지난해 9월 성남시 운중동에 준공된 복사냉난방 프리미엄 패시브하우스의 모니터링 결과가 공개됐다.

대지면적 231.6㎡, 연면적 296.62㎡, 지하 1층~지상 2층 규모로 건축된 이번 주택은 자림이앤씨건축사사무소에서 설계하고 MTES에서 복사냉난방·환기·급탕설비시공을 담당했다.

MTES는 저비용 복사냉방구현을 위해 수년간 진행한 프로젝트를 기반으로 디자인을 개선해 이번 프리미엄 패시브하우스에 시공했다.

주택에서의 복사냉방은 열 쾌적감이 높아 많은 공조 엔지니어들이 적용을 검토하지만 기존에는 설비비용이 높아 적용이 쉽지 않았다. 이에 따라 업계에서는 이번 프로젝트에 대해 성능을 제대로 발휘할 수 있을지 우려를 나타내기도 했다.

그러나 지난 7월15일부터 8월15일까지 1개월간의 모니터링 결과 외기온도의 급상승에도 불구하고 실내온도가 일정하게 유지됐으며 거주자·설계자·시공자 모두 만족도가 높은 것으로 나타났다.

측정기간 동안 30분마다 실내온도를 측정해 외기온도와 비교한 결과 외기온이 19~37℃로 넓은 분포를 보이는 반면 실내온도는 24~26℃로 일정하게 유지됐다.

한국형 복사냉방 구현
MTES의 복사냉방은 가성비를 최대한 높여 ‘한국형 복사냉방’을 구현했다는 의미가 있다. 이번 시스템은 주택시공 시 일반적으로 사용하는 보일러의 바닥 엑셀파이프, 분배기, 환기장치를 그대로 사용했다. 차이점은 보일러가 겨울철 바닥온도를 일정하게 유지시키듯 여름철 바닥 온도를 일정하게 낮춰주는 공기열 히트펌프를 이용했다는 것이다.

복사냉방 시공은 일반 주택시공과 마찬가지로 바닥 보일러용 배관, 분배기를 설치했다. 벽면, 천장에 복사코일을 추가한 기존 복사냉방시스템과 다른 점이다.

김종헌 MTES 대표는 “물론 바닥보다 천장의 복사냉방 열전달 효율은 높다”라며 “그러나 주택의 바닥면적을 고려하면 냉방에 필요한 에너지는 이미 충분하다”고 밝혔다.

이어 “이탈리아 에어맥(Aermec) 본사 엔지니어와 사전 검토를 충분히 진행했으며 이전 두차례 진행한 프로젝트의 노하우로 한국형 복사냉방솔루션을 시공했다”라며 “설비면에서 기존 주택의 시공과 거의 같다는 점이 특징”이라고 밝혔다.

실제로 해당 건축물은 패시브기술로 건축돼 한국패시브건축협회 인증등급 A₂(5L급)를 획득했으며 연간 난방에너지요구량은 33.5kWh/㎡, 냉방에너지요구량은 17.2kWh/㎡다.

이에 따라 바닥복사냉방으로 쾌적성을 일정하게 유지할 수 있으며 냉수를 만들어 순환하는 열원장비로 MTES의 본사인 Aermec의 공기열 히트펌프 모델 ‘앙키(Anki)’를 사용했다.

Aremec ‘앙키·레쁘로’ 적용
앙키는 펌프와 팽창탱크, 버터탱크를 내장해 플러그 앤 플레이 개념의 간단한 시공이 가능한 장비다. 압축기, 응축기 팬, 펌프, 냉매량 조절시스템 모두 유럽 유로벤트 인증을 획득한 인버터가 사용됐다.

실내온도에 따른 냉난방 제어시스템은 캐나다의 에코비 룸 온도조절시스템을 채용했다. 에코비는 전 세계 어디서나 제어할 수 있으며 스케쥴 운전, 냉난방 온도설정 등 기능을 갖추고 있다. 미국 아마존 등에서 쉽게 구입이 가능하며 250달러(약 30만원) 수준이다.

