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• 넷제로 건축, 기술 통합으로 탄소중립의 문을 열다 연구자: 송수원 KICT 건축에너지연구본부 연구위원(넷제로 건축물 혁신 전략연구단) “건물 하나가 아니라 생태계를 만듭니다” 건축에너지연구본부 전략연구단 사무실에 들어서자 벽면 가득 붙은 시스템 다이어그램이 눈에 들어왔다. 외피, 냉난방, 환기, 제어... 각각의 박스들이 복잡하게 연결된 구조도였다. “저게 바로 우리가 풀어야 할 숙제입니다.” 연구단장의 설명이 시작됐다. 넷제로 건축물 혁신 전략연구단. 이름만 들어서는 고성능 창호나 태양광 패널을 개발하는 곳쯤으로 생각하기 쉽다. 하지만 이들이 추구하는 것은 전혀 다른 차원이었다. “우리는 부품을 만드는 게 아니라 오케스트라를 지휘합니다.” 연구원의 비유가 적절했다. 아무리 좋은 악기라도 따로 연주하면 소음일 뿐이다. 이들은 외피·설비·환기·제어 시스템이라는 ‘악기들’을 하나의 교향곡으로 만드는 일을 하고 있었다. 연구단의 목표는 명확하다. 에너지 자립률 100%, 즉 건물이 사용하는 만큼의 에너지를 스스로 생산하는 ‘±0kWh’ 건축물을 현실화하는 것. 그것도 실험실이 아닌 실제 도시공간에서 작동하는 기술로 말이다. 이를 위해 네 개의 핵심연구 분야를 운영 중이다. 차세대 에너지 융합형 외피 시스템, 에너지설비 통합 테스트베드, 건물 에너지 평가 기술, 그리고 디지털 트윈 기반 운영 최적화 기술이 그것이다. “기술 하나하나는 이미 존재합니다. 문제는 이것들이 함께 작동할 때 예상치 못한 일이 벌어진다는 거죠.” 연구원이 프로토타입 건물 사진을 펼쳐 보이며 말했다. 고성능 외피를 설치했더니 환기 부하가 예상보다 높아지고, 냉난방 시스템을 최적화하니 제어 시스템과 충돌하는 식이다. 바로 이 지점에서 이들의 연구가 시작된다. 완공 후 방치되는 고가 장비들 “제로에너지 건축물 준공식에 가보면 화려합니다. 최첨단 설비가 즐비하죠. 그런데 1년 후 다시 가보면...” 연구원이 쓴웃음을 지었다. 고가의 환기 시스템은 소음 문제로 꺼져있고, 정교한 제어 장비는 복잡해서 수동 모드로 전환돼 있는 경우가 부지기수란다. 건물 부문은 도시 에너지 소비의 최대 비중을 차지한다. 2050 탄소중립을 달성하려면 건물에서의 혁신이 필수다. 하지만 현실은 냉정했다. 지금까지의 제로에너지 건축은 개별 부품의 스펙 경쟁에 가까웠다. 고성능 창호가 좋다면 더 좋은 걸로, 단열재가 중요하다면 더 두꺼운 걸로. 하지만 부품을 아무리 업그레이드해도 시스템이 통합되지 않으면 의미가 없다. 더 큰 문제는 검증 인프라의 부재였다. 신기술을 개발해도 실제 건물 환경에서 제대로 작동하는지 확인할 방법이 없었다. 시뮬레이션과 실제 성능 사이의 간극은 컸고, 이는 기술 개발과 보급의 지연으로 이어졌다. “카탈로그 스펙은 완벽한데 막상 설치하면 기대에 못 미치는 경우가 많았죠.” 연구단이 주목한 건 바로 이 지점이다. 요소기술의 통합화와 신속 실검증. 그리고 설계 단계를 넘어 운영 단계까지 이어지는 성능 최적화. “기술을 개발하는 것만큼이나 그 기술이 실제로 작동하게 만드는 게 중요합니다.” 이들의 연구는 단순한 에너지 절감을 넘어 건축 산업 전반의 패러다임 전환을 촉발하는 작업이다. 기술이 상용화되면 국가 탄소중립 전략의 실질적 이행은 물론, 새로운 시장과 산업 생태계 확장까지 기대할 수 있다. “실험실이 아니라 실제 건물처럼 테스트합니다” 연구 초기, 가장 큰 난관은 ‘어떻게 실제 환경을 재현할 것인가’였다. 