건축물 에너지절약설계기준

왜 배우는가: 건축물 에너지절약설계기준은 건축 인허가 단계에서 전기·기계·건축 설계가 적합한지 판정하는 실무 기준이다. 건축전기설비기술사는 전기부문 의무사항과 신·재생에너지설비 설계기준을 설계 검토와 감리에서 직접 다루므로 실무 필요성이 크다. 기술사 시험에서도 설계기준 항목을 체계적으로 설명하는 문제가 2회 이상 반복 출제되었다.

출제 이력: 제138회 2교시 3번, 제89회 4교시 1번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

건축물 에너지절약설계기준 전기부문은 에너지절약계획서 제출 대상 건축물의 전기설비에 적용하는 의무사항과 권장사항을 정한 기준이다.

• 건축물 에너지절약설계기준
• 에너지절약계획서
• 의무사항
• 권장사항
• 전기설비부문
• 신·재생에너지설비부문
• 에너지성능지표

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 건물을 지을 때 에너지를 덜 쓰도록 정해 둔 설계 규칙이다. 건축, 기계, 전기, 신·재생에너지 분야별로 나뉘어 있고, 각 분야의 설계자가 지켜야 할 최소 조건을 담는다.

정식 정의는 「녹색건축물 조성 지원법」 제12조, 제14조 및 같은 법 시행령에 따라 건축물의 효율적인 에너지 관리를 위해 정한 열손실 방지, 에너지절약계획서 작성, 설계 검토서 작성 기준이다. 이 기준은 목적 조항(제1조)에서 그 범위를 밝힌다.

의무사항은 건축주와 설계자가 설계 시 필수로 적용해야 하는 사항이다. 반면 권장사항은 선택적으로 채택할 수 있는 사항이다. 이 구분은 기준의 가장 기본 구조이므로 답안에서 반드시 먼저 밝힌다.

에너지절약계획서는 에너지절약계획서 제출 대상 건축물이 허가·신고 단계에서 제출하는 서류다. 여기에는 의무사항 적합 여부와 에너지성능지표 점수 자료가 들어간다. 즉 의무사항은 최소 조건, 에너지성능지표는 점수제 판정 수단이다.

전기설비부문에서 의무사항은 수변전설비, 간선 및 동력설비, 조명설비 세 영역으로 나뉜다. 신·재생에너지설비부문은 「신에너지 및 재생에너지 개발·이용·보급 촉진법」에 따른 설비 지원 규정을 따르도록 되어 있다.

3. 등장 배경과 필요성

건물은 국내 최종 에너지 소비의 큰 부분을 차지한다. 기후변화협약 대응과 에너지 가격 변동에 따라 건물의 에너지 소비를 줄이는 제도가 필요해졌다. 이에 따라 건축 설계 단계에서 에너지 성능을 미리 검토하도록 제도가 마련되었다.

초기에는 열손실 방지 중심의 단열 기준이 중심이었다. 이후 설비와 조명, 신·재생에너지 설비까지 포괄하도록 기준이 확대되었다. 현행 기준은 건축, 기계, 전기, 신·재생에너지 부문을 함께 다룬다.

전기설비는 건축물 에너지 소비에서 조명과 동력 부하가 크므로 에너지절약 효과가 직접적이다. 변압기 손실, 역률, 조명 효율, 대기전력 차단 등이 설계 항목으로 들어간다. 따라서 건축전기설비 설계자는 이 기준을 설계 초기부터 반영해야 한다.

신·재생에너지설비는 건물에 태양광, 태양열, 지열 등을 설치해 에너지 자립도를 높이는 수단이다. 설치 위치, 방위각, 구조 안전성 같은 조건을 함께 검토해야 한다. 이 부분은 전기설비와 건축구조 검토가 맞물리는 영역이다.

이러한 배경 때문에 본 기준은 설계 검토서 제출 제도와 연계되어 운영된다. 제출 대상에 해당하면 전기설비부문 의무사항과 신·재생에너지설비부문 의무사항을 모두 충족해야 한다.

