스크랩 주목해야 할 에너지 절감 건축 자재

[막달려]

주목해야 할 에너지 절감 건축 자재

건축에 있어 에너지 비용은 화두가 된 지 오래다. 저에너지를 향한 건축계의 고민과 시도는 지속적이며, 지난달에는 국내 최초로 독일의 패시브하우스 인증을 받은 건축물이 등장한 쾌거도 이루었다.

그러나 그 실상을 파헤쳐 보면 안타까운 부분들이 많다. 에너지 성능 확보를 위한 기능성 자재들은 보급에 어려움을 겪고, 이 역시 대부분 수입에 의존한 상태다. 정부의 지원 정책도 태양광, 풍력 등 발전 설비 시설에만 한정되어, 정작 단열과 기밀에 필수불가결한 자재들은 건축주가 비용을 고스란히 감수해야 하는 실정이다.

이러한 척박한 환경에서도 국내ㆍ외 에너지 관련 그린 자재들은 꾸준히 등장해 힘든 레이스에 동참하고 있다. 종래에 화려하게 꽃 필 그린건축 시대를 위해 서서히 기지개를 켜고 있는 고효율ㆍ고기밀 에너지 자재들을 한 자리에 모았다.

ENERGY SAVING MATERIALS 01

구조용 패널

고성능 단열 패널 HIP

High Insulated Panels

건축물의 에너지 절감을 위한 효과적인 방법 중 외부단열이 가장 먼저 손꼽힌다. 하지만 건축물은 면과 선의 조합인 만큼 열교 현상이 일어날 공간과 요소가 적잖다. 이를 일체형으로 시스템화하여 근본적인 열손실을 차단하는 특허제품인 고성능 단열패널 HIP의 특성을 점검해본다.

(주)한보엔지니어링은 고성능 단열패널의 개발을 통해 에너지 손실을 최소화하는 패시브 에너지 기술을 실현하였다. 아울러 신재생 에너지를 활용한 액티브 에너지 신기술을 적극 도입하여 국토해양부에서 추진하고 있는 보급형 제로에너지주택의 표준 모델을 제시한 바 있다. 053-764-5445 www.hanboeng.com

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우리나라는 97%의 에너지를 수입에 의존하고 있는데, 총 에너지 소비량 중 건축물 부분의 사용량이 25%(선진국 40%)에 달한다. 또한 건축물 전체 에너지 손실률 중 건축물에서의 난방에너지 손실률이 약 60%나 되기 때문에 단열에 대한 대책이 에너지 절약의 키워드인 셈이다.

건축물은 내부 발열이 적은 외부 부하 지배형 건물로 난방부하의 비중이 크며 에너지 절약을 위해서는 외부 단열이 가장 중요하다. 구조의 외벽체에 단열 효과가 뛰어난 고기밀, 고성능 단열패널인 HIP(HIP : High Insulated Panels)를 적용하게 되면 전체 외피는 물론 벽과 창호, 기초와 벽체, 벽체와 지붕, 벽과 슬래브 접합부 등에서 발생하는 열교를 근원적으로 차단하여 약 60~80%의 에너지를 절감할 수 있다고 한다.

열교 현상을 차단하는 단열 패널

지난 9월, 대구시 동구 내곡동에 ‘에너지 제로 시범주택’이 선을 보였다. 한국건설기술원 제로카본 그린홈 개발 연구단의 개발사업 일환으로 (주)한보엔지니어링(대표 김기태)이 시공하였다. 이 주택은 패시브(Passive)적인 에너지 기술을 골격으로 태양광 발전과 지열 냉난방과 같은 액티브(Active) 측면의 에너지 절감 기술을 조합해 실질적인 보급화의 방안을 제시하였다. 특히 시범주택에는 한보엔지니어링의 특허 신기술인 고성능 단열패널이 바닥을 비롯해 벽체, 지붕까지 일체형으로 적용되었다는 점이 주목을 끌었다.

고성능 단열패널 HIP는 한보엔지니어링이 자체개발한 건설신기술 제508호로 세라믹 코팅된 복합단열패널을 이용한 건식 외단열공법에서 한 단계 진일보한 신공법이다.

HIP 신공법에 의한 건축물의 기본 구조는 철골이나 목조, 스틸하우스로 골조를 형성하고 HIP를 이용하여 내외벽체를 동시에 구성하는 시스템이다. 쾌적한 실내 환경을 유지시킬 수 있는 고성능 단열과 고기밀성으로 냉난방의 별도 장치가 없어도 쾌적한 실내 환경을 유지시킬 수 있는 패시브 시스템이다.

HIP의 구성은 양면에 무기질 경량보드(CRC 및 마감재)로 되어 있어 화기(불연성)에 강하고다양한 외부 마감이 가능하며 내부에는 구조적 심재(OSB)와 고성능 단열재를 합지시켜 안정성을 갖췄다. 이러한 고성능 단열 패널 HIP는 에너지 절약형인 패시브하우스는 물론 아파트, 빌딩, 상업시설, 전원주택, 타운하우스, 방갈로 등 다양한 모든 건축물에 적용할 수 있는 장점을 가지고 있다.  

HIP 시스템의 시공도

                                       지붕용 HIP 시공

                                                벽체용 HIP 시공

                           구조각관(철구조, 목구조, 스틸하우스)

                                                   기초판

ENERGY SAVING MATERIALS 02

인슐레이션

세이프 하우스 배트 - 프리미엄 6

Safe House Batt - Premium 6

목조주택과 스틸하우스의 단열성을 좌우하는 그라스울 인슐레이션. 미국과 캐나다, 유럽 등 선진국에서는 뛰어난 단열, 흡음, 불연 성능으로 인해 그라스울이 광범위하게 사용되고 있다. 최근 기밀성과 시공성이 더욱 강화된 목조 및 스틸하우스 전용 하니소 글라스울 제품을 알아본다.

