Ict융합을 통한 건축물 에너지 절감 기술 현황과 전망
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Ict융합을 통한 건축물 에너지 절감 기술 현황과 전망 Ict융합을 통한 건축물 에너지 절감 기술 현황과 전망 Document Transcript

  • 포커스 1 정보통신산업진흥원 ICT 융합을 통한 건축물 에너지 절감 기술 현황과 전망 장희순* 이상일** 석탄과 석유로 만들어지는 화석에너지는 많이 사용할수록 발생하는 온실가스로 인해 기후 변화와 심각한 환경 문제를 초래하게 된다. 에너지 소비가 계속 증가하고 있어 화석에너지 자 원은 머지않아 고갈될 것이다. 그 대안으로 원자력이나 신재생 에너지는 경제성과 온실가스 감축에는 효율적이지만 보편적 사용에는 어려움과 한계가 있다. 인류의 미래를 감안하여 국가 에너지 정책은 탈 원전과 함께 이제까지 ‘공급 위주’ 정책에서 ‘수요 중심’ 정책으로 전환되고 있으며, 에너지 소비의 상당 부분을 차지하는 건물 에너지 절감을 위해 건설기술(CT), 정보통 신기술(ICT), 에너지 기술(ET)이 융합된 첨단기술이 요구되고 있다. 이에 따라 향후 주택을 비 롯한 건물 내부의 에너지 절감 노력은 더욱 중요하게 고려될 것이며, 지능화된 기술로 발전될 것이다. I. 서 론 인류의 행복한 미래를 생각할 때 빼놓을 수 없는 과제 중 하나가 전기를 비롯한 에 너지 분야이다. 지구상의 에너지 자원은 제 한적이지만 소비는 갈수록 증가하고 있어 에너지 고갈 위험성이 있고, 에너지 소비 과정에서 발생하는 온난화 가스로 인해 지 구 환경이 파괴되므로 전기 소비 절약 등 에너지 이슈는 인류의 미래 삶에 막대한 영 향을 미치게 된다. 2011 년 3 월 후쿠시마 원전의 방사능 누출로 인해 여러 선진국에서 원자력 발전 비율을 축소하거나 포기함에 따라 값싼 전 기의 시대가 끝남으로써 에너지 절약은 더 욱 중요한 과제가 되었다. 포커스 목 차 * ㈜한양티이씨/상무 ** ㈜한양티이씨/전무 Ⅰ. 서 론 Ⅱ. 건축물 에너지정책의 변화 Ⅲ. 주택 에너지 절감 방안 IV. ICT 융합 건축물 에너지 절감 사례와 기술 전망 V. 결 론
  • 주간기술동향 2014. 3. 26. www.nipa.kr 2 본 고에서는 건축물 에너지에 대한 국가 차원의 정책 변화를 살펴보고, 에너지 소비의 상당 부분을 차지하고 있어 우리의 생활과 가장 가까이 있는 주택을 비롯한 건축물 내 에 너지 이용 상황과 절감 기술, 그리고 향후 진화될 에너지 절감 기술에 대해 알아본다. II. 건축물 에너지 정책의 변화 북유럽이나 미국 등 선진국의 건물에 의한 에너지 소비량은 국가 에너지 총 소비량의 36~40%를 차지하는데 비해 우리나라는 25%를 차지하고 있다. 국가의 발전단계로 볼 때 고도 성장기에는 산업 분야에서 많은 에너지를 소모하므로 건물 에너지 비중이 상대적으 로 적으나 선진국으로 갈수록 쾌적한 환경유지와 서비스업의 확대로 건축물의 에너지 비 중이 커지는 추세이다. 우리나라의 건물 에너지 소비량도 선진국형으로 가고 있다. 실제로 우리나라의 건물 에너지는 전력에 치중하는데, 그 소비량의 증가율은 연평균 7%로 OECD 34 개국 중 아이슬란드(8.5%) 다음이다[1],[8]. 우리나라의 에너지 정책을 개선하려면 먼저 에너지 사용자가 자발적으로 에너지를 절 약할 수 있도록 유도하는 수요중심의 정책이 필요하다. 