[톡톡 튀는 실속 난방법 ④] 온·습도 조절을 알아서 척척 코오롱글로벌㈜ e+ 그린홈Green Home

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[톡톡 튀는 실속 난방법 ④] 온·습도 조절을 알아서 척척 코오롱글로벌㈜ e+ 그린홈Green Home

2012년 12월 17일 (월) 10:49:35 | 지면 발행 ( 2012년 11월호 - 전체 보기 )

거주자가 즐겁고 상쾌한 기분이 들도록 알아서 척척 온 · 습도를 조절하며, 가계비 부담을 덜도록 에너지 소비를 73% 저감한 주택. 더욱이 태양광 시스템 등으로 38% 에너지를 생산해 자체 소비하고도 11% 에너지가 남아도는 주택. 미래에나 나올 법한 상상 속 주택이 아니다. 경기 용인시 처인구 포곡읍 전대리 코오롱글로벌 R&BD센터 내 들어선 'e+ 그린홈Green Home'이다. 2011년 9월 국내 최초로 독일 패시브하우스협회(Passive House Institute)에서 PH 주거 부문 인증을, 2012년 2월 '제2회 친환경 주택 건설 기술 및 신자재 개발 대상'단체 부문 대통령상을 받은 건축물이다. e+ 그린홈엔 태양광 · 태양열 · 지열 시스템, 전열 교환 환기 시스템, 급 · 배수 통합 시스템, 건식 바닥 난방 시스템, 이끼 벽면 녹화 등 95가지 녹색 기술 요소가 녹아있다. 온돌 문화에 익숙한 우리는 난방 하면 먼저 바닥 난방을 떠올린다. 난방이란 실내 온도를 높여 따듯하게 하는 것으로 집터(입지), 설계, 구조, 자재, 시공, 유지 관리 시스템 등 이 모든 것이 밀접하게 조화를 이뤄야 한다. e+ 그린홈은 그런 면에서 주택의 지표를 설정케 하는 표본 건축물인 셈이다.

글 윤홍로 기자 사진 최영희 기자 취재협조 코오롱글로벌㈜ R&BD센터 친환경건축연구소

e+ 그린홈 개요
· 위치 : 경기 용인시 처인구 포곡읍 전대리
· 대지 면적 : 5525.0㎡(1671.3평)
· 연면적 : 394.37㎡(119.3평)
· 건축 면적 : 295.33㎡(89.3평)
· 규모 : 지상 2층, 지하 1층
· 건축 구조 : 철근콘크리트
· 외벽 : 비드법 2종 3호 300㎜
· 지붕 : 습식 우레탄 200㎜
· 바닥 : 습식 우레탄 200㎜
· 창호 : 로이 복층 창호, PVC 로이 삼중 유리
· 설계 : 운생동건축사사무소 · 시공 : 코오롱글로벌㈜
· 설계 기간 : 2009년 1월∼2011년 3월(26개월)
· 시공 기간 : 2010년 7월∼2011년 4월(10개월)

e+ 그린홈은 코오롱글로벌㈜에서 국내 최초로 에너지 플러스 실현을 목표로 친환경 건축 기술을 통합한 지속 가능한 에너지 플러스 주거인 'Energy+', 자연 친화적 주거인 'Eco+', 소비자의 디자인 감수성을 자극하는 주거인 'Emotion+'의 세 가지 e+ 개념을 제시한 친환경 주택 모델이다. 자연의 생태 원리에서 힌트를 얻고 주변 자연환경을 적극 반영한 코오롱글로벌의 친환경 건축 기술 결정체다.
이성진 코오롱글로벌 R&BD센터/ 친환경연구소소장은 e+ 그린홈은 자연조건을 최대한 이용해 디자인했다고.
" '자연 친화적인 주택 계획'이란 주제는 건물의 매스Mass를 설정하는 단계부터 반영했다. 건물을 정남향에서 동서 방향으로 길게 배치하고 하나의 덩어리 형태로 만들어 에너지 손실을 최소화했다. 지붕엔 태양 에너지를 최대한으로 받을 수 있는 각도를 계산해 경사면을 만들었다. 또한, 빗물의 활용도를 높이고자 지붕 모양을 변형 · 조정했다. 벽면과 옥상에 심은 식물은 미기후微氣候를 조절하고 빗물을 정수하며 자연 친화적인 외부 환경을 만들어낸다."
산의 형태를 이용한 자연 에너지 이용 최대화뿐만 아니라 딱정벌레가 땅 위로 올라올 때 표면에 물방울이 맺힌 것에서 착안한 실내 온도를 조절하는 '쿨링 라디에이터', 열대 사막 흰개미집의 자연 환기 효과를 도입한 '쿨 튜브', 연꽃의 표면 자연정화 기법에서 착안한 '내耐오염 페인트', 눈꺼풀이 바람과 먼지로부터 안구를 보호하듯이 과도한 일사 · 먼지 등으로부터 실내를 보호하기 위한 '자동 제어 블라인드'등 e+ 그린홈에 다양한 생체 모방(Biomimicry) 기술을 적용했다.

