수성연질폼,제로에너지,에너지100% 자급자족
주거환경 에너지 100% 자급자족
건물 태양열ㆍ연료전지 기술 적용
일반주택보다 연간 300만원 절감
신재생에너지 통합기술의 장 활용
고유가 여파로 전 세계가 `에너지 대란'에 허덕이고 있습니다. 부존자원이 부족하고 에너지 다소비 국가인 우리나라 입장에서는 더욱 심각한 상황인데요. 일각에서는 `제3의 오일쇼크'에 직면할 것이라는 우려 섞인 전망도 나오고 있습니다. 그런 만큼 에너지 절감을 위한 대책 마련이 시급한 상황입니다.
이로 인해 태양, 풍력, 원자력 등 대체에너지 개발이 주목받고 있으며 정부 차원에서도 관련 분야에 대한 연구개발 투자를 확대하고 있는데요. 당장 고유가 시대를 극복하기 위해서는 무엇보다 에너지를 절감할 수 있는 생활의 지혜가 필요한 시점입니다.
특히 국내 총에너지 소비의 24% 이상을 차지하고 있는 건물분야에 대한 에너지 절감 노력이 더더욱 필요하다는 게 에너지 관련 전문가들의 주장입니다. 국내 건물부분 총에너지 소비량 중 75%는 주거용 건물부분에서 소비되고 있으며 이 중 78% 이상을 난방 및 급탕에서 소진하고 있는데요. 따라서 에너지 절감은 우리들이 거주하고 있는 주거용 건물부터 시작해야 할 것으로 보입니다.
◇자체 에너지 생산해 자체 소비=에너지 분야 R&D 전문 정부출연연구기관인 한국에너지기술연구원에는 기존의 화석연료를 전혀 사용하지 않고 건물에서 소비되는 에너지를 자체 생산하고 100% 에너지 자립형 `제로 에너지 타운'이 지난 2005년 건립돼 운영되고 있습니다. 이 타운은 주거 및 생활환경 전반에 첨단 신재생에너지 기술을 통합적으로 적용한 것으로 에너지 자립형 미래도시의 모습을 단적으로 보여주고 있습니다.
제로 에너지 타운은 태양열 단독주택 1동과 아파트 주거용 4동, 연구실, 복합 에너지 효율화 건축물, 성능관리동으로 구성돼 있습니다. 여기에는 건물 일체형 태양광 발전과 풍력발전, 가정용 연료전지 열병합 발전, 태양열 및 지열을 응용한 냉난방 기술들이 적용돼 있으며 이 곳에 적용된 기술들의 효율성을 실증하고 모니터링 하는 곳으로 활용되기도 합니다. 아파트 주거용에는 실제 연구원들이 거주하고 있기도 합니다.
◇신재생에너지 기술의 통합장=제로 에너지 타운은 일반 주택에 비해 연간 300만원 정도의 에너지를 절감할 수 있습니다. 태양열 축열별 시스템과 슈퍼단열 외피 시스템, 고효율 창호시스템, 태양광 발전 시스템 등으로 사계절 주택용 에너지의 70%를 자급할 수 있도록 설계됐기 때문에 가능한 것인데요. 오는 2010년까지 3단계 연구계획에 따라 100% 에너지 자립형 모델 하우스 개발에 주력하고 있습니다.
여기에 적용된 고효율 태양전지 모듈 시스템은 에너지연구원 모듈 제조 실험실에서 개발, 제작된 16.2kW급이며 청명한 날에는 60kW의 전력을 생산할 수 있어 연구실과 주거를 위한 전력으로 안정적으로 공급되고 있는 상황입니다.
또한 에너지연구원이 자체 설계해 조립된 100kW 저속형 풍력발전기는 지난 2005년 6개월여의 시운전 기간을 거쳐 정상 운전되고 있으며 물 분해 수소저장형 가정용 연료전지 역시 정상 가동 중에 있습니다.
이와 함께 제로 에너지 타운의 설비와 제주 월령 풍력발전단지는 타운 내 통합 모니터링실에서 실시간 감시되면서 정상 운영되고 있고 제로 에너지 타운의 실증시험 데이터를 제공하고 있습니다.
