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건물별 그린리모델링 전 도면과 사전컨설팅보고서(기존건물의 건축적특성, 개선안, 예상 총사업비, 개선안에 따른 개선전·후의 ECO2-OD 모델링 결과)를 통해 그린리모델링 전 대상건물의 일반사항 및 현황과 개선안 등을 파악하였다. 또한, 대상건물의 그린리모델링 도면(건축, 기계, 전기) 및 관련자료를 분석하여 그린리모델링의 내용을 파악하였다. 이들 자료는 지자체 담당자로부터 직접 제공받거나, 국토안전관리원으로부터 제공받았다.

본 연구내용의 분석에 직접 활용한 건축물의 에너지관련 기준으로 「건축물의 에너지절약설계기준」(2023. 2. 28, 일부개정) 별표 1(지역별 건축물 부위의 열관류율표), 「건축물 에너지효율등급 인증 및 제로에너지건축물 인증 기준」(2019. 3. 1, 시행) 별표 2(건축물 에너지효율등급 인증등급) 등을 고찰하였다.

현장조사는 대상건물의 도면 및 자료에 대한 데스크리서치 내용과 실제 공사내용이 동일한지 확인을 목적으로 그린리모델링 공사후 2022년 8월~11월에, 건물별 1회 방문하여 관찰 및 사진촬영, 시설근무자와 인터뷰 등을 진행하였다.

현장조사시 도면과 다른 부분이 발견되는 경우 현장조사결과를 모델링에 이용하였으며, 2021년 공공건축물 그린리모델링 사업의 예산은 아니지만, 동일기간에 신재생에너지 보급지원사업이나 보건지소·진료소에서 자부담으로 설치한 신재생에너지 설비, 온수기 등은 금번 그린리모델링 내용에 포함하여 분석하였다.

사전컨설팅업체가 담당한 공사전 ECO2-OD 파일은 국토안전원으로부터 제공받았으며, 공사후 에너지 분석은 ECO2-OD 프로그램을 이용하여 진행하였다. ECO2-OD 입력값은 설계도서 및 현장조사시 실측 또는 확인된 값을 이용하였으며, 공사전·후 동일한 구조체는 공사전 도면이 확보된 경우는 도서정보로, 정보가 없을 경우는 준공연도 직전의 「건축물의 에너지절약설계기준」의 기준치를 입력하였다.

「건축물의 에너지절약설계기준」(2023. 2. 28, 일부개정)에 의하면, 건축물을 건축하거나 대수선, 용도변경 및 건축물대장의 기재내용을 변경하는 경우에는 열손실방지 등의 에너지이용합리화를 위한 조치를 하여야 한다. 이때 거실의 외벽, 최상층에 있는 거실의 반자 또는 지붕, 최하층에 있는 거실의 바닥, 바닥난방을 하는 층간 바닥, 거실의 창 및 문 등은 별표1의 열관류율 기준을 준수하여야 한다.

본 연구의 대상건물은 모두 충청권 소재로 별표1에서 구분한 중부2지역, 공동주택 외에 해당하므로 일부발췌하여 <표 1>에 기재하였다.

건축물의 설계 및 시공단계에서부터 에너지효율적 설계를 채택, 에너지를 저소비하는 에너지절약형 건물보급을 목적으로, 「건축법 시행령」 별표1 각 호에 따른 건축물은 「건축물 에너지효율등급 인증 및 제로에너지건축물 인증 기준」(2020. 8. 13., 일부개정)에 따라, 난방, 냉방, 급탕(給湯), 조명 및 환기 등에 대한 1차에너지소요량으로 건축물 에너지효율등급을 인증받는다. 별표2(건축물 에너지효율등급 인증등급)을 주거용 이외의 건축물 기준을 <표 2>에 기재하였다.

대상건물의 그린리모델링 적용항목은 2021년 공공건축물 그린리모델링 사업에서 지원하는 필수공사와 선택요소로 구분하여 작성하였으며, <표 5>에 적용(○), 일부적용(△), 미적용 또는 이번 그린리모델링 이전에 적용되어 있었던 항목은 ‘-’로 표기하였다. 또한, 동일방식·용량의 신품으로 교체한 경우는 비용은 투입되었으나 에너지소요량에는 변함이 없으므로 ‘□’로 구분 표기하였다. <표 5>의 건축부문 건수란 조사대상 그린리모델링 사업의 경우 벽체단열보강, 지붕단열보강, 바닥단열보강, 고성능 창 및 문이다. ECO2-OD반영 항목수란 동일방식·용량의 신품으로 교체하여 에너지소요량에 변함이 없는 경우(‘□’ 표기)와 ECO2-OD에 반영되지 않는 항목(회색음영), 적용시 에너지소요량이 오히려 증가하는 폐열회수형환기장치(적색음영)를 제외한 것이다.