한국하니소(주)는 모회사인 한국유리가 생고방 그룹에 인수되어 계열사가 되면서 ‘하니소(HANISO)'라는 브랜드로 다양한 그라스울 제품을 선보이고 있다. 1665년에 설립된 생고방(Saint-Gobain)은 단열재 분야에서 약 67조원의 매출을 달성한 세계적인 기업이다. 국내시장에는 한국써튼티드(주)가 총판을 맡고 있다. 한국하니소(주) 당진공장 041-351-4110 www.haniso.co.kr / 국내총판 한국써튼티드(주) 031-783-2110

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골조 그 자체는 단열성이 없으므로 일반적으로 외장공사 및 지붕공사와 병행하여 열손실 방지를 위한 단열재를 넣는 단열공사를 한다. 이러한 건축물의 단열에 대해서는 우선 정확한 이해가 필요할 듯싶다. 열의 이동을 방지해 단지 품는 것만이 단열을 의미하는 것이 아니라 열을 필요한 장소에 보존하고 불필요한 열을 방출시키는 범위까지 포함한다. 특히 우리나라와 같이 낮과 밤의 일교차와 여름과 겨울의 연교차가 큰 경우에 그 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않다.

단열에 관한한 전 세계적으로 가장 많이 쓰이는 소재는 그라스울(Glass Wool)이다. 건축물의 내외벽은 물론 배관, 닥트, 자동차, 선박, 가전 등에 단열, 불연, 흡음 등 다양한 용도로 광범위하게 사용되고 있다. 그라스울은 1930년대에 이르러 대량 생산이 시작되었으며, 2008년 기준으로 미국의 단열재 시장에서 84%, 유럽에서는 42%의 시장점유율을 차지하고 있다. 

PE Film의 6면을 랩핑, 시공성과 기밀성 향상

현재 국내에서 가장 많이 쓰이고 있는 인슐레이션은 한국하니소(주)가 생산하는 하니소 그라스울이다. 한국하니소는 작년에 목조주택 및 스틸하우스 전용 인슐레이션 제품인 이소바 세이프 하우스배트 프리미엄(Safe House Batt-Premium)을 선보인 바 있다. 그런데 최근 기존 제품에 현장에서의 시공과 기능을 대폭 강화한 프리미엄6를 출시하였다. 

Safe House Batt-Premium6는 종전에 4면이었던 그라스울 제품의 PE Film을 6면으로 랩핑(Wrapping)하여 시공성 및 방습, 기밀 성능을 혁신적으로 개선하였다. 6면을 PE Film으로 랩핑함으로써 시공 시 시공자가 그라스울의 접촉 및 분진 노출을 최소화하여 작업성을 개선한 것이다. 이러한 개선 이전에 그라스울 자체는 발암물류로 규정된 석면과는 원재료의 성분과 물성이 완전히 다른 물질이다. 국제보건기구(WHO)에 의하면 두 물질은 학술적으로 완전히 구분되는데, 석면은 Group1의 인체에 대한 발암물질로 규정된 반면에 그라스울은 Group3에 차(Tea) 등과 함께 안전한 물질로 규정되어 있다. 우리나라의 경우 산업안전보건법 제37조에 의해 2008년 1월1일부터 석면의 중량이 제품 중량의 0.1%를 초과하는 모든 석면 제품의 제조와 사용이 금지하고 있다. 

실내를 향하는 면의 투습차단(PE : 0.22 perms)이 기존제품(Kraft paper) 대비 방습 성능이 5배 향상되어 실내 발생 습기가 구조체 내부로 확산되는 것을 효과적으로 차단하여 건축물의 내구성을 높였다. 또한 실외를 향하게 되는 천공면 습기배출(PE : 321 perms)이 통상적인 IRC ClassⅢ(10perms) 대비 30배 이상의 투습 성능으로 습기 배출을 극대화한 점도 두드러진다. 뿐만 아니라 올바른 시공을 위해 실내외면의 분별이 용이하도록 제품 앞면에 시공 방향 및 스테이플러 작업 위치를 표시한 점도 주목할 만하다.

  

※ R-Value    "R"값은 단열의 측정치로서 “R"값이 높을수록 에너지 절감효과가 크다.

프리미엄 6의 시공과정

ㆍSafe House Batt-Premium6는 고압축 포장된 제품으로 시공 전 압축 포장된 제품을 완전히 풀어 놓고 충분히 털어준 다음 시공해야 한다. 이 때 주의할 것은 인쇄된 면이 실내 측을 향해야 한다는 점이다.

ㆍ샛기둥 앞면에 최소 200㎜ 간격으로 스테이플러 작업을 하거나 테이핑, PE필름 등 별도의 방법으로 방습, 기밀 시공해야 한다. 윗깔도리와 아랫깔도리 앞면을 투습차단재로 덮은 후 스테이플러 작업하여 방습/기밀 시공한다.

ㆍ단열재 시공 중 투습차단재가 찢어진 곳은 테이프로 보수해야 한다. 단열재를 작게 잘라서 넣은 곳, 혹은 2개의 단열재가 연이어 붙은 조인트는 테이핑 하여 기밀한 시공이 될 수 있도록 한다. 

ENERGY SAVING MATERIALS 03

조적식 구조재

단열 블록

ICF _ Insulated Concrete Forms

단열 블록을 축조해 에너지절감주택을 짓는 사례들이 속속 등장하고 있다. 지난 해 급속도로 인지도를 높인 이 자재는 속이 빈 거푸집 형태의 단열 구조체로, 유럽에서 등장한 ICF공법 중 하나다. 앞으로 국내시장에 어떻게 안착해 나갈 것인지 벌써부터 많은 이들의 관심이 뜨겁다.

