건물 부문 에너지소비량 감축 정책 과제로
제로에너지빌딩·BEMS 등 개선 여지 남아

LS산전이 지난 2015년 준공한 전사 통합 연구소인 ‘R&D 캠퍼스’에는 1MW급 EES(전기에너지저장장치), 태양광 발전 시스템, 스마트 콘센트, 자연채광 자동제어 블라인드, LED 조명, 스마트 미터 등이 적용됐으며, 중앙제어센터(BEMS)를 통해 이 같은 장치 각각의 에너지를 하나의 네트워크로 통합 관리 및 제어할 수 있다.
LS산전이 지난 2015년 준공한 전사 통합 연구소인 ‘R&D 캠퍼스’에는 1MW급 EES(전기에너지저장장치), 태양광 발전 시스템, 스마트 콘센트, 자연채광 자동제어 블라인드, LED 조명, 스마트 미터 등이 적용됐으며, 중앙제어센터(BEMS)를 통해 이 같은 장치 각각의 에너지를 하나의 네트워크로 통합 관리 및 제어할 수 있다.

진화하는 빌딩이 에너지전환의 첨병으로 부상하고 있다.

한국은 2015년 파리협정에서 국가 온실가스 감축 목표를 2030년 배출전망치(BAU) 대비 37%로 결정했다. 이에 따라 목표 달성을 위해 에너지 소비량의 40%가량을 차지하고 있는 건물 부문의 소비 감축이 주목받고 있는 것이다.

특히 현 정부에서 재생에너지 발전량 비율을 전체 발전량의 20%까지 끌어올리는 ‘재생에너지 3020’ 계획을 추진함에 따라 건물 부문의 중요성은 더욱 커졌다.

에너지 소비 감축의 필요성과 정부의 강한 의지를 추동하는 것이 바로 최근 몇 년 새 급격히 발전한 건물 자동제어기술이다.

자동제어는 제어 대상에 미리 설정한 목표 값에 맞춰 설비가 자동적으로 조정되도록 하는 기술이다. 도입 초기에는 설비 제어기능에 초점이 맞춰졌으나, 4차 산업혁명 기술이 접목된 후부터는 건물 내 설비의 실시간 모니터링, 통신, 조작 등 실질적인 ‘건물의 지능화’를 가능케 한 핵심 요소기술로 성장했다.

건축물의 보안·방재·에너지 등 운영관리 시스템과 IT 기술을 결합한 스마트빌딩 시장은 앞으로 크게 성장할 것으로 기대된다. 그러나 기술표준의 부재에 따른 상호 등의 문제 등 풀어야 할 과제도 적지 않다.

에너지전환 과정에서 건물 부문의 에너지 감축이 주목받는 배경과 관련 정책, 산업 현황 등을 짚어봤다.

◆늘어나는 건축물, 에너지소비 산업·수송 이어 세 번째=국토교통부가 지난해 발표한 ‘녹색건축 정책과 제로에너지건축물 보급확산 제도’ 보고서에 따르면 국내 건축물은 매년 꾸준히 증가하고 있는 추세다.

2018년 기준 건축물 현황은 약 719만동(연면적 37억 5413㎡)으로 동수와 연면적이 완만한 증가 곡선을 그리고 있다. 이 중 가장 비중이 큰 것은 주거용으로 연면적 기준의 절반에 가까운 47.2%에 달한다.

이에 따라 에너지 전체 소비량 또한 꾸준히 늘고 있다. 건물 부문의 에너지소비량은 2018년 기준 산업(62%), 수송(18%)에 이은 세 번째 규모로 비중은 17% 가량이다.

하지만 산업·수송 부문의 경우 일괄적인 에너지소비량 감축이 어렵다는 한계점이 있다. 산업 부문에서도 특히 반도체·철강 등 전기다소비 업종이 대표적인 예이며, 수송부문 또한 철도망 확충 등으로 인해 전기소비량이 점증하고 있다는 점을 감안하면 감축에는 한계가 있을 수밖에 없다. 실질적으로 감축을 추진할 수 있는 것은 건물 부문뿐인 셈이다.

◆제로에너지빌딩, 건물 부문 에너지감축 방안으로 ‘주목’=국내에서 제로에너지빌딩에 대한 관심이 급증한 것도 이 같은 상황과 맥이 닿아 있다.

제로에너지빌딩은 단열재, 이중창 등을 적용해 건물 외피를 통해 외부로 손실되는 에너지양을 최소화하고 태양열·지열과 같은 신재생에너지를 활용, 냉난방 등에 사용되는 에너지로 충당함으로써 에너지소비를 최소화 하는 건물을 뜻한다.