그린리모델링 사업에서 지원하는 필수 또는 선택 항목 중 바닥난방(배관교체), BEMS(건물에너지관리시스템), 석면제거, 스마트에어샤워, Cool-Roof(차열도료)는 그린리모델링에 적용시 실제로는 건물의 환경성능이 개선될 수 있지만 ECO2-OD에는 입력되지 않는 항목이며, 일사조절장치는 창문별로 입력은 가능하지만 입력요소는 수평차양각, 수직차양각 뿐이므로, 건축물의 실제 에너지성능이 잘 분석될 수 있도록 ECO2-OD의 개선이 필요하다고 생각된다.

그린리모델링 항목별 채택건물수는 고성능 창 및 문, 고효율조명이 9개건물(100%), 벽체단열보강은 8개건물(외단열 4개, 내단열 2개, 내·외단열 2개), 급탕설비와 고효율냉난방장치는 7개건물, 폐열회수형환기장치는 6개건물, 지붕단열보강은 5개건물(외단열 2개, 내단열 3개), 신재생에너지(태양광) 2개건물, 바닥난방(단열보강·배관교체), 고효율보일러, 석면제거가 각 1개건물씩이었다.

채택률이 높게 나타난 동시적용항목은 ‘고성능 창 및 문’과 ‘고효율조명 교체’로 9개건물에서 동시적용되었으며 이어 ‘벽체의 내·외부 단열보강’과 ‘고성능 창 및 문’, ‘고효율조명 교체’ 3건이 동시적용된 건물이 8개로 나타났다. 건물별 그린리모델링 총항목수는 4~8건(평균 6.2건)이었으며, 이중 건축부문 적용항목수는 1~3건(평균 2.6건)이었고, ECO2-OD반영 항목수는 3~6건(평균 5.0건)이었다.

대상건물의 공사기간은 평균 3개월이며, 설계비와 공사비, 공사중 임시시설로 이전비용 등의 총사업비는 1.9~3.0억원, 평균은 2.5억원이었다.

ECO2-OD 모델링을 통해 산출한 대상건물의 공사전·후 연간 단위면적당 에너지요구량, 에너지소요량, 1차에너지소요량, 증감량, 증감률, 건축물 에너지효율등급수준은 <표 5>의 하단부와 같다. 증감량은 에너지요구량 등이 그린리모델링 후 감소된 경우 마이너스로 표현하였다.

이를 그린리모델링 전·후 증감량으로 살펴보면, 에너지요구량은 17.3~54.6(평균 33.1)kWh/㎡·yr 감소, 에너지소요량은 13.0~54.6(평균 35.5)kWh/㎡·yr 감소, 1차에너지소요량은 37.0~141.5(평균 102.5)kWh/㎡·yr 감소하였으며, 증감률을 파악하면, 에너지요구량은 14.1~42.8(평균 27.3)% 감소, 에너지소요량은 20.8~47.2(평균 32.5)% 감소, 1차에너지소요량은 20.8~47.8(평균 33.3)% 감소하였다. 또한 건축물 에너지효율등급은 평균 1.6등급수준 향상하여, 그린리모델링 사업의 효과를 확인할 수 있었다.

ECO2-OD에서 산출되는 에너지요구량과 관련되는 그린리모델링 건축부문 적용항목은 벽체단열보강, 지붕단열보강, 바닥단열보강, 고성능 창 및 문이다. 그린리모델링 전·후 구조체열관류율은 <표 6>과 같고, 이를 [그림 1]에 요약해서 그래프로 표현하였다. 에너지요구량 감소량이 큰 건물순으로 대상건물별 그린리모델링 전·후 에너지요구량을 막대로 표현하고 건축부문 적용건수는 숫자를 기입하여 꺾은선으로 나타냈다. 에너지요구량과 관련되는 구조체 단열 및 창호의 보강정도에 대해 건물전체 적용여부와 열관류율의 감소정도를 ●~◯와 같이 진하기로 표현하였다.

