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국내 최초 복사냉난방 적용 패시브하우스 등장

지열·태양광·ESS 등 신재생 융복합 현장
김학근 삼화에이스 대표 자택

국내 최초로 복사냉난방시스템을 적용한 주택이 등장했다. 서울 서초동에 위치한 김학근 삼화에이스 대표의 자택이 주인공이다. 특히 이번 현장은 지열, 태양광, ESS 등 신재생에너지가 융복합된 패시브하우스라는 점에서 더욱 관심이 집중된다.


지난 4월 완공된 이 주택은 건축면적 168.84m²에 지하 1층, 지상 2층으로 구성됐다. 고단열·고기밀 시스템창호, 외단열시스템, 가변형 차양장치 등 패시브적인 요소는 물론 지열히트펌프, 태양광발전, 제습환기유니트, 복사냉난방 등 액티브 요소까지 적용돼 에너지절약형으로 설계됐다.



기존대비 40% 에너지절감 실현
이번 현장에 설치된 복사냉난방시스템은 주택 바닥에 파이프를 매립해 바닥표면으로 복사면을 활용, 냉난방하는 방식이다.


흔히 접하는 바닥난방방식과 유사하며 여름철에는 냉수를 보내 냉방이 가능하다. 배관설치 간격은 냉방 시 효율은 높이기 위해 150mm로 일반 난방 시보다 좁게 설치됐다. 배관시공은 단열재 일체형으로 배관고정이 쉽게 이뤄질 수 있는 Tecto panel system과 냉난방을 동시 사용해도 50년 이상 유지 가능한 PEX-a 파이프가 적용됐다.


주택으로는 국내 최초로 이번 현장에 적용된 복사냉난방시스템의 장점은 에너지절감성과 열쾌적성을 들 수 있다. 복사냉난방시스템은 기존 공조시스템대비 약 30~40%의 에너지절감이 가능해 유지비를 크게 절감할 수 있다.


복사냉난방은 우리나라 사람에게 익숙한 바닥난방인 온돌시스템과 비교되기 쉬운데 동절기 난방은 물론 하절기에 냉수를 보내 냉방까지 하나의 시스템으로 묶는다는 것이 차이점이다. 이와 함께 더욱 쾌적한 실내환경을 위해 최적의 제어시스템을 적용, 기존 바닥난방 이상의 쾌적감을 제공한다.


복사냉난방시스템은 열용량이 큰 물을 열매체로 이용하기 때문에 수송 및 반송동력을 크게 줄일 수 있어 에너지를 절감한다. 또한 냉방 시 상대적으로 높은 온도(약 16~17℃), 난방 시 상대적으로 낮은 온도(약 35~40℃)의 물을 공급하므로 열원장비의 효율을 높일 수 있으며 주변 지하수 등 자연에너지 또는 신재생에너지 열원과 융합이 용이하다.


구조체의 평균복사온도를 조절할 수 있어 기존 대류방식에 비해 보다 쾌적한 실내환경을 조성하고 기존 공조방식과 비교 시 실내온도 설정을 1~1.5℃ 높에 또는 낮게 유지해도 동일한 열쾌적성을 확보할 수 있다. 겨울철 국부적 불쾌적의 한 종류인 외피측이나 창측에서 느낄 수 있는 콜드 드레프트도 효과적으로 방지할 수 있다. 이러한 복사냉난방시스템은 냉수를 생산할 수 있는 설비가 필수적이기 때문에 기존 보일러에 소형 냉동기를 설치하거나 냉온수를 함께 생산할 수 있는 히트펌프가 설치돼야 한다. 설비비용이 증가할 수 있지만 신재생에너지인 지열을 사용한다면 정부지원금을 받아 설치비와 전기요금을 절약할 수 있다.


