1. 서론

● 개정된 EPBD 제9장에서 2019년부터는 모든 공공건물을, 2021년부터는 모든 신축건물을 제로에너지 건물로 지을 것을 명시함

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

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

● 국가별 로드맵은 제로에너지 건물을 지속적으로 증가시키기 위해 실제 실천가능한 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 부재한 실정임

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

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

● 먼저 불가리아의 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.5:9~끝)

 

2. 목표와 방법론

● 불가리아의 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 불가리아 주거용 건물의 약 90%를, 면적으로는 약 97%를 차지하고 있으며, 사무소 건물을 비주거용 건물의 약 27%를, 면적으로는 39%를 차지하고 있음

● 단독주택, 공동주택, 사무소 건물이 불가리아 건물 전체를 통틀어 약 89%를, 면적으로는 약 85%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

● BPIE의 기존 연구를 바탕으로 제로에너지 건물 원칙을 적용하여 이에 대한 시뮬레이션 검증을 수행함

● 또한 불가리아에 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 불가리아에서의 제로에너지 건물 수행을 위한 로드맵의 핵심 전략과 향후 나아갈 방향에 대해서 정리함

● 본 연구는 BPIE에서 개념에서부터 틀을 잡고 완성하였으며, 전체 데이터 수집 및 시뮬레이션 분석은 Ecofys Germany의 주도로 이루어짐. 또한, 불가리아 건물 현황, 정책, 시장 가격에 대한 데이터, 기준 건물 정의, 최종 연구 결과물에 대한 검토는 불가리아 자국의 EnEffect에서 수행함

● 에너지 시뮬레이션은 TRNSYS를, 경제성 분석은 Ecofys의 Built Environment Anaylsis Model(BEAM2)를 이용함

(p.6:7~끝)

3. 제로에너지 건물 정의 및 솔루션

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

● 현 상황에서 제로에너지 건물 수준으로의 향상에 따른 기술적, 경제적 효과를 가장 효과적으로 현실적인 방법으로 분석하기 위해 시뮬레이션을 수행함

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

● 비주거용 건물에서는 사무소 건물이 가장 많은 비중을 차지하며, 다음으로 교육 시설, 상업 시설, 병원 시설 등이 많은 비중을 차지하고 있음

● 상업 시설의 경우 건물 형태가 매우 다양하며 신축 비율이 낮아 대표성을 갖기 어려우며, EPBD에서 가장 우선적으로 제로에너지 시행을 강조한 공공건물이 사무소 건물에 포함되어 있어, 최종적으로 사무소 건물을 기준 건물로 선택함

● 이를 바탕으로 선정된 기준 건물에 대한 정보는 [표 1]과 같음

(p.7:5~끝)

 

3.1 제로에너지 건물 정의, 기본 가정 및 시뮬레이션

3.1.1 단독주택에 대한 솔루션

● [표 2]와 같이 기준 건물의 형태는 변화시키지 않고, 변수를 변화시키면서 대안(V1 ~ V5)을 설정함

● V1, V2, V3은 외피 성능, 태양열급탕 시스템, 폐열회수환기장치의 효과를 검토함(기밀한 건물에서 환기계획이 적절치 않으면 곰팡이가 생기므로 이에 대한 검토가 필수적임)

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

(p.9:1~끝)

 

3.1.2 공동주택에 대한 솔루션

● [표 3]과 같이 기준 건물의 형태는 변화시키지 않고, TRNSYS로 해석가능한 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 장치는 공기열원 히트펌프, 지열원 히트펌프 펠렛 보일러, 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 해석가능한 변수를 변화시키면서 대안(V1 ~ V3)을 설정함

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

(p.11:1~끝)

 

[표 1]불가리아에서의 신축 기준 건물 설정(p.8 표 1)

 

[표 2]단독주택 제로에너지 대안 설정(p.9 표 2)

 

[표 3]공동주택 제로에너지 대안 설정(p.10 표 3)

 

[표 4]사무소 건물 제로에너지 대안 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]단독주택 시뮬레이션 결과(p.13 표 5)

 

[표 6]공동주택 시뮬레이션 결과(p.14 표 6)

 

[표 7]사무소 건물 시뮬레이션 결과(p.15 표 7)

 

● 경제성 분석을 바탕으로 각 건물 용도별로 제로에너지를 위한 가장 적합한 대안을 선정함

● 모든 대안에는 태양광발전 시스템과 최적화된 기술 및 외피수준이 적용되어 있으며, 이를 정리하면 [표 8]과 같음

(p.16:1~4)

