최현중 한국건설기술연구원 수석연구원은 ‘저탄소, 제로에너지 관련 국가 R&D 과제 최근 동향 및 단열기술 개발 현황’을 주제로 발표했다.
2021년 12월 국토교통 탄소중립 로드맵을 수립해 건물부문 온실가스 감축을 목표로 신축 건축물 대상 제로에너지화, 기존 노후 건축물에 대한 ZEB 수준의 그린리모델링(GR)을 추진되고 있다. 2023년 1월부터 공공부문으로 ZEB 인증 의무대상이 확대되며 연면적 500m² 이상, 공동주택 30세대 이상에 적용된다. 공공부문 그린리모델링 확산을 위해 신축 건축물의 제로에너지화, 기존 건물의 그린리모델링 지원 기술이 필요해졌다.
한국건설기술연구원은 진공단열재를 개발해 서울시가 시행하는 ‘노후건물 저비용 간편시공 추진사업’에 진공단열재를 적용했다. 또한 진공단열재가 화재에 취약한 점을 보완할 수 있는 기술을 개발하는데 성공했다.
노후건물과 같은 기축 건축물에는 진공단열재를 사용하면 단열성능을 향상시키기 때문에 실내 공기도 외기온도에 큰 영향을 받지 않아 건축물의 필수품으로 떠오르고 있다.
진공단열재는 값이 저렴하며 건축물 벽두께를 감소시키는 한편 에너지효율 증대, 난방비 절감, 열교현상 감소로 결로발생을 줄일 수 있다는 장점이 있다. 이런 이유로 KICT는 현 시점에서 에너지절약과 난방비 절감 등을 효과적으로 시행할 수 있는 진공단열재 보급에 적극적인 모습이다.
최근 KICT가 개발한 진공단열재가 저렴한 가격과 우수한 성능을 입증함에 따라 국토교통부와 KICT는 그린리모델링, 제로에너지건축 등 사업에도 진공단열재를 투입한다는 복안을 세웠다.
에너지성능 개선 최적화 ‘방점’
2020년 7월 발표된 한국판 그린뉴딜 종합계획에 따라 민간건축물 그린리모델링 이자지원사업의 경우 민간 건축주가 에너지성능 향상 등을 위한 그린리모델링을 하면 국가로부터 사업 관련 대출이자(60개월)를 지원받는 사업이다. 필수 공사로 단열 보완, 기밀성강화, 외부 창호 성능 개선, 일사조절장치(외부차양장치, 차양제어장치 등) 등 건축물 외피 성능 향상에 초점을 맞추고 있다.
공공건축물 그린리모델링 사업도 2020년 시행돼 취약계층이 이용하는 노후 공공건축물(어린이집, 보건소, 의료시설 등) 대상으로 에너지성능 개선을 위한 그린리모델링 사업비를 지원하는 그린뉴딜 대표사업이다. 고성능 창호 및 문, 폐열회수형 환기장치, 내‧외부 단열보강, 교효율 냉난방장치, 고효율 보일러, 조명, 신재생에너지(태양광), 에너지관리시스템(EMS) 등을 필수적으로 설치한다.
2018년 4월부터 2022년 12월까지 진행된 제로에너지주택 건축 활성화를 위한 고성능‧적정비용 건축자재 개발 중 주목할 부분은 고성능 창호, 초단열 방화문, 단열신소재 등 제로에너지 건축자재 플랫폼 구축을 통해 고성능‧적정비용 건축자재 상용화를 달성해 제로에너지 건축자재시장 보급을 견인한다는 점이다.
또한 소규모 건축물의 소비에너지 최적화 설계‧시공 기술개발은 △신축건물 소비에너지 최적화 설계‧시공 기술 △노후건물 에너지성능 향상 리모델링 기술개발 △소비에너지 최적화 설비시스템 및 에너지 관리 △소비에너지 최적화 정책 및 지원서비스 등으로 정리할 수 있다.
