서 론

2015년 채택한 파리협정을 통해 국제사회는 기후위기 대응을 위한 첫걸음으로 각국의 장기 저탄소 발전전략과 국가 온실가스 감축목표를 제출하였다. 한국 정부는 2015년 6월 국가 온실가스 감축목표를 제출한 이후 ‘2030 국가 온실가스 감축 수정로드맵(2018년 7월)’을 마련하고 ‘저탄소 녹색성장 기본법 시행령’을 개정(2019년 12월)하는 등 감축목표 이행을 위해 노력해왔으며(Lee, 2012), 이를 바탕으로 ‘2030 국가 온실가스 감축목표 상향안(2021년 10월)’을 마련하였다. 상향안에 따르면 2030년까지의 국가 감축 목표는 2018년 국가 온실가스 총배출량(727.6백만톤) 대비 40%(291백만톤)이며, 이 중 건물 부문은 12%(38백만톤)이다(2050 Carbon Neutrality Committee, 2021).

건물 부문에서는 온실가스 감축목표 달성을 위해 2025년 제로에너지 건축물 의무화, 신축건축물 허가기준 강화, 기존 건축물 그린리모델링 활성화 등을 추진하고 있다. 건축물의 에너지 효율화를 위한 각종 정책 및 제도가 활발하게 시행되기 위해서는 건축주, 설계자, 건물관리자, 사용자 등 관련 이해관계자들에게 에너지 효율화 관련 정보를 제공할 필요가 있다. 유럽연합 및 미국 등은 에너지 효율적 건축물 설계 및 리모델링 의사결정을 지원하기 위한 국가 시스템을 개발하여 제공하고 있다. 국내에도 공공기관에서 운영 중인 ‘그린투게더’라는 포털 서비스가 있으나 건축물 운영 단계의 간단한 정보를 단순하게 제공한다는 한계점이 있다.

본 연구에서는 신뢰성 있는 공적 지원체계 개발을 목표로 국내외 건축물 에너지 관련 서비스를 벤치마킹하여, 다양한 이해관계자들의 건축물 에너지 효율화 의사결정을 돕는 ‘건축물 에너지 통합지원시스템’을 구축하였다. 건축물 에너지 분야의 연구원을 중심으로 관련 공공기관, 중소기업 및 학교에서 연구에 참여하여 시스템을 개발하고 관련 데이터를 연계 및 구축하였으며 웹사이트로 구현하였다. 또한 본격적인 사용에 앞서 통합지원시스템의 서비스 사용성 평가를 위한 알파테스트 및 베타테스트를 수행하였다(KICT, 2019).

국내외 건축물 에너지 데이터 기반 서비스 동향

국내외 동향

세계 주요 선진국에서는 에너지효율 향상을 통한 온실가스 감축을 위해 국가 차원의 노력을 하고 있으며, 건물분야의 경우 국가차원의 건축물 에너지 사용량 데이터베이스를 구축하고, 데이터 기반의 서비스를 제공하고 있다.

미국 에너지성(U.S. Departement Of Energy)은 상업용, 주거용 건축물의 에너지 관련 특성에 대한 데이터 세트로 BPD (Building Performance Database)를 구축하였으며, 구축된 데이터의 에너지 성능, 물리적·운영 특성을 통계적으로 분석하여 제공하고 있다. 데이터는 익명화 과정을 거쳐 제공되며, 건축물 유형, 지역, 건축물 특성 등 약 35개 이상의 조건을 사용자가 직접 선택하여 데이터를 조회하거나 두 그룹간의 데이터를 비교분석 할 수 있는 기능을 제공한다(U.S. Department of Energy, 2021c). 또한, 건축물 에너지 성능 데이터를 쉽게 관리하고, 데이터를 사용하여 의사결정을 지원하기 위한 플랫폼인 SEED (The Standard Energy Efficiency Data Platform) 플랫폼을 운영하고 있다. SEED 플랫폼은 ENERGY STAR Portfolio Manager, Home Energy Score, Building Energy Asset Score 등 다양한 소스의 데이터를 결합, 분석하는 기능을 제공하며, API를 통해 건축물의 에너지 성능 벤치마킹, 에너지 효율 개선 성능평가 툴에 데이터를 제공 한다(U.S. Department of Energy, 2021d).

