제로에너지건축물

건물의 배치계획

난방기간중 일사의 적극적인 활용은 난방에너지를 절감시키고 실내공간을 밝고 쾌적하게 유지해 준다. 그러나 여름철에 일사의 도입이 오히려 냉방에너지 소비를 증가시킬 수 있으므로 효율적인 에너지제어가 필요하다. 공동주택은 대지의 향, 일조 및 주풍향을 고려하여 남향 배치를 계획한다. 1.5m정도 길이의 공동주택의 발코니는 여름철에 일사를 차단해 주는 좋은 수단이 되나, 너무 긴 발코니는 겨울철 일사 도입을 차단시킬 수 있다. 일반적으로 남향으로 배치된 아파트는 다른 향으로 배치된 아파트에 비해 3%까지 난방에너지 비용을 절감하는 것이 가능하다.

아파트의 남향 배치계획

창호의 크기조절

창호는 건축물을 구성하고 있는 구성요소로서 열적으로 가장 취약한 부위로 겨울철 난방비 지출의 가장 큰 요인으로 작용한다. 일반적으로 창호의 열관류율은 벽체의 열관류율에 비해 7배 이상 크다. 이는 창호면적 1㎡와 벽체면적 7㎡가 동일하게 열손실이 이루어지는 것을 의미한다. 일반적으로 창호가 큰 아파트는 일반 아파트에 비해 20%까지 난방에너지 비용이 늘어나며, 창호가 작은 아파트는 일반 아파트에 비해 20%까지 난방에너지 비용을 절감하는 것이 가능하다. 이것은 겨울철 난방비가 매월 10만원이 나오는 일반적인 아파트와 비교해서 창호의 크기에 따라 매월 12만원에서 8만원까지 난방비 지출의 차이가 발생한다는 것을 의미한다.

즉, 창호는 냉난방에너지 비용에 가장 큰 영향을 미치는 요소로서 에너지절약을 도모하기 위해서는 채광과 환기의 측면을 고려하면서 가능한 창호의 크기를 작게 설계하는 것이 중요하다.

에너지절약적인 창호의 설치 예

고단열 창유리 및 단열 출입문 설치

고단열 창유리 및 단열출입문은 겨울철에 열손실을 줄이면서 온열감을 향상시킬 수 있고, 창가에서 발생하는 냉기(cold draft)를 줄일 수 있다. 또한 추운 겨울에도 창표면에 발생하는 결로현상을 감소시킬 수 있다. 이러한 방법은 평균 실온을 낮게 유지하더라도 쾌적한 실내환경을 유지할 수 있는 등의 부가적인 효과가 있고 에너지절약 효과도 매우 크다.

복층유리나 이중창에는 공기층이 존재하며, 이 공기층은 창유리의 단열성 향상에 큰 영향을 미치는 중요한 요소 중의 하나이다. 복층창을 구성하고 있는 유리사이의 공기층은 6㎜의 공간 보다는 12㎜의 공간을 이루고 있는 창유리가 단열효과가 더 우수하다. 따라서 12㎜의 공간을 갖는 22㎜(5㎜ + 12㎜ + 5㎜) 또는 24㎜(6㎜ + 12㎜ + 6㎜)의 복층창을 선택하는 것이 유리하다.

특히, 전면창으로 설계된 거실공간과 같이 열손실이 많이 발생하는 공간에 대해서는 단열성이 우수한 로이유리를 사용하거나 복층유리창과 단층유리창을 조합한 3중창의 도입을 검토할 필요가 있다.

고단열창호의 구조

로이유리와 같이 단열성이 우수한 창유리를 선택하는 경우에는 약 25% 까지 난방에너지비용을 절감할 수 있다. 이것은 겨울철 난방비가 매월 10만원이 나오는 아파트에서는 창유리의 종류에 따라 매월 2만 5천원 정도의 난방비를 절감할 수 있다는 것을 의미한다.

