KOREA ENERGY ECONOMICS INSTITUTE

www.keei.re.kr

박 기 현

국공립 학교 건물 Retrofit 방안 연구

기본연구 보고서

14-15

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fit 방안

연구

KOREA ENERGY ECONOMICS INSTITUTE

www.keei.re.kr

박 기 현

국공립 학교 건물 Retrofit 방안 연구

기본연구 보고서

14-15

참여연구진

연구책임자 : 연 구 위 원 박기현

연구참여자 : 위촉연구원 김진경

(주)티이에스 박재완

요약 i

1. 연구 필요성 및 목적

전 세계적으로 지속적인 에너지 수요의 증가와 기후변화 문제를 해결

하기 위하여 세계 주요국들은 다양한 노력을 기울이고 있다. 대부분의

에너지를 수입하는 우리나라는 최근 고유가 지속, 원전의 수용성 악화,

밀양 송전탑 문제, 그리고 신재생에너지의 확대 차질로 인해 안정적인

에너지수급에 차질을 빚고 있다.

우리나라는 건물에너지 소비량이 전체 에너지소비의 약 21%를 차지

하고 있다(박기현 2013). 신축건물의 경우 설계기준을 강화하거나 건물

인증제를 확대하는 등 지속적으로 인·허가 기준을 강화하고 있는 실정

이나, 건물의 대부분을 차지하는 기존건물의 경우 건물에너지 효율개선

을 위한 뚜렷한 정책이나 국가차원의 프로그램은 현재 미미한 실정이

다. 정부는 에너지소비절감을 위해 다양한 정책을 실시해왔지만 건물부

문 에너지소비는 지속적으로 증가해 왔다(에너지통계연보 2013).

초중등학교의 경우 시설개선에 따른 학교 냉난방 시스템을 전력 중심

으로 개편 후 전기소비의 증가가 두드러졌다. 특히 체육관 및 도서관

신축, 급식시설의 확충, 교구기자재 현대화, 돌봄 교실, 방과 후 프로그

램 등 설비 증가와 다양한 커리큘럼의 운영도 학교 전기 사용량 증가에

일조하였다. 이와 더불어 2007~2012년 교육용 전기요금이 연간 평균

약 8%씩 상승하였다(국가에너지통계종합정보시스템). 결국 학교시설개

선 및 확충에 따른 전력사용량의 증가와 교육용 전력요금의 상승으로

학교의 에너지 비용 부담은 계속해서 증가해왔다. 따라서 에너지비용의

ii

절감을 위하여 교실의 냉난방 가동시간을 줄였고 그에 따른 온열환경의

열악한 상황이 전개되었으며 그것을 학생들이 고스란히 떠안게 되었다.

공공건물로 분류되는 학교건물은 건축구조가 단순하고 사용스케줄

및 사용 인원이 비슷하다는 점에서 병원, 호텔과 같은 상업용 건물보다

는 에너지절약기술을 적용하기에 상대적으로 용이하다. 전국의 1만1천

여 개의 초중등학교 중 과반수이상의 학교가 30~40년 이상 된 노후한

건물이다. 또한 초중등학교는 공립의 비중이 높아 정부주도의 에너지

Retrofit을 추진하기에도 가장 적합하다. 따라서 본 연구는 우리나라 초

중등학교 건물의 에너지소비현황을 살펴보고 학교건물의 에너지효율개

선을 위한 방안을 제시하는 것을 목적으로 한다.

2. 연구결과 및 정책제언

본 연구에서 초중등학교 건물의 효율개선을 위한 국내외 효율개선사

업 및 정책을 먼저 검토하였다. 국내의 경우 대표적으로 교육부에서 실

시하는 그린스쿨 사업이 있다. 2009년부터 실시하고 있는 그린스쿨 사

업은 노후화된 기존 학교를 자연친화적인 학교로 만드는 사업으로 현재

가장 활발히 추진되고 있으나 정부 예산의 한계로 인해 연간 약 50여개

의 학교에만 적용되고 있는 실정이다. 미국의 경우 초등중학교를 대상

으로 에너지스마트 스쿨(EnergySmart Schools), 유럽은 ECBCS(Energy

Conservation in Building and Community Systems Programme)의

Annex 36, 일본은 에코스쿨(Eco-School) 프로그램 등을 통하여 교육환

경개선을 위해 학교 건물 에너지 retrofit을 다양하게 시행하고 있다. 또

한 미국과 유럽의 경우는 학교 retrofit에 대한 체계적인 가이드라인을

구축하고 있으며, 가이드라인에는 각 단계별 Retrofit의 세부적인 지침

요약 iii

사항도 명시되어 있다.

우리나라의 전체학교를 대상으로 초·중·고등학교의 에너지사용현황

통계를 알아보고 기초통계 분석을 실시하였다. 1970~2013년까지 우리

나라의 초중등학교 수는 꾸준히 증가해온 반면 학생 수는 감소하였다.

2000년 이후 학급당 학생 수도 꾸준히 감소하여 2013년 학급당 초등학

생 수는 23.2명, 중학생 수는 31.7명, 고등학생 수는 31.9명으로 줄어들

었다.

교육기본통계(2013)를 이용하여 2012~2013년 전국 초·중·고등학교

의 에너지소비 데이터를 분석하였다. 분석대상 학교 수는 늘었으나 학

생 수는 오히려 감소하였다. 총에너지사용량은 약 778,628TOE에서

847,002TOE로 약 8.7% 증가하였으며, 면적당 에너지 소비량과 학생

수당 에너지소비량도 각각 증가했다.

초중등학교의 에너지현황을 분석해본 결과 30~40년 이상 노후화된

학교가 전체의 약 절반을 차지하는 것으로 나타났다. 고등학교가 평균

면적당 및 학생수당 에너지를 가장 많이 소비하였고, 다음으로 초등학

교 그리고 마지막으로 중학교가 에너지를 가장 적게 소비하였다. 학교

의 설립연도별 에너지소비를 보면 많은 학교가 설립연도가 오래될수록

면적당 에너지소비량이 높은 경향을 보였다. 학교 설립유형별 에너지소

비를 보면 사립>국립>공립의 순으로 높게 나타났다. 기후대의 영향으로

중부에 위치한 학교가 남부에 위치한 학교보다 평균 면적당 에너지를

더 많이 소비하는 것으로 나타났으며, 학교 수와 학생 수는 경기도와

서울이 가장 많았다. 초등학교, 중학교, 고등학교 등 각각의 학교 유형별

로 전체 에너지소비와 면적당 에너지소비량, 학생수당 에너지소비량 등

을 분석했으며, 중부 및 남부지역, 광역시도별 에너지소비실태도 분석하

iv

였다.

에너지사용량 조사를 통해 분석된 학교 중 평균에 가장 근사한 학교

를 선정하여 상세한 현황조사와 EnergyPlus 프로그램을 활용한 시뮬레

이션 분석을 실시하였다. 단위면적당 에너지사용량이 큰 학교보다 에너

지 사용량이 평균에 근사한 학교를 선정한 이유는 에너지 Retrofit을 위

한 대상학교의 기준을 제시해 줄 수 있기 때문이다. 물론 노후학교나

에너지소비가 큰 학교를 분석할 경우 에너지절감기술 적용 시 에너지절

감잠재량이 크게 나올 가능성이 높지만 일반화시키기는 어렵다.

분석대상 중학교의 시설에 에너지 사용량은 급탕에너지의 비중이

23.3%로 가장 큰 것으로 조사되었으며, 다음으로는 난방(가스) 18%, 상

시전력 13.9%, 취사 13.7% 등으로 나타났다. 일반전력부하 중 조명 및

일반기기, 냉방 사용전력에 비해 상시전력의 사용량이 많을 것으로 나

타났다.

이러한 결과를 기초로 적용기술별 에너지 절감량을 살펴보면 단열재

50mm를 최대치인 400mm로 증가시키더라도 에너지 절감률이 약 3.8%

로 나타나 벽체단열 보강에 따른 연간에너지 전체 절감량은 그다지 크

지 않은 것으로 분석되었다. 창호교체도 크게 다르지 않다. 냉난방 에너

지 절감 기술(지붕단열, 삼중로이유리, LED 조명, 배열회수) 등을 모두

적용한 경우 총에너지 절감은 10.4%로 전체 냉난방에너지 감소율은

13.8%인 것으로 나타났다. 이와 같은 결과는 기본적으로 분석대상학교

의 에너지 사용량 중 냉난방 사용량이 34.3%로 적기 때문이다.

하지만 태양열 집열기 100 을 급탕시스템으로 적용하는 경우 전체

에너지 사용량의 16.2%의 절감효과가 있으며, 태양광의 경우 100kWp

를 적용하는 경우 18.5%의 적용효과가 나타났다. 무상급식 실시 후 학

요약 v

교 내에서 급식을 담당하고 있으며 이에 따른 에너지 비용 부담 또한

늘어났기 때문에 과거 학교에너지 분석에서 포함되지 않았던, 급탕사용

량이 증가하였다. 이러한 결과는 학교 건물에서 우선적으로 적용되었던

냉난방 절감 기술보다는 급탕사용에너지와 전기에너지 사용량을 효과

적으로 줄일 수 있는 신재생에너지의 검토가 우선적으로 이루어져야할

것으로 판단된다. 따라서 급식을 실시하는 학교의 경우 급탕에너지를

우선적으로 줄일 수 있는 태양열 급탕시스템의 검토가 우선적으로 이루

어질 필요가 있다.

