1. 서론

● 개정된 EPBD(Energy Performance of Buildings Directive) 제9장에서 2019년부터는 모든 공공건물을, 2021년부터는 모든 신축 건물을 제로에너지 건물로 지을 것을 명시함[원문에는 ‘거의 에어지 제로 건물’ nearly Zero-Energy Buildings(nZEB)로 되어 있으나, 편의상 ‘제로 에너지’로 표기함]

● 또한, 제로에너지 건물을 에너지성능이 매우 높으며, 상당 부분의 에너지를 신재생에너지로 공급받는 건물로 정의함

● 유럽 내 국가들의 다양한 기후, 형태, 문화, 방법론 등을 인정하여, EPBD는 단일화된 제로에너지 건물 방법론을 제시하지 않고, 국가별로 자국의 지역적 특성을 반영하여 제로에너지 건물 수행 계획을 세울 것을 요구함

● 국가별 로드맵은 제로에너지 건물을 지속적으로 증가시키기 위해 실제 실천 가능한 방법론과 정의를 담고 있어야 하며, 모든 유럽연합 국가는 제로에너지 건물 정의 및 로드맵을 2013년까지 유럽연합 의회에 제출해야 함

● EPBD에서는 매우 포괄적으로 제로에너지 건물에 대한 기준을 정의, 실제 건물에 대한 제로에너지 수행 가이드라인은 없음

● 따라서 유럽연합 각 국가는 제로에너지 건물을 효과적으로 실현할 수 있도록 이에 대한 명쾌한 정의가 필요함

● 이에 본 연구는 폴란드의 제로에너지 건물 정의 및 수행계획 개발을 위한 기술적, 경제적 분석을 수행하는 것을 목표로 하고 있음

● 먼저 폴란드의 건물 현황, 경제적 환경, 기존 정책 등을 분석하기 위해 데이터를 수집하고, 사무소건물, 단독주택, 집합주택에 대해 각각 에너지성능을 향상시킬 수 있는 방법론과 이에 대한 시뮬레이션 검증을 수행한 뒤, 마지막으로 제로에너지 건물이 미치는 경제적 효과를 분석함

(p.5:10~끝)

 

2. 목표와 방법론

● 본 연구의 목표는 객관적이고 방대한 조사를 바탕으로 폴란드에서의 제로에너지 수행을 위한 로드맵 수립 및 실현 가능한 기준 제공에 있음

● 폴란드의 건물 현황, 건축자재 및 기기의 시장가격, 현행 법규 및 지원책 등에 대한 방대한 조사를 수행, 기준 건물을 다음과 같이 분류하여 연구를 진행함

○ 단독주택(SFH, detached single family house)

○ 공동주택(MFH, multi family house)

○ 사무소 건물(office)

● 단독주택과 공동주택은 폴란드 주거용 건물의 약 88%를, 면적으로는 약 94%를 차지하고 있으며, 사무소 건물을 비주거용 건물의 약 26%를 차지하고 있음

● 단독주택, 공동주택, 사무소 건물이 폴란드 건물 전체를 통틀어 약 77%를 차지하고 있어, 위 세 가지를 제로에너지 건물 분석을 위한 대표 기준 건물로 선정함

● 상기 기준 건물에 대해, 단열재 및 냉난방, 환기, 급탕기기의 성능을 변화시키면서 수차례 동적 에너지 시뮬레이션을 수행하였으며, CO2 배출량을 줄이고 신재생에너지 사용비중을 높이기 위해 태양광발전 시스템을 적용을 검토함

● BPIE(Buildings Performance Institute Europe)의 기존 연구를 바탕으로 제로에너지 건물 원칙을 적용하여 이에 대한 시뮬레이션 검증을 수행함

● 또한 폴란드에 가장 적합한 제로에너지 건물 해법을 찾기 위해 각 대안의 경제적, 재정적 영향을 분석하였으며, 최종적으로 선택 대안의 직간접적 이득과 영향을 분석하는 한편, CO2 감축량, 일자리 창출 효과, 산업 및 기술시장에 미치는 파급효과를 함께 검토함

