기술자료

1-02. 제로에너지건축물의 필요요소 개론

M 관리자 6 1,224 07.31 21:14

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1. 경제적 제로에너지건축물을 만드는 몇가지 방법 

 

1-1. 적게 쓰고, 적게 생산하자.

가장 경제적 제로에너지건물은 최소한의 신재생에너지(태양광발전 등)을 사용하면서 제로 달성하는 방법이다. 신재생에너지가 많이 필요하다는 이야기는 그 만큼 사용에너지가 많다는 의미이기도 하며, 이 뜻은 건축 쪽(단열,창문)이 상대적으로 부실하다는 의미이기도 하다.

 

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1-2. 최소한의 기술을 이용하자.

딱 필요한 기술만을 사용한 건축물이 가장 경제적일 수 밖에 없으며, 적용 기술이 적을수록 하자도 적다. 언론에 나오는 수많은 제로에너지 건축물 사례는 기술을 자랑하고자 하는 면도 있고, 미래의 기술을 미리 선보이자 하는 기업의 욕구가 반영된 경우가 대부분이다. 이런 시범건축물들에 적용된 기술이 30가지가 넘는다느니, 50가지가 넘는다느니 하는 것은 그저 남의 이야기일 뿐이다. 내 주머니의 돈이 나가는 것이기에 냉정하게 필요한 기술만을 사용해서 목적을 구현을 해주는 건축사를 만나는 게 최선이다. 

 많은 기술을 이용해서 제로에너지를 구현하는 것은 돈만 있으면 누구나 할 수 있다.

 

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<제로에너지 나무> 

 

 

1-3. 패시브(건축)과 액티브(설비)의 균형

건축분야의 기술을 “패시브기술”이라고 하는데, 패시브라는 단어자체가 부정적인 면이 있어서 그러지 고개를 갸웃거리시는 분들이 많다. 용어의 탄생은 기존부터 있어 왔던  설비분야를 통칭하는 “액티브기술”의 상댓말을 찾다보니 나오게 된 것이고, 그 내부적으로 큰 의미는 없다.

 패시브기술은 액티브기술과는 다르게 완공 후 눈에 잘 보이지 않는다. 그래서 소홀히 되는 경우가 많고, 잘 했는지 못했는지에 대한 판단도 쉽지 않았기에 정량적 평가방법도 매우 늦게 발달을 하였다. 즉 단열재만 두껍게 하면 되는 것이 아니라, 어떻게 시공되었는지를 따져야 하는데, 이 것을 명확히 판단할 방법이 개발된 것이 그리 오래되지 않았다. 예를 들어 외벽의 단열재와 단열재 틈새는 “최소한”이라는 것만 있었고, 이 틈새가 1mm 일 때와 5mm 일 때의 열손실은 따지기 어려웠으나, 지금은 이 모든 것이 태양광발전량 만큼으나 선명하게 계산이 가능하다. 그러므로, 눈에 잘 보이지 않는 건축 내부의 자재나 시공이라고 할지라도 이제는 투자와 그 가치를 산출해 낼 수 있는 시대이기에 패시브분야에 투자를 하시라고 당당히 이야기할 수 있게 되었다. 

 패시브 분야로의 투자는 사용에너지를 낮추어 줄뿐더러, 결로, 곰팡이, 우풍으로부터 자유로운 집을 만들 수 있다. 그러므로 에너지를 생산하는 액티브기술도 좋지만, 집 본래의 가치를 높힐 수 있는 패시브 분야와의 적절한 조절이 더 중요하다. 

 

재활용, 절감, 절약

적게 쓰기 위한 방법은 크게 세 가지가 있다. 이중 절감은 공급자(설계/시공)측 입장에서의 감소이고, 절약은 사용자측 입장에서의 그것이다.