값싼 전기요금으로 인한 전력 위 주의 에너지 소비 형태 개선과 그리고 에너지 소비에 대한 절약 의식을 고취하여 건물 에 너지 소비 패턴의 개선을 고려할 필요가 있다. 건축물은 한번 지으면 30 년 이상 유지되고 또한 우리의 생활과 밀접한 관련을 갖기 때문에 건물 에너지의 감축은 단순하지 않다. 우 리나라에서는 주택용 전기요금에 가혹한 누진제를 적용하여 에너지 소비를 억제하고 있다. 2014 년 초 정부가 확정발표한 제 2 차 국가에너지 기본계획에서도 국내 에너지 정책은 공급 일변도에서 수요 관리형으로 전환되었음을 보여 주었고[9], 선진국은 거의 공급 위 주 정책에서 수요 중심 정책으로 전환되는 추세이다. 공급 위주 정책과 수요 중심 정책을 비교하면 <표 1>과 같다. <표 1> 에너지 공급 위주 정책과 수요 중심 정책의 비교 공급 위주 정책 수요 중심 정책 발전소 건설 수요 반응(DR) 유도 송전선로 건설 HVCS, FACT 송전 신기술 환경 파괴 환경 보존(전기차, 신재생 에너지) 화석 연료 사용 지속 가능 에너지 사용 에너지 다소비 산업 구조 에너지 절약 산업 구조
  • 포커스 3 정보통신산업진흥원 수요 중심의 에너지 정책을 효율적으로 추진하려면 태양광을 비롯한 자가 발전이나 집 단 에너지 형태의 분산형 발전원으로 충당되어야 한다. 전기를 비롯한 에너지 분야는 인프라 비용이 비싸고 공급망(網)이 수반되어야 하는 네 트워크 산업으로서 신생 기술이 기존 시장에 진입하기에는 장벽이 너무 높기 때문에 진입 이 힘들다. 그래서 어느 나라나 태양광ㆍ풍력 등의 신재생 에너지에 보조금 정책을 쓰는 데, 국가 경기가 좋을 때는 시장이 엄청나게 성장하였으나, 유럽 발 경제위기 등으로 각 국가에서 보조금을 줄이자 태양광 업계는 도산이 이어졌다. 태양광 세계 1 위 업체인 독일 큐셀의 도산이 대표적이다. “보조금에 살고 보조금에 죽는다(live by feed-in tariff, die by feed-in tariff)”라는 유럽 언론의 지적처럼 에너지 기업의 흥망은 정부 정책과 경제 상황 과 같은 외부 변수에 좌우되는 경우가 많다. 국내의 예로 정부가 매년 수10 억 원씩 보조 금을 제공하며 설치를 권유한 열병합 발전소가 대부분 애물 단지로 전락한 이유도 국내의 싼 전기 요금으로 인해 정부의 지속적인 보조가 있어야 유지되기 때문이다. 에너지 산업에서 경제 변수보다 더 심각한 요소는 기술 변수이다. 에너지 산업의 미래 기술은 원자력ㆍ신재생ㆍ셰일가스 같은 것들이 경합하고 있다. 발전소 굴뚝에서 나오는 온실가스인 이산화탄소를 분리해내는 CCS(Carbon Capture System) 기술이 완성되면 청 정 에너지로 존재감을 나타내는 원자력은 존재 이유가 없어질 수도 있다. ICT 로 전기의 생산ㆍ공급ㆍ소비를 통제하는 스마트그리드나 발전소 전기를 저장 후 필요한 때에 전력망 에 공급하는 대용량 배터리 기술이 완성되면 태양광ㆍ풍력 에너지의 세상이 올 것이다. 바이오나 ICT 처럼 진입 장벽이 낮고 초기 투자비용이 크지 않은 사업의 경우는 많은 기술이 치열하게 경합하고 있으며 기술의 승자가 정해진 이후에 승자를 채택하면 되지만, 에너지 산업은 막대한 인프라 투자가 필요하고 그 인프라의 수명도 길기 때문에 미래의 승자를 예측하기 힘들다. 따라서 정부 정책은 성급하게 어떤 한 기술에 치중하지 말고 유 연해야 한다. 무슨 기술이 최후 승자가 될지 면밀히 관찰하면서 주기적 재평가를 통해 불 확실성을 관리해야 한다. 정부 주도의 에너지 절약형 건물에 대한 R&D 과제의 내역을 보면 건축기술 관점에서 단열을 위한 소재 개발과 에너지 관리시스템에 대한 기술 개발에 집중되고 있다. 즉, 환경 친화형 등의 기술을 활용한 그린빌딩 기술개발, 설비시스템 최적화 기술 등을 활용한 고 효율 설비시스템 개발, 차세대 BEMS 기술 등을 활용한 에너지 관리 기술 개발로 구분하 View slide