또한, 학교의 사용전력은 물론 국가 차원의 전력 사용량을 줄이기 위

한 태양광 시스템의 도입이 이루어져야 한다. 학교 건물의 경우 건폐율

과 용적률이 매우 낮고, 한번 준공되면 장기적으로 사용하므로 태양광

발전에 저해가 되는 음영에 대한 간섭을 최소화할 수 있다. 또한 장기

임대가 용의하므로 학교 옥상을 외부에 임대하여 임대료 수익을 학교의

재정에 편입시켜 학교 예산을 확보함은 물론 국가적 차원의 신재생에너

지 보급 확대를 모색할 수 있을 것으로 사료된다. 다만, 학교는 공공성

과 교육적 목적이 있으므로 임대 발전 사업을 하는 사업자는 학교 건물

에 사업을 시행하는 경우 교육적 목적으로 활용될 수 있도록 모니터링

실을 별도로 설치하는 것을 권고한다. 이를 통해 성장하는 학생들이 신

재생에너지 시설을 생활 속에서 접합으로써 향후 신재생에너지에 대한

인식을 확대할 수 있을 것이다.

마지막으로 기존 학교의 에너지 사용비용을 토대로 적용기술에 따른

투입 비용과 LCC기법을 활용한 투자회수 기간을 산정하여 도입 가능한

건축 및 에너지부문의 기술요소에 대한 경제성 분석 결과를 제시하였

다. 평가 결과 투자회수 기간이 가장 빠른 기술은 태양열 급탕 시스템으

로 7.7년 이고 다음으로 태양광 발전 시스템인데 약 13년으로 나타났다.

부하절감 기술 중 창호교체나 단열강화의 경우 투자회수 기간이 현저히

낮으므로 학교에서 에너지 절감을 목적으로 하는 경우 신재생에너지설

비를 우선적으로 적용하는 것이 가장 경제적인 것으로 분석되었다.

국공립 초중등학교의 학교 건물 Retrofit사업을 위해서는 재원 마련이

시급하다. 공공부문에서 사용할 수 있는 기금; 일례로, 전력산업기반기

금을 활용하는 방법도 검토해 볼 수 있으며, 필요시 기금 이용을 위해

법 또는 조문이나 시행령을 수정·보완할 필요가 있다. 또한 에너지의 절

약 및 효율적인 이용을 위해 마련된 에너지이용합리화자금에서도 학교

건물의 에너지효율개선을 위한 전폭적인 지원이 이루어질 필요가 있다.

건물에너지 Retrofit사업의 원활할 추진을 위해 가장 중요한 것이 사

업시작 이전에 수행하는 건물에너지진단과 건물에너지 성능평가이다.

각각의 학교별로 에너지진단이 이루어지고 각 학교가 직면한 상황에 맞

게 Retrofit 계획을 수립해야 한다. 동일한 지역에 있더라도 적용기술이

다를 수가 있기 때문이다. 정부와 사업자 그리고 학교가 모두 만족 할

수 있는 Retrofit사업을 만들어 나가는 것이 중요하다. 학교를 포함하는

건물 Retrofit사업은 건축주나 수요자가 요구하는 사항을 면밀히 파악해

야 할 뿐만 아니라 실제 수요자가 모든 Retrofit 정보에 쉽게 접근 할

수 있도록 체계를 마련하는 것도 필요하다.

Abstract vii

ABSTRACT

1. Purpose of research

Many countries in the world have been making efforts to solve the

problems related to the growth of energy demand and climate changes.

South Korea, which depends most of its energy demand on imports,

faces difficulties in ensuring energy supply security due to persistent

high oil prices, lack of nuclear power capacities, and difficulty of

expanding renewable energy supply.

Buildings account for about 21% of all energy consumption in Korea

(Park 2013). Korean government has strengthened energy regulations

and standards in new buildings, whereas rarely having applied them to

existing buildings, which account for the dominant share of buildings

in Korea. Even though Korean government has implemented various

energy efficiency policies and programs in every area, energy

consumption in building sectors has continuously increased (Yearbook

of Energy Statistics 2013).

Since heating and cooling systems using electricity have been adapted

in primary and secondary schools in accordance with school facility

renovation policies in Korea, there has been a noticeable increase in

electricity consumption in schools. Especially, it is caused partly, by

new construction of library and expansion of food service facilities,

viii

modernization of school equipments, and operation of various programs

such as after-school care classes and after-school programs. On top of

that, the average annual growth rate of electricity tariffs from 2007 to

2012 has reached 8% (Korea Energy Statistics Information System).

Consequently, the expenditure for energy consumption in schools has

gradually increased due to modernization of school facilities and a rise

in electricity tariff. Most schools have no choice but to diminish operation

hours of heating and cooling to save the energy use expenditure, which

ended up taking a toll on their students.

Energy saving technology can be easier to be applied to school

buildings than commercial buildings such as hospitals and hotels in that

1) the structure of buildings are simple, and 2) the building usage schedule

and the number of people using buildings are similar across schools

in the nation. More than half of 11,000 primary and secondary schools

nationwide have deteriorated buildings more than 30-40 years old. For

the case of elementary and middle schools, the percentage of public

schools is fairly high. Considering this fact, Korean government is

feasibly able to implement energy-saving retrofitting of public primary

and secondary school buildings. In this context, this research explores

the status of energy consumption of primary and secondary school

buildings, and suggests the policy implication to improve energy

efficiency of school buildings.

Abstract ix

2. Results and Policy Implication

This paper firstly reviews the domestic and foreign programs and

policies for enhancing energy efficiency of buildings in primary and

secondary schools. One of representative energy efficiency programs is

the Green-School Project, which has been being promoted by Ministry

of Education, Korea. Korean government has undertaken this project

to create environmentally friendly schools by renovating deteriorated

school buildings since 2009. Currently, the limited budget binds only

fifty schools to this project. The U.S., Europe, and Japan have been

implementing energy retrofitting programs such as EnergySmart School

in U.S., ECBCS(Energy Conservation in Building and Community

Systems Programme) Annex 36 in Europe, and the Eco-School program

in Japan in order to improve their educational environment. Specifically,

the U.S. and Europe have set the systematic guidelines about the school

retrofitting. The guidelines include the specific instructions of

step-by-step retrofitting processes.

In this paper, we have collected the data on energy consumption in

entire primary and secondary schools, and have conducted the basic

statistical analysis. The number of primary and secondary school has

consistently increased in Korea from 1970 to 2013. By contrast, the

number of students in those schools has decreased during the same period.

Since 2000, the number of students per class has gradually decreased

and reached 23.2, 31.7, and 31.9 students per class for an elementary

school, a middle school, and a high school, respectively. We analyzed

x

the energy consumption data of elementary, middle, and high schools

nationwide from 2012 to 2013. The data has been collected from

education basic statistics 2013. Total energy consumption in schools

has increased by 8.7% from 2012 to 2013(778,628TOE in 2012 and

847,002TOE in 2013). Energy consumption not only per area but also

per the number of students has increased.

High schools took the top position in energy consumption among

schools. Elementary schools turn out to take the second position, and

Middle schools ranked the last. Energy consumption per area tends to

increase proportionally as school buildings get old. In terms of type of

founder, energy consumption of private schools is the most, and national

schools and public schools are followed. The schools in the northern

region of Korea, which are relatively colder than the southern region,

tend to consume more energy than those in the southern region.

After selecting schools of which energy consumption is close to the

national average, we investigate the current status of their energy

consumption, and conduct simulation analysis by using EnergyPlus

program. Considering the usage of energy in analyzed middle schools,

hot water supply takes the biggest share (23.3%) of total energy

consumption. Heating, electricity, cooking system took the second, third,

and fourth shares, respectively. From the aspect of energy saving

technology, thickening thermal insulation materials from 50mm to

400mm results in saving 3.8% of energy consumption, which is not bigger

than expected. Using all applicable energy saving technologies to heating

Abstract xi

and cooling systems turns out to decrease total energy consumption in

school by 10.4%, and reduces energy consumption for heating and cooling

in school by 13.8%. This result is attributed to the fact that the share

of energy use for heating and cooling out of total energy consumption

is just 34.3%, which is not that big.

But, in the case where applying a 100m2 of solar heat collector to

the hot water supply system has the energy saving effect of 16.2%. In

the case of photovoltaic, energy saving rate reached to 18.5%. As free

school meals system has been adapted to elementary schools across the

nation, energy consumption for hot water supply has increased. In order

to save energy consumption in school, adapting the solar energy systems

for hot water supply should be preferentially considered rather than the

adapting of energy saving technologies for heating and cooling systems.

