단열의 과학이 난방비를 줄인다
과학카페 107회 과학으로 난방비 제로에 도전한다
* 방송: 2009년 2월 10일 밤 11시 30분 (KBS 1TV)
영하로 뚝 떨어진 기온에 전국의 계량기가 빠르게 돌고 있다.
겨울철 최대의 고민, 난방비!
새는 열만 잡아도 난방비 30%를 줄일 수 있다는데…
난방비 제로를 위해 과학이 움직이고 있다.
■ 현대판 아자방을 찾아라!
지리산 자락에 자리한 칠불사에는 아자방이라는 특별한 참선방이 있다.
전설에 따르면 이 방에 한번 불을 떼면 그 온기가 무려 100일을 갔다는 것.
두 차례의 화재를 겪으면서 그 실상을 확인할 수는 없게 됐지만,
여전히 현대판 아자방에 도전하는 사람들이 있다.
생태건축 전문가 이태구교수와 독학으로 에너지 제로타운을 만든 이대철씨.
최근 건축의 동향은 에너지 소비를 얼마나 줄일 수 있느냐로 움직이고 있다.
3리터 하우스는 대표적인 에너지 절약 주택!
1㎡의 면적당 연간 3리터 이하의 연료를 사용, 이는 일반 주택의 7분의 1 수준.
태양열과 지열, 그리고 단열의 과학이 모여 만들어낸 3리터 하우스의 비밀은 무엇일까?
일반주택뿐 아니라 아파트 건축에도 적용범위를 넓혀가고 있는 3리터 하우스의 원리와
에너지 절감효과에 대해 알아본다.
■ 단열의 과학이 난방비를 줄인다
영하의 한파를 버틸 수 있는 가장 쉬운 방법은 바로 내복을 입는 것이다.
우리가 살고 있는 집 역시 마찬가지.
철저한 단열만으로도 30%이상의 난방비 절감 효과를 얻을 수 있다는데…
자원극빈국 이면서 OECD 국가 중 에너지 소비 증가량 1위를 기록하고 있는 대한민국.
이제 에너지 절약은 선택이 아닌 필수의 문제다.
2월10일 과학카페에서 난방비 제로에 도전하는 사람들을 만나본다.
살둔제로에너지하우스 하드웨어에 대한 개요
1. 단열
1.1 SIP
- 제작사 : 한보엔지니어링, 경북영천공장 http://www.hanboeng.com
- 직접 주문 생산
- 접착제 : 폴리우레탄
- 11.1mm OSB
- Size : 국내의 Styrofoam 기준두께를 고려 900 X 2700mm 적용 (향후 1200 X 2400mm 적용을 위한 공급이 수월할 것으로 판단됨)
- NEOPOL : BASF에서 개발, 흑연가루 첨가로 동일 밀도의 Styrofoam에 비해 25% 높은 단열성. 두께 : 235mm, 비중 : 25 kg/㎥. 제작사 : 한남 기업
1.2 내부벽체 : Super "R" + 20mm Air-Space + 석고보드 2장 설치후 실내용 페인트
1.3 내부칸막이 : 300 X 200 X 100mm 진흙벽돌
1.4 외벽마감 : Styrofoam 50mm + Dry Bit (R＝24)
1.5 지붕마감 : Super "R" Aluminum + OSB + 방수 Sheet + Shingle
1.６ Floor :
- 기초 + Super "R" Aluminium + 150 mm Extruded Styrofoam (비중 : 35 kg/㎥) + Excel Pipe + 시멘트 Mortal + 현무암 마감 (두께 : 20 mm)
- 전체 80mm 두께의 바닥 Thermal Mass
2. 창호
2.1 벽면 창호
- LS System 창호 (pair glass)
- 겨울철 단열효과보다는 태양열 실내 도입에 중점을 두어 고단열 대신 실내 축열기능과 일사가 없는 저녁시간을 위한 덧문 도입
- Low E-Coating
- 창문면적 : 바닥대비 14%(남), 2%이하(동), 5%(서), 2%(북)
2.2 덧문 (창호 덧문)
- Color 강판
- 두께 75mm, 폴리우레탄(1 inch=8R)
- 자동 개폐장치 개발 중 (광 Sensor 또는 수동조작 가능)
- R-value = 24
2.3 천창
- 5개 (거실2, 부엌1,서재1, 안방1)
- 남향
- 실내쪽으로 덧문(폴리우레탄, R24)을 설치하여 일사가 없을시 단열효과 증대
- 덧문의 경우 광센서에 의한 자동 작동 설비 추가 예정
3. 온수 및 추가열원
3.1 태양열 온수/난방
- 반사판 :12㎡
- 보일러 : Black Anodized Aluminum
- 온수탱크 : 1,200리터 X 2, Stainless Steel