  • 주간기술동향 2014. 3. 26. www.nipa.kr 4 여 연구개발 과제를 추진하고 있다[11]. 한편으로 원자력 발전은 지구온난화 가스로 인한 지구 환경 파괴를 막을 수 있는 청정 에너지로 각광을 받았으나, 후쿠시마 원전의 방사능 누출 사고로 인해 전세계가 반 원전 분위기로 돌아서고 있다. 러시아 체르노빌 원전사고와 미국의 쓰리마일 섬 원전 등 금세 기의 대형 원전 사고가 인재였는데 비해, 이번 후쿠시마 원전 사고는 천재지변이었기 때 문에 불안감이 더 커졌다. 독일은 원전을 포기하였고, 프랑스는 원전을 자연스럽게 도태시 켜 나가는 방법으로 대처하고 있다. 우리나라는 밀양 송전탑 건설로 인한 지역 갈등과 한 전의 원자력 발전소에 불량 자재 공급 등의 비리로 국민들의 원전에 대한 불신이 높아져 2035 년까지 원전 비율을 41%에서 29%로 낮추기로 했다. 2013 년 11 월부터 정부에서는 전기 요금을 평균 5.4% 인상한 것을 시작으로 값싼 전 기 시대가 종말을 고하는 국가 에너지 정책의 획기적인 전환을 예시하였다. <표 2>와 같 이 2013 년부터 향후 20 년 이상 추진될 제2 차 국가 에너지 기본 계획은 우리나라의 에 너지 정책이 소비자의 자발적 절전노력과 수요관리 투자를 유도하여 에너지 효율개선 방 향으로 전환되었음을 볼 수 있다[9],[10]. <표 2> 제2 차 국가 에너지 기본 계획 요약 항목 내용 2035 년 원전 비중 41%(2008 년 계획)에서 29%로 축소 수요관리 중심의 에너지 정책 2035 년 전력 수요의 15% 이상을 감축 분산형 발전 시스템 2035 년 발전량의 15% 이상을 분산형 발전으로 공급 환경 안정 등 지속 가능성 제고 화력 발전소 최신 온실 가스 감축 기술 의무화: 2035 년 온실가스 20% 이상 감축 에너지 안보 강화 2035 년 자원 개발률 40%, 신재생 에너지 11% 국민과 함께 하는 정책 추진 2015 년부터 에너지 바우처 제도 도입 III. 주택 에너지 절감 방안 건축물 중에서 일상과 가장 가까운 주택에서의 에너지 절감 방안에 대해 살펴 본다. 주택 등 건물에서 주로 사용하는 에너지는 전기이다. 수요 중심의 에너지 정책을 원활하 게 추진하려면 늘어나는 주택 내의 전력 사용에 대한 현명한 소비가 절실하다. 최근 전기 요금이 인상되고, 특히 국내 전기요금 누진제는 세계적으로도 가장 높은 그룹에 속하므로 View slide
  • 포커스 5 정보통신산업진흥원 <표 3> 주택 전기료 절감 방안 구 분 방 법 설 명 저전력 기술 하드웨어 차원 칩, 디스플레이 등에서의 저전력 고효율 기술 확보 전기료 최적화 솔루션 소프트웨어 차원 하드웨어에 최적화된 소프트웨어 등을 통해 저전력 목표 달성 스마트그리드 에너지의 효율적 사용을 위해 지능형 전력망 구축을 통한 가변 요금 적용으로 재고가 불가능한 전기 에너지를 이용자들의 수요 를 재고화하여 효율적 이용 HEMS(Home Energy Management System) 가정용 에너지 관리 시스템을 통해 전기료 절약 태양광 발전장비 신규 아파트 단지, 