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[최민성의 도시 부동산 이야기]'탄소 배출 제로' 위한 빌딩 기술 트렌드

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탄소 넷 제로 에너지 빌딩은 스스로 에너지 효율을 높이고, 태양 전지판과 같은 현장의 재생 에너지를 통해 자체에서 그린 에너지를 생산하고 소비하는 건물을 말한다. 세계적 도시부동산연구단체인 ULI는 최근에 넷 제로 에너지 건물을 실현하는 5가지 기술 트랜드에 대한 자료를 발표하였다. ULI는 현재와 향후 이들 기술이 강화되고 함께 융합되면서 건물의 자산 가치는 올라가고 비용은 낮추면서, 순 제로 달성이 가능하다고 소개하고 있다. 이 기술들은 기존 건물과 신축 건물 모두에서 구현할 수 있다. 이들 기술의 주요 시사점을 정리해본다.

우선 고성능의 빌딩 외벽 기술이 있다. 건물 에너지 수요의 50%는 외벽의 열 손실에서 기인하기에 고성능의 외벽 개발은 매우 중요하다. 고도로 절연되고 밀봉된 외벽을 설계하고 채택하면서 열 손실과 에너지 비용도 대폭 절감된다. 더운 바깥 온도가 건물 내부에 미치는 열전달도 줄인다. 외벽은 작동에 필요한 에너지도 안 들기에 운영 비용이 불필요하다. 영구적으로 그대로 채택만 하면 되는 ‘수동적’ 전략이다.

투자 효과는 건물 수명주기 전체에 걸쳐 나타난다. 패시브 설계는 인류 역사가 시작되면서 세계 곳곳에서 현지 나름의 특성을 살려 사용해 왔다. 하지만, 성능 분석 기술은 최근에 급속 발전하고 있다. 최고의 비용효율을 보장하는 여러 옵션을 조합하는 모델링도 가능해지고 있다. 건물 냉난방에 필요한 에너지를 고효율 수준으로 낮춰주기에, 냉난방과 환기 시스템 규모도 크게 줄일 수 있다.

에어 소스 열펌프(ASHP)는 전기를 사용하여 에너지를 이동시키는 냉난방 환기 솔루션이다. 여름철 냉방 시에는 냉매가 흡열 작용을 하여 실내 온도를 낮추고, 겨울철에는 냉매 흐름을 바꾸어 응축기에서 버려지는 열로 실내 공기를 덥히는 기술이다. 가정용 온수도 제공하고, 일반 보일러보다 3~4배 더 효율적이며 완전히 다른 원리로 작동한다. 전기를 에너지원으로 사용하고 현장에서 탄소 배출을 전혀 발생시키지 않기에, 열펌프는 순 제로 시대로 가는 핵심 기술이 되고 있다.

재생 에너지 전기를 사용한다면 아예 탄소 배출이 없고, 모든 재생 에너지 건물에 적용할 수 있다. ULI에 따르면, 세계 시장 규모는 2023년에 950억 달러가 될 전망이다. 최근 들어 노후화된 냉난방 환기 시스템, 높은 유틸리티와 유지관리 비용이 드는 건물들이 열펌프를 채택하는 건물 개조를 많이 하고 있다. 미국 회사 블럭파워는 관련 시설공사 프로세스를 더욱 단순화하고 있다.