유럽의 경우 EUROPEAN DATA PORTAL을 통해 유럽전역의 국가에서 생산된 데이터를 제공하고 있으며, 에너지 분야의 경우 가스, 전기, 물 사용량 등 6,900여개의 데이터 세트를 제공하고 있다(The official portal for European data, 2021). 또한, BRP (Building Renovation Passports) 사업을 통해 개별 건축물의 에너지 성능, 리노베이션, 건축물 주거 품질, 건축물의 내구성, 안전성 등의 데이터를 수집하고 있으며, Logbook 이란 데이터베이스를 구축하고, 개별 건축물의 이력관리를 하고 있다(BPIE, 2016).

이 외에도 주요 선진국에서는 다양한 건축물 에너지 효율화와 관련된 플랫폼 및 프로그램을 개발하여 제공하고 있다. 정보 제공, 에너지성능 평가, 경제성 평가, 최적화, 데이터베이스 등의 기능을 건축물 유형을 구분하여 사용자 수준에 따라 제공하며 그 내용은 Table 1과 같다.

국내의 경우 건축데이터 민간개방 시스템을 통해 건축데이터 및 국가 건축물에너지관리시스템을 통해 수집한 전기, 가스 사용량 데이터를 제공하고 있으며, 한국부동산원에서 운영 중인 녹색건축포털 그린투게더를 통해 녹색건축 제도 관련 정보 및 실무업무 지원 서비스를 제공하고 있다(Lim and Lee, 2019). 한국전력은 전력데이터 개방 포털시스템을 통해 전력사용량에 대한 주요 통계자료를 제공하고 있으며, 파워플래너, Energy Care@Home 등 모바일 어플리케이션을 통해 전력 사용량 및 요금 기반의 정보 제공을 하고 있다. 민간에서는 통신사에서 통신망을 이용한 에너지 관리 플랫폼을 구축하고 서비스를 제공하고 있다. KT는 AI분석 플랫폼을 통한 빌딩 및 공장 대상의 지능형 건축물에너지 관리 솔루션을 제공하는 서비스를 제공 중 이며, SKT의 경우 클라우드 기반 에너지관리 플랫폼을 구축하여 빌딩 및 공장 대상의 에너지 사용 현황 분석을 통한 최적화를 지원하는 서비스를 제공 중에 있다(KT Enterprise, 2021). LG 유플러스의 경우 IoT 기반 전기사용량 및 예상 요금 정보를 제공하는 전기료미터 서비스를 제공 중에 있다.

국외 선진국의 경우, 건축물 에너지 효율화를 위해 데이터 기반의 진단, 평가, 이력관리 등 다양한 서비스를 제공하고 있으나, 국내의 경우 공공데이터 포털 및 건축데이터 민간개방 시스템 등을 통해 건축물에너지 데이터를 제공하고 있지만, 데이터 기반의 서비스는 에너지 사용량 및 요금 데이터 비교에 그치는 수준이다.

건축물 에너지 통합지원시스템

시스템 개요 및 컨텐츠 구성

본 연구에서 구축한 ‘건축물 에너지 통합지원시스템(이하 통합지원시스템)’은 건축물 기본 정보(주소, 용도, 연도 등)와 다양한 건축물 에너지 관련 정보(정책, 자재, 기술, 성능 등)를 연계한 웹기반의 공적 지원체계 및 시스템이다(Oh et al., 2019). 통합지원시스템은 건축물의 설계·시공·운영·리모델링·재건축 등 건축 행위의 여러 단계에서 건축 활용주체들(일반인, 전문가 등)에게 필요한 최적 정보와 효과 분석 등의 결과를 제공하여 에너지 효율화 관련 의사결정을 지원하도록 구축되었다.

