1. 서론

● 유럽연합에서는 EPBD (Energy Performance of Buildings Directive) 제정을 통해 건물 에너지성능을 규제하기 시작함

● 2002년 12월 EPBD의 큰 틀을 갖추었으며, 당시는 몇몇 국가만이 EPBD를 자국 법규에 반영함

● 2008년부터 2009년까지 개정되는 과정을 거쳐, 2009년 11월 개정 내용에 대한 최종 합의 후, 2010년 5월 19일 개정된 EPBD를 고시함

● 개정된 여러 항목 중, 건물 에너지성능을 비용 최적화 수준으로 달성하기 위해 이에 대한 메커니즘을 도입한 것이 가장 핵심적임

● 개정 전 EPBD에서는 건물 에너지성능에 대한 일반적인 내용만을 언급, 각 국에서 허용 가능한 건물 에너지소비량의 최대값을 자체적으로 설정하도록 규정함

● 결과적으로 유럽연합 각 국은 건물 에너지소비량에 대한 다양한 방법론, 다양한 목표치를 가지게 됨

● 개정된 EPBD는 모든 유럽연합 국가에서 비용 최적화를 통해 건물 에너지성능을 구현할 것을 명시, 비용 최적화는 비교방법론을 따라 계산할 것을 규정함

● 이에 본 연구는 비용 최적화 계산을 위한 방법론과 관련 핵심 요소들을 검토함으로서, 유럽연합에서 현재 활발히 논의되고 있는 비용 최적화 방법론을 확립하는데 목적이 있음

● 본 연구는 BPIE (Building Performance Institute Europe)의 2010년 연구보고서 ？Cost Optimality-Discussing methodology and challenges within the recast Energy Performance of Buildings Directive？에서의 방법론을 검토한 후, 추가적으로 세부 내용 및 견해를 도출함

(p.2:1~끝)

 

2. 건물 에너지성능의 최소 요구수준 도출

● 건물 에너지성능의 비용효율은 기준 모델에 에너지소비량 또는 CO2 배출량 관련 몇 가지 아이템을 적용한 뒤, 건물 혹은 구성 부재 단위로 전 생애비용을 계산하여 평가함

● 비용의 경우 사회적 관점 혹은 개인적 관점에 따라 그 결과가 달라질 수 있으나, 건물 에너지성능 평가에서는 사회 전체의 이득을 위해 사회적 관점에서의 비용을 적용함

● 그러나 사회적 관점 그리고 개인적 관점 사이의 평가 결과 차이를 좁히기 위해 개인적 관점에서의 비용 계산도 중요하며, 차이가 크게 날 경우 법적, 정치적, 경제적 수단이 개입되어야 함

● 비용에서 사회적 혹은 개인적 관점을 결정짓는 요소는 이자율, CO2 비용의 제외 혹은 포함, 보조금, 세금 등이 있음

● 기준 모델은 건물의 용도, 형태 등이 대표성을 가지고 있어야 하며, 신축 건물과 기존 모델을 구분해야 함

● 기준 모델에 적용된 1차 에너지 관련 몇 가지 대안들에 대한 비용 계산 결과는 [그림 1]과 같으며, 비용 계산에 대해서는 본 연구 6.2에서 자세하게 다룸. 또한, 그 다음 그래프에서는 CO2 배출량 관련 평가를 나타냄

(p.4:1~끝)

[그림 1] 대안별 비용계산 결과(p.5 Figure 1)

 

● [그림 1] 결과로부터 [그림 2]와 같이 비용곡선을 도출할 수 있으며, 여기에서 가장 낮은 비용을 나타내는 대안([그림 2]에서 대안 3)이 건물에서의 비용 최적화된 최소 요구수준이라 할 수 있음

● 만약 대안 간 비용이 같다면, 이 경우는 에너지소비량이 더 낮은 대안을 선택함

(p.5:1~끝)

[그림 2] 비용 최적화 대안 결정(p.6 Figure 2)

 

● [그림 3]에서 지속가능한 건물을 위한 최소 요구수준은 가장 낮은 비용으로 최소의 에너지소비를 하는 대안을 말하며, 이는 현재 기술수준의 대안보다 비용이 덜 들거나 혹은 같아 질 수도 있음

● 사회의 우선순위를 위해서는 개인을 위한 비용 최적화 수준보다 강력한 최소 요구수준이 도출될 수 있으며, 이는 [그림 3]에서 best practice 왼쪽 편을 의미함

