에너지 효율적인 건물이 어떻게 세계 에너지 소비를 획기적으로 줄일 수 있을까

원문 링크 : https://www.theearthandi.org/post/how-energy-efficient-buildings-reduce-energy-consumption

태양광 발전과 전기 자동차와 같은 지속 가능하고 친환경적인 에너지 기술은 지구 온난화에 맞서 싸우는 데 있어 세계의 주목을 많이 받았습니다. 덜 명확한 또 다른 해결책도 주목을 받았습니다. 건물이 온실 가스 배출의 주요 원천으로 자리 잡았기 때문에 건물에서 가스와 전기 소비를 줄이고 이로 인해 발생하는 배출을 줄이기 위한 효율성 측정을 채택하는 것도 이제 기후 변화에 맞서는 효과적인 방법으로 옹호되고 있습니다.

이 기술은 얼마나 효과적인가? 그리고 세계는 건물의 배출량을 줄이는 데 얼마나 중점을 두어야 하는가?

건물과 그들이 배출하는 오염

받아들이기 어려운 제안입니다. 우리가 건설하고 거주하는 건물 자체가 직장과 휴식 모두에서 지구 온난화의 실존적 위기에 기여하고 있습니다. 무시할 수 없는 숫자입니다. 국제 에너지 기구 (IEA)에 따르면 주거 및 상업용 건물은 2020년에 약 9기가톤의 탄소를 배출했습니다.

다른 출처에서도 비슷한 그림이 그려진다. 건축 산업에서 기후 변화에 대처하는 데 전념하는 조직인 Architecture 2030 에 따르면 , 건물은 전 세계 탄소 배출량의 약 40%를 발생시킨다. 28%는 기존 건물의 운영에서 발생한다. 나머지 11%는 사용된 재료와 신축 건물의 건설에서 발생한다.

건물에서 배출되는 원인은 무엇일까요? 건물은 엄청난 양의 에너지를 소비합니다. 그 대부분은 건물의 기능과 주민인 사람들의 편안함을 지원하기 위한 것입니다. 3분의 1 이상이 난방, 환기 및 냉방에 사용됩니다. 다른 소비원으로는 조명, 온수, 냉장, 가전제품, 컴퓨터 및 기타 전자 제품이 있습니다.

이러한 기능의 대부분은 전기에 의존하지만, 천연 가스와 기타 화석 연료로도 구동되며, 이 모든 것이 온실 가스를 배출합니다. 미국 에너지부 (DOE)에 따르면, 미국 건물 부문은 국가 전기 사용량의 약 76%, 모든 1차 에너지 사용량과 관련 온실 가스(GHG) 배출량의 40%를 차지합니다.

건물을 더 효율적으로 만들기

좋은 소식은 건물에서의 에너지 사용을 줄일 수 있다는 것입니다. 이러한 감소는 또한 탄소 배출량을 줄입니다. DOE에 따르면 알려진 기술을 사용하면 2030년까지 건물 에너지 사용량을 20% 이상 줄일 수 있으며 "훨씬 더 많은 절감이 기술적으로 가능합니다." American Council for an Energy Efficient Economy (ACEEE)는 "훨씬 더 많은 절감" 가능성을 수용합니다. "신축 주택과 상업용 건물은 효율적인 설계와 더 깨끗한 전기 사용으로 배출량을 70%까지 줄일 수 있습니다." 그렇다면 건물을 더 에너지 효율적으로 만들기 위해 어떻게 해야 할까요?

난방, 냉방 및 환기는 건물에서 대부분의 에너지를 소모하기 때문에 가장 큰 절감 잠재력을 나타냅니다. 절감은 두 가지 방법으로 달성할 수 있습니다. (1) 장치 및 가전제품의 기능을 개선하고 (2) 제어 방식을 개선합니다. 두 경우 모두 현대 기술은 많은 옵션을 제공합니다.

최근 수십 년 동안 건물의 환경을 제어하는 ​​히트 펌프, 보일러, 퍼니스, 에어컨 장치 및 기타 기기의 효율성이 크게 높아졌습니다. 더 효율적인 장치는 신축 건물에 설치할 수 있습니다. 기존 건물은 기존 기기를 새롭고 더 효율적인 모델로 교체해야 합니다. 10년 이상 된 건물의 기기는 더 효율적인 모델로 교체할 수 있고, 교체해야 할 가능성이 높습니다.