4. 구성요소·원리·절차

건축물 에너지절약설계기준(이하 에너지절약설계기준)의 전기설비부문과 신·재생에너지설비부문은 건축전기설비가 에너지를 적게 쓰도록 설계단계에서 정한 의무사항의 묶음이다. 수변전설비, 간선·동력설비, 조명설비, 신·재생에너지설비가 각각의 설계기준을 가진다. 도식은 설계기준이 설비 흐름의 어느 곳에 걸리는지 보여준다.

위 표는 4개 구성 영역을 3~5열로 나눈 것이다. 수변전설비는 손실이 가장 큰 변압기가 핵심이고, 간선·동력설비는 역률과 전압강하가 핵심이다. 조명설비는 사용 시간을 줄이는 제어가 핵심이다. 신·재생에너지설비는 건축물 구조 안전과 함께 검토한다.

원리는 세 가지다. 첫째, 무효전력을 줄이면 전류가 줄고 선로 손실이 줄어든다. 둘째, 사용하지 않는 구간의 조명을 끄면 조명 부하가 줄어든다. 셋째, 재생에너지를 건물에서 직접 생산하면 1차에너지 소요량이 줄어든다.

절차는 다음과 같다.

• 건물 용도와 규모에 따라 전기부하를 산정하고 변압기 용량을 정한다.
• 변압기는 고효율제품으로 선정하고 대수 제어가 가능한 회로를 구성한다.
• 전동기별 역률개선용커패시터를 배치하고 간선의 전압강하를 검토한다.
• 조명 회로는 부분 점멸이 가능하도록 구분하고 자동 제어 방식을 정한다.
• 신·재생에너지설비의 설치 위치, 방위각, 경사각과 구조 하중을 검토한다.
• 설계 결과를 에너지절약계획서의 전기부문 항목에 반영한다.

전기부문의 핵심 공식은 역률 개선 후 무효전력이 얼마나 줄었는지 나타내는 식이다.

$Q_c = P(\tan\theta_1 - \tan\theta_2)$

여기서 Q_c는 필요한 콘덴서 용량(kVar), P는 유효전력(kW), \theta_1은 개선 전 역률각, \theta_2는 개선 후 역률각이다.

5. 관련 법령·기준·표준

에너지절약설계기준의 근거는 「녹색건축물 조성 지원법」과 그 시행령·시행규칙이다. 기준은 건축부문, 기계설비부문, 전기설비부문, 신·재생에너지설비부문으로 나뉜다. 전기설비부문의 의무사항은 제10조에 있고, 신·재생에너지설비부문의 의무사항은 제12조에 있다. 두 부문 모두 에너지절약계획서 제출 대상 건축물에 적용된다.

전기설비부문은 변압기, 역률 개선, 간선 전압강하, 조명 제어, 일괄소등스위치를 다룬다. 간선의 전압강하는 한국전기설비규정(KEC)을 따른다. 신·재생에너지설비는 「신에너지 및 재생에너지 개발·이용·보급 촉진법」과 관련 고시에 따른다.

위 표의 값은 설계기준 원문의 조건을 그대로 옮긴 것이다. 전압강하 수치 자체는 KEC에 따른다. 역률 개선 공식은 설계 실무에서 널리 쓰는 식이다.

개정 연혁은 다음과 같다. 2021-01-01부터 전기설비 기술기준 판단기준이 한국전기설비규정(KEC)으로 대체됐다. 설계기준의 전기 항목은 이 체계에 맞춰 KEC를 참조한다. 최근 신·재생에너지 설비 지원 규정은 고시로 갱신된다. 학습자는 최신 고시 명칭을 확인하여 답안에 쓴다.

에너지절약계획서 제출 대상은 연면적 기준으로 정해지며, 연면적 500㎡ 이상 건축물이 기본 대상이다. 전기설비 의무사항은 이 대상에 적용된다.