
수요 측면 완화 전략을 통한 캠퍼스 건물의 탄소 저감 잠재량 분석: 서울시립대학교를 중심으로







Abstract
In this study, we estimate the potential carbon reduction effects of climate change mitigation options based on demand-side measures in campus buildings with a focus on synergistic effects between strategies, using the University of Seoul, located in Seoul, South Korea, as the target site. We selected demand-side mitigation options based on a review of the university's development strategy literature and the results of workshop-based initiatives on behavioral changes among university members. The options included expanding the installation of solar panels; enhancing insulation performance during the remodeling of old buildings; and reducing heating, cooling, and lighting usage. To estimate the effects of demand-side mitigation options, we compared carbon emissions from campus buildings before and after implementation of each method by calculating end-use energy demands using the City Energy Analyst (CEA) model, a type of Building Energy Model (BEM). At the University of Seoul, it is estimated that approximately 12,038.0 tCO2eq of carbon is emitted annually. The greatest potential for carbon reduction is associated with demand-side mitigation measures, when the expansion of solar panel installation is combined with behavioral changes aimed at reducing heating, cooling, and lighting usage. In this scenario, annual emissions are estimated to be 9,192.14 tCO2eq, reflecting a potential reduction of 20.3%. This is expected to be the most effective combination among the analyzed strategies.
Keywords:
Climate Change Mitigation, Demand-Side Mitigation, Building Energy Modeling, Net-Zero Campus1. 서론
기후변화 대응은 정부 기관에 국한되지 않고, 사회 전반의 다양한 이해관계자들이 협력하여 참여해야 하는 다차원적인 과제이다(Barron et al., 2021). 특히, 대학은 기후변화 대응을 위한 대표적인 교육 및 선도적인 연구기관이면서 동시에 높은 에너지 수요와 온실가스 배출 경향을 보이며, 주요한 비국가적 행위자로 주목받고 있다(Cho et al., 2024; Leal Filho et al., 2023). UNESCO의 지속가능발전교육(Education for Sustainable Development, ESD) 목표는 기후변화를 포함한 세계적인 문제 해결에서 교육기관의 선도적 역할을 강조하고 있으며, 2024년 현재 527개 대학기관의 자발적인 서명을 기반으로 한 탈루아르 선언(Talloires Declaration)은 기후변화에 대한 대학의 의무와 역할을 포함하고 있다(ULSF, 1990, 2024; UNESCO, 2017). 이러한 국제적 이니셔티브에 일환으로 국내외 여러 대학에서 탄소중립 목표 설정 및 이행이 진행되고 있으며, 여러 기구 등에서 이를 지원하고 있다. UN 지속가능개발솔루션네트워크(UN SDSN)는 ‘Net Zero on Campus’ 이니셔티브를 통해 캠퍼스 운영에서의 배출량 감축을 위한 가이드라인과 온라인 툴킷을 제공하며, 미국 고등교육 지속가능발전 협회(AASHE)는 STARS 지표로 대학의 그린캠퍼스 이행 수준을 평가하고 있다(Cho et al., 2024; Powell et al., 2022) . 국내에서는 환경부 주도의 그린캠퍼스 사업을 통해 대학의 탄소중립 이행 지원이 진행되고 있으며, 국내 대학의 자발적인 탄소중립 목표 선언이 발표되고 있다(Cho et al., 2024; ME, 2023).
그린캠퍼스 사업을 비롯한 국내 대학의 기후변화 대응 역할은 주로 녹지 조성, 신재생 에너지 도입, 고효율 기기 및 에너지 관리 시스템 도입, 탄소중립 관련 교육 등에 편중되어 있다(Kim et al., 2010; ME, 2023). 이러한 경향은 캠퍼스 단위에서 적용할 수 있는 기후변화 완화 전략이 수요 측면 완화(Demand-side mitigation)의 개념을 중심으로 형성되어 있음을 보여준다. 수요 측면 완화(Demand-side mitigation)은 IPCC AR6 보고서에서 소개된 단기간의 기후변화 완화를 지원하고 소비자의 기술 선택과 행동, 라이프 스타일의 변화와 생산-소비 인프라 및 시스템, 서비스 제공 전략 관련 사회 기술 전환을 포함하고 있는 개념이다(Creutzig et al., 2022). Creutzig et al. (2022)에서 소개된 수요 측면 완화의 수단은 개인의 탄소배출 행동을 회피(Avoid)하는 수단과, 저탄소 기술의 선택을 통한 개선(Improve) 수단, 그리고 소비 행동을 저탄소 소비 행동으로 전환(Shift)하는 수단으로 구분되어 있다. 회피 수단은 재택근무, 자동차 없는 삶 등의 수단이, 개선 수단의 경우 신재생 에너지, 패시브 하우스, 히트펌프, 옥상녹화 등의 수단이, 전환 수단은 채식 및 공유경제 등이 대표 수단으로 소개되었다(Creutzig et al., 2022).