1992년 미국 환경보호청(EPA)이 개발한 Energy Star 등급은 특정 효율성 기준을 충족하는 가전제품에 부여됩니다. 소비자가 가정이나 상업용 건물에 가전제품을 구매할 때 효율성에 대해 더 정보에 입각한 선택을 할 수 있도록 도와줍니다. EPA에 따르면 미국인은 2019년에 3억 개의 Energy Star 제품을 구매했습니다. 더 중요한 것은 같은 해에 이러한 제품이 소비자가 2,300억 킬로와트시(kWh)의 전기를 절약하고, 230억 달러의 에너지 비용을 피하고, 1억 7,000만 톤(1억 8,700만 톤)의 GHG 감축을 달성하는 데 도움이 되었다는 것입니다.

건물 소유주는 가전제품을 제어하고 관리하는 방식을 변경하여 소비를 크게 절감할 수도 있습니다. 예를 들어, 프로그래밍 가능한 온도 조절기는 거주자가 난방 및 냉방 가전제품의 일정을 조정하여 특정 시간이나 요일에 켜지도록 할 수 있습니다. 스마트 온도 조절기는 거주자의 행동을 "학습"하는 인공 지능을 사용하여 한 걸음 더 나아갑니다. 이 온도 조절기는 점유, 외부 온도, 일일 및 주간 일정과 관련된 패턴을 감지하여 가전제품이 가장 필요할 때를 기준으로 일정을 만듭니다. 이러한 지능형 제어는 건물에 사람이 없거나 온도 조절이 필요하지 않을 때 난방 및 냉방에 에너지를 사용하지 않습니다.

건물의 스마트 제어는 조명에도 적용할 수 있습니다. LED 조명기구는 다른 유형의 조명보다 에너지 소비가 훨씬 더 효율적입니다. 또한 건물 소유자와 관리자가 조명을 제어하고 관리할 수 있도록 하는 디지털 제어 및 플랫폼과 쉽게 페어링할 수 있습니다. 점유 센서는 방이 점유될 때만 조명을 켭니다. 주변광 센서는 건물에 침투하는 일광의 양에 따라 조명을 조정합니다. 스마트 온도 조절 장치와 같은 스마트 조명도 건물 거주자의 행동에서 학습하여 일정을 설정하고 필요한 조명을 최소화합니다. ACEEE에 따르면 고급 조명 시스템은 건물의 에너지 사용량을 최대 45%까지 줄일 수 있습니다.

효율성을 높이는 데 가장 큰 장애물은 무엇인가?

건물을 더 에너지 효율적으로 만드는 기술은 존재하지만, 비용은 여전히 ​​큰 과제입니다. 개발된 기술 중 다수는 여전히 매우 비쌉니다. 건물 소유주는 에너지 효율성에 대한 계산을 해야 합니다. 절약된 에너지의 가치가 개선 비용을 초과할까요? 에너지 절약이 한꺼번에 일어나지 않는다는 것을 인식하고, 건물 소유주는 또한 시간이 지남에 따라 절약된 에너지를 기준으로 개선 비용을 회수하는 데 얼마나 걸릴지 물어봐야 합니다.

계산은 새 건물과 기존 건물에 따라 다릅니다. 예를 들어, 배터리 시스템과 함께 태양광 패널을 구매하는 것을 고려하는 주택 소유자는 여러 가지 계산을 할 것입니다. 일반적인 주거용 주택의 태양광 지붕 패널은 20,000달러 이상입니다. 이러한 패널에서 생성된 전력을 저장하는 배터리는 10,000달러 이상입니다.

이 시나리오에서 주택 소유자는 30,000달러의 투자가 절약할 전기의 가치에 걸맞은지 결정해야 합니다. 이는 주택의 크기, 주택의 위치(얼마나 많은 태양광을 생성할 수 있는지), 주택의 에너지 사용 패턴, 지역 공공 서비스에서 제공하는 전기 비용, 구매 자금 조달 방법, 소유자가 주택에서 얼마나 오래 살 것인지를 포함하되 이에 국한되지 않는 여러 요인에 따라 달라집니다.

상업용 건물 소유주는 더 큰 규모로 비슷한 문제에 직면합니다. 상업용 및 주거용 신축 건물은 건물의 선불 비용에 기술 비용을 포함할 수 있으며, 이는 자금 조달(모기지 대출)에 포함될 수 있습니다. 이는 소유주나 입주자에게 재정적 충격이 덜할 수 있지만, 여전히 건물 가격에 상향 압력을 가합니다.