e+ = 패시브 디자인 + 액티브 기술
e+ 그린홈은 95개 녹색 기술을 이용해 에너지를 저감하고, 신 · 재생에너지를 사용해 에너지를 생산함으로써 총 11%의 에너지를 플러스한다.
다음은《102 GREEN KEYWORDS + KOLON》에서 소개한 e+ 그린홈의 에너지플러스시스템이다.
"e+ 그린홈은 태양 빛을 이용해 전기 에너지를 생산하고, 빗물과 폐수를 재활용하며, 지열을 냉 · 난방 에너지원으로 활용한다. 이처럼 패시브 디자인과 액티브 기술이 합쳐진 e+ 그린홈은 같은 면적의 일반 주택과 비교해 총 73% 에너지를 저감한다. 나머지 27%의 에너지도 밖에서 끌어다 쓰지 않는다. 태양과 바람을 이용한 재생 에너지를 생산해 사용하는 데 실컷 쓰고도 에너지가 남아, 오히려 연간 11%가량 잉여 에너지를 생산한다."
e+ 그린홈의 연간 에너지 소비량을 환산하면 40평형 복층 주택의 1년 치 난방을 1.5ℓ 페트병 100개 분량의 석유만으로 하는 셈이다. 이는 같은 크기의 건축물이 사용하는 난방비의 절반에도 채 못 미치는 양이다. 물론, e+ 그린홈에선 이 난방 에너지마저 무한 청정에너지인 태양, 바람, 지열로 생산하기에 지구온난화의 주범인 CO2를 전혀 배출하지 않는다.

e+ 그린홈, 녹색 난방 기술
40평 기준 일반 단독주택의 연간 에너지 소비를 보면 냉 · 난방이 70% 정도고, 이중 냉방이 약 7%, 난방이 약 63% 차지한다. 취사, 세탁, TV, 컴퓨터등 가전 및 조명, 환기, 급탕 등의 에너지소비는 다 합해도 30% 정도에 불과하다. 주택 에너지의 약 60%를 난방 에너지로 사용하는 셈인데 작게는 치솟는 유가로 말미암은 가계비 부담을, 크게는 에너지 안보와 지구 온난화 등을 고려할 때 매우 심각한 수준이다.
본지本誌에서 최근 2년간 취재한 전원주택(40평 기준)을 대상으로 겨울철(12∼2월) 월평균 난방비를 에너지원별로 조사한 결과 기름보일러 사용 가구는 45만∼50만 원, 도시가스 사용 가구는 40만∼45만 원, 심야전기보일러 사용 가구는 35만∼40만 원선, 지열 냉 · 난방 시스템(5RT 기준) 사용 가구는 20만∼25만 원 사이에 분포하는 것으로 나타났다. 물론, 이 결과는 건축물을 구성하는 여러 가지 요소에 따라 다르지만, 겨울철 난방비로 인한 가계비 부담이 적지않음을 보여준다.
e+ 그린홈에선 전체 주택 관리비의 70% 정도를 차지하는 냉 · 난방비 걱정이 전혀 없다. 이성진 소장은 연중 일정한 지열원(15∼20℃)을 여름엔 냉방으로, 겨울엔 난방으로 활용하는 지열냉 · 난방시스템을 비롯한 95가지 녹색기술을 농축했기 때문이라고.

