12-09. Energy# - 30초의 마법

(스피커를 켜시고 전체화면으로 보시면 좋습니다~)

1. 기로에 선 Energy#

작년 4월 에너지샵을 런칭한 후 가장 큰 고민은 프로그램의 더딘 확산이었다. "인증 툴"이 아닌 이상 Energy#을 의무적으로 써야할 이유는 없다. 결국 실제 건물을 설계하는 과정에서 의사결정에 도움을 줄 수 있는 "컨설팅 툴"로서의 경쟁력을 확보할 수 있느냐가 관건이었다. 하지만 쉬운 프로그램을 만든다고 나름대로는 노력했으나, 대중과의 간극은 여전했던 듯 싶다. 2,000 건이 넘는 다운로드에도 불구하고 파워유저의 수는 생각보다 적었다.

이대로라면 극소수의 사용자라는 한계에 갇힌 PHPP의 전철을 밟게 되는 것은 시간문제였다. 돌파구가 필요했다. 머뭇거리는 손님들을 다시 불러모을 킬러 콘텐츠의 도입이 시급했다. 오랜 고민 끝에 내린 결론은 신재생, LCC, 마법사였다. 태양광과 태양열을 쉽게 시뮬레이션할 수 있도록 도와주고, 대안별 생애주기비용(LCC, Life Cycle Cost)을 빠르게 비교분석케 하면서, 복잡한 입력 과정을 아주 간단하게 만들어주는 마법사 기능을 도입하면 사람들의 마음을 돌릴 수 있지 않을까. 결국, 각고의 노력 끝에 2017년 6월15일 제2회 Energy# 세미나를 하루 앞두고 이러한 기능을 모두 담은 Energy# 2.3 beta 버전을 발표하게 된다.

2. 최고의 킬러 콘텐츠 - 입력 마법사

마법사 기능 정말 괜찮은데요? 감동입니다!

세미나를 참관하신 패시브건축협회 최정만 회장님의 첫 반응이었다. 의외였다. 사실 개발자로서 가장 내세우고 싶은 기능은 신재생과 LCC 였다. 다른 에너지 해석 툴에는 없는 간결한 인터페이스와 강력한 분석 기능이 컨설팅 툴로서의 에너지샵에 큰 무기가 되어줄 것이라 믿었기 때문이다. 그런데 정작 가장 큰 환호는 입력 마법사에게로 향했다. 왜 그랬을까? 먼저 맨 위에 있는 마법사 기능의 작동과정을 담은 짧은 영상을 보자. (재생창 우측 하단의 전체보기를 클릭하면 Full HD로 선명하게 볼 수 있음) 

영상에서 보신 바와 같이 최소한의 입력만으로 건물의 에너지 해석을 위한 모델링 과정 전체를 완벽하게 자동화할 수 있다. 특히 기후, 단열수준, 실내연면적, 층수, 창호/기밀수준, 환기장치 - 이렇게 6개의 핵심 정보만 입력하면 프로그램이 알아서 뒷 단의 워크시트에 가장 적합한 값을 뿌려준다. 데이터를 자동으로 입력해주는 과정에서 30초 가량의 시간(베타 버전에서는 최적화가 안 된 관계로 1분 이상)이 소요되긴 하지만, 복잡하고 어려운 입력 과정에서의 수고로움에는 비할 바가 아니다.

사실 건물에너지 해석에 정답은 없다. 정확한 결과를 뽑아내고자 디테일하게 들어가자면 한도 끝도 없다. 수많은 현실적 변수를 고려하면 그게 꼭 맞는다는 보장도 없다. 따라서 의사 결정을 위해 일종의 '경향성' 정도가 필요한 초기단계라면 해석의 스피드가 무엇보다 중요하다. 입력 데이터의 수준을 하나하나 구체화시키는 것은 계획 과정에서 시간을 두고 천천히 해나가도 충분하다. 바로 이런 점 때문에 이번에 도입한 마법사 기능이 오히려 전문가 분들에게 더 어필할 수 있었던 것 같다. 