국내 대학 캠퍼스의 온실가스 저감과 관련된 선행 연구는 주로 캠퍼스 공간 단위 온실가스 인벤토리 구축과 건물 부문의 수요측면 완화 전략의 잠재력 평가에 초점을 맞추어 진행되어 왔다. 주요 연구 사례로는 가천대학교, 강원대학교, 대구대학교, 한양대학교 ERICA캠퍼스 등의 종합대학을 대상으로 한 연구들이 있으며(Jeong et al., 2014; Kim et al., 2012; Park HJ et al., 2012; Park SY et al., 2012; Yoo et al., 2018), 이를 통해 캠퍼스 공간에서 발생하는 주요 탄소 배출 원인이 건물에서 소비되는 전력 및 가스 사용임이 밝혀졌다(Jeong et al., 2014; Kim et al., 2012; Park SY et al., 2012). 특히 캠퍼스 건물 단위의 용도별 에너지 소비를 비교한 결과, 냉·난방과 조명 부문이 에너지 소비의 대부분을 차지하는 것으로 나타났다(Kim et al., 2017). 이러한 결과를 바탕으로, 선행 연구들은 주로 건물 부문의 수요 측면 완화 전략을 통해 탄소 저감 잠재력을 평가하는 데 집중하였으며, 주된 연구 주제는 저탄소 기술 선택과 관련된 개선 방안에 대한 평가였다. 구체적으로, LEAP 모형을 활용하여 신재생에너지 도입 전략을 평가하거나(Jeong et al., 2014; Park HJ et al., 2012; Yoo et al., 2018), LED 조명을 비롯한 고효율 에너지 기기 도입 전략을 분석하는 연구가 대표적이다(Jeong et al., 2014; Park HJ et al., 2012; Park SY et al., 2012; Yoo et al., 2012, 2018). 이와 함께, 캠퍼스 구성원의 기후변화 대응 행동 실천을 통한 탄소 배출 회피 방안을 LEAP 모형으로 평가한 연구도 수행된 바 있다(Park HJ et al., 2012; Park SY et al., 2012). 한편, Kim et al. (2012)와 Kim et al. (2013)은 실제 에너지 소비량을 기준으로 온실가스 인벤토리를 구축하였으며, 이를 통해 보다 실질적인 데이터 기반의 분석을 시도하였다.
이러한 선행 연구들은 캠퍼스에서의 에너지 소비 특성을 분석하고, 수요측면 완화 전략 도입에 따른 탄소 저감 잠재량을 구체적으로 평가하는데 기여하였으나, 캠퍼스의 지리적 특성을 반영하지 못하거나 다양한 수요기반 완화 전략을 반영하지 못한 한계가 있다. 대부분의 선행연구에서 활용한 LEAP 모형은 다양한 부문과 규모의 에너지 절감 및 탄소 저감 효과 분석에 유용한 평가 모형으로 건물 부문의 탄소 잠재량 평가를 위해서는 연면적, 건물 사용 인원 수, 기기 보급 대수, 에너지원 및 용도별 에너지 사용량 등의 변수가 필요하다(Yoon et al., 2016). 따라서, 해당 모형은 개별 건물의 단열 성능 등의 기술 자료와 건물 간 음영 및 기상 조건 등의 지리적 특성의 반영이 어려운 한계가 있다. 또한, Choi et al. (2018)은 기존의 그린캠퍼스 사업이 주로 저예산으로 실행 가능한 활동에 초점을 맞춘 결과, 탄소 배출 저감을 위한 핵심 요소나 그린리모델링과 같은 시설 개선 사업이 추진되지 못했다고 지적한다. 이와 마찬가지로, 선행 연구에서도 대규모 예산이 필요한 사업에 대한 평가가 부족한 한계가 있다. 따라서 본 연구는 대학 기관 차원에서 적용할 수 있는 캠퍼스 건물 부문 수요측면 완화 수단의 탄소 감축 효과를 지리적 특성을 반영하여 사전적으로 평가하는 것을 목표로 한다. 이를 위해 서울특별시에 위치한 서울시립대학교를 대상지로 선정하여, 기관 차원의 인프라 개선 계획에 반영할 수 있는 수요 측면 완화 수단과 더불어 캠퍼스의 주 구성원인 학생을 대상으로 한 행동 변화에 기반한 수요 측면 완화 수단을 종합적으로 분석하였다.