제품문의

제이앰디 031-713-6320 www.isorast-korea.com

자린고비 031-425-4694

자료참고

http://www.insulatingconcreteform.com

http://www.euromac2.co.uk

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ICF 공법은 속이 빈 거푸집(단열재 : 스치로폼 또는 네오폴) 형태를 만들어 그 속에 철근이나 콘크리트를 부어 넣어 건물의 벽을 만드는 방식이다. 건물의 구조적 벽을 만드는 데 있어 철근 콘크리트나 목재 프레임을 대신하는 공법으로 유럽이나 북아메리카 등에서 주로 시공된다. 

현재 국내에는 단열 블록이란 이름으로 더 잘 알려져 있다. 거푸집 역할을 하는 프레임이 자체적인 단열 효과를 가지고, 이를 쌓는 방식으로 짓기 때문에 블록이라 칭한다.

4~5년 전 국내에 첫 도입된 이후, 현재 이러한 블록 방식의 집은 20여 채 정도 지어진 상태. 초기에는 유럽에서 이 공법을 경험했던 건축주들이 직접 원자재를 수입하고 기술자를 초빙해 짓기도 했지만, 지금은 국내에서 이를 본 따 같은 소재로 블록을 생산하는 회사들이 생겼다. 또한 정식으로 패시브하우스 자재로 인증받은 제품을 유럽에서 직접 수입ㆍ유통하는 회사도 생겨나, 앞으로 단열블록은 더욱 보급화 될 것으로 예상된다.

네이폴을 원료로 한 높은 단열성의 구조체

업체들이 말하는 단열블록의 장점은 원자재인 네오폴이 가진 장점과 상통한다. 탄소와 흑연을 첨가해 은회색을 띠며, 유해가스 발생이 거의 없어 내화재로 인정 받는다. 무엇보다  스티로폼보다 2배 이상 높은 단열 성능을 갖고 있다. 실제 국내에 수입되고 있는 독일의 ISO-RAST 제품의 경우, 37㎝ 두께의 외벽 블록은 열관류율값이 0.14W/㎡k에 달해 패시브하우스 자재로 인증 받은 바 있다.

거푸집 형태의 블록은 상, 하단부에 미세한 홈이 있어 톱니바퀴처럼 물리며 조립되고, 이 부분이 소음을 흡수하는 역할을 한다. 철근과 콘크리트가 들어가는 인입부는 주름면으로 가공되어, 콘크리트와의 흡착력을 높여준다. 또한 블록 자체가 워낙 가볍고, 톱 또는 열선을 사용해 다양한 크기로 재단이 가능해 초보자들도 손쉽게 운용이 가능하다.

전문가들은 단열블록을 시공할 때, 일교차가 20도 이상인 중부 이북 지역은 외벽에 37㎝ 두께, 중부 이남인 경우 31㎝ 두께를 권장하고 있다. 또한 블록 자체가 거푸집이므로 비계 이외 다른 부자재들이 많이 필요하지 않지만, 국내 건축법상으로는 반드시 철근을 넣어줘야 한다.

콘크리트 타설을 할 때는 특히 주의를 요한다. 일반 콘크리트보다 낮은 압력으로 타설하고, 콘크리트 골재는 직경 12㎜ 이하의 잔골재로 해야 타설시 막힘이 없고 구조체의 균열을 예방할 수 있다. 벽면에 선반이나 보드, 액자 등을 걸기 위해서는 칼블럭이나 앵커를 사용해 고정해야 가능하다.

단열블록의 한계로는 고층화의 문제가 지적되고 있다. 현재 국내에서도 단층 주택에 주로 적용되고 있으며, 2층 이상의 주택에는 별도의 구조와 하중 계산이 따라야 안전하다. 또한 국내 생산 제품의 경우, 곡선 블록이나 상인방ㆍ하인방 등의 다양한 규격과 형태는 갖춰져 있지 않은 상태다.

유로맥

프랑스에서 개발된 ‘유로맥’이란 단열블록. 고밀도 스티로폼 사이에 철근이 들어가 있는 일체형 구조로 골조를 쌓고 내부에 모르타르만 부으면 완성이다. 현재는 프랑스 뿐 아니라 독일, 오스트리아 등 유럽전반으로 퍼져 인기를 끌고 있다.

ENERGY SAVING MATERIALS 04

기밀층 건축자재

프로클리마 시스템

Pro clima System

현재 독일에서 높은 점유율로 사용되고 있는 프로클리마社의 투습방수지는 기존 제품들의 문제점을 대폭 개선하여 습기와 결로 문제를 완벽에 가깝게 보완하고 있다. 이러한 기밀층 건축자재의 불모지라 할 수 있는 우리나라에 프로클리마 제품이 본격적으로 도입되면서 국내 패시브하우스 발전에 가속도가 붙고 있다.   

취재협조 한국 프로클리마 031-783-2110 www.proclima.co.kr

기밀층 건축자재가 부족한 국내시장에 진출한 한국 프로클리마는 패시브하우스의 기밀층 개선을 위한 가변형 투습방습지뿐만 아니라 윈도우 랩, 콘센트, 배관 관련 기밀층을 유지하기 위한 기밀테이프와 시공 시 성공 여부를 확인할 수 있는 블로워 도어(Blower Door)를 이용한 기밀 테스트도 실시하고 있다.

            

겨울철에 특히 실내가 건조한 것은 건물 틈새를 통해 외부의 찬공기가 실내로 유입되기 때문이다.틈새 로 들어온 외부 공기가 난방장치를 통해 데워지게 되면 실내 상대습도는 낮아지고, 건조한 공기는 결국  실내환경의 쾌적성을 떨어뜨리게 된다.