통합지원시스템은 개발 컨텐츠 및 서비스 특성에 따라 Table 2와 같이 메인 시스템, 연계 시스템으로 구성하였다. 메인 시스템은 통합지원시스템에 직접 탑재되어 구현된 시스템으로 3개 컨텐츠로 구성하였다. ‘건축물 맞춤 정보 가이드’ 는 건축물의 기본 정보와 관련 정책 및 우수 기술 등의 맞춤형 종합 정보를 제공한다. ‘에너지 자가 진단’은 기존 공동주택과 업무시설을 대상으로 에너지 성능수준 비교 및 취약부분 개선 가이드를 제공한다. ‘에너지 효율 가이드’는 신축 및 기존 건축물을 대상으로 에너지 성능을 간이 평가하고 그 결과를 토대로 사용자가 선택한 효율화 대안을 평가하거나 판단 기준에 부합하는 효율화 대안을 탐색하는 기능을 제공한다. 주요 컨텐츠인 ‘에너지 자가 진단’, ‘에너지 효율 가이드’에서는 사용자가 비교 분석 및 평가한 결과를 최종 레포트(Building Energy Check) 형태로 제공하며, 최종 레포트는 별도로 저장 및 출력이 가능하다.

연계 시스템은 통합지원시스템에 별도의 포털로 링크를 통해 연계하였으며 2개의 컨텐츠로 구성하였다. ‘K-RBM (Korea Registration Portal of Building Materials)’ 는 에너지 자재·설비 등록 포털로 건축물 에너지 관련 자재 및 설비를 등록하고 검색할 수 있다. ‘KDBEIS (Korea detailed Building Energy Information System based on in-situ measurements)’는 계측기반 상세 에너지정보 시스템으로 200개의 공동주택 세대와 85개의 업무시설을 대상으로 상세 용도별 에너지사용량을 계측 및 분석하여 원단위 통계 값과 패턴을 제공한다.

Figure 1은 웹으로 구현한 통합지원시스템 및 세부 컨텐츠들의 대표 화면으로, 좌측은 통합지원시스템의 메인 화면, 우측은 에너지 효율 가이드의 최종 출력 레포트인 Building Energy Check이다.

Figure 1.

Representative screen of Building Energy Integrated Support System

세부 서비스

통합지원시스템 메인 시스템은 ‘건축물 맞춤 정보 가이드’, ‘에너지 자가 진단’, ‘에너지 효율 가이드’의 3개 컨텐츠와 하위 6개 서비스로 구성하였다. 메인 시스템에서 제공하는 3가지 컨텐츠는 정보 제공, 에너지성능 평가, 경제성 평가, 최적화 등의 기능을 제공하며, 각 컨텐츠별 대상 건축물 유형, 사용자 수준 및 주요 특징은 Table 3과 같다.

‘건축물 맞춤 정보 가이드’ 컨텐츠는 ‘건축물 기본정보’, ‘건축물 에너지 법령 정보’, ‘저에너지 우수 건축물 및 기술 정보’ 서비스로 구성하였다. ‘건축물 기본정보’ 서비스는 개별 건축물의 주소를 입력하여 대지면적, 연면적, 건폐율, 층수, 용도 등 건축물대장 기반의 기본 정보를 조회할 수 있다. ‘건축물 에너지 법령 정보’ 서비스는 건축물 에너지 관련 이슈 및 동향, 관련 법령, 정책 및 제도에 대한 정보를 제공한다. 또한 개별 건축물의 대지 위치, 주용도, 연면적 등의 정보를 통해 관련 제도의 의무대상 여부를 1차적으로 판단해주는 맞춤형 정보를 제공한다. ‘저에너지 우수 건축물 및 기술 정보’ 서비스는 국내외 우수 녹색 건축물 사례 및 우수 녹색 건축 관련 신기술 정보와 관련된 다양한 분석 자료를 제공한다(Kim et al., 2019).

‘에너지 자가 진단’ 컨텐츠는 ‘상세 에너지성능 수준 비교 분석’ 서비스를 제공한다. 공공데이터와 사용자 입력정보를 이용해 진단대상 건축물의 에너지원별(전기, 가스, 지역난방) 사용량을 에너지용도별(난방, 냉방, 급탕, 조명, 환기, 전기기기(기준층), 승강, 급수)로 추정하고, 연면적이 유사한 건축물 군과의 비교를 통해 에너지성능 수준을 분석하고 에너지성능 개선 가이드를 제공한다.

