‘ReGreen 2017’전시회에서 녹색건축과 신재생에너지 확산을 위해 개최된 ‘GreenBuiling 2017’ 컨퍼런스는 해외사례를 소개하는 1세션, 국내정책‧기술을 다루는 2세션, LEED CMP 교육이 진행됐던 3세션 등으로 이뤄졌다.
 
특히 2세션에서는 우리나라 녹색건축의 정책방향과 연구개발 추이를 비롯해 제로에너지시대를 대비한 패시브건축, 냉난방공조, 신재생에너지 등이 다뤄져 관심이 높았다.
 
총 4개 세미나로 구성된 2세션에서 3번째 세미나는 ‘제로에너지 시대의 냉난방공조설비의 역할’을 주제로 개최됐다.

 
건축물의 제로에너지화를 위해 가장 기본이 되는 부분이 패시브설계를 통해 건축구조적으로 에너지부하를 줄이는 일이라면 그 다음으로 이뤄져야 하는 부분은 설비의 효율화다.
 
건축물에서 에너지를 가장 많이 소비하는 냉방‧난방‧급탕‧조명‧환기 등 5대 부하를 효율화해야만 초기투자비용이 많이 소요되는 신재생에너지설비를 최소한으로 설치하고도 제로에너지를 달성할 수 있다.
 
이번 세미나에서는 △에너지 알고리즘 기반 공조시스템 기술개발 경향(박성중 패시브제로에너지건축연구소 부소장) △ZEB 최적솔루션 ‘복사냉난방’(이현종 에코에너다임 대표) △냉난방 수배관의 에너지 ICT Solution(박동일 하나지엔씨 대표) △제로에너지 주택을 위한 데시컨트 제습시스템(이대영 한국과학기술연구원 도시에너지연구단장) 등의 발표가 이뤄졌다.
 
환기장치, 히트펌프 결합 ‘에너지재생’
첫 번째 발표에서 패시브제로에너지건축연구소(IPAZEB)의 박성중 부소장은 ‘에너지 알고리즘 기반 공조시스템 기술개발 경향’을 주제로 발표했다.
 
기밀한 패시브하우스에서 냉난방 부하는 최소화되지만 실내공기질 개선측면에서 환기부문의 부하는 증가할 수 있다. 이에 따라 열손실을 최소화하기 위해 환기부문의 에너지효율화의 중요성은 점차 커지고 있다.
 
박 부소장은 “환기장치의 에너지계산, 에너지알고리즘의 구성을 잘 알고 계산해야 어느 부문에서 효율화가 가능한지를 알 수 있다”고 밝혔다.
 
환기열전달의 에너지계산은 △에너지요구량 △제어 및 방출 △분배‧저장‧출력 △생산‧재생 등항목의 값을 도출함으로써 산출할 수 있다.
 
가장 기본적으로 패시브건축물에서 에너지밸런스를 통해 해당 건물에서 필요로 하는 에너지요구량을 계산하게 된다. 이후 제품이 설치되고 냉방‧난방 등을 위해 환기장치를 제어하고 냉‧온열을 방출하는 과정에서 손실에 대한 계산이 이뤄진다.
 
다음으로 환기장치의 방출열이 각 덕트‧코일 등으로 분배되며 발생하는 열손실을 계산하고 축냉‧온수탱크를 적용했을 경우 열저장에 관련된 손실계산이 이뤄진다.
 
또한 이 열원을 공급하는 생산설비에서의 효율을 판정하는 생산손실, 에너지를 얼마나 재사용할 수 있는가를 판정하는 재생손실 등이 고려된다.
 
이에 따라 전체적으로 요구량을 최적화시키는 기술, 각 파트별 손실을 줄이는 기술, 에너지재사용을 증대시키는 기술 등이 필요하게 된다.
 
