1. 서론 (p. 269)

ㅇ 인공환경(built-environment)은 이들을 건설하거나 운영하기 위해서 상당한 자원을 소모하는 주요 자원소모인자임

ㅇ 빌딩은 전세계 에너지 소비량의 1/3을 소비하며, 이러한 인공환경은 인구, 풍요로움 및 도시화가 증대될수록 지속적으로 증가함

ㅇ 미국의 빌딩들은 1차 에너지의 40%를 소모하고, 산업부문에서 32%, 교통분야에서 28%를 소비함

ㅇ 관련 연구결과에 의하면 상업용 및 주거용 빌딩들이 전체적으로 미국의 1차 에너지의 40% 및 전기에너지의 70%를 소비함

ㅇ 빌딩의 냉방 및 난방을 위해 온실가스의 40%가 발생하고, 만일 현재의 추세가 지속된다면 2025년에 이르러서는 산업부문과 교통부문을 합한 만큼의 에너지를 소비하는 가장 비중이 큰 에너지 소비원이 될 것임

ㅇ 이러한 추세를 반전시키고 에너지 및 온실가스를 저감할 수 있게 하기 위해서는 새롭고 급진적이며 포괄적인 전략개발이 필요함

ㅇ 현재 유망한 새로운 전략들 중 하나는 순제로에너지(NZE)의 개발로서 연간 빌딩이 소비하는 만큼의 에너지를 재생에너지원을 이용하여 생산하는 개념으로서 궁극적으로 자급이 가능한 빌딩의 구현임

 

2. NZE(순제로 에너지)개념 (p. 270)

ㅇ 일반적으로 순제로에너지 빌딩은 전력망에 연결되어 있는 것으로 가정하며, 상시적으로 전력망에 에너지가 흘러나가거나 흘러들어오게 됨

ㅇ 즉 에너지 저장 시스템이 건물에 위치하는 것이 아니고 전력망을 에너지 보존의 도구로 사용하는 것임

ㅇ 미 국가 재생 에너지 연구소(U.S National Renewable Energy Laboratory)에서는 순제로 에너지 빌딩을 다음과 같은 몇 가지로 구분하고 있음

1) 연간 순제로 영역 에너지

ㅇ 순제로 에너지빌딩에 대해 가장 일반적으로 이식되고 있는 개념으로 연간 기준으로 빌딩에서 방출되는 에너지 이력만큼 전력망으로부터 전기를 끌어 쓰거나 천연가스를 사용하는 개념

ㅇ 건물에서 생산되는 에너지는 일반적으로 전기 에너지이며 에너지량의 측정은 건물영역 내에서 측정됨

ㅇ 이때 빌딩의 영역 내에서 생산되는 목재나 메탄가스를 이용한 에너지량은 포함시키지 않으며 오직 빌딩 내부에서 생산되는 에너지만 포함됨

2) 연간 순제로 자원 에너지

ㅇ 빌딩에서 사용되는 외부생산 에너지 도입량의 총량은 반드시 빌딩에서 생산된 에너지량과 같아야 함

ㅇ 미국 내에서 전기에너지의 경우 1단위의 전기에너지량을 생산하기 위한 연료에너지 의 사용량은 3배에 달함

ㅇ 또한 빌딩에 1단위의 천연가스 에너지를 공급하기 위해 1.1단위의 연료에너지의 사용이 필요함

ㅇ 이러한 수치는 빌딩 에너지원으로는 전기에너지 보다는 화석연료 에너지 사용을 선호하도록 함

3) 연간 순제로 에너지비용

ㅇ 연간 순제로 에너지비용 빌딩의 경우, 빌딩소유주가 빌딩 대지에서 생성한 전기에너지로 인해 얻은 비용수입의 금액이 빌딩에서 사용한 전기 및 가스사용 비용과 같도록 하는 개념임

