[글로벌 기술 산책 2편] 재생1차에너지(PER) — 왜 셈법을 바꾸었나
지난 편에서 1차에너지를 다루며, 연구소가 PE에서 PER로 셈법을 바꾸었다는 이야기를 짧게 했습니다. 국내에는 이 개념도 그에 해당하는 기준도 없어 생소한 대목이라, 이번 편은 그 셈법만 따로 떼…
지난 편에서 1차에너지를 다루며, 연구소가 PE에서 PER로 셈법을 바꾸었다는 이야기를 짧게 했습니다. 국내에는 이 개념도 그에 해당하는 기준도 없어 생소한 대목이라, 이번 편은 그 셈법만 따로 떼어 정리합니다.
먼저 성격부터 분명히 해 두는 편이 좋겠습니다. PER은 미래를 예측하는 수치가 아닙니다. 에너지가 모두 재생에너지로 공급되는 체계였다면 이 건물의 수요가 자원을 얼마나 소비하겠는가를 묻는 기준입니다.
1. 지금 쓰는 평가 기준은 오래 가지 못합니다
건물의 에너지 성능을 재는 방법으로 널리 쓰여 온 것은 두 가지입니다. 하나는 비재생 1차에너지(PE)이고, 다른 하나는 온실가스 영향을 이산화탄소 환산량으로 나타낸 지구온난화지수(GWP)입니다. 국내 제도는 앞의 것을 씁니다.
두 방법에는 같은 성질이 있습니다. 발전 방식이 바뀌면 환산계수도 따라 바뀐다는 점입니다. 재생에너지 비중이 올라갈수록 계수는 작아지고, 공급이 100% 재생에너지에 이르면 0에 수렴합니다.
여기서 받아들이기 어려운 결론이 따라 나옵니다. 그렇다면 어떻게 지었든 모든 건물의 평가가 시간이 갈수록 저절로 좋아지고, 끝에 가서는 최종에너지를 얼마나 쓰는지가 중요하지 않게 됩니다.
원문은 이 결론을 분명하게 부정합니다. 이유는 단순합니다. 재생에너지도 만들어야 하고, 보내야 하고, 대개는 저장해야 합니다. 그 모두가 설비와 땅을 요구합니다. 원문은 특히 땅을 결정적인 제약으로 봅니다. 모두가 쓸 만한 값으로 재생에너지를 얻으려면 에너지를 효율적으로 써야 하고, 효율은 재생에너지 공급의 전제 조건이라는 것이 원문의 입장입니다.
지금 설계하는 건물은 전환기를 지나 그 이후까지 쓰입니다. 전환기 동안에만 유효한 기준으로 수십 년을 쓸 건물을 평가하는 것은 맞지 않습니다. 선진국에서 쓰는 전체 에너지의 3분의 1이 건물을 운영하는 데 들어간다는 점을 생각하면 더욱 그렇습니다.
2. 한 해 총량만 맞추면 놓치는 것
제로에너지, 넷제로, 제로에너지에 근접한 건물, 플러스 — 이런 평가 체계들은 건물이나 그 가까이에서 생산한 재생에너지를 함께 셉니다. 한 해 동안 쓴 에너지에서 만든 에너지를 빼서, 그 차이로 건물을 평가하는 방식입니다.
문제는 수요와 생산의 시점이 맞지 않는다는 데 있습니다. 쓸 때까지 저장해 두어야 하고, 저장에도 에너지가 듭니다. 계절 차이가 특히 그렇습니다. 넷제로 건물은 대개 겨울에 가장 많은 에너지를 필요로 하는데, 그 에너지는 여름에 만들어 넘겨 둔 것이어야 합니다. 1년에 한 번밖에 쓰지 못하는 저장 설비라 비용이 많이 듭니다.
원문은 저에너지건물과 패시브하우스를 나란히 놓고 이것을 보입니다.
지붕과 외벽에 태양광을 가득 얹은 저에너지건물은 연간으로 보면 넷제로에 이릅니다. 그런데도 겨울에 모자라는 양이 큽니다. 그 양은 화석연료에서 오거나, 여름에 만들어 겨울까지 보관해 둔 에너지에서 와야 합니다. 넷제로와는 거리가 멀고, 저장해야 할 양이 많아 비용도 많이 듭니다.
