본 연구는 2030년 의무화가 시행되는 민간 소규모 건물을 대상으로 ZEB 인증의 안착을 위한 제도적인 개선방안을 도출하고 제안하는데 목적을 두고 있다. 이를 위해 본 연구에서는 국내 최초로 ZEB 인증 1등급을 획득한 500㎡ 규모, 소규모 공공 업무시설 두 곳의 사례를 통해 ZEB 인증 달성과 품질향상을 위해 필요한 기술적인 요소들을 정리하고, 에너지 및 환경성, 경제성을 평가하였다. 그리고 연구의 방법은 ECO2 에너지 시뮬레이션, 전과정평가(LCA), 순현재가치(NPV)의 경제성 평가 등 정량적인 분석을 수행하였다.

그 결과, 본 연구에서는 ‘1) ZEB 소규모 건축물 품질 향상을 위한 제안 사항’으로서 ‘① 소규모 건축물 ZEB 설계 및 시공 지원 방안’, ‘② 시뮬레이션 개선 및 기술 적용 방안’을 검토 및 제안하였으며, ‘2) 제도적 측면의 지원 및 개선을 위한 제안 사항’으로서 ‘① 경제성 평가를 반영한 지원 방안 ’, ‘② 소규모 건물의 LCA를 연계한 녹색건축인증 활용 방안’, ‘③ 녹색금융 활용 가능성, GR 이자지원 방안’을 검토 및 제안하였다.

1) ZEB 소규모 건축물 품질 향상을 위한 제안 사항

① 소규모 건축물 ZEB 설계 및 시공 지원 방안

소규모 건축 시장에서 ZEB 인증 달성과 연계한 설계, 시공 단계 품질확보, 하자 예방을 위한 관리를 위해 다음과 같이 2가지 방안을 검토하였다.

(1) 첫 번째, ‘ZEB 인증 수준’ 지원은 설계단계에서 적용 기술에 대한 컨설팅, 설계도면 반영을 확인하는 서비스를 제공하며, 시공단계에서는 설계에 반영된 적용 기술에 대한 시공 관리를 수행할 수 있다. 그리고 운영단계에서는 건물에너지관리시스템(BEMS)을 통한 지속적인 모니터링을 포함한다.

(2) 두 번째, ‘패시브 하우스 인증 수준’ 지원은 ‘ZEB 인증 수준’의 설계단계, 시공단계 지원 방안을 모두 포함하며, 추가적으로 시공단계에서 기밀성능 테스트 2회 수행(시공 중, 준공 후 등), 열교 발생 부위 확인 및 보완을 제공한다. 하지만 운영단계에서 BEMS는 포함하지 않는다.
본 연구에서는 설계단계 및 시공단계에서 ‘패시브 하우스 인증 수준’ 지원과 운영단계에서 ‘ZEB 인증 수준’ 지원을 결합한 형태의 소규모 건축물 ZEB 설계 및 시공 지원 방안을 제안하였다.

② 시뮬레이션 개선 및 기술 적용 방안

개별기술 요소에 대한 평가를 위해 에너지 요구량을 통한 접근이 필요하며, ECO2와 Energy#은 DIN 18599 기반 정적해석 프로그램으로 동일하나 냉방, 난방 에너지 요구량 결과 값의 차가 크게 나타났다. ECO2의 개별 기술요소 반영은 Energy#의 절반 수준으로서 이에 대한 개선이 필요하며, 다음과 같이 3가지 방안을 검토 및 제안하였다. 여기서 시공 중 열교 발생 부위에 대한 보완 조치, 기밀성 테스트 수행 등은 소규모 건축물의 품질 향상에도 기여할 수 있다.

(1) 첫째, 외부 전동블라인드는 ECO2에서 블라인드 정보 입력 및 평가를 위한 인증원 내부 지침 마련이 필요하다.

(2) 둘째, 배관, 돌출 부위 등 열교발생 부위 평가를 위해 Energy#을 벤치마킹하여 열교발생 정보 입력을 ECO2에 추가하여 세부적인 평가가 가능하도록 개선할 수 있으며, 실제 시공 중에 열교 발생 부위에 대한 보완 조치를 연계할 수 있다.