3. 이제 보통 사람도 친환경 건축을 논하다.

에너지샵 2.3 베타 버전을 배포하고 난 후, 협회 홈페이지에 재미있는 글이 하나 올라왔다. 

"저는 올해 충남 청양에서 패시브하우스 보금자리를 마련할 준비를 하고 있는 일반인입니다. 지난 주 숭실대에서 있었던 세미나에서 감명깊게 발표를 들었습니다. 현재 에너지#을 돌리면서 집 설계를 마무리 중인데 PV 관련하여 궁금한 점이 있어 연락 드립니다.

 

저는 전체 에너지를 PV(Photovoltaic, 태양광)로 충당하려 하는데, PV 설치규모를 증가시키면서 시뮬레이션을 해 보면 PV 전력생산량이 에너지 소요량을 초과해도 PV 의존율이 100%에 미달하는 결과가 나옵니다. 아마도 1, 2월의 부족한 전력이 전년도 이월분으로 충당되지 않기 때문인 것 같습니다. 잉여 발전량은 이듬해로도 이월될 수 있는 것으로 알고 있는데 혹시 제가 잘 못 알고 있는 부분이 있는지 알려 주시면 고맙겠습니다." 

이럴 수가! 전문가도 아닌 일반인이 에너지#을 돌려가며 제로에너지 하우스를 계획중이라니!  

몹시도 궁금했다. 보통의 건축주가 어떻게 직접 에너지 시뮬레이션을 하면서 본인의 주택을 계획할 수 있는지. 혹시 마법사를 사용해서 때문은 아닐까하는 기대감도 감출 수 없었다.

아니나 다를까. 확인 결과 건축주는 귀농을 준비하면서 에너지 자립이 가능한 집을 계획하고 있는 보통의 사람이었고, 계획 과정에서 Energy#의 마법사 기능을 십분 활용하였다고 한다. 다음은 이 분이 메일을 통해 전해오신 Energy#에 대한 짧은 감상을 정리한 것이다.

"에너지샵의 마법사 기능을 처음 사용했을 때 간단한 몇 가지 입력만으로 많은 정보가 알기쉽게, 일목요연하게 펼쳐지는 것을 보고 정말 마법을 보는 느낌이었습니다. 자세히 살펴보면 프로그램의 구조나 계산 내역을 파악하기 쉽게 되어 있는 점도 좋았습니다. 유저 인터페이스도 상당히 깔끔해서 알아보기 좋았고요. 시뮬레이션하는 과정이 즐거워 시간 가는 줄 몰랐습니다.  

 

​본문 데이터 중에서 주로 변경한 것은 외피와 창호의 치수, 환기장치(Zehnder의 ComfoAir 70 모델 추가하여 사용), 태양열, PV, 소요량 등입니다. 제가 건축사가 아니기 때문에 건축주로서 개략적인 설계만 하고 최종적으로는 설계와 시공을 패시브건축협회 관계자에게 의뢰할 예정입니다."

물론 건축주가 간단한 수준으로라도 자기가 살 집을 계획한다는 것이 쉽지는 않다. 왠만한 집념이 아니고선 결코 쉽지 않은 일이다. 이 분 역시 보통 분은 아니라고 생각된다. 다음은 건축주가 Sketch Up으로 직접 작성한 3D 모델이다. 

앞에 있는 건물이 패시브하우스 본채이고 지붕에 태양열 집열판이 설치된 뒤의 작은 건물이 창고다. 감각이 있는 건축주여서인지 파워포인트 만큼 다루기 쉬워진 스케치업 때문인지는 모르겠지만, 어쨌든 보통 사람이 자신의 집을 설계한다는 것이 대단하고 멋있어 보인다. 물론 최종적으로는 건축가의 손길이 필요하겠지만, 자신의 집을 직접 그려가며 느꼈을 희열은 말로 표현할 수 없었으리라.

다음은 이 분이 밝힌 에너지샵 활용 과정이다.

