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Eco-energy 기반 건축물실내환경 관리기술 동향

환 경 기 술 동 향

2 0 1 2 - 8 6

Eco-energy 기반 건축물 실내환경 관리기술 동향

2012. 12

<목 차>

제1장 기술의 개요·············································································· 3

제2장 연구개발 동향·········································································· 19

제3장 정책 및 산업체 동향······························································ 75

제4장 파급효과 및 전망···································································· 97

제5장 활용방안················································································· 103

제6장 건물과 결합된 신재생에너지 특허기술······························ 107

제7장 참고문헌·················································································· 119

- i -

제1장 기술의 개요 ······················································································································ 3

1. 배경 및 기술의 개요 ······································································································ 3

2. 공공 건축물의 정의 ········································································································ 7

3. 환기의 정의 ···················································································································· 7

4. 기능성 건축자재의 정의 ······························································································· 14

제2장 연구개발 동향 ··············································································································· 19

1. 에너지 및 환기 연구 동향 ··························································································· 19

2. 건축에너지기술의 연구개발 동향 ················································································· 30

3. 국내 건축자재 기술의 연구개발 동향 ········································································· 69

제3장 정책 및 산업체 동향 ·································································································· 75

1. 공공 건축물 에너지 환기 정책 동향 ··········································································· 75

2. 건축자재 규제 및 인증제도 ························································································· 80

3. 건축자재의 국외 산업체 동향 ······················································································ 82

4. 국내･외 기능성 건축자재의 특허 동향 분석 ······························································ 90

제4장 파급효과 및 전망 ········································································································· 97

1. 건축에너지 기술의 파급효과 ························································································ 97

2. 기능성 건축자재의 파급효과 ························································································ 97

제5장 활용방안 ······················································································································· 103

1. 건축에너지 기술의 활용방안 ····················································································· 103

2. 기능성 건축자재의 활용방안 ····················································································· 104

목 차

- ii -

제6장 건물과 결합된 신재생에너지 특허기술 ······························································· 107

1. 특허분석 개요 ············································································································ 107

2. 옥상, 지붕, 천장의 주요 특허기술 ············································································ 108

3. 외벽, 벽체, 외장재의 주요 특허기술 ········································································· 109

4. 창 및 창틀 ················································································································· 111

5. 테라스 및 난간 ·········································································································· 113

6. 건물 일체형 태양광 발전시스템(BIPV, Building Integrated Photovoltaic System) ··· 115

제7장 참고문헌 ······················································································································· 119

표목차

- iii -

<표 1-1> CSH의 6단계의 탄소절감율과 비용효과 ······································································· 5

<표 1-2> 저에너지/탄소건물, 제로에너지/탄소와 그린빌딩의 장점과 단점 ·································· 6

<표 1-3> 연도별 EU국가의 저에너지건물 설정목표치 ·································································· 6

<표 1-4> 필요환기량 (국내기준) ··································································································· 9

<표 1-5> CEN/TC 156 WG의 재실자 및 건물 특성에 대한 환기량 ········································ 10

<표 1-6> CEN/TC 156 WG 12의 건물용도 및 등급에 따른 환기량 적용 ······························ 11

<표 1-7> ASHRAE Standard 62.1-2007 환기기준 ·································································· 12

<표 1-8> Australian Standard AS1668.1,2-2002 재실 인원당 필요환기량 ······························ 12

<표 1-9> 주요국가의 환기기준 규정 (Standards, Codes & Regulations) ································ 13

<표 2-1> 건물 자동화의 효과 ······································································································ 22

<표 2-2> 공조 위생설비 등 기계설비 부문의 자동제어 항목별 기능 ········································ 22

<표 2-3> 판단기준 7항목 ············································································································· 23

<표 2-4> 패시브하우스 주요 5가지 요소 기준 ··········································································· 31

<표 2-5> 국내 시스템 창호 기술 현황 ························································································ 32

<표 2-6> 건축물 단열 연구활동 내용 ························································································· 32

<표 2-7> 전해질 종류와 동작온도에 의한 분류 ········································································ 49

<표 2-8> 가구수에 따른 절감효과 ······························································································· 49

<표 2-9> 에너지발생을 위해 사용되고 있는 바이오매스 연료들의 특징 ··································· 52

<표 2-10> 300,000kcal/hr급 펠릿보일러의 경유보일러 대비 절감율 ········································ 54

<표 2-11> 에너지절약 건물의 요소기술 ······················································································ 63

<표 2-12> 그린빌딩의 주요기술 ·································································································· 64

<표 2-13> 제로에너지솔라하우스의 주요기술 ············································································· 65

<표 2-14> 제로에너지솔라하우스 Ⅱ의 주요기술 ········································································ 66

<표 2-15> 에너지자립율 성능예측 결과 ······················································································ 67

<표 2-16> 에너지자립율 성능예측 결과 ······················································································ 69

<표 2-17> 폼알데하이드의 저감성능 평가 결과 ········································································· 70

<표 2-18> 친환경 재료 실태조사 ································································································ 71

- iv -

<표 3-1> 공공기관 에너지 이용합리화 추진 지침에 명시된 건물 관련 추진정책 ···················· 75

<표 3-2> 에너지 절약 전문기업 법적근거 ·················································································· 76

<표 3-3> 국외 에너지 관리 정책 ································································································ 77

<표 3-4> 국내 각 부처의 환기기준 ····························································································· 78

<표 3-5> 신축공동주택 등의 기계환기 설비의 설치기준 ···························································· 79

<표 3-6> 주요국가의 주거용 건물에 대한 최소환기량 기준 ······················································ 80

<표 3-7> 국내 건축자재 관련 규제 및 인증제도 ········································································ 81

<표 3-8> 국내 친환경 기능성 건축자재 관련 규격 현황 ··························································· 82

<표 3-9> 일본에서 생산/판매중인 기능성 건축자재의 현황 ······················································· 83

<표 3-10> 친환경 기능성 건축자재 요소기술 ············································································· 90

<표 3-11> 조사 대상 및 범위 ····································································································· 91

<표 3-12> 주요 국가별 친환경 기능성 건축자재 관련 특허출원 현황 ······································ 92

<표 4-1> 수입 기능성자재와 개발기술 자재 비교표 ··································································· 98

<표 4-2> 국내 친환경자재와 기능성자재 현황 ············································································ 99

<표 5-1> 건축에너지 활용기술분류 ··························································································· 103

<표 6-1> 평가기술의 선행기술 조사범위 ·················································································· 107

그림목차

- v -

[그림 1-1] EU 국가의 저에너지건물 기준 ······················································································ 4

[그림 1-2] 패시브하우스의 투자비용과 에너지비용 ········································································ 5

[그림 1-3] 기계환기의 종류 ············································································································ 8

[그림 1-4] Central Single-Port Exhaust Ventilation ······································································ 8

[그림 1-5] Multi-port Exhaust Ventilation ······················································································ 8

[그림 1-6] Forced-Air Supply Ventilation ······················································································· 9

[그림 1-7] Multi-Port Supply Ventilation ························································································ 9

[그림 1-8] 기능성 건축자재의 분류 및 정의 ················································································ 15

[그림 2-1] Building energy management system 구성도 ·························································· 20

[그림 2-2] 에너지 정보 관리 흐름도 ···························································································· 21

[그림 2-3] Selected energy-conserving control strategies ························································ 24

[그림 2-4] Automation by EMS (override control in scheduling) ············································· 25

[그림 2-5] EMS (CO2 monitoring in ventilation control) ··························································· 25

[그림 2-6] Variable air volume system schematic diagram (reset strategy) ··························· 26

[그림 2-7] Energy saving effect by EMS ··················································································· 26

[그림 2-8] Energy reduction through EMS(bowling alley) ························································· 27

[그림 2-9] DCV 제어 시스템 구성 ······························································································· 28

[그림 2-10] CO2에 희한 Demand-controlled Ventilation ··························································· 28

[그림 2-11] 패시브하우스 개념도 ································································································· 30

[그림 2-12] 패시브하우스의 열에너지 저감 비교자료 ·································································· 31

[그림 2-13] EU국가의 패시브하우스 현황 ···················································································· 33

[그림 2-14] 에너지 절약적 공조방식 개념도 ················································································ 42

[그림 2-15] 전산시스템을 이용하는 전형적인 건물관리시스템 (예) ············································ 43

[그림 2-16] 최적제어시스템 적용 방식 ························································································ 44

[그림 2-17] 신재생에너지 통합 건물제어 개념 ············································································ 45

[그림 2-18] Smart meter 개념 ····································································································· 46

[그림 2-19] eNepal 오피스기술 개요 ··························································································· 48

- vi -

[그림 2-20] 세계 최초로 실용화한 가정용 연료전지-도쿄가스 개발 ··········································· 50

[그림 2-21] GS퓨얼셀의 1kW급 가정용 연료전지 열병합시스템 ················································ 51

[그림 2-22] 포스코의 250kW급 연료전지 발전 시스템 ····························································· 52

[그림 2-23] 우드펠릿 ··················································································································· 53

[그림 2-24] 우드펠릿 보일러 내부 ······························································································· 53

[그림 2-25] 복합 에너지 시스템 개념도 ······················································································ 54

[그림 2-16] DPS Heat Banks Model ························································································ 55

[그림 2-17] DPS Heat Bank의 실제도 및 개념도 ······································································ 55

[그림 2-28] Flexifuel System의 구성도 ························································································ 56

[그림 2-29] Vitotres 343 시스템의 구성도 1 ·············································································· 57

[그림 2-30] Vitotres 343 시스템의 구성도 2 ·············································································· 57

[그림 2-31] BLOCSOL의 내부 ····································································································· 58

[그림 2-32] BLOCSOL의 설치 ····································································································· 58

[그림 2-33] Darmstadt Kranichstein의 패시브하우스 설계 개념 ················································ 58

[그림 2-34] Darmstadt Kranichstein의 패시브하우스 전경 ························································· 58

[그림 2-35] Darmstadt Kranichstein 의 후면 ·············································································· 59

[그림 2-36] Darmstadt Kranichstei 실내 ····················································································· 59

[그림 2-37] Darmstadt Kranichstein 의 패시브하우스 에너지 절감 비교 ·································· 60

[그림 2-38] Kranichstein 의 패시브하우스 에너지 소비량 모니터링 결과 ································· 60

[그림 2-39] Atrium 의 전경 ·········································································································· 61

[그림 2-40] Atrium 의 실내 ·········································································································· 62

[그림 2-41] 초에너지절약형건물 전경 ·························································································· 62

[그림 2-42] 진공관령 태양열 집열기와 이중외피 ········································································· 62

[그림 2-43] 그린빌딩 전경 ············································································································ 64

[그림 2-44] 제로에너지솔라하우스 전경 ······················································································· 65

[그림 2-45] 제로에너지솔라하우스 Ⅱ 전경 ················································································· 66

[그림 2-46] 3리터 하우스 (대림산업) 전경 ··················································································· 67

[그림 2-47] Green Tomorrow 적용기술 ······················································································ 68

- vii -

[그림 2-48] Green Tomorrow 전경 ····························································································· 68

[그림 3-1] 연도별 경향하우징페어 참가 업체 현황 (2009~2012) ··············································· 82

[그림 3-2] 사라리아 제품의 주요 기능 ························································································· 84

[그림 3-3] 사라리아 제품과 시공의 예 ························································································· 85

[그림 3-4] 일본 INAX 제품 ··········································································································· 86

[그림 3-5] MOISS 적용의 예 ······································································································· 86

[그림 3-6] 사라라 제품의 흡착 및 흡방습 원리 ·········································································· 87

[그림 3-7] 일본 기능성 건축자재의 예 ························································································· 87

[그림 3-8] 사라라 제품의 검지관법에 따른 탈취기능 시험결과 ·················································· 88

[그림 3-9] Breath-board의 흡방습 및 흡착기능 ·········································································· 88

[그림 3-10] 시공된 흡방습기능 벽재 ···························································································· 89

[그림 3-11] 흡방습기능 벽재의 원료인 규조토 ············································································ 89

[그림 3-12] 기능성건축자재의 특허출원수 및 분류 ····································································· 92

[그림 3-13] 친환경 요소기술별 국가 특허 출원 건수 ································································· 93

[그림 4-1] 제로에너지건물시장 전망 (2011-2035) ······································································· 97

[그림 6-1] 태양에너지를 이용한 난방 및 발전장치 ··································································· 108

[그림 6-2] 태양광 실내 유입이 조절 가능한 천장시스템 ·························································· 108

[그림 6-3] 건물 지붕의 풍력발전 시스템 ··················································································· 109

[그림 6-4] 태양열 공기 난방 건축 외장집열판 ·········································································· 109

[그림 6-5] 태양광 외벽면 마감재 ······························································································· 110

[그림 6-6] 태양전지패널을 이용한 건물 벽면 ············································································ 110

[그림 6-7] 이중외피로 구현된 건물 통합형 태양광 발전시스템 ················································ 111

[그림 6-8] 경사각에 따른 태양광 집열 효율 및 PV 구성 ························································· 111

[그림 6-9] 태양광 발전용 실외 블라인드 ··················································································· 112

[그림 6-10] 태양열 하이브리드 창호 ·························································································· 112

- viii -

[그림 6-11] Solar Window Heater ····························································································· 113

[그림 6-12] 난간용 태양열 진공관 ··························································································· 114

[그림 6-13] 난간용 태양열 진공관 ··························································································· 114

[그림 6-14] 건물 일체형 태양광 발전시스템 적용 사례 ···························································· 115

제1장

기술의 개요

1. 배경 및 기술의 개요

2. 공공 건축물의 정의

3. 환기의 정의

4. 기능성 건축자재의 정의

제1장 기술의 개요

3


1. 배경 및 기술의 개요

우리나라의 경우 에너지의 해외의존도가 90%를 초과하여 있으며, 전체 에너지 사용량 중 건물

부분이 차지하는 비율은 약 30~35%에 이르고 있다. 따라서 국가적인 차원에서 건물 분야에서의

에너지 절약이 필요하고 향후 지속적인 건축물량의 증가가 예상됨에 따라, 에너지절약을 위한 건

축물 에너지절약 대책의 중요성은 한층 부각되고 있는 실정이다. 또한, 지금까지의 건축물에서의

에너지 절약 문제는 경제적 측면 및 주거 환경적 측면에서만 고려되어 왔으나, 지구환경보전의

관점에서 다시 검토되어야 하는 중요한 문제로 대두되었다. 최근에는 유엔 기후 변화 협약 상 각

국별 온실가스 감축 의무가 더욱 강화되어 있고, 우리나라도 선진국 수준의 온실가스 배출량을

감축의무를 부담하라는 압력을 받고 있는 현실이다. 지난 수 십 년간 일상생활에서 사용한 전기/

가스/수도/석탄/석유 등은 지구 온난화와 같은 심각한 환경문제의 원인으로 분석되고 있어 최근

세계는 경제와 사회 환경이 조화와 균형을 이루는 녹색성장 발전을 요구하고 있다.

2004년 이후 새집증후군 (Sick house syrome)이 언론 등을 통하여 집중적으로 부각되면서 실내

공기환경 문제에 대한 국민의 관심도 크게 증가하였고, 건강한 삶을 위하여 쾌적한 공간에서 생

활하고자 하는 욕구가 증대하면서 생활환경의 실내공기질에 대한 관심 또한 증가하고 있다. 하지

만 기계 환기가 가능한 중앙집중식 공조방식 (HVAC 방식)이 아닌 건축물의 대부분은 창문을 이용

한 자연환기시스템으로 외부 환경영향에 취약하고 이를 차단하기 위하여 이중창 등으로 창문을

밀폐하여 건물의 단열재, 실내 내장재 등에 의한 유해물질이 방출되며 하절기와 동절기에는 냉･난방에 의한 실내 기온을 유지하기 위하여 환기량이 줄어듦으로 인해 미세먼지, 이산화탄소 등에

의해 실내공기질이 열악해진다. 실내에서 발생되는 오염원과 오염물질은 건축물의 단열재, 실내

의 내장재 등에 의한 유해물질 방출이 있으며, 외부로부터의 오염물질 유입 등 여러 경로로부터

오염된 실내의 공기를 깨끗하게 유지하기 위해서는 환기가 필요하다. 하지만 현재 대부분의 건축

물에서 사용되고 있는 창문을 이용한 자연환기시스템은 외부 환기 영향에 취약하며 냉･난방시 에

너지 손실이 크다는 단점이 있으므로 이를 보완하기 위한 기술 도입이 시급한 실정이다.

2004년 5월부터 시행되고 있는 환경부의 “다중이용시설 등의 실내공기질관리법”에 따르면, 실내

공기질의 유지기준과 권고기준에 적합하게 관리하도록 규정하고 있다. 또한 신축 공동주택의 경

우, 입주 전에 폼알데하이드와 휘발성유기화합물을 측정하여 측정결과를 입주민들에게 고시해야


4

하는 의무와 개별 오염물질 권고기준이 설정되었을 뿐만 아니라, 오염물질 과다방출 건축자재의

사용제한 조치를 할 수 있도록 하고 있다. 이와 더불어, 유해화학물질을 저방출하는 친환경 건축

자재에 대한 인증제도가 한국공기청정협회 (HB마크) 및 한국환경산업기술원 (환경마크) 등에서

시행되면서 건축자재의 환경친화성에 대한 소비자의 요구에 부응하고 있다.

건축에너지기술 중 탄소제로건물과 제로에너지건물 기술은 건물에서 발생되는 1차 에너지와

탄소배출량을 에너지발생과 탄소배출이 없는 신재생에너지시스템 등의 여러 기술을 사용하여 0으

로 만드는 기술로 정의할 수 있다. 하지만 국내에서 말하는 저에너지건물, 저탄소 건물에 대한 정의

와 기준은 명확하지 않다. 이는 에너지와 탄소를 얼마나 줄이고 방출하는 것이 저에너지, 저탄소건

물인지를 쉽게 결정할 수 없기 때문이다. 유럽의 사례 [그림 1-1]를 보듯이 각 국가에서도 저에너지

건물은 양적인 기준 뿐만 아니라 건물에너지를 정의하는 기준에서도 다르게 나타나고 있다.

[그림 1-1] EU 국가의 저에너지건물 기준

이 중 독일의 패시브하우스 기준이 가장 오래되었으며 가장 널리 사용되는 기준이다. 독일과

오스트리아에 약 12~13,000개의 패시브하우스가 있으며 패시브하우스로 인정되는 기준은 다음과

같다.

- 난방과 냉방에너지 수요량이 바닥면적을 기준으로 15kWh/m2･yr이하여야 한다.

- 전체 1차 에너지 소비량(난방, 냉방, 급탕, 전력 포함)이 120kWh/m2･yr이하여야 한다.


5

여기서 15kWh/m2･yr란 수치는 비용고려를 바탕으로 하였다. [그림1-2]를 보면 에너지소비가 감

소함에 따라 15kWh/m2･yr에서는 불연속적이지만 건설비용은 증가하는 것을 알 수 있다. 이 지점

에서 난방요구량이 줄어듦으로서 비용절감이 이루어지고 있지만 그 이후부터는 급격히 증가됨

을 알 수 있다.

[그림 1-2] 패시브하우스의 투자비용과 에너지비용

영국의 건물연구기관 (Building Research Establishment)의 Shorrock 와 Henderson는 영국의 Code

for Sustainable Homes (CSH)의 6단계의 탄소절감율과 비용효과를 연구하였다.

Code for Sustainable Homes Level NAC/tCO2 MtCO2/yr

Level 1 -72.40 1.36

Level 2 79.21 2.45

Level 3 211.13 3.40

Level 4 213.06 5.98

Level 5 151.83 13.60

Level 6(“Zero Carbon") 213.67 23.19

<표 1-1> CSH의 6단계의 탄소절감율과 비용효과

* NAC : 연간 총 탄소절감에 대한 비용

<표 1-1>를 살펴보면 CSH Level이 높을수록 탄소절감량은 증가하는 반면 비용효과는 선형적인

형태를 띠고 있지 않았다. Level 5가 Level 3,4보다 비용효율적이며, 탄소절감량은 2∼4배 정도 많

았다. 이는 [그림 1-2]의 패시브하우스와 유사한 패턴을 보이며 탄소제로건물이 탄소절감의 가장

높은 기준이지만 가장 비용효율적인 건물은 아니라는 것을 보여준다.

저에너지건물은 제로에너지건물에 미치지는 못하는 반면 ‘surplus energy’ 또는 ‘energy positive’

건물은 연간 소비하는 양보다 더 많은 에너지를 생산한다. 프랑스정부관계자는 ‘2020년까지 모든


6

신축건물을 ‘energy positive’ 건물로 만들 것, 즉 소비량보다 에너지생산량이 많도록 할 것’이라는

포부를 밝혔다. 하지만 다른 이들은 건물사용에 있어 고려할 점이 건물에너지소비에 국한되어 있

지 않다고 말하고 있다. 그린빌딩과 지속가능한 건축의 목표는 자원을 효율적으로 이용하고 환경

에 주는 부정적인 영향을 최소화시키는 것이다. 이러한 점에서 제로에너지건물은 쓰레기를 줄이

고 재활용이 가능한 건물재료를 사용하는 것과 같은 “green”이라는 개념을 고려할 수도 있고 하지

않을 수도 있다. <표 1-2>는 저에너지/탄소건물, 제로에너지/탄소와 그린빌딩의 장점과 단점을 요

약한 표이다.

구분 장점 단점

저에너지/탄소 건물

(예, 패시브 하우스)

비용최적안

기존 제도 정립으로 현실적 실현 가능에너지/탄소 절감의 장기적 목표 부적합

제로에너지/탄소 건물 최대에너지/탄소절감율고비용

실용적 해법의 한계

그린 빌딩에너지 및 자원 문제를 포함한 넓은 의

미의 지속가능성 추구

평가항목의 적합성이 모든 건물에 맞지

않을 수 있음

(정량적 한계)

<표 1-2> 저에너지/탄소건물, 제로에너지/탄소와 그린빌딩의 장점과 단점

유럽의 여러 국가 (오스트리아, 덴마크, 프랑스, 헝가리, 네덜란드, 노르웨이, 영국)는 저에너지

건물에 대응하기 위한 유럽국가 전략을 발표하였다. <표 1-3>은 연도별 각 국가의 목표치를 기록

한 표이다.

<표 1-3> 연도별 EU국가의 저에너지건물 설정목표치

연도

국가 2008 2009 2010 2012 2013 2015 2016 2020

오스트리아

패시브하우

스만을위한

주택보조금

덴마크 -25%1) -50%1) -75%1)

프랑스저에너지

건물2)

Energy

positive

buildings

독일 -30%

-49%

(2008년

대비 -30%

비화석연료

사용건물


7

<표 1-3> 연도별 EU국가의 저에너지건물 설정목표치(계속)

연도

국가 2008 2009 2010 2012 2013 2015 2016 2020

헝가리

고투자

제로에미션

건물(제안)

Zero

emission

building

네덜란드 -25% -50%3) 에너지

중립건물

노르웨이 -30%

패시브

하우스

수준

영국 -25% -40%3) 탄소제로

건물4)

1) 2006년 최소 수준대비 비율

2) Effinergie기준

3) 패시브하우스 수준

4) 난방, 조명기기 등을 포함

위에서 살펴보았듯이 저탄소건물은 저에너지건물과 비슷한 개념을 지니고 있으며 건물에서 발

생되는 탄소배출량을 탄소배출이 없는 신재생에너지시스템 등의 여러 기술을 사용하여 줄인 건

물로 정의할 수 있다. 하지만 위에서 살펴보았듯이 저에너지와 저탄소건물의 기준은 비용적 측면

이 고려되어 정해지는 것이며 이는 패시브 건물의 개념과 일맥상통한다고 볼 수 있다.