(p.7:1~끝)

[그림 3] 최소 요구수준의 결정(p.8 Figure 3)

3. 기준 모델

● 기준 모델은 해당 국가 혹은 지역 단위로 신축 건물과 기존 건물을 구분하여 해당 성격을 가장 잘 대표할 수 있는 건물이어야 함

● 그러므로 기준 모델 설정 시, 국가 또는 지역의 건물 유형 체계를 따라야 하며 또한 아래 내용을 참고해야 함

 

● 성능 요구 수준 체계

○ 건물 에너지성능 요구 수준 체계를 기후대별로 구분할 경우, 각 기후대별로 기준 모델을 설정해야 함

○ 에너지성능 요구 수준 체계를 건물 용도별, 내용연수별 등으로 구분할 경우, 기준 모델은 각각 따로 설정해야 함

● 기후 데이터

○ 제도적으로 기후대를 구분할 경우, 기후 데이터는 EN ISO 15927-"Hygrothermal performance fo buildings-Calcuation and presentation of climatic data"를 참고할 것

○ 국가 또는 지역별 냉난방도일은 EUROSTAT 데이터를 참고할 것

○ 최고？최저 실내온도, 불쾌적일수는 제도적으로 인정받은 국가 또는 지역의 표준 데이터를 사용해야 하며, 해당 데이터 부재 시 EN 15251을 참고할 것

● 향과 그림자

○ 건물의 규모, 창 표면적비, 향, 인근 건물 및 수목 등으로부터 발생하는 그림자 등은 건물에서의 태양열 취득에 상당히 많은 영향을 미쳐, 결과적으로 냉난방부하에 직접적으로 영향을 미침

○ 따라서 기준 모델은 향, 태양열취득, 그림자, 인공조명 수요 정도 등을 평균 수준으로 설정해야 함

(p.12:1~끝)

● 구조체 특성

○ 바닥, 지붕, 건물 외피에 적용되는 재료는 건물 에너지성능에 직접적으로 영향을 미침

○ 예를 들어, 중량 구조체는 하계 냉방부하를 저감하는 효과가 있음

○ 따라서 기준 모델은 건물 유형별로 평균 수준의 특성을 반영해야 하며, 만약 특정 건물 용도가 충분히 많이 분포하고 있다면 해당 용도는 구조체별(중량 구조체, 경량 구조체)로도 구분할 것을 권장함

(p.13:1~7)

 

4. 대안 설정

● 여러 수단이 조합될 경우, 개별 수단일 때에 비해 시너지효과를 발생하여 비용이나 환경성능 측면에서 보다 나은 효과를 가져올 수 있음

● 예를 들어, 여러 수단을 조합하여 대안을 설정하는 경우, 짧은 회수기간을 갖는 수단과 초기 투자비가 높아 긴 투자회수기간을 갖지만 장기적으로 1차 에너지 사용량 또는 CO2 배출량 저감에 효과가 있는 수단의 혼용은 시너지 효과를 가져옴

● 많은 대안을 설정할수록, 보다 정확한 최적화 계산이 가능함

● 그러므로 비용 및 건물 에너지성능 관련 대안 설정이 결과의 다양성을 초래함

● 기존 건물 개보수 시, 모든 비용이 건물 에너지성능 개선에 투자되지 않을 수 있으므로 비용 계산 시 에너지 관련 비용만을 산정하는 것이 중요함

● 비(比) 에너지성능 수단에 대한 비용을 반영하기 위해서는, 에너지성능 개선에 도움을 주지 않는 수단(열관류율 변화 없이 창 교체, 기술력 변화 없이 설비시스템 교체 등)들의 총 비용(투자비용과 운전비)은 기준모델 설정 시 미리 평가해 놓아야 하며, 이후 기준모델과 대안과의 비교를 통해 기존 건물에서의 에너지성능 개선 효과를 평가함

(p.15:4~끝)

 

5. 최종에너지, 1차 에너지, CO2 배출량

 

5.1 EPBD를 위한 유럽표준(CEN)

● 2002년 제정 된 EPBD에서는 계산 방법론(3장), 에너지성능 최소 요구 수준(4장), 에너지성능 증명서(7장), 보일러 및 공조기기의 검사(8장, 9장)을 명시하고 있음