2. 연구 방법
본 연구는 서울시립대학교 캠퍼스 차원의 건물 부문 수요 측면 감축 수단 도입에 따른 탄소 감축 잠재량을 파악하기 위해 두 가지 단계로 나누어 진행하였다. 첫 단계는, 캠퍼스 차원에서 도입이 가능한 수요 측면 감축 수단을 선정하는 것이다. 이를 위해서, 대학 차원의 발전 전략 등의 문헌 검토와 학생 대상의 워크샵을 통한 구성원의 행동 변화 수단 식별을 병행하였다. 다음 단계는, 선정된 수요 측면 감축 수단을 반영하여 건물 에너지 모형(BEM, Building Energy Models) 중 하나인 ‘City Energy Analyst (CEA)’ 모형을 구동하여 산출된 용도별 에너지 수요 저감량에 따라 감축 전략에 따른 탄소 배출량을 산정하였다.
2.1. 연구 대상지
본 연구의 대상지인 서울시립대학교 캠퍼스는 연구 및 수업용 건물 및 기숙사, 수위실과 실험용 온실, 건물 증축부 등을 포함한 40동의 건물이 위치해 있다. 캠퍼스 내의 건물은 1930년대부터 2020년대까지 오랜 기간에 거쳐 만들어졌으며, 21개의 건물이 20세기에 준공되어 노후 건축물에 해당한다. 이 중, 본 연구에서는 지하주차장, 암석 표본실 및 시설 관리용 건물, 변전소를 제외한 34개의 건물을 연구 대상으로 선정하였다. 대상 건물의 준공 시기 및 태양광 발전 설비 설치 건물에 관한 정보는 다음 Fig. 1과 같다. 2024년 기준 대상 건물 중 16개 동에 태양광 설비가 설치되어 있다.
대상지의 건물부문 온실가스 배출 현황을 파악하기 위해 서울시립대학교의 전기 및 도시가스 사용량 및 태양광 발전량 자료를 활용하였다. 서울시립대학교의 전기 및 도시가스 사용량 및 태양광 발전량을 고려한 건물부문 탄소 배출량은 2021년 기준 직간접 배출량 총합 연간 약 9,304.8 tCO2eq으로 계산된다. 또한, Table 1에서 보이듯 2021년 이래로 캠퍼스의 전기 및 도시가스 사용량은 증가하는데 반하여 태양광 발전량은 감소하고 있다. 2023년 기준으로 캠퍼스의 건물 부문 탄소배출량은 11,303.8 tCO2eq으로 2021년 대비 122%이며, 태양광 발전의 기여도 또한 2021년에 5.4%였던 반면 2023년에는 4.4%로 1% 가량 감소하였다.
2.2. 캠퍼스 대상 적용가능한 수요 측면 감축 수단 선정
본 연구에서는 IPCC AR6 보고서에서 소개된 60가지의 수요 측면 감축 수단을 기반으로 감축 전략을 수립하였다. 해당 수단들은 Ivanova et al. (2020)에서 탄소 감축 잠재량이 정량화되었으며, Creutzig et al. (2022)에서 회피(Avoid)-전환(Shift)-개선(Improve) 프레임워크를 통해 정리되었다. 우리는 대학 공간 범위 내에서 적용할 수 있는 감축 수단에 대하여 캠퍼스 기관 차원에서 적용할 수 있는 수단과 구성원 차원의 행동 변화를 통해 적용할 수 있는 수단으로 구분하였다.