특히 최근 IPAZEB에서 집중하고 있는 부문은 환기장치에서 에너지재생(Regeneration)을 어떻게 만들어 낼 것인가다. 환기 후 열교환을 마치고 외부로 배출되는 공기에 남은 열을 재사용하는 것인데 서플라이부분에 열교환기를 설치하고 그 사이에 압축기와 팽창밸브를 설치해 히트펌프 구동을 시키는 기술이다.
 
최근 유럽에서 환기장치와 히트펌프를 결합해 버려지는 공기로 냉‧난방을 공급하는 등 에너지재생부문을 확대시킨 장비가 속속 출시되고 있다.

 
복사냉난방, 쾌적성‧효율성 ‘강점’
이어진 발표에서는 환기부문과 함께 에너지부하의 대부분을 차지하는 냉난방부문의 최근 기술에 대한 소개가 있었다. 최근 기존 냉난방방식의 한계를 극복하고 쾌적성과 효율면에서 특히 장점을 보이는 복사냉난방시스템이 주목받고 있다.
 
이현종 에코에너다임 대표는 “복사냉난방은 과거 공조분야에서 현실성, 효율성 등이 문제시되며 주목받지 못하는 분야로 인식됐지만 최근에는 점차 관심이 높아지는 추세”라면서 “기존의 독일 패시브하우스 기준은 난방부하 중심이지만 한국은 냉방부하가 약 1.5배 더 크다”고 지적했다.
 
난방부하 중심으로 설계될 경우 내부발열, 태양열 취득 등은 플러스요인이지만 냉방부하 측면에서는 마이너스다. 이에 따라 실내환경을 동굴과 같이 여름에 시원하고 겨울에 따뜻하게 만들 수 있는 복사냉난방시스템이 대안으로 제시된다.
 
복사냉난방은 국내에서 기준은 없지만 ASHRAE 기준에 따르면 천장, 벽, 바닥에 설치된 복사패널을 이용한 복사열과 이로 인한 자연대류를 효과적으로 이용하는 냉난방방식으로 공간과의 열교환 중 복사의 비율이 50% 이상인 냉난방시스템을 말한다.
 
복사냉난방의 장점은 쾌적성과 효율성이다. 인체가 공간과 열교환하는 방식 중 대류가 15%, 호흡이 10%인데 비해 복사가 62%로 가장 많다. 이와 유사한 방식인 복사냉난방은 20~25dB 사이의 조용한 환경에서 냉난방이 가능하다는 점과 결합해 쾌적성을 높인다.
 
또한 실내온도 분포를 이상적으로 관리할 수 있어 온도편차에 따른 불필요한 설비가동을 줄여 효율적인 에너지소모가 가능하다. 복사냉난방은 열반송동력비 30%, 실내 설정온도 10%, 장비 에너지효율 20% 등이 개선돼 전체적으로 약 30% 에너지절감이 되는 것으로 분석되고 있다.
 
이 대표는 “복사냉난방시스템 구성은 패널, 자동제어, 제습환기장치, 수배관시스템, 열원 등이 종합적으로 균형을 맞춰야 최적성능을 낼 수 있다”라고 강조했다.
 

워터밸런싱, E최적화 ‘사각지대’
에너지효율적인 건축물에 최적화된 냉난방시스템을 구성하기 위해서는 적절한 수배관시스템을 구현하는 일이 선행돼야 한다. 적절한 환수온도, 과유량‧저유량, 배관설계 최적화수준 등에 따라 에너지의 효율에 차이가 발생하기 때문이다.
 
수배관시스템의 핵심은 제어부문이다. 현재 우리나라는 에너지절감계획서에 따라 냉난방공조시스템에는 사실상 고효율기자재만을 사용토록하기 때문에 제품자체는 성능을 만족한다고 봐야 한다.
 
그러나 현장에서는 사정이 다르다. 운용과정에서 제품의 스펙보다 저효율로 운전되는 경우가 많은데 이는 환수온도 및 유량오차 등에 따라 최적효율이 나오지 않기 때문이다. 이에 따라 정밀한 계측, 분석, 제어의 필요성이 높다.
 