2. 공공 건축물의 정의

공공건축물은 협의적으로는 공공기관이 소유하고 있는 건물이며 광의적으로는 공공의 이익과

가치 증진을 목적으로 세워진 시설을 의미한다. 공공 건축은 공공적 성격과 상징성을 가져 시민

들의 생활에 직접적 영향을 미치고 도시 이미지를 결정한다. 따라서 한나라의 건축문화수준은 공

공건축 수준에 의해 결정된다고 볼 수 있다. 영국을 비롯한 해외 선진국에서는 도시이미지 향상

을 위해 공공건축을 대상으로 다양한 정책을 시도하고 있다. 또한, 영국, 미국, 독일에서는 친환경

공공 건축물에 대한 의식개선과 정보제공을 위한 가이드라인을 시행하고 있다.(한국건설기술연

구원. 공공건축물의 디자인 방향에 관한 연구. 2004)

3. 환기의 정의

환기 (換氣, ventilation)란 일반적으로 공기의 교체로 정의되며, 실내의 탁한 공기를 외부의 신선

한 공기와 교체하여 맑은 공기로 바꿔주는 것을 말한다. 즉, 재실자가 실내에 거주함에 따라 발생

하는 미세먼지, 분진, 유해한 미생물이나 세균 등과 같은 오염물질들을 외부의 신선한 공기를 유


8

입시킴으로써 쾌적한 실내 환경을 확보하는 것을 말한다. 환기는 자연적 또는 인위적인 수단에

의하여 발생할 수 있으며 재실 공간 전체를 환기할 수도 있고, 방법에 따라 일정부분만을 환기시

킬 수도 있다. 환기의 목적은 실내공기 중에 떠다니는 이산화탄소, 악취 (냄새), 먼지, 분진과 같은

유해물질에 의한 오염을 감소시키고 외부로부터 신선한 공기를 공급하는 것을 목적으로 한다. 또

한 겨울철 실내외 온도차로 발생하는 결로, 곰팡이 등을 환기를 통해 제거할 수 있으며, 여름철에

나타나는 열대야에도 환기장치를 통하여 냉방효과를 얻을 수 있다. 환기는 그 원동력에 따라 자

연환기와 기계환기 (강제환기)로 구분한다. 자연환기는 자연풍을 이용하므로 경제적이지만 자연

풍의 변동에 영향을 받아서 항시 일정한 환기량을 확보할 수 있다. 기계환기는 공기 유동의 원리

는 동일하지만 송풍기나 배풍기의 사용 방법에 따라 분류된다.

[그림 1-3] 기계환기의 종류

[그림 1-4] Central Single-Port Exhaust Ventilation [그림 1-5] Multi-port Exhaust Ventilation


9

[그림 1-6] Forced-Air Supply Ventilation [그림 1-7] Multi-Port Supply Ventilation

가. 국내･외 환기기준

(1) 국내의 환기기준

가) 다중이용시설

- 환경부의 “다중이용시설 등의 실내공기질관리법 시행규칙” 등에서 정하였던 다중이용시설

에 대한 환기기준을 보완, 개선한 것으로 다중이용시설의 유형을 구체적으로 구분하고 각

각의 특성을 고려하여 그 기준을 따로 정함

- 연면적 2천 제곱미터 이상인 지하상가, 연면적 3천 제곱미터 이상인 도서관 등 교육연구

및 복지시설의 경우 1인 1시간당 36세제곱미터 이상, 소매시설 등 판매 및 영업시설의 경

우 1인 1시간당 29세제곱미터 이상과 같이 주요 다중이용시설에 대하여 각 건물의 특성을

반영한 필요 환기량을 확보할 수 있도록 기계환기 설비의 설치를 의무화함

다중이용시설 구분 필요환기량(㎥/인･h) 비고

지하시설지하역사 25 이상

지하도 상가 36 이상 매장 기준

문화 및 집회시설 29 이상

판매 및 영업시설 29 이상

의료시설 36 이상

교육연구 및 복지시설 36 이상

자동차 관련 시설 27 이상

그 밖의 시설 25 이상

<표 1-4> 필요환기량 (국내기준)


10

(2) 국외의 환기기준

가) 유럽의 환기기준

2004년 CEN/TC 156 WG (유럽기준/환기분과위원회)에서 기준설정을 위한 세미나를 개최하였다

(대한주택공사, 2004). 세미나에서는 실내공기환경의 쾌적성 유지와 관련된 실내공기질과 환기량

기준을 설정하기 위하여 건물의 수준을 아래와 같이 3등급으로 구분하였다.

- A등급(Category A) : 높은 수준을 요구하는 건물

- B등급(Category B) : 중간 정도의 수준을 요구하는 건물

- C등급(Category C) : 보통정도의 수준을 요구하는 건물

환기량에 기준은 재실자의 활동 (흡연, 조리, 청소작업 등), 업무 (일반건물에서의 복사기의 사

용 등), 건축물 자체의 발생원 (건축재료와 가구류 등의 오염물질 방출정도)에 따라 다르게 설정

될 수 있으며 아래의 식으로 설정치를 제시하였다.

× ×

여기서 총환기량 실내의재실인원 재실자에대한환기량 실내의바닥면적 건물에대한환기량

--------- 식 (1)

<표 1-5> CEN/TC 156 WG의 재실자 및 건물 특성에 대한 환기량

재실자에 대한 환기량건물 특성에 대한 환기량

저오염 건물 오염건물

A등급 (Category A) 10 ℓ/s･인 1.0 ℓ/s･㎥ 2.0 ℓ/s･㎥B등급 (Category B) 7 ℓ/s･인 0.7 ℓ/s･㎥ 1.4 ℓ/s･㎥C등급 (Category C) 4 ℓ/s･인 0.4 ℓ/s･㎥ 0.8 ℓ/s･㎥


11

<표 1-6> CEN/TC 156 WG 12의 건물용도 및 등급에 따른 환기량 적용

나) 미국의 환기기준

2007년 개정된 최종 ASHRAE Standard 62.1 과 62.2 로 구분되어 62.1 Ventilation for Acceptable

Indoor Air Quality, 62.2 Ventilation and Acceptable Indoor Air Quality in Low Rise Residential Building

에서 각각 적용 가능한 내용을 포함하고 있다 (ASHRAE 62.1, 2007; ASHRAE 62.2, 2007).


12

Occupancy

Category

People Outdoor

Air Rate Rp

Area Outdoor

Air Rate Ra

Default ValuesAir

ClassOccupant

Density

Combined

Outdoor Air Rate

cfm/

person

L/s･person

cfm/

ft2L/s･m2

＃/1000ft2

or #/100㎡

cfm/

person

L/s･person

Correctional Facilities

Cell 5 2.5 0.12 0.6 25 10 4.9 2

Dayroom 5 2.5 0.12 0.6 30 10 4.9 1

Guard Stations 5 2.5 0.12 0.6 15 9 4.5 1

Booking/waiting 7.5 3.8 0.06 0.3 50 9 4.5 2

Office Buildings

Office space 5 2.5 0.06 0.3 5 17 8.5 1

Reception areas 5 2.5 0.06 0.3 30 7 3.5 1

Telephone/data entry 5 2.5 0.06 0.3 60 6 3.0 1

Main entry lobbies 5 2.5 0.06 0.3 10 11 5.5 1

<표 1-7> ASHRAE Standard 62.1-2007 환기기준

다) 호주의 환기기준

호주의 환기기준 Australian Standard AS 1668.1, 2 - 2002 에서는 외기 (OA) 도입량, 즉 실내로 공

급하는 최소환기량은 실내 재실자의 활동량에 따른 환기량과 건축자재 등의 오염원에 대한 환기

량 중에서 큰 수치를 선택하여 선정하여야 한다고 제시하고 있다.

- 실내 전체 재실자에 의한 환기량

Σ(인원수 × 1인당 환기량)

- 건축자재 및 재실자 이외의 오염원에 대한 환기량

Σ(건축면적 × 1㎡당 환기량)

<표 1-8> Australian Standard AS1668.1,2-2002 재실 인원당 필요환기량

용도신진대사량

(W/인)

ao (ℓ/s･인)

실내온도 27℃ 이하 실내온도 27℃ 이상

단실 다수실 단실 다수실

활동량 소 - 160까지 5 5 6 9

활동량 중 161 - 200 5 7.5 7 10.5

활동량 대 201 - 340 10 15 12 18

활동량 최대 340 - 이상 15 22.5 17 25

교실 (16세이하) - 상기수치 × 1.25

금연건물 - 10 15 10 15


13

라) 각국의 환기기준 비교

세계 주요국가의 환기기준은 대개 주거용 건물과 공공건물 중에서도 사무소나 학교와 같은 건

물유형에 대한 최소 환기량 기준치를 제시하고 있다. 그러나 건물의 실용도별 환기량에 대한 각

국의 기준은 실의체적이나 재실자의 수가 나라마다 다르기 때문에 단순하게 비교하기는 어려우

나, 각국 환기기준의 동향파악을 위한 자료로서 검토해보면 상기의 표와 같이 정리할 수 있다.

환기량 설정에서는 흡연여부에 따라 기준치를 다르게 제시하고 있는데, 흡연구역의 필요환기량

은 금연구획보다 약 30~60%내외의 높은 값으로 규정하고 있으며, 금연구역의 최소환기량은 나라

에 따라 4~10ℓ/s･人의 범위에서 규정되어 있음을 알 수 있다. 최근의 일부 연구에서는 재실자의

건강과 쾌적을 위해 15ℓ/s･人을 권장하기도 하였다 (Sundell et al, 1991 and Jaakkola et al, 1994).

국가 주거용 건물 사무소 및 학교 건물

미국 ASHRAE 62-2003 Ventilation for acceptable air quality

일본Japanese Building Standards(국토교통성 건축기준법).

SHASE S102-2003

유럽연합 prEN 1752 : Ventilation for Building-Design Criteria for the Indoor Environment(1996)

벨기에 NBN D50-001:Ventilation system for housing. 1991 NBN B 62-003 Heat loss calculation

캐나다

CSA Preliminary Standard F326.1

M1989, ASHRAE 62.1-2

Ventilation for acceptable indoor

air quality

NRCC No. 22432 Measurement

for energy conservation in new buildings.

1983/ ASHRAE 62.1-2 Ventilation for

acceptable indoor air quality

덴마크 DS 418 Calculations of heat loss from building : 1977 Danish Building Regulations 1982

핀란드

D2- Indoor climate and ventilation

in building, Regulation

and Guideline

National building code of Finland

Indoor climate and Ventilation

in buildings, regulations and

guideline, 1985/

D2-National building code of Finland. 1987

프랑스 French regulation for ventilation of dwellings Cahiers du CSTB No 2286-OCT. 1988

독일DIN 1946 Part 2(1995)

VDI 2088 Ventilation of Dwelling,1976

DIN 1946 Part 2 (1995)

VDI Ventilation rules, 1983

이탈리아Ministerial Decree 05.05.75

Ventilation requirements for residential building

Minsterial Decree 04.02.76

Ventilationre quirements for schools

네덜란드 NEW 1087 Ventilation in dwellings NNI 1991 NRR 1019- Ventilation in school buildings

노르웨이Norwegian Building code

Chapter 47, Ventilation and installation. 1987

NS3031 Energy and power demands

for heating of building Calculation rules

<표 1-9> 주요국가의 환기기준 규정 (Standards, Codes & Regulations)


14

국가 주거용 건물 사무소 및 학교 건물

스웨덴

BSF1988:18 Chapter 4:1 Air Exchange.

National Board of Housing

building and planning.

Standards BFS 4:1 Air Exchange.

National Board of housing

building and planning.

스위스SIA 384/2 Heating load calculation 1980/ SIA 382/1

Ventilation and AC plants 1992

SIA 382/1 Ventilation and AC

plants 1992.

영국

Building Regulations Parts F : Ventilation(1995)

British Standards BS 5820:1979 Code of Practice for mechanical

ventilation and air conditioning in building./ British Standard BS

5925:1991 Code of Practice for Ventilation Principles and air

Designing for National Ueatilation.

<표 1-9> 주요국가의 환기기준 규정 (Standards, Codes & Regulations)(계속)

4. 기능성 건축자재의 정의

친환경 건축자재와 기능성 건축자재의 정의는 유사한 면이 있다.1) 친환경 건축자재의 경우 새

집증후군의 원인 물질인 휘발성유기화합물 및 폼알데히드의 방출이 적은 건축자재를 의미하며,

이러한 자재는 내구성 등 물리적 성능과 오염물질이 저 방출되는 환경적 성능, 오염물질을 흡착,

분해하는 등 기능적 성능을 기본적으로 갖추어져야 한다. 기능성 건축자재는 친환경건축자재를

포함하며, 건축자재가 내재하고 있는 흡방습, 흡착･분해등 특정 성능에 대한 객관적인 검증이 가

능하고 이로 인한 실내공기환경의 개선효과가 유효한 것으로 입증된 건축자재를 의미한다.

다음은 대표적인 기능성 건축자재에 대한 정의 및 성능시험방법에 대한 내용이다

① 흡착성능 기능성 건축자재 :

건축물 실내공기중의 휘발성유기화합물 (VOCs), 폼알데하이드 및 기타 카르보닐 화합물

등을 흡착, 분해하는 것으로 오염농도를 저감하는 기능을 가진 건축용 실내마감재로, 제품

화된 일반적인 건축자재 중 공인인증시험기관 (KOLAS 인증기관)에서 ISO 16000- 23, ISO

16000-24에 의한 시험결과, 흡착률 60%이상 및 적산흡착량 기준을 모두 만족하는 흡착성능

을 갖는 건축자재

② 흡방습 기능성 건축자재 :

건축자재 내부로의 흡습과 외부로의 방습을 통하여 실내습도 조절기능을 가진 건축용 실

내마감재로, 제품화된 일반적인 건축자재 중 공인인증시험기관 (KOLAS 인증기관)에서 ISO

24353에 의한 시험결과, 흡방습량 50 (g/㎡)이상의 흡방습 성능을 갖는 건축자재


15

③ 미생물제어 기능성 건축자재 (항균 항곰팡이성능) :

항균 항곰팡이 성능을 가진 건축마감재로, 항균성능은 공인인증시험기관 (KOLAS 인증기

관)에서 JIS Z 2801에 의한 시험결과, 항균저항성 2.0 이상을 만족해야하며, 항곰팡이 성능은

ASTM D 6329 시험결과 항곰팡이 저항성 2.5 [log(CFU)]이하를 만족하는 건축자재

[그림 1-8] 기능성 건축자재의 분류 및 정의

제2장

연구개발 동향

1. 에너지 및 환기 연구 동향

2. 건축에너지기술의 연구개발 동향

3. 국내 건축자재 기술의 연구개발 동향

제2장 연구개발 동향

19


1. 에너지 및 환기 연구 동향

가. 에너지 및 환기 연구 동향

건물 에너지관리 (building energy management)란 건물 에너지효율 최적화를 위한 툴로 IT를 이

용하여 건물 내의 실내환경과 에너지사용량 현황 등의 정보를 수집 해석하고, 가동되고 있는 기

기 또는 설비 등에 대한 최적의 운영관리를 통하여 건물의 환경을 최적으로 유지하면서 에너지소

비량을 절감하는 시스템을 구축하는 것을 의미한다. 기술적으로 감시 (monitoring) 및 제어

(controling) 서버를 핵심으로 한 네트워크에 의해서 자동제어 (automation)를 수행하여 LAN에 의해

멀리 떨어져 있는 공장, 건물의 원격감시도 가능하다. 즉 건물의 에너지사용량 파악 및 건물감시

제어시스템을 통해 취득한 환경변수와 설비운전 추이를 종합분석하고, 이를 바탕으로 설비의 최

적운전을 위한 분석정보 및 시뮬레이션을 통하여 에너지를 절감할 수 있는 시스템을 구축하는 것

이다. 이를 통해 에너지소비량을 파악하고 비효율적으로 운영되는 장비를 발견하며 자동제어의

최적 운전조건을 확인하고 조절할 수 있다. 따라서 에너지관리란 컴퓨터 프로세스에 의한 에너지

효율의 최적화를 추구하는 건물의 전자동화를 말하며 EMS, EMCS, BAS로 불린다.

건물에너지관리시스템은 다음과 같이 하드웨어 장비들과 운영 소프트웨어, 유지 및 관련 관리

자 등을 포함한다.

- BAS (Building Automation System) : 기계설비, 전력설비, 조명설비 등의 자동제어시스템.

- EMS (Energy Management System) : 에너지 사용현황, 데이터 관리 및 사용 추이.

- BMS (Building Management System) : 계측, 계량 데이터 및 검침 시스템데이터를 히스토리

에 장기간 수집･보존해 운전관리자나 설계자에게 수집한 데이터를 알기 쉽게 정리･가공

하며 평가 및 해석을 수행.

- FMS (Facility Management System) : 시설자산관리의 일관성을 유지하여 생산성을 향상시키

고 해당설비에 대한 정보를 일원화함으로써 통합된 시설관리 체계를 구축, 시설물에 대한

관리체계의 자동화로 자원의 효율적인 운용효과를 거둘 수 있는 시스템으로서 건물 내에

설치된 장비들의 데이터베이스화와 PC를 통한 관리, 개별 장비들의 가동시간 측정 및 관

리, 가동시간과 제품수명에 따른 교체･점검시기 예측, 자재관리, 설비관리, 도면관리, 이력

유지 등 기능을 포함.


20

[그림 2-1] Building energy management system 구성도

건물 에너지관리는 특히 에너지사용량 계량 및 계측을 수행하여 데이터를 제공 및 관리하고 대

책을 수립할 수 있도록 지원한다. 또한 건물 전체의 에너지 소비실태를 파악하고 이용상황에 맞

는 수요예측 및 부하대응 기능을 할 수 있다. 주요 어플리케이션은 전력시스템, 조명시스템, 설비

시스템, 공조시스템 (HVAC), 방재시스템, 수송시스템 (엘리베이터), 출입통제시스템, 주차관리시

스템, CCTV/방송시스템, 시설관리시스템 등이 있으며 본 연구에서는 특히 HVAC에 주목하였다.

공조시스템의 운영을 위한 팩터와 특징은 다음과 같다.

- 운영요소 : 설정 온도, 습도, 재실자의 로컬제어, 스케줄에 의한 제어.

- 특징 : 재실 상태나 시간별 스케줄에 의해 설정온도와 습도가 결정되고 주요 감시 및 제어

장비로는 보일러, 냉동기 등의 열원설비, 급수/배수 설비, 온도/습도/CO2/차압센서와 재실

센서, 연기 감지기, 로컬 설정용 장비 등이 있으며 다양한 신호 레벨의 센서 및 구동기가

사용되므로 다양한 제어프로그램이 필요.

이와 같이 건물에너지관리시스템은 인터넷을 통한 데이터교환기술과 인터넷 인프라확보를 통

해 원격감시 및 제어가 가능해졌을 뿐만 아니라 인터넷을 통한 통합관리를 할 수 있다. 따라서

에너지 효율화와 저감기술 및 관리기술이 주요한 역할을 할 것으로 보인다. 지속적인 건물의 상

태와 에너지사용을 모니터링하여 에너지절감은 물론 설비의 관리를 최적화하고 설비의 성능향상

과 수명연장과 함께 쾌적한 거주환경을 제공할 것으로 기대되고 있다.


21

[그림 2-2] 에너지 정보 관리 흐름도

건물 자동화의 효과 (표 2-1)와 공조설비 등 설비부문의 항목별 기능 (표 2-2)은 다음과 같이 정

리된다 (김영태 외, 2005). 건물에너지관리 전자동 통합시스템의 도입효과로 인해 에너지절약, 데

이터 보존과 관리, 인터넷기술을 활용한 에너지관리서비스, 건물의 종합운영관리 등을 기대할 수

있으며 그중에서도 가장 기대되고 있는 에너지절약은 다음과 같이 정리된다.

- 공조기계 및 전기 등의 각 설비에 대해서 고효율 운전, 운전시간 단축, 공조부하의 저감,

미사용에너지 활용, 열회수, 필요없는 운전방지, 야간전력 활용, 최적제어를 실행함으로서

에너지절약 및 전력요금 저감.

- 오피스 빌딩에서 에너지사용의 약 50%를 차지하고 있는 공조설비와 관련된 에너지 절약

에 기여.

- 단말기와 중앙처리장치 사이에서 정보와 기능을 공유하고 분산제어를 통해 고효율, 고기

능, 고신뢰성을 실현하고 쾌적성, 에너지절약, 저비용효과를 동시 실현가능.

- 열원 설비의 최적 가동대수 및 열원별 가동 우선순위 결정가능.

- 외기취입의 자동제어를 통한 냉동기 부하절감.


22

- 자동제어를 통한 재실인원에 따른 외기도입량 결정가능.

- 자동제어를 통한 공조기의 운전시간을 최적으로 운용가능.

- VAV (Variable Air Volume) 설치를 통한 공조기 풍량제어에 의한 부하 및 송풍동력 절감.

- 설비 및 전력, 조명제어시스템을 통합시스템으로 구축.

대상항목 자동제어 목표기대효과

거주자 측면 건축주 측면

설비(공조, 위생, 전기)

에너지(열, 전기)

열매(공기, 열유체)

조작(사람, 제어기)

정보(매니지먼트)

통합의 최적화

자동화운전의 효율화

쾌적성 향상

편리성 향상

안전성 향상

경제적 효율성 향상

에너지 절약

인건비 절감

유연성 향상

안전성 향상

<표 2-1> 건물 자동화의 효과

구분 항목 제어기능

1. 보일러 계통응축수조 응축수조 보급수 인입제어, 보급수 인입제어, 응축수 재활용 제어

보일러 보일러 원격 가동/정지 제어, 압력제어

2. 냉동기 계통

냉동기 냉동기 원격 가동/정지 제어, 냉수온도 제어

계통제어 (연동제어) 냉동기, 냉수펌프, 냉각수펌프, 냉각탑 팬, 압축기

냉각수 제어 냉각수 과냉 방지 일정수온 유지

냉각탑 팬제어 환수온도로 냉각탑팬 가동/정지

3. 공조설비

계통

AHU (air handling unit)

냉온수량 등 제어온도/습도 조성용 냉온수 및 증기량 제어

외기 냉방제어 환절기 및 외기조건 충족시 외기 취입

변풍량 제어 VAV(variable air volume)에 의한 공조기팬 제어

CO2 농도 및 시각별 제어 CO2 농도 및 가동시각에 따라 댐퍼 제어

FCU (fan coil unit) 등

말단설비제어실내온도 설정치에 따라 FCU의 유량제어

4. 위생설비

계통

물탱크 지하 시수조 수위로 인입 유량제어, 고가 시수조 수위로 펌프제어

배수탱크 계통 배수조 수위로 배수펌프 운전제어

<표 2-2> 공조 위생설비 등 기계설비 부문의 자동제어 항목별 기능


23

일본의 경우 에너지 절감에 의한 판단기준의 7항목을 건물관리에 적용하고 있으며 각 판단기준

에 따른 대상설비, 관리수법, 계측 및 기록항목은 다음과 같다.

판단기준 대상설비 관리수법 계측 및 기록

1. 연소의 합리화･ 보일러

･ 냉온수 발생기

･ 공기비 최적화

･ 연소공기 예열

･ 효율관리

･ 배기가스 중 잔류산소농도

･ 연료사용량, 운전시간

･ 증기발생량

･ 냉온수 출입구온도

2.