외피는 외피대로, 냉난방은 냉난방대로 개별 실험하는 건 어렵지 않다. 문제는 이것들이 실제 건물에서 동시에 작동할 때 벌어지는 복잡한 상호작용이었다. “처음엔 막막했습니다. 시뮬레이션만으론 한계가 있고, 그렇다고 실제 건물을 매번 지을 수도 없잖아요.” 연구진은 HILS(Hardware-In-the-Loop Simulation) 기반 실증 인프라라는 해법을 찾았다. 실제 하드웨어와 시뮬레이션을 연결해 건물 운영 환경을 그대로 구현하는 방식이다. 여기에 외피·설비·환기 시스템을 통합 평가할 수 있는 실검증 기술을 결합했다. 더 나아가 디지털 트윈 기반 자율운전 플랫폼도 개발 중이다. 건물이 완공된 후에도 실시간으로 성능을 모니터링하고 최적화하는 시스템이다. “설계 단계에서 완벽해도 실제로는 변수가 많습니다. 기후가 다르고, 사용 패턴이 다르니까요.” 이 플랫폼은 건물이 스스로 학습하고 적응하도록 만든다. 연구진은 이제 단순한 기술 개발을 넘어섰다. 기술의 실증과 검증, 그리고 적용 체계까지 함께 구축하고 있다. “우리가 만드는 건 매뉴얼입니다. 이 기술을 실제 현장에서 어떻게 쓸 것인가에 대한....” 오케스트라처럼 움직이는 연구팀 “각자 악기를 연주하지만, 모두 같은 악보를 봅니다.” 연구원들이 입을 모아 하는 말이다. 이 연구단의 가장 큰 강점은 바로 이 협업 구조에 있다. 외피 전문가, 설비 엔지니어, AI 연구자, 디지털 트윈 개발자. 각기 다른 배경을 가진 이들이 하나의 목표를 향해 움직인다. “제 기술이 완성되려면 저 팀의 데이터가 필요합니다. 그 팀도 마찬가지고요.” 기술들이 서로를 전제로 개발되는 구조다. 창호 성능을 개선하면 환기 시스템 설계가 달라지고, 제어 알고리즘이 바뀌면 설비 운영 전략이 조정된다. 이런식으로 각 기술이 독립적이지 않고 유기적으로 발전한다. 연구단은 단일 기관 프로젝트가 아니다. 국내외 연구기관, 대학, 해외 연구소가 참여하는 융합 연구 체계다. “처음엔 의사소통이 어려웠죠. 건축 용어와 에너지 용어가 다르고, AI 연구자들은 또 다른 언어를 쓰니까.” 하지만 시간이 지나면서 팀은 하나의 언어를 만들어 냈다. 지금은 회의 때 누가 어느 분야 전문가인지 구분이 안 될 정도라고 한다. “우리가 만드는 건 기술이 아니라 생태계입니다.” 연구단장의 마지막 말이 인상적이었다. 넷제로 건축물은 단순한 고효율 건물이 아니다. 도시와 건축문화 전체를 바꾸는 시작점이다. 그리고 이 연구팀은 그 변화를 뒷받침할 기술적 기반을 다지는 중이다. 부품이 아닌 시스템을, 실험이 아닌 현실을, 기술이 아닌 생태계를 만들어 가는 이들의 여정은 이제 바로 시작이다. 건축에너지연구본부 게시일2026-01-29 조회수 231
• 건물부문 탄소중립 촉진을 위한 데이터 통합관리 기반구축 사업 소개 연구자: 김덕우 KICT 건축에너지연구본부 수석연구원 들어가며 건물 부문에서 탄소중립을 실현하려면 각 건물의 에너지 성능을 높이고 에너지 낭비를 줄이며, 신재생 기술을 통해 에너지를 생산해야 한다. 앞으로는 이러한 고성능 기준을 만족하는 건물의 건축이 확대될 것으로 보이며, 제로에너지 인증 제도도 이에 맞춰 강화되고 있다. 그러나 신축이 아닌 기축 건물의 경우, 대부분이 준공 15년 이상 경과된 노후 건물로 전체 건축물의 약 75%를 차지한다. 