단독 주택 등 옥상에 태양광 발전장비 설치로 전기료 절감 ESS(Energy Storage System) 태양광 발전, 풍력 발전 등으로 생산한 에너지를 2 차 전지에 저 장하여 필요할 때 사용하므로 에너지의 효율적 이용 제도적 지원 건축물 인증 시스템 제로 에너지 빌딩을 지향하는 에너지/친환경 건축물 인증 제도를 세제 지원 및 보조금 지급을 통해 활성화시키고, 결과적으로 건 축물 가치 상승으로 임대료 상승 및 관리비 절감 효과를 가져오 므로 확산에 기여 소비자들의 불만을 줄일 수 있는 방안이 모색되어야 한다. 주택 내 에너지 비용을 절감하려면 <표 3>과 같이 저전력 기술, 전기료 최적화 솔루션 의 도입, 제도적 지원의 방법으로 가능하다[2]. 먼저 저전력 기술 측면을 살펴보면, 저전력 기술은 크게 하드웨어와 소프트웨어의 두 가지 측면에서 생각해볼 수 있다. 전자는 하드웨어에서 필요로 하는 전력, 즉 칩이나 디스 플레이 등이 전기를 많이 쓰지 않도록 하는 기술을 확보하는 것이다. 후자는 하드웨어에 최적화된 소프트웨어를 개발하여 전력 소모량을 낮추는 것을 말한다. 하드웨어 차원이든 소 프트웨어 차원이든 전기 소모량을 줄이더라도 기본적으로 필요한 전력량을 줄이는 데에는 한계가 있다. 둘째, 최적화 솔루션 측면이다. 가장 바람직한 주택 에너지 관리는 ICT 에 의한 수요관 리 방법으로 전기를 효율적으로 사용하는 솔루션을 구축하는 방식이다. 즉, 스마트그리드 라는 지능형 전력망을 구축하여 에너지 사용의 효율성을 높이거나, 가정용 에너지관리시 스템(HEMS)을 통해 최적의 전기료가 산출될 수 있도록 하는 방법이다. 또한 신규 아파트 나 주택의 경우 태양광 발전장비 설치를 통해 전기료를 절감하는 방법도 생각해 볼 수 있 다. 그리고 태양광이나 풍력 등은 에너지 생산시점과 소비시점이 일치하지 않는 문제가 있는데, 이것을 에너지를 효율적으로 저장할 수 있는 ESS 를 설치하여 시간 차이를 극복 하면 저장된 전력을 요금이 비싼 시간에 사용할 수 있으므로 전기료 절약에는 아주 효과
  • 주간기술동향 2014. 3. 26. www.nipa.kr 6 적이다[3]. 셋째, 제도적 지원 측면이다. 주택의 전기료 절감을 위한 제도적 지원 측면에서는 에너 지를 효율적으로 사용하기 위한 정부의 정책과 법적 규제와 함께 인센티브가 병행되어야 효과적이다. 먼저 에너지 건축 인증제도가 구체화 되어야 한다. 에너지 선진국의 여러 나라 에서는 친환경 건물인증제도를 통해 ‘제로 탄소 주택’ 등의 에너지 절약 주택정책이 채택되 고 있으며, 국내에서도 국토해양부, 환경부가 부여하는 친환경 인증제도가 시행되고 있고 주택의 경우 ‘친환경 주택의 건설기준 및 성능’으로 주택 건설 기준을 명시하고 있다[5]. 태양광 발전장비를 통한 고효율 에너지 주택의 보급으로 (그림 1)과 같이 주택 에너지 소비를 줄일 수 있다. 에너지 제로 하우스(Energy Zero House) 를 넘어서 에너지를 생산하여 소비하고 남는 에 너지를 판매하는 에너지 플러스 하우스(Energy Plus House)를 지향하고 있다. 제로 에너지 주택 에서 필수 요소인 액티브 태양광 발전은 지붕 면 적을 이용한 전력생산으로 인해 제로 에너지 주 택 전체 전력을 충당하기에는 매우 부족하다. 그러므로 창호, 벽면, 발코니 등 건물 외관을 활용한 건물 일체형 태양광 발전 시스템으로 발전되고, 홈 ESS 에 의한 에너지 저장이 세대 별로 이루어지면 매우 효율적이다. 