[그림 1] 
건축부문 적용건수와 그린리모델링 전·후 에너지요구량

[그림 1]에서 보는 바와 같이 에너지요구량은 모든 건물에서 감소하였으나, 구조체 단열 및 창호의 보강이 건물전체, 열관류율의 감소정도가 진하게 표현된 건물일수록 에너지요구량 감소량이 큰 것을 알 수 있다.

에너지요구량의 감소량에 따라 건물을 구분해보면, 감소량이 큰 그룹은 건물e,g(54.6, 47.2kWh/㎡·yr)였으며, 중간정도인 그룹은 건물c,b,d(40.6, 39.0, 32.9kWh/㎡·yr)였고, 감소량이 작은 그룹은 건물f,i,h,a(23.7, 21.8, 20.5, 17.3kWh/㎡·yr)였다. 대상건물의 금번 건축부문 적용건수는 일부적용을 포함하여 에너지요구량의 감소량이 가장 큰 그룹은 3건, 중간그룹은 2~3건, 감소량이 작은 그룹은 1~3건이었다. 또한, 건축부문 적용건수가 1건인 건물(a)과 2건인 건물(c,h)이 적용건수 3건인 건물(b,d,e,f,g,i)보다 에너지요구량 감소량이 크지 않았다.

감소량이 가장 큰 그룹의 건축부문 적용항목 3건은 벽체단열보강, 창호교체, 지붕단열보강으로, 건물전체 벽체를 신축기준 열관류율(0.24W/㎡·K) 이상으로 외단열보강하고, 창호도 신축기준 내외의 열관류율(1.5W/㎡·K)로 전체교체하고, 건물전체 지붕을 신축기준 열관류율(0.15W/㎡·K) 이상으로 내단열보강하였다.

감소량이 중간정도인 그룹은 건축부문 적용항목이 2~3건으로, 건물(c)는 대부분의 벽체를 T50 내단열보강하여 열관류율이 신축기준에 비해 다소 미흡하게 개선되었고, 설비부문의 조명밀도가 크게 감소하여 조명에너지요구량이 가장 많이 감소하였다<표 7>. 건물(b)는 벽체를 1층은 외단열, 2층은 내단열 보강하여 신축기준으로 개선하였고, 지붕도 전체 외단열보강하여 신축기준에 거의 부합하게 개선하였으나, 기존 바닥의 열관류율이 2.11W/㎡·K인데 단열보강을 채택하지 않았으며, 창호는 플라스틱창틀 22mm더블글래스 이중창으로 건물전체 교체하여 신축기준보다 미흡하게 개선되었다. 건물(d)는 창호를 신축기준 열관류율로 전체교체하였으나 벽체와 지붕을 절반정도만 내단열보강하여 평균 열관류율이 신축기준에 비해 미흡하게 개선되었다.

감소량이 작은 그룹은 건축부문 적용항목이 1~3건으로, 건물(f)는 최하층 바닥을 신축기준(0.24W/㎡·K)에 거의 부합하는 열관류율로 단열보강하였다. 벽체는 1개 공간의 벽체는 T80단열재로 외단열보강하였으나, 이 공간을 제외한 전체 벽체를 T10 반사형단열재로 내단열보강하여, 단열보강후 평균 열관류율이 0.40W/㎡·K으로 기존 0.46W/㎡·K과 거의 차이가 없었다. 창호는 대부분 플라스틱창틀 24mm로이더블글래스 이중창, 일부는 24mm로이더블글래스 단창으로 교체하여 열관류율이 신축기준보다 매우 미흡하게 개선되었다.

건물(i)는 전체 벽체와 지붕을 신축기준 열관류율로 외단열보강하였으나 창호를 일부만 교체하여 열관류율이 신축기준보다 미흡하게 개선되었으며, 기존 에너지효율등급이 1+등급수준이었다. 건물(h)는 대부분 벽체를 신축기준 열관류율로 외단열보강하였으나 창호를 일부만 교체하여 열관류율이 신축기준보다 미흡하게 개선되었다. 가장 감소량이 작게 나타난 건물(a)는 구조체 단열보강 없이 창호를 플라스틱창틀 16mm더블글래스 이중창으로 전체교체하여 열관류율이 신축기준보다 미흡하게 개선되었다.