같은 건물을 패시브하우스로 지으면 겨울의 부족분이 사라지지는 않습니다. 다만 같은 양의 태양광을 얹었을 때 그 크기가 저에너지건물의 20% 수준으로 줄어듭니다. 부족분이 작으니 공동주택처럼 태양광을 얹을 자리가 부족한 건물에서는 모듈 수를 줄여도 부족분이 크게 달라지지 않습니다.
저장에는 비용이 듭니다
원문은 저장을 두 단계로 나누어 봅니다.
첫째는 짧게는 몇 시간, 길게는 며칠에서 몇 주 동안 보관하는 단기·중기 저장입니다. 계통에 연결된 저장 설비가 이 일을 맡습니다. 변환 손실이 2~35%이고 1년에 60회 넘게 채우고 비웁니다. 양수발전, 기계식 저장 장치, 배터리가 여기에 들고, 급탕탱크나 건물 자체의 축열도 저장 수단에 포함됩니다. 실내온도가 1 K 오르내리는 것을 허용하면 약 10%의 손실로 열을 저장할 수 있습니다.
둘째는 계절을 넘기는 저장입니다. 여름에 남는 에너지를 겨울까지 보관해 두는 것으로, 국내 자료에서는 '계절 간 저장' 또는 '장주기 에너지저장'이라고 부릅니다. 이쪽은 사정이 전혀 다릅니다. 1년에 다섯 번도 사용되지 않는 용도에는 위의 설비들이 맞지 않습니다. 설비 값이 크게 내려가더라도 마찬가지입니다. 그래서 남는 전기를 저장하기 쉬운 연료로 바꾸는 쪽이 현실적인 해법으로 제시됩니다.
ㆍ물을 전기분해해 수소를 만드는 경로 : 변환 효율 최대 63%
ㆍ거기서 한 번 더 합성메탄으로 바꾸는 경로(P2G) : 최대 57%
메탄은 지하 저장고에 거의 손실 없이 보관됩니다. 가정에서 재생 메탄을 쓸 때의 소요계수가 1.75 kWh/kWh인 것은 여기서 나온 값입니다.
이 메탄을 다시 전기로 되돌리면 복합화력에서 53%까지 회수됩니다. 전체 이용률은 약 33%가 되고, 변환 부문이 스스로 쓰는 몫과 송배전 손실까지 넣으면 약 30%로 내려갑니다.
겨울에 전기 1 kWh를 쓰려면 여름에 3 kWh 넘게 만들어 두어야 한다는 뜻입니다. 계절을 넘기는 수요가 왜 비싼지가 이 숫자 하나에 들어 있습니다.
3. PER이 재는 것
재생1차에너지(PER)는 재생자원에서 얻은 에너지를 세는 단위입니다. 태양광이나 풍력으로 만든 전기, 태양열로 얻은 열이 여기에 듭니다.
PER 계수는 건물의 최종에너지 수요를 채우는 데 필요한 재생 1차에너지가 얼마인지를 나타냅니다. 분배 손실과 저장 손실이 모두 들어 있습니다. 계수가 1.5라면 건물에서 쓸 만큼을 대기 위해 50%를 더 만들어야 한다는 뜻입니다. 계수가 클수록 자원이 더 들고, 그만큼 효율을 높이는 일이 중요해집니다. 효율로 줄이지 못한 몫은 결국 재생에너지가 아닌 곳에서 메우게 되기 때문입니다.
계수가 무엇에 따라 달라지는가
PER 계수가 의존하는 것은 세 가지뿐입니다.
ㆍ건물이 있는 위치
ㆍ에너지의 용도 — 난방인지, 냉방인지, 그 밖의 전기인지
ㆍ최종 에너지원
여기에 들어 있지 않은 것이 중요합니다. 실제로 어떤 공급 설비를 골랐는지에는 의존하지 않습니다. 기후 데이터와 마찬가지로 그 지역의 물리적인 값입니다. 실무에서는 PHPP가 기후 데이터를 제공하듯 계수도 자동으로 제공합니다.