Introduction of the system of photovoltaic should be considered to save not only electricity use in schools but also nationwide electricity use. In the case of schools, the building-to-land ratio and floor-area ratio are low, and long term usage and rent are possible. Therefore, rental fees obtained from renting a roof of the school to solar system company can be transferred to the school budget. It also contributes to expansion of national renewable energy supply. Korean government recommends that solar system companies should install the monitoring room in school for the publicity and educational purposes of schools. This enables students to face renewable energy facilities in a daily life of renewable energy facilities and expand awareness of renewable energy.

Finally, we present the result of the economic analysis of the applicable

construction type in school and the technical elements in energy sectors

xii

after calculating the payback period using the input costs and LCC

techniques based on energy consumption costs of existing schools. The

result shows that for solar hot water system, the investment payback

period is 7.7, and solar power system is about 13 years.

To conduct the retrofit projects of buildings in national&public

elementary and secondary schools, funding is urgently needed. One way

to obtain necessary funds for school retrofitting projects is to use the

funds available in the public sector such as ‘Power Industry Promotion

Fund. If necessary, modification and supplementary revision of related

Act or Decree is needed to get funds for school retrofitting. The usage

of Energy Use Rationalization Fund is worth being considered as well.

In order to facilitate the promotion of Building Energy Retrofit Project,

the most important thing to be done is the energy audit and performance

assessment of buildings in schools. Each of these energy assessments

and retrofit projects should be conducted after reflecting the

circumstances of each individual school. Moreover, the retrofit projects

that satisfy schools, government, and participating company should be

carried out. All types of retrofitting including school buildings should

carefully reflect what consumers need in the projects. The system for

consumers to access easily to all retrofit information should be essentially

provided. of this study provides some important insights for policy design.

차례 xiii

제목 차례

제1장 서 론 ················································································· 1

제2장 국내외 학교건물 에너지효율 개선 정책 ···························· 5

제1절 국내 정책 ················································································ 5

1. 그린 스쿨(Green School) ····························································· 5

2. 서울시 제로에너지 스쿨과 교육환경개선사업 ······················· 10

제2절 해외 정책 ·············································································· 14

1. 미국 ····························································································· 14

2. EU(유럽연합) ·············································································· 23

3. 일본 ····························································································· 28

4. 국내외 시사점 ············································································· 30

제3장 학교의 에너지소비실태 분석 ············································ 33

제1절 일반 현황 ··············································································· 33

1. 초중등학교 전체 에너지소비 현황 ··········································· 38

2. 유형별 에너지소비량 비교 ························································ 39

제2절 초등학교 ················································································· 42

1. 초등학교 전체 현황 ··································································· 42

2. 초등학교 중부/남부 에너지 소비현황 ······································· 47

3. 초등학교 광역시도별 소비현황 ················································· 48

xiv

제3절 중학교 ····················································································· 51

1. 중학교 전체 현황 ······································································· 51

2. 중학교 중부/남부 에너지 소비현황 ·········································· 55

3 중학교 광열시도별 소비현황 ······················································ 56

제4절 고등학교 ················································································· 59

1. 고등학교 전체 현황 ··································································· 59

2. 고등학교 중부/남부 에너지 소비현황 ······································· 63

3. 고등학교 광역시도별 소비현황 ················································· 64

제4장 학교 건물에너지 절감효과 분석 ······································ 67

제1절 모델링 분석을 위한 분석 대상 설정 ··································· 67

1. 분석대상학교의 일반 현황 ························································ 69

2. 분석대상학교의 에너지 소비현황 ············································· 73

제2절 분석 모형 설정 ······································································ 80

1. EnergyPlus 모형 개요 ································································ 80

2. 시뮬레이션 타당성 분석 ···························································· 85

3. 성분별 에너지 소비량 분석 ······················································ 85

제3절 에너지 성능 평가 ·································································· 87

1. 분석대상학교의 에너지 성능 평가 ··········································· 88

2. 태양열 급탕시스템 ····································································· 97

3. 태양광 발전시스템 ··································································· 100

4. 적용기술별 최종에너지 분석 ··················································· 101

차례 xv

제5장 학교 건물 Retrofit 방안 ··············································· 103

제1절 학교 Retrofit을 위한 선정 기술 ······································· 103

1. 분석대상학교의 에너지 비용 분석 ········································· 105

2. 적용기술요소에 대한 비용 분석 ············································· 107

3. 투자비 대비 경제성 분석 ························································ 110

제2절 학교 Energy Retrofit을 위한 재원 지원 방안 ·················· 114

제6장 결 론 ············································································· 119

참고문헌 ··················································································· 123

xvi

표 차례

그린스쿨의 세부사업내용 ····················································· 5

2009-2010년 그린스쿨 지원 금액에 투자한 항목 ············· 6

2009~2010년 그린스쿨 분야별 평균 비용과 투자 비율 ··· 7

2012년 그린스쿨 항목별 투자금액 및 비율 ······················· 9

단위사업 및 세부사업내역 ··············································· 11

각 단위사업별 작성 기준 ··················································· 12

각 자원 조달의 특징 ·························································· 21

일본 Eco-School 시범유형 ················································· 29

건물유형별 에너지사용현황 ················································ 33

부문별 최종에너지 수요 전망 ············································ 34

학교별 연대별 학생 1인당 에너지 비용 ··························· 37

학교별 연대별 면적당(m2) 평균 에너지 비용 ·················· 37

전국 초·중·고 에너지사용량 ··············································· 38

설립유형별 평균 면적당 에너지소비량 ····························· 41

학교유형별 에너지소비량 비교 ·········································· 41

초등학교 현황 ······································································ 42

초등학교 에너지사용 현황 ················································· 44

2012, 2013 면적당 에너지소비량 상위학교 ··················· 46

2013 중부/남부 초등학교 에너지소비현황 ······················ 47

2013 초등학교 광역시도별 에너지소비현황 ··················· 49

중학교 현황 ······································································· 51

중학교 에너지 사용 현황 ················································· 53

2013 중부/남부 중학교 에너지소비현황 ························· 55

차례 xvii

2013 중학교 광역시도별 소비현황 ·································· 57

고등학교 현황 ···································································· 59

고등학교 에너지 사용 현황 ············································· 61

2013 중부/남부 중학교 에너지소비현황 ························· 63

2013 고등학교 광역시도별 소비현황 ······························ 65

건물개요 ··············································································· 69

인원 및 시설 현황(’13년 기준) ········································· 70

2013년도 1학기 학사일정 ·················································· 71

2013년도 2학기 학사일정 ·················································· 72

월별 가스에너지 사용량 ····················································· 75

월별 총에너지 사용량 ························································· 78

에너지 소비량 구성 ···························································· 79

외벽의 구성 ········································································· 81

내벽의 구성 ········································································· 82

지붕의 구성 ······································································· 82

바닥의 구성 ······································································· 82

분석대상학교의 학생스케줄 ·············································· 84

분석대상학교의 교직원 스케줄 ········································ 84

용도별 에너지 소비량(kWh/,yr) ······································· 86

벽체단열 두께별 에너지 소비량(분석대상학교) ············· 89

지붕단열 두께별 에너지 소비량(분석대상학교) ············· 91

적용창호에 따른 에너지 소비량(분석대상학교) ··········· 93

조명기술에 따른 에너지 소비량(분석대상학교) ············· 94

침기 및 환기 따른 에너지 소비량(분석대상학교) ······· 96

분석대상학교 월별 급탕부하(주방용) ······························ 97

태양열 급탕시스템의 제원 ··············································· 98

태양열 급탕시스템 분석 ··················································· 99

xviii

태양광 용량별 에너지 발전량 ········································ 100

적용기술에 따른 에너지 소비량(분석대상학교) ········· 102

교육용 전력가격 상승 추이 ············································· 103

2009~2012년도 경기도 전기사용량 ································· 104

2009~2012년도 경기도 학교당 평균전기요금 비용 ······· 105

조달청 리모델링 공사 내역(2014년) ······························· 108

조달청 학교 신재생에너지 설치 공사 내역(2014년) ····· 110

분석대상학교의 부하절감 요소 기술추정 공사비 ·········· 111

분석대상학교의 신재생에너지 기술추정 공사비 ············ 111

분석대상학교의 적용 기술 요소별 경제성 평가 ·········· 113

사업주체별 역할 ································································ 117

차례 xix

그림 차례

[그림 2-1] 미국의 상업 건물 에너지사용 비율 ································· 14

[그림 2-2] AERGs의 시행 구조 ························································· 18

[그림 2-3] Retrofit 의사결정 과정 구조 ············································ 19

[그림 2-4] M&V 과정 ········································································· 23