 

 

[표 8]비용최적화 시뮬레이션 결과(p.16 표 8)

 

● 주거용 건물의 경우, 제로에너지 솔루션에 따르면 연간 추가비용은 -14.7%에서 26.2% 수준으로 신축 주거용 건물의 실제 시장비용보다 다소 높게 나타남

● 반면, 단독주택에 대한 비용 최적화된 제로에너지 솔루션에 따르면 연간 추가 비용은 -14.7%에서 -4.4%, 공동주택의 경우 1.1%에서 4.8%로 나타남

● 사무소 건물의 연간 추가 비용은 12.0%에서 26.2%로 나타나 신축 사무소 건물의 실제 시장보다 높게 나타났으며, 이는 경제성 분석 계산에서 생애기간을 짧게 잡았기 때문인 것으로 판단됨

● 불가리아에서는 지역난방을 활성화시키는 것이 제로에너지 건물 시행 및 건물에너지 성능 향상을 위해 매우 중요한 전략이 될 수 있음. 뿐만 아니라, 지역난방은 공동주택과 사무소 건물에도 싼 값의 난방 열원을 공급할 수 있음

(p.17:1~13)

● 본 연구에서 CO2 보상을 고려하지 않을 경우, 공동주택은 열원으로 지역난방을 사용하면 CO2 배출량이 3kg/㎡을 초과하는 것으로 나타나(신재생에너지의 54%를 담당하도록 설정), 제로에너지 솔루션으로는 부족한 것으로 판단됨

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

● 지역난방은 가장 융통성 있는 에너지원 전략이며, 제로에너지 건물 실현을 위한 핵심 수단이 될 것임

● 상기 분석 및 [표 5] ~ [표 7] 결과, 추가비용, 태양광발전 보상 등을 고려하여 불가리아에서의 제로에너지 건물을 위한 기준을 설정하면 [표 9]과 같음

(p.17:21~끝)

 

[표 9]불가리아의 제로에너지 기준(p.18 표 9)

 

5. 제로에너지 솔루션의 직,간접적 혜택

● 다른 경제활동에 비해 초기투자비용이 높고, 회수기간은 길지만, 건물 사용자, 소유주, 건설회사, 국가 예산 및 사회 전체에 다양한 혜택이 주어짐

● 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 공기환경을 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 실내공기질과 cold home(난방이 안 되는 집) 감소로 특히 저소득층 또는 노인층에게 큰 이점이 있음

○ 거시경제 측면에서는 시범 프로젝트나 시장의 변화를 꾀함으로서 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 고용창출 가능

○ 화석연료 의존도가 낮아지므로 향후 에너지비용 부담으로부터 자유로워 질 수 있음

(p.19:6~끝)

● 본 연구는 합리적인 방식으로 제로에너지로 인한 이점에 가중치를 두어, 아래 표와 같이 CO2 배출 절감량, 에너지 절감량, 추가 투자비용, 고용 창출 측면에서 2050년까지의 효과를 분석함

(p.20:1~5)

 

[표 10]제로에너지 건물 시행으로 인한 2020년~2050년까지의 효과(p.20 표 10)

 

6. 불가리아의 2020 로드맵

● 제로에너지 건물 관련 기존 연구 및 불가리아 현황에 대한 분석을 바탕으로 아래와 같이 불가리아의 제로에너지 건물 수행을 위한 로드맵에 대한 몇 가지 방향을 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. 커뮤니케이션은 소비자와 시장에 인센티브 및 활용 가능한 에너지효율 방안에 대한 정보를 제공할 수 있으므로 필수적이며, 이해당사자 간 광범위한 합의는 건물 관련 정책 입안 전 과정에서 필연적임

3. 단순하면서도 효과적인 모니터링과 제어를 통한 계획안 영향력 평가는 해당 정책의 위험요소 분석, 향후 과제, 이점 등을 분석하는데 있어 매우 중요함

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 불가리아 자국 및 유럽연합의 에너지 및 기후 전략과 맥락을 같이 해야 함

7. 유럽연합 각 국의 제도 및 정책은 성공적인 시행을 위해 타국과 협상 또는 조율할 필요가 있으며, 이에 대한 좋은 사례로 영국의 CERT(Carbon Emissions Reduction Target)를 들 수 있음. 시장에서 명쾌하고 일관된 제도로 정착하기 위해서 재정의 중복 지원은 반드시 피해야 함

(p.22:1~끝)