환기장치는 Aermec의 ‘레쁘로(Repuro) 650’ 모델이 사용됐다. 당초 국내 환기장치 모델 적용을 검토했지만 부실한 전열소자나 겨울철 결로 등 성능에 대한 우려가 있어 레쁘로가 채택됐다. 레쁘로는 환기장치의 에너지효율, 냉온수 겸용 열교환기 연동 등 기능이 우수한 것으로 평가됐다.

다만 유럽제품을 사용함에 따라 한국 기후조건에 맞도록 시스템을 조정했다. Aermec의 복사냉난방솔루션 ‘쁘란코(Puranko)’는 바닥과 환기장치의 코일을 병렬로 설계하고 있다. 우리나라의 여름철 습도가 80~90%인 반면 유럽은 40%에 불과해 이와 같은 시스템을 그대로 적용하면 전열부하에 대응하기가 어렵다.

김종헌 대표는 “이에 따라 MTES가 국내 특허를 보유하고 있는 바닥 냉수조절장치가 필요했다”라며 “50만원 정도의 비용을 투입해 바닥의 냉수온도를 필요 이상 낮게 하지 않게 하는 시스템을 구축했다”고 밝혔다.

에너지효율·쾌적성↑
바닥면 냉방의 경우 같은 열적 쾌적감을 만족하는 에너지비용이 일반 대류공조에 비해 상대적으로 적다. 바닥냉방은 구체축열 효과, 바닥면의 복사열유속(Radiation heat flux) 효과 등을 이용할 수 있기 때문이다.

미국공조협회 ASHRAE에 따르면 복사공조(Radiation cooling·heating)는 실내의 복사평균온도(Mean Radiation Temperature)를 낮춤으로써 일반 실내환경보다 높은 건구온도에서도 열쾌적감을 느낄수 있다.

이는 복사냉방이 대류냉방에 비해 저에너지인 이유다. 복사냉방 시 바닥면의 냉수온도는 대류공조 시 냉수온도보다 높다. 냉동기 최대부하의 소비전력은 부분부하 시의 소비전력보다 2배 크기 때문에 최대부하를 부분부하로 낮출 수 있는 복사냉방의 경우 에너지절감 효과가 크다.

MTES, “국내 기후조건에 최적화”
MTES는 국내 실정과 기후조건에 맞는 어플리케이션 개발에 집중하고 있다. 앙키를 비롯한 Aermec 하드웨어는 한국 기후조건 및 사용조건에 맞도록 최적화를 완료한 상태다.

김종헌 대표는 “앙키는 한국의 심야전기 축열시스템에도 적합성을 인정받아 국내 심야전기 시공사들의 주문이 이어지고 있다”라며 “MTES는 유럽시장에는 없는 심야전기 축냉·축열을 위해 본사인 Aermec과 기술협의를 통해 -8℃의 축냉과 60℃의 축열성능을 이미 확보한 상태”라고 밝혔다.

또한 국내 제로에너지 및 저에너지 시장기조에 맞도록 외부의 온도에 따라 보일러의 연동 제어가 가능한 버전을 필드테스트하고 있다.

이는 장비의 개발 및 판매에 집중하는 타기업과는 다른 스탠스다. 국내 바닥난방시장은 안정돼있고 가격 역시 낮아졌다.

복사냉방은 일반적으로 사용하는 보일러 바닥코일에 대류공조장치만 추가하면 무리없이 구현이 가능하다. 바닥코일에 18℃ 냉수를 흘려보낼 수 있는 장치와 환기장치 또는 소형에어컨과 같은 대류공조장치와 결합하면 된다.

이에 비해 에너지절감, 쾌적성향상 등 가능성은 높다. 다만 복사냉방의 효과는 사무실보다 주택에서 더 크다. 주택에서는 의복이 얇아 표면온도차에 의해 복사열전달 효과가 배가 되기 때문이다.

김종헌 대표는 “여름철 폭염에서도 가을 같은 주택을 구현하고 싶다면 바닥복사냉방을 고려할만 하다”고 강조했다.