• 로이유리생산 관련업체

단열 출입문 설치

공동주택의 현관문 및 출입문은 겨울철에 열손실을 줄이기 위해 문 자체를 단열 및 기밀처리하거나, 방풍실을 설치하여 단열보강을 해 줄 필요가 있다. 계단실형 공동주택에서 주동의 출입문에 방풍실을 설치하는 경우에는 계단실의 온도가 높아져 서 실내에서 계단실로 손실되는 에너지가 줄어든다.

단열문의 재질로는 단열구조로 처리된 금속재, 수지재 및 목재의 것이 있으며 기밀성을 높인 것들이 있다. 출입문의 내부구조에 단열처리가 어려운 경우에는 중공층내에 방사형 단열막(예, 알루미늄 박판)을 붙이면 복사열 차단에 유리하다.(공기층 내에서 열전달의 약 60%는 복사 성분임)

최근에는 성능 외에 미관이나 질감을 높이는 등 디자인이 다양화되고 있는 추세이다. 단열성이 우수한 출입문을 사용하는 경우에는 약 1% 정도의 난방에너지비용을 절감할 수 있다.

고기밀 창호의 설치

창호는 창유리와 창틀로 구성된다. 창틀은 사용재질에 따라 수십 배의 열손실 차이를 발생한다. 따라서 창틀은 합성수지 또는 목재계통의 재료를 사용하는 것이 유리하다. 금속재 창틀을 사용하는 경우에는 열교차단재가 적용된 창틀을 사용하도록 한다. 출입문의 경우에도 단열성을 확보한 출입문을 사용할 필요가 있다. 단열성이 우수한 창틀을 사용하는 경우에는 약 4% 까지 난방에너지비용을 절감할 수 있다.

또한, 기밀한 창호 및 출입문은 열손실을 감소시킴으로써 온열환경을 향상시킬 수 있으며 창호 및 출입문의 틈새로 들어오는 바람에 의한 냉기 및 외부 먼지를 차단시킨다. 또한, 외부소음을 차단시킴으로써 조용하고 쾌적한 실내환경을 만들어 준다. 기밀한 창호 및 출입문 사용과 더불어 견실한 시공은 기밀성을 더욱 높여줄 수 있다. 기밀성이 우수한 창틀 및 출입문을 사용하는 경우에는 약 10% 까지 난방에너지비용을 절감할 수 있다. 이것은 겨울철 난방비가 매월 10만원이 나오는 아파트에서는 기밀한 창호를 설치함으로써 매월 1만원 정도의 난방비를 절감할 수 있다는 것을 의미한다.

벽체의 단열

벽체의 단열성능 향상은 실내온도 및 실간의 온도를 균일하게 유지해 줄 수 있을 뿐 아니라 추운 겨울에도 적은 에너지비용으로 쾌적한 실내 온열환경을 확보해 줄 수 있다. 한편, 공동주택에서 측세대는 중간세대에 비해 더 많은 에너지를 필요로 한다. 따라서 세대간의 열적 균형을 이루기 위해 측세대에 있는 측벽부위에 대해서는 기준 이상의 충분한 단열성능을 확보해 줄 필요가 있다. 벽체의 단열을 강화하는 경우에는 약 3% 까지 난방에너지비용을 절감할 수 있다.

최하층 바닥의 단열

우리나라에서는 바닥 온돌난방방식을 사용하는 특성 때문에 바닥하부로 많은 열손실이 발생하게 된다. 즉, 온돌은 바닥의 모든 면이 발열체가 되기 때문에 실내로 열공급이 이루어지지만 하부 지하층으로도 열공급이 이루어지게 된다. 이는 최하층 세대에 난방비 지출을 증가시키고, 중간층 세대간의 열적 불균형을 초래하게 되어 민원발생의 원인이 되기도 한다.

따라서, 에너지절약 및 쾌적한 주거생활을 위해서는 최하층 바닥의 단열은 기준 이상의 우수한 단열성을 갖는 자재를 사용해야 한다.