 

2. 재활용

2-1. 물의 재활용

물도 자원이고, 에너지다. 지속적으로 물이 부족해 지고 있는 시점에서 한번 사용한 물을 다시 사용하는 것이 중요해졌다. 물의 재활용은 크게 하수를 중수(中水)로 정화해서 사용하는 방법과 빗물을 모아 놓았다가 조경용수로 다시 쓰는 방법이 있다. 중수도설비는 아직 건축물규모로 들어오기에는 비용상 아직 무리가 있다. 빗물저금통은 말그대로 지붕을 통해 모은 빗물을 저금해 놓았다가 재사용하는 것인데, 개념적으로는 아름다우나 한가지 주의할 것이 있다. 비가 오기 시작한 처음에 흘러 내리는 빗물에는 부유물질이 너무 많이 때문에, 이를 함께 저금통에 모을 수 없다. 부패시간이 짧아 지기 때문이다. 그러므로, 초기 30분 이상 빗물은 그냥 흘린 후, 그 이후의 빗물만 모아야 한다는 것이다.

 

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<빗물저금통 - 우포생태교육원> 

 

 

 

2-2. 열의 재활용

도시적 차원에서는 꽤 오래 전부터 여러 방면으로 연구가 되었던 분야이나, 건축물수준까지 확장된 것은 그리 오래지 않았다. 대표적인 재활용 개념은 겨울철 샤워나 세면기로 버려지는 뜨거운 물과 공급되는 수돗물의 열교환을 통해, 수돗물을 덥히는 기능의 제품들이다.

 유럽에서는 꽤 호응도가 높은 것으로 보아서, 샤워시간이 더 긴 우리나라에서도 유사한 개념의 제품들이 조만간 선을 보일 것 같다. 

 

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<하수로 버려지는 온수열의 재활용 파이프 : 에코드레인> 

 

 

3. 절감 - 패시브

절감의 패시브와 액티브기술로 나누어지며, 세밀한 내용은 연재로 나갈 것고, 최근 방송 등 여러 매체에서 패시브기술에 대해서는 익숙할 정도로 자주 다루고 있어, 아래 적히는 내용은 이제 많은 분들이 이미 아시는 내용이라고 생각된다. 그러므로 혹여 놓칠 수 있는 항목과 중요한 내용만을 건조하게 적는데 그친다.

우선 패시브 쪽은 6가지의 큰 틀에서 접근되어야 한다. 

 

3-1. 단순한 형태

외벽면적이 많으면 공사비도 많이 들지만, 결울철 열손실과 여름철 열획득량이 같이 커진다. 그러므로 경제적 제로에너지의 첫걸음은 무조건 단순한 형태로 가야 한다는 것이다. 다만, 당연하겠지만 사용자의 요구사항이 다 담긴다는 전제에서의 단순함이 되어야 한다.  

형태가 단순해지면 공사비가 오히려 저렴해 지기 때문에, 이 조건을 만족하면 할수록 다른 곳에 사용할 여유금이 늘어난다.

 

 

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<한국패시브건축협회 표준주택> 



3-2. 우선적 기밀

“기밀하지 못한 집은 = 틈새바람이 많은 집”이다. 이 기밀이 단열보다 중요한 것은, 두가지 이유가 있다. 첫 번째 아무리 단열을 두껍게 잘한 집이라고 할지라도 겨울철 창문을 열고 자면 다 소용이 없다. 두 번째 동일한 목표를 이루는데 (1월 난방비를 40만원에서 10만원으로) 단열로 투자하는 것 보다, 기밀에 투자를 하는 것이 더 싸기 때문이다. 그 것도 많이 싸다.

기밀공사비는 전체공사비에서 약 1~1.5% 정도 차지하며, 콘크리트구조는 그 보다 적게 들어간다. 

 

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<기밀공사는 바느질과 같다. 맞는 제품이 맞는 곳에 사용되어야 할뿐더러, 한 땀 한 땀 정성이 있어야 한다.> 

 

3-3. 열교없는 단열

열교는 단열재가 빠진 부분을 의미한다. 건축주는 건물에 당연히 단열재가 다 둘러싸고 있다고 생각할 터지만, 사실 빠져 있는 부분은 의외로 많다. 신축건축물에서 단열재가 누락되어져 있다는 의미는 새로 산 옷에 구멍이 뚫려 있는 것과 같으며, 게다가 겉옷도 아니고, 내복에 구멍이 난 것과 같다.