◇제로 에너지 타운의 미래상 제시=제로 에너지 타운 건설은 현재 사용이 가능한 신재생에너지 기술을 통합해 우리 주거와 생활전반에 적용하기 위한 것입니다. 이를 통해 미래 에너지 자급도시로 불리는 솔라 시티, 그린 빌리지의 비전을 제시하고 이에 대한 실증 및 모니터링을 통한 상용화 개발ㆍ보급ㆍ 홍보를 위한 테스트 베드를 마련했다는 점에서 의미가 있습니다.
에너지연구원은 타운 일원의 신재생에너지 설비와 성능평가 설비, 이들의 전력생산과 건물의 에너지 부하를 실시간 모니터링 하는 상황실을 운영해 제로 에너지 타운 건설을 위한 상용화 기술과 모델을 제시할 것으로 기대하고 있습니다. 또한 일반인에게 상시 개방해 대중의 신재생에너지에 대한 인식과 수용성을 제고하고 신재생에너지 기술과 설비의 보급 확산도 도모하는데 일조를 할 것으로 전망하고 있습니다.
일반인들도 제로하우스에 관심을 가지고 있다.
초기 비용은 들지만 미래를 위한 투자라고 생각한다.
강원도 홍천 살둔마을에 일반인이 자기 살집을 제로 하우스로 마련했다.
이른바 패시브 하우스라는 독일식 개념을 한국에 도입한것이다.
더욱 독학으로 혼자 스스로 해결했다는데 큰 의미가 있다.
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두메 산간 ‘제로 에너지’ 주택 “일단 들어온 열은 꽁꽁” 자린고비…방안엔 봄꽃? 벽난로 1시간 때면 36시간 따땃…독학으로 완공 한파가 물러난 지난 15일 아침 강원도 홍천군 내면 율전리 살둔 마을의 기온은 아직 영하 10.8도였다. 이곳에 최근 완공된 한 목조 주택의 실내 온도계는 난방을 위해 장작 한 개비, 석유 한 방울 쓰지 않았는데도 19.5도를 가리켰다. 기온이 1.8도까지 오른 지난 17일 오후 실내온도는 22도로 포근했다. 방안 화분의 수선화에서 싹이 나오고 있고 히아신스는 벌써 분홍과 흰 꽃을 피웠다. 우리나라 최고 오지 마을의 하나에 화석연료를 전혀 쓰지 않는 ‘제로 에너지 하우스’가 들어섰다. 초 에너지 절약형 건물인 ‘패시브 하우스’를 독학해 온 평범한 시민 이대철(64)씨의 작품이다. 이제까지 우리나라에도 패시브 하우스가 몇 채 건설됐지만 대부분 정부나 기업의 시범건물이거나 전문가의 참여 아래 이뤄졌다. 이중유리에 단열코팅 창…나무 덧문도 달아 태양열 온수기는 실패작이라고 한다, 이 주택의 핵심원리는 “들어온 열은 하나도 내보내지 말자는 것”이라고 이씨는 설명했다. 햇볕은 최대한 받아들이고 건물 내부를 보온병처럼 빈틈없이 감싸 열 손실을 최소화한다는 것이다. 이론은 간단하지만 실제로 그런 집을 짓기는 쉽지 않다. 무역회사에 다니다 은퇴한 뒤 전원에 살면서 1997년 베스트셀러인 를 내기도 했던 이씨는, 지난 10년간 닥치는 대로 책을 사보고 시민단체에 가입하는 등 에너지 문제 공부에 몰두했다. 여기서 얻은 결론은 “절약밖에 없다”는 것이었고, 이는 화석연료를 일절 쓰지 않고 태양과 소량의 목재로 유지하는 집을 짓자는 계획으로 이어졌다. 이씨가 터를 잡은 살둔 마을은 강원도에서도 가장 추운 곳의 하나로 꼽힌다. 여기서 ‘제로 에너지 하우스’가 성공한다면, 널리 알려 에너지 문제 해결에 조금이나마 기여하자는 게 이씨의 포부이기도 하다. 주 에너지원인 햇빛을 최대한 받아들이기 위해 집은 서쪽으로 약간 비튼 남향에 일자 형태로 자리 잡았다. 창문은 남쪽엔 가능한 한 넓게 북쪽은 심하다 싶을 만큼 작게 냈다. 