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<연구기관 리포트>'제로카본 그린홈' 연간 에너지 소비, 일반 공동주택 대비 20%
기사입력 2015-02-17 06:00:29. 폰트 폰트확대폰트축소
저탄소 시대…건설시장 활성화시킬 대안으로 주목
   
<그림1>제로카본 그린홈의 전경
 

 제로카본 그린홈(ZCGH) 실증주택은 난방에너지 80% 이상 절감, 이산화탄소 배출량 55% 절감을 목표로 2013년 초에 경기도 일산의 한국건설기술연구원 내에 건립되었다. 제로카본 그린홈은 일반주택 건축비의 약 20% 정도가 증가하면서 10년 내외에 투자회수가 이루어지는 것을 목표로 하였다.

 제로카본 그린홈은 8층 규모로 총 15세대로 구성되어 있으며, 기준 세대인 84㎡를 포함하여 총 4가지 타입의 세대로 구성되었다. <그림 1>은 제로카본 그린홈의 전경을 나타낸 것이다. 제로카본 그린홈은 평균 창 면적비가 40%로 설계되었으며, 환경적인 측면도 고려하여 플랫슬래브와 경량벽체를 이용한 장수명 설계기법 및 재사용 가능한 자원절약적인 공법이 적용되었다.

 제로카본 그린홈 적용기술

 제로카본 그린홈은 고층형 공동주택을 대상으로 패시브기법을 활용해서 창호나 벽체, 지붕에서의 열손실을 최소화하고 모자라는 에너지를 신재생에너지로 최대한 공급하여 난방에너지 소요량을 줄이면서 비용 경제적인 그린홈 모델, 즉 냉난방에너지비용을 최소화할 수 있는 초에너지 절약형 주택을 제시하는 것이다.

 제로카본 그린홈에 적용된 주요기술을 정리하면 다음과 같다.

 첫째, 슈퍼 외단열과 열교 차단이다. 외피 열손실의 약 60%를 차지하는 창호에 대해 고성능 고기밀 창호시스템을 적용하여 기존 창호 대비 약 3배의 단열성능을 확보하였다. 벽체는 기존의 공동주택에 시공되는 내단열공법 대신에 3배 이상의 열성능을 갖는 외단열 공법 적용을 통해 외피 구조체로의 열손실을 최소화하였다.

   
<그림2>난방공간과 비난방공간을 분리한 평면계획


 진공단열재가 내장된 고기밀·고단열 현관문 설치 뿐 아니라 파라펫 및 발코니와 같이 외부로 돌출되는 부위에 대해서는 열교 차단시스템을 설치하여 열손실을 최대한 차단하였다. <그림 2>는 제로카본 그린홈의 평면도를 나타낸다. 거주세대 및 복도공간은 엘리베이터홀과 계단실과 구조적으로 분리되어 있다. 따라서 난방공간인 단위세대 및 복도와 엘리베이터 및 계단실은 분리하여 배치됨으로써 비난방 공간으로의 열손실이 근원적으로 차단되도록 하였다.

 폐열회수 환기장치는 환기효율 81% 및 팬동력 0.45Wh/㎥의 시스템을 적용하였으며, 세대 내에서 각 실별로 공급되는 환기량을 조절할 수 있는 급기제어시스템을 설치하였다.

 한편, 창호의 외부면에는 여름철에 실내로 유입되는 일사를 차단하기 위하여 전동식 외부차양장치를 설치하였다.

 제로카본 그린홈의 난방 및 급탕에너지 공급을 위해 팰릿보일러가 설치되었다. 보일러의 용량은 50kW급 두 대로 기존 대비 약 1/5 수준으로 최소화하여 열원설비의 효율을 최대화하였다.

 제로카본 그린홈에 설치된 태양광 발전 시스템 용량은 36kW이며, 300W 120매의 태양전지모듈이 설치되었다. 옥상에 설치된 면적은 204.3㎡로 예상 전력생산량은 연간 4만5000kWh이다.

   
<그림3>제로카본 그린홈 실거주형 세대 운영
 

 실내 열환경 및 에너지 소비량 분석

 겨울철의 실내온도는 외단열 벽체 및 고기밀 고성능 창호에 의해 외기로의 열손실이 거의 없어 바닥표면온도가 21℃정도의 수준에서도 실내온도가 20℃를 유지하는 등 안정된 실내온도를 나타내었다. 또한, 난방공급이 약 2주간 정지한 시기에도 일사열 취득 및 실내발열에 의해 실내온도가 17℃정도로 유지되는 등 비교적 안정적인 실내열환경을 확보하였다.

 한편, 여름철에는 외부블라인드와 외단열에 의한 열교차단 및 맞통풍 효과로 인해 기존 공동주택보다 낮은 수준의 실내온도를 유지하였다. 그러나, 외기온도가 30℃ 이상의 고온다습한 기후에서는 본 주택의 실내열환경은 기존 공동주택과 동일하게 냉방시스템이 필요한 것으로 나타났다.

 일반 공동주택과 제로카본 그린홈의 난방에너지 소비량을 비교해 보자. 제로카본 그린홈의 각 세대는 연간 1689 kWh/year(320 kg/year)를 사용하는 것으로, 일반 공동주택의 연간 에너지 소비량인 9088kWh 대비 약 20% 수준이다.

 제로카본 그린홈에 설치된 태양광발전 시스템에서 2013년 1월부터 2014년 1월까지 1년간 생산한 전력량을 살펴보면 총 발전량은 약 5만kWh로 인버터 변환에 따른 손실 약 8%를 반영한 최종 발전량은 약 4만6000kWh로 측정되었다. 월별 평균 발전량은 15세대 전체에 약 3833kWh이었으며, 월별 발전량은 3월이 가장 많았고 장마철인 하절기에는 발전량이 상대적으로 적은 것으로 나타났다. 세대별로는 월간 평균 255kWh의 전력을 공급할 수 있었다. 일반 공동주택에서 1개월간 300kWh의 전력을 사용하고 있으며 이 때, 세대 당 외부 전력 사용량은 월 45kWh로 기존대비 85%의 절감이 가능한 것으로 분석되었다.

 1년간의 운영기간 동안 제로카본 그린홈에서 사용한 난방비용은 세대당 12만6000원으로 일반 공동주택(63만2000원) 대비 약 80%가 절감되는 것으로 조사됐다. 태양광 발전에 의하여 일반 공동주택(53만원) 대비 전력소비량도 85% 절감 가능한 것으로 나타났다. 따라서 제로카본 그린홈에서는 세대당 연간 난방 및 전력요금을 99만원(85%) 가량 절감할 수 있는 것으로 분석된다.

 제로에너지 주택 각광

 최근 세계적으로 기후변화에 대한 소비자들의 인식에 힘입어 제로에너지주택에 대한 열풍이 불고 있다. 제로카본 그린홈과 같은 공동주택 건설에 의해 에너지소비가 제로에 가깝게 유지된다면, 국민의 공감과 신뢰를 바탕으로 모두에게 이익이 될 수 있는 사업으로 실현될 것이기 때문에 그 효과는 지대할 것이다. 저탄소 녹색경제시대에 제로카본 그린홈 및 제로에너지주택 보급 확대를 통해 현재 침체된 건설시장을 활성화시키고 국가경제와 지구환경을 향상시키는 방향으로 발전해 나아가야 할 것이다.

 조동우(한국건설기술연구원 건축도시연구소 선임연구위원)

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