● 유럽연합의 공통된 방법론을 조장하고 국가별 비교검토를 가능케 하기 위해, 유럽의회는 CEN에 EPBD 이행을 위한 표준을 개발할 것을 요구

● 31개의 CEN 표준을 개발, 이에 대한 내용은 CEN/TR 15615:2008 "Explanation of the general relationship between various European standards and the Energy Performance of Buildings Directive (EPBD) - Umbrella Document"를 참고할 것

(p.17:1~9)

 

5.2 계산 방법

● 부하, 시스템 부하, 1차 에너지 소요량, CO2 배출량 계산은 CEN 표준에 따라 다음 순서를 따를 것

○ 난방, 냉방, 조명 부하를 계산

○ 난방, 냉방, 환기, 급탕, 조명을 위한 시스템 부하 계산

○ 1차 에너지, CO2 배출량과 같은 건물의 전체 에너지성능을 나타낼 수 있는 지표 계산

 

● 이에 계산 방법을 정리하면 다음과 같음

○ 첫 번째, 냉난방 부하를 계산하며, 이는 실내 설정온도를 유지하기 위해 시스템에서 공급되는 에너지량을 의미함. EN ISO 13790에서 냉난방부하 계산을 다루고 있음. 본 단계의 계산은 내부발열, 건물 특성, 외기 데이터, 실내 설정온도 등이 검토되어야 함

○ 일반적으로 건물 에너지성능의 비용효율을 평가하기 위해서, 월별 또는 년간 계산법을 사용함. 그러나 CEN 표준에서 제공하는 보다 정교하고 복잡한 계산을 적용할 수도 있으며, 특히, 냉방 에너지 요구량 계산 동적 시뮬레이션을 권장함

○ 두 번째, 난방, 냉방, 환기, 급탕, 조명(건물 제어 포함)에 소요되는 에너지량을 계산함. 각 용도별 그리고 에너지원별 소요 에너지량을 따로 계산하며, 본 계산에서는 열 손실, 분배, 저장, 생산, 팬 및 펌프 등에 소요되는 에너지를 모두 고려해야 함. 계산 결과로부터 1차 에너지 소요량 및 CO2 배출량을 계산함

○ 계산을 위해 시스템의 범위를 명확히 규정해야 하며, 보다 자세한 내용은 CEN 표준을 참고함

 

● 에너지 계산을 위한 전체적인 체계는 [그림 4]와 같음

[그림 4] 에너지 계산 체계도(p.19 Figure 8)

(p.18:1~끝)

 

5.3 결과

● 건물의 용도, 규모 등 특성이 다양하므로 kWh/㎡ 또는 CO2/㎡과 같이 결과를 나타내는 지표는 단순해야 함([그림 5] 참조)

● 건물 성능 지표로서 지붕, 외벽, 바닥, 창호 단열과 같이 건물 요소들에 대한 최소 성능 수준 역시 규정할 필요가 있음. 모든 요소는 고정하고 해당 요소의 성능 수준만 변화시키면서 최적 수준을 도출할 수 있음. 보일러나 기타 기기의 성능 수준은 Ecodesign Directive 체계를 따름(Ecodesign Directive에 따른 비용 최적화 방법론 및 요구수준을 검증하는 것은 향후 과제로 남아있음)

[그림 5] 건물 에너지성능 표시 지표(p.21)

(p.21:1~끝)

 

6. 비용평가 모델

 

6.1 평가 방법 개요

● 여러 대안의 에너지 효율, 신재생에너지가 건물에 미치는 영향을 평가하기 위해서는, 투자비용, 교체수선 주기, 운영비용 등이 정확하게 반영되어야 함

● 경제성을 평가하는 방법은 다양하게 존재하나, 여기에서는 전 생애기간 동안의 현금 흐름을 충분히 정확하게 반영할 수 있는 두 가지 방법을 소개함

○ 연가법(Equivalent annuity method) : 해당 기간 동안 모든 비용을 연가지수를 적용하여 매년의 평균 비용으로 변환하여 계산함

○ 현가법(Net present value) : 장기 프로젝트의 재정 평가를 위한 일반적인 방법론으로, 장기간 동안의 현금 흐름을 프로젝트를 시작하는 현 시점에서의 가치로 환산하여 계산함

(p.22:1~14)

 