- 태양광 자동추적장치 (Computer에 의한 수치 제어 및 광 Sensor 혼합 system)
- 온수탱크의 크기가 너무 크게 진행되었으며, 분산광을 반사 못하는 Stainless Steel의 단점으로 인해 겨울철 온수의 온도가 40도 이상 못 올라가고 있음
- 겨울철을 제외한 시기에는 제 기능을 발휘할 것으로 예상되지만, 현재 추가 난방열원의 역할을 전혀 하지 못하고 있으며, 샤워 등 이용시 전기온수기가 추가로 이용됨
- 추후 개선방안 모색중
3.2 베치카
- 내화벽돌(SK-34) 1,179장
- 복사열을 48시간 이상 방출함
- 한번 연소시 한 아름(대략 일반 목재난로에 들어가는 양)정도로 완전연소에 걸리는 시간이 약 2시간 내외임
- 연소에 필요한 산소를 실내공기가 아닌 지하공간에서 예열된 외부공기를 기계팬으로 공급함으로써 실내 온도 유지 및 실내 산소량 유지
4. 환기
4.1 자연환기
4.2 HRV
- 500㎥/per hour, 200W
- 미국 Sterling 국내 생산 제품
- CO2와 VOCs 통계로 작동 가능
- 열회수율 90%이상으로 표기되어 있으며, 실제 사용하면서 실측 결과 매우 뛰어난 열회수 효과를 가져옴
5. 구조
5.1 GLULAM을 소재로 한 Timber Frame House
5.2 Timber
- 6mm 두께의 Angle을 사용하며, Lug Screw로 고정,
- Lug Screw Size : ø10.5mm. L90mm
- Angle Size : 150mm(vertical) X 150mm(horizontal), Width : 120mm
- 대들보 : 130 X 300mm (수입품, Douglas Fir)
- 기둥 : 130 X 190mm (수입품, Douglas Fir)
석유자원이 앞으로 얼마동안 유효할 것인가에 대해서는 여러 기관들과 전문가들의 의견에서 많은 차이를 보이고 있지만, 새로이 만들어지는 재생에너지가 아닌 한정된 자원이라는 것에는 모든 사람이 동의하고 있습니다.
그 제한된 성격으로 인해 가격의 폭등과 함께 대한민국과 같은 힘없는 나라의 일반인들에 대한 접근성이 어려워지는 시점에 대해서도 여러 의견이 존재합니다.
미래 에너지에 대해 매우 낙관적인 예측들은 석유자원의 한계점이 오기 전에 인류는 새로운 에너지원을 개발해내어서 새로운 에너지 세상이 열릴 것이라고 말하고 있습니다.
반대로 비관론적인 입장의 예측들은 인류가 에너지 문제로 대전쟁을 벌이게 될 것이며, 생존게임에서 살아남은 강대국들과 석유 에너지 의존도가 거의 없었던 마을과 부족 중심으로 새로운 인간 역사가 시작될 것이라고 합니다.
두 개의 예측 중 하나가 실현이 되거나, 아니면 그 둘 중 사이에서 적당히 타협이 된 미래가 오던지, 지금 우리는 ‘과도기’에 사는 것만은 분명한 사실입니다.
‘과도기’에 우리 자신의 안녕과 미래 후손을 위해 할 수 있는 최선의 노력은 ‘적게 쓰는 것’이라고 생각되며, 이와 같은 맥락에서 살둔제로에너지하우스는 계획되고 진행되었습니다.
살둔제로에너지하우스에서는 주택의 냉난방에 필요한 에너지를 석유 및 가스 등의 화석연료로부터 완전히 탈피하는 것을 목표로 합니다.
화석연료로부터의 탈피를 위해 살둔제로에너지하우스가 접근한 기본철학은 ‘집이 집의 기본적인 역할을 다하도록 짓자’입니다.
즉 추운 겨울을 위해 충분한 단열재를 충분히 넣고, 겨울철과 여름철의 쾌적온도 유지를 위해 창문크기와 위치를 적당히 조절하고, 낮 동안 실내가 어둡지 않도록 창문의 위치를 배치하고, 여름철 에어컨을 틀지 않도록 하기 위해서 처마 등의 적합한 차양을 설치하는 것입니다.
또한 기본적으로 주택 평면이 동서방향으로 긴 형태로 설계되어 태양에너지와 자연채광을 최대한 도입되도록 하는 등 '기본에 충실한 집’을 구현하기 위한 여러 기본적인 노력들이 이루어 졌습니다.
하지만 많은 분들께서 살둔제로에너지하우스에서는 여러 첨단 기술을 도입하여 기존의 화석에너지를 흔히 말하는 신재생에너지로 대체한 것으로 오해하고 계십니다.
살둔제로에너지하우스에서 기존 주택에 비해 새로이 도입된 시스템은 태양추적형집열기와 열회수환기장치가 유일합니다.
