‘그린홈’ 기술, 어디까지 왔나, 고단열 창호 및 외벽 · BIPV · BIST 등 가시화, 그린홈 범단지에 적용한다

에너지를 절약하고 신재생에너지를 활용하는 그린홈(친환경) 건축 기술, 우리나라는 현재 어느 정도 수준일까. 그 현황을 가늠하는 공모전이 최근 진행돼 간략히 소개한다. 그동안 국내창호제품으로는 에너지소비를 최소화한 패시브하우스구현이 힘들다는 업계지적이 있었던 바, 건물에서 에너지손실이 가장 큰 부분인 창호관련 제안이 두드러지게 많았다.

정리 박지혜 기자 자료협조 국토해양부 주택건설공급과, 한국토지주택공사

국토해양부는 '한국형 그린홈 아이디어 공모전'을 진행한 결과 총46점의 아이디어가 응모됐고 그 가운데 대상(1), 최우수상(전문가/일반 각 1), 우수상(전문가/일반 각 1) 등 총 31개 아이디어를 선정, 9월 27일 시상했다. 국토부와 한국토지주택공사가 공동 추진하는 그린홈 시범단지는 에너지 저소비형 친환경 주택 보급을 촉진하고 관련 신기술의 테스트베드 역할을 그 취지로 한다. 강남세곡 보금자리지구에 15층 이하 아파트 3~4개 동 200여 세대 규모로 조성하며 사용 에너지를 최소화한 패시브 기법과 신재생 에너지를 적용한 액티브 기법을 적용할 계획이다. 이에 따라 공모를 통해 발굴된 디자인과 기술, 공법 등을 시범단지에 적극 반영할 방침이다.
한국토지주택공사 관계자는 "시범단지에 실제 적용 가능함과 참신성부분을 중점 선정 기준으로 삼았다"며 "시범단지 설계, 에너지 절감 기술, 고효율 기자재 및 신재생에너지 활용 방안 등에 대해 전문가와 일반부문으로 나눠 다양한 아이디어를 제출 받아 우수작을 선정했다"고 설명했다. 한편 공사 측은 그린홈 대국민 홍보를 위해 10월 중순경부터 강남보금자리지구 'The Green관'에 31점의 선정작을 전시 중이라고 밝혔다.

대림산업, 진공 복층유리
대상을 수상한 대림산업㈜은 '스마트 에코하우스'라는 콘셉트로 고성능 창호, 외단열 시스템, CO2 연동전열교환 환기시스템, 신재생에너지 등 에너지 절약 건축물의 핵심 요소 기술의 통합적 적용을 제안했다.
주최 측에 따르면, 시범단지 조성에 필요한 실질적 아이디어를 제공한 점에서 높은 평가를 받았다.
대림산업 측은 "건물 외피 구성 요소 중 창호를 통한 열손실이 가장 크기에 에너지 절약적 외피 구현을 위해 창호 성능 개선이 시급하다"며 "기존 복층유리의 단열 성능을 보강한 세계 최고 성능의 진공 복층유리를 적용하고 공기층을 추가해 단열성능을 극대화했다"고 설명했다. "자중 및 외력에 대한 구조성능 강화도 추가했다"고 덧붙였다.
대림산업의 창호는 열관류율 0.6~0.8W/㎡K이며 유리 자체는 0.4W/㎡K으로 높은 단열성능을 자랑한다. 게다가 기존 창호에 비해 성능을 향상시켰음에도 슬림한 디자인이 장점이다. 이 창호 제품과 유사한 단열성능을 지닌 일반 3중유리 두께는 52㎜인데 비해 이 창호는 27㎜이다. 얇은 두께로 고성능을 발휘하는 대림산업의 진공 복층유리 창호재는 기존 복층유리 대비 난방에너지 50% 절감한다. 참고로 패시브하우스구현을 위한 창호 단열성능은 0.8~1.0 W/㎡K 수준 이상을 요구한다.
업체 측은 "기존 진공유리는 1세대 기술인 펌핑 방식을 채택해 3중유리 수준의 열성능(0.9W/㎡K)을 보유하는 데 비해 대림산업이 개발한 진공유리는 진공챔버 방식으로 제조해 3중 창호 수준의 가격에 성능은 2배 높아 에너지 비용 절감 효과를 크게 높였다"고 전했다. 진공 복층유리는 현재 대전건축환경연구센터, 용산신계 e편한세상 부속동 건물에 적용됐다.