① 우선 마법사로 전체적인 상황을 간략히 예측하고 나서 

② 계획안에 따라 외피와 창호의 치수를 변경하고​ 

③ 환기장치를 마음에 두고 있던 Zehnder 사의 ComfoAir 70모델로 변경하였으며 

④ 태양열로 온수를 시뮬레이션하고 

⑤ 조명/가전 등의 전력 사용량 등을 입력한 후  

⑥ 마지막으로 PV, 즉 태양광의 크기를 Sizing했다.  

개발자의 시각에서 보면 지극히 이상적인 시뮬레이션 프로세스다. 에너지를 해석하는 과정과 건축물을 설계하는 과정이 끊임없이 상호 피드백되는 그런... 친환경 건축을 한다고 하는 건축가들 조차 에너지 해석은 하청을 주어야 할 가외의 일로 받아들이는 작금의 상황에서, 설계와 해석의 통합 프로세스를 건축가도 아닌 일반 건축주가 해내고 있다. 한편으로는 대단해 보이지만 다른 한 편으로는 이러한 현실이 몹시도 서글프다. 어쨌든 에너지샵, 특히 입력 마법사가 이 과정에서 결정적인 기여를 했다는 점은 말할 수 없이 감격스럽다. 이제는 보통 사람도 친환경 건축을 논할 수 있게 됐으니 말이다. 

4. 프로그램 활용에 대한 몇 가지 코멘트

다음은 건축주가 보내온 청양주택(충남 청양에 위치해서 편의상 이렇게 부르기로 했다)의 Energy# 시뮬레이션 파일이다. ☞ Energy# 2.3 beta - 청양주택 시뮬레이션 파일 링크

에너지샵 [개괄] 시트를 통해 확인할 수 있는 건축주의 입력요약과 에너지 해석결과는 다음과 같다. (클릭시 원본 이미지 확인 가능)  

해석 결과를 보면, 이 집은 난방에너지 요구량이 아슬아슬하게 1.5리터에 걸쳐있는 패시브하우스다. 2인 가족이 거주하는 면적 68.3 ㎡의 소규모 주택으로, 태양열 6 ㎡로 온수를 100% 커버하고 태양광 3.3 kW로 전력의 83%를 감당한다. 그 결과 전체 에너지비용을 모두 합해도 연간 10만 7천원에 불과하다. 이 정도면 거의 제로에너지 주택에 가까운 수준이다. 다음은 [비용] 워크시트에서 제공하는 이 주택의 단위면적당 에너지 요구량과 소요량이다. 태양열(주황색 사선)과 태양광(하늘색 사선)이 실제 필요한 에너지 소요량을 어떻게 제로로 만들고 있는지 직관적으로 이해할 수 있다. 

개발자의 관점에서 건축주가 보내온 에너지샵 파일을 전체적으로 훑어 본 결과, 워크시트 별 수정/보완 사항을 몇 가지 말씀 드리면 다음과 같다.  

(1) 기후

애석하게도 이 주택이 위치하는 '청양' 지역의 기후데이터는 에너지샵에 등록되어있지 않다. 그래서 건축주는 가장 가까운 '대전'을 기후조건으로 선택했다. 하지만 좀 더 정확성을 기하기 위해서 상용 기상 프로그램인 메테오놈(Meteonorm) 데모 버전을 사용하여 해당 지역의 기후데이터를 입력해보자. 순서는 다음과 같다. 

① 구글 맵(https://www.google.co.kr/maps)으로 들어가서 해당 사이트의 번지수를 입력한 후, 표시 지점에서 마우스 오른 쪽 버튼을 클릭하여 "이 곳이 궁금한가요?"를 클릭하면 해당 지점의 위도와 경도가 표시된다.

② 메테오놈 데모버전을 다운로드(http://www.meteonorm.com/en/downloads)받아서 실행한 후, Location > User defined 탭에서 기후 명칭과 함께 해당 위도와 경도를 입력한 후 Save 버튼을 클릭한다.