첫째로, 서울시립대학교에 현재 도입되어 있거나, 중장기 발전 계획을 기반으로 캠퍼스 공간 내에서 고려될 수 있는 수요 측면 감축 수단을 선정하였다. 위 과정을 통해 선정된 캠퍼스에 도입 가능한 수요 측면 감축 수단은 ‘태양광 패널 확대 설치’, ‘노후 건물 리모델링 시 단열 성능 강화’ 이다. 본 연구에서 (1) 태양광 패널 설치 확대 설치는 PV 패널 미설치 건물인 16개 동에 추가 설치를 가정하였다. PV 패널은 전체 옥상 면적의 40% 설치를 가정하였으며, 이는 서울시의 ‘환경영향평가 심의기준’을 근거로 한다(Seoul Metropolitan Government, 2021). (2) 노후 건물 리모델링 시 단열 성능 강화 수단에서는 ‘서울시립대학교 중장기 발전 계획’에 따른 시설 확충 및 개선 계획에서 반영된 중기계획(~2035년)의 리모델링 계획을 반영하여 7개 건물의 단열성능을 현행 ‘건축물의 에너지 절약 설계 기준’의 최소 조건 충족을 가정하였다. 둘째로, 교내 학생을 대상으로 수요 측면 완화 전략에 대한 워크샵을 진행하여 학생 차원에서 캠퍼스에서 실천할 수 있는 탄소중립 행동 수단을 식별하였다. 워크샵은 2024년 7월 23일부터 8월 27일까지 6주간 실시되었으며, 서울시립대학교 학생 17명이 자발적으로 참여하였다. 해당 워크샵은 개인 차원의 실천 가능한 수요 측면 수단을 선정하고, 직접 실천해보고 후기를 발표하는 형식으로 구성되었다. 해당 학생들이 워크샵을 통해 만들어낸 토의 자료 등은 사용자 콘텐츠 업로드 및 공유, 상호작용이 가능한 웹 플랫폼인 패들렛(padlet)을 통해 정리되었다. 해당 워크샵을 통해 발굴된 캠퍼스 대상 수요 측면 수단은 폐기물, 에너지/전력 부문에서 정리되었으며, 이 중 워크샵 참여 학생이 캠퍼스 내 공간에서 실질적으로 참여 가능한 수단으로 한정하였다. 최종적으로 워크샵을 통해 도출된 캠퍼스 대상 수요 측면 수단 중 건물 에너지 관련 수단으로는 ‘냉난방 사용량 줄이기’, ‘조명 사용량 줄이기’가 도출되었으며 본 연구에서는 두 수단이 동시에 실현되는 경우를 가정하여 연구를 진행하였다. 냉난방 사용량 줄이기의 경우 냉난방 시스템의 Setpoint 및 Setback Point 온도 조절을 통한 에너지 사용량 감소 상황을 가정하였고, 조명의 경우 공간 미사용 시에 전등 소등을 전제로 하여 전체 사용량의 25%의 에너지 감축을 가정하였다. 최종적으로 산출된 캠퍼스 내의 수요 측면 감축 수단과 가정에 대한 설명은 Table 2와 같다.
2.3. 건물 에너지 모형을 활용한 탄소 배출량 추정
캠퍼스 공간 내에서 고려될 수 있는 선정된 수요 측면 감축 수단의 효과를 추정하기 위해 감축 수단의 미적용 시의 캠퍼스 건물에서의 에너지 소비와 개별 수요 측면 감축 수단의 도입 시 에너지 수요 변화를 비교하였다. 추정된 용도별 에너지 수요를 기반으로 「지자체 온실가스 배출량 산정지침」과 「연도별 국가 고유 발열량 및 배출계수」를 활용하여 탄소 배출량을 추정하였다.