가열･냉각･전열

의 합리화

･ 열원기

･ 열원보충기기

･ 열교환기

･ 공조기

･ 실내관리 온도의 수정

･ 공조운전시간의 수정

･ 최적운전제어

･ 외기도입량제어

･ COP 관리

･ 전력사용량

･ 연료사용량

･ 운전시간, 증기발생량


･ 냉온수 유량

･ 송풍온도

･ 송풍량

3. 방사･전도열

손실방지

･ 공조설비 전반(기기,

배관, 덕트)

･ 급탕설비

･ 건축

･ 보온단열성능(기기, 배관, 덕트)

･ 건축개구부의 관리(창유리차

단, 광필림, 출입구 개방금지,

풍제실, 자동도어, 회전문 등)

･ 표면온도

4. 폐열회수

･ 전열교환기

･ 히트펌프

･ 폐열보일러

･ 열병합발전


･ 외기냉방

･ COP 관리

･ 전력사용량, 연료사용량

･ 운전시간, 증기발생량


･ 냉온수 유량

･ 송풍온도

･ 송풍량

5. 열의 동력변환

합리화

･ 상용발전설비

･ 열병합발전

･ 효율관리

･ 치적운전기회, 제어

･ 연료사용량

･ 발전량

･ 증기발생량

･ 온수온도, 유량

6. 저항에 의한

전기의

손실방지

･ 전동기(냉동기, 펌프,

팬, 승강기 등)

･ 조명설비

･ 전기배선

･ 전류의 관리

･ 표면온도의 관리

･ 고효율 기구갱신의 검토 (고효

율전동기, 아울포스 변압기등)

･ 전류

･ 표면온도

7. 전기의 동력･열

등 변환의

합리화

･ 공조설비기구

･ 동력설비(환기, 급배

수, 승강기 등)

･ 조명설비

･ OA 설비

･ 자동판매기 등


･ 변류량 제어의 도입검토(VAV,

VWV 인버터전동기)

･ 고효율기구로 전환검토(H조

명기구, energy star가구, 에코

벤더 등)

･ 전력사용량

･ 운전시간

･ 냉온수출입구온도, 유량

･ 송풍온도, 송풍량

<표 2-3> 판단기준 7항목


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나. 에너지절약 전략과 사례

PECI (Portland Energy Conservation Inc.)는 EPA (U.S. Environmental Protection Agency)의 지원으

로 수행한 연구에서 EMS (Energy Management System)을 통한 에너지절약 (energy saving) 전략으로

서 다음과 같은 9개의 상위범주 (scheduling, ventilation control, air-side economizers, resets, lockouts,

energy monitoring, miscellaneous, lighting, demand control)로 분류하였다.

[그림 2-3] Selected energy-conserving control strategies

그림 2-4은 스케줄링에 의한 에너지절약 전략 중 원격제어에 의한 자동제어시스템 구조를 보여

주고 있으며, 그림 2-5은 이산화탄소 발생량 모니터링과 환기시스템의 자동제어에 의한 최적화 전

략을 보여주고 있다. CO2 농도는 환기시스템의 제어에서 주요하게 사용되는 지표이다. 또한 그림

2-6은 VAV 시스템에 의한 최적제어 흐름도를 설명하고 있다. 이와 같이 EMS를 통해 과도한 에너

지소비 (excess energy wastes)를 없애고 쾌적한 환경 (healthy environment)을 제공할 수 있다.


25

[그림 2-4] Automation by EMS (override control in scheduling)

[그림 2-5] EMS (CO2 monitoring in ventilation control)


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[그림 2-6] Variable air volume system schematic diagram (reset strategy)

위와 같이 EMS를 통해서 에너지절약을 가져올 수 있으며 다음과 같은 사례를 제시하였다. 그림

2-7은 60,000 ft2인 상업용 건물에서 EMS 시스템을 새로 도입한 후 열저항 에너지를 최소화한 후와

시스템 도입전의 에너지소비량을 비교한 그래프이다. 에너지소비량이 절반 수준으로 감소한 것

을 알 수 있다.

[그림 2-7] Energy saving effect by EMS


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그림 2-8는 볼링장을 운영하는 사업자가 EMS 시스템을 도입하여 에너지세이빙을 얻은 결과를

보여준다. 위 사업자는 EMS에 의한 온도 모니터링 및 제어자동화를 하였으나 에너지절약의 차이

가 크지 않았으므로 온도자동화와 이외에 빌딩의 옥상에 11개의 히트펌프를 설치하고 75톤에 해

당하는 공조기를 설치한 후 EMS 시스템에 의한 냉난방시설과 조명시설을 자동화한 결과 위 볼링

장은 그래프에서 보여주는 바와 같은 에너지절약효과를 얻게 되었다. 불과 1년안에 설치비용의

50%를 회수할 수 있었으며 에너지 소모가 가장 큰 9월에는 24% 이상의 에너지가 세이브된 것을

알 수 있다. 위 사례는 건물의 에너지관리에서 공조기의 모니터링과 제어에 의한 에너지세이빙의

효과를 보여준다.

[그림 2-8] Energy reduction through EMS(bowling alley)

다. CO2 기반 수요제어 환기 (DCV 시스템)

(1) DCV의 개요

DCV법은 건물 또는 공조공간에서 건강한 실내 공기환경 유지를 위해 필요하다고 여겨지는 환

기량 (환기수요)을 실시간으로 산정하고, 공조기 또는 환기장치에서 도입하는 외기의 양이 항상

이 수준으로 유지되도록 시스템을 자동제어 하는 방법으로 1990년대 초부터 미국 및 유럽을 중심

으로 관련 연구가 활발히 수행되기 시작 하였다 (Wang S, 2004). 이들 국가들은 전통적으로 건물

용도별 1인당 환기량 (㎥/h･인)과 설계시 가정한 재실자 수를 바탕으로 산정한 필요 환기량이 건

물 운전시 항상 유지되도록 하고 있다. 그러나 이 방법은 시간에 따라 변화하는 실제 재실자의


28

수가 설계시 가정한 최대 재실자 수에 못 미칠 경우 over ventilation에 따른 실내 공기질 향상의

효과는 있으나 불필요한 에너지 소비를 가져온다는 문제가 제기되면서 실제 환기수요에 따라 정

확한 양의 환기량을 공급하는 DCV에 대한 관심이 높아지기 시작하였다.

[그림 2-9] DCV 제어 시스템 구성

[그림 2-10] CO2에 희한 Demand-controlled Ventilation


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(2) DCV법의 종류

현재 일반건물에 널리 적용되거나 고려되고 있는 DCV법으로는 다음의 네 가지를 들 수 있다.

- 재실자 스케쥴을 이용하는 방법: 사무용 건물처럼 시간별 재실 스케쥴을 쉽게 예측 할 수

있을 경우, 도입 외기량을 재실자 스케쥴에 연동시켜 제어하는 것으로 비록 정확한 실시

간 환기수요를 바탕으로 하는 방법은 아니나 비교적 높은 에너지 절약효과를 얻을 수 있

는 방법이다.

- 적외선 동작감지 센서를 이용하는 방법: 실내에 재실자가 있을 경우 해당 실에 설치된 적

외선 센서가 이를 감지하여 공조기 또는 환기장치를 가동시켜 설계시 가정한 최대 재실자

수에 따른 환기량 (또는 사용자가 임의로 설정한 환기량)을 공급하도록 하는 방법으로 시

간에 따른 환기수요의 변화가 크지 않은 건물에 효과적인 방법이다.

- 실내 CO2 농도 변화를 이용하는 방법: 실내 또는 리턴 덕트내에 CO2 센서를 설치하여 실시

간으로 변화하는 CO2 농도를 측정하고, 호흡을 통한 1인당 CO2 배출량을 고려하여 현재의

재실자 수를 예측한 후, 이에 따라 공조기 또는 환기장치에서 도입하는 외기의 양을 조절

하는 방법이다. 실시간으로 변화하는 재실자 수를 비교적 정확하게 파악하여 도입 외기량

을 조절 할 수 있어 현재 가장 많은 관심을 받고 있는 DCV방법이지만, 정확한 환기수요

예측을 위해서는 설치된 CO2 센서들에 대해 주기적인 recalibration 및 세심한 유지관리가

필요하다.

- 정확한 재실자 수 측정을 통한 방법: 각 실의 입구에 들어오는 사람과 나가는 사람을 분리

하여 감지하는 센서를 설치하거나 또는 개인이 소지하는 신분증 등에 RFID 테그 등을 부

착하여 실시간으로 각 실의 재실자 수를 정확히 추적하여 환기량 조절에 사용하는 방법으

로, 가까운 장래에 다양한 유비쿼터스 기술들을 적용한 건물이 일반화될 경우 널리 적용

될 것으로 예상되는 방법이다.

(3) DCV를 위한 필요 환기량 기준

현재까지 제안된 DCV방법들은 기존의 환기량 기준이 제시한 1인당 필요환기량과 실시간으로

측정한 재실자수에 따라 도입 외기량을 제어하는 방법을 택하고 있다. 그러나 1인당 환기량 기준

을 적용한 DCV를 사용할 경우 재실자 수가 줄어들어 공급환기량이 일정수준 이하로 감소되면 건

물자체로부터 방출되는 HCHO와 같은 유해물질의 제거/희석에 필요한 최소 환기량 마저 유지 못

하는 경우가 생길 수 있다는 문제점이 지적되었다7). 이것은 건물이 방출하는 오염물질은 재실자

수와 무관한 독립적인방출특성을 가지고 있기 때문이다. 이에 미국 ASHRAE는 재실자 1인당 환기량


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으로만 규정했던 기존의 필요 환기량 기준을 2004년 이후 인체가 방출하는 오염물질 처리를 위한

1인당 필요환기량 (ℓ/인･h)과 건물 자체가 방출하는 오염물질 처리를 위한 바 닥면적당 환기량 (ℓ/

㎡･h)으로 나누어 규정함으로써 실시간 재실자 수를 바탕으로하는 DCV를 사용하더라도 건물로부터

방출되는 오염물질을 처리하는데 필요한 최소 환기량은 항상 유지될 수 있도록 하고 있다.

2. 건축에너지기술의 연구개발 동향

가. 패시브하우스 기술

(1) 패시브하우스 개요

1988년 Prof. bo Adamson (Lund 대학, 스웨덴)와 독일의 패시브하우스 연구소 소장 Dr. Wolfgang

Feist에 의해 처음으로 계획되었다. 이후에 독일 헤센 (Hessen) 주 경제부의 지원을 통하여 1991년

Prof. Bott/Ridder/Westermeyer의 설계로 독일 Darmstadt 북쪽의 Kranichstein에 건축되었다. 이후 다양

한 분야의 검사와 측정으로 패시브하우스의 경제적 효과가 입증됨으로 북유럽 중심으로 확산되었다.

[그림 2-11] 패시브하우스 개념도

(출처：Passivhaus Institut Darmstadt)

패시브하우스는 단위면적 (㎡)당 연간 난방에너지 소비가 15kWh 이하, 1차 에너지 소비가

120kWh 이하인 건물을 지칭한다. 이는 단위면적당 난방에너지 소비가 연간 1.5ℓ, 1차 에너지 소

비가 12ℓ이하인 건축물로 정의할 수 있다. 위에서 언급한 ℓ는 건물 실내를 20℃로 유지하기 위한


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난방등유의 양이다. 따라서 1년간 1㎡를 1.5ℓ의 난방등유로 생활이 가능하다면 패시브하우스로

불릴 수 있다. 같은 기준으로 보통 일반 주택이 17ℓ의 난방등유가 소요되므로 이에 비하여 패시브

하우스는 1/10의 수준으로 에너지를 매우 적게 사용하게 된다.

[그림 2-12] 패시브하우스의 열에너지 저감 비교자료

패시브하우스를 결정짓는 주요 5가지 요소에 대한 기준은 아래표와 같다.

단열･ 지붕부터 바닥까지 끊긴 부분 없는 외단열

･ U(열관류율) 값은 0.15 W/m2k이하

열교 ･ 열교열손실계수 0.01 W/m2k

밀폐 ･ 건물 전체에 끊긴 부분없이 n50 값이 0.6/h 이하

전열교환기

･ 효율 75% 이상

･ 소비전력 0.45W/(m2/h)

･ 설치공간에서의 소음 < 35dB

･ 주거공간에서의 소음 < 25dB

열창호･ 3중 유리, 아르곤 또는 크립톤 충전

･ 단열창틀 Ug < 0.6, Uw < 0.85 이하

<표 2-4> 패시브하우스 주요 5가지 요소 기준

(2) 국내 현황

최근 국내에서 패시브하우스가 활성화 되고 있는 추세이고 연구 또한 활발히 이루어지고 있다.

하지만 대중에게 패시브하우스를 광범위하게 보급하기 위한 패시브 디자인 요소 가이드라인 연

구는 현재 진행 중 이거나 일부 범위만 커버할 수 있는 연구가 진행된 상황이다. 녹색성장정책


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시행 이후 제로에너지 하우스 준비가 요구되고 있는 상황에서 대통령소속 국가건축정책위원회는

건축가가 건축물 설계 시 패시브 디자인을 검토할 수 있는 평가체계 (체크리스트)를 만들었다. 용

도는 자가검토용 체크리스트로 만들었고 대상 건축물은 공동주택 및 일반건축물 중 업무시설 등

에 국한되어있다. 현재 관련 연구 기관에서 개발이 끝났으며, 주요 건축사들을 대상으로 용역결

과 공개세미나를 마친 상황이다. 국내 패시브하우스의 대표성을 띄는 한국패시브건축협회에서

패시브 디자인 가이드라인을 기획 중에 있으며 자체적으로 몇 가지 사례를 진행하고 있다. 패시

브하우스에서 가장 중요한 점은 열 손실을 방지하는 것이다. 건물의 열 손실을 줄이기 위하여 단

열, 열교, 기밀, 창호 분야에서 많은 연구가 진행되어왔다. 이중 창호는 실내･외 열의 출입이 비교

적 자유로워 겨울 및 여름에 많은 에너지 손실이 일어나고 있다. 지난 몇 년간 창호에서 일어나는

에너지 손실을 줄이고자 해외의 선진 기술들을 벤치마킹하여 국내 기업들의 많은 창호 연구가 진

행되었는데 아래 표는 국내 시스템 창호 기술의 현황을 간략히 보여준다.

종류 현황

고기밀성 단열창 시스템 ･ 엘지하우시스, 케이씨씨, 이건창호 등

공기식 집열창 시스템

･ 한국에너지기술연구원에서 개발 시도

･ 일부 건물에 시범 적용

･ 보급이 활성화되지 못함

다중창 시스템

･ 일부 특수건물에 다중 창이 적용

･ 창호 두께 넓어짐

･ 경제적인 측면 문제 발생

다기능 창호 시스템･ 일부 개념이 제안 됨

･ 실용화되지 못하고 있음

<표 2-5> 국내 시스템 창호 기술 현황

패시브하우스의 창호와 함께 중요시되는 단열 연구는 아래와 같은 현황을 보이고 있다.

연구활동 상세내용

에너지 절감효과･ 외단열이 중단열에 비해 약 3.9%의 에너지 절감효과가 있음.

･ 외단열은 내단열에 비해 공급열량을 약 1% 줄여주는 것으로 나타남

단열재 두께별 난방

에너지 사용량 비교

평가

50mm･ 중단열은 내단열에 비해 약 3% 개선효과를 나타냄

･ 외단열은 내단열에 비해 약 12%의 에너지 절감효과를 보임

200mm∼

300mm

･ 중단열은 내단열 대비 약 10∼12%의 에너지 절감효과를 나타냄

･ 외단열은 내단열 대비 14∼16%의 에너지 절감율을 보임

노후된 공동주택의

외단열 공법 시공

･ 연간 냉방에너지 2∼8%, 난방에너지 6∼20%를 절감

･ 경제성 분석결과 세대별로 8∼20%의 에너지 절감비율을 보임

<표 2-6> 건축물 단열 연구활동 내용


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(3) 국외 현황

패시브하우스의 도입 초기에는 국가의 지원을 받아 연구 및 홍보 위주로 진행되어 패시브하우

스 관련 수요자가 적었었다. 하지만 유가 상승 등의 전 세계적인 에너지 문제로 인해 각 가정 및

상업에서 사용하는 연료비의 증가에 따라 일반 건물에 비해 약 1/10 수준의 에너지를 사용하는

패시브하우스의 인기가 폭발적으로 증가하였다. EU 에너지효율 가이드라인에 의거, 2020년까지

유럽 내에서는 에너지를 거의 사용하지 않는 건축물 (nearly zero energy buildings)을 만들어 내야

한다. 이는 해외뿐 아니라 국내도 제로에너지 건축물을 만들려는 움직임이 활발하다. 따라서 패

시브하우스 및 패시브 디자인 요소가 결합된 제로에너지 건물들에 대한 수요가 꾸준히 증가할 것

으로 보인다. 특히, PASS-NET 에서 진행한 패시브하우스 현황 발표 자료에 따르면 2010년 말쯤 약

27,600채의 패시브하우스가 지어졌고, 이러한 추세를 이어가 2012년까지 약 65,000채의 패시브하

우스가 지어질 것으로 예상하고 있다. 유럽의 10개국이 연합하여 패시브하우스를 발전시키고 있

지만 각 국가별 패시브하우스의 발전 차이는 극심하다. 특히, 패시브하우스는 독일과 오스트리아

에서 많이 지어졌고, 기타 다른 국가는 올해 처음으로 패시브하우스를 진행한 국가도 있다.

[그림 2-13] EU국가의 패시브하우스 현황

나. 조명에너지 기술

(1) 자연채광(Daylighting) 분야

가) Advanced façade solutions

본 기술은 에너지 효율적이며 새롭고 다양한 건물 파사드 기술을 개발하고 평가하기 위한 것이

다. 이 기술은 태양광 캐노피 조명 시스템의 컴퓨터 광학시뮬레이션 모델을 개발하고, 이를 통해


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연간 에너지 소비량 및 조명의 성능을 예측할 수 있다. 이 기술의 특징은 다음과 같다.

- 진공 유리의 열적 특성 및 광학적 특성을 사용자가 변경할 수 있는, 마이크로 블라인드의

얇은 필름 기술을 사용한 교체 가능한 유리의 개발

- 비재실기간 동안 태양에너지를 얻기 위해, 캐노피 시스템과 태양전지필름의 결합 가능성

의 조사

- 이중 외피안에 캐노피 시스템을 통합하기 위한 설계 개념을 개발

- 시뮬레이션 및 계측 실험실을 사용하여, 가동형 차양 장의 태양전지의 유연한 필름을 사

용성을 평가

이 기술의 예상결과는 다음과 같다.

- 건물의 다양한 응용분야에서의 태양광 캐노피 시스템 최적화

- 마이크로 블라인드 기술의 소형 프로토타입 구축

- 차양 장치와 PV 시스템의 성공적인 통합의 프로토타입 구축

나) 자연광 성능 시뮬레이션 툴 개발 (SkyVision)

캐나다의 NRC 연구소에서 개발한 Skyvision은. 스카이비젼은 다양한 채광창의 유형 및 특정 날

에 대한 채광창의 성능을 예측할 수 있으며, 현재 생산품인 채광창의 디자인을 향상시킬 수 있는

방법을 제공한다. 이는 건물 디자이너 또는 건축가, 채광창 제조업체, 교육자에게 유용한 도구이

다. 스카이비젼은 천연자원 캐나다(NRC)와 공공 및 정부 서비스 캐나다 (PWGSC)의 협력을 통해

캐나다 국가 연구위원회에서 개발하였고, 마이크로소프트사의 Windows TM을 기반으로 한 컴퓨

터 프로그램으로 사용하기 쉽다. 이 소프트웨어는 다양한 채광창 종류에 따른 광학적 특성 (투과

율, 흡수율, 반사율 및 태양열 취득 계수), 채광창 및 방의 인터페이스 성능 (well efficiency와 조명

률), 실내 자연채광 유용성(주광률, 조도), 조명 에너지 절약 등을 설계 날에 따라 계산한다.

DAYSIM (dynamic daylight simulations)은 임의의 건물의 연간 일조권을 계산할 수도 있고, 표준 온/

오프 스위치와 비교한 자동 조명 제어(재실자 센서, 광전지)의 조명 에너지 사용을 계산할 수 있

는 자연채광 분석 소프트웨어이다. DAYSIM으로 계산된 동적 주광 성능 통계 수치는 주광 자율성

및 유용한 주광지표이다. DAYSIM은 로렌스 버클리 국립 연구소의 Greg Ward에 의해 개발된 래디

언스 소프트웨어의 광선추적법과 주광계수의 조합으로 이루어져 있다. 연간 조도 프로파일을 계

산하는 기본 천공 모델은 페레즈의 모든 기상 천공 모델이다. Skartveit과 Olseth의 확률 모델은 직

접.확산 방사조도의 시간 평균에 기초한 실내 조도의 짧은 time-step을 모방하도록 구성되었다. 연


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간 조도 프로파일은 조명과 차양 제어 전략에 따라 건물 존의 연간 인공조명 사용을 예측하기 위

한 사용자 재실 데이터와 연결된다. 기본 라이트스위치 수동 조명 제어 모델은 여러 현장조사를

통한 재실자 행태에 기초한다.

다) 에너지 절약을 위한 휘도기반 조명제어

이 기술의 목적은 자연채광과 연계된 인공조명의 조광기 채택을 가속화하기 위한 휘도 기반 조

명 제어 시스템요소를 개발하기 위함이다. 현재 자연채광과 연계된 조광 기술은 지속적으로 탁상면

조도를 유지하는 것을 목표로 하고 있다 (특정 점에서 빛의 양이 떨어짐). 이것을 달성하기 어려울

뿐만 아니라, 일정한 조도를 유지하는 것이 사람들의 선호도에는 좋지 않다는 풍부한 증거가 있다.

사실, 인간의 눈은 휘도에 대응하고 (주어진 방향으로 표면에 의해 방출 또는 반사되는 빛의 양),

따라서 우리는 에너지 사용 및 전기 부하를 줄이면서 사람들이 좋아하는 조명 상태를 제공할 수 있

는 휘도 기반 시스템을 기대할 수 있다. 휘도기반 조명제어의 연구내용은 다음과 같다.

- 다양한 조건에서 거주자의 선호 조명 선택에 실증 자료 구축

- 데이터 기반으로 제어 알고리즘 개발

- 휘도 기반 센서 시스템에 대한 개념 개발

선호하는 조명을 매 30분마다 선택할 때, 재실자는 하루 동안 넓은 범위의 탁상면 조도를 선택

할 수 있다. 이것은 일정한 조도를 유지하도록 설계된 자동 주광 시스템과 대조적이다. 그리고 개

발된 시스템은 자연채광 획득 및 차양 제어, 재실자 센서링과 같은 기존 시스템에 의한 여러 센서

를 대체 할 수 있다.

라) 반투명 섬유유리를 이용한 채광용 유리 시스템 (Translucent Fibreglass Glazing System for

Daylighting)

본 연구는 투명한 섬유유리 샌드위치 패널 창호 시스템이 설치된 사무실에서 일하는 사람의 만

족도, 분위기, 성능에 대한 연구와 기존의 창호가 설치되어 있는 실과의 조명 및 난방 에너지 사

용량을 비교하는데 있다. 사람은 90% 이상을 실내에서 시간을 보내지만, 연구들은 빛에 더 많이

노출되는 것이 건강과 웰빙의 개선할 수 있다고 제안한다. 지속가능성을 위해, 에너지 효율적인

측면으로부터의 빛의 노출이 필요하며, 이러한 빛 중에 하나가 바로 주광이다. 직사광선을 조절

하는 것이 성공적으로 주광을 이용하는 중요한 측면이다. 반투명 섬유유리 주광 샌드위치 패널은

직사광선으로부터 눈부심 없이 잠재적으로 높은 수준의 확산광을 제공하고, 추가적으로 단열재를

포함하고 있는 하나의 잠재적인 해결책이다.

실험은 NRC-IRC의 Daylighting 시설, 남남동(SSE)쪽을 향해 창문이 있는 두 개의 동일한 사무실


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에서 진행되었다. 하나의 사무실은 반투명 주광 샌드위치 패널의 유리가 설치되었고, 다른 하나

는 기존의 이중창 (중립적인 색조와 31%의 투과율을 가지는)과 다공 롤 블라인드가 설치되었다.