건축물 에너지 절감의 가장 적극적 방법은 요금정책일 것이다. 우리나라는 물가 안정 을 이유로 낮은 전기요금을 채택한 과거 정부의 에너지 정책에 따라 왜곡된 국가 에너지 소비구조를 낳았다. 사용의 편리함 때문에 전기 에너지 소비가 늘어남은 당연하지만, 전기 에너지는 다른 에너지에 비해 효율성이 낮으므로 상대적으로 높은 비용을 지불하여야 했 으나 낮은 전기요금정책으로 인해 전력소비가 기형적으로 늘어가고 있다. 에너지경제연구원과 한국전력 등에 따르면 (그림 2)와 같이 2010 년 시점에서 전기 요금 은 8 년 전인 2002 년에 비해 15%밖에 오르지 않았으나 같은 기간에 경유 가격은 122%, 등유 가격은 94% 올랐다. 요금 인상의 차이로 인해 등유와 경유 소비량은 지난 8 년 동안 50% 가량 감소한 반면, 전력 소비량은 56% 늘었다. 전기만 쓰는 에너지 소비 구조 때문 에 전력 수급은 늘 비상 상황이다. (그림 1) 고효율 에너지 주택 Passive 벽, 창호 단열 성능 향상 Active 태양광, 태양열 청정 에너지 Smart Active 에너지 효율화
  • 포커스 7 정보통신산업진흥원 전기 에너지에 치중된 기형적인 에너지 소비 구조를 개선하기 위한 차등적 전기 요금 과 인센티브는 전기 에너지 소비자에게 직접 영향을 미칠 것이며, 또한 AMI(Advanced Metering Infrastructure)에 의해 전력정보를 제공하면 스마트한 수요 반응(DR)을 유도할 수 있을 것이다[3]. IV. ICT 융합 건축물 에너지 절감 사례와 기술 전망 건축물 에너지 소비절감을 위해 전기요금이나 인센티브 제도 등으로 소비자가 자율적 으로 에너지 절약을 유도할 수도 있고, 소비되는 에너지를 효율적으로 자가 생산 또는 에 너지를 적게 소비하도록 건축할 수도 있다. 이를 효과적으로 구현하려면 ICT 와 건축의 융합이 필요하며 다음과 같은 기술을 예로 볼 수 있다. 1. Zero Energy 주택 전기를 덜 쓰는 저(低)에너지 주택은 이미 실용화 단계이고, 에너지를 자급하는 제로 에너지(Zero Energy) 주택과 소비하는 전기량에 비해 생산하는 에너지량이 더 많은 ‘플러 스 에너지’(Plus Energy) 주택이 출현하고 있다. 스스로 생산한 전기로 자급자족(自給自足) 하고 남는 전기를 다른 주택으로 지원해주는 ‘플러스 홈’(Plus Home)으로 발전하면 전기 * 2002년을 100으로 봤을 때 변화량 (그림 2) 국내 에너지 소비 패턴 원가 이하 전기 요금 - 가정, 건물, 공장, 화훼시설, 축사 등 전기난방 확대 - 열병합 발전소 등 분산형 발전시스 템 기피 여름과 겨울 전력 부하 및 단전 사태 - 원자력 등 발전 수요 급증 - 신재생 에너지 시장 기반 약화 - 배출권 거래제 반발 - 에너지 다소비 구조 - 녹색성장제도 정착 어려움 2002 04 06 08 2010 년 2002 04 06 08 2010 년 222 경유 194 경유 147 도시가스 115 전력100 100 156 전력 132 도시가스 75 경유 50 경유 [에너지 가격 변화] [에너지 소비량 변화] [국가 에너지 소비 왜곡 구조]
