한국광기술원(신용진 원장)은 김유신 스마트조명연구센터 책임연구원이 황태연 조선대 건축공학과 교수팀과 세계 최고 성능의 건물 조명에너지 절약을 위한 실내 차양 자동제어와 연동하는 광센서 조광제어시스템을 공동 개발했다고 11일 밝혔다.
실내 차양 자동제어 연동 광센서 조광제어시스템은 실내 차양 자동제어를 통해 실내로 유입되는 직사 일광은 차단하고 확산 주광량에 따라 실내 조명기구의 밝기를 제어하는 조명에너지 절감을 위한 조광 제어장치다.
이번 연구성과는 전담기관인 한국에너지기술평가원이 2018년 5월부터 지난해 10월까지 3년 4개월간 추진한 에너지기술개발사업인 '에너지자립형 학교 건물 구현을 위한 패시브·액티브 기술 융복합 모델 및 가이드라인 개발'을 통한 학교 건물 에너지 절감 기술개발 및 실증 연구를 수행 완료한 결과물이다.
정부는 온실가스 감축을 위해, 제로에너지빌딩 건축의 단계적 의무화를 위한 세부 로드맵 정부는 2020년부터 연면적 1000㎡ 이상 공공건축물을 대상으로 제로 에너지빌딩 인증 의무화를 시행 중이다. 2025년까지 민간건축물로 대상을 확대하며 2030년까지 연면적 500㎡인 공공민간건축물을 아우르도록 적용 범위를 확대하는 계획을 수립, 발표했다.
건축물 가운데 공공건물로 분류되는 학교 건물은 학생 수가 지속해서 감소하는 추세에도 불구, 방과 후 활동 등 교내 활동의 증가에 따라 에너지 소비량은 꾸준히 증가하고 있다. 학교 건축물은 학교보건법에 따른 채광 기준을 만족하기 위해 남향에 창문을 설치하고 있기에 실내로 유입되는 직사일광에 따라 학생들의 눈부심과 실내 온도 상승으로 냉부 부하가 증가하고 있다. 불필요한 직사일광을 차단하고자 암막 커튼이나 블라인드를 설치해 눈부심 및 냉방효율을 높이고 있지만 단순 직사일광만을 차단하는 수준에 머물고 있다.
학교 건물에 사용되는 실내 차양을 세밀하게 조절해 실내로 유입되는 직사일광의 주광량을 적절히 이용하면서 실내 인공조명의 밝기를 교실 조명 조도 기준으로 제어한다면 조명 및 냉방 에너지를 절감할 수 있다.
연구팀은 제어 정확도 96.4%의 실내 차양 자동제어 연동 광센서 조광제어시스템을 개발했다. 이는 글로벌 기술을 선도하고 있는 미국 루턴의 제어시스템이 가진 제어 정확도 85%보다 높은 세계 최고 수준이다. 지난해 3월부터 10월까지 경기도 연천군 소재 전곡중학교에 설치해 실증 연구한 결과, 차양 자동제어 연동 광센서 조광 제어시스템 적용 시 기존 발광다이오드(LED) 조명 대비 약 43%의 에너지 절감 효과가 있음을 확인했다.
이러한 연구 결과는 국내 한국조명전기설비학회 논문지에 발표했으며 국제저널 '서스테인어빌리티(Sustainability)'와 '에너지스(Energies)'에도 게재했다.
김 박사팀은 후속 연구로 한국에너지기술평가원이 2020년 7월부터 2024년 6월까지 4년간 지원하는 에너지기술개발사업인 '기존 공공건물 에너지 효율 진단 및 리모델링 기술개발 실증' 사업에 참여하고 있다. 한국건설기술연구원, 서울대, 한양대, 세종대, 한국에너지공단, LX하우시스, 롯데건설 등 총 25개 기관과 함께 기존에 개발한 차양 자동제어 연동 광센서 조광제어시스템을 기반으로 재실자의 생체리듬을 고려한 조명제어시스템 개발 및 실증 연구를 진행하고 있다.
실증장소는 리모델링중인 전남도 순천시 별량면 행정복지센터로, 다음달부터 새로 개발한 시스템을 설치해 에너지 절감 효과 분석 연구를 진행할 예정이다.
김유신 책임연구원은 “앞으로도 지속해서 국내 건축물의 에너지 절감을 위한 다양한 조명제어 시스템을 연구하고자 한다.”라며, “개발한 차양자동제어 연동 광센서조광제어시스템을 향후 사무실, 상가, 주거 등 다양한 건축물에 적용할 수 있게 된다면, 국내 건축물의 제로 에너지 빌딩 구현을 통한 온실가스 감축에 큰 역할을 할 수 있을 것이다”라고 밝혔다.
광주=김한식기자 hskim@etnews.com