상황에 따라 변하는 가변형 투습방수지

방습지 주위의 겨울철 평균 주변 습도는 약 40%로, 습기는 확산을 통해 내부에서 외부로 이동한다. 때문에 방습지는 구조체 내에 생길 수 있는 결로수를 막기 위해 높은 투습저항을 가져야 한다. 여름에는 수증기의 이동 방향이 반대가 되며, 방습지의 습도는 80% 이상이 되는 경우가 많다. 이 경우에는 방습 성능이 낮아지고 투습 성능이 높아져서 습기 증발이 용이해야 한다. 이러한 두 가지의 중요한 건축물의 물리적 특성 때문에 가변형 투습방습지가 필요한 것이다. 겨울철에는 결로현상을 억제하기 위해 방습 성능이 높아지며, 여름철에는 반대로 투습 성능이 월등히 높아져서 증발을 통해 구조체 내에 습기를 낮춰준다.

프로클리마는 주변 상황에 따라 투습능력이 변화하는 가변형 방습층과 지붕과 외벽에 사용하는 투습능력이 탁월한 투습방수층 및 방풍층과 더불어 특수연결제품, 내구성이 우수한 테이트 및 접착제 등을 통해 전체 시스템을 제공한다. 가변형 투습방습지인 Intello를 비롯해 투습방수지 Solitex WA, 창호기밀테이프, 창호와 벽체 연결부위에 기밀층 유지, 약 5cm까지 팽창하여 틈새부위를 막을 수 있음 팽창형 밴드(Hanno Band)까지 공간별, 성능별 다양한 제품을 선보이고 있다.  

국내에서 프로클리마이 기밀층 자재가 시공된 부분의 기밀성 테스트(Blower door) 결과는 최고의 수치를 나타내고 있고, 현재 진행 중인 둔내, 양평 등의 패시브하우스와 용인 E-플러스하우스, 괴산 세미 패시브하우스단지 등 여러 현장에서 프로클리마 제품이 시공되고 있다.  

ENERGY SAVING MATERIALS 05

열교환기

열회수 환기시스템

리쿠퍼레이터 RecocpAerator

열회수 제품은 우리 같은 에너지 수입국에서는 없어서는 안 될 중요한 에너지 기자재다. 필터를 통해 버려지는 열을 재사용하므로 에너지절감비율을 획기적으로 높일 수 있기 때문이다. 또한 주거공간에서는 쾌적한 공기질을 보장해 삶의 질까지 높이는 필수 아이템이다.

(주)스타즈스터링코리아는 1992년 설립되어 10여년에 걸쳐 열회수 기술을 연구 개발한 끝에, 세계적으로 공인받은 열회수환기장치를 생산하고 있는 횟다. 열회수효율이 90% 이상으로 높을 뿐 아니라 강력한 집진 능력으로 황사, 매연, 분진으로부터 사람과 주택을 안전하게 보호하는 제품을 만들고 있다. 1577-6363 www.issk.co.kr

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리쿠퍼레이터는 국내에서 개발된 열회수 환기장치이다. 미국 NASA의 스털링 엔진을 응용해 외기가 필터링되어 실내에 유입되고, 내부의 오염된 공기는 다시 밖으로 배출되는 원리를 따른다. 환기 시에도 실내 온도가 거의 변하지 않아 열회수율이 90%에 달하는 양방향 환기시스템이다.

특히 이 제품의 열회수율은 캐나다의 세계적인 열효율 시험 전문기관인 ORTECH  International의 공인(96%)을 거쳐 현재 미국, 일본을 비롯한 세계 각국에서 특허를 취득했다. 국내에서도 환기 장치 최초로 고효율 에너지기자재로 정식 인증 받은 제품이다.

실제 강원도 홍천 살둔 에너지제로하우스에 설치된 기기를 모니터링 한 결과, 영하 18도까지 내려가는 추운 외기에도 열회수율이 90% 이상 도출되었으며, 영등포 구청에서는 실내 이산화탄소 수치가 2000에서 800~850 수준으로 현저히 줄어든 것이 확인되었다.

양방향 강제 환기방식으로 쾌적한 공기질 보장

폐열회수장치는 패시브하우스에 있어 필수적인 설비요소다.비단 패시브하우스를 추구하는 주택이 아니라도, 이 장치는 거주자의 건강과 에너지 절감에 있어 가볍게 볼 수 없는 자재다.

일반 환풍기의 경우, 안의 공기를 밖으로 내보내기만 하는 단방향 환기방식이기 때문에 환기에 소요되는 동력에 비해 효과는 저조할 수밖에 없다. 배기구와 흡기구가 구분되어 있는 양방향 강제 환기 방식은 에너지 절감과 함께 쾌적한 공기질을 보장 한다.

현재 에너지 절감형 주택의 상당수가 리쿠퍼레이터 제품을 채택해 설치하고 있으며, 공동주택과 타운하우스 단지 등에도 활발하게 보급되고 있다. 앞으로 폐열회수장치에 대한 인식은 더욱 빠르게 바뀔 것이란 전망이다.

리쿠퍼레이터 장치는 40㎜ 정도의 휠로 공기가 유동되며, 이 휠은 2개의 덕트로 연결된다. 환기측과 외기측으로 공기가 유입되면 휠은 천천히 회전을 시작한다. 휠이 회전하면서 폴리에스터화이버로 구성된 열교환소자는 열의 96% 이상을 전달하게 된다.

이 열교환소자는 사계절 사용할 수 있으며, 연 2~4회 세척으로 15년 이상 유지가 가능하다. 또한 5㎛의 미세한 먼지까지 집진하는 능력으로 실내의 쾌적한 공기질을 만들어 준다.

세대 최적기준 (법적 최소기준) : 시간당 0.7회  24시간 환기량 기준

세대 최상기준 (일반 기준) :1시간당 3회  24시간 환기량 기준

ENERGY SAVING MATERIALS 06

신소재단열재

에어로젤과 진공단열재

AirogelㆍVacuum Insulation Panel

스티로폼, 아이소핑크에서 한 발 더 나아간 네오폴 EPS까지, 건축에 쓰이는 단열재의 종류는 다양하지만, 최근처럼 신소재들이 물밀듯이 등장한 시대는 없었다. 공기만큼 가벼운 고체로 만든 에어로젤, 8배 높아진 단열성능의 VIP 등은 미래단열재로 불렸지만, 지금 이곳 한국의 건축현장에서도 실제 사용을 시작했다.

