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[에너지칼럼 연재] 에너지자립 기후변화 해법을 찾아서

카테고리 없음 2016. 3. 16. 13:33 Posted by 패시브하우스 패시브하우스

[에너지칼럼 연재] 에너지자립 기후변화 해법을 찾아서


 


볼프강 파이스트교수


 ‘기후변화.’ 최근 인류는 이 화두에 이목을 집중하고 있다. 기후변화에 따른 이상기후로 지구촌 곳곳에서는 발생하는 홍수, 폭설, 열대야,    해수면의 상승 등으로 인류 생존이 위협 받고 있다.
 
 지구가 더 이상 스스로 회복되고 치유되는 시간 없이 지속적인 손상을 입으면서 자정의 밸런스가 깨지고 있다. 인류의 ‘성장 욕심’이 부른   결과다.

 발뺌만 하던 선진국들이 뒤늦게 온실가스 감축을 위한 정책 입안 및 프로젝트를 추진하고 있다. 선진국 반열에 올라선 우리나라도 국제

 사회에서의 위상정립과 질적 성장으로의 전환을 위해 이 대열에 동참을 선언했다.

 결자해지(結者解之)라고 했다. 인류가 초래한 이 문제는 우리 일류의 몫이다. Korea IT Times는 ‘에너지칼럼’을 연재한다. 온실가스 감축

 과  이를 위한 기술적 또는 정책적 방향 등 다방면에서 전문가들의 지혜를 듣는 자리다.

 

 첫 주인공은 독일 PHI(패시브하우스연구소)의 볼프강 파이스트 교수. 건물 에너지 사용을 최소화해 쾌적한 거주환경을 누릴 수 있는 ‘패시

 브하우스(Passive House)’를 고안, ‘에너지 에디슨’으로 불린다. 독일 인접국가들로 ‘패시브하우스’를 확대 보급하는데 공헌했다는 평가

 를 받는다. [편집자 주]

 

 ‘건물 에너지’의 새 패러다임, 패시브하우스

 패시브하우스(Passive House)를 건축해 보았거나 살아본 사람들은 패시브하우스의 에너지전환 성능을 경험해 보았을 것이다.
 패시브 하우스의 에너지 공급 구조는 석유 에너지를 재생에너지로 빠르게 전환하는 형태로서 지역에너지로 전환하는 구조다
 이전의 에너지 소모율 평가 시스템은 기존의 옛날 에너지 공급 시스템을 기반으로 하였기 때문에 새로운 시스템에는 적합하지 않다.
 이런 이유로, 패시브하우스 연구소(Passive House Institute)에서는 주요 신재생에너지 (PER: Primary Energy Renewable)를 기반으로

 한 새로운 평가 시스템을 개발하였다. 본 평가시스템은 건축물의 에너지 발전량 또한 측정이 가능하며, 다음과 같은 세가지의 패시브하우

 스 기준으로 나뉜다.


* 패시브 하우스 클래식: 전통적인 기존의 패시브 하우스

* 패시브 하우스 플러스: 태양전지와 같은 에너지 발전 시스템을 가동하여 거주시 사용하는 에너지 소모량 만큼 에너지를 발전하여

   충족  시킨다.

* 패시브 하우스 프리미엄: 에너지의 실 소모량보다 많은 에너지를 생산하여 환경적인 측면과 경제성을 고려하는 건축주와 건축디자

  이너에게 적합하다.


 

 


<>새로운 패시브하우스 클래스와 평가기준

 대부분의 사람들은, 패시브 하우스의 전기 소모량이15 KWh/(m²a)라는 것을 들었을때 단순히 수학적인 숫 자라고 생각 할 것이다. 하지만

 15 KWh/(m²a)라는 수치는 패시브하우스 스탠더드 기준 연평균 최대 소모량을 나타내므로 기존의 건축물과 비교해 보았을 때, 4배에서 10

 배 이상의 에너지 절감률을 보이는 상당히 낮은 수치임을 확인 할 수 있다.

 이러한 기준은 실내 난방에 소비되는 에너지를 최소화하는 중요한 요소이므로 새로운 패시브하우스 평가기준에도 똑같이 적용된다. 편안

 한 실내 조성을 유지하면서 에너지 소모량을 최소화하기 위해 실내 냉각, 기밀, 편안함, 위생에 관한 주요 에너지소비 기준 또한 동일하

 게 적용한다.

 하지만 이러한 실내 난방 에너지 소모량은 평가기준의 전부는 아니다. 예를 들자면, 패시브하우스의 실내 난방 에너지 소모량은 온수사용

 량과 거의 동일하게 나타나는데, 일반적인 에너지 효율 건축물 기준 대부분의 경우에는 전기 소모량이 월등하게 높게 나타나는 것과는 차

 이가 있다. 최종적인 건축물의 총 에너지 소비량 또한 평가 기준에 부합하여야 한다. 이를 고려하여, 새로운 패시브하우스 평가 기준에서

 는 주요 재생에너지 소모량과 전력 생산량을 비교하여 각각의 클래스로 나뉜다.