이상에서, 에너지요구량 감소량이 크게 나타난 건물은 건축부문 적용건수가 많을수록, 건축부문 항목을 건물전체에 적용할수록, 지붕단열보강을 채택한 경우, 구조체 단열보강과 창호교체를 동시에 적용한 경우, 보강후 구조체나 교체한 창호의 열관류율이 신축기준에 부합하는 경우, 내단열이 아닌 외단열 보강한 경우, 조명밀도가 감소하여 조명에너지요구량이 감소한 경우, 기존건물의 에너지효율등급수준이 높지 않은 경우로 요약된다.

ECO2-OD에서 산출되는 에너지소요량이 감소되는 그린리모델링 적용항목은 건축부문의 벽체단열보강, 지붕단열보강, 바닥단열보강, 고성능 창 및 문, 설비부문의 고효율냉난방장치, 고효율보일러, 고효율조명, 신재생에너지, 급탕설비, 순간온수기 등이며, 건강성 향상에 필수항목인 폐열회수형환기장치는 에너지소요량이 증가하는 항목이다. 건물별 적용항목은 <표 5> 상단부, 에너지소요량 증감량은 <표 5> 하단부, 그린리모델링 전·후 설비특성은 <표 7>과 같고, 이를 [그림 2]에 요약해서 그래프로 표현하였다.

[그림 2] 
ECO2-OD반영 항목수와 그린리모델링 전·후 에너지소요량

[그림 2]는 대상건물의 그린리모델링 적용건수 중 ECO2-OD반영 항목수와 그린리모델링 전·후 에너지소요량으로, 에너지소요량 감소량이 큰 건물순으로 대상건물별 그린리모델링 전·후 에너지소요량을 막대로 표현하고 ECO2-OD에 반영되는 그린리모델링 항목수는 숫자를 기입하여 꺾은선으로 나타냈다. 설비교체정도는 건물전체~일부를 구분하여 표시하였고, 고효율냉난방장치 교체시 고효율이 아닌 일반장치를 선택한 경우를 구분하여 표시하였다. 설비 용량과 효율(COP)은 에너지소요량 감소에 긍정적인 영향을 미치는 변화는 청색으로, 부정적 변화는 적색으로 하고 감소정도가 클수록 진하게 표현하였다.

[그림 2]에서 보는 바와 같이 에너지소요량은 모든 건물에서 감소하였으나, 대체로 에너지요구량 감소량 순위가 높을수록, 설비 용량과 효율이 청색으로(긍정적 변화) 진하게(변화정도가 클수록) 표현된 개수가 많을수록, 태양광패널을 금번에 설치한 경우에 높은 것을 알 수 있다. 에너지소요량 감소량 8위와 9위인 건물은 기존에 태양광패널이 설치되어 있었고, 9위인 건물은 기존 에너지효율등급이 1+등급수준이었다.

에너지소요량의 감소량에 따라 건물을 구분해보면, 감소량이 가장 큰 그룹은 건물g,e(56.4, 46.3 kWh/㎡·yr)였으며, 이 두건물의 에너지효율등급은 1+등급수준이었다. 다음으로 큰 그룹은 건물d,c(41.9, 37.1 kWh/㎡·yr), 에너지효율등급은 건물d는 1+등급수준, 건물c는 1등급수준이었다. 중간정도인 그룹은 건물f,a,h(34.7, 32.9, 32.3 kWh/㎡·yr)였고, 에너지효율등급은 건물f,h는 1등급수준, 건물a는 2등급수준이었다. 감소량이 작은 그룹은 건물b,i(25.3, 13.0 kWh/㎡·yr)였고, 에너지효율등급은 건물b는 1등급수준, 건물i는 1+등급수준이었다.

대상건물의 금번 그린리모델링 적용건수 중 ECO2-OD반영 항목수는 일부적용을 포함하여 에너지소요량의 감소량이 큰 그룹은 6건, 다음으로 큰 그룹은 5, 6건, 중간정도인 그룹은 3~4건, 감소량이 작은 그룹은 5, 6건이었다.