이처럼 기존 건물을 어떻게 저비용으로 에너지 효율화(저탄소화)할 것인가는 관·산·학·연에 주어진 큰 과제이다. 재건축과 그린리모델링 사이에서 비용 효율적인 선택이 필요하며, 이를 위해 전국적으로 에너지 다소비 건물을 신속하게 선별하고, 실효적인 조치로 연결하는 것이 중요하다. 하지만 다소비 건물의 정의는 무엇이며, 그 수가 어느 정도인지에 대해서는 전문가들도 명확하게 답하기 어렵다. 다소비 건물의 선별 단순히 ‘에너지를 많이 사용하는 건물은 에너지 성능이 낮다’라고 단정하는 것은 성급하다. 이는 급배수, 취사, 사무기기, 전산실, 목욕탕 등과 같이 에너지 사용은 많지만 건물의 에너지 성능과 직접적인 관련이 없는 요소들 때문일 수 있다. 예를 들어, 음식점이나 데이터센터는 본래의 기능(서비스 제공)을 충실히 수행하는 과정에서 많은 에너지를 사용하는 경우가 많다. 또한 난방에너지 측면에서 보면, 강원도는 제주도보다 기온이 낮기 때문에 동일한 성능의 건물이라도 강원도의 에너지 소비가 더 많을 수밖에 없다. 이러한 지역적·기능적 차이를 통계적으로 고려해야 합리적인 기준에 따라 다소비 건물을 정의하고 판별할 수 있다. 즉, 다소비 수준을 합리적으로 판단하려면 에너지 소비에 영향을 미치는 다양한 요인을 다각도로 분석하고, 그에 근거한 객관적 평가가 이루어져야 한다. 주요 고려 요인으로는 기후 조건, 건축적 특성, 설비 및 운영 방식, 영업 형태, 재실자 특성, 주변 환경, 사회·문화·경제적 특성 등이 있다(그림 1). 이러한 요인을 종합적으로 반영해야만 건물의 에너지 소비 맥락을 온전히 이해할 수 있으며, 해당 건물이 에너지 다소비 건물인지 정확히 판단할 수 있다. 다소비 여부의 판단은 기준값(benchmark)과의 비교를 통해 이루어진다. 이 기준값은 해당 건물과 유사한 특성을 가진 또래 집단(peer group)의 에너지 소비 분포를 기반으로 설정되며, 그룹화의 적절성은 평가 결과의 신뢰성을 좌우한다. 이러한 또래 집단은 앞서 언급한 다양한 요인을 반영해 구성되며, 집단 내 건물들의 유사성이 높을수록 평가의 정확도도 높아진다. 결과적으로, 에너지 사용량과 영향 요인이 잘 연계·통합된 데이터 세트가 구축된다면, 보다 신뢰성 높게 다소비 건물의 선별 평가를 쉽고 빠르게 수행할 수 있다. 파편화된 데이터와 통합관리 기반 구축 국토교통부, 행정안전부, 교육부, 문화체육관광부, 보건복지부 등 여러 부처에서는 행정 이행의 부산물로써 각각 다른 목적에 따라 다양한 영향인자 정보를 생산 및 개방하고 있다. 공공데이터포털 등에서 일부 데이터를 찾을 수는 있지만, 정보가 여러 기관에 파편화되어 있어 접근이 어렵고, 설명 또한 부족한 경우가 많다. 일부 데이터는 부처의 승인 없이는 원본 확보가 불가능하다(예: 국가건물에너지통합DB,건물 3D 모델 정보, 전국사업체총조사, 세대원 구성 정보, 카드사 매출 정보 등). 이처럼 이질적인 데이터를 이해하고 결합·분석하는 작업은 매우 복잡하고 부담이 크다. 대부분의 경우, 연계·통합 과정에서 어려움으로 인해 시도 자체가 중단되거나, 데이터를 확보하더라도 실질적인 분석으로 이어지지 못한다. 현재는 연구소, 대학, 기업 등 여러 기관에서 데이터 수집·연계·분석을 시도하고 있으나, 시간과 비용, 기술적 난이도 등의 한계로 인해 대부분 시범 수준에 머물고 있다. 