이 성질 때문에 PER은 설비 선택을 평가하는 도구가 아니라, 어떤 용도의 수요가 자원을 많이 소비하는지를 드러내는 도구가 됩니다.
수요와 생산은 기준면적이 서로 다릅니다
PER은 수요와 생산을 모두 계산하지만, 두 값을 나누는 기준면적이 다릅니다.
ㆍ수요 : 기준면적(TFA, Treated Floor Area)으로 나눕니다. 건물이 제공하는 쓸모 있는 공간을 기준으로 따지는 것입니다.
ㆍ생산 : 건물 투영면적(PBF, Projected Building Footprint)으로 나눕니다. 건물이 차지해 다른 용도로 쓸 수 없게 된 땅을 기준으로 따지는 것입니다.
기준이 다르므로 단위면적당 두 값을 서로 더하거나 뺄 수 없습니다. 효율과 생산은 끝까지 별개의 축으로 남습니다. "생산량이 소비량과 같다"는 식의 설명이 PER 체계에서 성립하지 않는 이유가 여기에 있습니다.
4. 등급은 이 위에 얹힙니다
PER 평가 방식 위에 패시브하우스 등급이 정의되어 있습니다. 전체 효율 수준과 재생에너지 생산량을 함께 보아 세 가지로 나눕니다.
ㆍClassic : PER 요구량 60 kWh/(㎡·년) 이하 — 재생에너지 생산은 요구하지 않음
ㆍPlus : PER 요구량 45 kWh/(㎡·년) 이하 — 생산량 60 kWh/(㎡·년) 이상
ㆍPremium : PER 요구량 30 kWh/(㎡·년) 이하 — 생산량 120 kWh/(㎡·년) 이상
요구량은 기준면적(TFA), 생산량은 건물 투영면적(PBF)을 기준으로 한 값입니다.
세 등급 모두 패시브하우스의 본래 정의는 똑같이 지켜야 합니다. 난방·냉방 에너지요구량 15 kWh/(㎡·년), 부하 10 W/㎡, 기밀도 n50 0.6회/h, 과열 시간 10% 이내입니다. 등급은 그 위에 얹히는 구분이지 다른 기준이 아닙니다.
요구량에 드는 범위가 넓다는 점도 함께 보셔야 합니다. 난방과 냉방, 급탕에 더해 가정에서 쓰는 전기 전부와 설비를 돌리는 보조 전력까지 모두 합산합니다.
재생에너지라고 무한정 싸게 쳐주지는 않습니다
바이오매스로 충당하는 몫에는 예산이 정해져 있습니다. 20 kWh/(㎡·년)까지는 PER 계수 1.10을 적용하고, 그것을 넘는 몫에는 재생 합성가스의 계수 1.75를 적용합니다. 쓸 수 있는 땅과 자원이 한정되어 있다는 사실을 계수에 반영한 것입니다.
이 1.75는 2절에서 본 합성메탄의 소요계수와 같은 값입니다. 예산을 넘겨 쓰는 바이오매스는, 여름에 남는 전기로 만들어 겨울까지 보관해 둔 합성메탄을 쓰는 것과 같은 부담으로 계산한다는 뜻입니다.
각 등급에 실제로 어떻게 도달하는지는 다음 편에서 따로 다루겠습니다.
5. 땅으로 환산해 보면
PER은 추상적인 계수로 끝나지 않습니다. 원문은 이를 지역별로 필요한 태양광 설치면적으로 바꾸어 보입니다. 땅이 결정적인 제약이라는 앞의 이야기를 숫자로 확인하는 셈입니다.
환산에 쓴 가정은 두 가지입니다. 선로 손실과 변환 손실, 음영과 오염까지 감안한 태양광의 전체 이용률을 10%로 보고, 중부유럽의 연간 전일사량을 1,000 kWh/㎡로 봅니다. 그러면 1 MWh를 얻는 데 필요한 등가 태양광 면적이 약 10 ㎡가 됩니다.
지역에 따른 차이는 다음과 같습니다.