● 마지막 장에서는 폴란드의 제로에너지 건물 수행을 위한 로드맵의 핵심 전략과 향후 나아갈 방향을 정리함

● 본 연구는 BPIE에서 개념에서부터 틀을 잡고 완성하였으며, 전체 데이터 수집 및 시뮬레이션 분석은 Ecofys Germany의 주도로 이루어짐. 또한, 폴란드 건물 현황, 정책, 시장 가격에 대한 데이터, 기준 건물 정의, 최종 연구 결과물에 대한 검토는 폴란드 자국의 BuildDesk Polska's tea,에서 수행함

(p.6:4~끝)

 

3. 제로에너지 건물 정의 및 솔루션

● 다양한 건물군에 대한 제로에너지 분석을 위해 기준 건물을 단독주택(SFH), 공동주택(MFH), 사무소 건물(Office)로 분류함

● 선택된 기준 건물은 폴란드 건물의 형태, 규모, 사용 특징 등을 반영하는 대표 건물임

● 현 상황에서 제로에너지 건물 수준으로의 향상에 따른 기술적, 경제적 영향을 효과적이면서도 현실적인 방법으로 분석하기 위해 시뮬레이션을 수행함

● 단독주택(SFH)은 폴란드에서 가장 많은 비중을 차지하는 건물이며, 그 다음으로 도심지의 공동주택(MFH)이 많은 면적 비중을 차지함

● 비주거용 건물에서는 사무소 건물이 가장 많은 비중을 차지하며, 다음으로 상업시설이 차지하고 있으나, 상업 시설의 경우 건물 형태가 매우 다양하며 신축 비율이 낮아 대표성을 갖기 어려움

● EPBD에서 가장 우선적으로 제로에너지 시행을 강조한 공공건물이 포함되어 있으며, 신축 비율은 다소 낮으나 정형화된 형태를 가지고 있는 사무소 건물을 기준 건물로 선택함

● 이를 바탕으로 선정된 기준 건물에 대한 정보는 [표 1]과 같음

● 건물에너지 시뮬레이션은 TRNSYS를, 경제성 분석은 Ecofys의 분석 툴인 Built Environment Analysis Model(BEAM)을 이용함

(p.7:5~끝)

 

3.1 제로에너지 건물 정의, 기본 가정 및 시뮬레이션

3.1.1 단독주택에 대한 솔루션

● 대안 간 상호비교를 위해 [표 2]와 같이 기준 건물의 형태는 변화시키지 않고, TRNSYS로 해석 가능한 변수를 변화시키면서 대안(V1 ~ V4)을 설정함

● 각 대안들에 대해 열원 장치로는 펠렛 보일러, 공기열원 히트펌프, 지열원 히트펌프, 가스 보일러를 검토함

(p.9:1~끝)

 

3.1.2 공동주택에 대한 솔루션

● [표 3]과 같이 기준 건물의 형태는 변화시키지 않고, TRNSYS로 해석 가능한 변수를 변화시키면서 대안(V1 ~ V4)을 설정함

● V1은 외피 성능에 따른 효과를 검토함

● 기밀한 건물에서 환기계획이 적절치 않으면 곰팡이가 생기므로 이에 대한 검토가 필수적임

● 각 대안들에 대해 열원 장치로는 펠렛 보일러, 공기열원 히트펌프, 지열원 히트펌프, 가스 보일러, 지역난방을 검토함

(p.10:1~끝)

 

3.1.3 사무소 건물에 대한 솔루션

● [표 4]와 같이 기준 건물의 형태는 변화시키지 않고, TRNSYS로 해석 가능한 변수를 변화시키면서 대안(V1 ~ V3)을 설정함

● 각 대안들에 대해 열원 장치로는 중앙식 공냉식/수냉식 히트펌프, 중앙식 브라인/수냉식 히트펌프, 중앙식 펠렛 보일러, 중앙식 가스 보일러, 지역난방을 검토함

(p.11:1~끝)

[표 1] 폴란드에서의 신축 기준 건물 설정(p.8 표 1)

   

[표 2] 단독 주택의 제로에너지 변수 설정(p.9 표 2)

 

[표 3] 공동 주택의 제로에너지 변수 설정(p.10 표 3)

 

[표 4] 사무소 건물의 제로에너지 변수 설정(p.11 표 4)