③ 메테오놈의 User defined 탭에서 해당 지역을 더블 클릭한다 (그러면 왼쪽 창에 리스트업 됨)

④ 메테오놈의 Output 탭에서 Data table을 선택한 후, 1월~12월(12행) & Gh/Dh/Bn/Ta/Td/FF (6열) 선택후 복사한다.(Ctrl+C)  

⑤ Energy# [기후] 워크시트의 '사용자 설정 월별 기후정보' 입력란에 명칭, 위도, 경도, 고도 정보를 채우고,1월 첫째 칸(진한 노란색) 선택 후 붙여넣는다. 단, 붙여넣기를 할 때 그냥 Ctrl+V 하면 엑셀 서식이 깨지므로 셀 선택 후 마우스 오른쪽 버튼 클릭후 붙여넣기 옵션에서 '주변서식에 맞추기'를 선택해야 한다.  

이렇게 입력한 '청양' 지역의 기후정보를 [기후] 워크시트의 G2 셀에서 선택하면 된다. 이 경우, 전에는 1.6리터였던 난방성능이 바로 2.0리터로 바뀌는 것을 확인할 수 있다. 대전에 비해 100 m 가량 고지대이고, 산지로 둘러싸여 있는 다소 열악한 기후조건이 에너지 해석과정에 반영된 것으로 보면 된다. 

(2) 외피 

통상 지표면 바닥 슬라브 주위의 둘레단열을 하면 에너지 효율이 높아지지만, 구체적인 디테일을 건축주 수준에서는 알 수 없으므로 일단 패스한다. 다만, 북측 경사지붕의 외피구성이 빈칸으로 되어 있는데 아마도 마법사를 돌린 후 실수로 삭제한 것으로 보인다. 북측 지붕으로 인한 손실을 반영할 경우 난방성능은 다시 2.0리터에서 2.6리터 수준으로 떨어진다. 

에너지 계산과는 직접적인 관련은 없지만, '체적대 면적비'를 뜻하는 A/V비의 개략계산 부분도 Refresh해줄 필요가 있다. 마법사 기능을 적용한 후 면적 정보를 변경하였으므로 '기본값' 버튼을 클릭해야 최신 A/V비로 업데이트되니 참고하기 바란다. 

(3) 환기 

운전풍량을 143 CMH(Cubic Meter per Hour; ㎥/h)로 너무 크게 잡았다. 아마 마법사가 뿌려준 초기 수치를 그대로 남겨두어서인 듯 한데, 해당 란을 'Delete'해주면 현재의 조건을 기준으로 시스템이 계산한 요구풍량으로 자동 대체된다. 이처럼 시스템에서 제안한 85 CMH를 입력한 경우 난방성능은 2.6리터에서 2.4리터로 소폭 개선된다. 

(4) 온수에너지

주택일 경우 사용인원수만 정확하다면 '급탕부하 이용' 보다는 재실자의 수를 이용하여 온수사용량을 계산하는 '세부설정 입력' 모드를 활용하는 것이 낫다. 고령자의 경우 처럼 온수를 많이 사용할 경우 1인당 1일 온수사용량을 기준치인 30리터 보다 크게 잡아도 좋다. 

(5) 소요량

별도로 제습기를 가동하지 않는 이상 '별도 제습률'을 입력할 필요는 없다. 제습기를 실내에 둘 경우 여름철 제습과정에서 발생하는 열을 감당하기도 쉽지 않다. 따라서 별도 제습률을 100% → 0% 로 변경하였다.  

(6) 태양광(PV) 

온수를 제외한 모든 에너지를 PV로 커버하기로 했으므로 태양광 발전량 합계를 연간 전력 소요량 4,752 kWh 이상이 되도록 태양광 모듈의 개수를 변경해야 한다. 여기서는 모듈의 개수를 13 → 17개로 바꿨다. 그리고 추가 입력란을 활용하여 연초의 의존률도 100%가 되도록 조정한다. 단, 총량을 맞추기 위해서 12월에는 추가입력량 합계 만큼을 마이너스 값으로 입력한다. 2.3 정식 버전에서는 이 부분을 자동으로 입력하는 기능을 지원할 예정이다. 