 단열 잘해서 후회한 집은 아직 없다. “가즈아, 단열!!!” 단열을 충분히 잘 해도 전체 공사비의 4% 안쪽으로 해결할 수 있다.

 

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<구멍난 집을 알고도 구입할 수 있을까?> 

 

 

3-4. 단열/기밀창호

창의 선택은 단독건축물에서 클라이맥스라고 보아도 무방하다. 내외부 분위기부터 집의 성능을 대변하고 있기 때문이다.

잔득 긴장을 하고 예선과 본선의 그 수많은 과정을 대할 생각을 하고 바라본 대진표는 실망스럽다. 빅 이벤트를 준결승부터 시작한다는 것이다. 어떤 분들은 결승전만 치르는 경우도 허다하다. 

 

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<내 창은 정말 좋은 창일까?> 

 

우리나라 시장이 작은 탓도 있지만, 도토리 키재기 같은 제품만을 개발해 온 국내 창호회사도 반성이 필요한 부분이다. 창은 아무리 좋아도 벽보다 성능이 못하다. 그래서 좋을수록 좋다. 어떤 것이 좋은 창인지는 추후 언급되겠지만, 충분히 좋은 창은 전체 공사비의 6~8% 내외를 차지한다.

 

3-5. 외부차양

우리나라는 여름의 나라이기도 하다. 물론겨울엔 추운 것만 신경쓰이지만, 여름도 무시못할 환경이다. 이런 환경에 적절히 대응하기 위해서는 외부 차양이 필요하다. 다양한 종류의 차양이 모두 가능하고, 일정 수준이상 효과가 있으므로 처음부터 디자인에 반영하여 진행을 한다면 좋은 결과물로 이어질 수 있다. “어닝, 외부베네시안블라인드, 눈썹처마, 덧문” 등이 모두 좋지만, 설치할 때 단열의 결손이 생기는지 주의깊게 살필 필요가 있다. 차양 가격은 천차만별이기는 하나 전체 공사비에서 약 2~6% 까지 차지할 수 있다.

 

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<여름철 깊은 차양의 그림자는 창문에 물을 뿌린 것과 유사한 효과를 낼 수 있다> 

 

 

 

3-6. 기계식 환기장치

환기장치가 왜 패시브분야에 포함되었을까? 아마도 많은 분들이 이야기하고 있듯이 “패시브하우스는 기밀한 집이므로, 환기장치가 없으면 숨을 쉴 수가 없어서 그런거야”라고 알고 계신 분은 이제 더 이상 없을 것으로 생각한다. 

패시브/제로에너지건축물에 환기장치가 필수적으로 들어가는 것은 좋은 실내 공기질은 더이상 선택사항이 아니기 때문이다. 특히 점점 나빠지려하는 외부공기질을 생각할수록 더하다. 창을 열수도 그렇다고 안 열수도 없는 현재의 상황에서 에너지절감 등등 모든 것을 떠나서 필수적으로 개입되어야 하는 요소가 되어 버렸다.

 이렇게 중요한 부분인데도 우리나라 기술 중에서 선진국과 가장 멀리 있다고 느끼는 분야 중 하나이다. 기술적으로 해결해야 할 것도 많고, AS망, 대응속도 등등도 개선되어야 한다. 하지만, 많이 좋아 지고 있는 것이 사실이라 더 열심히 해주시길 기대할 뿐이다. 

 우리 협회에서는 각 환기장치의 필터 성능과 그 맞물림의 정밀함에 아쉬움이 많아 어떤 환기장치라도 추가할 수 있는 프리필터박스를 공구한 적이 있다. 반응이 좋아서 기회가 되면 지속적으로 할 생각이다.

국산으로 환기장치를 제대로 갖추면, 전체 공사비의 약 4% 안쪽이다. 