또한, 좌식생활을 하는 문화적 특성으로 인체부위가 항상 바닥에 접촉이 되기 때문에 바닥의 냉기는 거주자에게 불쾌감을 유발하게 된다. 최하층 바닥에 설치되는 단열재는 온돌구성층에 배치토록 설계하고, 부득이하게 최하층 구조체 아래에 설치하는 경우에는 단열재 자체의 무게로 인하여 아래로 처지면서 최하층 구조체와 단열재 사이의 빈틈이 발생하는 경우가 많기 때문에 처짐이 어려운 밀도 높고 튼튼한 단열재를 사용하고 치밀한 시공이 요구된다.

최상층 지붕의 단열

에너지소비실태조사에 의하면 최상층 측세대가 동일 공동주택에서 가장 많은 난방에너지비용을 지출하는 것으로 조사되었다. 이는 최상층에 있는 세대의 지붕을 통해 외기로 많은 열이 손실되기 때문이다. 따라서 세대간 열적 불균형을 줄이기 위해서는 기준 이상의 충분한 단열이 이루어 질 필요가 있다.

또한, 평지붕 보다는 경사지붕을 구성하고 공간을 확보하여 열적 완충공간을 두고 충분한 단열재를 설치하는 것이 바람직하다.
단열성능을 높이기 위해 많은 공기층을 형성하거나 반사형 단열재를 설치하는 방법도 고려해 볼 필요가 있다.

파이프덕트 주위 벽체의 단열

파이프덕트 주위를 둘러싸면서 외기에 접한 벽체는 시공의 어려움 등으로 인해 단열이 이루어지지 않아 열적 취약부위로 남게 된다. 이는 욕실이 다른 공간에 비해 낮은 실내온도를 형성하게 되며, 목욕시에 열적 불쾌감을 유발하게 된다. 특히, 욕실에 접해 있는 배기 및 파이프덕트가 외기에 접해 있는 경우에는 많은 열이 이 부위를 통해 손실되기 때문에 겨울철에 상대적으로 낮은 실내온도와 낮은 급수·급탕온도를 형성하여 불쾌감을 주며 온수의 낭비요인이 된다. 또한, 수증기 발생이 많은 욕실에서 벽면에 결로 및 곰팡이 발생의 원인이 될 수 있다. 따라서 파이프덕트 주위를 둘러싸고 있는 외기에 접한 벽체는 충분한 단열처리를 통해 쾌적한 실내 온열환경 확보 및 열적 손실부위를 차단할 수 있도록 한다.

발코니 및 복도공간의 단열

발코니 또는 복도가 있는 공동주택은 단열새시창을 설치하여 열적인 완충공간을 확보하여 실내공간으로 직접적인 열전달을 차단할 수 있도록 계획한다. 발코니 또는 복도부위에 사용되는 창유리는 22㎜ 또는 24㎜ 복층창을 사용하는 것이 유리하고, 특히 열손실이 많거나 창면적이 큰 부위에는 로이유리를 사용토록 하거나 복층유리로 구성된 이중창을 설치토록 한다. 발코니 공간을 실내공간의 일부로 사용하는 경우에는 삼중창(복층유리창 + 단층유리창) 이상의 구조를 갖출 필요가 있다. 또한, 발코니와 복도공간에 철재 난간 대신에 가능한 단열벽체로 계획하여 열손실을 줄일 필요가 있다. 발코니와 복도에 있는 벽체는 단열재를 이용하여 단열처리를 함으로써 에너지절약 및 결로현상을 차단할 수 있다. 발코니 및 복도공간에 단열성이 우수한 단열새시 및 벽체단열을 실시하는 경우에는 약 5% 까지 난방에너지를 절감할 수 있다. 이것은 겨울철 난방비가 매월 10만원이 나오는 아파트에서는 단열성이 높은 발코니 공간을 확보함으로써 매월 5천원 정도의 난방비를 추가로 절감할 수 있다는 것을 의미한다.

