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김광우 ZEB융합얼라이언스 위원장 (서울대학교 명예교수)



“ZEB는 단일요소로 구현할 수 있는 것이 아니며 에너지를 사용하는
모든 것을 적절히 활용해야 달성이 가능합니다. 다만 모든 것을
개별적으로 적용하려면 비용이 상당하니 여러 가지를 하나로 융합해
저렴하게 적용하면서도 효과는 다방면으로 발휘될 수 있어야 합니다“


지난 11월16일 ‘2017 녹색건축한마당’에서는 ‘제로에너지빌딩 융합얼라이언스 포럼’이 개최됐다.
얼라이언스는 제로에너지건축물(ZEB)을 민간건축시장에 폭넓게 확산하고 보편적인 기법으로 정착시키기 위해 국토교통부와 산업통상자원부가 힘을 모아 2016년 마련한 기구로 한국에너지공단이 운영기관으로 지정돼 있다.


ZEB확산을 막고 있는 가장 큰 장애물은 역시 비용문제다. 건축물의 에너지소비량과 현장(On-Site)생산량이 일치하는 ‘Net ZEB’를 달성하기 위해서는 일반 건축물대비 30% 이상의 비용이 소모되는 것으로 알려져 있다.


이에 비해 세계적 저유가, 국내의 낮은 에너지요금체계에 따라 ZEB에서 절감되는 에너지비용으로 투자금을 회수하기까지 상당기간이 필요하다는 점도 보급확산을 막는 경제적요인이다.


또한 ZEB는 에너지, 쾌적성 측면에서 고성능 건축물이지만 건축·부동산 측면에서 제 가치를 인정받지 못하고 있기도 하다.


얼라이언스는 이와 같은 건축비용·경제성문제를 해결하기 위해 구성됐다. 산재된 고비용의 패시브, 액티브요소기술을 융복합하고 시스템화함으로써 비용효율적인 솔루션·기술·제품보급을 촉진하는 역할을 한다.


지난달 열린 포럼은 2차연도 활동을 마무리하며 성과를 발표하는 자리였다. △건설기술 △신재생·에너지 △IT·설비 △정책·금융 등 4개 분과로 활동한 얼라이언스는 올해까지 각 분과별로 향후 융복합할 필요가 있는 연구과제들을 도출하고 제시했다.


아직 출범초기단계여서 가시적인 연구성과를 낸 것은 아니지만 현재 기술수준 및 상황을 진단하고 이를 토대로 향후 R&D방향을 제시하는 역할은 의미가 크다. 게다가 ZEB가 모든 분야 기술의 유기적 연계와 통합, 융복합이 필요한 분야임을 고려하면 의미를 더한다.


얼라이언스는 도출된 과제가 향후 실제 연구개발, 보급화까지 이어지도록 활동할 방침이며 장기적으로 ZEB 오픈플랫폼을 구축해 자생적 생태계를 구축한다는 계획이다.


얼라이언스의 위원장을 역임하고 있으며 패시브제로에너지건축연구소(IPAZEB)의 소장이자 ISO의 건축환경설계 위원회 소속그룹의 의장으로서 녹색건축 확산과 복사냉난방 표준정립에 진력하고 있는 김광우 서울대 명예교수를 만나 폭넓은 활동상을 들었다.



■ 녹색건축 시장상황을 진단한다면
최근 몇 년 새 전반적인 녹색건축 인식은 많이 확산됐다. 국가로드맵이 2025년을 목표로 ZEB 전략이 마련돼 있기도 하고 에너지, 건축물효율화 등 정책방향의 영향으로 판단된다. 얼마 전 단열기준도 더 강화되지 않았나.


그러나 확산의 정도를 이야기 할 때 가장 최선의 형태는 그것이 필요한지 아닌지 모르는 상태가 가장 잘 확산됐다고 볼 수 있다. 즉 당연히 있는 것, 생활의 일부분으로 인식되는 것이다.