LG하우시스, 폐열회수 환기 창호
최근 들어 '공기를 살리는'시리즈를 출시하며 실내 공기질을 오염시키지 않거나 향상시키는 건축자재 개발에 주력하는 ㈜LG하우시스는 '공기를 살리는 자동 환기창'을 선보였다. 실내 에너지를 외부로 빼앗기지 않도록 창문을 닫은 채 실시간 환기 가능한 창호 제품이다. 가령 실내 악취 등 오염된 공기를 바깥으로 내보내고 황사나 미세먼지 등 외부오염된 공기를 정화한 채 깨끗한 공기를 실내로 들여 보낸다.
패시브하우스의 기술 요소인 폐열회수 환기장치의 방식처럼 실내외 공기를 서로 교차시키는 열교환 시스템을 내장해 창을 연 채 하는 자연환기 시 발생하는 에너지 손실을 줄여 냉난방비를 절약하도록 한다. 또한 실내 공기질을 감지하는 센서가 내장돼 필요에 따라 자동 환기, 취침, 급배기 모드 등을 조작할 수 있다.
업체 측은 "LG하우시스 자동 환기창은 실내외 공기를 교환하는 환기 방식으로 외부 공기 유입 없이 실내 공기만 계속 필터링하는 공기청정기와 차별화되며, 일반적으로 많이 사용하는 천장 매립형 환기장치와 달리 덕트Duct의 노후화에 따른 실내공기 오염의 위험이 없다"고 설명했다. 단열성능은 진공유리 적용 기준 1.069W/㎡K, 전열교환효율은 냉방 71%, 난방 45%, 온도교환효율 냉방 61%, 난방 77%, 소비전력16W다.

LG하우시스, 진공 복층유리
LG하우시스 TPS진공유리는 복층유리 사이를 진공상태로 유지해 복사, 전도, 대류에 의한 열손실을 최소화한 제품이다. 열관류율 0.6W/m²K까지 구현할 수 있어 높은 단열성능을 보여주며, 현재 국내 시판 중인 일반 복층유리 대비 50% 이상의 에너지 절감 효과가 있다.
진공 복층유리 단면은 '진공유리 10.25㎜ - 크랩톤(Kr) / 아르곤(Ar) 가스 9~14㎜ - 로이유리 5㎜'로 구성되며 총 두께 24~30㎜다. 단열성능은 복층 가공 시 주입가스 종류와 그 폭에 따라 달라지며 0.55~0.65W/m²K 가능하다. 업체 측은 "3중유리에 비해 두께가 얇으면서 고효율을 얻을 수 있고 진공유리의 높은 단열성으로 단창 시공이 가능하다"며 "이런 특징으로 시공성도 훨씬 수월하다"고 설명했다.

한화건설, 건물 일체형 태양광/태양열 시스템
주택에서 가장 보편적으로 사용 가능한 무한 청정 에너지, 태양 에너지의 이용에 대한 제안도 많았다. ㈜한화건설은 건물 외장재 역할과 동시에 전기를 생산하는 건물 일체형 태양광 발전시스템(BIPV: Building Integrated Photovoltaic) 및 건물 일체형 태양열 시스템(BIST: Building Integrated Energy System)을 제안했다. 파사드Pacade형 태양열 집열기는 기존 지붕이나 옥상에 설치하던 태양열 패널을 채광이 우수한 건물 남측 입면에 설치해 설치비 절감과 계절별 부하의 편차를 줄이고 의장 측면까지 고려한 아이디어다. 집열된 태양열에너지는 중앙급탕과 난방에 사용한다.
건물 일체형 태양광 및 태양열 시스템은 ZeSH-Ⅱ에 시공해 모니터링 중으로 각각 에너지 저감률 1.3%, 5.3%, 탄소 저감률 3.8%, 4.4% 효과를 가져다준다고 한다.

쌍용건설, 차양 겸한 태양광 시스템
쌍용건설㈜은 창호 차양 장치를 겸하는 태양광 시스템을 제안했다. 여름철 냉방부하를 절감하도록 기존 태양광 발전시스템과 동일한 기능을 하면서 외부 차양 기능을 고려한 디자인이 특징적이다. 여름철 냉방부하 18%가량 절감하며, 설치비는 1㎾당 700만 원이다. 세종시 정부종합청사에 80㎾ 차양을 겸한 태양광 시스템이 설치 중이다.
업체 측은 "청정 무제한 에너지, 필요한 장소에서 필요량 발전이 가능하고 수명이 긴 장점이 있으나 일사량에 의존적이고 에너지 밀도가 낮아 큰 설치면적이 필요하며, 초기투자비와 발전 단가가 높다는 단점도 있으므로 이를 저울질해 적용할 필요가 있다"고 전했다.