(3) 셋째, ZEB에 대한 기밀성능 기준을 제시할 필요가 있으며, 이에 대한 보완 및 검증을 위해 시공 단계에서 최소 2회 이상(시공 중, 준공 후 등)의 기밀성 테스트 수행이 요구된다.

2) 제도적 측면의 지원 및 개선을 위한 제안 사항

① 경제성 평가를 반영한 지원 방안

경제성 평가를 반영한 지원 방안을 산정하기 위해 다음과 같이 4가지 분석 결과를 종합하여 반영하였다.

(1) 첫째, 본 연구의 ‘V. ZEB 소규모 건물 경제성 평가’에서 순현재가치(NPV)를 만족하는 CASE 1의 결과(2), CASE 2의 결과(4)를 반영하였다.

(2) 둘째, 관련 법령에 의거하여 대상 건물의 ZEB 인증 1등급 달성에 따른 취득세 경감률 20%를 반영하였다.

(3) 셋째, 소규모 건축물 ZEB 설계 및 시공 지원 방안서 ‘패시브 하우스 인증’을 적용하였으며, 이에 대한 비용을 반영하였다.

(4) 넷째, 소규모 건축물의 ZEB 인증 적용을 위한 추가 기술 제안으로 전열교환 환기장치의 설치 및 그 비용을 반영하였다.

종합하면, CASE 1은 3,846,917원, CASE 2는 15,390,832원의 추가적인 지원이 필요한 것으로 산정되었다. 따라서, 본 연구에서는 취득세 감면 외에 금전적 보상이 될 수 있는 “융자 지원”을 제안하며, CASE 1, 2의 분석 결과를 토대로 지원 규모가 총 공사비의 0.23~0.72% 이상인 경우 추가되는 비용을 상쇄할 수 있다.

② 소규모 건물의 LCA를 연계한 녹색건축인증 활용 방안

녹색건축인증에서는 소규모 건물의 ZEB 인증을 통해 최대 27.7점을 획득할 수 있으며, 이를 포함한 대상 건물(CASE 1, 2)의 총 점수는 44.1점 획득이 가능하다. 즉, 최소 50점 이상부터 일반등급이 부여되는 녹색건축인증의 취득이 용이하므로 정책적으로 소규모 건물에 대한 녹색건축인증 의무화를 ZEB와 함께 고려할 수 있다. 또한, 이를 활용한 인증 획득과 함께 다양한 녹색건축 기술을 고려하여 추가적인 방안을 계획할 수 있다.

추가적인 방안 중 하나로서 녹색건축인증의 ‘건축물 전과정 평가 수행’ 항목을 통해 점수를 획득(최대 2점)할 수 있다. 본 연구에서는 VE 관점의 해석과 저탄소 자재의 반영 가능성을 검토하였으며, 다음과 같이 2가지 결과를 도출하였다.

(1) 첫째, LCA를 위한 VE 관점에서는 에너지 절감 기법, 그리고 가격 대비 환경영향 부하 저감 값과 중량을 고려한 자재 선정 방안을 고려할 수 있다. 특히, 소규모 건물은 중·대규모 건물에 비해 각 자재별 중량의 영향이 크게 작용할 수 있으므로 LCA 중심의 VE 관점에서는 자재의 중량 및 환경영향 부하 저감 효과가 높은 자재를 우선적으로 선정하는 것이 유리하다.

(2) 둘째, 국내 저탄소 자재를 통한 LCA 저감 달성은 현 시점에서는 한계가 있으며, 추가적인 연구와 정책적 개선안이 필요하다.

③ 녹색금융 활용 가능성, GR 이자지원 방안

중소기업 중심의 소규모 건축물 시장에서 ZEB 인증을 위한 녹색금융의 활용은 아직까지 어려우며, 추가적인 대책 강구가 필요하다.

본 연구에서는 국내 민간 시장에서 기존 소규모 건축물을 대상으로 활발히 시행하고 있는 그린리모델링(GR) 이자지원 사업을 벤치마킹하여 소규모 건물의 ZEB 인증의 활성화를 위한 금융적 지원 방안(“융자 지원”)으로 제안하였다.