 

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<국산 환기장치의 빈약한 필터성능을 보강하기 위한 필터박스> 

 

 

4. 절감 - 액티브

액티브 쪽의 절감은 크게 자동제어와 LED 등의 사용이 있을 수 있다. 건축물에 무슨 제어냐고 하시는 분도 많고, 아주 틀린 말씀도 아니나, 세상은 매우 빠르게 변해가고 있고 AI시대에 접어들면서 이 눈에 보이는 절감량이 실제로 다가오고 있다는 것이 느껴질 정도이다. 통신회사에서는 앞 다퉈 집의 모든 것을 다 손바닥으로 제어할 수 있는 것처럼 이야기하고 있다. 물론 지금 그 수준까지는 아니지만 그렇다고 아직 갈 길이 많은 기술로 보기도 애매한 시점이다. 신축을 한다면 꼭 검토는 해볼 가치가 있다. 또 안전하고도 관련이 깊은 것도 좋은 발전방향이다.

 

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<이젠 외부 어디에서든지 집의 조명과 보일러 등을 작동시킬 수 있다.> 

 

 사무실처럼 조명을 많이, 그리고 길게 사용하지 않는 단독건축물에서 LED조명이 갖는 절감의 의미는 사실 그리 크지 않다. (2018년 초 기준) T5 형광등과 적절히 섞어서 사용되는 것이 더 나은 결과를 낼 수도 있으며, 가격도 저렴하다. 더 중요한 것은 최소한의 조명계획만 하라는 것이다. 대부분의 과다한 조명은 결국 사용하지 않게 되기 때문이다.

 

 

4. 절약

집의 설계와 시공이 아무리 잘 되었다고 하더라도 최종적인 성능은 건축주 가족의 손에서 만들어 진다. 건물의 모든 사용자는 지속가능한 지구를 위한 인류의 최종병기와도 같다. 절약/재활용 능력을 갈고 닦자. 

 

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<제로에너지건축물의 경제성 평가> 

 

 

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<건물의 모든 사용자는 지속가능한 지구를 위한 인류의 최종병기와도 같다.> 

 

 

다만, 여기서 우리가 놓쳐 왔던 것이 있다. 불쾌감을 유발하거나 건강을 해칠 정도의 절약은 무의미하다는 것이다. 우리네 어머니가 그랬듯이 도를 넘는 절약은 길게 보아서 결코 최선의 방법은 아닌 것이다. 쾌적한 범위 내에서의 절약이야 말로 진정한 절약이다. 

 그래서 난방을 억지로 아껴 쓰며 등 굽어 자는 것보다, 난방을 안 해도 춥지 않은 집이 필요하다. 또 그것을 가능하도록 만드는 것이야말로 전문가가 할 일이다.

 

 

5. 에너지생산

신재생에너지의 폭은 꽤 넓으나, 현실적인 범위 내에서 단독건축물이 선택할 수 있는 열원은 지열히트펌프와 태양광발전이다. 

 현재 태양광발전단가가 놀라울 정도로 지속적으로 하락하고 있고, (들으면 조금 웃긴 이야기이기도 하나) 국가지원금을 받고 설치를 하든, 직접 주문을 해서 설치를 하든 그 금액 차이도 크지 않기 때문에, 태양광발전설비는 설치 용량을 고려하긴 해야 한지만, 경제성을 보더라도 꼭 하는 것이 좋다. 지열히트펌프는 태양광발전과의 투자비 차이가 벌어지면서 조금 소강상태이기는 하나, 지금도 꽤 많은 세대에서 설치를 하고 있다. 이 것을 충분히 설치할 만한 가치가 있는 가는 계산이 필요하다. 즉 하면 무조건 남는 것이 결코 아닌 설비인 것이다. 