건물의 에너지 소비는 건물 에너지 모형 중 하나인 CEA (City Energy Analyst) 모형을 활용하여 용도별 에너지 수요(End-use Energy Demand)와 태양광 패널 설치 시 발전 잠재량을 추정하였다. CEA 모형은 Fonseca et al. (2016)에서 소개된 건물 에너지 모형이며, 스위스 취리히 및 인근 지역(Fonseca et al., 2016; Oraiopoulos et al., 2023), 싱가포르(Bello Acosta et al., 2019; Shi et al., 2023)를 중심으로 본 모형을 이용하여 다양한 도시에서 지구 단위 에너지 수요량을 추정한 연구가 진행되어 왔다. 국내에서 Baek et al. (2023)에서 주거용 건물 탄소 저감 잠재량 분석에 활용되었으며, Baek et al. (2022)에서 태양광 발전 잠재량 분석에 활용된 바 있다. CEA 모형에서 용도별 에너지 수요를 산출하는 수요(Demand) 모듈과 에너지원 발전 잠재력을 평가하는 자원 잠재량(Resource Potential) 모듈을 구동하기 위해서는 건물 원형(Archetypes), 도시(Urban), 센서(Sensor), 기상(Weather), 분포(Distributions) 등 다섯 가지 입력 데이터베이스의 구축이 필요하다(Fonseca et al., 2016). 본 연구에서는 활용한 기상데이터는 Lawrie and Drury (2022)에서 제공하는 TMY (Typical Meteorological Month)데이터 중 서울시의 기상관측 데이터를 기반으로 한 EPW 파일 형식의 데이터를 활용하였다. 각 입력 데이터베이스에 포함된 자료의 구체적인 설명과 예시는 Table 3에 제시되어 있다. 또한, 본 연구에서 분석 대상인 캠퍼스의 현 상황에 대한 입력 자료는 Table 4에 요약되어 있다. 본 연구에서는 세 가지 수요 측면 감축 수단인 (1) ‘태양광 패널 확대 설치’, (2) ‘노후 건물 리모델링 시 단열 성능 강화’, (3) ‘냉난방, 조명 사용량 감소를 위한 행동변화’의 효과를 추정하기 위해, 기존 입력 자료에서 Table 5와 같이 건물 원형 데이터와 분포 데이터를 변경하였다. 이외의 자료는 현 상황에 대한 입력 자료와 동일하게 사용하였다.

Input dataand descriptions required to run the Demand and Resource Potential modules in CEA, based on Fonseca et al. (2016)
3. 결과 및 고찰
3.1. 캠퍼스 건물 부문 탄소 배출량 추정 결과
본 연구의 연구 대상지인 서울시립대학교 캠퍼스의 용도별 에너지 사용량 추정 결과와 탄소 배출량 추정 결과는 Table 6과 같다. CEA 모형의 Demand 모듈을 활용한 분석 결과, 연간 전기 에너지 수요량은 21,793.6 MWh, 가스 수요량은 9,370.8 MWh로 추정되었다. 가스 사용량을 실제 수치와 비교하기 위해 m3 단위로 환산한 결과, 연간 약 888,227.5 m3의 가스가 사용될 것으로 예상된다. 이러한 예측치는 2023년 실제 전기 사용량인 21,698.7 MWh와 비교했을 때 약 0.4%의 차이를 보이며, 실제 가스 사용량인 814,255 m3와 비교했을 때는 8.3%의 오차를 나타낸다. 전기 에너지 수요의 용도별 분석 결과, 조명이 전체 전기 수요의 26%로 가장 큰 비중을 차지하며, 냉방이 21%, 예비 전력이 19%, 가전 및 전자기기 사용이 16%를 차지하였다. 가스 에너지 수요의 경우 난방이 전체의 92%를 차지하며, 온수 사용이 나머지 8%를 차지하는 것으로 나타났다. 탄소 배출량의 경우 연간 약 12,038.0 tCO2eq가 배출될 것으로 추정되며, 이는 태양광 발전 잠재량을 고려하지 않은 추정 값이다. 탄소 배출량의 경우, 조명 사용으로부터 기인하는 탄소배출이 전체 배출량의 22%를 차지하며, 냉방이 18%, 예비 전력과 난방이 각각 16%의 배출량을 차지하는 것으로 추정되었다.
3.2. 태양광 패널 확대 설치 시 탄소 저감 효과 추정 결과
CEA 모형의 자원 잠재량 모듈을 통해 추정된 대상지의 태양광 발전 잠재량은 연간 1,092,770 kWh로 산정되었다. 이는 2021년부터 2023년까지 대상지에서 실제 기록된 발전량과 비교했을 때, 최소 3.2%에서 최대 5.5%의 오차 범위를 나타낸다. 현재 캠퍼스 대상지는 16개동에 태양광 패널이 설치되어 있으며, 현 상황에 따른 태양광 발전 잠재량은 앞서 추정된 전기 에너지 수요의 약 5.5%를 충당할 수 있을 것으로 예상된다. 이를 통해 대상지 건물 부문의 탄소 배출량 중 약 4.2%에 해당하는 502.03 tCO2eq를 저감할 수 있을 것으로 보인다. 또한, 태양광 패널이 미설치된 건물에 추가 설치할 경우, 연간 827,665 kWh가 더해져 총 1,920,434 kWh의 발전 잠재량이 추정된다. 이는 전체 전기 에너지 수요량의 9.6%를 공급할 수 있으며, 882.27 tCO2eq의 탄소 배출량을 저감할 수 있을 것으로 추정된다.
