복사냉난방을 활용한 100평형대 고급형 패시브하우스가 준공돼 주목받고 있다. 성남시 운중동에 대지면적 231.6㎡, 연면적 296.62㎡, 지하 1층~지상 2층 규모로 건축됐으며 설계는 자림이앤씨건축사사무소, 복사냉난방·환기·급탕설비시공은 엠티이에스(MTES), 건축 및 기타설비시공은 윈윈하우징에서 수행했다.

패시브·액티브요소가 적용돼 연간 난방에너지요구량 33.52kWh/㎡, 냉방에너지요구량 17.19kWh/㎡를 달성했다. 또한 50Pa 압력에서 시간당 0.4회로 기밀성도 높다.

신재생에너지는 태양광으로 매달 약 630kW를 생산하며 한국패시브건축협회 인증등급 A₂(5L 하우스)를 획득했다.

구조·마감재가 모두 나무로 이뤄진 목조주택이며 단열은 외단열구조로 열관류율 0.034W/㎡K의 단열재가 벽 및 지붕에 각각 280mm, 260mm로 적용됐다. 바닥에는 0.026W/㎡K 성능의 XPS(압출법보온판) 200mm가 시공됐다.

창문은 47mm 로이·아르곤 3중유리로 구성된 틸트&턴 방식이 설치됐으며 열관류율은 0.789W/㎡K, 기밀성 1등급 제품이다. 또한 벽체 내·외부, 지붕, 창호에 가변형투습방습지 등 기밀테이프가 적용돼 기밀성능을 높였다.

단일열원 복사냉난방·급탕시스템
기계설비 특징은 히트펌프 1대로 냉방, 난방, 급탕을 모두 담당하는 단일열원시스템이라는 점이다.

히트펌프는 냉·난방시 정격용량 약 12kW, 소비전력 2.9kW의 제품이다. 냉매로는 R410A를 사용하며 냉방시 입·출구온도는 각각 23℃, 18℃, 난방시에는 입·출구온도가 각각 40℃, 45℃다.

통상 히트펌프가 냉방모드일때는 찬물을 만들기 때문에 급탕이용을 위해 더운물을 쓰려면 역으로 순환해야 해 동시에 사용할 수 없었다.

이번 주택에 적용된 시스템은 정밀한 제어로 문제를 해결했다. 실내가 특정온도에 도달하면 히트펌프가 급탕모드로 전환돼 1톤 축열탱크를 채우고 축열탱크의 온도가 조건을 만족하면 정지하거나 다시 냉방모드로 전환된다.

축열탱크는 별도의 열교환기가 부착돼 50~60℃를 유지하는데 급탕용수인 직수관이 이를 통과해 45℃로 공급한다.

이와 같은 시스템은 복사냉난방시스템이기 때문에 가능하다. 일반적인 공기냉방의 경우 냉방이 중지되면 곧바로 실내온도가 상승하기 시작하지만 패시브하우스여서 외기의 영향을 적게 받는데다 바닥의 축열효과로 히트펌프가 냉방을 중지해도 냉기가 지속공급된다.

이는 주택에서 궁극적인 에너지절감을 하려면 복사냉난방을 선택해야 함을 의미한다. 에너지절감을 위해서는 설비를 콤팩트하게 적용해야 하는데 이에 따라 단일열원방식을 적용하면서 냉방·급탕을 동시에 이용하려면 복사냉난방이어야 가능하기 때문이다.

또한 환기장치를 히트펌프 계통에 묶어 보조냉방과 제습을 담당하는 것도 특징이다. 이번 사례는 소규모 싱글히트펌프에 냉난방·급탕·환기·제습을 모두 묶은 첫 사례다.

환기장치는 풍량이 650CMH, 정압이 최대 100Pa이며 최대소비전력은 360W다. 환기장치의 제상은 별도의 장치없이 급탕사용 시 일부를 사용하고 이 경우에도 급탕이 끊어지지 않게 제어된다.

특히 소형 제습히터 400W가 내장돼 있어 실내습도가 높으면 가동된다. 실외대비 습도 10%를 낮출 수 있도록 설계됐다.

시스템 구성비용은 총 3,700만원으로 알려졌다. 이는 일반 멀티에어컨, 보일러, 환기장치 조합과 설치비용도 비슷하다. 해당 주택에 에어컨설치 견적문의 결과 2,700만원이 나왔고 여기에 환기장치를 더하면 3,500만원을 약간 밑도는 수준이 된다.

