학교건물 에너지 저감 활동에 대한 운영 규정 표준을 제안하다
학교건물 에너지 저감 활동에 대한 운영 규정 표준을 제안하다
  • 김인수
  • 승인 2021.11.12
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김인수 가천대학교 에너지IT학과 교수

최근 탄소중립 제로에너지 학교에 대한 추진계획이 교육부에 발표된 바와 같이 그린학교를 추진해 친환경건축 기법과 신재생에너지를 활
용해 에너지 자급자족 학교 조성, 생태 교육 공간 마련으로 학교 일상에서 탄소중립을 실천하고자하는 의지가 확고하다.

학교 건물의 신축 시에는 국 · 공립 등 공공기관에 해당되는 경우, ‘공공기관 에너지이용 합리화 추진에 관한 규정’및 ‘신에너지 및 재생에너지 개발 · 이용 · 보급 촉진법 제12조의5 및 시행령’에 의거 에너지이용효율향상 시설(설비) 및 신재생에너지설비를 의무화 도입하고 있다.

기존 학교의 경우 학교건물의 Net Zero Energy School로의 전환을 위해 각종 에너지이용효율향상사업을 추진하고 있으나 학교 건물에 대해 에너지절감 활동결과 그 성과를 체계적으로 분석, 검증할 수 있는 방법이 제시되어 있지 않고 있다.

이러한 학교건물에 에너지 저감 활동에 대한 운영 표준(안)을 도출하기 위하여 국제표준 및 가이던스분석과 동시, 국내 학교현장 방문을 방문하여 각종 변수 등에 대한 조사 분석을 통하여 운영적측면의 에너지성과검증 위한 방법을 고안하였다.

ISO50006, ISO17741, GSEP 2장 프로젝트 M&V 계획 수립, FEMP, New SouthWales 주정부 자료, World Bank 자료를 참고했고 GSEP M&V Tool의 알고리즘 그리고 M&V 2.0 방법론 등도 함께 검토해 현장에서 성과를 분석해 볼 수 있는 Tool에 대한 검토와 더불어 국내 학교 현장방문을 통한 에너지관리 실태 및 특성을 조사했다.

이 표준의 목적은 학교건물의 에너지 저감활동에 대한 운영적 측면의 일반적 규정을 수립하는 것이다. 이러한 일반적 규정은 범용으로 간주되며 초 · 중 · 고 학교에 적용 가능하고, 학교에서 에너지 저감활동을 통한 절감량을 정량화하고자 하는 모든 프로젝트 관련 이해관계자가 사용하도록 고안됐다.

에너지 저감 활동을 통해 에너지를 절감한다면 프로젝트 레벨에서의 M&V에 대한 일반적 이해는 다양한 프로젝트 시나리오에서 M&V에 대한 계산 방법을 선택하는 방법을 개략적으로 설명함으로써 설정된다. 이 표준은 다양한 프로젝트에 적용될 수 있는 에너지 절감량의 M&V에 대한 원칙, 지침 및 방법의 집합체로 개발됐다.

학교 건물에서의 에너지절감 검증 방법

가. ECM(Energy Conservation Measure) 성격 이해
에너지절감량 검증 프로세스는 제안된 ECM으로부터 시작되며 ECM은 일반적으로 진단, 유사한 활동 중에 확인한다.

ECM 세부정보에 포함할 사항은 다음과 같다.
• 프로젝트 설명, 시행위치, 사유, 비용, 기간 등
• ECM이 시설의 일부분에 영향 또는 시설전체에 영향을 미치는지?
• 단순기기(설비)교체, 복합적 개,보수 현황
• 시설별 절감량 산정 필요 여부
• 에너지절감량(금액) 및 수요저감량 등 (개괄적인 기대효과 산출)
• 총 에너지사용량 대비 ECM의 에너지절감량 (개괄적인 기대효과 산출)
• ECM 세부정보 확인결과는 M&V 옵션 선택 시 반영
가. (예시)
① 절감량이 작고 부분측정으로 산출 가능하며, 영향변수 제한 : 옵션 A 검토
② 단순 기기 교체 프로젝트, 개별 시설(기기, 건물)별 에너지절감량 산정이 필요한 : 옵션 B 검토
③ 복합 ECM으로 시설별 절감량 산정이 불필요 : 옵션 C 검토
④ 신규건물, 시설별 절감량 필요시 또는 복합적인 Baseline 조정이 필요시 : 옵션 D 검토

나. 이해 관계자 역할
각 이해 관계자들과 가장 관련이 있는 에너지효율 혜택을 확인하는 데 중요하다.
• 일반적인 주요 이해관계자 분류 (3가지)
① 에너지효율 프로젝트 수혜자
② 에너지효율 프로젝트 시행자
③ 프로젝트/프로그램 관리자

다. ECM 이점 이해
에너지절감은 대부분의 에너지효율개선 프로젝트의 주 목표가 된다. 주요 이해 관계자가 확인되면 이해관계자에게 가장 관련이 있고 매력적일 수 있는 다양한 이점을 식별한다. 에너지(비용)절감 및 전력수요저감(비용절감), 최대전력부하 저감, O&M 비용절감, 건강에 미치는 영향, 노동생산성,온·습도 등 쾌적성, 물의 절감, 안전성, 신뢰성 제고(정전 회피), GHG 감축, 법적 의무사항 충족 등이 있다.
M&V 방법의 선택도 이러한 다양한 이점(에너지절감 포함)에 따라 달라진다.