3.3. 노후 건물 리모델링 시 단열 성능 강화 시 탄소 저감 효과 추정 결과
CEA 모델의 Demand 모듈을 통해 추정된 8개 건물 리모델링을 통한 단열 성능 강화 시 용도별 에너지 수요량 추정 결과와 그에 따른 탄소배출량 추정 결과는 Table 7과 같다. 해당 값은 태양광 발전 잠재량을 고려하지 않은 값이다. 리모델링 진행 시 연간 전기 에너지 수요는 22,515.1 MWh, 가스 수요는 7,728.5 MWh로 추정되었으며, 이는 각각 현재 대비 전기 수요는 3.3%인 721.5 MWh가 증가한 값, 가스 수요는 17.5%인 1,642.3 MWh가 감소한 값에 해당한다. CEA의 Demand 모듈을 통한 용도별 에너지 수요량 추정에서 단열 성능 강화 시 냉방 에너지가 오히려 증가하는 경향을 보이는 것은 Baek et al. (2023)에서 나온 결과와 동일한 결과이다. CEA의 Demand 모듈을 통한 용도별 에너지 수요 추정 결과, 단열 성능 강화 시 냉방 에너지 수요가 오히려 증가하는 경향이 나타났는데, 이는 Baek et al. (2023)의 연구 결과와 일치한다. 이러한 경향은 Fonseca and Schlueter (2015)가 제시한 CEA의 냉난방 수요 추정 방식에서 기인한다. CEA 모델의 냉방 부하 계산은 건물의 열 손실 및 내부 열 취득을 반영하는 감열 냉방 부하(sensible cooling load)와 실내 습도 조절을 고려하는 잠열 냉방 부하(latent cooling load)의 합에서 냉방 시스템 손실을 차감하여 이루어진다(Fonseca and Schlueter, 2015). 이 과정에서 단열 성능이 강화됨에 따라, 건물의 열관류율이 감소하면 외부 열 취득은 줄어들지만 내부 열 취득은 일정하게 유지되며, 동시에 전도에 의한 열 손실이 감소하여 결과적으로 냉방 부하가 증가할 수 있다. 본 연구에서는 건물 리모델링 시 건물의 열관류율 감소만을 가정하였기에, 모델에서 냉방 부하를 추정할 때 전도에 의한 열 손실 감소가 환기에 의한 열 손실 감소 및 잠열 부하와 같은 요인에 영향을 미친 것으로 파악된다. 이에 따라 추정된 탄소 배출량은 총 12,014.42 tCO2eq로, 이는 현황 대비 0.2%에 해당하는 23.6 tCO2eq가 감축된 수치이다. 에너지원별로 분석한 결과, 천연가스 사용으로 인한 탄소 배출량은 기존 대비 17.5%인 335 tCO2eq가 감소한 반면, 전기 사용으로 인한 탄소 배출량은 기존 대비 3.3%인 331.5 tCO₂eq가 증가한 것으로 나타났다.