에어로젤코리아 02-2274-6721 www.aerogel.co.kr

OCI주식회사 02-727-9647 www.oci.co.kr

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에어로젤은 공기를 뜻하는 에어(aero)와 고체화된 액체를 의미하는 젤(gel)의 합성어다. 1930년대 처음 발견된 신소재로 98%가 기체로 채워졌기 때문에 지구상에 존재하는 고체 중 가장 가볍다.

에어로젤의 구멍은 공기 입자의 평균 이동거리보다 짧다. 때문에 공기가 잘 통하지 않아 열전도를 효과적으로 막을 수 있다. 실제 에어로젤은 손바닥 위에 올려놓고 1000도 이상의 불꽃을 갖다 대도 온도가 잘 전달되지 않는다. 또한 섭씨 1,100℃에서도 전혀 타지 않고, 충격방지 시트를 놓고 화약을 터뜨려도 전혀 흔적이 남지 않아 유리섬유 등 기존의 건축물 단열재를 대체할 소재로 주목을 받고 있다.

현재 미국 등지에서는 에어로젤의 상용화에 가장 근접한 것은 단열재 부분이다. 특히 건축자재로써는 매우 가볍고 따뜻하며 밝은 건축물을 짓기에 이상적인 소재라 할 수 있다.

국내에서는 에어로젤코리아가 직접 생산에 들어가 원자력발전소나 원유공장 등의 배관파이프 단열재로 적용되고 있다. 건축용으로는 초기 단계로 현재 동탄신도시 ‘제너하임’ 모델하우스에 최근 시공을 마쳤다.

고성능 진공단열재(VIP, Vacuum Insulation Panel)도 지난 달 정식으로 국내 생산을 시작하며, 그린에너지 산업의 새로운 방향을 제시했다. 진공단열재는 기존 단열재보다 단열성능이 매우 뛰어난 제품으로 내부에 심재인 단열재와 진공상태를 유지하기 위한 외피재로 구성되어 있다. 현재 국내에서 진공단열재를 개발 생산하고 있는 OCI는 우수한 고순도 흄드실리카의 심재와 공기, 가스 및 습기 투과율이 매우 낮은 외피재로 구성한 제품을 선보이고 있다.

열전도율값은 0.0045W/MK 이하로, 네오폴이나 아이소핑크에 비해서 약 8배 이상으로 단열 성능을 강화할 수 있다. 같은 성능에 단열재 두께는 1/8로 얇아지기 때문에 건축물의 내부 사용 공간이 넓어지는 장점도 얻을 수 있다.

단열재 외관은 일반 나무판 모양으로 직각 형태를 이루고 있으며, 표면 평탄도 역시 뛰어나 건축용으로 적합하다. 현재 이 제품은 대구 소재의 그린홈 모델하우스 2층과 판교의 아파트 모델하우스 현장에 실험 시공된 바 있다.





두 제품은 이제 막 건축분야에 실제 적용을 시작한 소재들로 단가가 높고 비용 대비 효율성에 대해서는 확실한 검증이 없는 상태다. 또한 실제 건축 현장에서의 시공성도 깊이 논의해 볼 문제다. 재단과 이음새, 다른 건축 자재와의 결합 부분도 어느 정도 공인화된 시방서가 필요할 것이다. 이는 앞으로 더 다양한 현장에 적용하면서 직접 경험해 해결해야 할 문제가 될 것이다.

ENERGY SAVING MATERIALS 07

에너지 창호

평레일 시스템창호

IDA Window Frame

에너지 절감형 주택에서도 과감하게 슬라이딩 창호를 고집할 수 있게 되었다. 바로 평레일 신기술을 접목한 시스템창호의 등장 덕분이다. 이중 레일로 인한 완벽한 균형감의 이 창호는 굴곡 없이 편평한 레일면에 다단계 차폐구조를 적용해 기밀성을 확실하게 끌어올렸다.

이다시스템창호는 30년의 독자적인 창호제작 노하우를 가진 하늘기업의 브랜드다. 다수의 특허등록과 실용신안, ISO-9001 인증을 통해 우수한 품질시스템을 구축하고 있으며, 특히 평레일 시스템창호는 정부의 에너지 시책에 맞춰 고효율에너지기자재 인증을 받아 기밀성과 수밀성을 인정받은 바 있다. 031-957-0107 www.sky-window.co.kr

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창호를 통한 열손실량은 주택 전체의 최대 45%에 달한다. 에너지절감 주택에서 창호를 선택할 때 신중을 기할 수밖에 없는 이유다. 그러나 대부분 이중창, 삼중창, 로이, 아르곤가스 등 유리 성능을 따지는 데 급급하고 실제로 창틀, 즉 프레임에는 큰 신경을 쓰지 않고 있다. 창의 기술은 날로 발전을 거듭한 반면, 성능 높은 프레임을 만드는 데는 지지부진했던 것이다.

이중에서도 슬라이딩 창호는 기밀성과 단열성이 떨어져 에너지절감형 주택에서 기피되어 왔다. 창의 두 짝이 겹치는 부위의 열교현상을 잡기가 쉽지 않고, 문짝을 움직이는 하부 롤러가 프레임에 떠 있는 상태로 그 틈을 통해 바람과 빗물이 들이치기 때문이다. 기밀성ㆍ단열성ㆍ수밀성ㆍ방음성ㆍ내풍압성 등 창호 성능의 모든 면에서 여닫이 방식에 비해 부족하다는 평가였다.