이러한 산·학·연 데이터 생태계의 발전을 저해하는 문제를 해결하고자, ‘건물부문 탄소중립 촉진을 위한 데이터 통합관리 기반구축 사업(Project DataNet)’이 출범했다(신혜리 외, 2024). 이 사업은 건물 부문 탄소중립을 가속화하기 위한 국가 데이터 프레임워크를 제안하고, 이를 기반으로 한 전국 단위 통합관리 시스템을 실증하는 것을 목표로 한다(그림 2). 이 프레임워크는 파편화된 데이터를 식별·가공·연계·통합하고, 이를 바탕으로 에너지 소비 수준을 평가하는 모델을 개발하는 것을 포함한다. 앞서 언급한 기상, 건축, 설비, 운영, 영업, 사용자, 주변 환경, 사회·문화·경제적 특성 등의 정보가 건축물대장을 기준으로 통합되며, 이 중 중요도가 높은 3종의 건물 특성 지표가 추출된다. 이렇게 구축된 방대한 영향인자 데이터셋을 기반으로 통계적 평가 모델이 개발되며, 적정 에너지 소비 수준을 시범적으로 평가 할 수 있다. 또한, 데이터 활용을 위한 시각화 도구인 ‘데이터 심층 뷰어(DeepView)’도 구현된다. 이 모든 요소가 한데 모여 I-BED(Infrastructure for Building Energy Data management) 관리 시스템이 완성된다. 3종 주요 지표 중, 형태·음영 지표는 이동혁·김덕우(2024), 공간혼합 지표는 Choi et al. (2025), 에너지 패턴 지표는 Kim et al. (2022, 2024)을 참고하면 된다. 에너지 소비 평가 모델 중 교육시설은 김한주 외(2024), 영유아 시설은 최광원 외(2024), 공동주택은 김지형 외(2024)에서 시범적으로 제시하였으며, 병원·도서관·업무시설 등은 현재 개발 중이다. I-BED 시스템의 백엔드 개념 설계는 김어진 외(2024)의 연구를 참고할 수 있다. 맺음말 건물 부문의 탄소중립을 촉진하려면 전국 건물 단위의 고품질 데이터 확보가 가장 우선되어야 한다. 이러한 데이터는 단순한 현황 파악을 넘어, 에너지 소비의 맥락을 고려한 합리적 평가를 가능하게 한다. 이를 체계적으로 관리하기 위한 데이터 관리 시스템의 구축 또한 필수적이다. 이러한 세 가지 축(데이터 확보, 평가 모델, 관리 시스템)이 유기적으로 구축되어야, 전국 단위의 에너지 다소비 건물 선별과 지역 단위 그린리모델링 사업자와의 연계를 통해 신속한 개보수 조치로 이어질 수 있다. 나아가, 선별과 조치가 순환되는 구조가 정착되면 건물 부문의 탄소중립이 실질적으로 가속화될 수 있다. 정책적으로는, 소관 부처의 제로에너지빌딩 및 그린리모델링 관련 의사결정 과정에서 데이터 기반의 정밀한 검토와 숙고가 가능해질 것이다. 또한, 전국 개별 건물의 에너지 소비 수준을 효율적으로 관리할 수 있어 다소비 식별–점검–지원–관리의 환류 체계가 정립될 수 있다. 과학기술적으로는, 증거 기반의 객관적 성능 평가가 가능해짐에 따라 실측 소비량 기반의 평가 신뢰성이 크게 향상될 것이다. 이러한 신뢰성 확보는 경제적 파급 효과로도 이어져, 에너지 다소비 건물에 대한 진단 및 효율화 시장의 활성화는 물론, 데이터 기반의 신산업 창출도 기대할 수 있다. 참고자료 김어진, 최영, 송병권, 신혜리, 김덕우, 김용성(2024) Performance Analysis of Kubernetes-Based Data Distribution Service. 한국통신학회논문지, 49(10), 1458-1465. 김지형, 김선인, 박영준, 김덕우, 김의종(2024) 공동주택 비에너지 공공데이터와 용도별 연간 에너지 사용량 상관성 분석. 