서론
제로에너지건축물 인증 의무화가 2020년부터 시작된다라고 했던 것이 얼마전 같은데, 벌써 4년차의 중간을 지나고 있습니다.
이전에 해오던 연구와 다른 분야로 국내 제로에너지건물 인증 관련 부분을 접하면서 제가 매번 혼란스러워 한 용어 정리를 한번 이번 포스팅해서 해보려고 합니다.
바로 시작하겠습니다.
본론
우선 국내 건물에너지 관련 인증은 대표적으로 다음의 4가지가 있습니다.
1. 에너지절약형 친환경주택의 건설기준
2. 건축물의 에너지절약설계기준
3. 건축물에너지효율등급
4. 제로에너지건축물 인증
1-3번의 경우, 이미 시행되어 온지가 꽤 되었고, 4번의 제로에너지건축물(Zero Energy Building, ZEB) 인증은 2020년부터 시행되어 현재 의무화 대상이 단계적으로 확대 중에 있습니다.
ZEB 인증에 사용되는 ECO2라는 건물에너지 해석 프로그램에서 몇가지 용어가 나오게 되는데 이에 대한 정의를 정리해보겠습니다.
요구량
영어로는 Load라고 보시면 됩니다. Thermal Load라고 보통 사용을 하는데, 조명과 급탕에 대한 내용이 포함되어 있어서 이해를 위해 Load라고 일단 기재했습니다.
즉, 건물의 냉방, 난방, 환기, 급탕, 조명 부하의 합입니다.
- 냉방 부하는 예를 들어 실내를 24도씨에 50% 상대습도로 유지하려고 할 때, 얼만큼의 열 에너지가 제거되어야 하는지에 대한 값입니다. 단열이 잘되어 있거나, 일사가 적게 들어오거나, 내부 발열부하가 적거나 등등 건물 자체의 특성과 성능에 따라 증감이 있습니다.
- 난방부하는 냉방부하와 반대로 예를들어 실내를 20도에 40% 상대습도로 유지하려고 할 때, 얼만큼의 열 에너지가 투입되어야 하는지에 대한 값입니다. 마찬가지로 단열, 창의 성능, 내부 발열부하 등등 건물 자체의 특성과 성능에 따라 증감이 있습니다.
환기, 급탕, 조명까지 자세히 예를 들지는 않겠습니다.
이렇듯 설정된 요구상태를 맞추기 위해서 필요한 해야하는 일(Joule)의 양입니다.
건물의 Passive한 설계요소에 의해서 결정되는 값입니다.
구글 검색하시면 요구량을 설명한 게시글은 꽤 있으니 참조하시면 되겠습니다.
소요량
소요량은 요구량을 처리할 때 사용된 "화석연료 에너지"를 의미합니다.
냉난방부하를 처리하기 위해 사용된 냉방/난방 기기의 효율에 따라서 냉난방 소요량이 결정되며 환기, 급탕, 조명도 마찬가지입니다.
건물의 Active한 설비설계요소에 의해서 결정되는 값입니다.
*소요량은 소비요구량의 약어라고 합니다.
1차에너지 소요량
1차에너지는 사용된 화석연료 에너지원을 생산하기 위해 1차적으로 사용되었던 에너지를 보정하기 위한 환산계수를 곱해서 에너지원 간 동등비교가 가능하도록 한 개념입니다.
에너지원별 1차에너지 환산계수는 다음과 같습니다.
(출처: 한국에너지공단 내규 [건축물 에너지효율등급 인증제도 운영규정] 별표3)
| 연료(가스, 석유) | 전기 | 지역난방 | 지역냉방 |
| 1.1 | 2.75 | 0.728 | 0.937 |
1차에너지 환산계수가 높다는 것은 해당 에너지원을 만들 때 실제로 에너지가 더 많이 들어간다라고 생각하시면 됩니다. (더 고급 에너지인 거죠.)
지역냉난방의 경우에는 부가적으로 생산된 에너지들이여서 환산계수가 1보다 낮다고 이해하시면 됩니다.
소비량
소비량은 소요량과 매우 유사한데, 요구량을 처리할 때 사용된 "화석연료에너지 + 신재생에너지" 입니다.
소요량(신재생에너지 포함)이라고 보시면 되겠습니다.
1차에너지 소비량
1차에너지 소비량은 1차에너지 소요량과 동일하게 소비량을 1차에너지 값으로 환산한 개념입니다.
다만, 신재생에너지를 1차에너지 소비량으로 환산할 때 한가지 차이가 있습니다.
- 화석연료에너지의 경우에는 1차에너지소요량과 같이 에너지원별로 위 표의 환산계수를 곱해주면 됩니다.
- 신재생에너지의 경우에는 신재생에너지로부터 생산된 에너지를 건물에 사용한 값*을 1차에너지 값으로 환산해줘야하는데요. 전기를 사용한 경우 2.75를 곱해주고, 열의 경우에는 1을 곱해주고 있습니다.
(출처(한국에너지공단): https://zeb.energy.or.kr/BC/BC07/BC07_01_001_view.do?no=378)
???? 왜 신재생에너지에서 생산된 열을 1차에너지 소비량으로 환산할 때는 1을 곱해줄까요?
