)

□ 2012년 첫 5개월 동안 23마일을 출퇴근하기 위해 플러그인 하이브리드 자동차를 충전하는데 하루 평균 5.35kWh를 사용했음.

□ 2월 8일 PV(태양광 발전) 용량을 1.68kW 추가하였음.

□ 이렇게 증가된 PV 에너지는 1월에서 5월 사이에 하루 평균 25.5kWh/일 정도로 전력 생산이 증가되었음.

□ 이 기간 동안 총 평균 가정의 전기사용은 평균 18.75kWh/일 이었음.

□ 하루에 약 0.25/섬(therms) 남는 가스 소비로 인하여 이 주택은 2012년에 다시 제로 에너지 균형을 보여주고 있음.

4. 결론

□ 현재 이 주택에서는 집에 필요한 모든 에너지를 커버할 충분한 전기를 생산할 뿐만 아니라 출퇴근에 사용되는 플러그인 자동차에 사용되는 전기도 충분히 커버함.

□ 유틸리티 전기에 년간 절약되는 에너지와 자동차에 소비되는 휘발유 절감비용이 년간 4천불 정도로 추산되고 있음.

□ 이러한 단독주택 사례에서의 경험을 기초로 기존주택의 제로에너지를 요약하면 기존 플로리다 주택에 적용하는 것이 아주 타당한 것으로 보임.

□ 더욱이 하나의 주택에서 달성된 이와 같은 실적은 적절한 의지와 자원을 가지고 노력할 대에 유사한 결과를 달성할 수 있을 것으로 판단함.

□ 지역 시장에 이와 같은 자금을 순환시키면서 주변지역에서 유사한 실적이 달성되는 경우에 가구당 년간 4천달러의 주택 에너지관련 비용을 줄일 수 있다는 것은 지역경제에 크나큰 효과를 가져다 줄 것임.