기후변화가 심각해짐에 따라서, 우리나라 연평균 기온은 지속해서 상승하고 있다. 국토교통부 주거용 건물 에너지사용량 통계에 따르면 주거용 건축물에서 냉방 에너지는 난방에너지의 약 7% 수준이나, 난방에너지는 감소하고 있지만 냉방 에너지는 그 사용량이 기후변화 등의 문제로 인하여 가파르게 증가하고 있다고 분석하였다. 특히 이 같은 현상은 신축 주거 건물에서 두드러지는 것으로 나타났다.

다수 연구에서는 신축 주거 건물의 냉방 에너지소비량 증가 원인을 크게 두 가지로 지목하고 있다. 첫 번째는 건물의 단열성능 향상으로 인한 냉방 에너지 증가이다. 신축 주거 건물은 패시브 수준의 벽체 및 창호 단열성능을 구비하고 있다. 주거로 유입 또는 발생하는 발열(태양열, 내부 발열)은 높은 수준의 단열에 의하여 열이 실내에 잔존하며, 신축 주거 건물의 냉방 에너지소비량을 증가하는 원인으로 지목된다. 두 번째 요인으로 재실자의 부적절한 냉방 시스템 가동 특성에 있다. 건물의 물리적 성능이 향상할수록 재실자가 더 높은 열적 쾌적성을 달성하기 위하여 부적절하게 냉/난방기기를 가동시켜 건물 에너지소비량을 증가시킨다는 연구가 있다.

신축 주거 건물의 냉방 에너지를 증가시키는 각각의 원인의 해결법이 다르다. 높은 단열로 인한 냉방 에너지 증가는 실내로 유입되는 열을 최소화하도록 설계되어야 한다(예:블라인드). 반대로 재실자에 의한 냉방 에너지 증가는 재실자의 부적절한 냉/난방기기 가동 특성을 최소화할 수 있는 방안이 제안되어야 한다(예:자동제어시스템). 따라서, 신축 주거 건물의 냉방 에너지가 발생하는 원인을 정확하게 규명할 필요가 있다. 하지만 주거 건물의 냉방 에너지소비량 계측 한계, 주거 건물 에너지소비량 취득 등 현실적인 문제로 인하여, 실제 신축 주거 건물의 냉방 에너지 소비 행태와 냉방 에너지 소비 원인을 파악하는 연구가 크게 진행되지 못한 상황이다.

따라서 서울시 성동구에 위치한 A 공동주택 각 세대의 시간별 냉방 에너지소비량과 냉방 시스템 가동 정보(가동시간, 설정온도)를 수집하였다. 더불어, 각 세대의 재실자 특성을 파악하기 위하여 세대별 정보(세대원 수, 세대원의 직장 유무 등)를 동시에 수집하였다. 분석 대상 건물은 2020년에 준공된 신축 주거 건물로, 각 세대는 동/서향을 면하고 있다. 세대별로 시스템에어컨이 설치되어 있다. 따라서, 모든 세대에 설치된 냉방기기의 성능은 동일하다고 볼 수 있다. 분석은 건물의 성능(벽체 열관류율, 침기율 등)이 유사하다고 판단되는 중층부에 위치한 면적이 동일한 17세대를 중심으로 진행하였다. 분석 기간은 2021년 1월 1일부터 2021년 8월 15일까지를 대상으로 하였다. 연구 프로세스는 크게 두 단계로 구성하였다. 첫 번째는 건물의 물리적 요소(passive 요인), 재실자 특성(재실자 수)과 냉방 에너지소비량의 상관관계를 각각 분석하였다. 신축 주거 건물의 냉방 에너지소비량에 더 큰 영향을 미치는 인자를 도출하였다. 두 번째로는 냉방 에너지가 많이 소비되는 세대의 냉방 시스템 사용 패턴을 분석하여 냉방 에너지 과소비의 원인을 비교, 분석하였다.

동일한 분석 세대는 1인 가구 6세대, 2~3인 가구 11세대가 거주하는 것으로 나타났다. 1인 가구는 대학생, 직장인으로 구성되어 있으며, 2~3인 가구는 가족 형태의 구성원이 거주하고 있다. 동일한 재실자 수를 가지는 세대 별로 냉방 에너지소비량을 분석하였다(우).

분석 결과 1인 가구의 냉방 에너지소비량은 410.68 kWh(중앙값)를 나타내며, 2~3인 가구의 냉방 에너지소비량은 216.38 kWh(중앙값)로 나타났다. 1인 가구에서 소비되는 냉방 에너지가 2~3인 가구에서 소비되는 냉방 에너지보다 194.3 kWh 더 많은 것으로 나타났다. 일반적으로 냉방 에너지는 실내 발생 부하(인체, 조명, 기기)가 높을수록 증가한다고 알려져 있으나, 본 연구 결과는 내부 발열이 더 적을 것으로 예측되는 1인 가구 세대에서 더 높은 냉방 에너지를 소비하는 것으로 나타났다. 이와 같은 결과는 내부 발열에 의한 냉방 에너지 증가보다는 냉방 시스템 가동 특성에 따른 냉방 에너지 과다소비가 발생하는 것으로 분석될 수 있다.

기후변화 등으로 인하여 신축 주거 건물의 냉방 에너지가 지속해서 증가하는 상황에서, 신축 주거 건물의 냉방 에너지소비 행태와 발생원 인을 분석하였다. 냉방 에너지 발생원인 건물의 passive 요소(향)와 재실자 특성 관점에서 비교하였다. 분석 건물에서 건물의 passive 요소가 냉방 에너지소비량에 미치는 영향은 미미한 것으로 나타났다. 반면, 재실자 특성(가구원 수)에 따라서 냉방 에너지 소비 특성이 크게 구분되는 것으로 나타났다. 분석 결과 1인 가구가 2~3인 가구보다 1.90 배 더 많은 냉방 에너지소비량을 소비하는 것으로 나타났다. 결국 1인 가구의 무분별한 에어컨 사용으로 인해 냉방 에너지에 큰 영향을 준다는 결론을 낼 수 있었으며, 무분별한 에어컨 사용(재실자의 특성)을 조절함으로써 냉방에너지를 줄여야겠다는 결론을 도출하였다. 다음편에서 더 자세히 알아보겠다.

- 경기권, 성균관대학교 박상현 학생기자

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