3.4. 냉난방, 조명 사용량 감소를 위한 행동 변화 시 탄소 저감 효과 추정 결과
CEA 모델의 Demand 모듈을 통해 추정된 냉난방, 조명 사용량 감소를 위한 행동 변화 시 탄소배출량 추정 결과는 Table 8과 같다. 해당 값은 태양광 발전 잠재량을 고려하지 않은 값이다. 현재 건물의 열 성능이 유지되는 상황에서의 행동 변화 시 연간 전기 에너지 수요는 17,829.3 MWh, 가스 에너지 수요는 8,712.3 MWh로 추정되었다. 이는 각각 현재 대비 전기 수요는 18.2%인 3,964.3 MWh, 가스 수요는 658.5 MWh가 감소된 수치이다. 이에 따라 추정된 탄소 배출량은 총 10,074.4 tCO2eq로, 이는 현황 대비 16.3%에 해당하는 1,963.6 tCO2eq가 감축된 수치이다. 에너지원별로 분석한 결과, 전기 사용으로 인한 탄소 배출량은 기존 대비 18.2%인 1,821.2 tCO2가, 가스 사용으로 인한 탄소 배출량은 기존 대비 7.0%인 142.3 tCO2eq가 감축된 것으로 나타났다. 반면, 앞서 살펴본 8개 건물 리모델링 시 단열 성능 강화 효과와 냉난방 및 조명 사용량 감소를 위한 행동 변화 시 탄소배출량 추정 결과 연간 전기 에너지 수요는 18,792.3 MWh, 가스 에너지 수요는 7,319.6 MWh 일 것으로 나타난다. 건물의 단열 성능 강화로 인한 전기 에너지 수요 증가 경향은 앞서 살펴본 Table 7에서의 결과와 동일하다. 용도별 에너지 수요량에 따른 탄소 배출량은 총 10,215.7 tCO2eq으로, 이는 현황 대비 15.1%에 해당하는 1,822.2 tCO2eq가 감축된 수치이다. 에너지원별로 분석한 결과, 전기 사용으로 인한 탄소 배출량은 기존 대비 13.8%인 1,378.8 tCO2가, 가스 사용으로 인한 탄소 배출량은 기존 대비 21.9%인 443.4 tCO2eq가 감축된 것으로 나타났다.
3.5. 종합 분석
Fig. 3은 본 연구에서 CEA 모형을 활용하여 도출한 수요 측면 감축 수단에 따른 캠퍼스 건물 부문 탄소 배출량 감축 잠재량 비교 그래프이다. CEA를 통해서 도출된 현재 상태의 캠퍼스 건물 부문 탄소 배출량과 16개동에 설치된 태양광 발전 패널의 발전 잠재량을 고려하였을 때 연간 탄소배출량은 11,535.95 tCO2eq일 것으로 추정된다. 태양광 패널 확대 설치 시 탄소 배출량은 연간 11,155.71 tCO2eq로 3.3%의 감축 효과를 보인다. 또한, 노후 건물 리모델링 시 단열 성능 강화 시 탄소 배출량은 연간 11,512.39 tCO2eq로 0.2%의 감축 효과를 보인다. 냉난방, 조명 사용량 감소를 위한 행동 변화 시 탄소 배출량은 현재 건물 단열 성능 환경에서 연간 9,572.38 tCO2eq로 17.0%의 감축 효과를, 건물 단열성능 강화 환경에서 연간 9,713.71 tCO₂eq로 15.8%의 감축 효과를 보인다. 최대 감축 잠재량을 추정하기 위해 태양광 패널 확대 설치와 냉난방, 조명 사용량 감소를 위한 행동 변화가 병행되었을 경우 현재 건물 단열 성능 환경에서 연간 9,192.14 tCO2eq가 배출되어 20.3%의 감축 효과가 보일 것으로 파악된다. 본 연구에서 선정한 수요 측면 감축 수단은 모두 감축 효과가 발생하였으나, 건물 단열 성능 강화 수단만 적용 시 냉방 수요 증가로 인한 탄소배출량 저감 잠재량이 비교적 낮을 것으로 파악 된다. 이러한 경향은 Baek et al. (2023)의 CEA를 활용한 단열 성능 강화의 탄소 저감 잠재량 분석 연구뿐만 아니라, Lee et al. (2022) 등의 다른 연구에서도 유사한 결과를 나타낸다. 동일한 모형을 활용한 Baek et al. (2023)의 연구에서 노후 아파트 단지의 단열 성능 강화 수단이 22.7%의 탄소 저감 효과를 보였지만, 캠퍼스 건물에서의 단열 성능 강화가 상대적으로 낮은 탄소 저감 효과를 보이는 이유는 다음과 같다. 첫째, 캠퍼스는 냉난방 부하가 높은 여름, 겨울에는 학기가 종료되어 건물 에너지 사용이 감소하는 경향을 보이며, 이러한 패턴이 모형에 반영되어 있다. 둘째, 단열 성능이 난방 및 온수 에너지 수요 저감에 미치는 영향이 캠퍼스에서는 상대적으로 크지 않았기 때문이다. 노후 아파트 단지에서 난방 및 온수 공급을 위한 에너지로 인한 탄소 배출량은 약 35%를 차지하지만, 캠퍼스에서는 약 17%에 불과하기 때문이다(Baek et al., 2023). 셋째, 본 연구는 건물 리모델링 시 열관류율 감소만을 가정하여, 냉방 부하 추정 시 전도에 의한 열 손실 감소가 환기 열 손실 및 잠열 부하에 영향을 미친 것으로 분석된다. 따라서, 건물 리모델링을 통한 높은 탄소 배출 저감 효과를 기대하기 위해서는 외부로부터 기인하는 열 획득 차단 뿐만이 아니라 환기 시스템 등을 고려한 내부 열 축적 증가 방지 또한 고려해야 할 것이다.
