[공학저널 김하늬 기자] 건축물의 노후화와 온실가스 배출 감축을 위한 기존 건물의 에너지 관련 리모델링 기술의 중요성이 부각되고 있다.
올해 국토교통부의 건축물 통계에 따르면 2022년도 전국 건축물 동수는 735만 동이며, 이 중 30년 이상 경과한 건축물은 41%, 10~30년 미만 건축물은 35.4%인 것으로 나타났다.
또한 국제에너지기구(IEA)의 2050 Net-Zero 로드맵은 전환부문의 기술혁신 속도를 고려해 오는 2040년까지 기존 건물의 절반이 Zero-Carbon-ready 상태로 개보수해야 탄소 중립이 가능할 것으로 보고 있다. 이에 따라 국내에서도 관련 기술 개발에 관한 다양한 연구과제 사업이 진행되고 있다.
한국건설생활환경시험연구원(KCL)은 기존건물의 에너지 효율화 관련 산업통상자원부 산하 한국에너지기술평가원이 주관하는 산업기술혁신사업 에너지수요관리핵심기술 개발사업인 ‘기존 공공건물 에너지 효율 진단 및 리모델링 기술 개발 실증’ 연구단의 주관기관으로 선정되어 지난 2020년 7월부터 관련 기술 개발을 수행하고 있다.
이 과제는 에너지 소비 비중이 높은 기존 건물의 에너지효율 혁신과 제로 에너지화 구현을 위해 에너지기술 고도화 및 품질·경제성을 높인 건물에너지 패시브·액티브·신재생 기술 융합 기반의 수요 맞춤형 에너지 리모델링 혁신-실용-검인증 기술과 솔루션 개발·실증을 목표로 24개 기관이 기술 개발을 진행 중이다.
구체적으로 기존 (공공)건물 에너지효율 진단 및 리모델링 혁신기술·솔루션 개발 및 실증, 통합플랫폼을 통한 혁신기술·솔루션 기술 및 정보서비스 구축, 사업화 모델 개발을 통한 기존 건물 에너지 효율화 보급 및 확산, 기존 건물 리모델링의 기획/진단/해석·설계/시공/유지관리 토탈 솔루션 개발을 위해 세부별로 연구를 수행하고 있다.
0세부 기존 건물 리모델링 지원 통합플랫폼 개발부문에서는 전문가 얼라이언스 운영(정책제안, 연구검증)과 기존 건물 에너지 리모델링 산업 활성화·지원을 위한 통합플랫폼 운영방안, 비즈니스모델(BM), 홍보 방안 및 수요 맞춤형 통합 정보서비스 방안을 수립한다. 건물에너지의 효율적인 운영을 위한 진단·해석·설계·시공·유지관리·품질인증 등 건물에너지 전반의 효율적 운영을 지원할 수 있는 통합플랫폼 서비스 환경으로 세부별 연구결과물을 시스템에 연계·탑재해 중·장기적으로 지속 가능한 시스템을 구축하고 있다.
1세부 현장 기반 기존 건물 에너지 정보구축 및 진단분석 실용 기술·솔루션 개발부문에서는 에너지사용량 및 성능 인자 현장진단 측정방법 표준화와 획득정보기반 건물에너지사용량 측정·진단 모듈을 개발하고, 공공데이터를 활용한 건물 에너지 비교 벤치마킹 모듈과 에너지·환경정보 측정 센서 이상 검지, 진단 및 보정 모듈, 기존 건물 표준데이터 구축 및 에너지진단 분석 모듈을 개발하고 있다. 또한, 사진측량 이미지인식 기술을 활용해 3차원 형상정보를 취득, BIM 모델 생성 기술과 BIM 역설계 기반 도서·에너지 정보 생성 모듈을 개발해 현장 데이터의 디지털화를 목표로 하고 있다.
2세부 요소기술별 에너지 성능-비용 최적화 솔루션 개발부문에서는 국제표준 기반 에너지평가 알고리즘과 Deep learning 학습기반 표준값을 탑재한 사용자 친화형(GUI) 기존 공공건물 에너지 해석·평가 웹서비스를 개발하고, 요소기술 최적안과 경제성을 평가하는 에너지 리모델링 최적안 제시 웹서비스와 단계별 시공 품질 및 공정 관리를 지원하는 시공·유지관리 지원 통합 웹서비스를 개발 중이다.