현재로서는 제도가 이끌어가는 측면이 강하다. 제도의 아이러니함은 해당 분야를 발전시킬 수는 있지만 사람들을 수동적으로 만든다는 점이다.


제도는 강제성을 부여하는 것보다는 자발적인 참여를 유도하는 방향이 바람직하다. 녹색건축, ZEB를 통해 얻을 수 있는 이점들이 체감되도록 정보를 전달하고 홍보하는 체계가 마련됐으면 한다.


개인·공동체가 녹색건축을 관념적으로 ‘좋은 것’이라고 인식하는 것보다는 ‘어떤 점이 좋다’라고 경험할 수 있는 기회를 많이 줘야 한다.


제도는 공급자중심보다 건축주, 거주자, 소비자, 국민 관점으로 마련돼야 한다. 공급자 중심으로 가면 제도수립의 주체들이 자신들의 전문분야를 자꾸 넣으려는 시도를 하게 된다.


녹색건축, 즉 친환경건축은 정량적 측정이 어려운 점이 있기 때문에 장점을 이론적·이성적으로 인식하게 하는 것도 좋지만 감성적으로 경험하게 하는 것도 효과가 있을 것이다.


■ 얼라이언스 운영방향은
명칭에 ‘융합’과 ‘ZEB’라는 말이 들어가 있다. ZEB는 단일요소로 구현할 수 있는 것이 아니고 에너지를 사용하는 모든 것을 이용해야 달성이 가능하다.


다만 모든 것을 개별적으로 적용하려면 비용이 상당하니 여러 가지를 하나로 융합해 저렴하게 적용하면서도 효과는 다방면으로 발휘될 수 있어야 한다.


이러한 융합적 기술개발은 특별히 신경쓰지 않으면 각 전문분야가 자신의 분야만 깊게 파게 돼 융합하기 어렵다. ZEB 융합얼라이언스는 다양한 전문분야의 융합이 가능하도록 기회를 만들고 이를 R&D, 조사활동으로 연계시켜 융합형 제품, 서비스, 솔루션의 탄생을 유도한다.


4개 분과로 나뉘어 활동하고 있는데 우선 각 분과 내에서 시급히 필요한 연구과제를 1차적으로 제안한 뒤 융합할 수 있는 것들은 융합한 R&D 과제를 제안했다. 최종적으로 제안된 과제 14개는 각 분과간 통합이 가능한 부분들을 합친 최종 R&D 과제를 도출, 제안한 것이다.



■ 수많은 ZEB관련기술의 통합관리 필요성도 제기되는데
현재 국토부, 산업부 등 정부기관과 산하기관의 과제사업, 민간차원에서의 자발적 노력에 따라 수많은 기술개발이 이뤄졌으며 현재도 진행되고 있다. 의미가 큰 일이지만 워낙 분야와 내용이 방대해 시장에서 이를 인지하지 못함으로써 활용에 한계가 있다는 점이 지적되기도 한다.


이를 해결하기 위해 장기적으로 ZEB플랫폼 개발을 구상하고 있다. ZEB를 구현하고자 하는 사람이 자신이 필요한 것들을 한 곳에서 모두 볼 수 있게 만들고자 한다.


플랫폼에는 기획·설계·재료·자재·설비·법규·인센티브 등이 망라될 예정이다. 현재 얼라이언스가 제안한 연구개발 과제뿐만 아니라 기존 기술과 다른 연구결과도 담을 방침이다.


제안한 내용들은 그것이 최상이라는 의미보다 대표성, 필요성, 효용성, 가성비를 고려해 도출한 것이며 플랫폼에 망라된 기술 중 해당 현장의 특성을 보고 더 적합한 것이 선택될 수도 있다.