[그림 2-5] Cohesion Policy Fund에 따른 건물 에너지 개선 지침 과정 ···· 25

[그림 2-6] 의사결정 지원 도식도 ······················································· 26

[그림 2-7] 일본 학교의 에너지 소비 구성 ········································ 28

[그림 2-8] Eco-school 시범 운영 구조 ·············································· 29

[그림 3-1] 1970 2013 학교 수 추이 ················································ 35

[그림 3-2] 1970 2013 학생 수 추이 ················································ 35

[그림 3-3] 2000 2013 학급당 학생 수 추이 ··································· 36

[그림 3-4] 설립연도별 면적당 에너지소비량 ···································· 40

[그림 3-5] 2013년도 초등학교 설립 유형 ········································· 43

[그림 3-6] 2013년도 30년 이상 노후 학교 비율 ···························· 43

[그림 3-6] 2012 초등학교 면적당에너지소비량 분포그래프 ············ 45

[그림 3-7] 2013 초등학교 면적당에너지소비량 분포그래프 ············ 45

[그림 3-8] 중/남부 초등학교 평균면적당 에너지소비량 ··················· 47

[그림 3-9] 중/남부 초등학교 평균 학생수당 에너지소비량 ············· 48

[그림 3-10] 2013 광역시도별 초등학교수 ········································· 50

[그림 3-11] 2013 광역시도별 초등학교 면적당 에너지소비량 ········ 50

[그림 3-12] 2013 광역시도별 초등학교 학생수당 에너지소비량 ···· 50

xx

[그림 3-13] 2013년도 중학교 설립 유형 ········································· 52

[그림 3-14] 2013년도 30년 이상 노후 학교 비율 ···························· 52

[그림 3-15] 2012 중학교 면적당에너지소비량 분포그래프 ··········· 54

[그림 3-16] 2013 중학교 면적당에너지소비량 분포그래프 ············· 54

[그림 3-17] 중/남부 중학교 평균면적당 에너지소비량 ···················· 55

[그림 3-18] 중/남부 중학교 평균 학생수당 에너지소비량 ············· 56

[그림 3-19] 2013 광역시도별 중학교 수 ··········································· 58

[그림 3-20] 2013 광역시도별 중학교 면적당 에너지소비량 ··········· 58

[그림 3-21] 2013 광역시도별 중학교 학생수당 에너지소비량 ······ 58

[그림 3-22] 2013년도 고등학교 설립 유형 ······································· 60

[그림 3-23] 2013년도 30년 이상 노후 학교 비율 ························ 60

[그림 3-24] 2012년 고등학교 면적당에너지소비량 분포그래프 ······ 62

[그림 3-25] 2013년 고등학교 면적당에너지소비량 분포그래프 ······ 62

[그림 3-26] 중/남부 고등학교 평균 면적당 에너지소비량 ··············· 63

[그림 3-27] 중/남부 고등학교 평균 학생수당 에너지소비량 ··········· 64

[그림 3-28] 2013 광역시도별 고등학교 수 ······································· 66

[그림 3-29] 2013 광역시도별 고등학교 면적당 에너지소비량 ········ 66

[그림 3-30] 2013 광역시도별 고등학교 학생수당 에너지 소비량 · · 66

[그림 4-1] 분석대상학교의 원단위 분석 결과 ·································· 68

[그림 4-2] 시간별 전력사용량(2013년) ·············································· 73

[그림 4-3] 월별 전기사용량 ································································ 74

[그림 4-4] 월별 가스에너지 사용량 ··················································· 76

[그림 4-5] 연간 가스사용분포 ···························································· 76

[그림 4-6] 월별 총에너지 사용량 ······················································· 77

차례 xxi

[그림 4-7] 분석대상학교 에너지소비량 성분별 구성비 ···················· 79

[그림 4-8] 시뮬레이션 모델링(상: 본관, 하: 체육관, 식당) ··········· 80

[그림 4-9] 스케줄 입력 예(Energy Plus 8.1) ···································· 83

[그림 4-10] 시뮬레이션 타당성분석결과 ············································ 85

[그림 4-11] 총에너지소비량 비율 ····················································· 87

[그림 4-12] 벽체단열 두께별 에너지 절감률 ···································· 90

[그림 4-13] 지붕단열 두께별 에너지 절감률 ···································· 92

[그림 4-14] 적용 창호별 에너지 절감률 ············································ 93

[그림 4-15] 조명 기술에 따른 에너지 절감률 ·································· 95

[그림 4-16] 침기 및 환기 기술에 따른 에너지 절감률 ··················· 96

[그림 4-17] 경기도 지역의 설치용량별 발전량(의정부) ················· 100

[그림 4-18] 적용기술에 따른 에너지 절감량 분석 ························· 101

[그림 5-1] 분석대상학교의 에너지 사용 분포 ································ 106

[그림 5-2] 분석대상학교의 에너지 비용 분포 ································ 106

[그림 5-3] 분석대상학교의 에너지 요금 상세 분석 ······················· 107

[그림 5-4] 태양광 설치 ····································································· 109

[그림 5-5] 태양열 설치 ····································································· 109

[그림 5-6] 그린리모델링 창조센터 비즈니스 모델 ························· 115

제1장 서론 1

제1장 서 론

세계적으로 지구온난화 문제가 제기되면서 기후변화 대응과 화석연

료 사용을 줄이기 위해 각국은 다양한 정책을 추진하고 있다. 우리나라

는 대부분의 에너지를 해외로부터 수입하는 에너지수입국으로서 효율

적인 에너지의 사용은 필수적이다. 최근 고유가가 지속되고 있는 가운

데 원전의 수용성 문제, 밀양 송전탑 문제, 그리고 신재생에너지의 확대

불확실성 등으로 국가의 안정적인 에너지 수급에 차질을 빚고 있는 실

정이다.

우리나라의 경우 건물에너지 소비량이 국내 총 에너지소비의 약 21%

를 차지하고 있으며 향후 계속해서 증가할 전망이다 (박기현 2013). 이

에 정부가 건물부문의 에너지절감을 위해 다양한 정책을 추진하고 있으

나 최근 건물부문 에너지소비는 지속적으로 증가해 왔다 (에너지통계연

보 2013). 신축건물의 경우 2010년 이후 설계기준 강화, 인증제 확대

등 인·허가 기준을 강화하여 건물의 에너지 성능을 강화하고 있으나, 기

존건물의 경우 에너지소비 증명제 등 자발적으로 참여하는 정책에 집중

되어 있어 실질적인 에너지절감이 어려운 실정이다.

최근 10년간 초중등학교 시설개선에 따른 학교 냉난방 시스템을 전력

중심으로 개편 후 학교 운영에 있어 냉난방의 비용이 증가해 왔다. 전력

가격이 석유나 가스 가격보다 상대적으로 저렴하기 때문에 학교 운영비

의 절감 차원에서 냉난방의 전력화가 불가피했으며 그로 인해 전력의

설비가 늘어 왔다. 체육관 및 도서관 건축, 급식시설의 확충, 교구기자재

현대화와 돌봄 학교, 방과 후 프로그램 등 교육과정의 다양화도 전기

2

사용량 증가에 일조하였다. 이와 더불어 2007 2012년 5년간의 교육용

전기 요금이 연간 평균 8%씩 증가하였다 (국가에너지통계종합정보시스

템). 결론적으로 학교시설개선에 따른 전력사용량의 증가와 교육용 전

력요금의 상승 및 가스 요금의 상승으로 학교의 에너지 비용 부담은 계

속해서 증가해 왔다. 따라서 비용절감을 위해 냉난방 가동시간을 줄이

면서 온열환경의 열악한 상황이 전개되었고 그것을 고스란히 학생들이

떠안게 되었다.

공공건물로 분류되는 학교건물은 건축구조가 단순하고 규모면에서

큰 차이를 보이지 않으며 사용스케줄 및 사용 인원이 비슷하다는 측면

에서 상업용 건물보다는 에너지절약기술을 적용하기에 용이하다. 전국

의 1만 1천여 개 초중등학교 중 과반수 정도의 학교가 지어진지 30 40

년 이상 된 노후 건물이다. 또한 초중등학교는 공립학교의 숫자가 많아

정부주도의 건물 에너지 Retrofit 정책을 추진하기에 가장 적합하다.

2009년 이후 국가차원에서 실시하고 있는 그린스쿨 사업은 공립학교

중심으로 전폭적으로 이루어지고 있으나 연간 지원 대상 학교의 숫자는

전체 학교의 0.5%도 채 되지 않아 제한된 예산 하에서 모든 학교가 수

혜를 받기는 어려운 실정이다.

본 연구에 선정된 분석대상학교는 2012 2013년 교육부 그린스쿨사

업을 위해 에너지진단을 받은 학교의 통계를 기초로 에너지사용량이 평

균에 가장 근사한 (중간 값 선정) Y중학교를 선정하였다. 단위면적당

에너지사용량이 큰 학교보다 에너지 사용량이 평균에 근사한 학교를 선

정한 이유는 에너지 Retrofit을 위한 대상학교의 기준을 제시해 줄 수

있기 때문이다. 전국 1만1천여 개 학교 가운데 에너지 사용량이 평균에

있는 학교의 에너지 Retrofit의 절감 잠재량이 얼마인지 알 수 있기 때문

제1장 서론 3

이다. 물론 노후학교나 에너지를 많이 쓰는 학교를 분석할 경우 에너지

절감기술 적용 시 에너지절감잠재량이 크게 나올 가능성이 크다. 하지

만 이러한 학교들을 기준으로 정책입안자가 새로운 정책을 적용하기에

는 위험이 따른다. 단위면적당 에너지사용량이 많은 학교는 추후 연구

과제로 남겨 둔다.