  • 주간기술동향 2014. 3. 26. www.nipa.kr 8 를 생산하는 방식은 더욱 다양화되어 나가고, 전기의 생산, 공급, 소비 형태 역시 혁신적 으로 변화되어 나갈 것이다. 2. 홈 오토 주택 아파트 거주자들을 홈 오토 기능 중 빈방임에도 켜 있는 전기 조명을 자동으로 꺼주는 기능을 가장 선호한다는 설문조사 결과가 있다. 같은 원리로 빈방에 켜 있는 TV 수상기 등 가전기기를 꺼주는 기능도 선호할 것이다. 주택의 모든 공간에 ICT 가 결합되고 주택 내부의 모든 ICT 기기들이 네트워크로 연결되어 똑똑한 서비스를 제공하는 스마트홈으로 진화하며, 전기는 지능을 갖춘 스마트한 전기로 발전하고 있다. 그 결과 똑똑한 전기가 주 변 상황과 입주자 상황을 인식(Situation Aware)하여 조명, 냉난방, A/V 기기들을 자동으 로 제어하여 전기 소비를 줄일 수 있다. 3. Passive Design 주택 패시브 주택의 설계는 (그림 3)과 같이 벽체와 창호의 단열 개선, 자연 채광 등 자연 에너지를 최대한 활용하고 열 손실을 최대한 줄여 건물의 에너지 소비를 낮추는 설계 방 식이다. 건물을 남향으로 배치하고 지붕이나 벽, 바닥에 단열재가 내장된 30cm 에 달하는 두꺼운 벽체를 설치함으로써 외부 온도로부터 영향을 최소화 한다. <자료>: 독일 패시브하우스 연구소 자료 (그림 3) 패시브 하우스 설계 개념 태양광 집열판(선택) 단열 강화재 공기 배출공기 공급 공기 공급 공기 배출남향 3 중 유리창 열손실 방지시스템 지하열 교환기
  • 포커스 9 정보통신산업진흥원 특히, 외부로 열을 빼앗기는 주범인 유리창을 단열유리와 태양광 유입량의 자동 조절 기능을 갖춘 스마트유리에 대한 연구도 진행되고 있으며, 가스가 들어간 고기밀(高氣密) 3 중 특수 유리창을 쓸 경우 이중 유리보다 약 42%의 에너지 절감 효과가 있어 4~5 년이 면 투자비를 회수할 수 있다. 또한 특수 환기 시스템을 사용하여 외부 공기 순환 시에 빼 앗기는 열을 최소화하고 있다[1]. 4. 초소형 CHP(Micro Combined Heat & Power) 시스템 대도시 광역 전력시스템 위주로 전력공급 체계(Main Grid)가 독립된 분산 전원을 이용 하는 형태(Micro Grid)로 전환되고 있다. 전형적인 Micro Grid 로 초소형 CHP 이 있다. 단일 에너지원으로부터 전기와 열을 동시에 생산 공급할 수 있는 에너지 생산시스템으로, 발전 용량 기준으로 수 KW 의 열병합 발전이 가능하다. 최근 냉방까지 가능한 CCHP (Combined Cool, Heat & Power)와 저가격화를 위해 내연기관(ICE)을 이용한 ICE Micro-CHP(400 만 원대)가 개발되고 있으며, 정부의 보급 활성화를 위한 보조금 지급 제도가 필요하다. 초소형 열병합 발전 기술은 상용화 직전 단계에 와 있다. 5. 양자점 태양전기 시스템 빛을 잘 흡수하는 나노 반도체 입자인 양자점을 이용하여 넓은 파장 대역의 빛을 흡수 함으로써 효율을 극대화한 태양전기 기술로서 효율이 기존의 30%대에서 60%대까지 개 선된다. 태양 전기 종류별 이론적 에너지 전환 효율은 <표 4>와 같다. <표 4> 태양 전지의 이론적 전환 효율 종류 Si 태양전지 염료형 태양전지 양자점 태양전지 효율(%) ~ 30 ~ 15 ~ 65 태양광 활용은 에너지 고갈에 대응하기 위한 인류의 생존 과제라는 인식이 확산되고 있다. 특히 양자점 태양전지(Quantum Dot Solar Cell)는 무한성, 안정성, 경제성 등을 확 보한 지속 가능한 미래 사회의 실현기술로 부상하고 있다. 태양 에너지는 지극히 일부가 지구에 도달하지만 <표 5>와 같이 지열, 조력, 화석 에너지 보다 월등해서 지구 에너지의 대부분을 차지하며 거의 무한하다.