"e+ 그린홈에 지열 냉 · 난방 시스템을 수직형 1RT, 슬래브형 2RT 총 3RT를 적용했지만, 사실 태양열 급탕 시스템만으로 겨울철을 충분히 따듯하게 나기에 지열 냉 · 난방 시스템은 필요 없다. 단지, 95가지 녹색 기술 가운데 하나로 전체 에너지 저감에 어느 정도 기여하는지 모니터링을 하고자 설치했을 뿐이다. 또한, 단독주택엔 e+ 그린홈의 95가지 녹색 기술 중 대표기술 10여가지만 적용해도 PH 성능이 나온다."
이성진 소장은 주택 난방 우선순위로 설계를 기본으로 한 단열, 창호, 기밀 시공(환기 시스템) 등을 꼽는다. 73% 에너지를 저감하고 태양광 시스템으로 38% 에너지를 생산함으로써 자체 에너지 소비 27%를 충당하고도 11% 에너지가 남아도는 주택, e+ 그린홈. 과연 그 속에 어떤 기술들이 숨어 있는 것일까. 안영섭 전임연구원의 안내로 e+ 그린홈의 녹색 기술을 난방중심으로 살펴보자.
건식 외단열 공법 건축물 외부에 단열재를 설치해 열 방출을 최소화하고 열교 및 결로 방지, 비접착 방식 트랙을 설치해 고정했다. PH는 단열재에 중점을 두는데, 외단열은 국가國策과제이자, 독일 프라운호퍼ISE(Fraunhofor Institute of Solar Energy)에서 제안한 것 중 하나다.
외벽은 비드법 2종 3호 300㎜로, 내벽은 철근콘크리트 200㎜로 시공해 벽체두께가총500㎜다.
삼중 창호 시스템 로우-이Low-e 투명 삼중 유리, PH 인증을 획득한 PVC 프레임을 사용해 단열과 기밀성을 확보했다. 고정 창은 모두 삼중창호를, 발코니 창은 투명 복층 창호를 사용했다. 또한, 현관 부분에 사용한 PCM(Phase Change Material : 상변화 물질) 창호는 여름철엔 프리즘을 통해 직사광선을 반사하고, 겨울철엔 파라핀 계열의 상변화 물질을 통해 태양에너지를 열에너지로 변환해 실내에 복사열을 제공한다.
진공 단열 방화문 프레임에 진공 단열재를 적용해 우수한 단열성을 확보하고, 두께를 감소해 가용 면적을 증대했다. 우레탄 단열재를 사용한 일반 현관 방화문은 단열에 취약해, 실지로 열 화상 카메라로 촬영하면 열교현상이 심하다. 방화문 프레임에 진공단열재를 삽입한 이유다.
개방형 축열 천장 구조 고성능 축열 매체의 타임래그Time-lag 현상을 통해 냉 · 난방 에너지를 저감했다. 마감 대신 그릴 형태로 오픈한 축열천장은 여름철엔 냉기를, 겨울철엔 온기를 내뿜는다.

"사람에 비유하자면, 친환경 건물의 경제효용은 '대기만성형'입니다. 행여 비슷한 스펙의 일반건물과
비교해 초기건축비용이 많이 들었다고 해도, 친환경 건물은 세월이 갈수록
가치가 높아지고 초기의 초과비용을 상쇄시키는 우수한 경제성을 발휘합니다. 때문에
친환경 건축의 경제성을 따질 때는 장기적 안목, 즉건물의 총생애주기(FullLifeCycle)를 고려한
종합적계산이 요구됩니다. 설계에 따른 이득, 건설비용, 건물의 기능, 관리비의 절약은
물론 건물의 영향력과 시장성의 가치가 점점 더 높아지니까요."
《102GREENKEYWORDS+ KOLON》중 뷰로하폴드BuroHappold의〈총생애주기〉에서