분석결과, 에너지소요량 감소량이 가장 큰 그룹 2개건물은 에너지요구량 감소량이 2, 1위로 가장 컸으며 ECO2-OD반영 항목수는 6건으로 가장 많았다. 에너지소요량 감소량이 1위인 건물(g)는 에너지요구량 감소량은 2위였으나 EHP와 보일러의 효율이 개선되고 조명 용량 및 밀도가 크게 감소하였다. 에너지소요량 감소량 2위인 건물(e)는 에너지요구량 감소량은 1위였으나 건물일부(진료소)의 냉난방기기를 교체하였으나 건물전체적으로는 효율과 용량이 개선되지 못하였고 조명 용량 및 밀도도 증가하였다.

에너지소요량 감소량이 두 번째로 큰 그룹 2개건물은 에너지요구량 감소량이 5, 3위로 높은편이었으며 ECO2-OD반영 항목수는 5, 6건으로 많았고, 금번에 ‘신재생에너지 보급지원사업’을 통해 태양광패널을 설치하였다. 에너지소요량 감소량 3위인 건물(d)는 에너지요구량 감소량이 5위였으나, EHP로 교체하여 용량은 증가, 효율이 크게 개선되었고, 태양광패널 설치가 큰 영향요인으로 판단된다. 에너지소요량 감소량 4위인 건물(c)는 에너지요구량 감소량이 3위였고 태양광패널을 설치하였으나 냉방기를 냉난방기로 교체 및 신설하여 효율은 개선되었으나 대수가 증가하였고 용량도 크게 증가하였다.

에너지소요량 감소량이 세번째인 그룹 3개건물은 에너지요구량 감소량이 6, 9, 8위로 낮은편이었으며 ECO2-OD반영 항목수는 3~4건으로 가장 작았다. 에너지소요량 감소량 5위인 건물(f)는 에너지요구량 감소량은 6위, 교체한 냉난방기의 난방효율이 크게 개선되고 용량도 감소하였다. 에너지소요량 감소량 6위인 건물(a)는 에너지요구량 감소량은 9위였으나 냉방기 6대를 EHP 1대로 교체하여 용량은 증가하였으나 효율이 개선되었고, 조명 용량 및 밀도가 큰 폭으로 감소하였다. 에너지소요량 감소량 7위인 건물(h)는 에너지요구량 감소량은 8위였는데 냉방기 2대를 EHP 1대로 교체하여 효율은 개선되었지만 용량이 증가하였고, 조명 용량 및 밀도가 다소 감소하였다.

에너지소요량 감소량이 가장 작은 그룹 2개건물은 에너지요구량 감소량은 4, 7위였으며 ECO2-OD반영 항목수는 5, 6건으로, 기존에 태양광패널이 설치되어 있었다. 에너지소요량 감소량 8위인 건물(b)는 에너지요구량 감소량은 4위였으나, 교체한 EHP의 냉방효율은 개선되었으나, 용량이 크게 증가하였고, 조명 용량 및 밀도가 증가하였다. 이러한 설비는 교체하였으나 에너지효율이 개선되지 못한 요인보다는 태양광패널이 기존에 설치되어 있어 기존 건물의 에너지소요량이 적었던 것이 원인으로 판단된다. 에너지소요량 감소량이 최하위인 건물(i)의 경우 에너지요구량 감소량은 7위였으나 교체한 EHP의 용량이 약간 감소하였으나 효율은 개선되지 못했고, 조명 용량 및 밀도는 다소 감소하였다. 이 건물도 이러한 요인보다는 기존 건축물에 태양광패널이 설치되어 있었고 에너지효율등급이 1+등급수준이었던 것이 원인으로 생각된다.

이상에서, 그린리모델링 후 에너지소요량 감소량에 크게 영향을 미치는 요인은 건축부문 항목의 적용에 의한 에너지요구량 감소량과 금번 태양광패널 설치로 판단되며, 그 외 EHP·고효율보일러로 교체하여 용량과 효율 개선, LED조명의 용량 및 밀도의 감소가 영향요인으로 생각된다. 에너지소요량의 감소량이 커지지 못한 원인은 에너지요구량 감소량이 적은 경우, 기존에 태양광패널이 설치되어 있던 경우, 기존 건물의 에너지효율등급수준이 높은 경우, 그린리모델링시 폐열회수형환기장치 설치, 교체한 EHP의 용량과 효율이 개선되지 못한 경우, LED조명의 용량 및 밀도가 증가한 경우로 요약된다.