  • 주간기술동향 2014. 3. 26. www.nipa.kr 10 <표 5> 지구 에너지 총량 종류 태양광 지열 조력 화석 비율(%) 99.27 0.025 0.0002 0.007 향후 태양 전기 기술의 단점인 낮은 에너지 전환효율, 높은 생산 비용의 획기적인 개 선이 기대되며, 또한 가시 광선 파장 대역이 아닌 적외선 영역의 파장을 이용함으로써 야 간에도 에너지를 생산할 수 있는 근적외선 민감형 양자점 태양전지를 개발중이다. 양자점 소재의 대기 노출 안정성 확보 및 경제적 대량 생산기술이 필요하다. 6. 상황 인지 에너지 절약형 온도 조절기: 네스트 활용 사례 거주지 상황과 거주자 의도를 스스로 인식하여 반영하는 상황 인지(Situation Aware) 형 ICT 기반 융합기술이 확산되고 있다. 스마트홈 서비스에서 대표적인 사례로는 미국에서 큰 인기를 끌고 있는 에너지 절약형 자동 온도조절장치 네스트(Nest)를 들 수 있다. 2011 년에 출시된 이 솔루션은 스마트폰과 연계하여 사용되는 Smart Product(Appcessory: Application+ Accessory)에 해당된다. 애플의 아이팟 개발 주역인 토니 파델이 창업한 Nest Lab. 제품으로 스테인레스 재질에 디자인과 UI 가 탁월하다. 네스트는 주택 실내 온도를 조절하기 위해 주택 거주자들의 생활 패턴을 스스로 학습 하여 능동적으로 실내 온도를 적절하게 조절하고, 모션 감지기가 사람이 부재중인 상태를 식별하여 외출 모드(주간)나 취침 모드(야간)로 자동으로 전환시킬 수 있다. 네스트를 설 치하면 스스로 거주자들의 행동 패턴을 파악하는 학습(Learning) 모드에 들어가고, 1 주일 이내에 “초기 난방 스케줄 학습 완료”라는 메시지를 출력하면서 본격적인 실내 온도 자동 제어에 돌입한다. 네스트는 아이팟처럼 조그 다이얼 원형 바퀴를 회전시켜 온도를 선택하 고, 누르면 설정이 된다. 네스트는 편리한 조작, 온도 자동 조절 기능 등으로 인해 기존 온 도 조절기 보다 2 배 이상 고가(250 달러)인데도 불구하고 큰 인기를 끌고 있다. 네스트는 와이파이를 내장하고 있으므로 관련 앱을 설치한 스마트폰으로 외부에서도 조절이 가능하다. 네스트는 복잡한 사용자 이력관리와 생활 패턴을 통한 적정 온도 자동 관리를 (그림 4)와 같이 클라우드 컴퓨터에서 수행한다. 앞으로 해당 지역 온도에 맞추어 조절하는 기능과 네스트에 의한 온도 조절로 생활 요금이 얼마나 절약되는지를 표시하는 기능 등을 추가할 예정이다.
  • 포커스 11 정보통신산업진흥원 7. 스마트 전구, 휴 활용 사례 필립스에서 출시한 LED 조명등 휴(Hue)는 집안 어디에서든지 와이파이로 연결된 아이 폰, 아이패드 터치 한 번으로 전원을 켜고 끌 수 있으며 조도와 색 조절도 가능하다. 사용 법은 무선 브리지를 가정 내 와이파이 공유기에 연결한 뒤 램프에 전구를 끼우기만 하면 된다. 필립스의 스마트 전구 Hue 역시 Smart Product 또는 앱서사리에 해당된다 사용자는 아이폰, 아이패드에 내려 받은 앱을 이용하여 조명의 밝기나 색상을 일몰, 휴 식, 해변가, 독서 모드 등으로 전환하거나 집안 곳곳의 전구를 터치 한 번으로 작동시킬 수 있다. 또한 시간 예약을 설정하면 가족의 기상 시간, 귀가 시간에 맞춰 조명이 알아서 켜지도록 할 수 있다. 전구 3 개와 무선 브리지로 구성된 기본 세트 상품의 가격은 199 달 러(약 22 만 원)이다. 전구를 추가 구매하면 개당 59 달러(약 6 만 5,000 원)로 다소 비싸 지만 표준 전구에 비해 에너지 소모량이 1/5 수준으로 15 년간 사용할 수 있어 가격 대비 효용이 높은 것으로 보인다. 이와 같은 상황인지 스마트홈 서비스가 기존 주택을 대상으로 하는 애프터 마켓(After Market)이 먼저 형성되고 있으며, 이것이 기술적으로 성숙되고 상업적으로 활성화되면 아 파트 등 공동 주택을 대상으로 비포 마켓(Before Market)이 형성되어 건축 단계에서 설 계에 반영될 것으로 예상된다[4]. 8. 첨단소재의 전자벽, 스마트 랩 활용 스마트 랩(Smart Wrap)은 5cm 두께의 초경량 전자벽으로 2015 년 전후에 실용화될 클라우드 서버 3G/4G 이동망 인터넷 기지국 초고속인터넷 FTTH (ONT) 공유기 (WiFi 내장) WiFi Nest 스마트폰 (웹 내장) (그림 4) Nest 동작원리 FTTH (OLT)