ㆍ독일 대부분 : 10 ㎡
ㆍ로마 : 6.5 ㎡
ㆍ샌프란시스코 : 5.5 ㎡
ㆍ사하라 한가운데 : 4.3 ㎡
ㆍ키루나(스웨덴)·무르만스크(러시아) : 12 ㎡
원문은 이 범위라면 기술적으로도 경제적으로도 감당할 만하다고 보고, 다른 재생자원의 지역별 사정을 빼고 보더라도 태양광만으로 전 세계의 패시브하우스에 에너지를 댈 수 있다고 정리합니다. 다만 열대 지방은 예외로 두었습니다.
우리나라에 대입하면
국내의 연간 수평면 전일사량은 지역에 따라 대체로 1,200~1,400 kWh/㎡ 범위에 있습니다. 원문과 같은 이용률 10%를 적용하면 1 MWh에 필요한 등가 면적이 약 7~8 ㎡가 됩니다. 중부유럽보다 유리한 조건입니다.
다만 이것은 원문에 없는 환산이므로 참고로만 보시기 바랍니다. 연구소가 PHPP 기후 데이터마다 PER 계수를 산출하는 작업을 진행해 왔으므로, 실제 설계에서는 그 값을 쓰는 것이 맞습니다.
6. 우리 기후에서 달리 읽어야 할 대목
냉방은 더 이상 피해야 할 수요가 아닙니다
원문이 결론 부분에서 분명하게 적어 둔 대목이 있습니다. 여름철 냉방은 이제 무슨 수를 써서라도 피해야 할 에너지 용도가 아니라는 것입니다. 냉방 수요가 패시브하우스 범위 안에 머무르는 한, 재생에너지 체계 안에서 어렵지 않게 감당할 수 있으며 태양광이 설치되어 있다면 더욱 그렇다고 적고 있습니다.
까닭은 2절에서 본 그대로입니다. 냉방은 수요가 생기는 때와 태양광이 전기를 만드는 때가 맞아떨어집니다. 계절을 넘겨 저장할 일이 없으니 계수가 작습니다. 난방과는 반대입니다.
이 대목은 우리에게 특히 중요합니다. 우리 여름은 열대야가 길게 이어집니다. 기상청 자료로 서울은 2024년에 34일 연속으로 열대야를 겪었고, 2025년에는 열대야가 46일로 관측 이래 가장 많았습니다. 외기 습도까지 높아 야간 통풍에 의한 냉각도 기대하기 어렵습니다. 외피와 차양만으로 과열 시간을 10% 이내로 제한하는 것은 사실상 불가능합니다. 냉방설비는 선택이 아니라 전제로 두어야 합니다.
PER의 논리는 이 전제를 뒷받침합니다. 다만 순서는 분명히 해 두어야 합니다. 부하를 먼저 줄이고 그 다음에 설비를 설계하는 순서입니다. 냉방을 포기하지 않는 대신, 외피와 차양으로 필요한 용량을 먼저 끌어내리는 것입니다.
그런데 국내 제도는 계절을 가리지 않습니다
국내 기준이 쓰는 1차에너지 환산계수는 다음과 같습니다.
연료(가스·유류) 1.1
전력 2.75
지역난방 0.728
지역냉방 0.937
이 계수에는 계절이 들어 있지 않습니다. 여름 한낮에 태양광으로 돌린 냉방도, 한겨울 밤에 쓴 전기도 똑같이 2.75로 셉니다. 같은 설계가 두 체계에서 정반대로 평가되는 일이 생깁니다.
어느 쪽이 옳다고 말하려는 것이 아닙니다. 국내 인증과 보고서에는 국내 계수로 산출한 값을 써야 하고, PHI 인증을 염두에 둔다면 PHPP가 산출하는 PER 값을 나란히 적어 두는 편이 안전합니다. 지난 편에서 말씀드린 그대로입니다. 어느 체계의 수치인지 밝혀 두기만 하면 뒤에 읽는 사람이 혼동하지 않습니다.
히트펌프
원문은 계통 전기로 돌리는 히트펌프가 전체 효율에서 가장 앞선다고 정리합니다. 단, 난방 요구량이 패시브하우스 범위에 머무르는 한에서입니다.