한편, 최근 무상급식이 적용된 후 급식시설의 운영으로 인한 취사와

급탕의 비중이 높아져 왔다. 따라서 이러한 현상은 에너지사용량과 패

턴의 변화를 야기했으며 이를 적절히 반영하고 있는 중학교를 선정하여

본 연구에서 분석하였다. 취사와 급탕의 비중이 증가하면 전체 에너지

사용량에서 냉난방의 비중이 줄어들게 되므로 전통적으로 중요시 했던

단열 강화, 창호 교체와 같은 기술보다는 태양열과 같은 신재생 에너지

의 도입이 에너지사용과 학교 운영 측면에서 우선시 될 수 있다. 이러한

관점에서의 연구는 과거에는 시도되지 않았다는 점에서 그 의의가 있다

하겠다.

따라서 본 연구의 2장에서는 공공부문의 대표적 건물인 학교 건물의

효율개선을 위한 국내외 학교 에너지 Retrofit 정책 추진 현황을 살펴본

다. 그리고 3장에서는 우리나라의 전체 초중등학교를 대상으로 학교 건

물의 일반통계 자료, 에너지사용량 및 기초통계 분석을 실시한다. 4장에

서는 분석대상학교의 건물 에너지 절약 기술 적용에 따른 에너지 절감

효과를 시뮬레이션 분석해보고, 마지막으로 5장에서는 그 결과를 기초

로 학교에너지효율 개선을 위한 기술별 비용·편익 분석 및 재정지원방

안을 제시한다.

제2장 국내외 학교 에너지효율 개선 정책 5

제2장 국내외 학교건물 에너지효율 개선 정책

제1절 국내 정책

1. 그린 스쿨(Green School)

2009년부터 실시한 정부의 그린스쿨(Green School) 사업은 녹색

New Deal 의 일환으로 2012년까지 약 8천억 원을 투자하여 노후화된

기존 학교를 지역과 학교 특성에 맞도록 5개 항목을 중점으로 자연친화

적인 학교로의 전반적인 개선을 목표로 실시되었다.

학교유형 주요사업내용

생태학교, 자연친화형 학교

수목조성, 학교 옥상 정원화 조성, 생태연못 조성, 친환경 포장재 개선, 자전거 주차장 및 자전거 길 조성 등 자연 체험형 학교 조성

에너지절감형 학교

태양광 옥외 가로등 설치, 지열 및 태양열 에너지를 이용한 냉 난방 및 급탕설비, 빗물이용시설, LED 조명시설 설치/고효율 조명기구 설치, 에너지 절약형 창호교체, 심야전력 도입시설 설치, 원격 자동제어 시스템 도입 등

친환경소재형 학교친환경 외장재, 천연형 벽지 바닥재 내장재, 친환경형 도색, 석면함유 텍스교체 등

건강하고 안전한 학교유해성분 배출을 위한 교실 내 환기 시스템 설치(공기정화설비), 화장실 개선 등

학생 및 교직원 편의시설 교과교실제

운영 학교

탈의실, 샤워실, 상담실, 학생 및 교직원 휴게실, 교과교실제 운영(중 고)에 대비한 공간 조정 등

그린스쿨의 세부사업내용

출처: 교육부(2009), 초·중등 그린스쿨(Green School) 사업 추진계획(안)

6

2009~2010년 2년간 진행된 그린스쿨 사업은 각각 52개 학교 194,373

백만 원과 56개 학교 137,154백만 원이 지원되었다. 투자 항목은 크게

에너지, 자재 및 기타 친환경, 생태 환경, 실내 환경으로 구분되었으며,

세부 항목과 평균 투자비용 및 적용비율은 에 나타나있다.

분야 항목학교당

평균비용(원) 해당 학교수 적용비율(%)

에너지

신재생

태양광발전설비

고정식태양광집열판

164,651,364 76 70.37

BIPV 79,487,781 3 2.78태양광가로등 24,577,214 76 70.37

태양열 급탕설비 31,291,240 26 24.07LED조명 58,204,191 92 85.19

지열이용시설 238,456,200 7 6.48기밀성창호 222,016,218 75 69.44외벽단열보강 194,981,427 53 49.07전열교환기 133,054,416 46 42.59

고효율기자재사용 55,418,211 41 37.96최대수요전력 제어설비 설치

13,562,115 15 13.89

고효율 옥외등 19,772,464 47 43.52기타 90,700,505 10

자재 및 기타 친환경

건물내부

천장 133,868,182 106 98.15벽 71,732,020 107 99.07바닥 168,600,054 96 88.89

화장실 개보수 319,985,963 18 16.67소계 694,186,220

건물외부

자전거 보관소 10,716,655 49 45.37

우수조 설치 80,921,582 45 41.67

소계 91,638,237

기타

외장 188,907,095 73 67.59기타자재 94,954,839 51 47.22

2009-2010년 그린스쿨 지원 금액에 투자한 항목

제2장 국내외 학교 에너지효율 개선 정책 7

출처: 교육부(2012), 내부 자료를 재구성

분야 학교당 평균비용(원) 투자 금액 비율(%)

에너지 1,326,173,344 27.32자재 및 기타 친환경 1,079,565,019 22.24

생태환경 660,059,326 13.60실내환경 144,384,376 2.97기타1) 1,643,406,305 33.86

2009~2010년 그린스쿨 분야별 평균 비용과 투자 비율

출처: 교육부(2012), 내부 자료를 재구성

적용비율이 높은 것으로는 태양광집열판 및 태양광가로등 설치, LED

1) 엘리베이터설치, 연결통로 공사, 내진성능평가 용역, 내진보강공사, 친환경인증 수수료, 그린스쿨기본계획 연구용역, 폐기물 처리 등이 포함됨

분야 항목학교당

평균비용(원) 해당 학교수 적용비율(%)

화장실내 자동감식기 손 건조기

4,299,471 31 28.70

분리수거용기 설치 1,330,641 12 11.11먼지털이 매트 설치 4,248,517 19 17.59

소계 1,079,565,019

생태환경

생태숲 217,101,126 82 75.93수생비오톱 63,888,766 49 45.37생태학습원 57,437,890 26 24.07

운동장 천연잔디 192,690,976 20 18.52옥상녹화 40,502,879 8 7.41특수포장 88,437,691 90 83.33

실내환경

실내식재 28,059,536 16 17.81냉난방설비 설치 101,582,839 41 37.96소음측정 실시 - 0 0

TAB시행 14,742,000 1 0.93

기타엘리베이터 설치 82,773,335 17 15.74연결 통로 공사 78,811,981 21 19.44기타(증축포함) 1,481,820,989 106 98.15합계 4,853,588,371

8

조명기기 설치, 기밀성창호 설치, 내장재(천장, 벽, 바닥), 외장재, 생태

숲 조성, 특수포장 이었다. 사업비 사용비중은 기타를 제외하고 에너지

가 27.32%로 가장 높았으나, 명확한 에너지 절감 효과가 확인되지 않아

사업의 실효성을 확인하기 어렵다는 문제점이 거론되었다.

이러한 문제점을 개선하고자 2012년부터는 노후 교육시설 개선에 있

어 에너지진단 결과에 따라 에너지효율개선을 추진하도록 사업의 운영

체계를 바꾸었다. 이러한 변화는 근본적으로 최근 교육시설이 정보화의

확대 및 교육시설의 현대화 등 교과과정의 다양화에 따라 에너지 사용

량이 타 부문에 비해 급격히 증가한 것을 반영하여 에너지 효율개선하

기 위하여 에너지진단과 함께 ESCO사업을 유기적으로 연계하여 에너

지 효율을 개선하기 위함이다.

2012년에는 51개의 학교에 대해 에너지 진단을 실시하였고, 이중 17

개의 학교에 대해 그린스쿨이 시행되었으며, 학교당 약 50억 원 내외로

총 796억 원을 지원하였다. 에너지진단을 실시한 뒤로 그린스쿨사업의

투자는 에너지 부문에서 태양광 발전을 설치한 학교가 전체 17개 중 16

개로 가장 높았고, 그 뒤를 LED 조명, 외벽단열보강 순 이었다. 투자

금액에서도 에너지 부문이 27.32%에서 33.16%로 상승했으며, 태양광

발전 부문이 가장 많은 비율을 차지했다.