진공단열재, 단열‧화재방지성능 향상
건물에너지 관련 국가 R&D 수행현황 중 외피 단열기술 개발 현황과 관련 진공단열재 지붕 외단열방수시스템은 고단열, 완벽 방수, 시공 편의성, 안전 및 경제성 등을 고려한다. 고단열은 진공단열재 열전도율이 0.0020W/mK 이하로 15mm의 경우 기존 압출법보온판 1호 210mm의 성능확보가 가능하다. 또한 진공단열재의 우수한 단열성으로 냉난방비 절약에 의한 CO₂ 배출 저감 효과를 거둘 수 있다.
시공편의성 측면에서는 단열공정과 방수공정 등 모든 공정이 건식공법으로 동절기 시공이 가능하다. 방수 후 보호층 설치(무근콘크리트 혹은 몰탈 등)가 불필요해 공기가 단축되며 노후 건축물 구조에 부담을 최소화할 수 있다. 총 시스템의 두께가 50mm 내외로 기존 바닥 철거 및 파라펫 수정 공사가 불필요하다.
안전‧경제성면에서 철거, 보수, 양생 공정 제외로 소음 방지, 건설폐기물 처리, 위험성이 최소화되며 경제성이 우수하다.
진공단열재가 적용된 외단열 시스템은 △진공단열재 복합보드 적용 외단열 구조 △진공단열재와 0.5mm 부직포 단면 부틸방수시트 또는 20mm 준불연 비드법 보온판 적용 △노치드 방식 및 백래핑(Back-Wrapping) 방식으로 부착 △기존 외단열 시스템 외부 마감 등으로 설치된다.
단열 신소재 관련해서는 진공단열재 자재 및 핵심 기술개발로 원자재 다변화, 소재 국산화 등 원가절감 방안 수립 및 성능 향상을 시도한다. 진공단열재 표준(KS) 제정 추진(ISO 국제표준 진행 중)하는데 기존 ISO/DIS 시험방법의 단점(시험기간 6개월 이상)을 보완한 진공단열재 경시변화 가속측정법 개발 및 KS 표준(안)을 수립한다. 양산화를 통한 원가경쟁력 확보 및 시장 확대를 통해 진공단열재 및 진공단열재 복합보드 양산화 장비 구축을 완료해 원가경쟁력을 확보한다. 기존 판상형 단열재와 차별화 수립해 시장 다변화 및 확대 적용한다.
KICT는 진공단열재 복합보드 합지 설비 구축해 양산화 및 사업확대가 가능할 것으로 내다봤다. 이를 위해 접착 소재 개발을 진행 중인데 비드법 단열재와 진공단열재 상하부 외피재와의 접착력을 확보한다. 진공단열재 복합보드 합지 설비 구축 및 양산조건을 최적화한다. 복합보드(EPS 2종2호/VIP/EPS2종2호)의 열관류율이 0.123W/m²K로 측정됐다. 또한 장비 구축 및 양산화 최적 조건을 확보할 수 있을 것으로 보인다.
하이패브시스템은 저탄소 친환경시스템으로서 무용접 단열하지 시스템으로 시공성 및 단열성 향상이 가능하다. 또한 신축 또는 기존 건축물 단열 마감 공사 시 현장에서 단열, 하지, 마감 공사를 진행하지 않으며 공장에서 하지 시스템 내부에 진공단열재를 적용해 마감까지 일체형 유니트로 조립 후 현장에 간편 시공할 수 있는 시스템이다.
최현중 수석연구원은 “최근 한 설계사가 진공단열재를 앞으로 써야 하는지를 물었는데 설계하는 입장에서는 굉장히 위험하다는 걸 잘 알고 있다”라며 “리스크가 있지만 진공단열재를 써야하는 상황이라고 답변했는데 그러한 진공 파손을 방지하기 위해서 주로 접합방식을 쓴다든가 케이싱을 한다든가 여러 애플리케이션을 개발하고 있다”라고 밝혔다.
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