 

Comments

5 ifree 08.01 12:10
저는 제로에너지 반대합니다.
정확하게는 제로에너지 자체를 반대하는 것이 아니라 제로에너지정책을 반대합니다.
이유는, 현재까지 확보되어 있는 제로에너지 기술 그중 특히 엑티브에너지 소스에 대한 비판에 기인합니다.
지금 제로는 가짜 제로이기 때문입니다.
가짜이지만 필요하다.
그래서 한다.
이 설명이 빠져있습니다.
이 설명이 없어면 출발점이 어딘지를 알 수 없고 가짜를 우리 힘으로 진짜로 바꿀 수 없습니다.
무엇보다 이러한 과학적 사실에 대해 관계자들이 거의 무지한 상태라고 보입니다.
설명이 빠진것이 아니라 자기도 모르고 있는 것입니다.
정책이 뚜렷한 방향성을 가질 수가 없습니다.
그런 정책은 반대합니다.
제가 아는 제품 전생애 분석 결과에 따르면 현재까지는 풍력을 제외한 나머지 엑티브에너지 소스는 생산하는 에너지보다 엑티브에너지 장치를 제조하고 폐기하는데 소모되는 에너지가 더 많습니다.
적어도 오늘 기준으로는 제로에너지 기술 중 엑티브에너지 장치들은 에너지 절약에 어떤 기여도 하지 못합니다.
여러 정책적 수단과 제로에너지 인증으로 치장되어 있을뿐 친환경이지는 않다는 것입니다.
이에 대한 반론이 있다면 경청하겠습니다.

우리가 이 정책을 시행하는 목적을 분명히 해야합니다.
즉, 지금은 비록 히트발란스에서 마이너스이지만 기초 시장을 정부지원금으로 떠받치므로써 인위적으로 미래기술을 견인한다는 정책 목표를 분명히 해야 합니다.
세금을 들여서 그곳으로 간다. 이것을 분명히 해야합니다.
정책 목표를 분명히 하고 이런 정책목표에 부합하도록 기준을 설정하고 그 기준에 부합하는 기술에 대해서 지원을 차별화 해야 한다고 봅니다.
예를들어 태양광패널의 경우 여러 분야의 요소 기술이 있겠지만 현재 12%정도인 전기에너지 획득 효율을 누가 20% 이상으로 끌어올리느냐가 승부를 가르게 됩니다.
20%가 넘어가면 전생애 기준으로 히터발라스가 명백하게 포지티브로 전환됩니다.
현재 효율을 유지하면서 실리콘 두께를 20미크론 이하로 내려도 같은 목표를 달성할 수 있다고 분석되고 있습니다.
말 그대로 친환경에너지 소스가 되는 것입니다.
반대로 지금은 아니라는거죠.
정확하게 말해서 오늘 기준으로는 제로에너지 기술을 쓰면 쓸수록 더 많은 에너지가 소모되고 더 많은 세금이 지원되는 것입니다.
그렇다면 우리가 왜 이런 희생을 해야하는지를 분명히 해야죠.
전지구적 환경 기여에 대한 미래 목표가 되었던 국가 경쟁력이 되었던 그 목표를 위해 오늘을 희생하는 것이다는 점을 분명히 해야 합니다.
근데, 제 느낌으로는 그냥 태양광 패널 얹어 놓으면 일 다 한 것 같은 태도라는 것입니다.
이에 부합하는 기술 목표가 달성될 수 있는 방향의 정책 수단을 구사해야 한다고 봅니다.
예를들어 2019년 부터는 에너지획득 효율이 15%이상인 태양광 패널에만 보조금을 준다던가 하는 기술 개발 견인 요소를 부여해야 합니다.
양적 목표만이 아니라 질적 목표도 동시에 추진해야 진짜 제로에너지로 갈 수 있고 우리 기업도 살아남게 됩니다.
이도저도 아니고 중국산 태양광 패널이나 얹어놓고 친환경, 제로에너지라 자화자찬하는데 국민 세금이 쓰이는 건 저는 반대합니다.
친환경도 아니고 제로에너지도 아닌데다 세금을 왜 쓰는지도 명백하지 않기 때문입니다.
에너지산업에 대한 정부 정책 수단은 미래 먹거리를 만들어낼 신산업이므로 죽을날 받아놓은 한계기업에 대한 스테로이드 처방과는 구분되는 선명성이 있어야 합니다.
M 관리자 08.01 17:40
그래서 보조금을 줄 때 잘해야 한다는 생각입니다.
이미 늦은 감이 있기도 하지만...
3 HVAC 08.05 09:53
좋은 설명이네요. 잘읽고 갑니다.
4 홍도영 08.07 05:29
일단 다른 곳은 모르겠는데 독일어권은 두가지는 이미 달성은 한 듯합니다.