예를 들어 얼라이언스는 2분과에서 △도심형 지중열교환기 설계기술 개발 △DC구동용 지열히트펌프 유니트 개발 등을 제시했다. 그런데 지난 11월 있었던 포럼에서 이와 같은 내용이 발표되자 한 참석자가 “효율면에서 태양열이 지열 못지 않은데 어째서 태양열은 과제도출에서 빠졌나”라고 질문했다.


얼라이언스는 시급성 있는 도심의 경우를 우선 생각했기 때문에 지열을 고려한 것이다. 도심에서는 각종 건물에 가려져 태양열을 받기 힘든 경우가 있기 때문에 터가 좁은 특성을 염두해 지열에 대한 방향을 제시한 것이다.


그렇지만 해당 현장의 특성상 태양열이 충분히 들어오면 플랫폼에서 이를 이용한 솔루션을 찾을 수도 있게 될 것이다.


다만 플랫폼 개발시점에 대해서는 섣불리 예측하기 어렵다. 워낙 방대한 내용이어서 시간이 걸릴 전망이다. 우선 데이터를 모을 수 있는 체계가 돼야 하고 이를 검증하는 단계와 검증데이터를 토대로 판단·응용하는 기능의 개발이 모두 이뤄져야 한다.


거대한 개념이지만 부분적으로 구현해서 통합하는 방향으로 노력하고 있다.



■ 2018년 활동방향은
올해 2차연도에서는 연구개발이 필요한 14개 과제를 발굴했다. 내년 3차연도에는 실제 R&D로 연결될 수 있게 노력할 계획이다.


우선 내년 포럼에서는 과제에 관심이 있는 전문가, 기업들을 대상으로 실질적인 의문사항 등을 청취하고 반영해 공고할 계획이다.


문제는 이를 위한 예산확보다. 예산 규모에 따라 연구개발 규모가 좌우되는 만큼 여기에 촉각을 곤두세우고 있다.


관련기관간 협의가 이뤄져야 하고 설득을 해 나아가야 한다. 현재로서는 추진이 잘 될 것으로 판단하고 있지만 정책적으로 방향이 바뀌거나 이슈발생에 따라 우선순위에서 밀려 산업이 위축되는 경우도 있으므로 주의를 기울여야 한다.



■ IPAZEB를 이끌고 있는데
패시브제로에너지건축연구소(IPAZEB: Institute of Passive Zero energy Building)는 패시브하우스(PH)와 ZEB연구를 수행하며 관련 인증업무, 전문가양성 교육을 진행하고 있다.


한국건축친환경설비학회(KIAEBS) 부설로 2011년 설립한 전문연구기관으로 독일 패시브하우스연구소(PHI: Passive House Institute)와 협약을 맺고 있으며 iPHA(International Passive House Association) 회원이기도 하다.


PH·ZEB 관련 R&D, PHI인증 대행업무와 패시브하우스 전문가 양성교육, CPHD(Certified Passive House Designer) 자격시험을 수행하고 있다.


IPAZEB은 기후변화대응, 온실가스 저감을 위한 건물부문에서의 역할이 중요해 짐에 따라 PH와 ZEB보급의 토대를 다지고 있다.


■ IPAZEB에서 통합유닛시스템을 개발 중인데
통합유닛시스템은 냉방, 난방, 급탕, 환기, 제습 등 5가지부문을 단일기기에 의한 시스템으로 구축한다. 열원은 지열·공기열히트펌프를 기반으로 신재생에너지인 태양광·태양열과의 조합이 가능하다. 특히 제습은 히트펌프를 활용해 증발기로 외기의 습기량을 제거한 후 버려지는 열로 온도를 회복시켜 급기해주는 방식을 사용한다.


패시브요소가 적용된 건축물은 기본부하가 낮기 때문에 콤팩트한 장비로도 충분히 냉난방이 가능하다. 이에 따라 통합유닛시스템은 급탕, 환기에 보다 중점을 두고 있으며 개발되고 있는 제품은 국내 기후요소를 고려해 주거건물의 쾌적한 환경을 제공하는 설비 토탈솔루션에 집중하고 있다.