설비공학 논문집, 36(12), 606-618. 김한주, 주형빈, 김덕우, 허연숙(2024) 교육시설 에너지 벤치마킹을 위한 연간 기저 및 난방 에너지 영향 인자 분석. 한국건축친환경설비학회 논문집, 18(6), 491-501. 이동혁, 김덕우(2024) 건물 음영 지표 개발용 데이터베이스 구축을 위한 GIS 기반 도시 단위 EnergyPlus 시뮬레이션. 한국건축친환경설비학회 논문집, 18(2), 85-97. 신혜리, 김혜기, 김덕우(2024) 데이터넷: 건물부문 탄소중립 가속화를 위한 건물 에너지 및 영향인자 정보의 통합관리 기반 구축 . 한국건축친환경설비학회 논문집, 18(6), 564-575. 최광원, 박진형, 김덕우, 조재완(2024) 개방형 공공데이터를 활용한 영유아 시설의 에너지 소비 성능 평가를 위한 회귀 모델 개발 . 태양에너지(한국태양에너지학회 논문집), 44(6), 35-48. Kim D-W, Ahn K-U, Shin H, Lee S-E. (2022) Simplified Weather-Related Building Energy Disaggregation and Change-Point Regression: Heating and Cooling Energy Use Perspective. Buildings, 12(10):1717. Kim HG, Lee SE, Kim D-W (2024) Impact of calendarization on change-point models, Energy and Buildings. Volume 303, 113803. Sebin Choi, Dong Hyuk Yi, Deuk-Woo Kim, Sungmin Yoon(2025) Multi-source data fusion-driven urban building energy modeling, Sustainable Cities and Society, Volume 123, 106283, ISSN 2210-6707, https://doi.org/10.1016/j.scs.2025.106283. 건축에너지연구본부 게시일2025-09-25 조회수 180
• 전기요금, 이렇게 줄일 수 있다! 대기전력을 줄여 전기요금 아껴주는 스마트 분전반 개발 건축에너지연구본부 게시일2025-07-01 조회수 207
• 건축물 에너지 자립을 위한 태양광 해법 건축물 에너지 자립을 위한 태양광 해법 - 건축물 에너지 자립률 향상을 위한 프리패브 지붕일체형 태양광 유닛 시스템 ▲ 김용기 KICT 건축에너지연구소 연구위원 프리패브(Prefab) 지붕일체형 태양광 유닛 시스템은 건축과 태양광 발전을 결합한 혁신적인 시스템이다. 이 시스템을 도입하면 건물 지붕 자체가 발전 기능을 갖추고 있어 태양광 패널을 별도로 설치하지 않아도 에너지 자립이 가능해진다. 에너지 자립은 곧 에너지 안보, 환경 보호로 이어지므로, 지속 가능한 미래를 위한 최선책으로 꼽히고 있다. 건축물 에너지 자립률 향상을 위한 프리패브 지붕일체형 태양광 유닛 시스템 기술에 관한 소개를 간략하게 부탁드립니다. 프리패브 지붕일체형 태양광 유닛 시스템 기술은 공장에서 태양광 모듈 여러 장을 한 개의 유닛으로 구성하고, 지붕재 기능을 할 수 있도록 단열재, 방수시트 등을 일체화한 시스템입니다. 이를 이용하면 현장에서 신속하고 안전하게 태양광 모듈을 설치할 수 있다는 장점이 있죠. 