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패시브하우스 열효율 높이는 지열교환기 ‘브라인시스템’
2012-01-17



저탄소 녹색건축기술포럼(회장고용규)은 10월 28일 경기도 성남 운중동 패시브하우스 건축현장에서 브라인 시스템Brine System 교육을 실시했다. 독일 브라인 시스템 전문가 Klaus Michael(독일 Netec 대표) 씨가 직접 강의와 시범을 보이는 자리였기에 관련 인들의 뜨거운 관심 속에 행사가 진행됐다. 브라인 시스템은 폐열회수 환기장치와 연동해 에너지효율을 높이는 지열 열교환 장치다.

패시브하우스가 우리보다 15년 정도 일찍 보급된 독일에서는 당시 브라인 시스템을 개발해 적용하기 시작했다. Klaus Michael 씨는 "단위면적당 연간 15㎾h 이하를 충족해야 하는 패시브하우스의 난방에너지 요구량을 충족하기 위해 브라인 시스템을 개발하게 됐다"며 "패시브하우스 필수 요소인 환기장치는 75% 이상의 높은 열교환 효율을 요구하는데 겨울 차가운 공기를 예열하는 장치가 필요했다"며 브라인 시스템 개발 배경에 대해 설명했다.
기밀하게 시공되는 패시브하우스는 난방 에너지를 절약하고 실내 쾌적한 공기 유지를 위해 폐열회수 환기장치가 필수적이다. 실내에서 뽑아낸 폐열(배기)에서 최대한의 열을 회수해 내부로 들여보내야 한다. 그런데 문제는 외부 온도가 영하로 내려갈 경우 장치가 손상을 입을 수 있다는 점이다. 이를 해결하고자 몇 가지 방법이 제안돼 왔으며 그 중 하나가 브라인 시스템과 같은 지열교환기를 통해 실내유입되는 공기의 온도를 높여 환기장치의 에너지 부하를 낮추는 방법이다. 예를 들어 영하 10℃의 외기를 지중을 통과시킴으로써 0℃로 올려주는 식이다. 1.5~2.5m 깊이의 지중은 겨울에 지상보다 따듯해 7~12℃를 유지하며 여름 17℃를 유지한다.
폐열회수 환기장치의 결빙 방지를 위해 전기나 난방장치와 연결한 온수를 쓰기도 하는데 지열교환기에 비하면 비효과적이고 경제적이지 못하다는게 Michael 씨의 설명이다. 또한 지열교환기를 통해 얻을 수 있는 여름철 냉각 효과를 얻을 수 없다는 것도 단점이다.
브라인 시스템보다 앞서 개발된 지열교환기의 1세대 방식은 공기를 이용하는 것이다. 공기를 이용한 방식은 빈 파이프 속에 물이 쉽게 고이고 이로 인한 곰팡이 등 불결한 공기를 실내로 유입시키기 십상이다. 때문에 시공과 관리가 까다롭다. 이러한 단점을 극복한 것이 2세대 방식의 브라인 시스템으로 공기가 아닌 결빙방지제를 섞은 물을 이용한다. 공기를 이용한 방식보다 브라인 시스템이 현재 더 많이 사용되는 추세다. 시공성과 경제성 면에서도 브라인 시스템이 보다 유리하다.
브라인 시스템은 온도 측정 센서가 있어 사전 정해 놓은 온도 이하로 내려갈 경우 전체 시스템이 작동돼 불필요한 낭비를 막는다. 또한 히트펌프와 연결해 급탕과 바닥 난방 온수를 데우는 데도 사용 가능하다. 조절장치와 펌프 사용으로 연간 50㎾ 정도 에너지를 소비한다.
Michael 씨는 "독일에서도 패시브하우스 도입 초기 자연환기에 익숙한 소비자들이 환기장치에 부담을 느꼈다"며 "그러나 시스템 설치 후 효율성을 경험하더니 나중에는 만족스러워했다"고 언급했다. 그는 독일 데트몰트 패시브하우스에 1998년 브라인 시스템을 최초로 시공한 사례도 발표했다. 마당 1.5m 깊이에 직경 25㎜ 파이프를 40m 매설했으며 전력수요는 0.01㎾였다. 설치한 이래 13년간 아무 문제없이 사용 중이라고 전했다.

글 박지혜 기자 사진 백희정 기자

편집자 주. Klaus Michael 씨가 소속된 독일 NEI(Low Energy Institute, 저에너지협회)는 에너지 절약 건축 컨설팅 및 연구 기관이다. 창설 이래 2500동의 신축 건물을 컨설팅했고 그 가운데 300동이 패시브하우스며, 5000동의 리모델링을 컨설팅했다. 브라인 시스템을 보급하는 Netec은 2003년 설립이래 2600세트의 브라인 시스템을 공급했다.

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