‘에너지 자가 진단’의 시스템은 입력 항목, 결과를 산출하기 위한 계산 모델(로직) 및 이를 통해 산출되는 결과 항목으로 구성되며 세부모듈별 상세 구성요소는 Table 4와 같다. 상세 에너지사용량 추정 로직은 계측 건축물의 건축, 설비, 사용부문 특성정보와 사용량 계측데이터를 기반으로 한 다중회귀분석 추정식으로 용도별 사용량을 추정한다. 상세 에너지사용량 보정 로직은 에너지원별 사용량 검침 값(고지서 정보)의 보정을 위한 로직이다. 에너지성능 수준 비교분석 로직은 대상 건축물의 사용량 추정 값을 연면적에 따른 유사건축물 군의 사용량 대표 값과 비교하여 에너지성능 수준의 우수, 보통, 미흡한 용도를 평가한다.

‘에너지 효율 가이드’ 컨텐츠는 ‘에너지 소요량 평가’ 서비스와 ‘에너지 효율화 지원’ 서비스가 통합되어 하나의 프로세스로 구현되며 건축물의 에너지성능을 간이 산출하고, 산출 결과를 토대로 대상 건축물의 에너지 효율을 진단하여 사용자 요구조건을 반영한 에너지 효율화 대안을 제공한다. ‘에너지 소요량 평가’ 서비스는 다양한 건축물 조건에 대응할 수 있는 에너지성능 계산 로직이 탑재되어 건축, 설비 및 신재생 부문의 성능정보를 입력하여 에너지소요량을 간이 산출한다. 사용자가 성능 값을 모르는 경우, default 값이 자동으로 입력되게 하여 보다 쉽게 에너지 성능 평가를 할 수 있도록 하였다. 기존 건축물의 경우 사용량(에너지원별)을 입력하여 예측 사용량(에너지 용도별)을 추정하며, 예측 사용량을 반영하여 사용자 운영정보 보정 및 에너지소요량을 재 산출한다. ‘에너지 효율화 지원’ 서비스는 ‘에너지 소요량 평가’ 서비스에서 간이 산출된 결과를 토대로 사용자가 원하는 에너지성능 목표를 설정하고, 목표 수준 대비 현재 건축물의 에너지 수준 비교 및 목표 달성을 위해 개선이 필요한 에너지 용도에 대한 정보를 제공한다. 또한 사용자가 다양한 에너지 효율화 대안(Energy Conservation Measure, 이하 ECM)을 선택하고 선택된 ECM의 에너지 성능 개선 효과 및 경제성을 평가하는 ‘대안평가’기능과 최적화 알고리즘을 활용하여 에너지성능 및 경제성 등 사용자가 선택한 판단 기준에 부합되는 최적화된 ECM 또는 ECM 패키지를 제공하는 ‘대안찾기’ 기능을 제공한다.

‘에너지 효율 가이드’의 시스템은 입력 항목, 결과를 산출하기 위한 계산 모델(로직) 및 이를 통해 산출되는 결과 항목으로 구성되며 세부모듈별 상세 구성요소는 Table 5와 같다. 주요 계산 모델인 소요량 산정 로직은 크게 요구량 및 소요량 산정, 용도별사용량 추정, 운영 정보 보정 및 소요량 재 산출로 구분할 수 있다. 요구량 산정 방법은 기존의 국내 ECO2 프로그램의의 방법론을 적용하였으며, 소요량 산정 방법은 웹으로 구현되어야 한다는 점을 고려하여 단순지표를 활용하여 소요량을 추정할 수 있는 간이해석 모델을 도출하여 적용하였다.