제2장 국내외 학교 에너지효율 개선 정책 9

분야 항목해당학교수

총금액(천원) 비율

에너지

태양광발전설비 16 6,304,444 23.90LED조명 13 4,682,751 17.75

지열이용시설 2 690,850 2.62기밀성창호 10 3,533,648 13.39외벽단열보강 11 5,240,572 19.86전열교환기 5 1,890,895 7.17

고효율기자재사용 2 196,359 0.74최대수요전력 제어설비 설치 5 526,000 1.99

고효율 옥외등 3 202,000 0.77폐열회수형 환기 8 1,725,880 6.54

에너지 절약형 시설 개선 4 1,388,850 5.26소계 17 26,382,249 33.16

생태환경 14 6,545,970 8.23실내환경 14 6,520,354 8.20

자재 및 기타 친환경 17 18,777,030 23.60기타 17 21,333,799 26.81합계 17 79,559,402 100.00

2012년 그린스쿨 항목별 투자금액 및 비율

출처: 교육부(2012), 내부자료

대표적으로 실시한 난곡중학교의 경우 고성능 단열재와 창호 교체,

하수열 냉난방시스템2), LED 조명 및 자연채광 시스템 등을 통해 단위

면적당 에너지 소비량도 392.5kWh/ 에서 136.1kWh/ 로 개선되어 기

존대비 40%를 상회하는 에너지가 절감되었다고 발표하였다.3) 그린스

쿨 사업은 현재까지 진행 중에 있으며 ‘학교건물 에너지효율 개선 사업’

중 가장 큰 규모이자 활발히 진행되는 사업이다.

2) 건물에서 나오는 하수로 재활용 에너지를 얻어 냉난방 및 급탕에 활용하는 사업3) 보도자료 “건물에너지합리화 사업(BRP), 학교도 참여한다”(2009,5,6)

10

2. 서울시 제로에너지 스쿨과 교육환경개선사업

서울시는 2008년부터 건물에너지효율화사업(BRP, Building Retrofit

Project)을 실시하여 건물에너지 수요 감축과 원전하나줄이기 에너지 효

율화 목표를 이루기 위하여 노력하고 있다. 건물에너지효율화사업은 에

너지진단을 통한 에너지 손실, 비효율, 낭비요인 등 에너지 사용실태를

파악하여 에너지 절감 및 이용 효율화를 위한 단열, 이중창호, 고효율냉

난방기기, 폐열회수, 공조시스템, 전력제어, 조명설비(LED), 신재생에

너지 적용 등의 시설개선 사업이다. 2009년 5월에는 공공부문의 에너지

효율을 선도하기 위한 건물에너지효율화사업의 일환으로 서울시 교육

청과 ‘에코스쿨 조성을 위한 협약서’를 채결하고, 시범학교 31개(초 19,

중 6, 고 6)를 선정하여 단열개선, LED조명, 기타 전력제어장치 등 에너

지고효율시설 및 신재생에너지 시설(태양광, 지열, 히트펌프 등) 설치

등을 주요 사업내용으로 선정하였다. 더불어 에너지 절약 생활로의 전

환을 위해 에너지 관련 교육프로그램을 개발 운영하여 에너지 절약 운

동을 확산함과 동시에 학교공원 존(zone) 설정 및 관리방안 연구 등이

포함되었으나, 공식 발표 이후 본 사업이 시행된 바 없다.

2014년에는 건물에너지효율화사업(BRP) 추진의 일부로 효율적인 에

너지 이용관리를 통해 학교에서의 에너지절감을 달성하고 태양광 발전

등 생산시설 유치를 적극 도모하여 학생들의 에너지 절약정신 함양과

더불어 에너지 자립기반을 조성하는 ‘제로 에너지 에코스쿨 시범사업’

실시를 계획하고 있다. 이는 서울시에 현재 존재하는 총 1,282개교 중

50개를 선별하여 통합전력제어시스템, LED 조명 및 단열창호 교체 등

학교 에너지효율을 개선하기 위해서이다. 에너지의 효율적인 이용관리

로 에너지수요 감축을 유도하고 학교시설에 태양광 발전시설 등 신재생

제2장 국내외 학교 에너지효율 개선 정책 11

에너지시설 설치를 유도함으로써 에너지 위기 및 기후변화에 선제적으

로 대응하길 기대하고 있다.

이와는 별도로 서울시는 2012년 11월부터 2013년 1월까지 서울시내

학교 106곳을 대상으로 에너지 진단을 통해 에너지 사용 실태를 분석하

고, 손실 요인을 파악하여 각 학교별 에너지 절약 개선 방안을 마련하였

다. 이와 동시에 서울시교육청에 시설개선공사 또는 ESCO사업과 연계

하여 처방이 이루어 질 수 있도록 노력을 기울이고 있다. 또한 모니터링

을 통하여 에너지 진단 및 처방이 이루어진 학교를 대상으로 사후관리

도 병행해 나갈 계획을 수립하였다. 2014년에는 서울시의 교육지원사업

과 연계하여 서울시교육청에서는 ‘교육환경개선사업 추진’을 통해 노후

시설 개선의 개념을 벗어나 화장실 개선 및 전기시설 개선 11개의 단위

사업을 선정하여 선진 교육시설을 지향하고자 계획을 수립하였다.

단위사업 세부사업내역

화장실 개선 부분보수, 전면보수전기시설개선 조명기구, 수배전시설(변압기 포함)냉난방개선 GHP, EHP, 개별난방기창호교체 외부창호, 내부창호, 교실출입문외벽보수 치장벽돌, 외단열마감

소방시설개선 소화설비, 자동탐지 설비방수공사 옥상, 베란다, 지하실바닥보수 목재후로링, 테라조타일도장공사 외부도장

외부환경개선 배수로, 축대·담장, 포장기타사업 기타 공사

단위사업 및 세부사업내역

출처: 서울특별시 교육청(2013), 안전하고 행복한 학교를 위한 2014 교육환경개선사업 추진 계획

12

전기시설 개선

구분항목별 배점

계내용연수 피크치 안전성

변압기를 포함한 수배전시설(용량별) 20년 70 10 20 100

냉난방 개선

구분

항목별 배점

계내용 연수

노후 상태

관리 상태

안전성

GHP 10년

70 10 10 10 100EHP 12년

개별냉난방기 10년중앙집중식냉난방 15년

지열 15년

창호교체

구분

항목별 배점

계내용 연수

재질노후 상태

안전성

외부창호(이중창)(알미늄, 플라스틱) 25년 40 30 20 10 100

내부창호(중연창) 30년 50 30 10 10 100

교실출입문(목재창, 플라스틱창, 알미늄창)

15년 70 10 10 10 100

외벽보수

구분

항목별 배점

계내용 연수

재질노후 상태

안전성

치장벽돌, 드리이비트,

외단열마감 등30년 30 40 30 0 100

각 단위사업별 작성 기준

출처: 서울특별시 교육청(2013), 안전하고 행복한 학교를 위한 2014 교육환경개선사업 추진 계획

제2장 국내외 학교 에너지효율 개선 정책 13

이 항목 중에서 냉난방개선, 창호교체, 외벽보수와 같은 항목은 에너

지효율을 높이는 항목으로 각 항목별로 에너지 효율 관련 법령 하에 시

행하도록 하고 있다.

냉난방의 경우 에너지 절약을 위한 중앙컨트롤 제어 장치를 포함 하

여 교체하며, 특히 냉난방 방식은 지역실정, 학교여건, 건물 구조 등을

종합적으로 검토하여 가장 경제적이고 가동이 편리한 에너지 절약형 기

기를 선정하도록 규정하고 있다. 또한 공공기관 에너지이용합리화 추

진에 관한 규정(지식경제부고시 제2012-18호, 2012. 2. 8) 제10조(에너

지 수급 안정 및 효율 향상을 위한 전력수요관리 시설 설치)에 의거하여

냉방설비를 전면 교체할 경우 주간 최대 냉방부하의 60% 이상을 심야

전기를 이용한 축냉식, 도시가스를 이용한 냉방방식, 집단에너지 사업

허가를 받은 자로부터 공급되는 집단에너지를 이용한 지역냉방방식, 소

형열병합발전을 이용한 냉방방식, 신재생에너지를 이용한 냉방방식 또는

전기를 사용하지 아니한 냉방방식으로 냉방설비 설치를 권장하고 있다.

창호의 경우 냉 난방비 절감 및 에너지효율화를 위해 외부창호를 우

선 교체하도록 하고 있으며, 효율관리기자재 운용규정(지식경제부 고

시 제2011-263호, 2011. 12. 23) 제4조제1항에 의거, 외기와 접하는 곳

에 사용되면서 창 면적이 1 이상이고 프레임 및 유리가 결합되어 판매

되는 창 세트는 효율관리 기자재로 지정, 열관류율 등 에너지소비효율

등급 1등급 및 차상위 제품 사용을 권장하고 있다(현재 예산기준 3등급,

향후 2등급 상향 조정 검토 중).

외벽보수에 있어서도 녹색건축물조성지원법 제16조(녹색건축의 인

정) 및 제17조(건축물의 에너지효율등급 인증)에 의거, 녹색건축인증제

시행에 대비 교실단열화 사업을 시범적으로 추진하고 있으며, 외벽보수

14

사업은 냉 난방비 절감 및 에너지 효율화를 위해 단열시공을 병행하거

나 건물사용연수에 따른 향후 사용 계획, 학생 수 등 관련 사항을 철저

히 검토하여 경제성이 있을 경우에만 시행하도록 규정하고 있다.

제2절 해외 정책

1. 미국

미국의 초중등학교(K-12) 건물의 평균 수명은 42년으로 상업건물 에

너지 소비에서 차지하는 비중은 약 8%이며(그림 2-1 참조), 면적으로는

약 10%에 해당한다. 초중등학교에서 지출하는 에너지 비용으로 매년

약 80억 달러가 소비되고 있으며, 학교 건물의 30% 이상이 60년대 이전

에 지어진 것으로 열악한 현실이다.

