1.1 연구 배경

전 세계적으로 급속하게 도시화가 진행 중이며, 도시에 거주하는 인구 비율은 2014년 54%에서 2050년 66%정도가 될 것으로 예측된다⁽¹⁾. 도시화에 따른 인구 증가는 도시의 에너지와 환경문제를 일으키고 있어도시 단위의 에너지 소비 저감 및 탄소배출이 중요한 문제로 부각되고 있다⁽²⁾. 우리나라는 파리기후협약에 따라 2030년까지 온실가스배출전망치(BAU, Business As Usual) 대비 37%의 온실가스 감축 정책을 시행하고 있다⁽³⁾. 건축물 부분은 2018년 온실가스 로드맵 수정에 따라 당초 18.1%에서 32.7%로 28.7백만톤을 추가로 감축하기로 하였다⁽⁴⁾. 국토교통부에서는 2019년 6월 ‘제로에너지건축 보급 확산 방안’을 발표하여 제로에너지건축을 단계적 의무화하고, 지구단위 제로에너지 시범사업을 추진 중에 있다⁽⁵⁾. 영국 에너지 기업인 BP(The British Petroleum Company)에서 발표하는 전 세계 에너지 통계 보고서(BP Statistical Review of World Energy)에 따르면, 2018년 우리나라의 1차 에너지 소비량은 301,000,000 TOE(tonnage of oil equivalent)이며, 2017년 대비 1.3% 증가했다. 전 세계 소비량의 2.2%를 차지하고 있으며, 2007년에서 2017년까지 10년간 2.3%씩 증가했다. IEA(International Energy Agency)의 World Energy Outlook 2018에 의하면 건물 및 건설부문의 에너지소비량은 36%이며, 이산화탄소 배출량은 40%로 건물부문의 에너지절약 및 온실가스 배출감소가 상당한 비중을 차지한다⁽⁶⁾.

건축분야는 제로에너지건축물(Zero Energy Building, 이하 ZEB) 인증기준에 따라 단계적으로 의무화 추진 중에 있어 에너지소비 저감이 가능하지만, 도시단위의 제로에너지에 대하여는 정량적인 기준의 부재로 새로운 에너지 분석이 필요하다. 이에 본 연구는 제로에너지도시(Zero Energy City, 이하 ZEC)의 시범도시를 대상으로 에너지의 정량적인 수준을 제시하고자 다양한 신재생에너지원의 적용을 가정하여 에너지자립률 분석 사례를 연구하였다.

1.2 연구의 목적 및 방법

본 연구에서는 도시단위 제로에너지의 에너지자립률 분석의 실증 결과를 제시함으로써 ZEC의 정량적 사례를 공유하는 목적이 있다.

ZEB의 정의, 인증기준 및 관련 법령을 고찰하고, 건축물의 에너지자립률을 산정하기 위해 건축물에너지효율등급 기준의 건축물 용도에 따른 단위면적당 1차 에너지 소비량을 예측하였으며, 단위면적당 1차에너지 생산량은 대지 내(On-site) 최소 법적 수준을 감안하여 산출하였다. 도시단위의 에너지자립률은 건축물 에너지자립률과 도시에 적용 가능한 신재생에너지원에 따른 에너지자립률을 분석하여 산정하였다.

2.1 ZEB 에너지자립률 산정기준

2.1.2 ZEB 관련 법령 기준

ZEB와 관련한 법령은 ‘신에너지 및 재생에너지 개발ㆍ이용ㆍ보급 촉진법 시행령’, ‘건축물 에너지효율등급 인증 및 제로에너지건축물 인증기준’, 에너지절약형 친환경주택의 건설기준, 경기도 녹색건축 설계기준을 근거로 한다⁽¹²⁾.

Fig. 1. ZEB-related law standards

2.2 ZEC 에너지자립률 산정기준

도시 내 건축물의 에너지 소비패턴의 변화와 도시의 신재생에너지원의 도입에 따른 새로운 도시에너지 자립률 예측이 필요하다. ZEC에 대한 도시단위의 에너지자립률은 별도의 인증기준은 없으며, 녹지, 공원 등 도시 인프라에 신재생에너지원을 적용하여 에너지자립률을 산정하였다.

3.1 사례대상 개요

본 연구에서 실증사례로 소개한 제로에너지도시는 한국토지주택공사(이하 ‘LH')의 공공주택지구로서 경기도 일원에 약 80만㎡의 제1종일반주거지역, 자연녹지지역이며, 주택은 약 6,800가구, 인구는 약 16,000명 규모이다. 입지는 역세권으로 접근 편의성이 우수하나, 에너지 입지를 고려하면, 유휴부지, 녹지면적이 적어 도시의 에너지 생산 등이 제한적이다.

3.2 에너지자립률 분석

ZEB의 에너지자립률은 식(1)에 따라 1차 에너지 생산량 및 소비량을 산정하여야 한다⁽⁸⁾. 건축물의 On-site와 Off-site의 1차 에너지생산량의 산출근거 및 대상 건축물은 표 3과 같다. On-site 태양광 설치 가능 용량은 건축물 옥상면적 중 5시간 이상 일조를 만족한 면적을 대상으로 옥상 전체 면적의 60%까지 적용하였다. Off-site에 대하여는 공용부지 면적에 대한 태양광 비율로 약 10% 적용하여 산출하였다.