두 실은 주광을 기반으로 전기조명을 조절하는 디밍 시스템을 설치하였다. 피시험자들은 각 방에

서 사무실과 관련된 일을 하면서, 그들의 분위기, 만족도, 조명 환경 조건에 대한 의견을 관한 설

문을 완성한다. 반투명 패널이 설치된 방은 일반적인 창과 다공 롤 블라인드가 설치된 방보다

29%의 조명 에너지를 적게 소비한다. 난방을 위해 사용되는 에너지는 예상되었던 것과 마찬가지

로 추가적인 단열로 인해 감소되었다. 반투명 패널 실에서 빛 수준은 창을 가지고 있는 실보다

평균적으로 2.6배 더 높게 나타났으며, 스펙트럼의 450-470 범위의 빛의 노출은 약 8번 더 많았다.

사람들은 제안되기 보다는 더욱 만족스러운 야외 경치를 볼 수 있는 창호로 평가하였다.

(2) 에너지 절약 고기능 사무실 조명 (Energy-Efficient & High-quality office lighting)

가) 오피스용 건물을 위한 고체 소자 조명

발광다이오드 (LEDs), 유기 발광 다이오드 (OLEDs), 다른 고체 소자 장치는 미래의 광원으로 기

대가 매우 높다. 이러한 광원들은 이미 백열 조명보다 효율적이며, 조만간 형광등보다도 더 효율

적인 광원이 될 것이다. 그러나, 고체 소자의 조명의 초기비용은 가장 큰 장애물로 남아 있다. 따

라서, 이 프로젝트는 사무실에서 더 나은 품질과 높은 가치를 얻을 수 있는 새로운 조명에 대한

방법을 모색할 수 있는 장기적인 접근 방식을 취하고 있다. 이것은 빛의 색상, 강도, 하늘의 정경

을 시뮬레이션하고, 제어 정보를 전달하기 위한 빛의 사용에 대한 개별 제어를 포함한다.

나) Demand responsive lighting control

이 연구의 목적은 재실자들이 일반적으로 권장되는 업무 조건보다 저하된 실내환경 조건에서

램프 (고정적 변경)에 어떻게 응답하는지 평가하고 전기적 배전망 스트레스 (전력차단) 기간에 건

물의 피크 에너지 사용을 줄일 수 있는 한도를 더 잘 정의하기 위함이다. 전력 수요가 공급을 초

과할 때, 최대 용량 발전기를 추가 하거나 전환하여도, 절전이나 정전이 발생 할 수 있다. 세 번째

옵션은 최대 사용자가 자신의 수요를 줄임으로써 최대 전력의 난관에 대응하는 것이다. 이러한

맥락에서, 건물이 일시적으로 부하를 차단하여 피크 기간에 배전망 전기 사용량을 줄여야 한다는

필요성이 높아지고 있다. 많은 부하차단 시나리오는 건물 시스템을 조정하는 방식이다. 예를 들

어, 조명이 낮아질 때, 냉각기가 꺼지며 환기 팬의 속도가 감소하는 것이다. 이러한 조정은 실내

환경을 저하 할 수도 있지만, 이러한 실천은 절전이나 정전에 대한 합리적인 대안이 될 수 있다.

이 프로젝트에 NRC-IRC의 초점은 이러한 저하에 대한 거주자의 더 나은 이해를 얻는 것이다. 얼

마나 빨리 변화를 감지하고, 자신의 기분 및 만족감, 성능에 미치는 영향이 핵심 결과이다. 전형

적인 권장조도 수준에서 조도 수준을 점차적을 낮추는 경우 재실자는 변화를 인지하지 못하는 경


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우가 대부분이다. 비 주광공간에서 전기조명이 10초 이상 20% 감소함: 20% 증가로 인한 디밍은

창문과 가까운 공간에서 가능하게 되었고, 디밍은 훨씬 더 긴 기간 동안 가능했다 (예: 30분). 다

만 이러한 변경은 드물게 발생하는 배전망 스트레스를 임시 완화하기 위해서만 발생해야 하며,

최대 몇 시간 동안만 예상되고, 그 부분은 이후에 정상 반환되야 한다는 것을 알아야 한다. 현재

권장되는 업무 조건이 장기간 재실하는 거주자의 만족감을 보장하는 것이 적절하다는 것이 일반

적인 견해이다. Demand responsive building은 고 배전망 수요 기간동안 전기 사용량을 줄이고, 배

전망의 안전성을 유지하는 프로그램을 지원하기 위해 제어 매커니즘을 사용한다. 조명을 디밍하

는 것은 하나의 수요 반응 메커니즘으로 제한하고 있으며, 여러 실험실 연구를 통해 거주자에게

눈에 띄거나, 용인 될 수 있는 디밍의 속도와 범위를 살펴보았다. 우리는 이 실험 결과가 실제 건

물의 상용 조명 제어 시스템에 적용할 수 있는지 파악하기 위해 현장 조사를 실시하였다. 본 연구

는 330개의 밝기 조절이 가능한 조명이 있는 오픈 플랜 오피스 및 여러 건물에 걸쳐 2300개의 밝

기 조절 가능한 조명기구가 있는 대학 캠퍼스에서 여름 기간 동안 진행되었다. 사무실 건물에서

15∼30분 동안 35%까지 빛을 흐리게 하여 2번의 오후 수요 응답 실험을 실시하였다. 달성된 전력

감소는 각각 5.2kW(23%) 및 5.3kW(24%) 이었다. 캠퍼스에서는 1∼30분 동안 40%까지 조명을 흐리

게 하여 3번의 우호 수요 응답 실험을 실시하였다. 달성된 전력 감소는 15.2 kW (18 %), 7.7 kW

(14 %) 및 11.3 kW (15 %) 이었다. 오후 실험을 통해 시설 운영에 대한 조명 관련 불만은 없었다.

이전 실험실 연구와 현장실측을 바탕으로 우리는 수요 반응 전략으로서 조명 디밍을 권장한다.

다) Personal lighting controls: Saving energy and boosting occupant satisfaction

이 연구는 점유자 만족도, 분위기 및 시각적 편안함뿐만 아니라, 에너지 효율성의 관점에서 조

명과 사무실에서 환기 / 온도 이상 개인 통제의 장점을 평가할 수 있다. 점유자 만족도, 분위기

및 시각적 편안함을 향상하면서 개별 조명 제어에 관한 이전 연구는, 15∼40%의 에너지 절감을

보여준다. 환기 / 온도의 개별 제어 연구는 에너지 절감, 만족도향상 및 불편 불만의 감소를 가져

온다. 더 많은 연구는 통합 된 개인 환경 제어 (PEC)의 이점을 평가하고 실제에서 자신의 기능을

최적화하고, 컨트롤 산업 및 시설 관리자에게 지침을 제공하기 위해 필요하다. 이 기술의 연구 내

용 및 결과는 다음과 같다.

- 현장실측

주광에 따라 조절되는 디밍과 재실센서가 결합된 개인 컨트롤과 함께 이미 설치된 조명

시스템은 에너지사용, 전기소비 및 재실자의 만족도에 관하여 평가되었다. 이 조명시스템

은 종래의 시스템과 비교하여 69% 적은 에너지를 사용했다. 이러한 절감의 2/3은 그 시스

템의 .더 낮은 조명밀도부하 때문이며 1/3은 그 조절장치와 관련이 있다. 어떤 주어진 시


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간에서 최대전력일 때 모든 조명기구의 일일평균효율적인 조명부하밀도가 오직 3 W/㎡는

아니다. 시스템 데이터는 우리가 통제의 한 유형이 설치되었을 때 발생되는 에너지 절감

을 유도 하도록 하였으며, 따라서 우리는 각 컨트롤 옵션의 상대적인 에너지절감의 가능

성을 비교할 수 있다. 만약스스로 사용되었을 모든 86개의 연구된 워크스테이션에 대해

그 재실센서는 직-간접 조명기구와 비교하여 약 35%를 절감할 것이다. 비교 시 주광확득

은 약 20% 절감될 것이며 개인적 조절은 약 10%가 절감될 것으로 기대된다. 이러한 두가

지 컨트롤 타입은 모두 창문 근처에서 더 절감율이 높다. 연구된 조명시스템은 또한 높은

재실자 만족도와 관련이 깊다. 이것은 초기 기본 설정 이외의 컨트롤의 사용이 드물었지

만 개별 디밍컨트롤 덕분이다.

- 실험실 실험

NRC-IRC의 실내 환경 연구 시설에 설치된 여섯 개의 오픈 플랜 구조의 워크 스테이션을

사용하여 이 단계는 거주자가 조명과 환기에 있어서 얼마나 개인 환경 컨트롤을 사용하는

지 그리고 분위기, 만족도와 작업성능에 그것이 얼마나 영향을 미치는지, 뿐만 아니라 다

양한 조건에서 에너지소비를 평가하였다. 참가자 (n=126)들은 설문조사와 표준 사무실 업

무를 완료하면서 작은 채광이 있는 사무실에서 하루를 보냈다. 몇 참가자들은 전형적으로

지속적은 조명 및 환기조건을 경험한 반면, 다른 참가자들은 그들의 작업공간에서 빛과

기류속도를 조절할 수 있는 개별 조절기를 제공받았다. 그 결과, 개인 환경 조절이 환경적

만족도를 향상시킴을 알 수 있었다. 조명에 대한 개인 조절은 기존의 전형적인 고정시스

템과 비교했을 때, 약 10%의 평균에너지감소를 가져왔다.: 개별조절이 있었던 참가자들은

또한 지속적인 조건과 비교했을 때 기류속도 또한 감소하였다. 각 컨트롤 타입의 사용은

평균적으로 하루동안 한 사람당 2-3번 조절을 하였으며 동일한 공간에서 수행된 더 긴 기

간에서의 조절보다 더 적게 감소했다. 큰 주광 분포가 있는 실험실에서의 다른 관련된 연

구는 평균적으로 수동적 디밍 컨트롤이 탁상에 500lx를 제공하는 고정시스템과 비교했을

때 25%까지 에너지 사용을 감소시켰다.

라) Task Lighting Effects on Preferred Office Lighting and Energy Savings

이 연구는 사무실에서 작업 조명이 재실자의 선호 실내조명수준을 줄일 수 있는지, 그것이 사

무실 조명부하의 절감을 이끌어 낼 수 있는지의 여부를 평가할 수 있다. 대부분의 기존 연구는

조명 에너지와 최대 전기부하를 40%가 사무실의 실내 조도 수준을 감소시킴으로써, 그리고 더 낮

은 전력의 작업조명을 사용함으로 인해 성취될 수 있다고 주장한다. 그러나 이 주제에 대한 이전

연구는 다의적이며, 사무소 실제 조건, 작업, 또는 문화적 기대를 반영하지 않았다. 그러므로, 발


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생가능한 만족도와 관련된 문제들의 피하기 위해서는 작업-실내조명 해결책의 적합성을 평가할

필요가 있다. 연구는 두 벽으로 나뉘 지 않은 오픈 플랜 워크 스테이션을 포함하는 실물크리의

목업 사무실에서 실시되었다. 실내조명은 디밍이 가능한 천장에 매입된 deep-cell two-lamp

parabolic troffers 에 의해 제공되었다. 하나의 워크 스테이션은 angle-arm desktop 조명기구와 그늘

이 있는 다른 테이블 램프를 설치했다. 작업조명은 다양한 출력 수준 (제로 포함)으로 설정되었고

조사 참여자들은 작업조명설정에 대한 반응으로 그들이 선호하는 실내조명수준을 선택하였다.

작업조명이 주어졌을 때 참가자들은 실질적으로 실내조명을 조절하지 않았다. 이것은 사람들이

모든 실의 표면에 대해 적절한 빛을 원하기 때문이며 실 표면사이에 쾌적한 휘도비를 원하기 때

문이다. 이것은 실내조명을 상당히 감소시킴으로써 에너지를 크게 절감하는 것을 추구하고 하위

최적의 조명 조건을 만듦으로써 장기적으로 작업조명이 역효과를 줄 수 있음을 암시한다.

400-500 lx의 바탕 화면에 실내조명에 대한 현재 권장은 평균 점유자 환경 설정에 따라 적합해야

한다. 그러나, 수직 파티션 조도에 대한 권장은 200-250 lx로, 상향 개정되어야한다.

(3) Lighting & Health

가) 주거용 건물에서의 창문, 채광, 조망의 생리적 심리적 효과

추후에 밝혀진 연구내용 본질적으로 광수용기 망막 신경질 세포가 circadian 리듬을 빛과 어둠

의 패턴에 동조하는데 관여하며 게다가 그 세포가 짧은 파장 광 방사선에 가장 민감하다는 내용

이 유익한 빛환경 조성을 위하여 채광 사용 가능성에 연관하여 상당한 관심을 받고 있다. 채광은,

스펙트럼의 영역을 풍부하게 하며, 채광의 가장 중요하게 하는 것이 하루 동안을 밝게 해준다. 채

광, 창문 및 전망을 통한 요즘 유행하는 건강 및 웰빙 효과에 대한 실질적인 보고들 이후로, 지난

10년간 과학이 급속히 성장하여, 논문들을 재조명하는데 시간을 투자하고 있다. 또한, 주거 건물

에 채광의 역할에 관심이 부족하다. 이 프리젠테이션은 가정에서 창문과 채광창이 건강과 웰빙에

미치는 영향에 대한 3가지 프로세스에 대한 간략한 개요를 제공한다. : 빛의 양, 전망, 건축 미학

창문과 채광창이 현재와 미래세대의 건강과 웰빙에 간접적으로 영향을 미친다는 것으로서 장

기적인 지속가능성에 영향을 줄 수 있다. 프리젠테이션은 이러한 입장들을 통합하여 제안함으로

서 결론지을 것이다. 또한 실용적인 추천에 비롯되어 필요하게 될 것이다.

나) Full-spectrum lighting

눈을 통한 빛노출은 생물학적과 행동 게다가 시력을 자극하는데 까지 영향을 미친다. 빛은 의

학적인 장애에 사용될 수 있다는 것 (계절정서장애와 수면장애 등)을 보여주는 생리학과 의학의

연구는 일반적인 건강과 안녕을 향상시키기 위해 일상적인 응용 프로그램에서 빛을 사용하는 방

법이 있을 수 있다는 데에 가능이 있다는데 주목하게 되었다. 풀 스펙트럼 형광 램프는 다음과


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같은 특징을 가지고 있다.

- 적어도 500 캘빈 또는 이상의 상관색온도

- 90 또는 그 이상의 색상 랜더링 인덱스

- 가시 스펙트럼(389~780NM)의 모든 부분을 포함하는 스펙트럼 전력 분배

풀 스펙트럼 형광등 조명 (FSFL)은 다른 형광램프 타입과 비교하여 극적으로 유익한 효과를 발

생하는데, 이는 행동, 정신건강, 신체적 건강 효과이다. 이러한 효과로 인한 FSFL 방출과 채광 사

이에 유사성 때문에 풀 스펙트럼 형광등은 다른 광원 이상의 압도적인 장점이 있다고 말할 수 있

다. 이러헌 풀 스펙트럼 조명을 개발하기 위해서는 피부 흡수뿐 아니라 호르몬과 신경 프로세스

에 간접적인 영향을 통해 FSFL의 직접적인 효과를 고려해야 한다.

다) Spectral filters for luminaires: 조명기구용 스펙트럼 필터

조명 엔지니어, 조명 디자이너 등은 오래 자연 채광의 특성을 모방한 인공 광원을 제공의 중요

성을 논의했다. 몇몇 제품은 더 많은 자연 채광을 제공하기 위한 취지로 플라스틱 필터를 개조하

여 이용가능하다. 이러한 제품을 찬양하는 제품 사용 후기는 많지만, 그것들이 시각적 환경에 미

치는 영향에 관한 경험적 데이터는 거의 없다. 이 논문은 이러한 이슈에 관한 두가지 실험을 보고

한다. 첫 번째는 선택된 개조 마젠타 필터가 피부외관을 향상시키는지에 대한 가설을 다른 일반

조명을 사용했을 때와 비교하여 검정하였다. 두 번째는 선택된 개조 마젠타 필터가 단기 시각적

성능을 향상시키는지에 대한 가설을 일반조명을 사용하였을 때와 비교하여 검증하였다. 그 결과,

선택된 필터는 필터되지 않은 형광등과 비교해서 상대적으로 피부외관을 향상시키는 것으로 나

타났다. 두 개의 서로 다른 업체의 마젠타 필름을 비교하였을 때 피부외관에 대한 환경설정에는

차이가 없었다. 일반적으로, 녹색보다 빨간색이 상대적으로 강조된 광원이 선호되었다. 단기 시각

성능에 대해서 광원의 파장성분은 전혀 영향이 없었다.

다. 에너지효율기술

(1) 공조시스템

가) 저온공조 시스템

근래 보편화된 빙축열시스템은 기존의 냉방열원 시스템에 비하여 낮은 온도의 냉수를 생산할

수 있어 기존과는 다른 시스템의 구현이 가능하게 되었다. 저온공조 시스템은 빙축열 시스템에서

생산되는 저온의 냉수를 이용하여 기존의 공조방식에서의 공기온도보다 더 낮은 온도로 급기하


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는 공조하는 방식이다. 공조 풍량이 줄고 덕트 면적을 줄여 궁극적으로 건축물의 층고를 낮추는

방안이 될 수 있다.

나) 바닥급기 시스템

바닥급기시스템은 사무소 건물과 상업 건물의 공조를 위하여 바닥 하부 공간을 사용하는 기술

이다. 사무소 건물의 access floor를 케이블 배선 공간 및 공조급기용 공간으로 사용하며 바닥면에

설치한 바닥급기구에서 공조공기를 실내로 취출한다. 바닥급기 시스템은 항상 공기가 바닥면으

로부터 천장방향으로 흐리기 때문에 거주역의 온열환경 및 공기질을 양호하게 유지할 수 있는 장

점이 있고 급기온도를 냉방 시 2~4℃ 높게, 난방 시 2~3℃ 낮게 공급 가능하기 때문에 에너지 절

약효과가 크다.

다) 저속치환 공조 시스템

기류의 힘을 이용하여 실내의 공기를 혼합시키는 혼합공조방식 (mixed ventilation)과는 달리, 더

운 공기와 찬 공기의 비중차이, 즉 자연대류의 원리를 응용한 공조방식으로 신선한 공기를 낮은

영역에서 저온･저속으로 실내로 급기하여 내부에서 발생하는 열과 오염물질을 대류효과에 의해

상부의 배기구를 통하여 배출시키는 방식이다. 거주역 공간을 효과적으로 공조함으로써 비거주

역에 대한 불필요한 냉, 난방 에너지 소비를 방지할 수 있다.

라) 복사 냉･난방 시스템

천정이나 벽체에 냉각･가열이 가능한 패널 (일명 복사패널)을 설치하여 발열체의 역할을 하며,

이들 발열체에서 장파의 형태로 열을 방출하여 온도를 조절하고 재실자는 이 전자기파를 흡수하

여 쾌적감을 느끼게 하는 냉･난방 방식이다. 현열 냉방을 위해 차가운 표면의 복사에 의존하기

때문에 전공기 시스템 (all-air system)보다 더 높은 실내온도에서 쾌적해 질 수 있고 물을 열매체로

사용함으로써 공조시스템과 비교하였을 때 수송에너지 걸감이 가능하며, 연속운전에 의한 축열을

통해 peak 부하를 줄일 수 있다.

마) Chilled beam 시스템

Chilled beam 시스템은 인테리어 개념이 가미된 천장 패널에 덕트와 배관을 포함한 기존의 기계

설비와 전기설비의 모든 공종의 공사를 집합하여 모듈화 한 것으로 공장에서 대량으로 제작하여

골조공사가 완료됨과 동시에 현장에 운반하여 설치하고 연결하는 새로운 천장 시스템이다. 천장

으로 유인되는 실내공기와 노즐에서 분사되는 신선외기가 일정한 흐름을 형성하여 드래프트가

없는 쾌적한 실내환경을 제공함과 동시에 층고의 단축이 가능하고, 시공과 유지보수를 비롯한 여

러 가지 측면에서 이점이 있기 때문에 유럽을 시발점으로하여 점차 확산되고 있다.


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바) 외기처리 시스템 (Dedicated Outdoor Air System)

외기처리 전용시스템 (DOAS)은 실내 공기질 유지를 위해 필요외기를 100% 환기 시스템을 이요

하여 재실공간에 외기를 공급하고 잠열을 제어하는 방식으로 현열부하는 기존 VAV시스템, 팬코

일 또는 천장 복사패널을 이용하여 제거한다. 기존의 일반 VAV 시스템에서는 부하가 감소하면 공

급 풍량이 줄고 이에 연동하여 외기의 도입량도 줄어들어 환기량이 부족해질 수 있다. DOAS를

적용하여 이러한 문제점을 해결할 수 있으며, 건축적으로 타 분야와 통합화가 수월하고 건물의

개보수 혹은 신축에 유리한 특징을 가지고 있다.

[그림 2-14] 에너지 절약적 공조방식 개념도

(2) 건물에너지관리 및 제어기술

건물에서의 에너지 절약방법으로는 단열, 건물 방위 및 형상 등을 통한 건축 계획적 접근방법

과 에너지 사용기기 및 시스템의 운전효율을 향상시키는 등의 설비적 접근방법이 있다. 특히, 설

비적 에너지 절약방법 중 단기간의 연구개발로 에너지의 커다란 절감을 실현시킬 수 있는 방법은

시스템의 효율을 극대화할 수 있도록 하는 건물에너지 관리 및 최적제어 기술의 도입이다.


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건물관리시스템(BMS)

설비관리·운행관리· 입주자관리· 서류관리·예산관리

건물자동화시스템(BAS)

보전관리

입주자관리

설비관리

방재관리

방범관리

· 유지보수관리· 일보/월보의작성· 에너지데이터등관리제공

· 집중검토· 시간외공조연장의제어

· 각종데이터수집, 기기조작· 에너지절약형제어· 경보상태의기록

· 각층의화재경보감시· 방배연설비의감시· 소화설비의동작감시

· 각실시건상태의관리· 침입경보감시· 벽의침입관리

독립형 시스템

ELV 등 비상통보

일반관리정보

주차장관리

· 각엘리베이터와의통화

· 각건물기계실과의통화· 출입구관리실과의통화

· 입출고관리· 주차요금계산

[그림 2-15] 전산시스템을 이용하는 전형적인 건물관리시스템 (예)

최적제어 시스템은 공조시스템의 최적 운전을 통한 에너지 절감을 목표로 하는 것으로 공조시

스템의 부분부하 운전시 에너지 소모를 최소로 할 수 있는 전체적인 시스템 효율을 고려한 각 장

비의 설정점들의 조합을 구하여 제어하는 방식으로 설명 할 수 있다. 여기서 설정점은 공급냉온

수설정온도, 급기설정온도를 의미한다.

최적제어 알고리즘의 ‘최적냉온수공급설정온도’와 ‘최적급기설정온도’를 실시간으로 변동하는

부하와 건물 상태에 따라 계산하기 위하여 [그림 2-16]에 나타난 바와 같이, 냉수공급온도, 냉수환

수온도, 온수공급온도, 온수환수온도, 급기온도, 공조기 팬 동력, 냉온수 펌프 동력, 보일러 및 냉

온수기의 에너지 사용량을 수집하고, 지정된 시간마다 최적 설정온도를 각각의 입력 테이터에 따

라 계산하여 공조 시스템에 적용한다.


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[그림 2-16] 최적제어시스템 적용 방식

최적제어시스템으로 건물 냉난방 에너지 절약을 실현할 수 있으며, 이에 따라 경제적 손실이

감소하여 변동하는 부하에 적극적으로 대응 가능하다. 또한, 효율적인 중앙관리를 통한 인적, 물

적 낭비요소를 절약가능하며, 전력부하의 효율적인 관리를 통한 여름철 피크전력부하의 방지, 지

능형 건물로써의 기능 보유 등의 장점을 가지고 있다.