[그림 2-1] 미국의 상업건물 에너지사용 비율

출처: DOE(2013a), Advanced Energy Retrofit Guide

제2장 국내외 학교 에너지효율 개선 정책 15

이러한 환경을 고려하여 미국 에너지부(U.S. Department of Energy;

이하 DOE)는 초중등학교 에너지소비를 줄이고 효율을 개선시킬 수 있

는 요소가 많다고 판단하고 학교 에너지 효율개선을 위해 많은 노력을

기울이고 있다.

학교부문의 에너지 효율 개선에 가장 좋은 방법은 건물을 새로 증축

하는 것이나 이에 들어가는 비용과 시간이 상당하므로, 상대적으로 비

용효과적인 학교 에너지 retrofit에 관한 다양한 정책을 시행하고 있다.

DOE는 학교 retrofit 정책만으로도 상당한 에너지 비용 감소 효과를 거

둘 수 있을 것으로 예상하고 있다. 미국 정부는 직접적인 정책 및 재원

지원으로 학교 retrofit을 시행하기보다는 학교 운영자가 건물 에너지효

율 개선에 있어 의사결정을 도울 수 있도록 관련 자료를 제공하고 가이

드라인을 제시하는 데 초점을 두고 있다. 학교 운영자가 건물 retrofit의

의사가 있음에도 실시하지 않는 것은 관련 정보가 부족하다는 판단 하

에, retrofit 진행 절차와 의사 결정 방법과 투자 및 투자비 회수 방법

등에 관하여 가이드라인을 제공하여 학교 건물 retrofit의 시행에 따른

에너지효율을 유도하고 있다.

가. 에너지스마트 스쿨(EnergySmart Schools)

DOE의 미국 재건(Rebuild America) 사업은 서로간의 공조를 통하여

에너지 효율개선을 도모하기 위하여 관련 전문가, 자원, 아이디어 및 실

례를 모으기 위하여 시행되었다. 미국 재건 사업의 일환으로 시행된 에

너지스마트 스쿨(EnergySmart Schools)은 초중등학교를 대상으로 에너

지 효율 향상 투자로 평균 25~30%의 에너지 비용을 절감할 수 있는 여

력이 있다는 것에 주목하여 본 프로젝트를 시행하였다.

16

에너지스마트 스쿨과 관련하여 에너지 효율 측정과 신재생에너지에

관한 조언과 기술적 지원을 제공하고, 스마트 에너지 CD-Rom을 제작

하여 에너지에 대한 인식을 고양시키며, 에너지 효율개선을 지원해 줄

수 있는 파트너십을 제공하였다. 또한 “고효율학교를 위한 에너지 디자

인 가이드(Energy Design Guidelines for High Performance School)”와

“고효율학교를 위한 우수사례집(Best Practices Manual for High

Performance Schools)”을 제작하여 학교 관계자들이 에너지 효율적인

선택을 하도록 도왔다. 이와 관련하여 우수한 실적을 남긴 학교에 대해

서는 정보를 공유하도록 하였다.

그 결과 2003년까지 217.3백만 피트 제곱의 공간이 개선되었으며, 매

년 39.4백만 달러의 에너지 비용 절감을 거두었고, 2.4조 Btu의 에너지

가 절감되었다. 전체 에너지 투자에 포함된 금액은 223백만 달러이다.4)

이 후로도 “에너지스쿨을 위한 재정가이드(Guide to Financing

EnergySmart Schools)”에서는 재정지원의 원칙과 실제 사업 사례, 재정

지원의 선택 사항과 지원 주체(State, Federal, Non-profit)에 따른 장단점을

설명하고 있으며, “에너지스쿨의 운영과 유지 가이드(Guide to Operationg

and Maintaining EnergySmart Schools)”는 에너지 절감과 운영 방법에

대한 설명 및 이를 지속하기 위한 기술적인 고려사항과 실질 행동 강령,

그리고 투자에 대한 회수 기간 및 그 계산 방법에 대해 안내하고 있다.

“초중등학교 건물에 대한 개선된 에너지 디자인(Advanced Energy Design

Guide for K-12 School Buildings)”에서는 ASHRAE(American Society

of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc)와 비교하

여 30% 이상의 에너지 절감을 달성하기 위한 건물 구성, 건물 디자인,

4) DOE(2003b) “Rebuild America EnergySmart School program brief” 참조. 모든 데이터 자료들은 2003년으로 종료됨

제2장 국내외 학교 에너지효율 개선 정책 17

평가 및 최종 소비자를 위한 교육프로그램, 그리고 각 기후지역에 따른

실질 사례에 대한 연구 등을 제공한다. “에너지 바로알기(Get Smart About

Energy)”에서는 에너지와 관련된 교육 프로그램 계획, 각 학년에 따른

행동 지침을 국가 교육과학 표준(National Science Education Standard)과

연계하여 가이드를 제공하고 있다.

나. 초중등학교 에너지 Retrofit 가이드

(Advanced Energy Retrofit Guide; AERGs)

DOE가 시행하는 에너지 Retrofit 가이드(Advanced Energy Retrofit

Guide; 이하 AERG)는 상점, 사무용 건물, 초중등학교, 병원·건강센터,

식료품 판매점의 5개 종류별 건물에 대해 에너지 retrofit 가이드를 제공

하여 현존 건물들의 에너지 성능 향상을 도모하기 위해 만들어졌다. 본

가이드가 제작된 배경에는 건물에너지 효율향상을 위한 retrofit이 비용

편익 측면에서 우위에 있음에도 불구하고 시행되지 않는 이유는 제한된

자원의 문제와 초중등학교 retrofit에 대한 실질 정보가 부족하고, 계획

시행에 따른 위험을 최소화 하는 방법에 대한 정보가 없기 때문이라고

판단하고 이를 해소하고자 제작되었다.

가이드에는 일반적인 실행계획 뿐만 아니라 세부적인 방법론과 재원

조달 및 투자 회수 방법을 비롯하여 이를 검증할 수 있는 측정 기법

(M&V)과 retrofit 이후 운영 및 유지 방법(O&M) 등 다양한 측면에서

건물 에너지 효율 증가를 개선하기 위한 사항들과 그에 대해 자세히 설

명하고 있다.

본 가이드에는 에너지 시뮬레이션을 기반으로 개발된 EEMs(energy

efficiency measures)에 따라 에너지의 비용 절감을 측정하며, 5개의 기

18

후지역(very cold, cold, marine, hot-dry, hot-humid )을 바탕으로 비용

을 측정하고 있다. 이에 대한 결과는 개별 건물과 전체 건물 retrofit으로

나누어 보여주며, 개별 EEMs와 추천 EEMs의 효과를 동시에 제공하여

retrofit의 효과를 비교할 수 있게 하였다. [그림 2-2]는 AERG의 초중등

학교에 대한 시행 구조를 도식화한 것이다.

[그림 2-2] AERGs의 시행 구조

출처: DOE(2013a), Advanced Energy Retrofit Guide

성공적인 에너지 효율향상을 위해서는 정확한 목표와 잘 짜인 계획이

수반되어야 한다. [그림 2-3]은 AERG에서 제시하는 의사 결정과정을

도식화하여 나타낸 것이다. 학교 건물 효율개선 프로젝트의 계획 수립

부터 벤치마킹, 에너지진단, 재정지원, 그리고 에너지절감 검증(M&V)

등에 대한 의사 결정 프로세스를 보여준다.

제2장 국내외 학교 에너지효율 개선 정책 19

[그림 2-3] Retrofit 의사결정 과정 구조

출처: DOE(2013a), Advanced Energy Retrofit Guide

계획 수립 단계

우선 에너지 retrofit을 시행하기로 결정하였으면 전반적인 계획을 수

립하여야 한다. 계획을 수립하는 데 있어 우선적으로 현재 학교건물이

사용하고 있는 에너지 형태에 대한 정보수집이 필요하다. 본 단계에서

는 우선적으로 에너지효율 향상시킬 수 있는 부분을 선정하고, 인터뷰

나 설문조사를 통하여 이용자의 요구사항을 수집하는 정보 수집단계와

추후에 있을 벤치마킹 및 에너지 감사의 기본이 되는 정보를 수집하는

과정이다.

20

벤치마킹 및 에너지 감사(Audit)

벤치마킹은 에너지 retrofit 시행 학교와 에너지 사용이 유사한 학교간

의 에너지 사용 베이스라인의 비교를 가능하게 하여 시행 학교로 하여

금 에너지 감사와 에너지 효율 투자의 목표를 설정하는데 도움을 준다.