 

 

4. 최적화 관점에서의 제로에너지 건물에 대한 정의

● 시뮬레이션 결과를 1차 에너지 소비량, 신재생에너지 사용량, CO2 배출량, 비용(투자비용, 절감되는 에너지 비용, 유지비용) 관점에서 정리한 표는 [표 5] ~ [표 7]과 같음

● 주거용 건물(단독주택, 공동주택)의 최종 에너지와 1차 에너지 소비량은 EPBD에서 정하고 있는 난방, 냉방, 환기, 급탕에 대해, 사무소 건물에서는 조명 에너지소비량을 추가하여 산출함

● 각 표에서 사용된 색상은 BPIE의 제로에너지 건물에 대한 이전 연구와 동일하게 사용함

(p.12:1~끝)

[표 5] 단독 주택 시뮬레이션 결과(p.13 표 5)

 

[표 6] 공동 주택 시뮬레이션 결과(p.14 표 6)

 

[표 7] 사무소 건물 시뮬레이션 결과(p.15 표 7)

 

● 경제성 분석을 바탕으로 건물 용도별(단독주택, 공동주택, 사무소 건물)로 제로에너지를 위한 가장 적합한 대안을 세 가지씩 선정하였으며, 이를 정리하면 [표 8]과 같음

● 대안 선정은 연간 추가비용을 가장 우선적으로 고려하였으며, [표 8]에서 가장 오른쪽 열이 시공비용 및 유지비용에 대한 연간 추가비용의 증감 비율을 나타냄

(p.16:1~끝)

  [표 6] 건물 용도별 비용 최적화 결과(p.16 표 8)

 

● 단독주택의 경우, 대안 V2b와 V2c는 연간 비용 절감 비율이 0.9%, 1.4%로 나타나는 대안 V3a는 연간 비용이 0.5% 추가되는 것으로 나타남

● 공동주택의 경우, 모든 비용 최적화된 대안이 3.6%~5.2% 사이에서 연간 비용이 추가하는 것으로 나타남

● 사무소 건물의 경우, 모든 비용 최적화된 대안이 15.8%~22.9% 사이에서 연간 비용이 추가하는 것으로 나타났으며, 이는 경제성 분석 계산에서 생애기간을 짧게 잡았기 때문인 것으로 판단됨

● 본 연구에서 공동주택의 경우 열원으로 지역난방을 사용하면 CO2 배출량이 3kg/㎡을 초과하는 것으로 나타나, 폴란드의 지역난방 담당률인 20%는 제로에너지 솔루션으로는 부족한 것으로 판단됨

● 지역난방은 실현 가능하면서도 저렴한 제로에너지 솔루션이 될 것으로 전망되는 바, 신재생에너지에 대한 지역난방 담당률을 높이는 것이 폴란드에서의 건물에너지 성능을 높이고 제로에너지를 수행하는 핵심 전략이 되어야 함

● BPIE의 제로에너지 건물에 대한 이전 연구에서와 같이, 지역난방은 향후 수요에 대응하고 지속가능한 건물 전략으로 성장하기 위해 건물 정책과 강력한 유대관계를 가지고 계속 발전해 나가야 함

● 사무소 건물은 보다 융통성 있는 에너지 공급 체계를 가지고 있으므로, 제로에너지 솔루션의 일환으로 반드시 지역난방 네트워크에 포함되어야 함

● 상기 분석 및 [표 5] ~ [표 7] 결과, 추가 비용, 태양광 발전 보상 등을 고려하여 폴란드에서의 제로에너지 건물을 위한 기준을 설정하면 [표 9]과 같음

(p.17:1~끝)

[표 9] 폴란드 제로에너지 기준(p.17 표 9)

 

5. 제로에너지 솔루션의 직？간접적 혜택

● 제로에너지는 단순히 에너지나 CO2 배출을 절감하는 것 이상의 이점이 있으며, 이를 요약하면 아래와 같음

○ 제로에너지 건물에서의 생활은 일반 법규에 따라 지어진 건물에서의 생활보다 많은 이점을 가지고 있음. 에너지효율을 높이기 위해 추가로 들어간 비용은 높은 건물 완성도나 유지비용 절감으로 보상받을 수 있음. 열환경 측면에서 삶의 질이 매우 우수하며, 신선 외기가 필터를 통해 끊임없이 실내로 제공되므로 쾌적한 실내 공기 환경을 보장함. 고단열 벽체는 차음 및 소음 차단 측면에서도 매우 우수한 성능을 제공함.