일반주택의 냉난방에너지비용이 매달 50~100만원임을 감안하면 오히려 경제성이 우수하다는 평가다. 한편 기존기술의 조합이기 때문에 일반 에어컨수리와 유사해 유지보수도 용이한 점도 장점이다.

최정만 한국패시브건축협회 회장은 “실내공기질과 에어컨바람에 민감한 사람들이 많은데 환기장치와 복사냉난방시스템을 이용해 쾌적성을 확보할 수 있다”라며 “이번 준공된 주택은 올여름 폭염속에서도 동굴처럼 선선한 느낌을 제공했다”고 밝혔다.

냉난방공조설비를 시공한 엠티이에스의 김종헌 대표는 “이번 적용시스템은 이탈리아 시스템엔지니어링 기업인 에어맥(Aermec)에서 개발한 ‘프란코시스템’으로서 엠티이에스가 국내기후조건에 맞게 수년간 개량한 것”이라며 “콤팩트 올인원시스템으로써 에너지절약과 쾌적성면에서 우수하다”고 밝혔다.

3년 후 Net ZEB 기대
이번 주택은 3년 후 정도면 넷제로에너지하우스가 될 수 있다고 분석된다.  지금까지 건축됐던 패시브하우스 단독주택은 ‘계산상제로에너지주택’인 경우가 많았다. 주로 태양광·태양열을 생산하면서도 난방·급탕에 석유보일러를 설치하는 경우다.

물론 패시브하우스여서 신재생에너지로 대부분의 부하를 담당할 수 있기 때문에 일반적인 단독·전원주택보다는 석유사용량이 크게 적다.

그러나 여전히 화석에너지를 사용하는 것이고 전기만 제로일 뿐 석유비용은 부담하게 돼 실질적인 에너지비용 제로는 달성하지 못했다.

이번 주택은 태양광으로 6kW를 생산하고 한국전력 계통에 연결해 상계거래하는 시스템인데 올 여름 준공됐기 때문에 현재는 냉방부하가 높아 생산량보다 소비량이 더 많다.

그러나 겨울에는 냉방을 하지 않고 급탕만으로 난방이 가능하기 때문에 생산량이 더 많다. 상계거래시스템 상 소비량대비 초과생산량에 대해서는 해당 비용만큼을 이월해 적용하기 때문에 3년 정도가 지나면 실제 에너지비용은 ‘0’이 될 것으로 전망된다.

첨단기술 ‘프란코시스템’ 주목
프란코시스템은 이탈리아 에어맥의 시스템엔지니어인 지안 카를 젠이 디자인한 첨단공조시스템이다. 에어컨, 공기청정기 없이 폭염 속에서도 실내에서는 가을 기후를 느낄 수 있는 조건을 제공한다.

엠티이에스가 이를 국내에 들여와 수차례 실증을 거쳐 완성한 이번 시스템은 히트펌프 제품인 ‘앙키’와 플래티넘 환기장치 ‘레쁘로’를 사용하며 급탕까지 포함하는 올인원 시스템이다.

바닥코일을 이용한 냉방과 24시간 작동하는 공기순환시스템을 적은 에너지로 구동하며 기존 환기와 냉난방을 별개로 여기는 개념을 탈피했다. 전체 냉난방부하를 복사와 환기가 6:4로 나눠 담당한다.

최근 사람들의 취향이 여름철 에어컨바람과 겨울철 건조함을 기피하는 방향으로 바뀌고 있어 트렌드를 반영하는 시스템이기도 하다.

환기를 저풍량으로 24시간 가동해 직접 바람을 느끼지 않게 하되 부족한 풍량에 따른 냉방부족분을 복사에서 충당하는 시스템이다.

다른 특징은 제어시스템이다. 복사냉방 시 바닥온도가 낮으면 결로가 생길 수 있지만 바닥패널의 온도를 23℃로 균일하게 제어하고 있다. ASHRAE는 바닥복사에서 결로가 생기지 않는 온도범위를 22~29℃로 규정하고 있다.

제어시스템은 기존 자동제어 등을 도입할 경우 수천만원을 호가하는 것으로 알려졌다. 이번 주택에는 IoT 온도조절장치(Thermostat)인 ‘에코비’제품을 적용했다. 거실온도를 기준으로 온습도를 컨트롤하며 네트워크에 연결되 세계 어디에서나 실내온도를 조절할 수 있는 기능을 갖췄다.