벤치마킹의 선정은 매우 복잡하기 때문에 미국에는 ENERGY STAR

Portfolio Manager라는 초중등학교에 특화되어서 만들어진 벤치마크 선

정 도구가 존재한다. 이와 더불어 ENERGY STAR’s Target Finder과

로렌스버클리국립연구소(LBNL)에서 개발한 EnergyIQ 또한 벤치마킹

및 목표 설정에 도움이 되는 도구로 이용된다. 에너지 감사는 각 시설별

로 에너지 사용 현황을 보여주며 가장 비용효과적인 개선안을 선정하는

데 이용된다. 감사 자료는 특히 재원 선택에 있어 비용 효과 계산을 위

해 사업 계획서에서 중요한 역할을 한다.

재원 마련

에너지 retrofit의 시행에 있어 가장 큰 과제가 재원마련에 있다. 투자

분석이 재원마련에 우선적으로 선행되어야 한다. 특히 건물설비는 평균

수명을 40년으로 보고 있어 장기적인 접근이 필요하며, 투자 분석에 있

어 이를 반영하는 것이 매우 중요하다. 이에 보편적으로 계산이 쉬운

단순 투자금회수(Simple payback)방법을 사용하나 이는 장기적인 측면

을 간과한 것으로 보다 정확한 계산에 순현재가치 (Net Present Value;

이하 NPV)의 방법을 추천하고 있다. NPV는 시간에 따른 할인율을 반

영하고, 복합적인 자원 전력에 대한 이율을 비교하여 알려준다. 투자 분

석 후, 관련 재원 조달에 대한 방법과 특성은 나와 있다.

제2장 국내외 학교 에너지효율 개선 정책 21

내용

내부 자원조달

학교가 가지고 있는 자본을 이용하여 운영하는 것으로 규모가 작고 단기에 자금을 회수 할 수 있는 프로젝트에 주로 활용된다. 에너지 효율개선으로 얻게 되는 수익이 다시 학교 자본으로 귀속되며, 다른 자원조달에 비해 간편한 장점이 있으나, 대부분의 학교들이 자본에 여력이 없는 관계로 쉽게 사용되기는 힘들다.

투자 기금 설립

에너지 효율을 시행하기 위한 투자 기금을 설립하여 에너지 절감 비용을 다시 기금으로 귀속시키는 것이다. 관련 기금으로 다른 에너지 효율적 프로젝트를 시행할 수 있다는 장점이 있으나, 조세당국과 시의 결정에 따르므로 지역에 따른 제한을 받는다.

은행 대출은행 대출은 일반적으로 규모가 작고 단기에 걸친 에너지 효율 개선에 주로 이용되는 방법이다.

에너지 절감 계약

에너지 절감 계약은 절약과 관련하여 기술적인 전문성 없이 시행가능하며, 심지어 예산 및 자원의 제약이 있어서도 실행할 수 있는 효과적인 방법이다. 또한 retrofit을 위한 복잡한 과정을 거치지 않고 ESCO업체와 위임계약을 통해 해결할 수 있으므로 AERG에서는 가장 좋은 방법으로 설명하고 있다.

채권

일반적으로 공공건물이나 학교 등에 많이 이용되는 방법이나 변호사, 회계사, 투자 은행 등과 함께 복잡한 동의를 얻어야 한다는 단점이 있다. 게다가 행정 비용과 자본 비용이 추가적으로 들며, 채권 발행은 학교의 재무제표에 부채로 반영되므로 신중히 고려해야 한다.

임대 구입

일반사업자로부터 에너지 개선과 그와 관련된 장비를 임대계약 하는 것이다. 임대구입은 학교가 선 지급해야 하는 비용이 없다는 것과 계약 내 약속한 가격으로 설비들을 구입할 수 있는 장점이 있으나, 계약 과정에서 복잡한 행정 절차와 행정비용이 발생한다.

각 자원 조달의 특징

출처: DOE(2013c), Financing an EnergySmart School

운전검사(Existing Building Commissioning; EBCx)

재정 지원이 불가능한 경우 기존 건물의 운전검사(Existing Building

Commissioning; 이하 EBCx)만으로도 초중등학교의 경우 건물 운영 및

유지 과정의 재구축을 통하여 최소한의 위험과 자본 지출로 상당한 에

너지 절약을 달성할 수 있다.

22

건물 전체 혹은 부분적인 에너지 retrofit

건물에너지 retrofit은 전체 건물을 개선하는 방법과 부분적으로 개선

하는 방법이 있다. 건물 전체에 대한 전반적인 에너지 retrofit은 최적화

된 설비들을 구축하므로 큰 효율을 달성할 수 있으나, 비용측면에서 한

번에 많은 돈이 투자 되어야 한다는 부담이 있다. 반면 부분적 retrofit은

전반전인 retrofit에 비해 비용은 적게 드나, 부분 개보수로 인한 자원의

비효율성 문제가 발생할 수 있다. 전체 혹은 부분적인 에너지 retrofit에

대한 장·단점을 파악한 후에 의사결정자의 선택을 돕는다. 부분적 에너

지 retrofit을 시행한다면 일반적으로 고효율 조명과 냉방기기 교체가 추

천된다.

실적 검증(Measure & Verification: M&V)

수행된 프로젝트로부터 에너지 사용량과 비용 정보를 수집하고 이 데

이터를 바탕으로 에너지 절감량에 대한 분석이 수반되어야 한다. 이렇

게 해서 얻은 결과는 에너지 retrofit 시행에 앞서 결정된 베이스라인 및

달성 목표와 비교하는 과정을 거친다. M&V는 에너지 절감 프로젝트에

대한 측정, 계산, 보고의 단계이다. IPMVP(International Performance

Measurement and Verification Protocol)은 M&V의 토대가 되는 것으로

세부적인 항목에 대하여 정의해 주고 있다.5)

M&V의 전형적인 과정은 6단계로 구성되어 있고 [그림 2-4]는 이것

을 도식화한 것이다.

5) www.evo-world.org에서 세부적인 사항 제공하므로 참조하시오

제2장 국내외 학교 에너지효율 개선 정책 23

[그림 2-4] M&V 과정

출처: DOE(2013a), Advanced Energy Retrofit Guide

O&M

운영 및 유지 프로그램은 에너지효율이 향상이 지속되도록 하는 것으

로 모든 건물 시스템은 시간이 지남에 따라 감가상각이 이루어지므로

좋은 운영 및 유지 프로그램을 운영하여 감가상각을 예측하고 건물의

상태를 모니터링하여 불가피한 상황을 예측하는 데 활용된다.

2. EU(유럽연합)

유럽의 경우 1980년대 이후에 지어진 건물이 전체 건물 중 20%에 불

과하며 이 건물의 에너지 소비는 불과 5%밖에 되지 않는다.6) 따라서

오래된 기존 건물의 에너지효율개선을 위한 건물에너지 retrofit은 필수

적이다. 유럽의 건물에너지 사용은 대부분 난방, 냉방, 환기, 조명에 이

용된다.

6) H. Erhorn-Kluttig et. al.(2005) Exemplary retrofit concepts in Europe: Energy-efficient public buildings

24

가. 건물부문 에너지 효율(Energy Efficiency on Building) 지침

유럽연합은 최종에너지의 약 40%가 건물부문에서 소비되고 있기에

2020년까지 기후변화 협약 목표치 달성과 2050년 탈탄소로 가기위해

건물부문의 에너지 절약에 대해 중요성을 인식하였다(Technical

Guidance, 2014). 이에 2014~2020년에 걸친 프로그램의 진행에 따라

유럽 구조 및 건설 기금(European Structural and Investment Fund; 이하

ESI), 구체적으로는 Cohesion Policy Fund7)가 230억 유로의 최소 할당

에 대해 건물의 에너지 retrofit과 건설에 있어 중요한 역할을 할 것으로

기대하고 있다. 이 기금은 Common Provisions Regulation (CPR)에서

기금을 관리한다.

Cohesion Policy Fund에 따른 건물에너지 개선을 위한 자금 지원에

대한 지침 과정은 크게 프로그램 디자인, 실행, 평가·측정의 세 부분으

로 나눠져 있으며 세부적으로 총 11단계로 구성되어 있다. 각 항목별

세부적인 사항은 [그림 2-5]에 나타나 있다. 건물의 성격에 따른 최적의

재원마련구조와 각 국가별로 재정지원 프로젝트에 대한 설명은 [그림

2-6]에 도식화되어 있으며, 이 중 학교 건물에 대한 에너지 retrofit에 대

한 정책은 기타 공공건물에 포함된다. 합리적인 재원마련 방법으로는

금융혜택(Preferential loans), 지불보증(Guarantees), 주식(Equity), 에너

지성과계약(Energy Performance Contracting)이며, 관련 프로젝트로는

영국의 RE:FIT(Public Procurement Support through ELENA Fund), 불

가리아의 BgEEF(Bulgarian Energy Efficiency Fund), EESF(Energetics

and Energy Savings Fund)가 있다.

7) EU 회원국 중에 경제적으로 낙후된 지역이나 국가에게 지원해주기 위해 설립된 기금임

제2장 국내외 학교 에너지효율 개선 정책 25

[그림 2-5] Cohesion Policy Fund의 건물에너지개선 지침 과정

출처: European Commission(2014), Technical Guidance: Financing the energy renovation of buildings with Cohesion Policy funding

26

[그림

2-6]

의사

결정

지원

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