제인상사, '단열+태양열+차양' 다목적 창호
쌍용건설이 두 가지 기능을 결합한 태양광 시스템을 선보였다면 제인상사㈜는 세 가지 기능의 다목적 창호재를 선보였다. 복층유리로 단열성을 높임과 동시에 태양열을 이용한 급탕용 온수 공급과 채광 조절 기능을 일체화시킨 창호재다. 기존 건물 일체형 태양광시스템(BIPV)은 건물 외벽과 창호를 포괄하는 개념이다. 그러나 제인상사의 창호 일체형 태양열 집열기는 벽체 및 지붕 부분을 제외한 파사드형 창호 부분만 적용 대상으로 해 명칭을 WICE(Window Integrated Solar Colector)라 정했다.
이중창호 내부에 태양열 집열기를 삽입해 흡수판과 열매체 이송관을 솔더링 등의 방식으로 접합, 채광창의 기능 확보를 위해 창호 면적의 50%만을 태양열 집열 면적으로 설계했다. 그렇게 함으로써 블라인드 기능이 가능하며 일사각도에 따른 블라인드 슬릿 조절이 가능하다. 열관류율은 기존복층유리 3.1W/㎡K에서 향상된 2.7W/㎡K이다. 집열기 8매 설치 기준 공사비 1,300만 원(부가세 포함).

경질우레탄 적용한 고단열 시스템
올해 정부는 외단열 두께를 건축면적 산입에서 제외하기로 한 만큼 외단열 방법에 대한 연구도보다 더 적극적으로 이뤄지고 있다. 한화건설과 쌍용건설은 외벽 고단열 시스템을 제안했다. 철근콘크리트조에 주로 적용하는 기존 스티로폼 대비 얇은 두께로도 높은 단열을 내는 일체형 단열 구조다.
한화건설이 선보인 경질폴리우레탄폼 단열재는 열전도율이 0.02㎉/mh℃로 단열재 두께 감소, 비용 절감, 실내외 공간 확보 및 에너지 절감 효과 등을 구현한다. 예를 들어 건축법 '건축물 에너지절약 설계 기준'에 따라 거실 외벽 단열재(단열재 두께 기준 : 중부지역) ' 가'등급은 85㎜가 기준이나 이 단열재는 50㎜로 기준을 충족한다. 이처럼 성능을 높인 일체형 단열 구조는 심재로 경질폴리우레탄폼(PIROCEL)을 사용하고 양쪽 표면재로 부직포와 종이, 알루미늄 등을 적용했다. 결과적으로 기존 표준 주택 대비 에너지 저감률 24.2%, 탄소 저감률 20.1%의 효과를 가져다준다.

쌍용건설 역시 일체형 단열 구조인 '일체형 경질우레탄 단열재(I-BOARD)'를 선보이면서 시공비 절감과 용이한 시공, 우수한 단열성, 공간 확보 등의 장점을 피력했다. 이 단열재를 사용하면 콘크리트 벽면 위에 접착 모르타르 후 일체형 경질우레탄 단열재 적용으로 끝나지만 이에 비해 기존방법은 접착 모르타르 후 스티로폼(EPS)-접착 모르타르-석고보드 순서로 시공하므로 한결 시공방법이 단순화되고 이에 따른 비용 절감과 시간 절약이 가능하다.

업체에 따르면, 이 일체형 단열재는 독립 기포율이 높아 열관류율과 열저항이 우수하며, 겨울철 내·외기 온도차에 따른 변형이 없어 구조적으로 안정적이다. 화학약품에 대한 내성 및 습기가 강하며 결로, 곰팡이 등 발생을 억제한다. 에너지 저감률 21.7%로 평가됐다.

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단열성 높인 반건식 바닥시스템
대림산업은 층간 에너지 유출을 방지하고 바닥충격음을 개선한 에너지 절감형, 반건식 바닥구조를 제안했다. 바닥충격음에 있어 주택성능등급표시제도 1급에 대응하는 기술을 적용했다. 경량충격음 및 중량충격음이 모두 1급 수준인 제품군 중 초기 투자비가 경제적인데다 단열성능이 표준 바닥구조 대비 3배 이상으로 사용 단계에서도 에너지 절감 효과가 있다. 아래 표에서 볼 수 있듯이 기존 차음재(완충재)와 경량기포콘크리트까지 대체하는 차음재의 열 이동 차단(열적 성능)이 보다 개선됐다.

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