특히 건축물은 최소 30년 이상 유지되기 때문에 초기에 에너지 성능을 높여 놓으면 그 효과가 누적돼 온실가스 감축에 실질적인 효과를 기대할 수 있는 장점이 있다. 이 때문에 미국, EU 등 선진국들도 제로에너지빌딩 달성 목표를 정하고 금융지원 및 기술개발을 통해 건축분야 혁신에 총력을 기울이고 있는 상황이다.

국내에서도 제로에너지빌딩이 정책의 영역으로 들어서며 사업이 본격화되고 있다.

지난해 국토부는 올해부터 연면적 1000㎡ 이상의 공공건축물에 제로 에너지 건축 설계를 의무화하고, 2030년에는 기준을 더 강화해 500㎡ 이상 모든 건물을 단열과 재생에너지 자체 생산 등으로 최소 수준의 에너지만 소비하는 ‘제로 에너지 건축’을 적용토록 한 ‘제로 에너지 건축 보급 확산 방안’을 확정했다.

국토부는 정책 이행이 본격화되면 제로에너지건축물이 연면적 기준으로 2020년 전체의 5%, 2025년 76%, 2030년 81%를 차지할 것으로 예상했다. ‘온실가스감축 로드맵’에 따르면 2030년 신축건물 감축목표(540만t)를 넘는 542만t의 온실가스 감축이 가능해진다.

◆BEMS, 제로에너지빌딩의 미래 기술로=제로에너지빌딩으로 대표되는 건물 부문 에너지소비량 감축 사업은 크게 3단계로 구분된다.

먼저 설계단계에서는 건물의 에너지절약설계 기준 준수 여부가 핵심이다. 현행법에 따르면 500㎡ 이상의 건축물에 대한 허가 및 신고 행위 시 에너지절약계획서 제출이 의무화돼 있다. 건축·기계·전기·신재생 부분의 항목들을 에너지성능지표(EPI) 배점기준에 따라 평가하는 방식이다.

이후 설계 및 준공단계에서는 인증 개념이 도입된다. 현재 1000㎡ 이상의 공공건축물만이 인증 의무 대상으로, 그 외 건축물에 대해서는 자발적 인증을 유도하고 있다.

이 같은 과정을 거쳐 실제 준공·운영계획 평가단계에서 확인토록 돼 있는 것이 제로에너지건물 인증이다. 패시브, 액티브, 신재생 등의 기준을 평가해 에너지자립률에 따른 인증등급이 부여한다.

이 마지막 단계에서 가장 중요한 기술이 바로 건물에너지관리시스템(BEMS)다. BEMS는 설비(조명, 냉·난방설비, 환기설비, 콘세트 등)에 센서와 계측 장비를 설치하고 통신망으로 연계해 에너지원·용도별 상세 사용량을 실시간으로 모니터링하고 소프트웨어 분석 과정을 거쳐 설비를 최적화한 상태로 자동제어하는 시스템이다.

기존 자동제어 시스템은 각종 설비기기에 대한 단순한 상태감시(정상가동 유무 등) 등의 단편적인 제어에 초점이 맞춰졌다면, BEMS는 수집된 정보를 분석하고 건물 특성에 따라 개선방안 제시·자동제어 등을 수행하는 게 특징이다.

정부의 에너지전환 정책 이행과 함께 자동제어산업계에서도 이 기술로 인해 확대될 시장을 선점하기 위한 노력이 이어지고 있다.

대다수 기업이 기존 자동제어 시스템 외에 건물 에너지관리 기능을 포함한 BEMS 시스템을 확보함으로써 시장 진입을 꾀하고 있다.

◆기술표준 확보·데이터 취득률 제고 등 과제로 남아=에너지전환 등 산업 확대를 위한 사회적인 여건이 조성되고, 관련 기술도 확보됐지만 여전히 풀어야 할 과제는 남아 있다.

시스템 간의 상호 호환을 위한 기술표준이 대표적 사례다. 건물 부문의 에너지소비 감축 성과가 실질적인 지표로 드러나기 위해선 시스템 간의 상호 호환성 확보가 필수적이다.

그러나 국내에서 BEMS 관련 사업이 추진된 기간이 짧고, 사업의 대다수가 민간 부문에서 이뤄지다보니 기업 간 시스템의 호환성은 상당히 낮은 실정이다.

국토부 사업 로드맵에 따르면 머지않아 관련 시장의 성장이 본격화될 것으로 예상되는 상황이라 표준마련이 시급하다는 목소리가 산업계 전반에서 나오고 있다.

낮은 데이터 취득률 또한 넘어서야 할 장애물로 꼽힌다. 자동제어업계에 따르면 현재 일반적으로사용·개발되는 시스템의 데이터 취득률은 85% 수준이다. 15%의 데이터 공백이 발생하는 셈인데, 이 문제를 해결하기 위한 표준이나 대안은 아직 논의 단계에 머물러 있다.

건물에너지관리시스템(BEMS) 개요. 제공:한국에너지공단
건물에너지관리시스템(BEMS) 개요. 제공:한국에너지공단

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