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스마트 기술을 활용한 에너지 절감, 선택이 아닌 필수

2013. 5. 3. 10:30


‘블랙아웃’이란 말을 들어보셨나요? 2011년 9월 발생한 대규모 정전사태로 많은 사람이 이 단어를 접하게 되었는데요. 그 이후 한동안 우리는 또다시 블랙아웃이 일어나지 않을까 불안에 떨었고, 에너지를 절감하기 위해서 여러 방법을 연구하고 적용하기 위해 노력하였습니다. 그럼 지금은 어떤 모습일까요? 에너지 사용 관련 통계자료를 보면 과연 우리가 에너지 절감을 얼마나 몸소 실천하고 있는지 의문이 듭니다.

2012년 우리의 에너지 수입액은 1,719억 달러(190조 원)이며, 에너지자원의 수입 의존도는 96.4%에 이르고 있습니다. 이는 우리나라의 주요 수출 품목인 반도체(504억 달러), 일반기계(479억 달러), 자동차(472억 달러)의 지난해 수출금액을 합한 1,454억 달러보다도 훨씬 많은데요. 또한, 우리는 에너지 소비량 측면에서 세계 9위(11년 기준)로 1인당 기준으로 산정하면 다른 나라에 비해 더 많은 에너지를 소비하고 있습니다.

우리는 국내 블랙아웃, 일본 원자력 발전 사고 등과 같이 큰 이슈가 있을 때만 에너지 절감을 외칠 게 아니라 평상시에도 몸의 습관처럼 에너지 절감을 위한 노력을 해야 하는데요. 숨쉬는 공기와 같이 에너지 또한 눈에 보이지 않아서 언제나 우리 곁에 존재할 것 같지만, 에너지 사용을 줄이지 않는다면 다시 한 번 대규모 블랙아웃과 같은 사고, 아니 더 큰 사고가 발생할 수도 있을 것입니다.


에너지가 활용되는 분야를 크게 나누어 보면 산업, 빌딩(주거/상업), 수송 에너지로 나누어 볼 수 있으며 이 중 우리 일상생활과 밀접하게 연관된 빌딩(주거/상업) 에너지 영역이 전체 에너지 사용량 중 41%를 차지하고 있는데요. 우리는 일과 중 대부분을 빌딩 내에서 생활하고 있으며, 이러한 생활을 안락하게 하기 위해 냉난방, 조명 등에 많은 에너지를 소비하고 있습니다. 따라서 우리 삶에 밀접하게 연관된 생활 내에서 쾌적한 생활을 유지하는 조건에 효율적으로 에너지를 관리할 수 있다면 기대 이상으로 에너지를 절감할 수 있을 것입니다.

 


그림 1. 에너지 활용 분야별 사용 비율
[출처: US DOE, 2011]

 
정부에서는 빌딩에서 사용하는 에너지를 절약하기 위한 법률 제정 및 의무화를 통해 에너지 절감을 위한 노력을 기울이고 있습니다. 지난 2월 시행된 「녹색건축물 조성 지원법」을 통해 온실가스 감축을 위한 정부 로드맵이 제시되었고, 건축물 에너지효율등급 인증에 관한 규칙 제정 및 기준 개정이 시행되었는데요. 또한, 정부는 ‘13년 9월에 시행될 건축물의 에너지절약설계기준의 개정을 통해 단열기준 및 성능평가 기준을 강화하고 적용 대상을 확대하는 등의 노력을 기울이고 있습니다.


빌딩 에너지 절감은 적용 방법에 따라 건축 설계적 방법, 건축 설비적 방법, 운영 관리적 방법으로 구분할 수 있습니다.

첫째, 건축 설계적 방법은 건물을 설계할 때 건물의 배치, 건축 재료, 창호의 형태 및 외벽의 두께 등과 같은 요인들을 고려하여 에너지가 최적으로 활용될 수 있도록 하는 방법입니다. 예를 들어 건물의 향 배치 및 창호의 방향/형태를 적절히 설계하여 계절변화에 따른 일사량 조절(Solar Heating), 자연 채광(Natural Lighting), 자연 환기(Natural Ventilation)가 원활하도록 할 수 있는데요(<그림 2> 참고). 또한, 설계 시 고기밀 창호 및 단열재를 적용하여 열전도를 차단하고 열손실을 최소화하여 에너지를 절감할 수 있습니다. 이러한 설계적 방법의 적용 및 효과는 건축 재료와 건축 설계 기술의 발전으로 인하여 점차 확대되는 추세입니다.


그림 2. 건축 설계적 방법을 활용한 자연채광 및 환기 사례
[출처: blog.betterbricks.com]

둘째, 건축 설비적 방법은 건물에 설치되는 설비들(공조, 조명, 냉난방 등)을 에너지 최적화된 상태로 선택하고 설치하여 에너지 사용을 최소화시키는 방법입니다. 예를 들어 지열 히트펌프 (Heat Pump)의 적용을 통해 겨울철에는 상대적으로 항온을 유지하는 지열을 이용하여 지중 온수의 방열로 실내온도 상승을 유도하고, 여름철에는 상대적으로 낮은 지층의 냉기를 활용하여 실내온도를 저하함으로써 건물의 냉난방을 위한 에너지를 절감할 수 있는데요(<그림 3> 참고). 이러한 방법 또한 건축 설계적 방법과 마찬가지로 설비 엔지니어링 기술의 발달 덕분에 지속적으로 개선되어 나가고 있으며 많은 연구가 진행되고 있어 미래에는 보다 발전될 것으로 예상됩니다.