데이터 연계 및 구축

각 컨텐츠 및 서비스에 필요한 데이터는 7가지 주제영역으로 구분하여 통합 데이터베이스를 구축하였으며, 각각의 주제영역별 데이터베이스와 서비스 컨텐츠들은 Figure 2와 같이 연계된다. ‘건축물 정보 데이터’는 건축물대장 정보를 기본으로 하여 총괄표제부, 표제부, 전유부, 층별 개요 등 정부에서 운영하는 ‘건축데이터 민간 개방 시스템’에서 제공하는 정보로 구축하였다. ‘건축자재 데이터’는 물가정보 조사 기관에서 조사한 건축물 에너지 관련 자재 및 설비의 주요 속성정보와 가격 정보가 포함되며, 한국에너지공단에서 운영 중인 고효율에너지기자재인증제도의 인증품목 및 에너지소비효율등급표시제도 대상 품목 중 건축물 관련 제품의 속성 및 가격정보로 구성하였다. 건축자재 데이터는 K-RBM을 통한 제품 관련 정보의 등록으로 지속적으로 확장될 예정이다. ‘소요량 예측 데이터’는 건축물의 소요량 계산에 필요한 기상 데이터, 실내 환경 설정조건, 건축물사용 운전조건 등의 정보로 구성하였다. ‘에너지 사용량 데이터’는 건축데이터 민간 개방 시스템에서 제공하는 정보와 건축물 에너지·온실가스 정보체계를 통해 연구목적으로 제공받은 데이터, 그리고 상세 계측된 데이터로 구축하였다. 상세 계측 데이터는 건축물유형별(공동주택, 업무시설), 에너지원별(전기, 열, 가스)로 구분할 수 있으며 건축물 정보는 주소를 기반으로 연결된다. ‘건축물 에너지 법규 데이터’는 국가법령정보센터에서 OpenAPI로 제공하는 데이터 중 에너지이용합리화법, 녹색건축물 조성 지원법 등 건축물 에너지 관련 법규에 대한 정보로 구성하였다. 또한 한국에너지공단에서 운영 및 관리 중인 건축물 에너지 효율등급 인증 등의 관련 제도 및 정책에 대한 정보가 포함된다. ‘경제성 데이터’는 에너지 효율 가이드의 에너지 효율화 대안 분석에 활용되며, 경제성 분석을 수행하기 위한 데이터인 자재 및 설비의 가격 정보, 표준품셈정보, 물가상승률 등의 경제적 지표로 구성하였다. ‘우수사례 데이터’의 경우 국내외 저에너지 건축물 우수사례와 에너지 절감 기술 우수사례로 구성하였다.

Figure 2.

Service and Data Diagram

서비스 사용성 평가

알파 테스트

통합지원시스템에 대한 이해도가 일반인 보다 높을 것으로 예상되는 본 연구단의 연구진 50명을 대상으로 알파테스트를 진행하였다. 알파 테스트는 통합지원시스템의 서비스를 체험해보며 각 서비스와 기능이 제대로 구현되었는지 확인하고 시스템을 고도화하기 위해 수행하였다.

테스트 결과 통합지원시스템은 전반적으로 잘 구현되었음을 확인하였으나, 일부 서비스 화면에서 오타와 오류를 발견하였다. 특히 계산 알고리즘이 탑재된 서비스를 웹으로 구현하는 과정에서의 기능적인 오류를 확인할 수 있었다. 테스트에서 확인된 단순 오타 및 화면 오류사항은 즉각적으로 수정하였으며, 기능적 오류사항은 보완하고 확인하는 과정을 반복하며 시스템의 완성도를 높이고자 하였다.

베타 테스트

통합지원시스템은 건축 및 건설 부문에 대한 기초적인 지식을 보유하지 않은 사용자도 쉽게 이용할 수 있게 하는 것이 목표임에 따라 일반인 100명을 대상으로 베타테스트를 진행하였다. 참여자들은 통합지원시스템의 주요 서비스인 에너지 자가 진단(공동주택)과 에너지 효율 가이드 컨텐츠를 체험하였으며, 디자인 만족도, 화면 및 기능 이해도 등 제공하는 서비스에 대한 전반적인 만족도를 조사하였다.