단열성 높인 국내정서에 맞는 슬라이딩 창호 개발

일체형시스템창호로 유명한 이다시스템창호에서 이러한 슬라이딩창호의 문제점을 개선한 평레일시스템창호를 개발해 기존의 인식을 과감히 바꾸고 있다. 굴곡이 없는 레일과 문짝과 프레임 사이의 틈이 없는 구조 덕분에, 외관이 깔끔하며 먼지나 물이 레일홈에 끼지 않는 신기술이다. 무엇보다 겹치는 창호 사이로도 바람이 통하지 않아 열교현상을 확실히 잡아주는 데 큰 의의가 있다. 또한, 레일의 높낮이를 조절할 수 있어서 건축 후 생기는 미세한 뒤틀림에도 손쉽게 대응이 가능하다는 평가다.

태풍에 민감한 일본의 창호들에 비해서도 월등한 품질을 보여주고 있다. 계단식 창호로 앞턱을 높여 물이나 바람이 들이치는 것을 방지한 일본식 창호는 창문을 바깥쪽으로 시공하는 것이 불가능하고, 이중ㆍ삼중창의 경우 조립이 불편한 단점이 있다. 반면, 이다시스템창호는 양방향으로 탈부착이 가능해 시공ㆍ보수에 유리하다.

현재 평레일 이다시스템창호는 알루미늄의 금속 재질로 제작된다. 합성수지에 비해 단열성은 떨어지지만, 내부에 열교차단재와 가스켓 삽입으로 높은 열전도율을 보완해 주었다. 그 결과 지난 10월, 고효율에너지기자재 인증까지 받았다. 시험 결과,24㎜ 로이복층유리 제품은 열관류율은 2.43W/㎡k, 기밀성은 0.70㎥/h㎡로 나타난 바 있다.

현재 이다시스템창호는 완벽한 주문제작방식으로, 프레임을 도장을 통해 원하는 색으로 선택이 가능하다. 기존의 브랜드 시스템창호에 비해 30% 정도 저렴한 가격경쟁력까지 갖추고 있다.

기밀성 실험 결과

창호가 겹치는 부위에 강력한 콤프레이서로 공기압을 가해도 반대편의 촛불을 일말의 움직임도 보이지 않는다.

수밀성 실험 결과

수밀성 실험에서 기존 창호는 물을 뿌린 지 3분 만에 안쪽으로 물이 흘러내리는 결과를 나았다. 반면 평레일 이다시스템창호는 세찬 물줄기에도 완벽한 수밀성을 선보였다.

*열교차단재 : 열교 차단재라 함은 창호의 금속프레임 외부 및 내부사이에 설치되는 폴리염화비닐 등 단열성을 가진 재료로서 외부로의 열흐름을 차단할 수 있는 재료를 말한다.

ENERGY SAVING MATERIALS 08

에너지계측

에너지 성능 평가 기법

PHPP·CE3™

현재 건축물의 에너지효율등급과 친환경건축 인증제는 공동주택이나 학교 및 공공시설에 우선 적용된다. 그러나 실제적으로 대기업들의 그린홈 모델하우스, 패시브하우스등의 앞선 연구는 단독주택에서 시작되며, PHPP나 CE3™같은 프로그램을 통해 에너지 성능을 평가 받고 있다.

•독일 패시브하우스연구소 +49(0)6151-82699-0

•파시브하우스디자인 02-741-8750 http://passiv.co.kr

•(주)피앤디소프트 02-553-8178 www.kihoo.co.kr

•한국패시브건축협회 1688-2509 www.phiko.kr

•테스토코리아 02-2672-7200 www.testo.co.kr

정부는 주거용 건물에 대해 2012년까지 연간에너지 소비량을 현 수준 대비 30% 이상 낮추고 2017년에는 패시브하우스, 2025년이 되면 제로에너지하우스 수준까지 건물에너지 성능을 높이겠다는 로드맵을 밝혔다.

아울러 국토부는 녹색성장에 민간인들의 참여를 유도하기 위해 2012년부터 모든 건축물의 매매나 임대시 ‘에너지소비증명서’를 발급받아 제출하도록 할 계획이다. 이 증명서는 연간 에너지 소비량과 온실가스배출량을 표시한 것으로, 전문가나 지방자치단체 전문인력을 활용해 모든 건축물에 에너지 등급을 표시 한다는 방침이다.

에너지 해석기법이 다른 다양한 프로그램들

건물의 에너지 성능을 파악하는 데 꼭 필요한 것이 에너지 해석 프로그램으로, 이들은 설계 단계에서부터 준공이후 모니터링 단계까지 모두 응용된다.

현재 이들 프로그램은 국제적으로도 100여개가 넘게 존재하고, 그 사용기법과 결과 값도 서로 다르다. 연간 에너지사용량을 계산하는 데는 미국 에너지성의 DOE-2.X(DOE2.1는 단종)가 대표적이며, 같은 알고리즘으로 Visual DOE, EnergyPlus등과 설비분야에서 가장 고도화된 Trnsys가 있다.유럽에는 영국 ESP-r, 독일의 PHPP가 많이 알려져 있다. 이들 프로그램의 에너지 해석은 대개 ISO-13790(국제규격), DIN-18599(DIN:독일공업규격)의 프로세스를 기반으로 한다.

특히, PHPP는 독일의 패시브하우스 연구소 PHI에서 패시브하우스 인증을 위해 사용하는 프로그램으로 국내에도 제법 알려져 있다. 건물의 설계와 그 건축요소들의 상세한 정보들을 소프트웨어에 일일이 입력·계산하는데, 그 과정이 복잡할뿐더러 기준도 매우 엄격하다.

현재 국내에서는 한국인으로는 처음으로 패시브하우스 설계자문 자격을 취득한 이필렬교수가 Passivhaus 연구소를 통해 ‘PHPP를 이용한 에너지계산’ 강좌를 열고 있다.

우리기후 적용한 토종 프로그램의 약진

CE3™는 국내에서 개발된 건물에너지성능평가 솔루션이다. 국내 표준 기상 데이터, 용도와 프로필, Zoning, 지역과 방위 등의 건물 정보, 냉난방시스템, 공조 및 조명시스템 등을 입력해 에너지 성능을 산출한다.