그림 3. 지열 냉난방을 위한 히트펌프(Heat Pump) 적용

마지막으로 운영 관리적 방법은, 설치된 설비를 운영하는 데 있어서 에너지를 최적화하는 방향으로 운영 스케줄을 조정하고, 자동제어 설정 값을 변경하여 에너지가 절감될 수 있도록 하는 방법입니다. IT 기술 기반의 BEMS(Building Energy Management System)의 구축을 통하여 공간별/설비별 에너지 사용량을 분석하고 소비 패턴을 분석하며 각종 설비의 운전 현황 및 설비 성능 평가를 수행할 수 있는데요. 이를 통해 수집된 에너지 활용 데이터를 사용하여 최적의 설비 운전 방법을 결정할 수 있으며 자동 제어 또한 가능해집니다(<그림 4> 참고).

BEMS는 스마트 기술의 집합체로 각종 센서를 통한 데이터의 수집, 수집된 데이터의 분석을 통한 운영 방법의 결정, 그리고 결정된 내용을 실제 제어에 활용하여 자동 제어하여 건물 내의 쾌적한 실내 환경을 유지하면서 에너지 성능을 높일 수 있습니다.


그림 4. BEMS 시스템을 활용한 에너지 관리


위에서 언급한 3가지 에너지 절감 방법은 동시에 적용되었을 때 가장 큰 효과를 거둘 수 있습니다. 즉 건물을 설계할 때 건축 설계적 기법과 설비적 기법을 적용하여 에너지 절감을 할 수 있도록 설계하고 이 설계안대로 건물을 세우고 설비를 설치합니다. 다만 최신의 설계기법과 설비를 적용하기 위해서는 추가적인 비용 투자가 필요하므로 추가 투입되는 비용과 목표로 하는 에너지 절감량을 고려하여 설계에 반영해야 하는데요. 따라서 투자금액이 과도하게 들어가게 될 때 건물주의 의사결정에 따라 적용 기술 및 최신 설비가 최소한으로 적용되는 경우도 발생합니다. 또한, 한 번 설계하여 건축하고 설비를 설치하고 나면 리모델링을 하거나 설비 교체를 하지 않으면 에너지 개선을 할 수가 없으며, 건축 및 설치 이후 지속적인 시설 및 설비 사용 때문에 초기 계획된 절감량 대비 실제 절감 수치가 줄어들 수밖에 없다는 단점이 존재합니다.

이와는 반대로 스마트 기술을 활용한 운영 관리적 방법은 초기 투자 비용은 적게 들지만 어떻게 활용하느냐에 따라 에너지 절감을 확대할 수 있다는 장점이 있습니다. 설치된 설비들을 최적으로 운용할 수 있도록 다양한 정보를 제공하고 필요에 따라서는 자동으로 제어를 함으로써 실시간으로 에너지 비용을 최소화할 수 있는데요. 이에 따라 기존의 건축 설계적 방법과 건축 설비적 방법에 초점을 맞추어 에너지 절감 노력을 했다면 이제는 스마트 기술을 활용한 운영 관리적 방법으로 에너지를 절감하는 방법이 점점 더 중요해지는 것입니다.

그러면 우리는 이제 어떻게 접근해야 할까요?
건물을 초기에 기획하는 단계에 위에서 제시한 3가지 방법을 어떤 방식으로 혼합하여 활용할 것인지를 계획해야 하며, 특히 운영을 위한 거버넌스 및 스마트 기술 활용 계획을 마련할 필요가 있습니다. 이렇게 마련된 계획이 건물 설계 및 건축 단계에서 제대로 적용되는지를 모니터링하고 건축 이후 운영단계에서 위 계획에 따라 효과적으로 수행되는지를 지속적으로 점검하여 절감활동에 활용하여야 할 것입니다.

빌딩 에너지 절감을 위한 스마트 기술, 이제 선택이 아니라 필수입니다!

 

글 | 왕기홍 총괄 컨설턴트 | LG CNS 엔트루컨설팅사업부문

 

엔트루월드 2013 발표자료 바로가기 (http://bit.ly/HXyyKM)

 

Posted by IT로 만드는 새로운 미래를 열어갑니다 LG CNS

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  1. 바람꽃 2013.05.09 09:10  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    사실 에너지 문제가 하루 이틀에 해결될 건 아닌지라
    지금과 같은 근시안적인 절약이나 절제 위주로 제도로 가고 있는 건 문제가 있다고 생각합니다.
    기존 건물에 대해서는 기사처럼 장기적인 효과를 보고 지원하고 투자할 수 있도록 해야 하지 않을까 싶습니다.
    좋은 기사 잘 봤습니다.

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