창에 대한 그의 생각은 독특하다. “흔히 햇빛이 적은 유럽 방식대로 값비싼 삼중유리를 쓰거나 이중유리를 두 겹으로 달아 창을 통한 열 손실을 줄이는데 급급하지만, 우리나라에선 그런 시설이 오히려 실내로 들어오는 햇빛 양을 줄인다”는 것이다. 그래서 그는 이중유리에 단열코팅한 창을 냈다. 또 밤 동안 넓은 유리창으로 열이 새어나가는 것을 막기 위해 창 위에 나무로 된 덧문을 달았다. 벽체용 자재로는 미국의 에너지절약 주택에 많이 쓰는 구조단열패널(SIP, Structural Insulated Panel)을 썼다. 창고나 조립식 주택에 많이 쓰는, 양쪽에 컬러 강판을 대고 사이에 스티로폼을 넣은 샌드위치패널과 비슷하지만 철판 대신 개량합판을 댄 것이다. 벽체는 물론 천정과 바닥에도 깊이 30㎝ 이상의 스티로폼을 단열재로 넣고 알루미늄으로 된 열 차단 필름을 깔아 열 이동을 차단했다. 지하 파이프 통해 지열로?데운 바깥공기 들어와 자동 환기 단열 성능을 높이다 보면 환기부족 문제가 불가피하게 따라온다. 이 집에는 열 회수형 강제환기 장치가 설치돼 있다. 바깥공기는 지하 120㎝ 깊이로 집 기초위에 설치된 파이프를 따라 집을 한바퀴 돌면서 지열로 4~5도 더워진 뒤 배출될 방안의 공기로 한 번 더 데운 다음 실내로 들어온다. 바깥 기온이 1.8도인 이날 실내로 들어오는 신선한 공기의 온도는 19.5도였다. 실내에는 감지기가 설치돼 이산화탄소와 질소산화물의 농도가 일정 수준을 넘으면 자동으로 환기장치가 작동한다. 보조 열원으로는 베치카(일종의 벽난로)와 태양 집열기가 설치돼 있다. 거실에 설치된 덩치가 큰 벽난로는 이씨가 러시아의 설계를 들여와 직접 고안한 일종의 ‘벽 온돌’이다. 1천 장이 넘는 내화벽돌을 쌓아 만든 벽난로는 외부 공기를 주입하면서 장작을 때 1200도까지 가열할 수 있다. 이 장치의 특징은 내화벽돌로 구불구불한 통로를 만들어 열을 최대한 저장하도록 한 것이다. 굴뚝으로 나가는 공기는 40도를 넘지 않는다. 이씨는 “보통 난로는 불이 꺼지면 30분만 돼도 차갑지만 이 난로는 1시간을 땐 뒤 36시간까지 실내를 23도로 유지시켜 준다”고 말했다. 마당에 설치한 태양열 집열기는 대형 평면 오목거울로 초점 부분에 모인 열로 물을 데워 지하에 저장하는 얼개이다. 부산의 한 벤처기업이 개발한 이 태양추적형 집열기는 온수와 보조열원으로 기대했으나 현재 30도 정도의 온수만 공급하는 실패작이다. 158㎡ 규모 짓는데 본인 인건비 빼고 1억2천만 원 들어 이씨는 “석 달 동안의 건축과정은 수많은 시행착오의 연속이었다”며 계산착오로 창문의 크기를 너무 작게 해 천장에 창을 낼 수밖에 없었던 점과 제 성능을 못 내는 태양 집열기를 들었다. 하지만, 그는 “지난 3주 동안 살아본 느낌은 성공적”이라고 자평했다. 158㎡(47평) 규모의 이 집을 짓는데? 1억 2천만 원이 들었다. 그러나 여기엔 설계와 자재구입 등에 들어간 이씨의 인건비는 포함되지 않았다. 애초의 목표대로 이씨는 다소 귀찮더라도 제로에너지하우스를 일반에 공개하고 있다. 이씨의 아들인 이훈 서울대 환경생태계획 연구실 연구원은 “지자체에 알렸지만 별 관심이 없었던 반면 건설과정을 지켜본 주민들은 매일 찾아와 집을 둘러보고 간다”고 말했다. 시민단체인 ‘에너지전환’ 회원 30여명도 이날 버스를 타고 와 집에 관한 설명을 이씨 부부로부터 들었다. 그는 이 주택건축에 관한 상세한 내용을 홈페이지(http://zeroenergyhouse.kr/)에 공개하고 있다.