가) BEMS

BEMS란 Building and Energy Management System의 약칭이다. 1989년에 IEA (국제 에너지 기관)의

연구본과회에서 국제적인 공통용어로 정해졌다. 컴퓨터를 사용하여 건물관리자가 합리적인 에너

지 이용을 기본으로 하여, 입주자를 위해 안전하고 위생적이며 쾌적한 생활환경과 기능적인 업무

환경을 확실하고 효율적으로 유지･보전하기 위한 제어･관리･경영 시스템을 말한다. 따라서 BEMS

는 건축설비에 있어서 여러 가지 부하변동이나 시스템 특성의 변화에 대해 건물내의 환경을 최소

의 에너지로 최적 상태를 유지하기 위한 필수 도구이다. 또 BEMS는 각종 상태값의 계측･감시 및

여러 가지 제어를 실시하는 것과 동시에 시스템 성능도 판정할 수 있기 때문에 어느 정도 이상의

규모를 가지는 건물에는 BEMS가 설치되는 경우가 많다. 덧붙여 BEMS는 최근에 에너지 절약, 자

원 절약, 동력절감, 경제성 등을 목적으로 하고 있으며 하나의 건물 뿐만 아니라 건물군의 관리나

지역 냉난방 시설의 관리 등을 위해 설치되는 경우도 많다. 신재생에너지 활용과 접목된 고효율

공조설비 및 거눅기술, 그리고 기후의 영향을 받는 신재생 에너지원의 변동성 등에 대응하면서

건물 내 에너지 수요를 맞추기 위해서는 건물통합 제어 및 운용 시스템의 개발이 매우 중요하다.

종래의 BEMS는 공급 및 제어가 가능한 화석연료와 전기 에너지를 이용하여 건물 에너지 수요에

맞게 공급하는 제어 및 관리 시스템이었으므로 기후 변동에서 비롯되는 심한 변동성을 갖는 에너


45

지 공급과 종래의 수요를 대응시키는 것으로 전혀 다른 차원의 제어기술을 요한다. [그림 2-17]은

신재생 에너지원이 통합된 BEMS 구조를 나타낸다. 그림에서 Thermal model은 빌딩동적 모델을

의미한다. 모델에 연결된 ‘weather prediction’에서 추측할 수 있는 바와 같이 신재생 에너지원인 태

양과 바람은 기후와 밀접한 연관이 있다. 건물은 큰 열용량 때문에 기후 변화에 따른 온도변화가

나타나는데 최소 30분에서 2시간정도 소요된다. 이러한 긴 시간지연은 자동제어를 불안정하게 하

는 요소이므로 분안정성을 해소하려면 외란에 해당하는 기후를 30분 또는 한 시간 후의 기후를

예측하여 자동제어에 미리 반영하는 것이다. 이를 feed-forward 제어라고 한다. 그리고

feed-forwafd 제어는 미래의 사건에 대하여 제어하는 것이므로 제어대상인 건물도 미래의 시점에

가상으로 존재해야 한다. 즉, 건물의 동적모델을 구성하여 미래의 시점에 나타날 외란에 대응하

여 제어를 수행하게 되는데 기후 예측 및 건물 동적 모델의 오차에 따라 제어성능이 악화될 수

있으므로 이를 보정할 또 다른 고급제어 방안도 모색해야 한다.

[그림 2-17] 신재생에너지 통합 건물제어 개념

이와 같이 신재생에너지원을 포함한 BEMS는 기후 예측모델과 건물 동적 모델을 필요로 하는데

이들 모델은 그리 간단하지 않다. 또한 태양 에너지를 최대로 활용하기 위해 전동식 차양을 제어

하는 것이 필수적이다. 차양제어는 눈부심을 방지하면서 자연채광을 공급하되 실내로의 복사에

너지 공급 또는 차단과 조명에너지 소비와의 경제성을 비교하면서 실시간으로 제어해야 한다. 화

석연료 고갈에 대응하여 신재생 에너지원의 건물 활용은 앞으로 비중이 높아질 것이다. 그 실용

화를 위한 신재생 에너지를 통합한 건물을 구현하기 위해서는 신재생 에너지 설비와 비재생 에너

지 설비를 통합하여 설계하고 기후 변동을 예측하여 실시간 최적제어를 수행하는 새로운 개념의

BEMS 기술 개발이 필요하다.


46

나) Smart Meter

Smart Meter는 통신기기와 기기의 관리기능을 갖는 고기능형의 전력미터를 포함한 시스템 전체를

말하는 것으로 본다. 종래 형 미터와 Smart Meter의 기능을 비교하면, ① 검침원에 의한 수동검침으로

부터 IT를 사용한 자동원격검침으로, ② 통신기능이 없는 것으로부터 공급사업자와 수요가와의 쌍방

간통신으로, ③ 월단위 이상의 검침으로부터 시간단위와 일단위에서의 에너지소비량을 파악하는 것

으로 발전한다 설계에따라서는 무선통신에의 한 기기의 제어와 에너지 이용의 감시도 가능하다.

Smart Meter의보급으로 에너지 소비의 가시화에 의한 에너지 절약촉진, 시간별 사용량에 기초한 다

양한 요금체제의 설정과 인센티브 부여로 Peak 수요의 삭감, 원격검침과 감시에 의한 에너지공급 사

업비용절감, 새로운 에너지서비스의 창출 및 Smart 관련시장의 발전이란 효과가 기대되고 있다. 유럽

과 미국에선 Smart Meter의 보급이 가속화되고 있다. 유럽에선 2006년에 EU지령으로 전력의 Smart

Meter 도입이 요청되었다 Italy, Sweden, Holland에선 2012년까지 완전 도입이 결정되었고 영국도 2020

년까진 전국의 약 2,600만세대의 전력과 가스계량기를 고기능형으로 바꿀 방침이고 독일도 2007년부

터 정부가 앞장서서 보급을 향한 실증사업을 추진하고 있다. 그리고 미국에서는 주로 California주에

서 2012년까지 530만대의 Smart Meter를 설치할 예정으로 있다. 일본도 동일본 대지진 이전부터 Smart

Meter 관련의 실증사업을추 진해 왔으며 향후 5년간 전력수요의 80%를 담당하기로 하고 있다.

[그림 2-18] Smart meter 개념

다) eNepal 오피스

“eNepal 오피스”는 PC의 에너지절약을 자립적으로 삭감하는 “eNepal PC”의 상위에 위치한 새로

운서비스기술로, 오피스의공조, 조명, 콘센트의 에너지소비량을“가시화”하고, 일원적으로 관리하


47

는 것으로 오피스의 에너지소비량삭감을 지원하는 서비스기술이다.

본서비스는, NEC (Nippon Electric Company)의 데이터 센터를 활용한 SaaS형으로 제공하기 때문

에, 고객은 자신이 서버를 가질 필요가 없고, 도입을 위한 초기투자를 억제하는 것이 가능하다.

“eNepal 오피스”는 다음의 6개단계로 구성되어 있다.

① 계측단계는 계측된 데이터를 무선 혹은 유선으로 보낸다. 계측데이터는 온도, 습도, 전류,

전압, 소비전력, 역률 등이 있다.

② 수집단계는 계측한 데이터를 수집함과 동시에 데이터의 평균화, 차분, 최대치 등으로 가공

하여 보관한다.

③ 배신단계는 계측한 위치정보를 부가하여 데이터센터에 일정 간격으로 송신한다.

④ 보관, 분석단계는 멀티 차가인 데이터베이스에 보관된 데이터를 일정간격으로 실행된 패

치처리에 의해 그 때의 전력회사의 전기요금, CO2, 소비전력량 등이 계산되어 보관된다.

⑤ 확인, 관리단계는 인터넷에 접속된 PC로, 상황, 진단 결과를 확인할 수 있다.

⑥ 제어단계는 공조, 브레이커 (breaker) 등에 제어정보를 전송제어 한다. 실제로 센서를 설

치하는 경우, 기기에 직접 설치하는 것도 가능하지만, 분전반의 브레이커에 설치하는 경

우가 많다.

이 경우, 브레이커 앞에 있는 콘센트, 조명, 공조가 어떤 오피스공간에 영향되어 있는가를 사전

조사 하는 것이 중요한 포인트로 된다.

이 오피스 공간을 로케이션 (location)으로 정의하고 있다. 예로서, 계측포인트와 오피스가 확실

하고, 조건부가 될 수 있는 경우는 로케이션오피스로 되기 때문에 알기 쉽게 관리가 될 수 있다.

그러나 현실의 오피스는 로케이션의 관계는 복잡하여, 분전반에서 복수의 오피스에 배선되거나

공조기와 같이 전체에 영향을 주기도 한다.

“eNepal 오피스“에서는 오피스를 로케이션 단위로 관리하는 것으로부터 복잡한 전력관리를 각

계층으로 환경 관리할 수 있도록 실현하였다. 일반적으로 오피스에서 소비하는 에너지는 시간대

에 의해 크게 변화한다. 그 시간대를 보면 ① 업무가 정지하고 있는 시간대, ② 사원이 출근하고

에너지소비가 증가하는 업무시간전의 시간대, ③ 업무가 가동하고 있는 시간대, ④ 휴무 등 절전

을 행하고 있는 시간대, ⑤ 업무 후 잔업 등으로 천천히 에너지 소비가 감소하는 시간대이다. 각

시간대로 예정된 에너지소비량과 실제의 계측결과를 로케이션의 에너지 소비량과 비교하고, 에너

지소비의 경향과 다른 경우에는 어떤 쓸데없는 것 들이생기고 있는가를 판단하고, 관리자 화면에

진단메시지를 표시한다.

오피스 내에 온습도센서를 설치하고, 오피스 내의 온도 및 습도의 분포상황정보를 수집한다.


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온습도센서에서 수집한 정보와 공조로 사용한 에너지소비량을 분석하는 것으로, 공조가 효과적으

로 기능하고 있는가 하는 진단이 가능하다. 더욱이 사람을 감지하는 센서나 조명센서에서의 정보

수집에 대응하도록 소프트웨어에는 논리 (logic)가 내재되었다. 사람을 감지하는 센서는 넓은 공

간에 항상 사람이 존재하는 것을 감지하는 것이 어렵기 때문에, 소프트웨어와의 조합으로 기능을

더욱 실현하도록 개발을 진행하고 있다.

[그림 2-19] eNepal 오피스기술 개요

(3) 신재생에너지 건물 적용기술

가) 연료전지

연료전지는 연료와 산화제를 전기화학적으로 반응시켜 전기를 발생시키는 장치로서 배터리와

그 작동 메커니즘이 동일하나 베터리가 화학적으로 전기 에너지를 저장하는 저장장치라면 연료전지

는 전기화학 반응을 통한 전기 발생장치로 구분할 수 있다. 전기화학 반응은 전해질 (electrolyte)과

샌드위치 구조를 이루는 연료극 (anode)과 공기극 (cathode)에서 이루어지며 연료 선택의 폭이 다양

하다. 이상적인 연료는 수소이나 탄화수소계열의 연료를 개질하여 사용이 가능하며 수소 이외에

알코올, LPG, Natural Gas 등도 사용할 수 있어서 운반 및 저장이 용이해 진다. 산화제로는 공기,

염소, 이산화염소 등이 사용 가능하다.


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용융탄산염형

(MCFC)

고체산화물형

(SOFC)

고분자전해질형

(PEMFC)

직접매탄올

(DMFC)

전 해 질탄 산 염

(Li2CO3＋K2CO3)

질코니아

(ZrO2＋Y2O3)이온교환막 (Nafion) 이온교환막 (Nafion)

동작온도 (℃) 600 ∼ 1000 약 650 상온 ∼ 80 상온 ∼ 100

효율 (%) 45 ∼ 60 50 ∼ 60 40 ∼ 50 20 ∼ 30

용 도 중･대용량 전력용 소･중･대용량 발전 정지용, 이동용 소형이동

<표 2-7> 전해질 종류와 동작온도에 의한 분류

① 주택용 연료전지

연료전지는 발전과 동시에 열을 발생하는 발전기이다. 가정에서는 이 열을 급탕기에 이용하면

서 발전한 전기를 이용할 수 있다. 이 시스템에서는 도시가스, LPG, 등유 등을 연료로 사용한다.

이들 연료를 개질해서 수소를 뽑아내어 연료전지에 공급한다. 많은 가스회사들이 이러한 연료판

매 확대를 위해 연료전지보급에 적극적으로 참여하고 있다. 2005년에 도쿄가스는 에바라발라드,

마츠시타전기와 손잡고 ‘LiFuel’이라는 가정용 열병합 연료 전지시스템을 상용화하기 시작했다. 가

정용 열병합 연료 전지시스템의 해결과제는 가격과 수명이다. 연료전지는 가격이kW당 약500만

원, 수명10년 이상을 목표로 하고 있으나, 현재는 가격이 수 천만원이상, 수명은 수 년밖에 안되는

상황으로 계속적인 개발이 요구된다.

주택용 연료전지를 도입한 가정에서는 자체발전을 통한 안정적 전력 공급과 함께 광열비 절약

효과를 얻을 수 있다. 월 평균 501kWh를 사용하는 가정에서는 연간 약 100만원의 광열비를 절감

할 수 있을 것으로 기대한다.

해당가구수

사용량 요금 연료전지 도입 후

연간 광열비

절감액(원/년)

광열비

절감효과

(%)

전기

(Wh/월)

가스

(N㎥/월)

전기1)

(원/년)

가스2)

(원/년)

712만 301 109 510,120 825,384 204,720 15

286만 401 120 891,720 908,720 484,920 27

73만 501 132 1,468,200 999,500 959,880 39

17만 720 145 3,392,280 1,097,940 2,661,720 59

15만 1,000 160 5,852,160 1,212,520 4,688,040 66

<표 2-8> 가구수에 따른 절감효과

1) 주택용 저압 기준

2) 서울시 주택난방용 기준(631원)


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② 발전용/업무용 연료전지 시스템

가정용 연료전지와 유사한 업무용 연료전지시스템의 경우 목표출력은 수kW~수백kW이다. 출력

이 커지면 가스엔진 등의 싼 가격의 경합기술이 존재하기 때문에 집중되는 경향도 있다. 일본시

장은 이미 많은 기업이 이 분야에 참여하고 있으며, 경쟁이 극심한 가정용 시장을 피하고 싶은

것도 큰 이유 중 하나이다. 또한 미국 등 북미시장의 가정용 연료전지출력은 5kW 정도이므로 이

를 일본 및 아시아 시장에 적용할 경우 업무용시장의 접근이 용이하다. 또 수백kW급에서는 가스

터빈과의 조합을 통해 발전효율을 60% 이상으로까지 높이는 개발도 진행하고 있다. 편의점, 백화

점, 은행 등의 업종이 주고객이 되며, 계통연계로부터 독립한 통신기지국의 백업전원, 무정전 전

원공급시스템 (UPS)로서의 사용도 염두에 두고 있다.

③ 기술개발현황

에바라발라드는 에바라와 발라드 파워 시스템에서 설립한 합병회사로 일반가정용, 소규모 발전

시스템 개발을 추진하고 있다. 2000년부터 가정용 1kW급 고체고분자 연료전지 열병합 발전프로

토타입 제조, 2001년에는 프로토타입 2형, 2003년 1월에는 가정용 1kW급 준상용기-1형의 개발을

완료하였으며, AC송전단효율34%(LHV), 용적227L를 달성하고 있다. 2005년2월에는 도쿄가스와 함

께 세계최초로 가정용 연료전지 실용화를 이루어 냈다. 마츠시타 전기에서는 1991년도부터

PEMFC 개발을 시작했다. 2003년도에AC 송전단효율 35% (LHV)의 본체 크기가 작은 시스템 개발을

완료하고, 2005년 2월 도쿄가스와 함께 상용화하여 판매하고 있다.

[그림 2-20] 세계 최초로 실용화한 가정용 연료전지-도쿄가스 개발

(좌 에바라발라드, 우 마츠시타 전기)


51

신 일본석유는 1999년부터 종래 축적 기술을 활용하여 석유계 연료를 사용하여 PEMFC 시스템

의 실용화를 진행하고 있으며, 그 일환으로 나프타를 원료로 하는 5kW급 PEMFC 열병합 시스템을

개발하였다. 2002년 4월에는 LPG를 원료로 한 1kW급 PEFC 열병합 시스템 개발을 진행하여 필드

시험을 실시했으며, 2005년에는 LPG 연료로서는 세계최초로 실용화에 성공, 대규모 실증시험을

수행하고 있다. 도쿄가스는 1998년부터 가정용 PEMFC 열병합시스템의 본격적인 개발에 착수했

다. 1999년 6월에는 자사개발의 연료처리장치와 PEMFC를 조합한 도시가스를 원료로 하는 1kW급

시스템을 세계 최초로 공개하고 연료처리기술, 열병합발전운영기술 등 독자요소 기술 개발을 토

대로 2005년 처음으로 에바라발라드, 마츠시타전기와 함께 실용화에 성공했다. 오사카가스는

2006년 가정용 PEMFC 열병합 연료전지 시스템의 상품화를 목표로 개발 사업을 수행하고 있다. 특

히 그 동안 축적한 개질프로세스기술을 활용하여 개질프로세스 및 CO 제거촉매의 개발이나, 소형

화, 고성능화, 저비용화를 목표로 PEMFC 천연가스개질장치의 개발연구를 수행하고, PEMFC 패키

지메이커로서 기술 이전을 실시하고 있다.

국내 회사인 GS 퓨얼셀은 2003년 9월, 국내최초로 1kW급 가정용 연료전지 시스템을 개발하였

고, 이듬해인 2004년 4월, 3년간 50여억원을 투입하여 고효율 초소형 1kW급 가정용 연료전지 열

병합 시스템을 개발하였다. 이 시스템은 전기효율 32% (LHV), 열효율 44%로 종합효율이 최대 74%

에 달하는 고효율시스템이다. 이 시스템은 현재 에너지기술연구원과 공동으로 실증시험을 실시

하였다.

[그림 2-21] GS퓨얼셀의 1kW급 가정용 연료전지 열병합시스템


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발전용 연료전지의 선두주자인 포스코는 2005년 4월, 미국의 퓨얼셀 에너지 (Fuel Cell Energy)와

공동으로 250kW급 연료전지 발전시스템을 포항공대에 설치하여 운전 중에 있으며, 조선대 병원

및 서울탄천하수처리장에도 동일한 시스템을 설치하여 시험운전을 하고 있다. 포스코는 향후 포

스콘, 포철산기, 포항산업과학연구원, 남동발전등과 공동으로 기술개발을 더욱 진행시켜 발전용

연료전지의 보급에 더욱 주력할 예정이다.

[그림 2-22] 포스코의 250kW급 연료전지 발전 시스템

나) 바이오매스

바이오매스는 천연물질이고 저렴하며 모은 신재생연료에 비하여 우수한 성능을 가지고 있으며

요즘 전기와 열을 얻기 위해 목재나 바이오매스를 연료로 하는 것에 전 세계적으로 새로운 관심

이 집중되고 있다.

바이오 매스 저위발열량 (kJ/kg) 함수율 (%) 회분함량 (%)

사탕수수 7,700∼8,000 40∼60 1.7∼3.8

코코넛껍질 18,000 8 4

면줄기 16,000 10∼20 0.1

옥수수속 13,000∼15,000 2

팜유껍질 15,000 15

이탄 9,000∼15,000 13∼15 1∼20

쌀겨 14,000 9 19

볏짚 12,000 10 4.4

목재 8,400∼17,000 10∼60 0.25∼1.7

석탄 25,000∼32,000 1∼10 0.5∼6

<표 2-9> 에너지발생을 위해 사용되고 있는 바이오매스 연료들의 특징


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이중 목질계 바이오에너지에 대한 관심이 높아지면서 그에 대한 수요 역시 증가하고 있다. 이

에 균질한 에너지 특성을 지닌 연료에 대한 필요성이 증가하면서 바이오매스를 건조하고 균일한

형태의 브리켓 (bruquette)이나 펠릿 (pellet) 또는 분말 (powder)로 성형하여 취급과 연소를 편리하

게 하는 방법이 선호되고 있다. 이 것들은 기존의 화석연료를 사용하던 보일러에 그대로 사용할

수 있으며 석탄을 이용하는 발전소에서는 기존 연소시스템을 이용하여 연료로 사용이 가능하다.

[그림 2-23] 우드펠릿

[그림 2-24] 우드펠릿 보일러 내부

우드펠렛 내부를 살펴보면 연료저장부(⑨)와 버너부(⑥), 열교환기부(②) 크게 3부분으로 구성

이 되며 연료공급장치를 통해 펠릿을 자동으로 버너에 공급해 연소시켜 난방과 급탕을 가능하게

한다. 300,000kcal/hr급 온수난방용 펠릿보일러를 대상으로 실시한 경제성분석 결과 경유보일러의


54

경우 시간당 소요금액이 13.88원 소요되었으나 펠릿보일러의 경우에는 시간당 소요금액이 5.40원

으로 나타났다. 이에 경비 절감율은 약 61%에 달하였다.

월별

경유보일러(07년 기준) 펠릿보일러

수량

(L)

단가

(원)

금액

(천원)가동일

가동

시간

수량

(kg)

단가

(원)

금액

(천원)가동일

가동

시간

3 3,444 1,450 4,993 21 273 6,180 300 1,854 18 253

4 2,682 1,800 4,827 21 273 5,520 300 1,656 23 316

5 1,537 1,800 2,766 17 273 2,550 300 765 17 222

계 12,586 767 4,275 791

시간당 가동 비용(천원/시간) 16.41(A) 5.40(B)

절감율(%) (A-B)/A 67.1%

<표 2-10> 300,000kcal/hr급 펠릿보일러의 경유보일러 대비 절감율

다) 신재생에너지 복합시스템

신재생에너지 복합시스템은 하나의 가전에 주택에서 요구하는 환기, 난방, 온수 및 냉방의 모든

기능을 포함시킨 시스템으로 온수 생산을 위한 태양 집열기 및 환기 시 예열을 위한 cool tube와

도 연결이 가능한 시스템이다.

[그림 2-25] 복합 에너지 시스템 개념도


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위의 그림은 복합 에너지 시스템 중 태양 집열기 및 전열 교환 환기 장치가 포함된 예이다. 각

나라에서 생산되는 복합 에너지 시스템을 몇 가지 소개한다.