참고로 2.3 베타 버전까지는 잉여전력의 이월이 1년 범위 내에서만 이루어지는 것으로 가정했는데 확인한 바에 따르면 지금은 무제한 이월이 가능하다고 한다. 이 경우 한전의 전력망이 사실상 배터리 역할을 완벽하게 수행하는 것으로 볼 수 있어 태양광의 경제성이 크게 높아지게 된다. 개인적으로는 현실적인 제로에너지 하우스의 실현이 이제 눈 앞에 다가왔다고 본다. 

(7) 비용 

건축주가 독립형(Off Grid) 태양광 시스템을 검토하는 것으로 알고 있는데, 이 경우 전기요금 설정을 '계통연계형'에서 '독립형'으로 변경하여야 한다. 참고로 독립형 태양광 시스템은 아직까지 국내에서는 보편화되지 않았고 배터리의 수명 등에 대한 이슈도 해결되지 않았다. 전기를 끌어올 수 없는 낙도나 오지가 아닌 이상 계통연계형의 경제성을 극복할 수는 없다. 다만, 필자에게도 완전한 Off Grid 시스템 구축은 최고의 로망이다. 스스로 생산하고 스스로 소비하는 데에서 오는 쾌감은 경제성을 따지는 것과는 전혀 별개의 문제다. 만약 내 집을 짓는다면 꼭 한 번 도전해보고 싶다.  

(8) LCC 

건축주는 마법사의 입력을 잘못 바꿀 경우를 대비해서 변경한 부분을 다른 색상으로 구분해주면 어떻겠냐는 제안을 주셨는데, 이는 LCC 워크시트를 활용하면 대응 가능하다. 처음에 마법사로 계획한 후 기본모델을 캡처하고, 변경할 때마다 다시 대안별 캡처를 해주는 것이다. 기본모델에 비해 달라진 숫자는 연두색으로 표시되니 변경 전과 후를 쉽게 비교할 수 있다. 

이렇게 변경한 청양주택의 Energy# 파일은 다음 링크를 참고하시기 바란다. 

☞ Energy# 2.3 beta - 수정된 청양주택 파일 링크 

아울러, 변경 후의 입력요약과 에너지 해석결과는 다음과 같다. (클릭시 원본 확인 가능) 

주택의 규모가 작다보니 6 ㎡의 태양열과 4.3 kW의 태양광 만으로 완벽한 제로에너지 하우스(1차에너지 = 0)를 구현했다. 하지만 난방효율이 2.4리터인 점은 마음에 걸린다. 협회의 목조 표준주택 상세를 사용했기에 벽체의 열관류율이 ​0.174 W/㎡K에 그친 것이 컸다. 이를 해결하기 위해서는 벽체 구성을 변경하거나 일사유입을 늘리는 등의 추가적인 조치가 필요하다. 냉방에너지도 현재는 남향에만 차양을 적용했는데, 동향과 서향까지 적용한다면 이 역시 1등급 기준에 충분히 들어올 것이다. 

이 밖에도 도면과 Energy#을 나란히 놓고 보면 무수한 개선점과 아이디어가 쏟아질 것이다. 이제 남은 것은 끊임없는 대안 검토와 피드백이다. 이를 거치면 거칠 수록 탄탄하고 합리적인 디자인이 될 것은 자명하다. 그리고 이것이 바로 진정한 패시브 설계요, 제대로된 친환경 건축 프로세스다. 

그저 '연비 좋은 자동차'라고만 주장해서는 친환경차를 원하는 이에게 그 어떤 설득력도 없다. 리터당 몇 km를 갈 수 있느냐를 명확하게 이야기하는 것은 너무도 기본적인 상식에 속한다. 패시브도 마찬가지다. 설득력 있는 수치로 이 집의 디자인이, 그리고 그 속에서 우리의 삶이 설명될 수 있어야 한다. 이 지극히 정상적인 과정에 좀 더 많은 이들이 동참할 수 있기를 소망해본다.

※ 이 글은 필자의 블로그(blog.naver.com/energysharp)에도 포스팅되었습니다.