고효율보일러 또는 지역난방방식의 적용

실내온도를 유지해 주기 위해 공급되는 난방열은 보일러에 의해 생산되고 공급된다. 따라서 보일러는 효율이 높은 제품을 사용하는 것이 유리하다. 총발열량기준 87%이상의 효율을 갖는 고효율보일러를 사용하거나 지역난방방식을 적용하는 경우에는 건물에서 소비되는 난방에너지의 약 8% 이상을 절감할 수 있다. 고효율보일러를 급탕용으로도 사용하는 경우에는 급탕에너지도 보일러효율 향상효과 만큼의 절감이 이루어진다. 이것은 겨울철 난방비가 매월 10만원이 나오는 아파트에서는 고효율보일러를 설치함으로써 매월 8천원 이상의 난방비를 절감할 수 있다는 것을 의미한다.

한편, 앞에서 제시한 에너지절약 설계기법을 적용하는 경우에는 전체적인 건물부하가 줄어들게 된다. 따라서 적은 용량의 보일러 등 설비시스템을 선택할 수 있게 되어 간접적인 원가절감효과가 추가로 발생할 수 있다.

기타에너지 절약적인 건축설계 및 설비시스템 도입

기타 아래와 같은 여러 가지의 에너지 절약적인 건축 및 설비시스템 도입을 통해 에너지절감을 도모할 수 있다.

• 각 세대의 현관에 방풍실 설치
• 외단열공법의 채택
• 각세대에 폐열회수형 환기장치
• 세대내 각 실별 또는 세대내 존별 실내온도자동조절장치 설치
• 거실에 전원 차단이 가능한 에너지절약 콘센트 설치
• 대향동의 높이에 대한 인동간격 확보
• 외기에 면한 주동 출입구에 방풍실을 설치하거나 방풍구조로 함
• 냉온수 순환, 급수 및 급탕펌프의 평균 효율(%)
• 기기,배관 및 덕트단열(건축기계설비 표준시방서에서정하는 기준의 20％이상)
• 열원설비의 대수분할, 비례제어 또는 다단제어 운전
• 보일러 또는 공조기의 폐열회수설비 설치
• 생활배수의 폐열회수설비 설치
• 급탕용 설비의 태양열시스템 설치
• 지열을 이용하거나 지역냉난방 또는 도시가스 냉난방의 시스템 설치
• 난방순환수 펌프의 대수제어 또는 가변속제어 등 에너지절약적 제어방식 채택
• 지하주차장 환기용 팬에 에너지절약적 제어방식 설비 컴퓨터 이용 자동제어시스템 또는 네트워킹·인터넷을 이용한 자동제어 시스템 설치
• 고효율 유도전동기 설치
• 간선의 전압강하 (%)
• 변압기를 대수제어가 가능하도록 뱅크 구성
• 수전전압 25kV이하의 수전설비에 직접 강압방식 채택
• 최대수요전력 관리를 위한 최대수요전력 제어설비 채택
• 수변전설비의 자동제어설비 채택
• 옥외등은 고휘도방전램프(HID램프)를 사용하고 격등조명과 자동점멸기에 의한 점소등이 가능하도록 구성
• 승강기 구동용 전동기의 에너지절약적 제어방식 채택
• 급수용 펌프 또는 가압급수펌프 전동기에 가변속 제어 등 에너지절약적 제어방식 채택
• 역률개선용콘덴서를 집합설치할 경우 역률자동조절장치를 채택
• 공동주택의 지하주차장에 300㎡이내 마다 2㎡이상의 채광용 개구부를 설치하며(지하2층이하 제외),
• 조명시설은 주위 밝기에 따라 전등군별로 자동점멸 또는 스케줄 제어가 가능하도록 하여 조명전력을 감소
• 분산제어시스템으로써 각 설비별에너지제어시스템에 개방형통신기술을 채택하여 설비별제어시스템간 에너지관리데이터의 호환과 집중제어가 가능한 시스템