① 영국의 Dedicated Pressure System(DPS LTD)

- DPS사의 Hot & Cold Water system

- 전기히터, 가스보일러, 기름보일러, wood burning stove, solid fule cooker, 태양열, 지열에

너지, 히트 펌프, 바이오매스 등 다양한 열원장치와 결합하여 사용 가능

- 중앙난방, 바닥난방 등에 적용가능

- 기존의 가열코일대신에 판형열교환기 (Plate heat exchanger)를 사용하는 구조

- 용량에 따라 저장조의 크기 및 파이프의 관경선택이 가능하고 유지보수 용이

[그림 2-16] DPS Heat Banks Model [그림 2-17] DPS Heat Bank의 실제도 및 개념도

② 스웨덴의 Flexifuel System

- AIRMET(EURONOM)회사 개발

- ExoTank VPS를 기본으로 여러 가지 에너지원과 접속하여 사용 가능

- 난방＋급탕이 가능하며 태양열시스템과의 연결도 가능

- 히트펌프, Solar Collectors, 보일러, 지역난방 등과 결합 가능

- 영하25℃의 외기온도에서도 60℃까지 온수생산 가능


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[그림 2-28] Flexifuel System의 구성도

③ 독일의 Vitotres 343 시스템

- 공기 (배기열)/물 방식 히트펌트를 채택, 온수 공급용 250리터의 실린더형 온수탱크 구비

- 덕트 시스템을 통하여 외기 신선 공기를 거실에 공급하고 배기는 부엌과 침실을 통해 이

루어짐

- 히트펌프의 용량은 1.5kW 출력이며, 별도의 열회수 장치 없이 바로 배기 공기를 히트펌프

외기측에 연결 사용

- 공기식 난방방식이며 동시에 여름철은 inverse기능을 통해서 에어컨 기능 담당

- 혹한기 고부하시에는 연결된 3단계 봉상형 보조열원을 통해 필요 부하 감당


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[그림 2-29] Vitotres 343 시스템의 구성도 1

[그림 2-30] Vitotres 343 시스템의 구성도 2

④ 프랑스의 BLOCSOL COMBI 시스템

- Solar master는 Smart line이라는 온수 탱크를 이용하여 하나의 완전한 난방 및 급탕 시스

템 제공

- Compact System의 개념과 동일하나 사용용량에 제한이 크지 않다는 점에서 구별되며 주

로 패시브하우스 사용


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- 고체연료보일러 (벽난로 난방 시스템 혹은 나무 스토브)와 연결하여 사용가능

- SolarMaster는 급탕과 난방을 위해서 unit내에 콘덴싱 보일러, 이중 탱크 기술, 다양한 열

원 연결 파이프 및 수반되는 제어시스템 장치 등을 포함

- 단독 주택 혹은 소규모 공동 주택 등에 대하여 주로 이용되며 다양한 열원(태양열, 히트

펌프, 고체연료 및 벽난로 등)이용 가능

[그림 2-31] BLOCSOL의 내부 [그림 2-32] BLOCSOL의 설치

(4) 저에너지 및 저탄소 건물 현황

가) 세계 최초 패시브하우스

[그림 2-33] Darmstadt Kranichstein의

패시브하우스 설계 개념

[그림 2-34] Darmstadt Kranichstein의

패시브하우스 전경

- 4 가구용 테라스 하우스로 1990년 시공됨 건축가 Prof Bott/Ridder/Westermeyer가 4명의 개인

소유주의 의뢰를 받아 설계하였음


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- 고단열재 채용: 지붕 450 mm, 외벽 275 mm, 지하 천장 250 mm 단열재)

- 3중창 (창틀사이가 특수하게 단열 처리된 유리창 틀)

- 북측 발코니부 외창 부위에 신성공기 도입 환기 시스템; 필터가 설치되었으며 땅속에 매

설된 공기덕트를 통해 외기가 예열됨 공기식 히트펌프가 1층에 설치되었음 공급 덕트가

각 실로 연결됨

- 거주공간 면적은 각 세대별 156m2 첫 난방 연도(1991/1992)의 난방에너지 소비량은 다소

높았음. 이는 시공된 콘크리트 바닥의 습기를 제거하기 위해 정상보다 많은 난방이 필

요했고 그해 10월 유난히 추운 계절이었음. 또한, 창문의 추가 단열재 설치와 시공상의

상세들이 아직 마무리 되지 못하였었음. 1992년 여름 이후 난방 소비량은 평균 9.2

kWh/m2･yr으로 평균 독일의 주택 난방에너지 소비량인 170 kWh/m2･yr와 비교할 때 95%

의 감소율을 갖게 됨.

[그림 2-35] Darmstadt Kranichstein 의 후면

[그림 2-36] Darmstadt Kranichstei 실내


60

[그림 2-37] Darmstadt Kranichstein 의 패시브하우스 에너지 절감 비교

[그림 2-38] Kranichstein 의 패시브하우스 에너지 소비량 모니터링 결과


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나) Atrium 사무소 건물

- 위치: 독일 Cologne, 건축가: Benthem Crouwel 네덜란드 소재

- 3층 사무소 건물; 연면적 3,560 m2 거주 수용 인원 150명. Econcern 이라는 친환경 컨설팅

전문 회사의 독일지사 건물. 시공기간 9개월 2008년 12월 정식 오픈. 건설비 6백5십만 유로

- the Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen (DGNB) Golden ‘Gütessiegel’ 상의 수여받

은 건물로서, 이 상은 독일의 지속 가능건물 평가 등급에서 가장 높은 점수를 받은 건물

에 수여함. 미국의 Leadership in Energy and Environmenal Design (LEED)와 같은 지속가능

건물 평가법으로 기준은 더 엄격함

- 이 건물은 중앙에 아뜨리움이 있고 천장으로 부터 중정에 자연채광을 채용한 디자인임.

전력은 지붕 위에 설치한 태양전지판(32 kWp 패널로 연간 30,000 kWh 발전)으로 공급받

고 근처에 중형 풍력발전기로 부터도 공급 받을 예정임

- 건물 일차 에너지 소비량은 116 kWh, 난방부하는 11 kWh/m2 설계되었음

- 고단열재 및 3중창 및 중창으로 부터 자연채광을 받음으로서 조명 부하를 줄였음

- 외부 신선공기는 중정에 있는 아뜨리움을 통해 열교환기로 유입됨. 열교환율은 95%이며

실내에서 사용하는 컴퓨터 기기로 부터의 발열도 열회수를 하여 사용하도록 설계 함

- 소형 48 kW 지중수 히트 펌프를 사용하여 난방공급 하며, 냉방기간에는 지중수를 냉방

에 직접 사용함. 한편, 지붕에 두개의 태양 집열판 설치하여 급탕에 사용

[그림 2-39] Atrium 의 전경


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[그림 2-40] Atrium 의 실내

다) 초에너지절약형 건물

- 위치: 대전광역시 유성구 장동 한국에너지기술연구원 내

- 건축면적: 437.65 m2

- 공사비: 2,286 백만원

- 주요마감재료

･ 외벽 : 알루미늄 복합 패널 (50mm 암면 주착형)

･ 창호 : 기밀성 PVC 창호

･ 유리 ; 24mm 히트미러 복층유리

･ 단열 : 외부 50mm 우레탄 뿜칠

[그림 2-41] 초에너지절약형건물 전경

[그림 2-42] 진공관령 태양열 집열기와 이중외피


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- 건축, 설비, 전기부문에 걸쳐 74가지의 에너지절약요소기술이 적용 되었으며 설계에너지

소비량은 74 Mcal/m2･yr

- 전기에너지: “수전＋태양광발전+열병합” 3가지 유효수단을 복합 적용

･ 태양광발전 설치 면적 : 265m2 (발전용량 28kWp)

･ 열병합시스템 용량: 36kW급 1대

- 냉난방에너지

･ 태양열집열＋열병합 배열을 이용하는 방식

･ 태양열집열기 : 진공관식, 유효집열면적 50m2

- 공조에너지

･ VAV시스템 채택

･ 중간기는 창문의 개도를 조절하여 교차환기에 의한 실내환경조절방식 적용

- 주요 요소기술 분석

주 요 기 술 에너지절감량 (Mcal/㎡･yr.) 비 고

이중외피구조 22.90 (19.4%) 넓이 : 1.5m, 높이 : 10.8m

cool tube 시스템 13.00 (11.0%) 길이 : 70m, 깊이 : 3m

파이프 직경 : 30㎝

co-generation 시스템 56.38 (47.7%) 유효면적 : 265㎡

진공관형 태양열집열 시스템 25.95 (21.9%) 유효면적 : 50㎡

Total 118.23 (100%)

<표 2-11> 에너지절약 건물의 요소기술

적용기술중 co-generation 시스템이 거의 47.7%의 에너지절감율을 보여 가장 효과가 큰 것으로

나타났으며 이중외피구조 시스템의 경우에는 19.4%로 나타났고 태양열집열 시스템은 21.9%의 절

약율이 있는 것으로 나타나 거의 같은 효과를 나타내고 있어 이중외피구조 시스템의 설계도입이

주요한 것으로 입증됨.

라) 그린빌딩

- 건물면적 :1,176.98 ㎡ (356평) / 6,164.82 ㎡ (1,864.8평)

- 건물구조 : 철골조

- 외벽시스템 : 화강석 버너마감 30T, 칼라복층유리 24T

- 평면 장단변비 : 1:1


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[그림 2-43] 그린빌딩 전경

주 요 기 술

･ 태양열/ 광이용 ･ 전열교환기

･ VAV시스템 ･ Task/Ambient 조명

･ 서측면 일사 조절 차양 장치 ･ 우수활용

･ 아뜨리움을 통한 자연광 도입 ･ 고효율 필터 사용

･ 이중외피

･ 빙축열 시스템

<표 2-12> 그린빌딩의 주요기술

마) 제로에너지솔라하우스

- 건물면적 : 80평 (1층 30평, 2층 20평, 지하 30평)

- 건물구조 : 철근콘크리트 벽식구조

- 준공일자 : 2002년 12월

- 외벽시스템 : 콘크리트월＋외단열＋사이딩패널

- 창호시스템 : 가스충진 로이유리＋시스템창호


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[그림 2-44] 제로에너지솔라하우스 전경

주 요 기 술

･ 슈퍼단열시스템 (Super Insulation) ･ 설비형태양열시스템(Active Solar System)

･ 슈퍼단열, 열교방지기술, 기밀화시공기술, 방습기술･ 고효율태양열집열기, 저온축열복사난방, 온수급탕

시스템

･ 자연형태양열시스템(Passive Solar System) ･ 보조열원시스템 (Auxiliary H/C System)

･ 트롬월, 투명단열, 축열벽및바닥, 온실, 야간단열,

자연채광･ 태양열 및 지중열원 히트펌프 냉난방시스템

･ 배열회수환기시스템(Heat Recovery System) ･ 소형 로터리타입 배열회수 장치

･ 태양광발전시스템(Building Integrated Photovoltaic) ･ 건물통합형 태양광발전모듈

･ 난방 및 급탕부하의 80% 이상 에너지 자립

<표 2-13> 제로에너지솔라하우스의 주요기술

바) 제로에너지 솔라하우스 Ⅱ

- 위치 : 대전연구단지 내 한국에너지기술연구원의 태양동산부지

- 건축면적 : 약 50평 규모

- 목표 : 85% 에너지 자립형 상용화 모델하우스

- 건축비용 : 일반주택 대비 120%이하

- Façade 일체형 태양열 집열시스템

- 외피의 슈퍼 단열, 고성능 고단열 창호, 기밀화 시공, 강제환기 및 배열회수 시스템 등

적용


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[그림 2-45] 제로에너지솔라하우스 Ⅱ 전경

주 요 기 술

태양광 발전시스템

지붕 일체형

175W×18매＝3.15kWh

주택 전기부하의 70% 자립

파사트일체형 태양열시스템 2m×5m 2매, 1m×5m 1매

수직면 설치

지열히트펌프 냉난방시스템 백업 냉난방 시스템3

태양열＋지열히트펌프 연계

하이브리드 환기배열회수 시스템

자연인입 및 강제배열회수

각 개별실의 자연환기 인입구 최적설계를 통한 예열효과 적용

1층 24W, 60CMH 배열회수 2기 화장식에 설치

2층 24W, 60CMH 배열회수 1기 적용

저온복사바닥난방 태양열시스템과 연계한 저온쾌적 복사난방 시스템 적용

슈퍼단열 외피시스템

외벽 지붕 바닥의 슈퍼 단열 외단열 시스템

시스모공법 응용을 통한 비용절감

기밀화 시공 및 열교방지 디테일 적용

고단열 삼중로이 창호시스템 삼중로이창＋열교방지형 프레임

<표 2-14> 제로에너지솔라하우스 Ⅱ의 주요기술


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열부하원단위

(Mcal/m2･yr.) 일반주택 태양열＋보일러 태양열＋지열히트펌프

0.42ACH 0.21ACH 0.42ACH 0.21ACH

난방 에너지 128.0 20.4 11.9 11.8 7.2

급탕 에너지 11.6 11.6 11.6 8.6 9.0

전기 에너지 29.0 34.9 33.6 38.0 35.7

취사 18.0 18 18 18 18

PV발전량 0.0 -25 -25 -25 -25

태양열 0 -21.4 -16 -21.4 -16

합계 187 39 34 30 29

에너지자립율(%) 0 79 82 84 85

<표 2-15> 에너지자립율 성능예측 결과

사) 3리터 하우스 (대림건설기술연구소)

- 바닥면적1㎡ 당 연간 3리터의 난방연료를 소비하는 환경친화적인 신개념의 미래형 주택

- 기존 주택대비 약 80%의 에너지 및 CO2 발생량 감축 효과.

- 1995년 독일 루트비히스하펜, 바스프사가 70년 된 아파트를 리모델링 (연료전지 포함)

- 2003년 한국 : 고효율 주택 8 Liter house (연료전지 불포함)

- 2005년 한국 : 미래형 고효율 주택 3 Liter house (연료전지 포함)

[그림 2-46] 3리터 하우스 (대림산업) 전경


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아) Green Tomorrow (삼성건설기술연구소)

- 위치: 경기도 용인시 기흥구 중동

- 규모: 676 m2

[그림 2-47] Green Tomorrow 적용기술

[그림 2-48] Green Tomorrow 전경


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신재생에너지 종류 내 용

지 열

냉방부하 90.9%, 난방부하 100% 담당

(냉방부하 12.43 USRT/11.3 USRT)

(난방부하 35,986 kcal/h)

태 양 광22 kw

(전체 전기부하 95 kW의 23.1% 담당)

태 양 열4,000 kcal/h – 전체 급탕 부하

10,500 kcal/h의 38.09% 담당

연 료 전 지 비상용 연료전지

풍 력 시험용으로 설치

<표 2-16> 에너지자립율 성능예측 결과

3. 국내 건축자재 기술의 연구개발 동향

환경부가 지난 2008년 발표한 신축공동주택 실내공기질 측정공고 설문결과 분석에 의하면 응답

자의 29.8%가 새집증후군을 경험한 적이 있으며, 전체 입주민의 약 7.5%가 새집증후군으로 인해

병원에 다닌 적이 있는 것으로 조사되었다. 환경부의 2007년 ‘신축 공동주택 실내공기질 측정･공고 제도 모니터링을 위한 설문조사’ 결과에 의하면, 입주민의 93.5%가 공동 주택의 실내공기질을

매우 중요하게 생각하며, 42.9%의 응답자는 실내공기질 개선을 위해 10~50만원까지 투자할 의향

이 있다고 조사되어 현재 일반인들의 실내공기질에 대한 관심이 매우 크다.

“기능성 건축자재 개발을 위한 다공성 천연광물 소재의 휘발성유기화합물 (VOCs) 흡착성능 평

가연구 (윤동원, 2011)”에 의하면, 실내공기질 오염의 원인은 여러 가지가 있지만, 그중 에서도 가

장 큰 비중을 차지하는 것이 바로 유해물질을 방출하는 실내건축자재이다. 다중이용시설에 대한

실내공기질 관리법이 시행되어 다중이용시설과 신축공동주택의 실내공기질 관리에 각 업계의 촉

각이 집중되어 있는데, 이 법안에서는 오염물질 방출건축자재에 대한 사용 제한도 규정하고 있어

건축자재 생산업체는 친환경건축자재 개발에 많은 노력을 기울이고 있다. 이와 더불어 유해화학

물질을 적게 방출하는 친환경 건축자재뿐만이 아닌 실내의 습도를 적절하게 조절할 수 있는 흡방

습성능이나 유해화학물질의 흡착 및 분해성능, 탈취, 항균, 항곰팡이 성능 등을 갖춘 기능성 건축

자재의 연구및 개발이 증가하고 있는 추세라고 말했다. 위의 연구에서는 오염물질의 흡착성능을

가진 원재료인 다공성 천연광물인 제올라이트, 규조토, 화산재 3종에 대하여 휘발성유기화합물에

대한 흡착성능을 평가하였으며, 총휘발성유기화합물 (TVOC)을 포함한 주요 개별 물질인 BTEXS

(벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌, 스티렌)에 대하여 흡착성능을 측정한 결과 각각의 시료들은 유

사한 제거 양상을 보였다. 휘발성유기화합물의 제거 성능은 7일차 흡착율을 기준으로 하였을 때,

총휘발성유기화합물(TVOC)을 포함한 BTEXS 물질에 대하여 24.08 %~28.12 %의 흡착율을 보인 제

올라이트가 흡착성능이 가장 컸으며, 화산재 2, 화산재 3, 규조토 순으로 제거 성능을 보였고, 화


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산재 1의 경우 제거 성능이 거의 없는 것으로 나타났다. 현재 시중의 기능성 건축자재의 주원료인

다공성 천연광물질 등을 원상태 그대로 사용하는 것은 오염물질 제거성능 향상에 큰 도움이 되지

못하며, 다공성 천연광물질의 처리를 통한 실내 오염물질들을 표면 흡착 후 제거시킬 수 있는 기

능성 건축자재방안에 대한 연구가 진행되어야 할 것으로 판단된다고 밝혔다.

“기능성 건축자재의 실내오염물질 저감성능에 관한 연구-폼알데하이드를 중심으로 (김현진)”에

서는 최근 실내공기질 개선을 위한 보조적인 방법으로 실내오염물질을 흡착제거하는 기능성 건

축자재에 대한 관심이 높아지고 있다. 실내공기환경내의 유해물질을 제거하는 기능성 건축자재

와 관련된 제품들이 시장에 많이 출시되고 있다고 밝혔다. 최근 (2009년)에 일부 건축자재의 흡착

성능을 평가할 수 있는 시험방법인 ISO 16000-23, 24가 개발되어 저감성능을 정량적으로 평가할

수 있게 되었으며, 관련 시험방법의 개발 및 표준화 작업이 활발하게 진행 중인 실정으로 나타났

다. 위의 연구에서는 국내에서 시판되고 있는 기능성 건축자재를 대상으로 대표적인 실내오염물

질인 폼알데하이드의 저감성능을 평가하여 저감특성을 비교․분석하였다. 국내에서 시판되는 기능

성 건축자재 4종을 대상으로 대표적인 실내공기오염물질은 폼알데하이드 저감성능 시험을 수행

하였다. 저감시험결과 4제품 모두 65% 이상의 흡착율을 보이는 것으로 나타났다. 이는 건설교통

부의 청정건강주택 건설기준과 비교하여 양호 (60%이상)를 상회하는 수준으로 나타났다.

<표 2-17> 폼알데하이드의 저감성능 평가 결과


71

또한 “기능성 건축자재의 흡‧방습 성능에 관한 연구 (이윤규, 2011)”에서는 국토해양부에서는

2009년 국내 공동주택을 대상으로 친환경성 및 건강성 등을 종합 평가할 수 있는 객관적인 항목

과내용을 체계적으로 검토한 후 국토해양부고시 제2010-870호에 따라 새집증후군 저감을 위한 청

정건강주택 건설기준을 제시하고 있다. 주거환경에서의 적당한 환경습도는 40~70% 범위로, 이보

다 높으면 곰팡이나 진드기의 번식에 따른 이들의 배설물이나 유해 미분말에 의해 천식, 아토피

성 피부염 등과 같은 알레르기성 질환이 증가하게 된다. 이보다 낮을 경우에는 감기 등의 바이러

스 증식, 정전기 축적으로 인한 정밀기기의 오동작 등이 발생하게 된다. 하지만 제/가습기를 사용

할 경우 에너지 소비가 크고 장기간 사용 시 오히려 제/가습기 내부에 곰팡이나 진드기 등이 번식

하여 인체건강을 위협하게 된다. 이러한 문제의 해결을 위하여 기계설비 등의 도움 없이도 실내

환경에 적합한 습도를 유지하여 거주자의 쾌적한 실내환경이 확보 가능한 기능성 건축 자재들이

증가하고 있는 실정으로, 유해화학물질이 적게 방출되면서도 다양한 기능을 갖는 건축자재들이

개발 및 보급되고 있으며, 이와 관련된 연구도 비교적 활발히 진행되고 있다고 밝혔다. 위의 연구

에서는 흡방습 성능을 가지는 제품을 대상으로 성능을 측정한 결과 현재 일부 건축자재의 경우

국토해양부의 청정건강주택 건설기준을 만족하지 못하고 있는 실정이며, 따라서 기능성 건축자재

의 개발이 필요한 것으로 판단되고 있다.

<표 2-18> 친환경 재료 실태조사

“기능성 석고보드의 폼알데히드 저감성능 평가를 위한 실물시험 (Mock up test)연구 (이윤규,

2008)”에서는 새집증후군의 원인으로 알려인 오염물질은 폼알데하이드 및 휘발성유기화합물이 있

으며, 이는 건축자재에서 방산되는 것으로 나타났다. 이들의 감소방법으로는 유해물질 저방출 건

축자재의 사용 또는 기능성건축자재로 흡착, 분해하는 방법이 있다. 위의 연구에서는 국내의 친

환경 건축자재의 인증현황 파악 및 이를 대상으로 기능성 건축자재를 개발하였고, 실물실험을 통

하여 기존의 실내 건축자재와 개발된 기능성 건축자재의 오염물질 저감성능을 확인하였다. 최근


72

까지의 유해화학물질 방산 건축자재의 현황을 보면 아래 그림과 같이 도료가 대부분을 차지하고

있는 것으로 나타났다. 주요 선진국에서는 기능성 건축자재에 대한 개발 및 성능평가방법이 일부

제정되어 있지만, 국내에는 아직 미흡한 실정으로 이에 대한 연구들이 필요하다고 제시하고 있다.

마지막으로 “친환경측면에서 본 국내 실내건축자재의 현황 조사 및 분석 (천진희, 2004)”에서는

최근 소비자 보호원의 발표에 의하면 신축건물의 많은 입주자들이 통증을 호소하고 있으며, 예방

을 위해 건축자재의 선별에 있어 각별한 주의가 요구된다고 한다. 국제적 동향 역시, 친환경성에

기초한 자재의 지속가능성을 중요시 하고 있다. 국내 제품의 친환경적 측면을 조사 분석한 결과,

첫 번째, 국내 자재 업체에서는 마케팅 전략의 일환으로 유해물질 저방출과 생산 과정에서 주성

분 이외에 기능성 성분을 첨가하여 친환경 개념을 강조한 제품개발과 신제품 출시에 박차를 가하

고 있는 것으로 나타났다. 두 번째, 국내제품 선택시 가장 신뢰할 수 있는 기준은 EL, HB, GR마크

의 획들인데, GR마크를 획득한 재활용제품은 찾아보기 힘든 실정이므로, 재활용 기술수준의 향상

과 지속가능한 소비를 위한 노력이 요구된다고 밝혔다. 세 번째로 친환경 관점에서 현재 국내 실

내건축자재를 평가할 때 가장 취약한 부분은 원자재였으며, 가장 기본이되는 원자재에 대한 오염

물질 방출량에 대해 언급하고 있다. 국내 제품에 대한 표본조사 결과, 많은 업체에서 자사 제품에

대한 친환경성을 강조하고 있으나, 친환경성이 입증되지 않은 제품에 대해서도 친환경 소재임을

내세워 소비자의 판단을 흐리는 경우가 많으므로 이에 대한 시정이 필요한 실정이라고 밝혔다.

이와 같이 국내기술의 연구동향을 살펴보면, 쾌적하고 건강한 실내환경을 조성하기 위해서는

기능성 건축자재의 개발 및 사용이 필요하며 이에 따라 오염물질 저방출 자재뿐만이 아니라 현재

기능성 건축자재에 대한 연구동향, 기술개발 등이 증가하고 있는 추세인 것으로 나타났다.