더불어 이를 통해 화재 안전 성능, 단열 성능, 방수 성능 등이 보강될수 있고, 충분한 통풍 공간을 확보해 여름철 태양광 발전 효율 상승 등의 효과를 얻을 수 있습니다. 그리고 무엇보다도 프리패브 방식을 이용하면 공장 지붕재 및 태양광 모듈 설치 기간을 대폭 줄여 시공 비용을 절감할 수 있다는 장점이 있습니다. 태양광 유닛 시스템 기술 연구를 시작하게 된 배경이 있을까요? 건물에서의 탄소 배출량을 줄이기 위해서는 건물 에너지 수요 관리 기술과 건물에서의 에너지 생산 기술이 조화롭게 도입되어야 합니다. 그동안 건물에너지관리시스템(BEMS:Building Energy Management System)에 관한 연구를 수행하였고, 수년 전부터는 수요 관리 기술과 더불어 건물 에너지 생산 기술 연구도 병행하고 있습니다. 건물에서 재생에너지를 생산할 수 있는 대표적인 기술은 태양광 발전 기술입니다. 이에 따라 건물 에너지 자립률 향상을 위해 태양광 발전이 증가하는 추세입니다. 건물 태양광은 옥상, 벽체, 지붕에 태양광 모듈을 설치함으로써 태양광 발전을 위한 부지가 필요 없고, 전기 계통 연계가 용이하다는 특징이 있습니다. 하지만 이러한 많은 장점에도 불구하고, 건축적인 측면에서 보면 일부 시설의 경우 건물 경관이 훼손되고 지붕 누수 등의 문제점을 일으킬 수도 있다는 단점이 있습니다. 최근 이러한 문제점을 해결하기 위하여 건물 일체형 태양광 발전(BIPV: Building Integrated Photovoltaic) 시스템이 보급되고 있으나, 설치 비용이 비싸다는 문제가 있는데요. 이러한 문제점을 해결할 수 있는 경제적인 BIPV 시스템을 연구하게 되었습니다. 기존 건물 태양광 발전 기술과 프리패브 지붕일체형 태양광 유 닛 시스템 기술은 어떤 차별성을 두고 있을까요? 일반 건물 태양광 모듈 설치 방법은 평지붕에 구조물을 활용하여 설치하거나 공장, 창고 등의 샌드위치 패널에 태양광 모듈을 부착시키는 방법을 활용합니다. 이러한 방법의 경우 건물 미관을 해치거나, 내풍 성능 저하 및 누수 등이 발생할 수 있습니다. 현장에서 설치하는 건물일체형 태양광 발전 시스템의 경우 설치 과정이 복잡하고, 시공 기간이 길어져 비용이 상승하는 문제점이 있고요. 반면 프리패브 지붕일체형 태양광 유닛 시스템 기술은 공장에서 단열재, 방수시트, 태양광 모듈을 일체화하여 1개의 유닛으로 제작하고, 유닛과 유닛의 체결 구조로 단열재가 충전된 암수구조를 적용함으로써 지붕재의 성능을 향상할 수 있습니다. 또 현장 시공 기간을 최대한 단축함으로써 태양광 설치비용을 절감할 수도 있죠. 특히 공장에서 유닛을 생산하기에 대량생산 체계를 통한 규격화된 품질 확보도 가능합니다. 앞으로 이루고자 하는 연구 성과나 목표가 있다면 말씀 부탁드립니다. 내년에는 보급형 프리패브 BIPV 지붕 유닛 시스템을 개발하고자 합니다. 또한, 산업통상자원부-한국에너지기술평가원 지원의 ‘건물 수명주기를 고려한 장수명 BIPV 모듈 개발’ 과제에 참여함으로써 공동주택 입면 및 벽체에 적용할 수 있는 장수명 BIPV 시스템을 개발할 계획입니다. 개발된 기술은 관련 기업으로의 기술이전을 통해 상용화될 것이며, 이를 통해 건물 에너지 자립률 향상 및 제로에너지건축물 활성화에 기여하는 것을 목표로 두고 있습니다. 건축에너지연구본부 게시일2025-02-24 조회수 1321

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