건물 에너지 모델링으로 비용은 줄이고 지속가능성은 높여

3BL미디어는 29일(현지시각) 일반 건물은 물론 공장을 건설할 때 에너지 모델링을 통해 비용을 절약하는 방법을 소개했다. 이 방법은 LEED 공인하는 기계 엔지니어 닉 도브(Nick Dove)와 에너지와 지속 가능성 전문가인 제프 웨그너(Jeff Wegner)가 추천했다.

LEED(Leadership in Energy and environmental Design)는 미국 그린빌딩위원회(US Green Building Council)에서 개발 및 시행하고 있는 친환경 건축물 인증제도다.

도브와 웨그너에 따르면, 프로젝트 소유자 중 소수(10~20%)만이 제조 시설을 설계할 때 에너지 모델링을 활용한다고 한다. 따라서 대부분의 기업은 에너지 소비를 줄이고 그에 따른 운영 비용을 줄이는 방법으로 에너지 효율성을 모델링할 기회를 놓치고 있다는 게 이들의 주장이다. 

건물 에너지 모델링은 제조 시설 설계 중에 건물, 공정 장비, 지원 기계 시스템의 에너지 사용을 정량화하고 최적화하는 작업이다. 에너지 소비 외에도 최대 연료 수요, 탄소 배출량, 물 사용 및 재생 가능 에너지에 대한 추정치가 포함된다.

그러나 건물주가 가장 궁금해하는 것은 에너지 모델링의 비용을 얼마나 회수할 수 있는지 이다. 두 전문가는 에너지 모델 시운전 비용을 3년 이내에 회수해야 한다고 주장한다.

실제로 에너지 모델링 비용과 예상 에너지 절감액을 비교하면 상업용 건물의 경우 일반적인 투자 회수 기간은 2개월 미만이라고 한다. 또한, 건물 유형에 따라 에너지 모델링이 적용되는 방식이 다르다. 기업 본사와 같은 상업용 건물의 경우 건물 외피는 에너지 지출에 큰 영향을 미치며 내부 열 취득은 낮다.

이러한 이유로 상업 부문의 에너지 모델링은 건축에 초점을 맞추는 경향이 있다. 유리 및 재생 가능 에너지의 사용이 중요하며, 상업 프로젝트에서는 LEED 인증을 목표로 할 가능성이 높다.

LEED인증은 미국 녹색건축위원회(USGBC)에서 개발한 국제적으로 인정받는 녹색건물 인증제도다. 레벨 1부터 4까지 네 가지 레벨이 있다. 가장 우수한 건물에는 레벨 4(플래티넘 인증)를 수여한다.

LEED 인증은 에너지 소비와 친환경 에너지 공급 여부에 큰 영향을 미치지만 위치, 물, 건물 거주자의 건강과 같은 측면도 고려한다. 예를 들어 유리창, 외부 전망, 실내 공기 질에 초점을 맞추면 실제로 에너지 사용이 증가할 수 있다고 한다. 따라서 LEED 점수 추구와 함께 에너지 모델을 실행하면 에너지 사용 증가와 같은 부작용을 조기에 식별할 수 있다.

두 전문가는 건물을 짓기 위한 부지 선택이 프로젝트의 유틸리티 비용에 8000만 달러(약 1059억원)까지 영향을 미친 사례가 있다. 이 사례는 기사 하단에 있는 사례연구에 나와 있다.

부지 이외에도 고려해야 할 사항은 ▲설비 유형 비교 ▲다양한 제조업체의 장비 비교 ▲총소유비용(TCO) ▲최적화 제어 등이다.

또한, 건물 에너지 모델링이 기업의 지속 가능성 목표도 지원할 수 있다. 탈탄소화 대안의 문제점 중 하나는 비용이 더 많이 든다는 것이다. 그러나 에너지 모델을 사용하고 시스템 규모를 적절하게 조정하면 10%의 에너지 절감이라도 대규모 제조 시설에서는 상당한 비용 절감으로 이어질 수 있다고 한다. 게다가 건물 에너지 모델링은 탄소 소비를 예측할 수도 있다고 한다.

그럼, 건물 에너지 모델링은 어떻게 작동하는 것일까?

기계 엔지니어는 장비 에너지 부하를 계산하여 프로세스의 에너지 사용 상한선 또는 최고치를 고려하여 설비의 규모를 조정한다.

이러한 부하를 고려하여 기계 엔지니어는 냉각기나 보일러의 적절한 크기를 추정한다. 소프트웨어 및 HVAC 부하 계산을 사용하여 일반적으로 플랜트의 최대 부하가 사용 가능한 용량을 초과하지 않도록 한다.

에너지 모델러는 에너지 사용을 계산하기 위해 기계 엔지니어와 다른 사고와 방법론을 쓴다. 에너지 모델러는 8760 에너지 모델을 사용하여 설비의 최적 지점을 찾으려고 노력한다.

8760 모델은 1년의 시간을 나타내며, 대부분의 시간에 필요한 것이 무엇인지에 대한 보다 정확한 평가를 입증하기 위해 일년 내내 각 시간에 대한 에너지 사용을 시뮬레이션 한다. 필요하면 5분마다 건물의 에너지 사용을 시뮬레이션 한다.

에너지 모델러는 이 세부 데이터를 사용하여 규정 에너지 사용 사양 또는 LEED 요구 사항을 충족하도록 설비의 규모를 적절하게 조정한다. 에너지 모델러는 보다 현실적인 운영 일정을 고려한다.

기계 엔지니어의 전문 지식과 에너지 모델러의 전문 지식을 결합하면 보일러, 냉각기, HVAC 시스템과 같은 값비싼 설비의 크기를 적절하게 조정하여 건설 전에 자본 비용을 즉시 줄일 수 있다. 그리고 열 회수 냉각기(HRC)와 같은 설비의 경우 크기를 줄이면 실제로 더 효율적으로 작동할 수 있다.

끝으로 두 전문가가 추천하는 에너지 모델을 최대한 활용하는 방법은 ▲디자인 초기에 에너지 모델링을 시작하라 ▲건축가, 엔지니어 등 모든 분야의 의견을 수집한다 ▲건물 에너지 시뮬레이션을 해본다 ▲에너지 모델 출력을 활용하는 방법을 결정한다.

두 전문가는 자신들의 건물 에너지 모델은 고객이 시설에서 수십억을 절약하는 데 도움이 됐다고 주장한다. 실제 사례 3개를 다운로드 받을 수 있다.