여기서 단열재 선택에 있어서 스티로폼보다는 수성연질폼을 사용하면 더욱 효과적이다. |
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?태 양열이나 기타 친환경을 적용하여 건축을 한다면 당연히 좋다. 그러나 초기 부담이 되어 만만치 않은게 현실이다. 기존건물은 주거시설 개선즉, 단열을 강화 하고 창을 단열강화창과 자연채광을 이용하는 방법?으로 에너지절약과?친환경에 큰도움이된다. 효율성의 주요요소는 건물의 냉방과 난방에 있다. 오래된 건물들은 비효율적으로 단열되어 있고 단순히 에너지를?방출 시킨다. 새로 신축하는 건물들은 내부효율성을 높이기 위해 설계하겠지만 오래된 구조들은 어떻게 개선할것인가가 문제가 된다. 이문제는 에너지 효율적 설계와 건물의 에너지효율을 개선시키는 친환경재료로 단열을 확실히 하여 열교현상을 차단하고 태양광 난방이라든지 단열성이 완벽한 고성능창문 적은양을 흐르게 하는 수도관 같은 구조공사로 에너지 효율을 80% 향상시킬수 있다. 거기에 친환경재료인 수성연질발포폼이 크게 한몪을 담당할수 있을것으로 보인다. 일반 단독 주택일경우, 요즘같이 초고유가시대에 특히, 겨울엔 윗풍이 세고 난방비등이 30만원은 기본이다. 독립주택 난방비가 30만원이면 장난이 아니다. 거기다 전열기를 좀 쓴다면 40만원이 훌쩍 넘는다. 그렇다면 단열을 좀 제대로 한다면 경제적인 이익이 어느정도 될까? 다음에 3가지로 요약 해본다. 1, 리모델링시 단열을 제대로 한다면 추가비용이 7~8백만원이 든다 하더라도 우측과 같은 뿜칠단열재로 완벽을 기하면 40%이상 난방비 가 절감이 된다. 5년만 지나도 리모델링시 추가된 단열 비용을 회수할수 있는것이다. 2. 일반주택 단층 한곳의 난방비가 보일러 30만원 전열기기 15~20만원 이정도 인데 이층인경우는 이보다 30%는 더 단열비용이 든다고 보면 된다. 월평균 난방비가 월 50만 원일경우 약25만원이 절약이된다. 1년을 난방하는달 5개월을 잡는다면 125만원 2년이면 250만원이 절약이 되는것이다.
생각해보면 바로 답이 나온다. 빌딩공사의 경우 철골빔에 연결된 데크철판이 냉기를 그대로 전달하기 때문이다. 더욱 골데크 같은 경우는 골과 골사이 틈새로 차가운 냉기가 그대로유입된다. 이런경우 실내의 더운온도가 천정의 차가운 철골빔이나 데크플레이트 철판에 우측의 사진은 단열성을 강화한 고성능창 밎 수성연질폼으로 시공한 도심의 전원주택모습이다.
수성연질폼또는 연질발포수성폼 연질경량수성발포폼으로 불리는 단열재는 Spray 타입으로로 시공하면 약 100배로 팽창하여, 시폰 케익과 같은 부드러운 폼이 되어, 완벽한 단열층을 형성한다. 99%의 움직이지 않는 공기로부터 생성된 작은 기포의 군집으로, 기포내의 대류(對流)도 없어, 열이 전달되기 어려운 구조, 열전도율은 0.034 kcal/mh˚C 통기율은 일반적인 섬유계 단열재와 비교해 3%이하 (두께 125mm비교)로 지극히 낮다. 결국 수성발포연질폼을 사용하면 우수한 단열성과 ※ ※경질보온판(0.019)등 0.033 이하면 가군에 속하며 0.034인 수성연질폼은 나군에 속한다.일반스티로폼도 가군과 나군으로 나누며 일반스티로폼 0.033 나군이며 압축스티로폼(아이소핑크)가군 비드(알갱이) 나군 이다. ※열전도율을 나타낼때" kcal/mh˚C" W/mk 두가지를 사용하는데 일반적으로 키로칼로리( kcal/mh˚C )를 사용하나 편의를 위해서 W/mk 로 표기가 되어 있으면 곱하기 0.86을 하면 키로칼로리로 산정된다, ※ 계산예 W/mk × 0.86= kcal/mh˚C 아래재료별 열전도표 에서 수성연질폼이 0.039 W/mk 로 되어 있으니 대입하면 0.039 ×0.86=0.034 kcal다.