ㅇ 천연가스가 보다 저렴하기 때문에 동일한 양의 천연가스 에너지를 상쇄하기 위해 보다 작은 양의 전기에너지로 상쇄가 가능

4) 연간 순제로 배출량

ㅇ 이 개념은 빌딩에 전력 등을 공급하기 위해 사용한 에너지의 가스 배출량을 상쇄하는 개념이며 여기서 배출가스는 일반적으로 온실가스(Greenhouse Gas)를 말함

ㅇ 결과적으로 이 연간 순제로 배출량 빌딩의 다른 명칭으로는 “기후 중립화빌딩(Climate Neutral Building) 이라고 함

ㅇ 배출가스의 상쇄를 위해서는 빌딩 현장에서 생산한 태양광 에너지 또는 “재생에너지 인증(RECs)"/”녹색 태그(Green Tag)" 등과 같은 인증을 구입하게 함

 
3. 순제로 에너지 빌딩에 대한 에너지 예산 수립 (p. 271)

ㅇ 순제로 에너지 빌딩을 구축하기 위해서는 다음과 같은 몇 가지 사안에 대단히 좌우되기 때문에 상당히 어려운 절차임

  - 빌딩 설계시 가능한 최소한의 에너지를 사용하도록 계획

  - 빌딩에서 거주하는 사용자들이 에너지 보존에 대한 의지를 가지고 있어야 함

  - 거주민들에게 정보를 제공하고 에너지 사용량을 저감하도록 도와주는 피드백 및 지원시스템 구축

  - 빌딩 영역 및 빌딩 옥상 면적은 재생에너지 특히 태양광 에너지 설치가 가능하도록 조치해야 함

ㅇ 이러한 요소들은 태양광 동력 순제로에너지 건물들의 몇 가지 중요한 제약사항을 나타냄

ㅇ 평균적인 태양광 패널의 경우 대단히 연료효율이 높은 상업사무실 빌딩에서 약 110Kwh/m2을 연간 생산함

ㅇ 미 전역에서 6개소의 상대적으로 연료 효율성이 높은 사무실 및 학술건물에 대한 NREL의 연구결과 단층 사무실건물은 순제로 에너지 성능을 확보하는 것이 가능하나 2층 건물은 확보하지 못하는 것으로 결론이 남

ㅇ 만일 주차장 공간과 같은 빌딩 대지에 추가적인 공간이 있을 경우에는 다층빌딩에서 순제로 에너지화가 성립될 수도 있음

ㅇ 또한 만일, 풍력에너지 획득이 가능하다면 보다 대규모의 순제로 에너지 빌딩, 심지어 고층빌딩에 까지 적용이 가능

ㅇ 일사광량(Solar Insolation)은 전 세계에서 지역에 따라 연간 1,000Kwh/m2에서부터 2,500Kwh/m2 으로 다양하게 발생함

ㅇ <그림 1> 에서는 미국, 스페인 및 독일에서의 연간 일사광량치를 나타냄

ㅇ 태양광 기술을 기초로 한 순제로 에너지 인공시설물은 100% 태양광을 사용한다고 가정했을 경우 빌딩의 지리적 위치, 빌딩의 에너지 이동경로(footprint) 및 태양광 기술의 효율 등에 의해 사용할 수 있는 층수가 제한됨

     

< 그림 1, 미국의 연간 일사광량은 독일에 비해 월등히 높고, 스페인과 북아프리카에 비견될 만함, 출처 : 국립 재생에너지 연구소(NREL)>

  

4. 미국의 태양광 산업 및 태양광 시설물 현황 (p. 273)

ㅇ 태양광 발전소자(Solar PV)의 수요는 급속도로 증가하고 있음

ㅇ 이 태양광 집적소자에 대한 미국 내의 수요는 2008년을 기준으로 전 세계수요의 6%에 불과했지만, 추세가 반전되어 새로운 행정부는 재생에너지 투자에 상당한 호감을 나타내고 있으며, 재생에너지에 대한 늘어나는 공공투자 요구는 이러한 시나리오를 반전시킴

