제로에너지건축 기술

왜 배우는가: 제로에너지건축물은 건물 에너지 절감과 신재생에너지 생산을 함께 요구하는 제도이며, 공조냉동 분야에서는 공조계획과 설비 선정이 인증 등급을 좌우한다. 패시브 기술과 액티브 기술의 구분은 1교시 용어 문제와 2~4교시 논술 문제에 반복해서 출제되므로 개념의 틀을 먼저 잡아야 한다.

출제 이력: 제133회 2교시 3번, 제127회 1교시 10번, 제95회 1교시 3번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

제로에너지건축물은 패시브 기술로 에너지요구량을 줄이고 액티브 설비와 신재생에너지로 남은 1차 에너지 소요량을 줄여 연간 에너지 소요량을 거의 0에 가깝게 한 건축물이다.

• 제로에너지건축물, 패시브 기술, 액티브 기술
• 에너지요구량, 1차 에너지 소요량, 에너지 자립률
• 외피 단열, 열회수 환기, 신재생에너지

2. 개념 풀이

쉬운 말로 풀면, 집을 잘 지어 덜 쓰게 만들고 남은 만큼을 기계와 태양광 같은 설비로 채워서 연간 에너지 수지를 0으로 맞추는 건물이다. 건물을 먼저 튼튼하게 만들고 설비는 나중에 붙인다는 순서가 핵심이다.

정식 정의는 건물이 필요로 하는 에너지를 최대한 줄이고, 줄이고 남은 에너지를 건물 자체 또는 주변에서 생산한 신재생에너지로 공급하여 연간 1차 에너지 소요량이 0 또는 그에 가까운 상태가 되도록 한 건축물이다. 제로에너지건축물 인증 기준은 난방, 냉방, 급탕, 조명, 환기 등을 ISO 52016 등 국제규격에 따른 프로그램으로 종합 평가하도록 하고 있다.

에너지요구량은 건축물 자체의 형태, 방위, 창면적비, 외피 성능에 따라 정해지는 에너지량이다. 설비 효율과 무관하게 건축 요소가 얼마나 에너지를 필요로 하는지를 나타낸다. 패시브 기술은 이 값을 낮추는 수단이다.

1차 에너지 소요량은 건물이 사용하는 에너지를 발전·송배전 손실까지 포함한 원천 에너지로 환산한 값이다. 인증 평가의 기준 항목이며, 설비 효율을 포함해 판단한다. 액티브 기술은 이 값을 낮추는 수단이다.

에너지 자립률은 건물이 사용하는 에너지 중 신재생에너지로 공급하는 비율이다. 인증 기준에서는 신에너지 및 재생에너지를 활용한 에너지 자립률을 별도 평가 항목으로 둔다.

패시브 기술과 액티브 기술의 관계는 순서로 이해하면 된다. 패시브 기술은 기계를 쓰기 전 건물 자체의 열 부하를 줄이는 설계 단계 기술이고, 액티브 기술은 줄어든 부하를 효율적인 설비와 신재생에너지로 처리하는 설비 단계 기술이다. 따라서 패시브 없이 액티브만 강화하면 에너지 절감의 상한이 낮아진다.

3. 등장 배경과 필요성

건물은 전체 1차 에너지의 상당 부분을 소비하고 온실가스 배출의 큰 비중을 차지한다. 신재생에너지시스템 분야의 참고 자료에 따르면 건물은 전체 1차 에너지의 약 25%를 소비하고 CO₂를 30% 이상 배출하며, 이 때문에 유럽은 2016년부터 거주건물에 제로에너지 구축을 의무화하는 방향으로 나아갔다.

국내에서는 건축물의 에너지 성능을 등급으로 관리하는 체계와 함께 제로에너지건축물 인증제도가 운영되고 있다. 인증 기준은 난방, 냉방, 급탕, 조명, 환기 등에 대한 1차 에너지 소요량, 신재생에너지를 활용한 에너지 자립률, 건축물에너지관리시스템 설치 여부를 평가 기준으로 삼는다.

건축 요소의 성능을 높이는 것이 먼저 필요한 이유는 설비 효율만으로는 한계가 있기 때문이다. 외피 단열과 창호 성능을 높여 에너지요구량을 낮추면, 이후 설치하는 냉난방 설비의 용량과 운전 에너지가 함께 줄어든다. 공조냉동기계기술사 입장에서는 이 연쇄 효과를 설명하는 것이 핵심이다.