기술이 발전하고 비용이 낮아짐에 따라 이러한 방정식을 균형 있게 조정하는 것이 더 쉬워질 수 있습니다. 한편, 유틸리티는 태양광 패널이 있는 건물 소유자가 그리드로 다시 판매하는 전기와 같은 것에 대한 요금 및 인센티브 문제에 대해 계속 고심하고 있습니다. 비용 효율성 문제는 에너지 효율 기술을 고려하는 모든 건물 소유자에게 여전히 어려운 문제입니다.

새로운 건물은 어떨까?

언급했듯이, 신축 건물에 에너지 효율성을 도입하는 것은 건물 소유주에게 덜 고통스러울 수 있습니다. 기존 건물이 여전히 GHG 배출의 더 큰 원천이지만, 신축 건물을 더 효율적으로 만드는 것은 건물의 전반적인 배출을 줄이는 더 실용적인 방법이 될 수 있습니다. 기존 건물에서 사용되는 동일한 방법 중 다수가 신축 건물을 더 효율적으로 만들 수 있습니다. 온도 조절 장치 및 기타 온도 및 조명 제어와 같은 스마트 기술은 에너지 소비를 크게 줄일 수 있습니다. 더 효율적인 난방 및 냉방 시스템도 에너지 수요를 크게 줄일 수 있습니다. 기존 건물에 덜 실용적으로 적용되는 다른 기술과 건물 설계 접근 방식도 신축 건물을 더 에너지 효율적으로 만들 수 있습니다.

예를 들어, 건물 외피라고 하는 것을 변경하면 건물의 에너지 사용량을 크게 줄일 수 있습니다. 여기에는 에너지 손실, 뜨겁고 차가운 공기의 전달, 햇빛의 침투 및 실내 환경에 영향을 미치는 기타 요소를 최소화하기 위해 건물의 구조와 외부에 보다 효율적인 재료와 기술을 적용하는 것이 포함됩니다. 지붕 재료, 벽과 지붕 공간의 단열재, 고급 창문 단열 기술은 에너지 손실과 조명 또는 기온 제어를 통한 조건 조정의 필요성을 최소화하는 건물 내에서 보다 안전하고 효율적인 환경을 만드는 데 도움이 될 수 있습니다. 고급 에너지 경제 (AEE)에 따르면 건물 외피 기술은 난방 및 냉방만을 위한 건물의 에너지 수요를 최대 40%까지 줄일 수 있습니다.

마찬가지로, 건물은 주변 환경의 영향을 최소화하기 위해 보다 전략적으로 건설될 수 있습니다. 소위 수동적 설계는 건물을 배치하고 위치시켜 환경에 따라 햇빛이 침투하여 내부 온도에 영향을 미치고 난방이나 냉방의 필요성을 줄이는 것을 최소화하거나 극대화하는 것을 수반합니다. 동일한 방법을 사용하여 비슷한 방식으로 자연광을 포착할 수 있습니다.

마지막으로, 병원이나 대학과 같은 일부 건물 단지는 열병합 시스템으로 설계될 수 있습니다. 이는 현장 발전 시설에서 생성된 열을 포집하여 건물 내부의 공기 및 물 가열에 재사용합니다.

그 외에 무엇을 더 할 수 있을까?

건물이 지구 온난화에 기여한다는 사실은 잘 알려져 있습니다. 이러한 배출량을 줄여야 할 필요성도 분명합니다. 나아가, 건물이 탄소 발자국을 줄이는 데 도움이 되는 수많은 기술과 노하우가 개발되었습니다. 이 기술의 비용은 여전히 ​​많은 상업용 및 주거용 건물 소유자에게 엄청날 수 있습니다. 정부와 유틸리티가 채택한 인센티브, 정책 및 지원 에너지 요금 구조는 에너지 효율성에 대한 투자를 늘리고 새 건물과 기존 건물에서 절실히 필요한 에너지 사용 및 탄소 배출량을 줄이는 데 도움이 될 것입니다.

*Rick Laezman is a freelance writer in Los Angeles, California, US. He has a passion for energy efficiency and innovation. He has been covering renewable power and other related subjects for more than ten years.