그 결과, 소규모 건물의 ZEB 인증을 달성하기 위한 비용을 모두 상쇄할 수 있으며, CASE 1은 28,278,055원, CASE 2는 약 19,146,735원의 추가적인 금전적 혜택을 얻을 수 있다.

3) 결론

본 연구에서는 국가적인 2050 탄소중립 실현을 위해 국내 착공 건수에서 88%를 차지하고 있는 소규모 건물 시장의 탄소 저감을 목적으로 하였다. 이를 위해 국ZEB 1등급을 받은 소규모 건물을 대상(CASE 1, 2)으로 사례 분석과 경제성을 평가하였고, 품질향상 방안과 제도적 측면의 지원 및 개선 방안을 제안하였다.

종합하면, 연간 소규모 건축물 착공 건수를 18만건으로 추정하였을 때, ZEB 1등급 수준을 목표로 본 연구의 결과를 모두 대입하면, 연간 최대 93.6억 kWh/년의 에너지를 절감할 수 있으며, 196만 tCO2eq의 지구온난화(GWP) 영향 감소를 통해 1,400만 그루의 소나무를 심는 효과가 있다.

The purpose of this study is to derive and propose institutional improvement measures for the settlement of Zero Energy Building (ZEB) certification for small private buildings, which will be mandatory by 2030. To achieve this, the study summarizes the technical factors necessary for obtaining ZEB certification and improving quality, based on the cases of two 500㎡ and small public office that have already achieved the first class of ZEB certification in Korea. Furthermore, the research methodology includes quantitative analyses such as ECO2 energy simulation, total process evaluation (LCA), and economic evaluation of net present value (NPV).

The results of the study suggest ‘ZEB Design and Construction Support for Small Buildings’ and ‘Simulation Improvement and Technology Application Plan’ as measures for enhancing the quality of small buildings. Additionally, proposals for institutional support and improvement include ‘Support Measures Reflecting Economic Evaluation’, ‘A Study on the Application of G-SEED for Life Cycle Assessment (LCA) in Small Buildings’, and ‘The Possibility of Using Green Finance, GR Interest Support Plan’.

1) ZEB Suggestions for Improving the Quality of Small Buildings

① ZEB Design and Construction Support for Small Buildings

The study reviewed two measures for design aimed at enhancing the quality of construction and preventing defects in the small construction market while achieving ZEB certification.

(1) First, the ‘ZEB certification level’ support provides application technology consulting and checks that reflect design drawings during the design stage. It also includes application technology construction management during the construction stage. Additionally, continuous monitoring through the Building Energy Management System (BEMS) is implemented during the operational stage.

(2) Second, the ‘Passive House certification level’ support includes both design and construction stage support measures similar to the ''ZEB certification level''. Furthermore, it conducts two confidential performance tests (during construction and after completion) at the construction stage and examines and supplements areas with heat bridges. However, BEMS is not included during the operational phase.

Based on this study, a proposal was made to support the design and construction of small buildings by combining the ‘Passive House certification level’ support during the design and construction stages with the ‘ZEB certification level’ support during the operational stage.

② Simulation Improvement and Technology Application Plan

An approach through energy demand is required to evaluate individual technology elements. Although ECO2 and Energy# are both static analysis programs based on DIN 18599, there was a significant difference in the cooling and heating energy demand results. The reflection of individual technical elements in ECO2 was found to be only half the level of Energy#, indicating a need for improvement. Three measures were reviewed and proposed as follows.
Additionally, it is worth noting that supplementary measures targeting areas with heat bridges during construction and the performance of airtightness tests can contribute to the improvement of small building quality.

(1) First, it is necessary to develop internal guidelines for entering and evaluating blind information in ECO2 to effectively incorporate external electric blinds.

(2) Second, Energy# can serve as a benchmark for evaluating areas prone to heat bridge generation, such as pipes and protrusions, by including heat bridge generation information input in ECO2 to enable a detailed evaluation. Furthermore, during actual construction, supplementary measures can be implemented to address identified areas of heat bridge generation.