제3장

정책 및 산업체 동향

1. 공공 건축물 에너지 환기 정책 동향

2. 건축자재 규제 및 인증제도

3. 건축자재의 국외 산업체 동향

4. 국내･외 기능성 건축자재의 특허 동향 분석

제3장 정책 및 산업체 동향

75


1. 공공 건축물 에너지 환기 정책 동향

가. 국내 공공 건축물의 에너지 정책 및 기준

정부는 1992.4월 수립된 ｢에너지소비절약 종합 대책｣에 따라 각 중앙행정기관 및 지방자치단체 별로

소관사항에 대한 에너지절약시책을 개발･시행하도록 해왔다. 1990년대 중반 이후에는 무역수지 적자가

확대되고 에너지수입액이 증가하여 국민경제적 부담이 가중됨에 따라 공공부문의 선도적인 에너지절

약이 더욱더 중요한 과제가 되었다. 이에 정부는 1996.12월에 국무총리 지시로 ｢공공부문 에너지 절약

추진지침｣을 통하여 공공부문이 에너지절약에 솔선수범함으로써 국가예산을 절감함은 물론 범국민적

에너지절약 분위기를 선도하도록 하였다. 특히, 기후변화협약 등 환경규제에 대응하고 에너지수입 증

가에 따른 국민경제의 부담을 경감하기 위하여, 앞으로도 공공부문의 에너지절약 노력은 더욱 강화될

필요가 있다. 이를 위하여, 정부는 공공기관에 대하여 에너지절약전문기업 (ESCO)을 이용한 에너지절

약시설 개체 투자를 강화하고, 고효율기자재 사용을 촉진하기 위해 장려금 지원을 확대하는 등 에너지

절약 기반을 한층 강화할 방침을 세웠다. 또한, ｢공공기관 에너지절약추진지침｣의 추진성과를 분석하

고 미비점을 보완하는 등 에너지절약시책을 지속적으로 추진하고 내실화해 나아갈 계획이다.

<표 3-1> 공공기관 에너지 이용합리화 추진 지침에 명시된 건물 관련 추진정책


76

건물부문의 에너지절약방안은, 건축물의 유형･방위･단열 등 건축물의 구조부문 및 건축물 내부

에 설치되는 에너지사용 설비부문의 고효율화를 통하여, 건물 내에서 필요로 하는 에너지 량을

최소화하는 것으로, 설계단계에서부터 원천적으로 에너지절약을 유도하기 위하여 ｢건축물에너지

절약설계기준(건교부고시)｣ 강화를 건교부(현 국토해양부)에 건의하여 2001년도에 개정한 바 있

다. 2007년도에도 창호단열 등에 대하여 10% 이상의 에너지 절약 목표를 설정하여 동 기준을 강

화하였으며, 앞으로도 주기적으로 기준 강화를 추진할 방침이다. 또한, 사용단계에서의 합리적 에

너지이용을 위하여 건축물의 에너지 관리기준을 제정하는 등 건축물의 설계･시공･사용 각 단계

별로 체계적인 에너지절약을 추진하고 있다.

(1) 에너지절약전문기업 (ESCO : Energy Service Company)

ESCO는 에너지 절약을 추진하는 사업을 총칭하는 용어로 에너지 효율 개선에 필요한 설비, 기

술, 인력, 자금 등 관련자금을 포괄적으로 제공하고 에너지 절감분으로 에너지투자의 일체를 회수

한다는 장점이 있다. 현재 ESCO 사업은 기존 건물의 에너지효율화를 개발하는 사업으로 에너지

절약을 위한 개보수를 지원함으로써 기존건물의 에너지효율화를 촉진하려는 의도가 강하나 현재

는 신축건물 등의 공공기관 건물까지 대상을 확대하고 있다.

구분 근거조항

에너지이용합리화법 제 25조(에너지절약전문기업의 지원)

에너지이용합리화법 시행령제 27조(에너지절약형 시설투자 등)

제 30조(에너지절약전문기업의 등록 등)

에너지이용합리화법 시행규칙 제 24조(에너지절약전문기업의 등록신청)

<표 3-2> 에너지 절약 전문기업 법적근거

(2) 고효율에너지 기자재 인증

에너지이용의 효율성이 높아 보급을 촉진할 필요가 있는 에너지사용기자재로서 고효율에너지

기자재 보급촉진에 관한 규정에 따른 인증기준에 적합하여 에너지관리 공단에서 인증한 기자재

이다. 에너지이용합리화법 제22조에 따라 고효율유도전동기 등 고효율에너지 기자재의 보급을 활

성화하기 위하여 일정기준 이상 제품에 대하여 인증하여 주는 효율 보증제도로 1996년 12월부터

시행되고 있다.


77

나. 국외 공공 건축물 에너지 정책

국외의 에너지정책은 신재생에너지개발, 에너지효율 향상 프로젝트 지원, 각국과의 에너지 절

감에 대한 협력 등 광범위하게 이루어지고 있다. 일본의 경우 전체 최종에너지 사용량의 약 18%

가 공공건물이 차지하고 있다. 일본 공공건물에서의 에너지 소비처별로 조명 콘센터 (35%), 공조

나 급탕열 열원 (28%), 냉온수 펌프나 공조기용펌프 열반송 (14%), 승강기나 환기팬․보급수 펌프

동력 (13%)의 비율로 나타났다. 일본은 공공건물 에너지 정책의 토대는 에너지 보존법안에 포함

되었다. 에너지보존법 중 공공건물 에너지정책은 에너지절약 효율을 강화한 ‘Top Runner Standard’

프로그램, ‘에너지 라벨 프로그램’ 고효율시스템의 도입에 관한 개정법률, 에너지 홍보 프로그램,

에너지 절약 지침서 제출 등의 기준안 등이 있다.

미국의 공공건물 관련 에너지 정책은 DOE (Department of Energy)를 중심으로 2005년 개정된 에

너지 법안을 기초로 모든 공공건물과 주거지역, 상업 건물 등에 대한 기준안이 마련되었다. 미국

의 공공건물 부문의 기준안을 살펴보면, 미국 그린빌딩 협회 (USGBC)는 LEED등급제도로 공공건

물을 대상으로 하는 기준안을 마련했다. 영국의 공공건물 에너지 사용량의 변화를 보면 지속적으

로 감소하고 있으며, 가스가 가장 많이 소비되고, 고형연료, 석유 순으로 많이 소비되고 있다. 영

국의 공공건물 부문에 대한 에너지 정책으로는 에너지 효율 법안 계획 (Energy Efficiency Action

Plan)과 기후변화 프로그램을 시행했다. 또한 공공건물 부문의 에너지 절감 및 에너지효율성 향상

에 대한 가이드라인을 발표했다

Energy policy

Japan

◦ ‘Top Runner Standard’ Program

◦ Energy Label Program

◦ Revised Law for high efficiency system introduction

◦ Energy Public Relations Program

◦ Energy Savings Guidelines Sumi

USA ◦ Based on the revised energy law focus on the DOE prepared on the standards for public buildings

UK

◦ Energy Efficiency Law Plan

◦ Climate Change Program

◦ Guidelines for Energy Saving and Energy Efficiency Improve

<표 3-3> 국외 에너지 관리 정책


78

다. 환기관련 기준 및 법령

(1) 국내 환기기준

실내에 발생하는 오염물질들은 심각하지 않을 경우 재실자가 인지하기 어렵기 때문에 실내 오

염물질을 규제하는 데에 어려움이 있다. 하지만 이러한 오염물질은 구토, 어지러움, 두통, 간지러

움 등을 유발하는 새집증후군과 같은 건축물 관련 질병을 유발할 수 있기 때문에 이에 대한 관리

가 무척 중요하다 할 수 있다. 따라서 각 중앙부처에서는 실내에 거주하는 재실자에게 쾌적한 환

경과 작업의 능률을 고려하여 규정을 마련하였다.

<표 3-4> 국내 각 부처의 환기기준 새로 입력하였습니다. 오탈자 교정요망합니다!!!

관계부처 관련법 시행일 주요내용

환경부다중이용시설 등의

실내공기질 관리법2005. 5. 31

◦ 다중이용시설과 신축공동주택의

- 실내공기질을 알맞게 유지하기 위함

◦ 실내공기질 유기기준

◦ 실내공기질 권고기준 제시

◦ 오염물질방출 건축자재 사용의 제한

◦ 신축공동주택의 실내공기질 권고기준

- 폼알데하이드 210㎍/㎡ 이하

- 벤젤 30㎍/㎡ 이하

국토해양부건축물의 설비기준

등에 관한 규칙2006. 2. 13

◦ 건축설비의 기술적 기준과 건축물의 열손실 방지 및

에너지의 합리적 이용을 위함

◦ 공동주택 및 가중이용시설 환기설비기준

- 100세대 이상의 공동주택

◦ 건축물의 열손실 방지

◦ 건축물의 냉방설비

국토해양부주택성능긍급 인정

및 관리기준2006. 1. 9

◦ 주택성능등급의 평가기준, 평가방법 및 절차 등에 대하여

정함을 목적

◦ 공동주택 환기성능을 1, 2, 3 등급으로 분류


79

<표 3-5> 신축공동주택 등의 기계환기 설비의 설치기준

(2) 국외 환기기준

최근 실내공기의 오염물질에 대한 제거를 위하여 국내뿐만 아니라 해외 여러 국가에서도 이에

대한 연구가 진행되고 있다. 미국이나 유럽지구에서는 국내보다도 활발히 연구가 진행되고 있으

며 해당기관으로는 미국의 ASHRAE와 유럽의 CEN, IEA, WHO 등을 들 수 있다. 위의 주요기관들은

표 8과 같이 주거용 건물에 대한 최소환기량 기준을 마련하여 환기효율의 향상 및 실내공기 오염

물 저감에 대한 기술과 관련법 제정 및 보완에 초점을 맞추고 있다.


80

<표 3-6> 주요국가의 주거용 건물에 대한 최소환기량 기준

2. 건축자재 규제 및 인증제도

국내에서는 유해화학물질이 저 방산되는 친환경 기능성 건축자재에 대한 정보를 통해 쾌적한

실내공기질을 확보하고자 친환경 기능성 건축자재에 대한 규제 및 인증제도가 활성화 되어 있다.

환경부의 “다중이용시설 등의 실내공기질관리법”에서 유해화학물질이 일정량 이상 방산되는 건축

자재의 사용을 금지하기 위해 “실내공기질공정시험기준”을 통해 건축자재의 기준을 고시하고 있

다. KS규격에서는 건축 내장재의 폼알데하이드와 휘발성유기화합물의 방산량 측정을 위한 소형


81

챔버법과 다른 규제 및 인증제도 달리 방산셀법을 규정하고 있으나, 기준 및 등급에 대해 별도로

정하고 있지 않다.

국내에서도 기존에 운영되던 환경표지 (환경마크)제도와 HB마크제도 이외에 흡착 및 흡방습

기능성 건축자재에 대한 기능성 건축자재 단체품질인증제도 (FBM)가 시행될 예정이며, 이는 자율

적인 품질관리를 통해 제품의 품질 향상을 유도하고 있다. 환경부의 기준은 사용할 수 없는 유해

한 건축 자재에 대한 정보를 제공하고자 하지만, 현재 시행되고 있는 건축자재 관련 인증제도의

경우, 환경부의 사용금지 기준이 최저등급에 해당하거나, 그 이상의 기준에 적합할 경우에 인증이

이루어지고 있어, 사실상 건축자재의 사용은 인증 여부보다는 인증을 받은 최고 등급제품에 집중

되고 있는 실정이다.

구분 대상제품 시험항목 법적근거 적용기준 담당기관

환경부실내공기질

및 건축자재

TVOC 및

HCHO 방출량

다중이용시설 등의

실내공기질 관리법

실내공기질

공정시험기준환경부

KS 공산품 품질 및 환경시험 산업표준화법 KS M 1998 - 1, 2, 3 기술표준원

환경표지제도공산품 및

서비스품질 및 환경시험

환경기술 및

환경산업 지원법

한국환경

산업기술원

HB마크생산업체 및

건축자재

TVOC 및

HCHO 방출량 민간단체

품질인증기준

SPS-KACA008-0138

(KS M 1998-1, 2) 한국

공기청정협회기능성건축자재

단체품질인증제도

기능성

건축자재흡착 및 흡방습

SPS-KACA0020-1867

KS F 2611)

<표 3-7> 국내 건축자재 관련 규제 및 인증제도

가. 건축자재 평가방법 및 현황

국내의 경우 유해 오염물질 흡착성능 및 흡방습 기능성 건축자재 관련하여 다음과 같은 규격을

운영하고 있다. 최근 국내에서 열리는 건축 관련 전시동향을 살펴보면 가구/인테리어, 구조재, 내

외장재, 도장재 등 건축 관련 업계의 참여가 크게 증가하고 있으며, 이러한 참여업체 중 황토, 참

숯, 규조토 등 이른바 친환경 기능성 소재를 사용한 각종 기능성 건축자재 등이 새롭게 나타나고

있다. 국내 최대 건축 관련 전시회인 경향하우징페어에 참가한 업체를 대상으로 건축자재 관련

업체를 조사한 결과, 항균 및 흡방습 기능성 건축자재가 증가하고 있으나, 유해 오염물질 흡착 기

능성 건축자재의 경우 연구개발의 시설확보의 어려움과 평가기준을 충족하지 못하기 때문에 적

은 것으로 판단된다.


82

기능 규격 규격명

흡 착 KS F 2612 건축 재료의 폼알데하이드 저감 성능 시험방법

흡 착 KS I ISO 16000-3 실내 공기－제3부：포름알데히드와 다른 카르보닐 화합물 측정－샘플링법

흡 착 KS I ISO 16000-6

실내 공기－제6부：흡착제 Tenax TA상에서의활성 시료 채취, 열 탈착 및

MS/FID를 이용한가스 크로마토그래피에 의한 실내 및 체임버공기 중의 휘발성

유기 화합물 측정

흡방습 KS F 2611: 2009 건축재료의 흡방습성 시험방법-습도 응답법

<표 3-8> 국내 친환경 기능성 건축자재 관련 규격 현황

[그림 3-1] 연도별 경향하우징페어 참가 업체 현황 (2009~2012)

3. 건축자재의 국외 산업체 동향

가. 국외 산업체 동향

일본의 경우, 다습한 기후적 특성과 입주자의 요구 등으로 인해 최근 기능성 건축자재의 개발

및 적용이 활발히 이루어지고 있다. 2008년 5월 일본의 건축자재업체 등을 직접 방문 조사한 결과

에 따르면, 일본 공업협회 규격 (JIS)의 측정방법에 의하여 흡방습성능이 객관적으로 인정된 제품

들이 다수 생산 및 판매되고 있음을 알 수 있었다.


83

업체명 구분 제품 주원료 기능

DAIKEN

벽재/

천장재사라리아

암면

(rockwool)

- 흡방습기능

- 탈취기능

- VOCs / 폼알데하이드 흡착기능

내외장재 Premiart광물성,

화산성 퇴적물

- 방수성

- 방오코팅

INAX 내외장재 Ecocarat 점토광물- 흡방습기능

- 탈취기능

미쓰비시 건재 판재 MOISS 질석, 규조토 - 흡방습기능

아사히카세이

건재(주)내외장재 사라라 트바모라이트

- F☆☆☆☆급

- 흡방습기능

- 폼알데하이드 흡착분해

- 악취 제거기능

신동북화학공업(주) 내외장재 Breath-board천연

제오라이트

- 흡방습기능

- 냄새 및 가스 흡착기능(VOCs제거)

- 곰팡이, 진드기 방지

- 결로방지

PanaHome(사) 내외장재 규조토- 흡방습기능

- 폼알데하이드 흡착분해

<표 3-9> 일본에서 생산/판매중인 기능성 건축자재의 현황

(1) 일본 DAIKEN사

① 사라리아

일본에서 생산 및 판매되고 있는 가장 대표적인 기능성 건축자재의 하나로 암면(rockwool)이 주

원료이며 흡방습성능, 탈취기능과 더불어 휘발성유기화합물 및 폼알데하이드의 저방출 및 흡착성

능을 보유하고 있는 것으로 판단된다.

② Premiart

광물섬유와 화산성 퇴적물을 주원료로 하는 다이라이트를 기초재료로 하여 양면에 목판을 접

착시키고, 한쪽 면에만 장식처리한 제품이다. 표면에 특수수지 처리를 하여 방수성이 있으며, 방

오코팅을 하여 세척성도 확보하였음. 경량성과 가공성이 우수한 것으로 판단된다.

- 천정재인 사라리아는 Rock Wool을 주원료로 하여 휘발성유기화합물 과 폼알데하이드의

저방출 및 흡착성능, 흡방습기능, 탈취기능, 음이온방출기능을 부여한 제품이다.

- 가구 및 벽체 마감용 판재인 Premiart는 광물섬유와 화산성그라스 퇴적물을 주원료로 하는

다이라이트를 기초재료로 하여 양면에 목판을 접착시키고, 한쪽면에만 무늬를 부여하였


84

다. 표면에 특수수지 처리를 하여 방수성이 우수하고, 방오코팅을 하여 세척성이 뛰어나

며, 경량성 및 가공성이 뛰어나다.

a) 습도조절기능

b) 탈취기능

[그림 3-2] 사라리아 제품의 주요 기능

a) 전시장 b) 조습천장재 사라리아와 PREMIART의 적용공간

c) 사라리아의 세부 모습 d) 사라리아 시공의 예


85

e) 다양한 형태의 사라리아 제품 f) 사라리아 시공의 예

[그림 3-3] 사라리아 제품과 시공의 예

(2) 일본 INAX사

① Ecocarat

토양 중에 널리 분포되어 있는 점토광물로 알루미늄의 함수규산염 광물인 알로펜 등을 조합하

여 만든 제품으로 자재내의 미세한 기공에 의하여 흡방습 및 탈취기능 등을 갖고 있으며, 일반

벽 및 천정재 뿐만 아니라 화장실과 주방의 마감재 등으로도 적용되고 있다.

- 타일은 인테리어 공간을 이미지업 하는 기능을 한다. 타일공사를 하는 것만으로도 실내

공기를 쾌적하게 바꿀 수 있으며, 이에 부가하여 공간을 아름답게 꾸며서 주거생활에 신

선함과 편안함을 준다.

- 실내 습도조절을 위한 기능성 건축자재인 Ecocarat는 거실이나 방을 쾌적한 실내 환경으로

조성하며, 탈의실 및 화장실 공간에도 사용가능하다.

- 일본 최초의 폼알데하이드 저감건재인 Ecocarat는 규조토를 이용한 타사제품에 비해 약

4~5배 이상의 흡방습량을 가지며, 습도를 항상 40~70% 내외로 유지할 수 있는 것으로 보

고된다.

- Ecocarat의 탈취기능을 평가하는 실험의 경우, Ecocarat를 흡연실에 3개월 방치한 후의 변

색 테스트결과 타사제품은 노란색으로 변하였으나 Ecocarat는 색변화가 없는 것을 확인할

수 있었다.


86

a) Ecocarat 제품의 전시 모습 b) 조습성능 시험 모습

c) 에코카라트 d) 누리카라트

[그림 3-4] 일본 INAX 제품

(3) 일본 미쓰비시 건재

① MOISS

규산염광물의 하나인 질석과 규조토를 중심으로 개발된 흡방습기능성 판재인 MOISS는 곡면시

공이 가능하고 습식시공이 아닌 스템플러를 이용한 건식시공이 가능한 특징이 있다.

[그림 3-5] MOISS 적용의 예


87

(4) 아사히카세이건재(주)

① 사라라

F☆☆☆☆급의 원자재를 사용하여 폼알데하이드를 포함하지 않으며, 흡방습 기능, 폼알데하이

드 흡수분해, 생활악취 제거기능이 있는 것으로 보고된다.

a) 흡착 원리 b) 흡방습 원리

[그림 3-6] 사라라 제품의 흡착 및 흡방습 원리

a) 바르는 흡방습 자재 b) 냄새흡착성능 내장재

[그림 3-7] 일본 기능성 건축자재의 예


88

a) 암모니아 (화장실냄새) b) 트리메틸아민 (쓰레기냄새)

c) 메틸 메르캅탄 (애완동물냄새) d) 황화수소 (달걀부패냄새)

[그림 3-8] 사라라 제품의 검지관법에 따른 탈취기능 시험결과

(5) 신동북화학공업(주)

① Breath-board

천연 제오라이트로 만든 친환경 자재로서 흡방습기능, 냄새 및 가스 흡착기능 (VOCs제거), 곰팡

이, 진드기 및 악취제거, 결로방지 등의 기능이 있다. 제오라이트는 규조토에 비해 미세공의 지름

이 약 6만배 이상 작아서 흡착성능이 상대적으로 우수하다.

a) 습도조절기능(목재대비) b) 폼알데하이드 흡수율

[그림 3-9] Breath-board의 흡방습 및 흡착기능


89

(6) PanaHome(사)

PanaHome 사에서는 규조토를 원료로 다양한 종류의 흡방습기능 벽재를 시공, 판매하고 있다.

[그림 3-10] 시공된 흡방습기능 벽재

[그림 3-11] 흡방습기능 벽재의 원료인 규조토

(7) 기타

이외에도 마쯔시다(社) 등 다양한 회사의 제품이 시판되고 있으며, 일본의 경우에는 기능성 건

축자재가 전체 건축 실내마감재 시장에서 차지하는 비율은 2006년 판매금액 기준으로 약 1 ∼ 3%

내외 이지만, 최근 급속히 판매량이 증가하는 추세이다.


90

4. 국내･외 기능성 건축자재의 특허 동향 분석

가. 특허동향 분석방법

국내･외에 친환경 기능성 건축자재와 관련하여 휘발성유기화합물과 폼알데하이드 등 유해물질

흡착성능, 흡방습성능, 항균 및 항곰팡이성능에 대한 요소기술 및 제품의 출원 및 등록된 특허를

2001년 1월 1일부터 2012년 10월 31일까지 11년간의 특허자료를 조사 분석을 통해 기능성 건축자

재와 관련된 요소기술의 특허 출원 동향을 분석하였다.

기능성 건축자재가 적용되는 흡착, 흡방습 및 미생물제어 (항균) 기능을 가진 조성물 및 제조방

법 제품별로 분류할 수 있으나, 건축분야 이외에 공업분야 및 생활용품 등 산업 전분야에 걸쳐

그 범위가 방대하기 때문에 건축자재에 적용되는 기능성 건축자재의 조성물 및 제조방법, 최종제

품으로 조사범위를 한정하여 분석하였다.

대분류 중분류 핵심기술

기능성

건축자재

흡착 성능휘발성유기화합물 및 폼알데하이드 흡착

조성물 및 제조방법, 건축자재 (벽지, 도료 등)

흡방습 성능 흡방습 성능을 가진 조성물 및 제조방법, 건축자재 (벽지, 도료 등)

미생물제어항균, 항곰팡이 성능을 가진 조성물 및 제조방법, 항균화방법, 건축용

자재 등

<표 3-10> 친환경 기능성 건축자재 요소기술

기능성 건축자재의 특허 동향을 분석하기 위해 특허 동향 분석TOOL인 wisdomain사의 FOCUST

와 한국특허정보원 특허정보검색서비스 (Kipris)를 활용하여 분석기간을 2001년 1월부터 2012년 10

월까지로 한정하여 한국, 미국, 일본, 유럽에 등록된 특허를 검색하였다. 특허 검색 계획 수립 및

검색식을 작성하여 친환경기능성 건축자재와 관련된 키워드 및 키워드의 조합을 통해 데이터 셋

을 확보한 후 노이즈 제거를 통해 유효 데이터 셋을 선별하여 친환경 기능성 건축자재 관련 분야

선진국과 국내 기술개발 동향을 분석하였다.


91

국 가 범 위 한국, 일본, 미국, 유럽 등록특허

검색년도 범위 1991년 01월 01일 ~ 2012년 05월 31일

검색데이터베이스(DB) Kipris(http://www.kipris.or.kr) / FOCUST (http://focust.wisdomain.net)

자료범위 공개 및 등록특허

키워드

국문휘발성유기화합물, 폼알데하이드, 흡착, 흡방습, 조습 항균, 항곰팡이, 조성물, 제조방법,

구조체, 건축자재

영문VOCs, adsorption, absorption, desorption, microbial contamination, antibacteria, antifungal,

composition, composite, method

검색식

한국, 일본

미국, 유럽

(휘발성유기화합물, 폼알데하이드, 흡착, 흡방습, 조습 항균, 항곰팡이)

and (조성물, 제조방법, 구조체, 건축자재)

(VOCs, adsorption, absorption, desorption, microbial contamination, antibacteria, antifungal)

and (composition, composite, method)

검색항 서지＋요약＋대표청구항＋대표도면

<표 3-11> 조사 대상 및 범위

나. 국내 특허동향

2001년 이후 출원된 특허를 대상으로 국내에 등록된 친환경 기능성 건축자재 특허는 항균, 항곰

팡이 및 흡방습 제품 및 제조방법에 중점되어 있으며, 85%이상이 흡착, 항균, 흡방습 기능을 복합

적으로 갖춘 것으로 조사되었다. 친환경 기능성 건축자재의 소재는 대부분 천연소재를 활용하여

제조방법 및 제조된 제품이 많았으며, 특히 중 천연광물로는 황토, 세라믹이 주를 이루고 있다.