유럽에서는 이와 유사한 다양한 제품들이 활용되고 있고 국내에서도 대기업을 중심으로 냉방, 난방, 급탕이 가능한 상품이 출시됐지만 우리나라 기후에서는 여름철 잠열부하가 현열부하보다 높아 제습기능이 반드시 적용돼야 한다.


내년 6월경 시제품이 나올 전망이며 이는 제습필요성 측면에서 비슷한 조건을 가진 일본에서도 상당히 관심을 갖고 있다.


■ 최근 복사냉난방 ISO표준을 추가했는데
2006년부터 ISO의 건축환경설계 위원회인 ‘TC205’에 속한 WG8의 의장(Convener)을 맡고 있다. 매립형(embedded type) 복사냉난방시스템 설계·시공·운영에 관한 표준인 ISO 11855는 지난 2012년 이미 마련된 바 있다.


지난 7월에는 패널타입의 복사냉난방시스템에 대한 표준인 ISO 18566이 완성됐다. 미국, 독일, 유럽 등 세계 여러 나라의 규격과 기술들을 종합·조정하는 작업을 거쳐 탄생했다.


이에 따라 우리나라 복사냉난방산업이 세계를 주도할 발판이 마련됐다. 우리나라는 복사냉방이나 패널타입시스템은 많이 확산되지 않았지만 역사적, 문화적으로 온돌난방방식이 대다수여서 관련기술과 노하우에서 우위를 점할 잠재력이 있다.


■ 복사냉난방의 장점은
복사냉난방은 에너지효율적인 시스템이다. 그러나 원천적으로 에너지가 덜 드는 것은 아니다. 냉난방을 위해 최종적으로 공급돼야 하는 에너지는 에어컨, 히터와 같이 공기로 냉난방을 하는 에어시스템(Air system)과 동일하다.


그러나 복사냉난방은 에어시스템에 비해 두 가지 측면에서 에너지를 효율적으로 이용할 수 있다.
첫째는 물을 파이프로 순환시켜 냉난방하는 방식이기 때문에 비열면에서 이점이 크다. 물의 비열이 공기보다 3,500배 높으므로 이론상으로는 1/3,500 분량만 보내면 되니 열매체수송동력이 크게 줄어들 수 있다.


또한 에어시스템에 비해 적용면적이 넓기 때문에 ΔT(실온과 복사표면의 온도차)를 작게 유지해도 된다. 실내에 공급되는 열에너지는 실내온도와 열매체의 온도차, 즉 ΔT와 면적을 곱해 산출된다. 면적이 넓은 만큼 열매체의 온도차를 크게 하지 않아도 되기 때문에 에너지효율적이다.


즉 지열을 이용할 경우 에어시스템은 히트펌프를 써서 온도차를 더 크게 해야만 냉방이 가능하지만 복사냉방은 16℃ 정도 되는 물이면 히트펌프를 쓰지 않고 그대로 순환시켜도 냉방이 된다.


이와 같이 복사냉난방은 아무렇게나 사용한다고 에너지절감이 되는 것이 아니라 설비동력을 줄이고 별도의 장치를 요구하지 않는 점 등을 충분히 활용해야 에너지효율적인 시스템을 구축할 수 있다.


또한 복사냉난방의 단점을 보완하는 시스템도 적절하게 구성돼야 한다. 복사냉난방은 에어시스템과 달리 제습, 환기가 안 된다는 단점이 있다.


다만 기존 에어시스템은 실내에 난방을 위한 공기를 공급할 때 재실자의 쾌적성을 고려해 공급공기의 양이 많아지더라도 실온과의 온도차를 너무 크게하지 못하게 된다. 이는 에너지면에서 비효율이 발생할 수 있는 부분이다.