미세먼지 등 실내공기질 관리가 중요해지는 현재 시점에서 보일러, 에어컨, 환기시설, 공기청정기, 제습기 등을 각각 설치하는 것보다 설비가 간편하고 경제적이다. 전체 설치비용은 기존의 바닥난방과 단순 비교한다면 높은 비용이 소모되지만 냉난방, 환기 등 현대생활에 필수로 자리잡은 여러 설비들을 한꺼번에 설치할 수 있어 오히려 저렴하다는 설명이다.


통합제어로 실내환경 최적화
서초 패시브하우스에 적용된 액티브 요소인 지열히트펌프 시스템은 공기열원으로 사용할 경우보다 최대 37%의 에너지절감이 가능하다. 사계절 내내 사용되는 급탕에는 히트펌프를 사용해 예열을 통한 가스사용을 줄일 수 있다. 겨울철에는 시수가 히트펌프용 온수탱크를 통과하며 30~40℃온수를 생성하고 추가로 필요한 급탕온도 만큼 보일러를 가동해 가스비를 줄였다.


여름철에는 히트펌프 응축 열교환기의 출구 측 고온수를 온수 보조탱크로 통과시키고 급탕용 시수를 이 온수 보조탱크로 통과시켜 예열하는 방식으로 에너지를 절약하고 있다.


또한 하절기 제습을 위한 별도의 설비도 필요한데 삼화에이스의 제습환기 유니트가 설치됐다. 제습냉각, 폐열회수, 공기필터 기능을 동시에 탑재한 제품으로 에너지효율을 극대화하는 동시에 최근 이슈가 되고 있는 미세먼지를 효과적으로 막아주는 제품이다. 여름철 환기 시 실내외 공기를 열교환해 에너지를 회수하는 동시에 제습기능이 작동하므로 쾌적한 실내온도 유지가 가능하다.


건물 내부의 열원(지열히트펌프, 보일러)과 냉난방(바닥 복사냉난방, 제습환기유니트)를 하나의 시스템으로 연결한 통합제어시스템으로 각 방의 서모스텍과 통신으로 연결시켜 사용자가 설정한 값으로 실내환경을 최적제어한다.


또한 IoT기술을 이용해 스마트폰이나 태블릿PC를 통해 외부에서도 모니터링과 조작이 가능하다. 이는 작동조절의 편리성에 그치지 않고 쾌적성과 에너지절약을 동시에 달성하고 있다.


패시브 요소로 난방E 95% 감소
패시브적 요소 없이는 제로에너지건축물 실현이 불가능하다. 난방에너지가 전체 에너지사용량의 65%가량을 차지하는 가운데 패시브 주택은 아무런 기계적 장치 없이 난방에너지의 95% 감소시킬 수 있어 액티브 요소 적용 전에 우선 고려돼야 할 사항이다.


이번 현장의 패시브 요소로는 고기밀·고단열 시스템창호, 외단열시스템, 외단열 미장마감시스템 외에도 가변형차양장치가 적용됐다. 창호 외의 콘크리트 구조물을 틈새 없이 기밀 테이프로 시공하고 남서측면 창 상부에 가변형차양장치를 설치해 여름철 냉방부하를 감소시켰다. 또한 외단열시스템 T200 비드법보온판은 열교가 생기지 않도록 단열재와 단열재 사이에 틈이 없이 접착되도록 시공했다.


외단열미장마감 시스템을 채택해 외부오염은 방지하고 내부수분을 투과시켜 내·외부 벽체의 결로를 방지했고 고압세척만으로 오염물을 제거할 수 있다. 또한 외부 화재로부터 저항성이 뛰어나며 순도 높은 아크릴 폴리머를 사용해 시멘트계 외단열 마감재의 고질적인 문제인 표면크랙을 해결했다.


친환경 규조토페인트를 사용해 흡·방습, 탈취, 항균·항곰팡이 성질을 띄며 유해물질을 흡착분해할 수 있다. 또한 원적외선 발생, 불연성 기능을 포함하고 있으며 TVOCs·포름알데히드 등 유해물질이 없어 새집증후군 걱정을 제거했다.