미생물제어와 관련된 국내 특허의 경우 항균 및 살균, 항곰팡이 성능을 포함하거나 미생물 번식

억제를 위한 살균 처리방법 및 도료, 방수제 등으로 조사되었다.

흡착 성능 특허 출원수 흡착 성능 특허 세부 분류


92

흡방습 성능 특허 출원수 흡방습 성능 특허 세부 분류

미생물제어 성능 특허 출원수 미생물제어 성능 특허 세부 분류

[그림 3-12] 기능성건축자재의 특허출원수 및 분류

다. 국가별 주요 특허동향 분석

건축물에 적용되는 흡착 및 흡방습, 미생물 제어 기능을 가진 건축자재 및 요소기술 등에 관련

된 기술출원(등록)은 2001년 이후 지속적으로 출원이 증가하고 있는 추세이다. 전체 분석결과 일

본이 44%로서 가장 많았으며, 한국이 42%, 미국은 8%, 유럽이 6%로서 한국과 일본이 미국 및 유

럽에 비해 상대적으로 많은 특허 출원을 한 것으로 조사되었다. 한국의 경우 흡방습과 미생물 제

어 관련 건축자재에 특허 비율이 집중되어 있고, 그리고 일본의 경우는 흡방습과 미생물제어와

관련된 전반적인 특허출원이 많은 것으로 조사되었다.

건축자재 및 요소기술 중 분류 한국 미국 일본 유럽 총계

흡착 성능흡착 건축자재 12 5 6 1 24

제조 및 조성방법 19 6 7 2 34

흡방습성능흡방습 건축자재 16 2 21 5 44

제조 및 조성방법 9 0 11 3 23

미생물제어(항균,

항곰팡이)성능

미생물제어 건축자재 34 6 46 5 91

제조 및 조성방법 33 3 39 3 78

합 계 123 22 130 19 294

<표 3-12> 주요 국가별 친환경 기능성 건축자재 관련 특허출원 현황


93

[그림 3-13] 친환경 요소기술별 국가 특허 출원 건수

제4장

파급효과 및 전망

1. 건축에너지 기술의 파급효과

2. 기능성 건축자재의 파급효과

제4장 파급효과 및 전망

97


1. 건축에너지 기술의 파급효과

EU의 building energy Code는 공공건물에 대해 2019년까지 제로에너지에 가까운 건물로 바꿀 예

정이며 2021년 까지 모든 신축건물로 확대할 예정이다. 이를 위해 새로운 건물관련 정책이 만들

어 질 것이며 이 정책에 맞추어 제로에너지빌딩기술에 대한 투자가 결정될 것이다. 앞으로 10년

간 시장규모의 변화가 없지만 2020년 유럽의 제로에너지건물정책의 도입으로 급격히 증가할 전망

이다. 현재 2억 2,500만달러 (원화환산 2250억원)에서 2035년에는 1.3조달러(원화환산 1.300조원)로

시장이 확대될 전망이다.

[그림 4-1] 제로에너지건물시장 전망 (2011-2035)

2. 기능성 건축자재의 파급효과

가. 고가의 기능성자재 수입대체 효과

친환경 자재에 대한 인식이 높아지면서 국내 건축시장에도 수입자재의 적용 사례가 증가하고

있다. 기능성 건축자재로 수입자재로는 독일 Auro Pflanzen Chemie AG사의 천연페인트 AURO와


98

일본 INAX사의 타일 에코카라트가 대표적으로 현장에 적용되고 있다. 기능성 건축자재의 원천 소

재 및 최종 제품에 대한 연구개발을 통해 기술확산이 이루어 진다면, 수입도료 대비 50%, 수입타

일 대비 80% 저렴한 가격에 공급이 가능하고, 시공이 간편해 소요 시간이 40%이상 단축되는 등

수입 기능성 건축자재 및 소재에 대한 대체효과가 클것으로 판단된다.

구 분 수입 도배지 수입 기능성타일 개발 자재

제 품 명 버미큐라잇 질석벽지 에코카라트 스톤/로슈 기능성 무기질 벽마감재

생 산 국 독 일 일 본 한 국

성 능 기능성 없음 흡방습 흡방습, 항균, 항곰팡이

단위가격 72,000원/m2 137,200원/m2 13,000원/m2

시공시간 5시간 (85m2기준) 8시간 (85m2기준) 3시간 (85m2기준)

<표 4-1> 수입 기능성자재와 개발기술 자재 비교표

나. 신규법안 적용자재 절대부족의 해결

2010년 12월「청정건강주택 건설기준」의 시행으로 인해 1,000세대 이상 신축, 리모델링 공동주

택단지에는 ‘오염물질 저방출 빌트인 생활제품설치’, ‘흡방습 건축자재’, ‘흡착 건축자재’, ‘항곰팡이

자재’, ‘항균 자재’, ‘도장공사 유해물질 방지매뉴얼’ 등의 6가지 항목 중 3가지를 필수로 적용하고

있다. ｢청정건강주택 건설기준｣의 시행 후 1년이 지났으나, 흡방습, 항균, 항곰팡이 성능을 동시

에 갖는 기능성 마감자재로 시공시간 단축과 시공적용 단계의 간소화, 비용저감 등의 효과가 있

는 기능성자재의 절대 수요가 부족한 상황이다.

다. 저비용･고효율･경제적 파급효과

기능성 건축자재 및 소재에 대한 연구 개발의 확산을 통해 기능성 건축자재는 기존 친환경벽지

및 기능성 타일의 대체 시 추가 비용 없이 기능성자재로 시공이 가능하며, 기능성타일 대체 시

15% 저렴한 비용으로 시공이 가능한 것으로 판단된다. 또한 경제적 효과와 함께 기능성을 더해

건물 유지비용, 에너지 절감비용, 재시공 비용 등을 줄여주고, 원료, 생산, 시공, 폐기 전과정 친환

경성으로 CO2 배출을 저감하는 효과도 기대된다.


99

구 분 친환경 벽지 기능성 타일 친환경 기능성 건축자재

친

환

경

성

유기화학성분 함유 검출 검출안됨 검출안됨

생산 시 유해성분 방출 저방출 검출안됨 검출안됨

시공 시 유해성분 방출 저방출 검출안됨 검출안됨

폐기 시 유해성분 방출 저방출 검출안됨 검출안됨

시공 후 유해성분 방출 저방출 검출안됨 검출안됨

기

능

성

시멘트 유해물질 차단 없음 없음 성능입증

유해물질 흡착저감 성능 없음 성능입증 성능입증

흡방습 성능 없음 성능입증 성능입증

항균 성능 없음 취약 성능입증

항곰팡이 성능 없음 취약 성능입증

결로방지 성능 없음 있음

난연성능 가연성 난연 난연 1급 불연재

경

제

성

에너지절감효과 없음 있음 있음

제품수명 재시공시 폐기 재시공 어려움 반영구적 재시공

생산소비에너지 적다 많다 적다

건물하중부담 작다 크다 작다

시공단가 13,000원/m2 110,000원/m2 13,000원/m2

<표 4-2> 국내 친환경자재와 기능성자재 현황

제5장

활용방안

1. 건축에너지 기술의 활용방안

2. 기능성 건축자재의 활용방안


102

제5장 활용방안

103

제5장 활용방안

1. 건축에너지 기술의 활용방안

21세기의 가장 중요한 패러다임중 하나라 할 수 있는 에너지는 고유가 및 CO2 배출과 관련한 지

구온난화 문제 등 다양한 시점에서 국가적 중요 사안이 되고 있다. 국가 전체 에너지 사용량 중 약

4분의 1에 해당하는 에너지 소비를 건축물에서 차지하고 있는 상황에서 건축법기준에 의한 에너지

절약방안은 한계가 있으므로 다양한 신기술의 개발은 물론 개발된 신기술이 적용되고 이용될 수 있

도록 하는 국가적 차원의 제도 정책 등이 적극적으로 도입되어야하며 이를 위해서는 필요시 정부의

아낌없는 지원은 물론 홍보 활동을 통한 보급이 무엇보다도 필요하다고 판단된다. 제로에너지 및

탄소제로 건물은 건물에서 발생되는 탄소배출량을 탄소배출이 없는 신재생에너지시스템 등의 여러

기술을 사용하여 줄인 건물로 정의할 수 있다. 이러한 제로에너지 및 탄소제로 건물 구현을 위해

건물에 적용해야 할 여러 가지 기술이 있다. 첫 번째로 고효율적인 건물이어야 하며 에너지 효율적

인 방법과 현장에 적용할 수 있는 기술, 신재생에너지원에 의한 공급으로 최소한의 에너지소비를

달성하여야 한다. 여기서 더 나아가 나머지 에너지를 줄일 수 있는 해결책을 제시하여야 한다.

분류 세부 내용

Passive 기술

열교방지 및 고단열 외피 기술

고효율 유리 및 창 기술

고효율 공기혀 열교환기 기술

에너지절약형 가전기기

신재생에너지기반 급탕 기술

Passive 건물 설계 및 시공 기술

조명에너지

Advanced facade solutions

자연광성능 시뮬레이션 툴 개발

휘도기반 조명제어기술

반투명 섬유유리를 이용한 채광용 유리시스템

오피스용 고체소자 조명

Demand responsive lighting 제어 기술

Personal lighting 제어 기술

Full spectrum 조명

에너지효율

고효율 공조시스템 기술

건물에너지관리 및 제어기술, BEMS

Smart meter, eNepal office 기술

신재생에너지 적용기술

에너지 융복합시스템

<표 5-1> 건축에너지 활용기술분류


104

2. 기능성 건축자재의 활용방안

유해물질 흡착/분해, 흡방습 기능성 소재 및 제품 개발을 통해 실내공기오염물질을 신속히 제

거하기 어려운 건축물이나 화학물질에 민감한 이용자들이 주로 사용하는 실내공간에는 흡착을

통한 유해화학물질의 제거할 수 있다. 또한 신축 공동주택의 욕실, 주방 및 다용도실의 수분 사용

이 잦은 곳에서의 습기조절 기능에 활용 될 수 있다. 도서관, 미술관 및 서고 등과 같이 고가의

보관을 요하는 곳에서의 적정습도 유지 및 결로에 의한 보존물 훼손 방지에 활용 가능하다. 항균･항곰팡이 기능성 소재 및 건축자재의 경우 아파트, 일반주택, 사무실, 학교 등 현재의 각종 건축물

의 세균 및 곰팡이 등 미생물을 제어하는데 활용되며, 내구성을 증진시키고 공기 중의 있는 미생

물들을 직접 제어 시킬 수 있는 공기청정기 등 제품개발 및 인체에 무해하면서 실질적인 항균성

능을 발휘할 수 있는 가정용품이나 일상용품에의 적용 및 응용이 가능하다.

가. 기능성 건축자재의 기대효과

선진국 기술수준의 기능성 건축자재의 소재개발 및 응용연구를 통해 적용 분야의 다양성 확보

하여 실내공간의 유해화학물질 제거를 통하여 아토피 및 새집증후군 현상을 개선하는데 상당한

역할을 뿐만 아니라 사회경제적 부담도 줄일 수 있는 쾌적하고 건강한 거주공간의 구현에 기여할

수 있다. 또한 공동주택 및 다중이용시설에서 발생되는 결로현상 방지를 위한 기능성 건축자재

기술 확보를 통하여 사후처리에서 사전처리 방식으로 실내 습도유지 방법을 전환하는 효과를 기

대할 수 있다. 나노 분야 및 항균제 산업, 바이오 세라믹, 내외장재 등의 다양한 분야에 접목함으

로써, 환경친화형 고부가가치 소재의 초석을 마련할 것으로 기대된다. 현재 국내의 기능성 건축

자재 및 소재의 경우, 거의 전량 수입에 의존하던 내장재용 습도조절기능 재료의 수입 대체를 통

하여 웰빙 소재산업의 활성화와 친환경 건축자재의 생산과 시공을 통한 건강한 주거환경 구축으

로 경제적 부가이윤 창출과 국가 경쟁력 제고할 수 있다.

제6장

건물과 결합된 신재생에너지 특허기술

1. 특허분석 개요

2. 옥상, 지붕, 천장의 주요 특허기술

3. 외벽, 벽체, 외장재의 주요 특허기술

4. 창 및 창틀

5. 테라스 및 난간

6. 건물 일체형 태양광 발전시스템

(BIPV, Building Integrated Photovoltaic System)

제6장 건물과 결합된 신재생에너지 특허기술

107


1. 특허분석 개요

건물에서 이용 가능한 특허기술을 분석하기 위하여, 아래의 표 6-1과 같이 건물, 신재생, 지열,

태양, 풍력, 폐열, 조력 등을 핵심 키워드로 하여, raw 데이터 5,594건에서 1차 노이즈 제거를 거쳐

1,354건, 2차 노이즈 제거를 거쳐 126건으로 압축하여 핵심특허기술을 분석하였다.

<표 6-1> 평가기술의 선행기술 조사범위

구 분 내 용

Data Base한국(특허, 실용신안), 미국, 일본, 유럽(EP), WIPO, 중국(영문초록), 영국, 캐나다,

호주, 독일(영문초록), 프랑스(영문초록), 대만(영문초록), 러시아(영문초록)

연 도 1976년~2011년

검색어국문 건물, 신재생, 태양, 지열, 풍력, 폐열, 조력

영문 building, new renewable, solar, wind, dropping, temperature, waste, heat, tidal

건물에서 적용 가능한 신재생에너지를 검색하기 위하여, 건물의 구성요소별 발전이 용이한 신

재생에너지가 달라질 수 있음을 감안하여, 건물의 구성요소별 신재생에너지를 분류하였다. 즉, 태

양광 발전의 경우, 천장에서 이용하는 것과 창틀에서 이용하는 것에는 그 발전효율에 상당한 차

이가 발생할 수 있다. 따라서, 기술분류로는 첫번째 그룹으로 옥상, 지붕, 천장을 분류하였고, 두

번째 그룹으로 외벽, 벽체, 외장재를 한개의 그룹으로 분류하였다. 세번째 그룹으로 창과 창틀을

분류하였고, 네번째 그룹으로 테라스와 난간을 분류하였다.


108

2. 옥상, 지붕, 천장의 주요 특허기술

가. 태양에너지를 이용한 난방 및 발전장치 (KR 20110035822A)

지붕에 집광판과 태양전지를 위치시켜, 여름철에는 태양광 발전을 통해 냉방용 전원을 공급하

고, 겨울에는 온수를 생산하여 급탕과 난방에 활용할 수 있도록 기술이 구성되었다.

지붕의 집광판과 태양전지 구성 겨울철과 여름철의 수열관

[그림 6-1] 태양에너지를 이용한 난방 및 발전장치

나. 태양광의 집광 및 저장, 태양광의 실내 유입 조절 기능을 하는 천장시스템 (KR

200800461291A)

집열부와 태양고도에 따라 집열부의 회전각도를 조절할 수 있도록 전동기부와 기어부를 갖추

고, 하측유리창부에는 실내로 채광이 가능하도록 구성되어있다.

[그림 6-2] 태양광 실내 유입이 조절 가능한 천장시스템


109

이 기술은 집열판넬의 집열 성능을 최대화하여 계절, 시간에 의한 태양의 고도변화에 따라 집

열 판넬의 각도 조정이 가능하다.

다. Wind Turbine System for Buildings (US11/966784)

건물 지붕에 바람이 특정 방향으로 유입될 수 있도록 유입부를 구성하여 터빈의 회전속도를 증

가시키고, 역풍이 부는 날에도 일정 방향으로 구동이 가능한 구조로 구성되어 있다.

[그림 6-3] 건물 지붕의 풍력발전 시스템

3. 외벽, 벽체, 외장재의 주요 특허기술

가. 무창 기공형 태양열 공기 난방 건축 외장집열판 (KR20010037214A)

[그림 6-4] 태양열 공기 난방 건축 외장집열판


110

건물벽체에 설치될 수 있도록 플렌지가 구비되고, 집열판의 표면에는 무수한 기공이 있어 공기

의 흡입과 순환이 자유로워 보조난방 및 실내환기에 효과적으로 구성되어 있다. 또한, 평판구조

로 세척이 용이하고, 금속재의 원판을 선택흡수층 코팅이 이루어져 있고 기공이 형성되어있다.

나. 태양광 외벽면 마감재 (KR20110090060A)

강화유리 패널과 세라믹 판넬로 이루어진 이중 구조의 벽면 마감재의 내부에 태양광의 에너지

를 집열할 수 있는 솔라체를 구비하도록 구성되어 있다. 따라서, 솔라체에 의해 얻어진 태양에너

지를 이용하여 건물의 난방과 단열효과가 발생하, 전기에너지를 얻을 수 있다.

[그림 6-5] 태양광 외벽면 마감재

다. Solar Wall Structure and Outer Wall Panel of Building(JP2007160755)

[그림 6-6] 태양전지패널을 이용한 건물 벽면


111

채광 태양전지판, 액체집열형 태양전지패널, 공기집열형 태양전지패널로 구성되어, 태양에너지

를 다양하게 이용하여 공기 난방 및 온수 생성 등에 사용될 수 있다.

4. 창 및 창틀

가. 이중외피로 구현된 건물통합형 태양광 발전시스템 (KR20080028926A)

창호개방을 통해 PV 모듈 경사각을 확보하고, PV 모듈의 배면이 외부로 노출되어 모듈의 온도

상승을 억제할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 이중창 구조로 외측창이 개방되어도 내측창이 단

열효과를 낼 수 있는 기능을 갖고 있다.

[그림 6-7] 이중외피로 구현된 건물 통합형 태양광 발전시스템

[그림 6-8] 경사각에 따른 태양광 집열 효율 및 PV 구성


112

나. 태양광 발전용 실외 블라인드 (KR20090085183A)

건물 외벽에 설치되는 실외 블라인드 날개에 태양광발전 셀을 부착한 후 태양광을 이용하여 발

전하는 기술로 차광효과와 에너지 생산효과를 동시에 확보할 수 있다. 또한, 동 특허기술에서 블

라인드 날개는 태양의 움직임에 따라 각도가 변하도록 태양광 감지 센서 및 컴퓨터 제어가 가능

하도록 구성되어 있다.

[그림 6-9] 태양광 발전용 실외 블라인드

다. 태양열 하이브리드 창호 (KR20090128518A)

[그림 6-10] 태양열 하이브리드 창호


113

내부유리, 외부유리, 중앙유리로 구성되고 그 사이에 투명한 매체로 겔 형태로 주입 후 경화시

켜 형성되는 열전도 매체가 구성된다. 또한 외부 공기가 통하면서 가열되어 실내로 공급되는 공

간부가 구성된다. 이 특허기술은 겨울철 낮 시간에 실내온도를 상승시켜 에너지 소비를 줄이고,

겨울철 밤 시간에는 단열효과로 실내 온도가 유지되도록 구성된다.

라. Solar Window Heater (US11/243690)

집열판, 투과체, 벤트로 구성되어 외부로부터 유입된 공기의 온도를 상승시켜 실내에 따뜻한 공

기를 공급하여 난방 에너지 소비를 절감할 수 있는 효과를 가지고 있다.

[그림 6-11] Solar Window Heater

5. 테라스 및 난간

가. 태양광 추적이 가능한 난간용 진공관식 태양광 집열관을 이용한 난방 및

온수공급 시스템 (KR20080024598A)

동 특허기술은 아파트의 베란다에 위치하여 건물의 난간과 결합이 용이하도록 상부와 하부의

하우징에 복수개의 태양열 진공관이 수직으로 결합되는 형태로 구성되고, 상부 하우징은 물이 들

어있는 파이프 탱크가 부착된다. 하부에는 태양 추적부가 위치하여 시간에 따라 변경되는 황도를

추적하여 태양열 진공관의 효율을 최대화시킬 수 있도록 만들어진다. 태양열 진공관에 의해 가열

된 히트파이프가 열을 파이프 탱크로 전달하여 물을 가열하며, 가열된 물은 난방등으로 이용될

수 있다.


114

[그림 6-12] 난간용 태양열 진공관

나. 난간 풍력 발전 시스템 (KR20090074853A)

동 특허기술은 아파트의 베란다에 위치하여 건물의 난간과 결합이 용이하도록 상부와 하부의

하우징에 복수개의 풍력회전체가 위치하고 축전부와 인버터가 포함되어 구성된다.

[그림 6-13] 난간용 태양열 진공관


115

6. 건물 일체형 태양광 발전시스템(BIPV, Building Integrated Photovoltaic System)

건물일체형 태양광 발전시스템은 기존의 태양광 발전 설비가 건물 외부에 별도의 구조물을 세

워야했던 것과는 달리 창문이나 발코니 등 건축자재에 발전설비가 결합되어 있는 것을 말한다.

BIPV 시스템은 기존 태양광 시스템에 비해 초기 설치비용은 높으나 건물디자인과 조화를 이루는

시스템 구현이 가능하고 설치된 건물은 친환경적인 이미지를 갖게 되는 장점이 있다. 우리나라에

서는 LG화학, 이건창호시스템에서 본격적으로 사업이 추진되고 있으며 2012년까지 10만호 공급이

예정되어 있다.

[그림 6-14] 건물 일체형 태양광 발전시스템 적용 사례

제7장

참고문헌

제7장 참고문헌

119

제7장 참고문헌

1. 친환경 기능성 건축자재의 적용기술, 이윤규, 한국그린빌딩협의회지, v.11 n.3 (2010-09)

2. 저에너지 친환경 공동주택 기술개발, 국토해양부, 한국건설기술연구원, 2006~2011

3. 새집증후군 저감을 위한 주요 건축자재의 시공기술 개발, 환경부, 한국건설기술연구원, 2010

4. 기능성 건축자재 실태조사 및 관리방안 연구, 한국공기청정협회, 한국건설기술연구원, 2008

5. 다중이용시설 등의 실내공기질관리법, 법률 제10789호. 2011.6.7

6. 실내공기질공정시험기준, 환경부고시 제2010-24호, 2010.3.5

7. 기능성 건축자재 개발을 위한 다공성 천연광물 소재의 휘발성유기화합물의(VOCs) 흡착성능

평가연구, 한국건축친환경설비학회 논문집 , 2011.9, 115-121

8. 기능성 건축자재의 실내오염물질 저감성능에 관한 연구, 한국냄새환경학회 학술발표회, 2010.10,

163-166

9. 친환경측면에서 본 국내 실내건축자재의 현황 조사 및 분석, 디자인학연구 66, 2006.8, 133-144

10. 기능성 석고보드의 폼알데히드(HCHO) 저감성능 평가를 위한 실물시험(Mock up test)연구, 설

비공학논문집 20(12), 2008.12, 814-819

11. http://kipris.or.kr

12. http://focust.wisdomain.net

13. http://www.ks.or.kr/

14. www.newhousing1.com

기 술 동 향 보 고 서

Eco-energy 기반 건축물

실내환경 관리기술 동향

2012년 12월 초판인쇄

2012년 12월 초판발행

집필진

한국에너지기술연구원 박효순

한국철도기술연구원 박덕신

김&장 법률사무소 박일호

고려대학교 손종렬

(주)지인에스이노베이션 정익철

경희대학교 윤근영

대우엔지니어링 유명환

한국건설기술연구원 이윤규

특허청 김영민

간행물 등록번호 2012-86

eco-energy 기반 건축물 - webbook.me.go.krwebbook.me.go.kr/dli-file/095/003/002/5527849.pdf ·...

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