1. 효율이 20%를 넘는다.
2. 생산과 폐기시에 필요한 일차에너지가 중국에 비해 약 50% 수준이다.

그리고 이것도 중요해 보이는데요. 바로 1제곱미터의 태양광으로 발전을 할 경우 기존의 발전소에서 세이브가 되는 에너지가 100%가 아니라 3배정도라고 합니다. 즉, 이런 수치까지 고려를 한다면 Break Point는 더 빨라 보이기는 합니다. 여기서는 불과 몇년 에 불과합니다. 적어도 이들의 발표자료를 본다면요.

다만 이는 순수하게 일차에너지만 보는 것이지 제품의 가격까지 같이 고려한 것이 아니라서 지원금 없이 시공하기에는 아직도 어려움이 있다고 봅니다. 그럼에도 환경을 위해 돈 더내고 일부러 시공하는 그룹도 많이 있기는 합니다.

개인적으로는 중국에서 발표한 제곱미터당 생산되고 나중에 해체되는 소위 cradle to grave (요람에서 무덤까지)의 에너지 정량의 투명성이 과연 그런지.....이게 보통 도심지가 아니라 시골지역이라....기름값도 더 들것이고 또 생산전기를 끌고오는 것도 외딴지역이기에  간접자본을 더 확충해야 하기에 더 어려울 것이기에......그런 변수가 어디까지 고려가 되었는지....
4 티푸스 08.09 11:37
제로에너지 빌딩!!!!
좋은 방향입니다.
그러나 국내 건축 환경과 현실속에서 실제적인 제로에너지는 아마도 당분간은 달성되기 어려울것 같습니다.
현재의 제로에너지 관련 규정들이 존속하는 한은 그래 보입니다.
에너지 소요량의 20% 이상(에너지 자립율 20% 이상)만 생산하면 제로에너지 인증(비율에 따라 차등)을 준다고 합니다.
예를들어 에너지 소요량이 100kwh/m2.y 일 경우 태양광이나 지열 등 액티브기술을 적용해서 20kwh/m2.y 이상을 생산 한다고 하면 제로에너지 인증을 해 준답니다.

"액티브"라는 입장에서 보면 같은 20%를 생산한다고 하더라도 100 일때 20과 10일때 2는 같은 20%라도 어마어마한 차이가 있을겁니다.
에너지 관점에서 패시브는 100을 10으로 만드는 기술이 적용된 것입니다.

제로에너지를 위해 '현재의 보편적인 기술 + 액티브기술의 적용'은
'패시브 기술을 적용해서 원천적으로 에너지요구량을 낮춘 후 액티브기술을 적용' 하는것 보다 비용 총량으로 볼때 훨씬 더(어마어마 하게) 들어갈거 라고 봅니다.

위 자료에서 기술한 것처럼 "많이 쓰고 많이 생산"하는 구조의 제로에너지 구현도 가능하지만
"적게 쓸 수 있게 만들고 적게 생산하는" 구조의 제로에너지로 가는 것이 올바른 방향이라고 봅니다.
"에너지를 적게 쓸수 있도록 만드는 패시브"가 먼저 보편화 되어야 하는 이유일겁니다.
1 이상준I탄소중독화성… 08.14 22:47
자료 감사합니다 잘 읽었습니다
요즘 LG 태양광 단결정 패널 효율이 19% 이상 되더군요.