국내 기준으로 계산하면 이 결론이 그만큼 뚜렷하게 나오지 않습니다. 전력에 환산계수 2.75를 적용하기 때문입니다. 숫자로 보면 분명합니다. 난방에 열 3 kWh가 필요하다고 하겠습니다.
ㆍ히트펌프(성능계수 3으로 가정) : 전기 1 kWh를 씁니다. 1차에너지로는 1 × 2.75 = 2.75 kWh입니다
ㆍ가스보일러(효율 90%로 가정) : 가스 약 3.3 kWh를 씁니다. 1차에너지로는 3.3 × 1.1 ≒ 3.7 kWh입니다
집에서 실제로 쓰는 에너지를 보면 히트펌프는 가스보일러의 3분의 1도 쓰지 않습니다. 그런데 국내 1차에너지로 환산하면 2.75와 3.7이 되어, 차이가 4분의 1 정도로 줄어듭니다. 히트펌프의 높은 효율이 전력의 환산계수 때문에 평가에서는 상당 부분 가려지는 것입니다.
지역난방과 비교하면 순서가 뒤집히기도 합니다. 같은 열 3 kWh가 지역난방에서는 3 × 0.728 ≒ 2.2 kWh로 계산되어 히트펌프의 2.75보다 낮게 나옵니다.
PER 체계에서는 같은 히트펌프가 가장 좋은 평가를 받습니다. 그러니 설비를 비교한 숫자를 보실 때는, 그 숫자가 국내 1차에너지로 계산한 것인지 PER로 계산한 것인지부터 확인하셔야 합니다. 같은 설비라도 어느 쪽으로 계산했느냐에 따라 순위가 달라집니다.
7. 정리
PER은 발전 방식이 바뀌어도 흔들리지 않는 기준을 만들려는 시도입니다. 100% 재생에너지 공급을 가정해 두고, 그 안에서 어떤 수요가 자원과 땅을 많이 소비하는지를 드러냅니다.
그래서 나오는 결론은 한 문장으로 줄일 수 있습니다. 효율이 먼저입니다. 저장할 수 있는 양과 쓸 수 있는 땅이 유한하기 때문입니다.
이 순서는 우리 상황에서도 달라지지 않습니다. 평가 체계가 다르고 계수가 달라도, 부하를 먼저 줄여 놓는 설계가 어느 체계에서든 유리하다는 점은 같습니다.
참고한 자료
이 글은 패시피디아(Passipedia)의 다음 항목을 바탕으로 정리했습니다.
ㆍPrimary Energy Renewable PER
ㆍPassive House — the next decade (Feist 2014, 제18차 국제패시브하우스회의)
등급별 한계값과 바이오매스 예산은 패시브하우스연구소 공식 자료로 확인했습니다 (passivehouse.com, 2026년 10월 기준). 국내 1차에너지 환산계수는 「건축물 에너지효율등급 인증 및 제로에너지건축물 인증 기준」을 따랐습니다. 열대야 일수는 기상청 발표(2024년 여름철 기후특성, 2025년 기후특성)를 따랐습니다. 6절의 히트펌프와 보일러 비교는 성능계수 3과 효율 90%를 가정해 제가 계산한 값입니다. 5절의 국내 등가면적 환산은 원문의 셈법을 국내 일사량에 대입해 제가 계산한 값입니다. 원문 : https://passipedia.org · https://passivehouse.com
이 글이 만들어진 과정
이 연재는 독일 패시브하우스연구소가 운영하는 기술 자료집 패시피디아를 교재로 삼습니다. 항목을 순서대로 짚어가며 다룰 주제를 나누고, 각 주제가 우리 기후와 국내 기준에서 어떻게 달리 읽혀야 하는지를 함께 정리합니다.
원문을 요약하고 얼개를 잡는 초벌 작업에는 생성형 AI의 도움을 받았습니다. 다만 원문을 그대로 옮기지 않도록 문장은 새로 쓰게 하였고, 마지막으로 제가 내용을 확인하고 현장에서 겪은 것을 더해 다듬은 뒤 올립니다. 국내 기준과 수치는 따로 확인하여 덧붙였습니다.