[제301호 11/25] 탄소중립, 에너지자급(Zero Energy) 건축물로 다가간다!

특허청에 따르면 패시브 기술을 접목한 고성능 창호 시스템의 특허출원이 지난 2008년부터 현재까지 총 2262건인 것으로 나타났다. 이는 제로 에너지 건축 세부 기술분야 중 ‘패시브 기술’ 전체의 36.3%를 차지한다.
이는 2008년 이후 건축물의 단열성능기준이 강화된 데다 2017년 제로에너지 건축물 인증제가 시행되면서 관련 기술개발이 지속적으로 이루어졌기 때문인 것으로 분석된다.
제로 에너지 건축은, 건물이 소비하는 에너지와 건물 내 재생에너지를 통해 만들어지는 에너지를 합산한 총 에너지량이 최종적으로 ‘제로(0)’가 되는 건축물을 말한다. (자료.특허청)

전문화된 중소 업체들의 기술개발과 특허출원 활발
특허청은 이와 관련해 제로에너지 건축 관련 특허출원이 2020년 560건으로, 2008년 259건 대비 2.16배 증가했다고 발표했다. 특허출원이 연평균 6.6% 성장한 것이다.
기술유형별로 보면, 고효율 단열시스템(34.2%), 고성능 창호시스템(36.3%) 등 새는 열을 막는 ‘패시브 기술’이 70% 정도 차지하고, 태양광(23.5%) 및 지열(6.0%) 등 재생에너지를 활용해 에너지를 생산하는 ‘액티브 기술’이 그 나머지를 차지하고 있다.
출원인 유형별로 보면, 중소기업(39.3%), 개인(34.0%), 대기업(14.5%), 대학‧연구기관(9.5%) 순으로 나타났다. 창호, 단열재 등 제로에너지 건축 자재별로 전문화된 중소 업체들의 기술개발과 특허출원이 활발히 이루어지고 있는 것이다.

제로에너지건축의 개념 및 요소기술

건물 일체형 태양광시스템(BIPV) 관련 기술개발도 활발
한편, 태양광 패널을 옥상 등 한정된 곳에 설치하는 기존의 ‘액티브 기술’로는 에너지 소비 제로(0)를 달성하기 어려운 바, 최근 이를 해결하기 위한 건물일체형 태양광시스템(BIPV: Building Integrated Photovolatic System) 관련 기술개발 또한 활발한 것으로 나타났다.
이는 건물의 외면을 이루는 창호와 외장재 등에 태양광 패널을 일체화시키는 융·복합기술로서, 특허출원이 2015년 15건에서 2020년 45건으로 최근 5년 사이에 3배로 급격하게 증가했다.

제로에너지 건축의 예시

일반적인 태양광 패널은 색상이 어둡고, 투광성이 나빠서 건물의 창호나 외장재에 바로 적용하기에 어려운 문제가 있었다. 이에 투명도를 높여 창호로 활용하는 기술, 다양한 색채 구현이 가능하도록 하여 외장재에 적용하는 기술 등이 출원되고 있다.
또한, 플렉서블한 소재로 제작하여 곡면 등 건물의 다양한 디자인에 적용할 수 있는 기술 등으로 발전해 나가고 있다.

건축물일체형 태양광시스템 관련 특허 기술(예시)

탄소중립 달성을 위해 건물의 에너지 소비를 줄이는 것이 필수적인 가운데, 우리나라를 포함하여 미국, 유럽 등 세계 각국은 제로에너지 건축 의무화를 추진하여 보급을 확대해 나가고 있다. 이와관련해 한국에너지공단 제로에너지빌딩 관련 자료에 따르면 건물 부분의 경우, 국내 에너지 사용량의 20% 이상을 차지한다.
미국의 시장분석 전문회사인 Navigant Research의 Net Zero Energy Building 보고서에 따르면, 제로에너지 건축 세계시장 규모는 2020년 6,000억 달러에서 2035년에는 1조4,000억 달러로 2배 이상 확대될 것으로 전망된다. 국내‧외 시장에서 큰 성장의 기회가 열리고 있는 것이다.
특허청 주거기반심사과 류제준 심사관은 “제로에너지 건축은 그린뉴딜의 핵심과제 중 하나로서, 우리나라는 2020년부터 공공건축물을 시작으로 제로에너지 건축이 단계적으로 의무화되고 있다”면서, “확대되는 제로에너지 건축 시장을 선점할 수 있도록 관련 기술개발과 함께 이를 보호할 수 있는 지식재산권의 확보가 중요하다“고 말했다.
정부의 제로에너지건축 로드맵은 2020년부터 공공건축물(1000㎡이상), 2025년부터는 민간건축물(1000㎡이상), 2030년에는 모든 민간·공공 건축물로 제로에너지건축이 의무화될 전망이다.