지열 냉 · 난방 시스템 연중 일정한 지열원으로 100% 냉 · 난방을 한다. 특징 중 하나가 지중하고 가까운 기초 슬래브 위에 별도 천공 없이 바닥난방을 하듯이 설치한 슬래브형 2RT 지열 냉 · 난방 시스템이다. 이 시스템은 배관-히트펌프-저탕조로 이뤄지며, 일례로 여름철 20℃ 물을 배관을 통한 열 교환으로 15℃로 낮추고, 다시 15℃를 히트펌프를 통해 7℃로 낮춰 저탕조에 쌓아 놓는다. 그리고 저탕조의 7℃ 물을 펌프를 이용해 수냉식 CPU 쿨러로 차가운 바람을 실내에 공급한다. 겨울철 난방은 0℃ 물을 배관을 통해 15℃로 만들고, 다시 15℃를 히트펌프로 35∼40℃까지 올려 저탕조에 저장했다가 펌프를 통해 수냉식 CPU 쿨러로 따듯한 바람을 실내에 보낸다.
건식 바닥 복사 난방 시스템 지열 냉 · 난방 시스템을 이용한 바닥 복사설비 적용 시 바닥의 온열감을 극대화한 시스템이다. 온수 배관과 일체화한 두께 12㎜ 패널로 천창고 확보에 용이하며 시공 및 해체도 간단하다. 특히, 리모델링 시 하루 만에 기존 바닥 구조에서 마루만 걷어내고 시공하기에 거주자의 편의를 높였다.
투과형 박막 BIPV 고단열 모듈 비정질 박막 태양전지(a-si)를 이용한 BIPV(건물 일체형 태양광 시스템) 모듈로 건물 창호를 대체하며, 생산한 전기 에너지를 건축물 자체 전력으로 활용한다. 흐린 날에도 발전량이 우수하며 균일한 채광으로 실내를 쾌적하게 만든다. 태양전지의 단열성능은 1.26W/㎡℃로 일반 삼중창호(1.4W/㎡℃)보다 높다.
전열 교환기(환기 시스템) 환기로 말미암아 발생하는 실내 에너지 손실을 열 교환 메커니즘을 통해 에너지를 회수(열 교환율 80% 이상)해 유입되는 공기에 전달하므로 에너지 손실을 최소화한다. 고효율 인증 BLDC모터와 엘리먼트(폐열 회수 장치)를 적용했으며 프리필터는 큰 먼지를, 집진 필터는 꽃가루와 NOX를, 탈취 필터는 외부 악취를 환기시킨다. 온도와 CO2 농도에 따라 환기량을 자동으로 조절하므로 에너지를 저감한다.
신소재 단열재, 에어로젤 나노 실리카 에어로젤 원료의 보냉 · 보온용 단열재로 방염, 내연, 내화 기능을 갖췄다. 건축물에서 간과하는 부분이 열교 현상이다. 외피를 고정할 때 앵커를 많이 사용하는데 외피-콘크리트-앵커-실내 순으로 연결돼 열전도에 의해 열이 빠져나간다. 에어로젤은 고가高價다 보니 앵커링부분에만 사용해 열교현상을 최소화했다.

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e+ 그린홈을 방문하면서 매년 겨울철마다 전력 수급난이 되풀이되는 상황에서 건축물 자체가 하나의 신재생에너지 개미 발전소가 된다는 사실에, 건축물 자체가 온 · 습도를 쾌적하게 유지하며 주거 만족도를 높여 준다는 사실에, 지구 온난화의 주범인 CO2를 전혀 배출하지 않는 미래세대까지 배려한 친환경 주택이라는 사실에 놀랐다. Energy+, Eco+, Emotion+를 통해 친환경 주거 환경과 에너지 효율 극대화를 실현하며 감성 주거를 추구하는 코오롱글로벌㈜의 e+ 그린홈. 살림집으로서 우리에게 어떤 모습으로 다가올지 기다려진다.

INTERVIEW

감성 주거 e+ 그린홈
2013년 보급 모델 선보일 터

e+ 그린홈이란 에너지 저감 주택 하면 대부분 적은 유지 관리비만 생각하지만, 실질적으로 더 좋은 게 거주자의 쾌적성 증진이다. 사람에게 알맞은 쾌적 존은 온도 20∼23℃, 습도 40∼70%대다. e+ 그린홈을 1년간 모니터링을 한 결과, 그러한 쾌적 존이 일어나고 있다. 쾌적 존에선 불쾌지수가 감소해 몸과 마음이 편안하고 즐거워진다. e+ 그린홈에 담아낸 Energy+를 통한 지속 가능한 주거, Eco+를 통한 자연 친화적 주거, Emotion+를 통한 감성 주거 실현은 코오롱글로벌의 의지다.