3-1세부 공기 단축 및 시공성 향상 가능한 수요 맞춤형 건물에너지 효율 향상 적용 패시브 솔루션 개발부문에서는 단열성능 0.9 W/㎡K 급 열교개선형 커튼월 시스템과 단열성능 0.13 W/㎡K 급 재실 시공형 RC 외벽 건식 외단열 시스템, 자원순환형 커튼월 그린 리모델링 솔루션 및 열교저감형 경량 건식 벽체 시스템을 개발한다.
또한, 준불연 성능을 만족하는 고성능 단열재 및 지붕 외피, 바닥내장 고효율 단열시스템 솔루션과 신기술 디자인 융합형 고성능 창호 리모델링 솔루션을 유·무선 IoT 실내환경 통합센서 연동 환기장치 자동제어 및 채광조절 차양시스템 융합솔루션과 함께 개발해 열·빛·공기 환경 측면의 패시브 기술 요소를 발전시키고 있다.
3-2세부 수요 맞춤형 건물에너지 효율 향상 적용 액티브 솔루션 개발부문에서는 공공건물 리모델링의 용도·규모·지역을 고려한 히트펌프 기술기반 다기능(냉난방/급탕) 융합 패키지시스템과 신재생(태양광, 태양열, 태양광열 복합모듈) 및 지역에너지 열원융합 솔루션, 실시간 사용자 정보·주광 환경 상황 기반 초절전 조명 솔루션, 태양광-차양 융합시스템을 개발해 실증이 진행 중이다.
4-1세부 건물에너지 종합품질 시험평가 인증 체계 개발 구축 부문에서는 리모델링 건물 에너지(패시브·액티브 융합솔루션) 품질기준 표준(안)과 성능평가 시험방법 표준(안)을 개발하고 있으며, 건물에너지 리모델링 패시브/액티브 기술 융합솔루션 성능평가 인프라 구축과 함께 Performance predictor 기반 Virtual testbed를 구축하고 리모델링 건물에너지 종합품질인증체계를 개발함으로써 그린 리모델링 산업이 활성화될 수 있는 기반을 만들어갈 예정이다.
마지막으로 4-2세부 기존 공공건물 리모델링 실증 및 타당성 검증 부문에서는 리모델링 전·후의 건물에너지 성능 실증과 건물에너지설비의 설계·시공, 커미셔닝 사업화를 검증하기 위해 건물용도, 규모, 노후 정도, 경제성 확보 수준에 따른 다양한 실증을 에너지 다소비형 업무용 공공건물(청사), 24시간 에너지 소비형 업무용 공공건물, 생활복지지원 공공건물 등에 실시하고 있다.
KCL 건물에너지연구센터 박덕준 센터장(사진)은 “각 요소기술 개발의 완성도를 높이는데 전력하고 있다. 해당 성능에 대한 공신력 있는 평가와 실증을 통한 효과 모니터링이 진행 중”이라며 “내년 상반기 중 개발 기관별 상용화가 완료돼 개발 기술을 바탕으로 단계적으로 관련 시장에 진출할 것으로 기대하고 있다”고 말했다.
KCL 건물에너지연구센터에서는 국가 온실가스 배출의 약 24%를 차지하는 건물부문 온실가스 감축 목표의 효율적 달성을 위한 건축물 생애주기 단계별(설계-시공-운영 등) 에너지 효율화 정책과 기술을 고도화하는 연구를 수행하고 있다. 특히 건물부문 2050 탄소 중립 실현의 핵심인 제로 에너지 건축 및 기존 건물 리모델링 기술 개발 선도와 에너지 효율화 기술·정책의 연계를 통해 관련 산업생태계 조성과 시장 확대를 모색할 계획이다.
박 센터장은 “2030 NDC 달성 및 2050 탄소 중립 실현을 위해서는 제로 에너지건축물 평가방법의 고도화가 필수적이다. 건축물 에너지효율등급 및 제로 에너지건축물 인증을 신청하는 건축물의 최신 설계 트렌드 분석과 시장의 대응능력을 감안한 인증 평가방법 개발을 위해 노력할 것”이라고 전했다.
그는 이어 “현재 수행 중인 R&D 과제의 가시성 있는 성과 창출에 집중하면서 건물에너지 분야의 미래를 위한 실효성 있는 R&D 과제들이 새로이 만들어질 수 있도록 R&D 전략 로드맵 수립과 과제 기획을 지원할 계획”이라며 “국내외 건축물 에너지 관련 다양한 산-학-연 네트워크를 기반으로 미래 가치가 높은 기술적 진보를 가져올 수 있는 과제, 미래 세대를 위한 혁신 기술 개발을 위해 다층적으로 노력하겠다”고 덧붙였다.