6.2 평가 모델

● EN 15459는 에너지 수요에 영향을 미치는 다양한 시스템으로부터 얻은 데이터에 근거하여 난방 시스템의 경제성 평가 방법을 기술하고 있음

● EN 15459는 주거, 비주거, 신축, 기존 건물 등 모든 종류의 건물에 적용될 수 있으며, 난방, 급탕, 환기, 냉방, 조명, 건물 외피 및 단열에 투자되는 비용을 반영할 수 있음

● EN 14549는 연가법, 현가법(아래에서는 global cost calculation method라 함)의 두 가지 경제성 평가 방법을 모두 소개하고 있음

○ 연가법은 모든 비용을 매년의 평균 비용으로 환산하여 계산, 결과는 연간 비용으로 도출됨. 각각 다른 수명을 갖는 시스템 사이에서 발생하는 오류를 줄이기 위해 수명이 긴 기기까지도 포함시킬 수 있는 목표 회수기간 설정이 필요함

○ Global cost calculation method는 모든 시스템의 잔존가치를 고려하여 생애 기간 동안의 모든 비용을 현재 가치로 환산하는 방식으로, 주어진 생애기간 동안에 대해 이자율, 에너지 비용을 반영함

● 다음 절에서 단일 회수기간(장수명 기기의 잔존가치도 반영할 수 있는)을 적용, 현가법으로 생애비용을 계산하는 global cost calculation method를 소개함

(p.22:15~p.23:끝)

 

6.3 Global cost calculation

● 이 방법은 초기 투자비용, 매년 발생하는 연간 비용, 종가를 프로젝트 시작 시점의 가치로 환산하여 계산하며, 계산식은 아래와 같음

[그림 6] Global cost calculation 계산식(p.24)

 

● 할인율(Rd)은 실제 이자율 RR(인플레이션이 반영된 시장 이자율)과 비용의 계산 시점(시작 시점으로 얼마나 경과했는가)에 따라 달라짐

● 잔존 가치 Vf, τ (j)는 생애기간 마지막 시점에서의 초기 투자비용 감가상각 곡선에 의해 결정되며, 이는 프로젝트 시작 시점과도 밀접한 관련이 있음

● 폐기에 들어가는 비용이나 이득은 잔존가치에서 더하거나 뺄 수 있음

● EN 15459는 global calculation method에서의 생애기간을 특별히 몇 년으로 지정하고 있지는 않으나, 일반적으로 모든 기기의 수명을 포괄할 수 있으며, 고정된 이자율을 적용할 수 있는(은행 등에서 제공받을 수 있음) 30년이 많이 적용됨

(p.24:3~끝)

 

6.4 입력 변수

● 정확한 경제성 분석을 위해 아래 항목들에 대한 정보 수집이 요구됨

○ 에너지 관련 투자비용(단열재, 창호, 환기, 조명, 에너지 공급 시스템 및 제어장치 등에 투자되는 비용)

○ 교체？수선 비용

○ 유지？관리 비용

○ 에너지 비용(소비자가 지불하는 에너지 비용으로 이는 에너지 공급업체의 이윤이 포함된 비용임)

● 개인적 측면 혹은 사회적 측면 어느 입장에서 경제성을 분석하느냐에 따라 이자율, 보조금, 세금, 환경 비용과 같은 입력변수에서 차이가 발생하며, 이를 정리하면 아래 표와 같음

	개인적 측면	사회적 측면
이자율	시장 이자율 (인플레이션 적용됨)	이자율
보조금 및 인센티브	포함	불포함
세금	포함	불포함
환경 비용	불포함	포함

 

● 이외에도 개인적 측면에서는 저에너지 건축물 매매 시 이에 대한 가치를 인정해 주는 문제, 사회적 측면에서는 에너지 효율화를 통해 고용 창출을 이뤄낸 공로를 인정해 주는 문제 등과 같이 고려해야 할 사항이 더 존재하나, 경제성 분석에서는 이에 대한 모든 케이스를 반영하기는 어려움

(p.25:1~18)

 

6.5 결론

● global cost method 결과, 생애기간 동안 총 비용은 투자비용, 교체비용, 운영비용을 포함해 EURO화로 표기, 건물 형태별 또는 용도별 비교를 위해 이를 단위면적당 EURO로 표기하는 것이 바람직하며, 이때 바닥면적은 정확성 및 향후 비교 검토를 위해 유럽표준에 따른 전용면적으로 산정해야 함