 

<>에너지생산량과 소비량

 태양열 지붕을 통하여 생산된 전력은 1.0 PER 상당의 주요 전력으로써, 일차적으로 전력망(Grid)에 보내져 건축물의 에너지 수요에 직접

 적으로 계산되지 않는다. 전력 사용량을 계산하기 위해서는 PER 모델이 사용된다.

 

 예컨데, 여름철에 태양열을 통한 전력 에너지 생산량은 겨울철 난방 에너지 소비를 위해 비축하면서 손실이 발생하므로 여름철 생산량을

 겨울철 난방 소비량과 직접적으로 상쇄 시킬 수 없다. 건축물 계획 단계에서 고려되지 않는 경우, 에너지 소비를 최적화 할 수 없다. 새로 

 운 평가기준은 신 재생 에너지의 차이를 고려함으로써, 새로운 건축물의 미래를 보장할 수 있다.


 <>건축물의 바닥면적과 에너지 생산량 비교


 대부분의 경우, 에너지 소비량과 생산량은 건축물의 면적과 밀접한 관련이 있다. 태양열 발전 설비가 구축되어있는 건축물의 경우 일정량

 의 에너지를 생산할 수 있지만, 건축물의 층이 높을수록 스퀘어미터 당 에너지 생산량은 절감된다. 그러므로 독립가옥 건축물이 듀플렉

 스/연립주택과 비해 에너지 생산량이 크지만 거주자 수를 비교할 때 자원과 면적을 더 많이 사용한다.


 그러므로, 재생에너지 생산량을 단순히 건축물의 바닥 면적과 비교하는 것은 최적화를 실패하는 요인이 될 수 있다. 새로운 패시브하우스

 기준은 이러한 단점을 보완하여 에너지 생산과 건축물의 바닥면적에 지면을 향한 직선열봉투방식을 적용한다. 이러한 컨셉을 적용시키면

 단독주택이나 연립주택 건축물에 동일하게 에너지 생산량을 평가할 수 있다.


 <>효율적인 바이오매스 예산 사용


 바이오매스는 독일과 여러 다른 나라들에서 모두 한정적인 자원이다. 바이오매스는 크게 다음과 같은 용도로 사용된다 1. 식품 생산 2) 원

 료 및 자재 3) 에너지. 바이오매스는 저장에 용이하고 고 에너지 밀도를 가지고 있는 장점때문에 대부분의 경우 운송수단에 사용되며 매우

 적은량이 건축물에 할당된다. 또한 겨울철에 저장이 가능하기 때문에 난방, 온수 및 전력생산에 사용이 가능한 이점이 있다.


 일차적으로 바이오매스를 사용하여 전력을 생산 한 후에 열펌프를 통해 전력공급을 하는 것이 가장 효율적인 방법이다. 가정에서 에너지

 공급을 위해 바이오매스를 연소시킨다고 가정할 때, 80% 이상 사용 가능한 열로 전환이 가능하다. 열병합 시스템의 경우 50%의 전력생

 산, 30%의 사용 가능한 열, 그리고 나머지 20% 만이 손실된다.


 열펌프를 사용하면 일정량의 전기에너지를 3배의 열 에너지로 전환이 가능하기 때문에 50%의 전기 에너지는 150%의 열 에너지와 동일한

 효과이며 기존에 생성된 30%의 열 에너지와 합산하면 총 180%의 열 에너지 효과를 가져 올 수 있다. 이러한 패시브하우스의 자체적인 난

 방 시스템과 바이오매스 난방 시스템을 병합하여 사용이 가능하며, 이러한 경우 PER 수요량이 증가하게 된다.


 <>재생에너지 요소



 부족한 시기를 위해 비축된다. 이러한 방식의 보조 에너지는 꼭 필요한 요소이며 에너지 손실과 밀접한 연관이 있다. 에너지 애플리케이션

 방식에 따라 주요에너지와 보조에너지 생산 비율이 달라지며 손실량 또한 차이가 발생한다.


 애플리케이션 방식에 따른 에너지 손실량은 PER 요소로 규정된다. Domestic 에너지 사용량은 연간 일정하게 유지되기 때문에 주요전력

 소모량이 높고 PER요소는 낮게 발생한다. 이와 반대로, 겨울철 난방시스템 가동을 위해서 여름철에 생산된 전력을 비축하는 과정에서 에

 너지 손실이 크게 발생하므로 PER요소가 높게 발생한다.


 패시브하우스 컨셉을 적용하면 재생 에너지발전으로만 충족 가능한 에너지 시스템을 실현할 수 있으며, 에너지 비축 시스템 기술 또한 경

 제적으로 적용이 가능하다. 따라서, 패시브 하우스는 지속가능 에너지공급에 새로운 길을 열어 줄 것이다.

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