4. 결론
본 연구는 대학 기관 차원에서 캠퍼스 건물 부문의 탄소 배출량을 줄이기 위해 도입할 수 있는 수요 측면 완화 기반 기후변화 감축 수단을 사전적으로 평가하기 위해 탄소 저감 잠재량을 추정하는 것을 목표로 하였다. 이를 위해 선정된 세 가지 수요 측면 감축 수단인 태양광 패널 확대 설치, 노후 건물 리모델링 시 단열 성능 강화, 냉난방과 조명 사용량 감소를 위한 행동 변화를 대상으로 탄소 저감 잠재량을 추정하였다. 대상지인 서울시립대학교에서는 연간 약 12,038.0 tCO2eq의 탄소가 배출될 것으로 추정된다. 대상지에서 수요 측면 감축 수단이 적용될 경우, 최대 잠재량은 태양광 패널 확대 설치와 함께 냉난방 및 조명 사용량 감소를 위한 행동 변화가 병행될 때 나타났다. 이 경우 연간 9,192.14 tCO2eq가 배출되어, 20.3%의 감축 잠재량을 보이며 분석된 수단 조합 중 가장 큰 효과를 기대할 수 있을 것으로 예상된다. 그러나, 이러한 결과는 대학의 탄소중립 목표 달성을 위해 건물 부문의 수요 기반 완화 전략만으로는 한계가 있음을 시사한다. Cho et al. (2024)에서 소개한 미국의 탄소중립 캠퍼스 이행 사례와 같이, 추가적인 탄소 저감을 위해서는 에너지 공급 전략, 대학 기관 및 커뮤니티 경계를 넘는 협력 및 거버넌스 구축을 통한 통합적 전략 수립이 필요하다.
본 연구는 캠퍼스 공간을 대상으로 대학 기관 및 커뮤니티 차원에서 실행 가능한 건물 부문 중심의 수요 기반 완화 전략의 효과를 논의하였다. 그러나, 대학 기관 및 커뮤니티를 넘어선 이해관계자와의 협력 방안에 대한 검토가 부족하다는 한계가 있으며, 연구 범위가 건물 부문에 한정되었다는 점에서 폐기물, 흡수원, 수송 등 캠퍼스 내 다양한 부문에 대한 탄소 저감 노력을 평가하는 추가 연구가 필요하다. 또한, 수요 측면 완화 전략 중 회피 및 전환 수단의 효과를 보다 정밀하게 평가하기 위해서는 시민과학 데이터 등의 자료를 활용한 심층적인 연구가 요구된다. Baek et al. (2023)의 연구에서 언급된 바와 같이, 건물의 냉난방 부하는 기후변화로 인한 기온 상승에 따라 변동될 수 있으며, 이는 기후변화 완화를 위한 수단 적용 시 그 효과에도 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 향후 연구에서는 이러한 변동 요인을 종합적으로 고려하는 것이 필요하다.
본 연구 결과는 캠퍼스 또는 유사한 에너지 사용 패턴을 보이는 건물 유형에서 탄소중립 목표를 수립하는 의사결정 과정에 유용한 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 특히, 건물 에너지 모델을 기반으로 평가를 진행함으로써 대상지의 지리적 조건을 반영하여 수요 측면 완화 전략을 분석할 수 있었다는 점에서 의의를 갖는다.
Acknowledgments
본 결과물은 환경부의 재원으로 한국환경산업기술원의 “신기후체제대응 환경기술개발사업”의 지원을 받아 연구되었습니다(2022003560012).
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