테스트 결과는 Table 6과 같이 디자인 만족도, 화면 이해도, 서비스 흐름에 대한 만족도는 높은 것으로 나타났으나, 통합지원시스템에서 접하게 되는 다양한 용어나 서비스 기능에 대한 이해도는 다소 낮은 것으로 나타났다. 테스트 결과를 토대로 서비스 화면에서 주요 용어 및 기능에 대한 설명을 추가하여 보완하였으며, 사용자들이 시스템을 좀 더 쉽게 이용할 수 있도록 상세한 사용자 매뉴얼을 작성하였다.

결 론

본 연구에서는 다양한 건축물 에너지 관련 정보와 서비스를 연계한 ‘건축물 에너지 통합지원시스템’을 개발하였다. 통합지원시스템은 건축물 설계·시공·운영·리모델링 등 건축 행위의 여러 단계에서 건축물 에너지 효율화 지원이 가능한 서비스를 제공하여, 건축물과 관련된 다양한 요구사항에 대한 대응 방안을 통합 제공할 수 있는 플랫폼이다(Lee and Yu, 2016).

통합지원시스템은 국민이 자발적으로 녹색건축 조성사업 및 제도에 참여할 수 있도록 녹색건축 관련 정책과 기술을 결합한 정보를 제공한다. 또한 간이화된 웹기반의 에너지 성능 평가 및 분석 서비스를 통해 기존의 전문가 대상의 성능평가 툴과 달리 일반인도 쉽게 접근 가능하게 하여 건축물의 에너지 성능 및 에너지 효율화에 대한 사회적 이해를 증진시키고, 누구나 건축물의 에너지 효율화에 관심을 갖고 개선에 동참할 수 있도록 지원한다. 특히, 에너지 효율 가이드의 경우 원안-대안 비교 및 최적화 기능에 경제성 평가 기능을 더하여 사용자가 목표로 하는 에너지 성능에 대한 경제적 가능성을 파악할 수 있다. 또한 초기 기획단계에서 에너지 효율화 효과를 검토할 때 주어진 예산범위 안에서 가장 효율적인 요소기술의 대안 선정을 위한 도구로 활용할 수 있으며, 신축 및 리모델링 시 건축물의 성능 및 의사결정자의 요구 조건에 최적화된 에너지 효율화 방안을 제공할 수 있다. 에너지 자가진단의 경우 에너지용도별 구체적인 취약부문을 파악하여 거주자의 자발적 합리적 에너지절약을 유도하고, 관리자의 에너지 효율적 운전을 유도하여 에너지사용량 절감에 기여할 수 있다.

본 연구에서 구축한 통합지원시스템은 전문적인 지식을 보유하지 않은 이용자도 쉽게 이용할 수 있도록 구축하였으나, 서비스 사용성 평가 결과 용어 및 서비스 기능에 대한 이해도는 다소 낮은 것으로 나타났다. 사용자 매뉴얼을 통해 이를 보완하였으나, 건축물 에너지 효율화와 관련된 용어들이 일반인들에게는 생소할 수 있을 것으로 판단된다. 따라서 통합지원시스템에서 제공하는 서비스의 기능 및 결과 이해도 향상, 사용자들의 관심 제고를 위한 지속적인 홍보 및 교육이 필요하다. 통합지원시스템의 지속적인 고도화 및 활용이 이루어질 수 있도록 운영관리 전략 수립 및 후속 연구개발 또한 필요하다.

‘건축물 에너지 통합지원시스템’은 누구나 건축물의 주소만 입력하면 건축물 에너지와 관련된 다양한 제도, 기술 정보를 제공받고, 전문적인 지식 없이도 에너지 성능평가를 하고 개선 가이드를 제공받을 수 있어, 건축물 에너지 효율화에 대한 관심 증대 및 국민의 자발적 참여를 유도하고, 국가 차원에서 건축물 유형 및 용도별 에너지 소비 특성을 파악하여 실효성 있는 에너지 정책 수립을 지원하는 역할이 가능할 것이다. ‘건축물 에너지 통합지원시스템’이 향후 건축물 에너지 효율화 관련 시장의 자생적 생태계를 제공하는 공적 허브 역할과 에너지 절감 및 온실가스 감축에 기여하기를 기대한다.