ㅇ 비록, 향후 4년 동안 미국의 시장전망은 스페인, 독일 및 일본에 비해 상대적으로 침체를 보일 것이지만, 주요 태양광 소자시장은 가장 급격한 성장세를 보일 것임

ㅇ 미국의 태양광 발전소자의 기본 시나리오상의 수요 증가치는 2012년도에 1,515MW로서 2008년도 이래 48%의 연간 증가율을 보임

ㅇ 이 기간 동안 낙관적 시나리오에 의한 예측 평가는 2012년에 2,022MW에 달하는 것으로 예측함

ㅇ 이 기간 동안 미국은 스페인 및 독일마저도 추월하여 세계 제일의 태양광 발전소자 시장으로 등극이 예상됨

ㅇ 비록 캘리포니아의 시장 점유율은 전체 미국 시장점유율의 50% 정도로 상대적으로 꾸준한 추세를 보이고 있으나, 후발시장(Second-tier market)의 수익은 절대규모의 증대로 인해 동반하여 증대되게 됨

ㅇ 미국시장은 태양광 발전소자의 설치를 유도하는 인센티브와 프로그램들이 각기 다른 50개주의 시장으로 구성되어 있는 세계적으로 독특한 시장임

 

5. 순제로 에너지 상업빌딩 (p. 275)

ㅇ 순제로 에너지 상업빌딩의 연구 및 개발은 순제로 에너지 빌딩 추진계획에 의해 수립된 “에너지 안보 및 독립방안 2007(ESIA 2007)"에 의거하여 미국의 국가정책으로 추진됨

ㅇ 이러한 계획(Initiative)에서 천명된 목적은 다음과 같은 범위의 빌딩에 대해 순제로에너지 상업빌딩의 개발 및 설치를 위한 기술, 실행방안 및 정책을 개발하고 확산시키기 위함임

  (1) 2030년 까지 신규 건설되는 미국의 모든 상업용 빌딩

  (2) 2040년 까지 미국의 모든 상업용 빌딩의 50%

  (3) 2050년 까지 미국의 모든 상업용 빌딩

ㅇ 순제로 에너지 상업용 빌딩을 건설하려는 움직임의 배경이 되는 국가적 및 주정부 차원의 정책추진의지와 더불어서 2009년 12월 미국 냉난방 및 에어컨 기술자협회(ASHRAE)에서 건물 에너지 할당(Building EQ)프로그램을 발족시켜 순제로 에너지 빌딩을 상업용 빌딩의 가장 높은 등급으로 격상시킴

ㅇ 실재로 현재 미국 순제로 에너지 빌딩 데이터베이스에는 단지 8개에 불과한 비주거용 빌딩이 등재되어 있으며 이들 대부분은 상대적으로 소형 빌딩들임

 

6. 순제로 에너지주택 (NZE) (p. 276)

ㅇ 미국의 에너지 사용량 저감방법에서 특히 중요성을 부여하는 분야는 주택분야, 특히 단독주택임

ㅇ 비록 대부분의 주택이 기존에 지어진 거주용 건물로 구성되어 있지만 상당량의 신규 주택건물 약 3,400만 채가 2005년부터 2030년 사이에 지어질 것으로 추정됨

ㅇ 결과적으로 급격히 증대하는 신규주택 건설이 미국 에너지 소비량을 감소시키고, 재생에너지 사용으로 전환하는데 대단히 중요한 역할을 수행함

ㅇ 일부 지역에서는 이미 주택들에 대해서는 순제로 에너지를 적용하도록 정책변경을 추진하고 있으며 다른 형식의 빌딩들도 멀지 않은 기간 내에 추진예정임