(3) Third, it is essential to establish confidentiality performance standards for ZEB. To supplement and verify these standards, a minimum of two confidential tests (during construction, after completion, etc.) are required at the construction stage.

2) Proposals for Institutional Support and Improvement

① Support Measures Reflecting Economic Evaluation

To calculate the support plan reflecting economic evaluation, the four analysis results were combined and incorporated as follows.

(1) First, the results (2) of CASE 1 and (4) of CASE 2, which meet the net present value (NPV) criteria analyzed in the ‘ZEB Small Building Economic Evaluation’ of this study, were taken into account.

(2) Second, in accordance with relevant laws, a 20% reduction in acquisition tax rate following the attainment of the first class in ZEB certification for the target building was considered.

(3) Third, the support plan for the design and construction of small buildings included the application of ‘Passive House certification’, with the associated costs factored in.

(4) Fourth, as an additional technology proposal for implementing ZEB certification in small buildings, the installation of heat exchange ventilation devices and their costs were included.

Overall, it was calculated that additional support of KRW 3,846,917 for CASE 1 and KRW 15,390,832 for CASE 2 would be required. Therefore, this study proposes the implementation of “loan support” as a form of monetary compensation, in addition to the acquisition tax reduction. Based on the analysis results of CASE 1 and 2, the additional costs can be offset if the support amount ranges from 0.23% to 0.72% of the total construction cost.

② A Study on the Application of G-SEED for LCA in Small Buildings

In G-SEED, small buildings can obtain up to 27.7 points through ZEB certification, and the total score for the target buildings (CASE 1 and 2) including this certification can reach 44.1 points. This means that acquiring a general rating of at least 50 points, which is required for G-SEED certification, becomes relatively easy when combined with ZEB certification. Therefore, considering the policy of mandatory G-SEED certification for small buildings alongside ZEB certification can be beneficial. Additionally, it allows for the implementation of additional measures that take into account various green building technologies while pursuing certification through G-SEED.

As one of the proposed additional measures, points (up to 2 points) can be earned through the G-SEED requirement of ‘Performing Life Cycle Assessment (LCA)’. In this study, the interpretation of Value Engineering (VE) perspective and the possibility of incorporating low-carbon materials were examined, leading to two key findings.

(1) First, from the VE perspective for LCA, it is recommended to consider energy-saving techniques and material selection methods that take into account the value and weight of reducing environmental impact load in relation to price. Particularly for small buildings, which can have a significant impact on the weight of each material compared to medium and large-scale buildings, selecting materials with a high effect on reducing material weight and environmental impact load from an LCA-centered VE perspective is advantageous.

(2) Second, achieving LCA reduction through domestic low-carbon materials currently has limitations, and further research and policy improvement plans are needed in this regard.

③ The Possibility of Using Green Finance, GR Interest Support Plan

The utilization of green finance for ZEB certification in the small building market, specifically targeting SMEs, still poses challenges, requiring additional measures.

In this study, the Green Remodeling (GR) interest support project, actively implemented for existing small buildings in the domestic private market, was used as a benchmark. It is proposed as a financial support plan (“loan support”) to promote the revitalization of ZEB certification in small buildings.

As a result, it was found that all costs associated with achieving ZEB certification for small buildings can be offset, with additional financial benefits of approximately KRW 28,278,055 for CASE 1 and KRW 19,146,735 for CASE 2.

3) Conclusion

In order to achieve national carbon neutrality by 2050, this study focused on carbon reduction in the small building market, which represents 88% of the construction volume in Korea. The study conducted case analyses and economic feasibility assessments for small buildings targeting the national ZEB grade 1 (CASE 1 and 2) and proposed measures for quality improvement, institutional support, and enhancements.

Overall, considering an estimated annual construction volume of 180,000 small buildings, the results of this study aiming for the first class level in ZEB certification indicate potential energy savings of 9.36 billion kWh per year. Additionally, it is estimated that by reducing the global warming potential (GWP) by 1.96 million tCO2eq, the impact of global warming can be mitigated to the extent that it is equivalent to planting 14 million pine trees.