○ 에너지 수요가 줄어듦으로 에너지를 추출, 생산, 공급하는 과정에서의 환경 피해를 최소화할 수 있음

○ 사회적 측면에서는 fuel poverty(연료를 구입할 수 없는 빈곤층) 감소라는 이점이 있음

○ 보건복지 측면에서는 개선된 실내 공기질과 cold home(난방이 안 되는 집) 감소로, 특히 저소득층 또는 노인층에게 큰 이점이 있음

○ 거시경제 측면에서는 시범 프로젝트나 시장의 변화를 꾀함으로써 혁신기술 개발을 조장하고 보다 효율적인 신기술 시장을 장려한다는 점에서 이점이 있음

○ 생애기간 동안 절감되는 유지비용은 초기투자비용 상승보다 높을 것이며, 건물 매매 시 일반 건물보다 30% 높게 팔 수 있음

○ 에너지효율 향상 기술이나 신재생에너지 시장을 통한 고용 창출 가능

○ 화석연료 의존도가 낮아지므로 향후 에너지 비용 부담으로부터 자유로워질 수 있음

(p.19:8~끝)

● 본 연구는 합리적인 방식으로 제로에너지로 인한 이점에 가중치를 두어(단위면적당 평균 에너지 및 CO2 절감량 x 면적 x 30년), [표 10]에서와 같이 CO2 배출 절감량, 에너지 절감량, 추가 투자비용, 고용 창출 측면에서 2050년까지의 효과를 분석함

(p.20:1~5)

  [표 10] 2020년부터 2050년까지의 제로에너지 영향력 분석(p.20 표 10)

 

● [표 11]에서는 2020년부터 2050년까지의 변수별 예상 영향력을 주거 건물과 비주거 건물로 나누어 분석함

(p.20:17~끝)

[표 11] 2020년부터 2050년까지의 변수별 제로에너지 영향력 분석(p.21 표 11)

 

6. 폴란드의 2020 로드맵

● 제로에너지 건물 관련 기존 연구 및 폴란드 현황에 대한 분석을 바탕으로 다음과 같이 폴란드의 제로에너지 건물 구현을 위한 로드맵 작성 방향을 몇 가지 제시함

1. 정책은 규제, 권장, 커뮤니케이션과 같이 다양한 방식으로 구성되어야 함. 예를 들어, 독일 투자은행 KfW는 건물 관련 금융 상품이나 메커니즘이 일반적으로 널리 알려져 있으며, 은행이나 건설회사에서 그들의 제안서를 홍보하는데 이를 사용할 정도로 건물주들의 의식을 높이는 데 유효한 강력한 커뮤니케이션 정책 사례임

2. 이해당사자 간 광범위한 합의는 건물 관련 정책 입안 전 과정에서 필수적임

3. 정책 입안과정에서 사전, 중간, 사후 영향력 평가는 단순하면서도 효과적인 모니터링 및 제어와 함께 이루어져야 함

4. 건물에너지 성능이 높을수록 높은 보조금이나 낮은 이율 등과 같은 보다 높은 재정적 지원을 제공해야 함(이는 앞서 언급한 KfW을 포함, 다른 국가에서도 활용되고 있는 사례임)

5. 정책 입안자는 견고한 체계를 구축하고 모든 이해관계자들이 중장기 계획을 세우고 활용할 수 있도록 중장기적 관점에서 프로그램을 구성해야 함

6. 건물 관련 전략은 다른 정책 목표들에 위배되지 않도록 폴란드 자국 및 유럽연합의 에너지 및 기후 전략과 맥락을 같이 해야 함

7. 다양한 제도 및 정책은 성공적인 시행을 위해 협상 또는 조율할 필요가 있으며, 이에 대한 좋은 사례로 영국의 CERT(Carbon Emissions Reduction Target)를 들 수 있음. 재정의 중복 지원은 반드시 피해야 함

(p.22:1~끝)