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힘펠, 국내 첫 제로에너지공장 준공

건축물E효율등급 1++·ZEB 5등급 인증획득



종합 환기기업 힘펠(대표 김정환)이 국내 최초 제로에너지공장(ZEF: Zero Energy Factory)을 준공해 주목받고 있다.

힘펠은 국민건강을 위해 공기질을 개선하면서도 지구환경을 위해 에너지를 절감하는 장비인 열회수형 환기장치를 제조·공급하는 회사로서 LCA(Life Cycle Assessment) 개념으로 생산단계에서도 지구·환경에 기여하기 위해 이번 ZEF를 추진하게 됐다.

경기도 화성시에 위치한 힘펠 제3공장은 총공사비 52억원을 투입해 건축물에너지효율등급 1++, 제로에너지건축물(ZEB)인증 5등급을 획득했다. 제로에너지시스템 설계는 이명주 명지대 교수와 조중석 제드건축사사무소(이하 제드건축) 대표가 맡았으며 일반건축설계는 홍종합건축사사무소, 인증컨설팅은 제드건축, 시공은 서부종합건설과 창이엔지가 맡았다.

제드건축, ‘이지하우스’ 경험기반 설계
이번 ZEF 공동설계를 맡은 이명주 명지대 교수는 “국내 공장건축물은 건물의 실내 쾌적한 환경과 에너지효율과는 무관하게 생산설비를 보호하고 공정에 맞는 최선의 동선 중심으로 계획돼 왔다”라며 “과거와는 달리 오피스형 공장이 늘어나면서 공장 내 사무실에서 근무하는 근로자 수가 증가하고 있어 근로자의 업무환경을 개선하면서도 에너지소비를 줄이고자 하는 노력이 요구되고 있다”고 밝혔다.

국내 최초 제로에너지공장 설계와 인증을 담당한 제드건축은 2010년 설립된 제로에너지건축물 전문 설계사무소로 국내 최초 제로에너지주택단지인 노원이지하우스와 제로에너지 그린리모델링 공공청사 건축물인 강동구청 별관·본관 입면설계 및 인증업무를 진행한 실적을 보유하고 있다.

경기도 화성시 ‘화성태안 3택지개발예정지구’에 인접해 위치하고 있는 힘펠은 토탈환기 전문기업으로 건축물 에너지성능 향상에 핵심 영향을 미치는 열회수형 환기장치를 생산·판매하는 녹색기업이다.

힘펠은 제3공장을 국내 최초 제로에너지로 건립함으로써 21세기 기업의 미래가치에 대한 비전 그리고 제로에너지건축물 보급에 기여할 것으로 예상된다.

힘펠 제3공장 제로에너지팩토리 2층은 국내 최초 제로에너지공장의 우수성을 홍보는 홍보관으로 꾸며진다.




소요량 117.3kWh·자립률 28.25%
힘펠 제3공장은 대지면적 2,903㎡, 건축면적 638.59㎡, 연면적 4,552.47㎡, 지하1층~지상4층,  용적률 87.33%, 철근콘크리트구조로 건립됐다. 2018년 설계 인허가 기준을 만족한 공장건축물을 국내 최초 제로에너지공장으로 구현하기 위해 2019년 착공시점에 제드건축이 재설계를수행한 뒤 프로젝트를 진행한 사례다.

단열과 기밀 등 패시브설계 요소기술, LED와 열회수형 환기장치 등 고효율 설비기술, 재생에너지인 태양광전지판을 옥상과 벽면에 설치해 ZEB 5등급 목표를 달성했다.

이번 ZEF는 일반공장과 달리 공장에서 소비하는 난방·냉방부하를 줄이기 위해 건축물 외피의 단열 및 기밀 등 패시브설계 요소기술이 적용됐다.

단열재의 경우 바닥은 천장고 높이유지를 위해 일반건축설계와 동일한 압출법 1호 110mm를 적용했지만 열교부위의 단열보강조치가 적용됐다. 벽체·지붕은 각각 기존 PF보드 80·140mm에서 160·200mm로 상향했다. 자재 접합부 및 개구부 설치부위에는 기밀자재가 시공돼 열손실을 최소화했다.