결로의 종류는 결로의 발생부위와 발생시기에 따라 분류된다.
표면결로(Surface condensation)는 벽, 유리창, 천장 및 바닥의 표면에 발생하는 결로를 말한다. 표면결로는 건물의 표면온도가 접촉하고 있는 공기의 포화상태 온도(노점온도)보다 낮을 때에 그 표면에 수증기막이나 물방울이 나타나는 현상이다. 예를 들면 욕실에서 거울위에 서리는 김이나 물방울, 난방 된 실내에서 유리창의 내표면에 생기는 물기, 여름철에 흙에 접한 지하실의 실내표면에 물방울이 발생한다. 표면결로 발생이 우려되는 곳은 벽체의 연결부위인 모서리 부분과 창의 상인방 등 단열이 어려운 부분들이다. 특히 모서리 부분은 단열성능을 3배로 강화하여 시공하도록 한다.
내부결로(Interstitial condensation)는 구조체내 경계면이나 재료의 내부에서 발생하는 결로를 말한다. 내부결로는 건물의 구조체 내부의 다공질 재료에 함유되어 있는 수증기압이 그 온도에 대한 포화수증기압 이상으로 될 때, 즉 재료의 내부온도가 노점온도보다 낮을 때에 그 재료 내부에 수증기막이나 물방울이 나타나는 현상이다. 단열재와 같이 공극을 다량 함유한 재료에 내부결로가 발생하면 단열성능이 저하되고 썩게된다. 또한 결로된 부분의 온도가 0℃ 이하로 되면 팽창되어 구조를 파괴할 수 있다.
구조체를 통과하는 수증기의 이동량인 투습량(ω)을 구하는 식은 열의 전열과정의 식과 동일하다. 즉 구조체내 수증기는 열의 이동에서의 실내외 온도차(Δt)와 마찬가지로 실내외 수증기압차(Δf)에 의해 비례하여 이동한다 특히 요즘은 대형건물 빌딩등은 철골로 골조를 세운다. 각층마다 공간은 데크플레이트 철판으로 되어 있어 아이소핑크 등판상 단열재를 사용하기가 적합하지 못하다. 평데크는 그래도 평면에 아이소핑크를 붙일수 있지만 골데크 일경우는 단열을 하면 틈새로 냉이 유입이 되기에 데크플레이트 철판은 일반적으로 분사식 발포우레탄폼을 사용하는것이 이상적이다. 좌측과 우측그림은 일반적인 열반사 단열재이다. 이미 완성된 건물의 수성연질폼 주입충진 단열보강 사례를 보자, 석재와 석재 마감사이에 메지 부분을 작은 구멍을 내고 그사이로 주입 하고 있다.
좌측에 보이는 부분이 주입된 단열재가 가득차면 틈사이로 비쳐 나오는 모습이다.
좌측은 내부공간을 충진이 잘되었는지 점검핀으로 찔러 확인을 해보는 그림이다. 우측의 사진은 인테리어마감이 되어진 후 일층거실의 모습이다.  * 상기그림은 일반적인 가정주택의 공기흐름을 나타낸 것으로 바꾸어말하면 주택의 냉난방 부분에서의 에너지 손실 흐름도를 단적으로 나타낸 도면이다. 상기그림에서 지적하는 것은 지붕으로의 에너지 손실이 40%를 차지하는 것으로 나타나있다 이는 항온항습 크린이 절대적으로 필요한 전자부품공장 및 반도체공장 섬유공장에서 더욱 실감있게 느껴질 것이다.따라서 상기의 내용은 바꾸어 말하면 지붕의 단열효과의 중요성을 구지 언급할필요가 없을 것이다. 이는 단열계수가 가장낮고 R-value가 가장높은 선경수성연질폼을 시공했을때 통상 여름에는 실내 온도 약5℃낮아지는 것을 직접피부로 체험할 수 있을 것이다.
선경하우징 홈페이지: http://s-k.co.kr |
열전도율 0.034 kcal/mh˚C(0.039 W/m ·k)이하 