PH에 초점을 맞춘 이유는 e+ 그린홈은 2011년 9월 21일, 국내 최초로 독일 패시브하우스협회(Passive House Institute)에서 PH 주거 부문 인증을 받았다. PH 인증이란 독일 건물 에너지 성능 인증제로, 연간 15㎾h/㎡ 이하(석유 1.5ℓ에 해당)의 난방 에너지를 사용하며 전체 1차 에너지를 120㎾h/㎡ 이하로 소비하는 건축물에 부여한다. 미국 LEED, 영국 BREEAM, 일본 CASBEE 등 각국마다 다양한 친환경 인증제를 운용하는데 독일 PH 인증은 각국의 기후와 건축 여건 등을 고려해 건물의 에너지 사용량과 거주자의 쾌적성 부문에 국한해 엄격한 기준을 제시하고, 이 기준을 충족해야만 PH 인증을 부여한다. e+ 그린홈의 PH 인증은 코오롱글로벌㈜이 개발했거나 개발 중인 제품 및 공법을 적용해 취득한 것으로, 친환경 기술의 단순 전시를 통한 인증이 아닌 국내 기술 적용을 통한 인증 획득이라는 데 큰 의미가 있다.

e+ 그린홈의 성과는 2011년 10월 e+ 그린홈을 오픈했으니 정확히 1년 지났다. 시뮬레이션할 때 연간 에너지 소비의 73%를 저감하고 태양광 시스템으로 에너지 38%를 생산해 11% 에너지 플러스를 목표로 했다. e+ 그린홈에 설치한 각종 센서 500개가 녹색 기술 요소 95가지를 5분 간격으로 측정해 업데이트한다. 또한, 풍속과 풍량, 일사량 등 자체적으로 측정한 기상 정보를 무선으로 통신해 일기 변화에 따른 실내 환경 변화를 분석한다. 1년간 4인 가족이 실제 거주한다는 가정하에 냉 · 난방, 조명, 가전(실험 장비 포함) 등 모든 설비를 가동하면서 모니터링을 한 결과 최대 45%에서 최소 15% 이상 에너지를 저감했다. 모니터링 및 에너지 성능 평가를 독일 프라운호퍼 ISE, 한국건설기술연구원과 공동으로 진행했기에 신뢰성이 매우 높다.

e+ 그린홈의 타깃은 PH 인증을 받은 가장 높은 건축물이 독일에 있는 8층짜리 아파트다. 국내에선 공동주택에 적용한 사례는 없으며, 시범 주택도 대부분 단독주택이다. 대형 건설사에서 총매출액을 고려할 때 단독주택 시장에 손을 댈 순 없지만, 20세대 규모 고급 타운하우스는 수익이나 품질 면에서 가능하다고 본다. 공동주택을 포함한 오피스 건물과 단독주택의 PH 기술력을 비교할 때 단독주택이 더 높다. 단독주택엔 24시간 사람이 상주하기에 여러 가지 기술이 다 들어가기 때문이다. 반면, 오피스 건물은 용량만 클 뿐 단독주택의 절반밖에 안 들어간다. 물론, 용량이 큰 부분을 제어하는 기술도 어렵지만, 독일도 PH를 단독주택에서 시작해 빌딩으로 전이하는 추세다.

e+ 그린홈의 상용화는 언제쯤 현재 e+ 그린홈 사업 모델을 개발하는 중이다. 선호도가 높은 평형, 비용, 공법 등을 조사해 한두 개 모델을 만들 계획이다. 총매출액을 고려할 때 직영보다 주택 전문 업체에 설계, 자재, 시공 등에 관한 가이드라인을 제시하고, 시뮬레이션해 주고, 시공 과정에서 감리하고, 준공 후 PH 인증을 받도록 지원할 예정이다. 2013년 시범 사업을 통해 e+ 그린홈 브랜드가 가시적인 모습을 나타낼 것으로 기대한다.