박동일 하나지엔씨 대표는 ‘냉난방 수배관의 에너지 ICT 솔루션’ 주제발표에서 “이와 같은 역할을 하는 것이 BEMS며 실제 수행하는 것이 컨트롤밸브인데 수배관시스템에서 BEMS와 밸브의 고유특성에 따라 에너지소비 격차는 매우 크다”라며 “우리나라는 에어밸런싱은 잘 되고 있지만 워터밸런싱은 잘 되고 있지 않아 에너지가 낭비되고 있다”고 지적했다.
 
하나지엔씨는 에너지 ICT솔루션에 B.M.W(Big data, Mobile, Wareable) 개념을 접목했다. 빅데이터 분석프로그램을 개발해 △펌프헤드의 최소값 계산 △최적배관규격 계산 △전체 수배관시스템설정‧밸런싱 △ROI 검토 및 연간 CO₂ 배출량산출 등이 이뤄진다.
 
모바일은 계측과 관련된 별개의 휴대용장비다. 에어밸런싱의 경우 디퓨저에서 풍량 등을 모두 측정할 수 있지만 워터밸런싱의 경우 밸브에 측정할 수 있는 포트가 존재하지 않는다. 적용된 모바일기술은 유량, 차압, 동력 등을 모두 측정할 수 있는 별도의 포트를 가진 디바이스이며 계측데이터는 DB에 보관된다.
 
웨어러블은 각 밸브의 고유특성을 고려한 제어체계 개념이다. 국내 유통되는 밸브마다 고유특성을 갖고 있기 때문에 이를 고려한 유량‧차압 제어를 해야만 에너지를 효율화할 수 있게 된다.
 
현재 국내에서는 수배관시스템이 대부분 과설계 돼 있고 리니어‧볼‧버터플라이밸브 등 타입에 따라 유량에 따른 차압특성을 반영하는 제어가 이뤄지지 않고 있다. 이에 따라 유량 50% 증가를 목적으로 밸브를 50%만 열었는데도 70~80%의 에너지가 소비되는 현상이 발생한다.
 
에너지 ICT솔루션은 이와 같은 개념에 따라 워터밸런싱, 차압을 일정하게 유지함으로써 정확히 온도제어하도록 개발됐다.

패시브건축, 잠열부하↑…제습시스템 부각
냉방, 난방, 환기와 함께 쾌적성에 미치는 영향이 큰 요소는 습도다.
 
패시브건축에서 고단열, 고기밀, 열교차단 등에 따라 외부열취득, 내부발열 등 영향이 적어 현열부하는 줄어드는 반면 환기장치, 인체부하 등에 따라 잠열부하는 증가한다.
 
이대영 한국과학기술연구원(KIST) 도시에너지연구단장은 ‘제로에너지주택을 위한 데시컨트 제습시스템’ 발표에서 “일반적 건축물에서 습기에 의한 열인 잠열부하는 10%내외지만 패시브건물에서는 40%까지 높아진다”라며 “에어컨을 켜두면 금방 춥고, 끄면 금방 더워지는 현상이 심해지게 된다”고 밝혔다.
 
KIST에서는 에너지소비효율 1등급 전기제습기대비 제습효율이 160%인 데시컨트 제습기를 개발해 지난 4월 NET 신기술인증을 획득했다. 소비전력은 317W, 제습능력은 22L/d, 제습효율은 2.89L/kWh다.
 
데시컨트제습기는 중간에 제습필터가 있어 냉각을 통한 제습을 하고 제습필터에서 한 번 더 거르기 때문에 효율이 높다.
 
기존 제습기는 제습과정에서 응축기에 따른 발열에 따라 약 49℃의 더운 바람이 외부로 배출되지만 데시컨트제습기는 입구온도와 출구온도가 같아 외부온도상승이 없고 필터를 교체할 필요가 없다는 특징이 있다.
 
제습기는 빌트인 방식으로 설치되면 각방설치 필요 없이 덕트를 통해 집 전체를 제습할 수 있다.