이미 몇 번 언급되었던 것처럼, 현재 집열기는 아무런 역할도 못하고 있으며, 열회수환기장치는 상당히 우수한 열회수율을 보여주고 있어 매우 쾌적한 실내환경에 결정적인 역할을 하고 있습니다.
참고로 열회수환기장치 또한 새로운 첨단발명품은 아니며 최근 지어진 대부분의 아파트에도 설치되어 있습니다.
하지만 ‘기본에 충실한 집’을 짓지 않았고, 게다가 건설사에서는 매우 작은 비용차이를 줄이고자, 열회수율 50% 이하의 최저가 모델들만 도입하고 있다고 알고 있습니다.
살둔제로에너지하우스에서 각종 전기기기(TV, 컴퓨터 등)와 인체에서 발산하는 열을 제외하고 유일한 난방기기는 베치카가 유일합니다.
물론 아무리 적은 양이라도 나무를 태우는 것은 대기에 이산화탄소를 배출하는 것이라고 생각될 수도 있겠지만, 이산화탄소 사이클이 매우 짧은 목재는 화석연료의 범주에 포함시키지 않고 있습니다.
실제로 베치카와 집의 특성상 매우 놀랄만큼 적은 양의 목재를 필요로 합니다.
하지만 부모님이 이사하신시 2주가 안된 시점부터 각 취재와 방문객이 끊이지 않고 있어서 그 분들께 보여드리고자 하는 목적에서 거의 매일 이용되고 있습니다.
많은 분들이 살둔제로에너지하우스가 영하 15도가 넘는 추위에도 따뜻함을 유지하는 것이 베치카 덕으로 오해하고 계시는데, 베치카 덕분에 어느 정도의 온도상승은 있겠지만, 살둔제로에너지하우스의 핵심은 ‘고단열을 포함하여 기본적으로 집을 잘 지은 것’에 있다는 것을 이해하시기 바랍니다.
즉 살둔제로에너지하우스에서는 기존의 화석에너지원들을 새로운 신재생에너지시스템으로 대체한 것이 아니라, 외부 에너지 필요성 자체를 최소화한 것입니다.
따라서 살둔제로에너지하우스를 인터넷을 통해서 또는 직접방문을 통해서 공부하시려고 하실 때 중점을 두셔야 하는 것은 각종 첨단 기기들이 아니라, 집을 잘 짓기 위해서 어떠한 건축자재를 썼으며, 단열은 얼마나 했고, 집의 평면 구성 등은 어떻게 했는가 등입니다.
관련된 세부사항들은 추후에 하나씩 업데이트 해 나가겠습니다.
‘기본적으로 집을 잘 짓는 것’은 새로이 만들어진 개념이 아니라, 현재 유럽을 중심으로 하고 있고 국내에서도 정부와 대기업중심으로 진행 중인 패시브하우스와 저에너지 건물에서의 핵심내용입니다.
이것을 달성하기 위해서 다양한 기술과 설비가 추가되기도 하지만, 살둔제로에너지하우스에서는 머신하우스가 아닌 되도록 평범한 주택을 추구했고, 고단열과 몇몇 기본적인 자재와 배치와 잘 활용하면 저렴한 가격에 집을 잘 지을 수 있다고 판단하여 진행되었습니다.
안타깝게도 많은 분들이 가장 기본적인 것을 놓치시며 기존의 건물에 각종 고가의 신재생에너지 설비를 부착하면 석유에너지원으로부터 자유로운 건물이 탄생하는 것으로 생각하시며, 이러한 생각을 가지시고 살둔을 찾아오시고 계십니다.
이와 같은 접근은 새로운 설비를 위한 추가에너지 발생은 제외하고라도, 상당한 추가비용이 발생하는 문제점을 가져오게 되며, 저에너지 친환경주택 또는 생태주택이 일반주택보다 훨씬 고가라는 일반적인 생각도 여기서 출발하게 됩니다.
부디 살둔제로에너지하우스를 통해 건축물에서의 에너지절감에 대한 여러 고정관념을 새로이 생각해 보시는 계기가 되시길 기원합니다.
1. 위치 : 강원도 홍천군 내면 율전리 191
2. 면적 : 157.92㎡ (47 py)
3. 건물형태
- 서남향 방향으로 긴(21m X 7m) 형태로 층고 4.8m
4. 건물의 향
- 자북(magnetic)에서 30도 서향
- 진북(true)에서 22.5도 서향
5. 구조
- GLUELAM을 소재로 한 Timber Frame House + SIP 벽체 및 단열
- SIP 벽체가 내력벽 역할을 하기 때문에 GLUELAM은 반드시 필요하지는 않지만 건축주의 의도로 포함됨
6. 비용
- SIP: 2.43 (제곱미터) = 15만원
- 전체소요비용 : 1억 2천만원 내외
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