이는 전기의 경우 환산계수가 단일 값이므로 문제가 없는데, 열은 연료의 환산계수가 1.1, 지역난방의 환산계수가 0.728이기 때문에 어느 한쪽으로 적용할 경우 유불리가 발생하기 때문입니다.
이상적으로는 국내 사용되는 열의 에너지원 비중을 따져서 해당 비중만큼 가중치를 줘서 1.1과 0.728 사이에서 계수를 정하면 좋긴 하겠지만... 현실적으로 매번 달라지고 있기 때문에 1로 사용하기로 정한 것 같습니다.
*생산된 에너지를 100% 건물에서 사용하지 않고, 한전 그리드로 역송할 수도 있기 때문에 건물에 사용된 것만 포함
1차에너지 생산량
에너지 생산은 신재생에너지만 가능한 부분이라고 생각하시면 됩니다. (과거의 열병합 발전도 신재생은 아니지만 전기를 생산하긴 합니다만, 여기서는 제외하겠습니다.
- 전기 생산: 태양광
- 열 생산: 태양열, 수열, 지열
- 전기+열 생산: 연료전지
1차에너지 소비량에서 기재하였듯, 전기에너지는 2.75의 환산계수를 열은 1의 환산계수를 곱해서 더해주면 1차에너지 생산량이 됩니다.
사용량
사용량은 냉난방, 환기, 급탕, 조명에 Plug Load (전열)까지 포함된 실제 고지서에 찍히는 건물에서 사용한 에너지량을 사용량이라고 합니다.
인증을 위한 평가에서는 전열을 포함하고 있지 않으므로 자주 접할일은 없지만, 용어적으로 어떻게 구분되는지는 아는 것이 좋을 듯합니다.
에너지자립률
본 용어의 개념은 에너지공단에서 이미 잘 제공하고 있기 때문에 우선 아래 이미지로 보여드립니다.
위에서 우리는 1차에너지 생산량, 1차에너지 소비량을 모두 확인하였으니 매칭하면서 이해하시면 큰 어려움은 없을 것 같습니다.
다만, 신재생을 구동하기 위해서 사용되는 에너지가 있을 때는 어떻게 되는지에 대해서 많이들 헷갈려 하는데요.
(공단 에너지자립률 설명 이미지의 2) 각주 내용입니다.)
예를 들어,
- 연료전지에서 열과 전기를 1차에너지로 160 생산하고, 천연가스를 110 소비했다고 해봅시다. 이 경우, 1차에너지 생산량은 50입니다.
- 건물에서 생산된 열과 전기는 모두 소비를 하였습니다. (역송 X)
- 건물에서 사용한 화석연료 1차에너지는 100이였다고 해보겠습니다.
- 1차에너지 생산량 = 50
- 1차에너지 소비량 = 100 (건물에서 사용한 화석연료 1차에너지) + 160 (신재생에서 사용한 1차 에너지) = 260
- 에너지자립률 = 50/260 = 19.23%
에너지 자립율이 위와 같이 나옵니다.
이 때 연료전지에서 생산한 에너지가 160 생산한 것으로 볼 수도 있겠으나, 그렇게 되면 net energy generation이 아닌 total energy generation만 보는 것이 됩니다.
팬 등이 없는 자연환기형 태양광의 경우에는 화석연료를 사용하지 않기 때문에 net energy generation = total energy generation이기 때문에 이슈가 없는데, 연료전지는 아직 grey 수소가 보편적이기 때문에 이런 상황이 이슈가 되는 것 같습니다.
마무리
오랜만에 미뤄왔던 포스팅을 했습니다.
저도 관련 용어 공부를 하다가 타 게시글에서 에너지소비량이 사용량으로 설명이 되어 있어서 그런가보다 하고 넘어갔었는데요.
계속 관련 일을 부딪혀보다보니 아닌 것 같아서 확인을 한번 해보면서, 이게 나만 겪는 문제가 아니구나 싶었습니다.
사실 소비/소요/사용 다 같은 말 같은데, 인증이나 평가쪽에서는 명확히 알고 사용해야 제대로 된 대화가 가능하니 필요하신 분들은 확인하시면 좋을 것 같습니다 ^^
참고로 위 용어는 학술 용어가 아니기 때문에 국내 건물에너지 정책, 평가, 인증 등에서 통일해서 사용하는 단어라는 점 염두하셨으면 좋겠습니다.
건물에너지 관련 학술쪽에서는 논문 읽어보면
- Thermal Load/ Building Load (건물 열 부하, 건물 부하)
- Energy consumption (에너지 소비량)
- Energy Generation (에너지 생산량)
- Primary Energy (1차 에너지)
이 정도의 구분으로만 사용되는 것 같습니다.
참고하시기 바랍니다!
마무리가 길어졌네요. 그럼 이만!
'건물 에너지' 카테고리의 다른 글
| 그레이수소 연료전지발전소 vs. 석탄발전소의 이산화탄소 배출량 비교 (0) | 2021.09.09 |
|---|---|
| 신재생에너지와 전기세의 관계, 영국과 한국의 신재생에너지를 비교하여 알아보자. (0) | 2021.08.14 |