알고리즘은 DIN-18599을 따랐고, 주거시설 뿐만 아니라 특수용도를 제외한 거의 모든 용도의 건축물에 대한 에너지 해석이 가능하며, 우리나라말로 된 최초의 건축물 에너지 해석 프로그램이라는 큰 장점이 있다. 또한 설비시설의 상세한 부분까지 입력하도록 되어 있어 비교적 객관적으로 1차 에너지 소요량을 산출 한다고 평가 받고 있다.

프로그램을 개발한 피앤디소프트社는 매월 1회 관련 교육을 실시하고 있다. 프로그램 사용은 현재 회원제로 이루어지며 일정 금액을 부담하면 기간별 사용도 가능하다. 한국패시브건축협회에서도 CE3™을 인증에 사용하고 있다.

이외에도 건축주 등 일반인들도 쉽게 다룰 수 있는 프리멘토 코리아, 스케치업 프로그램을 이용한 건물형상입력등도 있다.

직접 검증 가능한 장비를 이용한 현장 테스트

시공이 어느 정도 진행되면 건축 현장에서 해 볼 수 있는 실질적인 검증 테스트가 따로 있다. 기밀과 밀폐 여부를 확인하기 위해 실내외 공기 교체량을 측정하는 밀폐테스트와 열에너지 손실을 육안으로 파악하는 열화상 테스트다.

이들은 계측장비의 도움을 받아 진행되며, 실제 결과값이 수치 및 도표화 되어 나오기 때문에 건물의 체적대비 공기교체율과 표면온도를 즉각적으로 알수 있다.

 



ENERGY SAVING MATERIALS 09
조명 기기

LED 조명의 진화

SolarㆍSmartㆍHybrid

조명에 있어 LED로의 변화는 필연적으로 보인다. 2013년 백열등이 시장에서 완전 퇴출되고, 빠르게 발전하는 LED 기술이 종전의 문제점들을 극복한다면 일반 가정의 모든 광원이 LED가 될 것은 자명하다. 때문에 LED는 이제 태양광까지 접목해 에너지원 제로의 조명 시대를 열고 있다.

더가든 (Solar LED 정원등) 031-771-6800 www.thegarden.co.kr

드림바이오컴(LED 수경재배) 031-427-9322 www.dreambio.com

태원전기산업(실내 LED등) 02-555-0500 http://www.taewon.co.kr

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정부는 2013년까지 백열전구를 완전 퇴출시킨다는 목표로 안정기내장형 형광램프 보급, 공공기관 LED보급, 최저효율기준 향상 등을 추진하고 있다. 2009년 공공부문에 이어 올해 민간부문에서 본격적인 퇴출이 시작되면서, 주거용 조명도 빠른 교체가 이어지고 있다.

기존의 백열등과 형광등을 대신하는 제품은 바로 LED이다. ‘Light emitting diode’의 약자로 발광다이오드를 뜻하는데, 전기를 사용하는 거의 모든 분야에 적용이 가능하다.

LED는 인체에 유해한 수은이나 나트륨 함유가 없어 친환경적인면에서 미래 광원으로 이미 인기를 끌고 있다. 현재 국내에만 5천여 곳에 달하는 LED 조명회사가 생겼으며, 이들은  일상생활 전반에 LED를 적용하기 위해 기술 개발에 한창이다.

일반 건축에 활용하는 LED 조명은 백열등이나 형광등에 비해 약 8배 이상의 수명을 갖고 있다. 실제 광원 자체는 거의 영구적이라 할 수 있지만, 광원과 LED소자를 구동시켜주는 컨버터 수명이 3만 시간밖에 되지 않기 때문에 조명 수명도 이와 같다. 에너지 절감효과는 기존 등에 비해 50~90%에 달한다. 그린홈 모델하우스나 패시브하우스에서는 필수적으로 요구되는 조명 시스템이다.

그러나 LED 적용의 걸림돌은 여전히 가격의 문제다. LED 전구는 일반 전구에 비해 30배 정도 비싸다. 필립스 전자와 삼성 LED가 최근 내놓은 백열등 대체용 LED 등은 6W짜리가 개당 25000원, 8W는 개당 약 4만원이다. 이들의 수명은 하루 10시간 기준 10년으로, 소비전력은 백열 대비 최고 87%까지 낮은 수준이다.
 

다양한 기능성까지 겸비한 LED 활용 기술

최근에는 LED 조명기술이 더욱 진일보하고 있다. 컨버터 수명을 늘려 LED 수명을 통상보다 3배 늘리는 데 성공한 제품이 출시되었고, 광효율이 102lm/W에 달하는 친환경 일체형 면 조명도 국내 최초로 선보였다.

한 키친전용 LED 조명은 와인(2400K), 응접(3200K), 식사(3800K), 독서 모드(4800K)로 터치식으로 조도 변환이 가능하고 자동미등도 선택할 수 있어 주목을 끌고 있다. 흰색부터 컬러풀한 조명까지 하나의 조명으로 다양한 색상을 설정하여 색다른 분위기를 연출하는 조명제품도 출시되었다.

아울러 LED 조명을 이용한 실내 수경재배기도 인기를 끌고 있다. 특수 흙이 담긴 재배포트에 수경으로 재배하되, LED 조명이 햇볕을 대신하는 시스템으로 소비전력은 20W 정도에 불과하다. 이들은 현재 가졍용, 교육용으로 제품화에 성공했다.

태양광 사용하는 LED정원등까지 개발

건물 외부에는 태양광을 접목한 LED 조명이 개발되어 시장에 선보이고 있다. 낮 동안 태양광 집열판을 통해 축적된 직류에너지를 축전지에 저장해 두었다가, 일몰 시 이를 교류전기에너지로 변환하여 정원용 조명이나 가로등으로 쓰는 원리다. 지금도 태양광 외부등은 많이 보급되어 왔지만 일반 전구를 쓰기 때문에 축적된 에너지를 발열하는 시간이 부족했던 것이 사실. 이를 LED 전구로 교체하면 발열 시간도 늘어나고 밝기는 거의 2배에 달한다. 혹 태양열이 부족한 날씨를 대비해, 일반 전기도 함께 쓸 수 있도록 한 하이브리드 LED등도 시판되고 있다.