라. 학교 특성 및 운영실태

• 실별 용도 구분(개소, 면적, 활용시간) : 교실, 교무실, 실험실, 특별활동실, 체육관 등
• 수업 일정 : 기간별(주, 월, 년도별) 수업일수 및 요일별 수업시각(시작, 종료시각)

마. 학교 에너지 현황, 시설 운영 및 관리 현황

•에너지사용 현황
- 주별 용도별 에너지원별 사용량
- 에너지원별 연간 에너지사용량, 비용
• 에너지 사용행태 및 관리현황
- 냉.난방 설비 : 적용설비 유형, 설정조건(실내 또는 외기온도 등), 운전일정(일별, 시간별 등)

- 조명 : 주별 사용시간대, 조명 스케쥴 설정 여부, 타이머 스위치 설치여부, 청소시간대 등
- 신재생에너지 : 적용 설비 유형, 실제 가동 일정
• 에너지시설 관리현황
- M&V 관련 요소 파악 및 자료 수집 신설 또는 기존 수업중인 학교 여부, 1년 이상의 에너지성과관련 데이터 보유실태, 측정시스템의 수준, 각종 변수 발굴을 위한 학교 운영 실태
• 에너지성과관련 측정시스템 수준
- ECM 해당 시설(설비)별 에너지성과 산출을 위한 측정 가능여부

에너지 성능 향상을 위한 활동

학교건물 에너지 시스템 간의 상호작용을 설명하는 학교 건물에서 에너지 효율 업그레이드 계획하는 체계적인 방법을 제공하여 상당한 에너지 절감을 달성할 수 있도록 지원한다.

가. 조명업그레이드
에너지 효율을 개선하면 조명에너지 소비량을 절반으로 줄이는 동시에 품질을 개선하고 불필요한 에너지 증가를 줄일 수 있다. 조명 시스템 에너지 효율개선에는 다음 단계가 포함된다.

• 충족된 광량 및 품질 설계
• 램프 효율성 극대화
• 자동제어장치 설치
• 고효율 조명 구매

그 외 시험 적용하고 있는 광센서 조광제어시스템은 시간과 날씨 등에 따라 시시각각 변화되는 주광의 유입에 따라 실내조명을 제어하는 시스템으로 실내로 유입되는 주광량을 광센서로 감지하여 자동으로 인공조명의 밝기를 조절을 통해 실내 조도를 일정하게 유지하는 것을 목표로 한다. 작업 면(책상 면)의 필요 조도를 유지하며, 유입된 주광에 의해 필요 조도보다 초과되는 구역의 조명의 밝기 조절(디밍) 제어를 하는 시스템이다.

나. 재실 검토에 따른 조명 제어

센서를 통해 수집되는 교실에 재실인원수를 체크해 불필요하게 사용되는 조명을 제어한다. 최근 에너지 절감 및 교실 내 쾌적성 확인 등을 위한 요인 5종(온도, 습도, CO2, 조도, 재실자)IoT 융복합 센서를 시험 적용해 실증 테스트 중으로 외부 전원 연결없이 자가 충전해 전원이 구동되고 블록형 센서를 통해 다양한 센서 등을 융합해 제어가 가능한 제품이 개발됐다.

다. 냉난방 시스템 업그레이드
이 시스템은 일반적으로 건물 에너지 사용량의 4분의 1을 차지한다. 이러한 효율을 개선하면 상당한 절감 효과를 얻을 수 있다. 냉난방 시스템 효율 개선을 위한 전략에는 다음이 포함된다.
• 냉난방 부하 측정
• 기타 냉난방 시스템 구성 요소 업그레이드
• 운영 최적화 (기준 온도 설정 및 재실인원에 체크에 따른 제어)
최근 센서정보를 활용해 학교 건축물의 공용부 또는 Zone별 이용 및 환경 특성 분석 정보를 기반으로 IoT와 연동되는 조명/차양/냉난방/공조/환기 시스템 및 신재생에너지 관련 설비에 대해 다양한 자동제어기술을 통한 설비 제어로 에너지절감, 학습 환경 개선 및 설비 관리의 편의성 등을 향상하기 위한 기술들이 적용되고 있다.

라. 에너지관리 모니터링
주로 사용되는 에너지관리를 통해 효율적인 운전방법에대해 고안

• 층별 에너지사용 관리
• 설비별 에너지사용 관리

Zero Energy School을 구현하기 위해서는 기존 설계방식이 아닌 학교 건축 특성에 적합한 통합 설계 프로세스를 적용해야하며 구현 후 건축물 소유주, 에너지관리자는 에너지 저감 활동에 대한 효율적인 검증과 방법이 제공되어야 한다. 이는 실용적인 정보, M&V 방법론, 다양한 사례연구 제공을 통해 학교 건물의 에너지 자립화에 필요한 최적 선택이 가능해지고 이를 통해 건물의 성능 검증 및 평가가 체계적이고 객관적으로 이뤄질 수 있다.

에너지 절약 방법과 시기에 대한 불확실성성으로 인해 투자가 저해될 수 있기 때문에 학교 건물 특성에 맞는 비용 효과적인 솔루션 제공과 학교 이해관계자가 쉽게 접근할 수 있는 에너지측면의 운영 가이드라인이 지속적으로 보완돼야 할 것이다.

제시된 운영 표준에는 최근 일반적으로 쉽게 적용할 수 있는 에너지저감 활동과 검증을 위한 기본적인(안)을 제시했으며 국내 표준들과 연계된 지속적인 보완이 이뤄질 예정이다.

김인수 가천대학교 에너지IT학과 교수 keaj@kea.kr


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