  • 주간기술동향 2014. 3. 26. www.nipa.kr 12 전망이다. 고강도 폴리에스테르 필름 사이에 첨단 단열재를 채워 40cm 두께의 콘크리트 벽과 맞먹는 단열 성능을 구현할 수 있다. 겉에는 박막 태양전지와 OLED 를 입혀서 에너 지를 생산하고, 디스플레이의 기능도 수행한다. Ⅴ. 결 론 앞으로 에너지 문제는 인류의 미래를 생각할 때 인구문제, 환경문제와 더불어 더욱 중 요해질 것이다. 화석 에너지 고갈 이후 대안으로 생각했던 원전이 안전 문제로 인해 국가 총 에너지의 담당 비율이 축소되거나 국가에 따라서는 완전 폐기함으로써 향후 차세대 에 너지 문제는 더욱 크게 부각되고 있다. 지속적으로 증가하는 에너지 수요에 맞추어 에너 지 생산을 늘리는 공급 위주 정책은 한계에 도달하였기 때문에 향후에는 에너지 수요를 제어하는 수요 중심 정책으로 탈바꿈해 나갈 것이다. 그러므로 에너지를 생산하는 것도 중요하지만 에너지를 효율적으로 사용하게 하고 절약하는 기술의 선택이 중요하다. 향후 주택 에너지 절감 기술은 국가 에너지 정책에 비중있게 반영될 것이며, 그것을 구현하는 방법으로 ICT 와 에너지ㆍ재료ㆍ환경 등 다양한 기술의 융합이 가장 효율적인 방법으로 자리매김할 것이다. 주택의 모든 공간에 ICT 가 결합되고 주택 내부의 모든 ICT 기기들이 네트워크로 연결되어 똑똑한 서비스를 제공하는 스마트홈으로 진화하며, 전기는 지능을 갖춘 스마트한 전기로 발전할 것이다[7]. 그 결과 똑똑한 전기가 거주지 주변 상 황과 입주자 상황까지 인식하여 조명, 냉난방, A/V 기기들을 자동으로 제어함으로써 전력 소비를 줄이면서도 편리하게 사용할 수 있게 될 것이다. <참 고 문 헌> [1] 도은진, “에너지 먹는 하마, 건물을 바꾸자”, LGERI 리포트, 제1070 호, LG 경제연구소, 2009. 12. 9, pp.39-47. [2] 서기만 외3 명, “새로운 홈 라이프 스타일로 본 미래 홈 IT 스타일”, LGERI 리포트, 제1223 호, LG 경 제연구소, 2012. 11. 14, pp.17-18. [3] 안윤영 외 1 명, “스마트그리드에서의 AMI 네트워크 기술 동향”, 정보통신산업진흥원, 주간기술동향, 1566 호, 2012. 10. 4, pp.1-2, 7-12. [4] 엄보윤 외3 명, “클라우드 기반 스마트홈 구축 및 이를 위한 표준화 영역”, 정보통신산업진흥원, 주간 기술동향, 1575 호, 2012. 12. 5, pp.5-7.
  • 포커스 13 정보통신산업진흥원 [5] “친환경 주택의 건설기준 및 성능”, 국토교통부고시 제 2013-48 호, 제 13 조(대기전력자동차단장치 의 설치), 제16 조(실별 온도조절장치의 설치), 2013. 4. 12. [6] “건축물의 에너지절약 설계기준”, 국토교통부고시 제2013-587 호, 제10 조(전기부문의 의무사항) 4. 항 대기전력자동차단장치, 2013. 10. 11. [7] 장희순 외 1 명, “건축과 ICT 융합 추진상황 및 향후 전망”, 정보통신산업진흥원, 주간기술동향, 1620 호, 2013. 10. 30, pp.20-22. [8] 장우석, “국내 전력수급의 구조적 문제점 및 개선방안”, VIP 리포트, 현대경제연구원 산업연구본부, 2013. 12. 11, pp.1-3. [9] 송병훈, “제2 차 에너지기본계획 최종확정”, 에너지데일리, 2014. 1. 14. [10] 김광균 외1명, “에너지기본계획 정책제안 어떤 내용 담겼나”, 전기신문, 제2938호 3면, 2013. 10. 14. [11] “에너지기술 R&D Warehouse, 건물 분야”, 한국에너지기술평가원, 2013. 12. 17, pp48-66 * 본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 NIPA 의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다.* 본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 NIPA 의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다.