(주)더가든에서 개발ㆍ판매하고 있는 Solar LED 등의 경우는 센서 기능까지 탑재하고 있어, 15m 전방에서 사람이 지나가면 자동 On/Off가 가능하다. 조명등의 헤드 부분만 활용해 현관으로부터 어프로치 난간에 설치하거나 LED 전구만 빼서 잔디에 시공하면 아름다운 연출이 가능하다. 가격대는 LED등의 밝기에 따라 전구 한개 당 2만5천원~14만원 정도로 구성되어 있다.

4대강 물고기를 컨셉으로 만든 조명등. 태양열 셀 판을 위에 두고 있다.


베드민턴 모양. 자동차 판금 도장에 쓰이는 도장을 썼다. 

ENERGY SAVING MATERIALS 10

풍력발전

태양광 따라잡는 풍력발전기

Vertical·Counter-Rotating

건축물의 신재생 에너지원으로는 태양광이 독보적인 우위를 차지하고 있다. 풍력은 설치비 부담과 에너지 효율에 대한 불확신으로 그간 주목을 받지 못하다, 최근에서야 신기술을 무장해 도약하고있다.국내풍질을고려한블레이드의변화가그시작이다.

•대진풍력 031-8059-8808 www.djwindpower.co.kr

•하이에너지코리아 032-521-1307 www.hi-energy.co.kr

•IWE Korea 02-3158-0196 www.iwekorea.com

•(주)DSC 02-3142-3371 www.dscsys.com

INFINITE의 수평형 3.6㎾ 상호반전 풍력발전기

풍력발전은 바람의 힘을 이용하여 블레이드(날개)를 회전시키고 그 회전에 의해 전기를 발생시키는 발전기이다. 그러나 설치비 대비 에너지효율이 높지 않고 규모에 따른 대지 확보, 소음 발생 등의 문제로 주거용 에너지원으로는 쉽게 적용되지 않았다. 최근에는 이러한 문제점들을 극복 하려는 여러 기업의 기술ㆍ연구덕택에 외관으로만 봐도 확연히 다른 풍력발전시스템이 등장하고 있다.

우선 풍질에 대한 연구부터 다시 시작되었다. 우리나라는 바람은 많지만, 한 방향으로 일정하게 불기보다는 위아래ㆍ양방향으로 예측 없이 불기 때문에 기존의 수평축 발전기는 크기에 비해 전력 발생이 미약한 단점이 있었다.

다양한 바람방향에 적응하는 블레이드 기술

대진풍력은 미국 Enviro Engergies社의 자기주상형 기술을 도입해 국내 전력 및 풍력 등에 맞춰 새로운 풍력발전기를 출시했다. 이는 크기와 소음이 작은 대신 에너지효율은 높은 수직형 블레이드 이다.

하이에너지코리아의 수직형 풍력시스템은 비행기 날개와 동일한 구조의 양력 블레이드를 택했다. 장력발생으로 가속력이 증대되고 풍속의 수배로 급가속이 가능하다는 것이 개발자 측의 설명이다. 다양한 방향으로 부는 바람에 회전이 가능하고, 기어와 코일이 없어 베이링에 의한 소음 문제를 해결했다는 평가다.

IWE Korea는 미국 INFINITEWINDENERGY社의 풍력발전기 설계기술을 바탕으로 국내환경에 맞게 개선을 하여 고효율상호반전(Counter-Rotating) 풍력발전기를 생산하고 있다.

기존의 발전기에 비해 크게 차이가나는 부분은 날개의 형상으로, 빠른 회전속도를 얻기 위해서두개의 날개가 달린 로터를 채택했다. 수평 형 발전기의 경우 앞ㆍ뒤로, 수직 형 발전기의 경우 위ㆍ아래로 두 쌍의 날개가 서로 반대방향으로 회전하기 때문에 발전기 내부의 속도가 일반 형 보다 두 배 이상으로 높아지고 이에 따라 발전량도 많아진다.

3.6㎾ 수평형 발전기 1기를 설치할 경우 평균 초속 5m의 풍속에서 1년에 8,000㎾ 중반대의 전기를 생산 할 수 있다.4인 가족 월 평균 전기사용량이 400㎾인 경우 72,000원의 전기사용료가 부과되므로, 풍력발전기를 설치하면 한전에 내는 요금이 거의 없게 된다.

INFINITE의 수직형 3.6㎾ 상호반전 풍력발전기

전원주택 단지와 택지지구 등에 보급 가능성 커

가정용 풍력발전기는 1,000만원대 이상의 설치 가격과 점점 줄어드는 정부지원정책 때문에 보급이 원활하지 않은 상태다. 대신 관련 업체들은 전원마을 단지나 택지지구 내 공용건물 등에 먼저 적용하면서 소비자들의 인식을 바꾸고자 노력하고 있다. 단순히 풍력발전기만 설치하기 보다는 다양한 시스템과 연계한 프로그램도 선보인다. DSC社는 소규모 마을단위의 취락 및 복합 단지 조성에 적합한 새로운 형태의 에너지 솔루션을 구축하여 제안하고 있다. ‘웰빙과 친환경에너지의 결합’을 콘셉트로 고효율 풍력발전기를 기반으로 LED식물생장촉진그린하우스를 개발했다. 이를 통해 유기농 야채 자급자족시스템, LED 조명, 가로등이 결합된 패키지를 만들어 공공건물이나 전원주택 단지 등에 제공하는 그린 프로젝트를 수립하고 있다.


2010년 12월호 특집게재 된 내용입니다.