연구소에서 통합유닛시스템을 개발하는 이유도 이와 같은 필요에 따른 것이다. 소규모 설비로 폐열을 재생시켜 제습, 환기, 급탕과 보조적인 냉난방을 함으로써 종합적인 시스템차원에서 기존보다 효율적이다.


만일 이를 고려하지 않고 온돌난방하면서 가습기, 환기장치, 공기청정기 등 별도의 전자기기를 가동한다면 높은 효율을 달성할 수 없다.




■ 국내 복사냉난방 시장은
국내는 복사냉방시스템 시장은 아직 미미하지만 모든 주거건물이 온돌을 쓰고 있음을 고려하면 복사난방시스템의 시장전망은 주택수요와 비례할 것이다.


신축의 경우 최근에는 과거와 달리 온돌시스템의 시공기술도 많이 발전되고 품질이 향상돼 내구성이 높다. 이에 따라 시장이 확산되고 있다.


다만 상업용 건물까지의 확장은 더딘 편이다. 상업용 건물은 적용사례가 몇 있지만 아직 많이 적용되지는 않고 있다. 복사냉난방이 세계적으로 에너지절약형 친환경시스템으로 각광을 받고 있고 국내에서도 에너지절약 흐름으로 가는 만큼 조만간 크게 확산될 것으로 전망하고 있다.


■ 우리나라 경쟁력은
기술과 저변, 문화는 세계적인 수준이라고 평가한다.


그러나 오히려 역사와 전통을 토대로 너무 보편적으로 확산돼 있다는 점이 극복해야 할 한계가 되기도 한다. 많은 업체들이 온돌의 설치 및 시공을 위한 기술과 인력을 보유하고 있고 오랜 기간 관행적으로 수행해 오던 업무이기 때문에 에너지증명·평가의 필요성을 특별히 느끼지 못하고 있다.


다시 말해 세계적으로 우리나라 온돌기술이 사용되기 위해서는 공법, 시스템 등을 면밀히 분석하고 성능을 정량화 해 제시할 수 있어야 한다.


그러나 국내에서는 기존에 해오던 방식에 문제가 없음을 알고 있고 증명도 돼 있어서 별도로 데이터화해 증명할 필요성을 못 느끼고 있는데다 건축주조차 이를 요구하지 않고 있다.


또 다른 문제는 우리나라 공사분류에 ‘온돌공사’가 없다는 점이다. 온돌시스템을 적용하는데 공정이 나뉘어 각기 다른 분야에서 수행하고 있다. 바닥은 건축에서, 배관은 기계에서, 관련 제어로의 연결은 전기에서, 그리고 다시 마루를 건축에서 설치한다.


이 때문에 우리나라는 해외에 나가 이와 같은 시스템을 세트로 시공할만한 ‘온돌회사’가 없다. 즉, 세계적인 상품화가 안 돼 있다는 얘기다.


종합적인 온돌공사를 할 수 있는 회사가 없기 때문에 관련 기술개발이 종합적으로 이뤄지지 않고 있다. 반면 해외에는 대형 복사냉난방 업체들이 등장해 연구개발이 활발히 진행되고 있다.


게다가 시스템차원의 품질보증도 안 된다. 가전제품도 10년 쓰다 고장나면 무상A/S는 아니더라도 해당 회사에 가져가면 수리가 되는데 온돌은 고장을 신고할 회사도 없어 집 근처의 인테리어 업체에 문의를 해야 하는 실정이다. 이 경우 관련 부품을 구할 수 없거나 수리 후 구조적으로 본래의 성능이 발휘되지 않을 수 있는 위험이 있다.


통합적인 온돌시스템의 기준이 마련돼야 하고 이를 통해 시장을 보호함으로써 관련 전문회사들이 등장할 환경이 조성돼야 한다. 그래야 기술발전이 이뤄져 해외진출까지도 가능한 생태계가 마련될 수 있다.