지속가능한 에너지 사용을 위한 건물 단열

기후위기, 고유가 시대, 에너지 안보 차원에서 지속가능한 에너지 사용은 미래에 대한 대비이며, 현재의 사회에서 꼭 해결해야 하는 이슈입니다. 에너지 공급과 사용은 한 나라의 안정과 번영, 발전에 깊은 관계가 있습니다. 건물에서의 에너지 사용은 각 나라마다 차이가 있으며 우리나라의 경우 국가 전체 에너지의 약 18%의 비중을 건물 에너지가 차지합니다. 국가가 선지화 될수록 그 비중은 40% 수준으로 높아진다고 합니다.

건물에서 에너지를 사용함에 있어 지속가능한 에너지 사용 방안을 위한 건물 단열의 내용과 중요성에 대해 알아보겠습니다.

 

 

건물의 지속가능한 에너지 사용의 의미

건물의 에너지 사용에 대한 오늘날의 숙제

건물이 사용자나 소유자에 의해 사용되기 시작한 후 폐기될 때 까지 전체 수명기간 동안에 "에너지 소비량"은 가장 큰 비용과 환경영향을 미치는 주범입니다. 이 때문에 지속가능한 건축 또는 친환경 건축물에서 에너지의 효율화 및 절약은 매울 중요한 목표이며 해결해야 할 숙제입니다. 국가의 탄소중립을 달성하기 위해서도 국가 전체 에너지 사용에 의한 온실가스 배출량의 약 22% 이상을 차지하는 건물부문에서의 역할은 중요합니다. 

현대의 건축가들은 건물을 설계할 때 전문 엔지니어들과 다양한 패시브적 건축 기술과 액티브 기술을 사용하여 건물의 에너지 수요를 줄이고 신재생에너지 기술을 통해 필요한 에너지를 생산하려고 노력하고 있습니다.

 

지속가능한 에너지 사용을 위한 건물의 효율화 단계

건물의 패시브적 단계

친환경 건축물은 건물의 배치를 통해 자연환경을 활용하고 건축적 요소를 통해 에너지 부하를 줄이는 건축적 방법을 우선적으로 적용하고자 해야 합니다. 즉, 주변의 지형, 수목, 일사, 자연통풍과 같은 지역적인 자연 환경 자원을 건축적 요소로 최적화하는 것입니다. 

건물의 액티브적 단계

건물 내의 최소화된 에너지 요구량을 고효율 설비와 같은 액티브 기술를 통해 에너지 절감을 유도하여 최종 소비되는 에너지량을 적게 만드는 방식을 따르게 됩니다. 에너지 요구량이 줄어들게 되면 설치해야 하는 열원 및 공조 설비의 용량도 작아지게 되며 더욱 콤팩트하게 됩니다. 이는 건설 비용의 절감과도 영향을 줍니다. 일부 지속가능한 건축물의 표본들은 화석연료의 사용을 줄이고 설치된 재생에너지 설비를 통해 온수 및 전기를 자체적으로 생산할 수 있습니다. 남은 에너지는 에너지저장장치에 축적하거나 전력 그리드를 통해 전기를 외부로 공급할 수도 있습니다.

 

건물에서의 에너지 사용을 줄이고 화석연료의 사용을 줄이는 것은 온실가스 배출을 줄이고 환경오염를 줄이는 효과를 가져오며 화력 발전소의 가동을 줄여서 미세먼지의 발생을 낮추게 되어 지속가능한 발전을 가져오게 됩니다.

 

지속가능한 에너지 사용을 위한 건물의 단열

건물에서 에너지 사용을 지속가능한 방식으로 처리하기 위해서는 건물의 난방과 냉방, 환기에 요구되는 에너지를 줄여야 합니다. 이를 위해서 가장 기본이 되는 것이 건물의 단열입니다. 단열이 잘 된 건물은 난방, 냉방 및 환기에 있어 에너지가 덜 필요하게 되고 비용 효율적이게 됩니다. 

건물의 단열은 우선 건물의 형태, 방위, 실내 존의 위치 및 냉난방 공간의 조닝, 외기에 면한 창문의 크기와 방향, 건물의 체적 대비 외피 면적 등이 고려되어야 합니다. 이들은 건물의 용도와 건축가의 디자인 컨셉 그리고 대지의 위치와 형태에 영향을 많이 받습니다. 

외피 단열

건물의 열손실은 외벽, 창호, 지붕 및 바닥을 통해 많이 일어나게 됩니다. 따라서 이곳에 단열재를 설치하고 단열을 강화하여야 합니다. 많은 국가에서 이러한 건물 부위별로 각각의 단열성능을 법적 기준으로 제시하고 있으며 인허가를 위해 지켜야 할 조건으로 제시하고 있습니다. 단열 성능은 단열재의 열전도율값과 설치된 단열재의 두께가 큰 영향인자입니다. 또한 단열재의 설치 위치가 골조의 내측인지 외측인지도 중요하게 다루어집니다. 일반적으로 골조의 외측에 단열재를 설치하는 외단열 공법이 열교를 차단시키므로 단열 성능이 높다고 할 수 있습니다.

 

창문의 단열

창문은 일사로부터 실내로 열 유입이 가능하게 하며  외부 전망과 빛 환경을 확보하는 통로로써 중요한 요소입니다. 창문은 열손실이 높은 유리와 창틀을 통해 열 손실이 발생하므로 이를 최소화하도록 노력해야 합니다. 창은 이중 또는 삼중 유리를 사용하거나 유리사이에 절연 가스를 채우기도 하며 유리에 방사율이 낮은 로이(Low-E) 코팅을 함으로써 창문의 단열 성능을 높이게 됩니다. 여름철에 유리 상부나 측면에 차양장치를 설치하여 과도한 태양광의 살내 유입을 방지하여 냉방의 필요성을 줄일 수 있습니다.

 

통합 설계의 필요성

우리나라와 같이 사계절이 있는 기후에서는 통합된 에너지 효율화 방안이 지속가능한 에너지 사용을 높기게 됩니다. 건물의 단열이 잘되고, 주변 자연환경을 건물에 잘 이용하며 손실되는 열을 회수하여 재활용하고 고효율 에너지 설비를 채택하고 재생에너지를 사용을 설계단계에서부터 잘 통합하여 건물을 설계하고 적용하는 것입니다.