ㅇ 매 격년마다 캘리포니아 에너지 위원회(CEC)에서는 주에서 적용하는 건설시방서의 에너지 항목인 “Title 24”를 포함하는 에너지 정책에 대한 권고안이 수록된 “통합에너지 정책리포트”를 발간함

ㅇ 이 보고서의 2007년 판에는 2030년 까지는 상업용 빌딩에 대해, 2020년까지는 주거용 건물에 대해 순제로 에너지 성능을 규정하는 Title 24 개정 권고사항이 수록됨

ㅇ CEC는 이러한 목적을 포함하는 새로운 법령은 불필요하며, 이러한 기조는 이미 정착단계에 들어선 것으로 보고 있음

ㅇ 캘리포니아 주에서 수립한 목표는 “2030 Challenge goals"에 고무된 것으로 이 내용은 비영리 조직인 ”Architecture 2030"의 2030년 까지 빌딩에서 화석연료 사용을 추방하도록 요구함

ㅇ 캘리포니아 주의 목표는 화석연료사용을 대체하는 순제로에너지 성능에 초점을 맞추고 있음

ㅇ CEC는 위원회에서 제시한 순제로에너지 성능의 정의와 많은 권고안들의 기반을 “캘리포니아 공공 유틸리티 위원회(CPUC)"에 두고 있으며 여기서 천명하는 목표 ”전기 및 가스공급망에서의 비(非)구입“ 원칙은 ”에너지효울 설계“와 ”현장의 청정한 분배형 발전“목표와 부합하는 것으로 천명함

ㅇ 2007년 9월5일 텍사스 오스틴의 도시위원회에서도 2015년 까지 순제로 에너지를 구현할 수 있는 신규 단독주택에 대해 규정하는 “제로에너지 구현주택(ZECH)" 프로그램을 수립하는 결의안을 통과시킴

ㅇ 이 주택들은 현재 “오스틴 에너지 설계기준, 2006”에 의해 건설되는 주택에 비해 65% 에너지 효율이 우수하며, 재생에너지 발전장비를 빌딩 영역에 설치하여 제로에너지 주택화 하는 것이 보다 효율성이 증대될 것임

ㅇ 이 프로그램은 현재 시행단계에 있음

    

7. 토론 및 결론 (p. 279)

ㅇ 순제로 에너지 빌딩을 추구하기 위한 전략과 기술은 최근 급격히 치솟는 에너지 가격, 외국 에너지 자원에 대한 과도한 의존에 대한 대응방안이며 기후변화에 대한 중요한 대처방법임

ㅇ 미 전역의 국가, 주정부 및 지방정부를 포함하는 미 전역에서는 이러한 문제점 등을 성공적으로 해결하는 한 방법으로 받아들이고 있으며, 건물 소유자들에게 자율권의 확대와 에너지 독립성을 제공함

ㅇ 이러한 순제로 에너지 빌딩 구현을 지원하는데 대단히 핵심적인 몇 가지 기술의 개발은 급속히 발전하고 있는데 이들은 태양광 소자판의 효율성, 기구효율성, 피드백 /제어시스템/조명 및 전열기구 효율성의 증대 등임

ㅇ 순제로 에너지 개념은 개별 빌딩들 뿐 만 아니라 재생에너지 시스템을 사용하는 빌딩집단에 적용할 수도 있음

ㅇ 순제로 에너지 개념의 한 가지 제약사항은 단층 빌딩에 마저 적용하기 어렵고, 상당한 대지공간과 태양광 소자를 사용할 수 있는 경우를 제외하고는 고층빌딩에는 사실상 설치가 불가능하다는 점임

ㅇ 초기 시행이 어려운 점에도 불구하고 순제로 에너지 개념은 극도의 에너지 보존과 재생에너지 시스템을 사용하여 에너지 자립빌딩의 건설이 가능하도록 하는 재생에너지 기술을 포함한 고성능 그린빌딩으로의 과감한 이동을 나타내고 있음