빌딩 현장에서 태양 에너지를 전기로 변환하는 태양 전지판은 무탄소 에너지를 생산한다. 고성능 외벽과 열펌프 시스템이 건물 에너지 수요를 줄인다면, 현장 태양열은 건물의 기존 에너지 공급원을 대체하는 역할을 한다. 최근에는 태양열로 건물운영 에너지의 100% 충족도 가능해지고 있다. 다만 현지의 일조량과 태양 패널 설치 공간의 충분 여부에 따라 달라진다. 데이터 센터나 고층 공동주택처럼 에너지 사용이 많은 건물은 그에 비례해 패널 설치면적이 부족해서 필요 에너지를 100% 생산할 수 없다. 하지만 상당 부분 자체 에너지 충족에 도움이 된다. 층수가 낮은 건물은 에너지 사용이 적고 지붕 공간이나 외부 주차장에서 건물에 필요한 에너지를 충족할 수 있다. 패널 설치가 가능한 지붕 공간을 제3 자에게 임대하여 부대수입을 올릴 수도 있다. 최근에 패널 사용 보편화, 가격, 패널 효율 등이 개선이 되면서 실용화가 늘고 있다. 건물이 현장의 태양열 에너지를 모두 소진하더라도 추가적인 필요 에너지를 외부의 재생 에너지로 충족하여 순 제로에 도달할 수 있다.

빌딩 센서와 사물인터넷(IoT)의 역할이 커지고 있다. 빌딩 센서는 실제 건물 구성 요소를 클라우드 기반 관리 시스템에 사물인터넷을 통해 무선으로 연결되는 소형 처리 장치다. 건물 작동에 대한 방대한 데이터를 수집 분석하기에 스마트 건물에서 중요한 기능을 한다.

지멘스(Siemens)는 넷 제로를 실현하는 건물 센서를 공급하는 회사다. 센서를 장착한 여러 건물자산에서 데이터를 수집해 개발자, 소유자, 거주자 등의 실시간 모니터링과 분석을 돕는다. 센서를 사용하면서 건물 관리에 대한 막연한 추측은 없어지고 환경 변화에 적응할 수 있어 건물의 편안함을 유지할 수 있다. 센서는 빌딩 자동화 시스템의 핵심으로 조명 수준, 공간사용 패턴, 전력 수요, 온도 제어 등을 측정한다. 작으면서 강력한 빌딩 센서는 매우 세분되어 건물 관리를 미세 조정하는 데 도움을 주며 에너지 비용을 효율적으로 절감해준다.

건물의 배터리 저장장치는 실제 전기생산이나 필요 전기량을 줄이지는 않지만 재생 에너지 사용에서 생기는 간헐적 단전문제를 해결해준다. 태양열 풍력과 같은 재생 에너지는 화석 연료만큼 생산량이 일정하지 않다. 그래서 전기 생산량이 많을 때 이를 저장하고 생산량이 적을 때 에너지를 다시 꺼내어 사용하는 배터리 저장소가 필요하다. 배터리는 단전 없는 에너지 그리드에 도움을 주기에 배터리에 남아있는 전력을 확인하면서 자체 혹은 외부 전력을 사용하는 옵션을 선택할 수 있다. 특히 에너지 수요 피크 시간과 가장 비싼 시간대에 에너지를 자체에서 공급하여 에너지 비용을 절감해준다. 이를 ‘피크 면도’라고 일컫는다.

지금 태양열 생산이 증가하면서 건물 내 장착된 배터리가 표준이 되고 있다. 엄청난 양의 태양 에너지를 생산하는 하와이는 전력 그리드를 통해 시장에서 전력을 팔기가 쉽지 않아 건물 자체 배터리가 더 필요한 지역이 되고 있다. 재생 에너지 사용이 증가하면서 배터리는 탄력적이고 비용 효율적인 에너지 공급을 위한 필수 보충제가 되고 있다.

지금까지 살펴본 다섯 가지 기술 중에 건물 외벽, 열펌프, 재생 에너지는 순 제로 달성을 위한 중요 기술이다. 빌딩 센서와 IoT, 배터리는 순 제로 프로세스, 다른 기술의 이점, 비용 등 효율성을 확장해부는 기술이다. 물론 넷 제로 빌딩으로 가는 길은 힘든 여정이 될 수 있다. 하지만 이들 기술은 건물 에너지의 수요 절약, 불필요 요소의 최적화, 남는 전력 활용 등에서 새로운 빌딩 넷 제로의 모델 트랜드가 되고 있다.

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