창호는 기존 복층유리 42mm를 로이삼중유리로 교체해 창문을 통한 열손실을 줄이고 자외선을 차폐했다. 이에 따라 기존 1.5W/㎡K인 열관류율이 0.914W/㎡K로 개선됐다.

또한 에너지절감과 실내공기질 향상을 모두 고려해 고효율 전열교환기인 열회수형 환기장치를 설치했다. 기존 설계에는 반영되지 않았지만 열교환효율 난방시 74%, 냉방시 64%인 열회수형 환기장치가 총 12대 적용됐다.

청정에너지 생산을 위해 옥상과 벽면에 태양광설비가 설치됐으며 옥상·벽면에서 생산된 전력량을 계측할 수 있는 원격검침시스템이 설치됐다. 옥상 태양광발전설비는 한국에너지공단 태양광보급사업을 통해 지원받았으며 입면태양광은 경기도 에너지자립마을 선도사업을 통해 일부를 지원받았다.

생산된 전력은 공장의 5대 에너지(난방,냉방,급탕,환기,조명)소비량을 충당하거나 공장내부 설비운영에 사용된다. 

옥상 태양광발전설비는 △365W 태양광패널 98장 △25kW 인버터 2기 △태양광 모니터링설비가 설치됐다. 총 용량은 35.77kW다.

또한 입면태양광발전설비는 △370W 태양광패널 126장 △25kW 인버터 2기 △태양광 모니터링설비가 설치됐으며 총 용량은 46.62kW다.




전자식 원격검침계량시스템은 에너지원별로 사용량을 측정한다. 또한 태양광에너지 생산효율, 냉난방(EHP)·조명(LED)설비 사용량 및 효율, 운송설비 등을 용도별·층별로 구분해 분석할 수 있게 설계됐다.

당초 제로에너지 설계 전 힘펠 제3공장의 1차에너지소요량은 252kWh였다. 여기에 단열보강만으로 소요량을 8% 낮춘 232kWh를 달성했으며 열교·기밀조치 및 열회수형 환기장치 적용을 통해 소요량을 35% 절감한 163.5kWh로 낮췄다.

태양광발전설비를 포함해 최종적으로 기존 1차에너지소요량을 53% 절감한 117.3kWh로 맞췄으며 이는 건축물에너지효율등급 1++에 해당하는 수치다. 또한 에너지자립률은 28.25%로 나타나 ZEB인증 5등급을 획득했다.

김정환 힘펠 대표는 “공기·에너지 기술로 인류건강와 지구환경에 기여하는 것이 힘펠의 미션”이라며 “자연이 주는 에너지를 적극 활용해야 좋은 환경을 후대에 물려줄 수 있는 만큼 ZEF를 통해 기업미션을 확대하고 이를 실천함으로써 업계에 좋은 본보기가 되고자 한다”고 밝혔다. 

사례확산 ‘가능성’
이번 신축공장의 당초 설계안에 따른 공사비는 45억원이었다. 이를 ZEF로 변경하는 과정에서 단열강화, 열교·기밀시공, 열회수형 환기장치 설치, 태양광패널설치 등을 모두 포함한 일반건축대비 공사비 상승분은 7억원으로 나타났다.

이중 옥상태양광 에너지공단 지원금 약 2,500만원, 벽면태양광 경기도 지원금 약 3,400만원, 원격검침시스템 경기도 지원금 약 1,700만원 등 총 7,600만원을 제외하면 힘펠이 실제로 부담한 추가공사비는 약 6억2,400만원이다.

이는 일반적인 공장건립 대비 약 15% 상승한 것으로 정부지원금 1.3%를 제외하면 순수 민간이 부담한 상승분은 13.7%다.

이번 ZEF는 국내 최초사례라는 점에서 의미가 크다. 다만 공사비 측면에서 상승폭을 줄일 수 있는 기술·시장기반이 필요할 전망이다. 이번 힘펠 제3공장 준공 이후 유사사례가 등장해 ZEF시장이 활성화될지 주목된다.