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스스로 탄소를 절감하는 친환경 '탄소제로'건물을 만나다국립환경과학원 지구환경연구동 탄소배출 제로화 구현 중

[솔라투데이 탄소제로 최홍식 기자] 파리기후변화협정 체결 이후 구축된 신기후체제에서 기후변화 대응은 범 국가적 이슈가 되었고, 온실가스 감축은 의무가 되었다. 이산화탄소 배출을 줄이기 위해 신재생에너지 설비를 사용하는 사례가 증가하고 있다. 

국립환경과학원 지구환경연구동 [사진=국립환경과학원]

자연에너지 및 슈퍼단열 등으로 탄소배출 제로화를 구현하고 스스로 탄소를 절감하는 ‘탄소제로 건물’ 역시 신기후체제에서 저탄소 미래사회를 이끌 대안으로 관심이 집중되고 있다.

국립환경과학원 지구환경연구동은 탄소배출 제로 건물이다. 이 건물은 건물 내에서 소비되는 에너지를 자급자족하며 화석연료를 사용하지 않아 탄소배출 제로 건물이다. 온실가스 감축을 위해 국제사회에서 추진되는 노력에 부합하는 건물로 미래 저탄소 사회를 위한 새로운 비전이 되고 있다. 

탄소배출제로 달성을 위해 66가지의 친환경 기술 적용
지난 2011년 준공된 지구환경연구동은 에너지 분석 시뮬레이션을 통해 건물의 특성과 용도에 적합하고 에너지 소비를 최소화 할 수 있는 기술들이 집약돼 있다. 지상 2층, 지하 1층으로 구성된 지구환경연구동에는 자연채광과 슈퍼단열 등 건물에너지 절약 기술과 태양광, 지열 등 총 66가지의 자연에너지 기술이 적용돼 있다. 

30종의 건물에너지 부하 절감 기술과 18종의 건물에너지 효율 기술이 반영돼 있으며, 13종의 신재생에너지 기술과 5종의 친환경 요소 기술도 이 곳 지구환경연구동에 적용돼 있다. 

탄소배출제로는 건물 내 소비되는 에너지를 에너지부하 절감 기술을 이용해 에너지 사용량을 저감한 후 부족한 에너지는 자연에너지 기술을 이용해 충당함으로써, 연간 건물에서 배출되는 온실가스를 제로화 하는 것을 의미한다. 

앞서 언급한 에너지 분석 시뮬레이션을 통한 에너지 사용량 및 절감량을 예측한 결과 국립환경과학원 지구환경연구동의 총 에너지 부하는 123.9kWh/㎡이었으며, 에너지 부하 절감기술로 40%, 자연에너지 기술적용으로 60%를 절감함으로써 탄소배출제로를 구현하고 있다.

슈퍼단열, 자연채광 덕트, 마이크로 루버 등 건물에너지 효율 기술 적용
지구환경연구동은 설계당시부터 건축요소들이 일조, 일사, 자연채광 등의 태양에너지 이용 및 신재생에너지 시스템 설치시에 장애가 되지 않도록 음영요소를 배재하는 기술로 설계됐다. 주간과 야간의 에너지 부하에 따른 벽체, 지붕, 바닥 등의 열손실을 최소화하기 위해 ‘슈퍼단열’ 기술이 적용됐으며 열손실을 최소화한 열관류율 값과 방수, 방습, 방음, 단열 및 기밀 성능을 충족하도록 창호 및 창호일체형 태양광 시스템 설계 기술인 ‘고기능 프로파일’ 기술도 활용됐다.

이와 함께 ‘고기능 삼중유리’ 기술도 적용됐다. 이 기술은 열관류율, 방음 및 차폐 등의 요구 성능을 충족하는 고기능 창호 유리를 사용한 설계기술로 실내·외간의 불필요한 열전달을 제어한다. 

탄소배출제로 건물답게 지구환경연구동은 자연채광을 활용하는데도 적극적인 기술이 반영돼 있다. 건물 중심부의 아트리움 공간을 통해 자연 채광과 환기를 실시하고 있으며, 천정부에 투광율이 낮은 박막투과형 모듈을 적용해 불필요한 일사를 제어하고 있다. 또, 고정식 유리내장 마이크로 루버 시스템으로 직사광선은 반사시키고 북측의 루버는 천공광을 유입시켜 냉방부하를 감소시킴과 동시에 부드러운 자연 채광을 제공하고 있다. 

지구환경연구동 연구실에서는 실내조도를 400Lux로 유지하고 있으며, 자연채광을 통해 400Lux보다 밝은 조도가 유지되면 국부조명은 꺼지도록 설계돼 있다. 

집광부와 광이송부, 산광부로 이뤄져 있는 자연채광 덕트는 환기 일체형으로 창으로부터의 자연광 도달이 어려운 위치에 설치돼 조명부하 저감에 기여하고 있다.

태양광발전의 다양한 기술 적용 및 친환경 요소 활용
에너지를 직접 생산하기도 하는 이 건물에는 13종의 신재생에너지 기술이 적용됐는데 대부분 태양광 관련 기술을 활용하고 있다. 건물일체형 태양광 시스템(BIPV)을 기반으로 벽일체형, 지붕일체형, 벽일체 결정성, 경사설치 결정성 태양광 시스템 등의 기술이 건물에 반영돼 있다. 건물에 적용 가능한 태양광발전 기술의 총 집합체라 할 수 있을 만큼 다양한 태양광 기술이 접목됐다. 

BIPV를 적용한 태양광 패널은 지구환경연구동 건물 표면적의 32%를 차지하고 있으며, 총 871개의 패널이 설치돼 있다. 총 116kWp의 발전용량을 나타내며, 전면부에 55kWp, 옥상부에 61kWp가 설치돼 있다. 

태양광발전 기술 이외에도 태양열과 지열의 하이브리드 기술이 사용돼 열부하 분담과 냉난방 효율 증대에 기여하고 있으며, 에너지원별 통합 모니터링 시스템을 통해 전기부하원별, 열부하원별, 신재생에너지원별로 모니터링을 실시하고 있다. 

지열 시스템은 지하 200m에 16개의 열교환기가 설치돼 있는데 냉난방시 물의 온도를 각각 12도와 45도로 유지하고 있다. 

그 밖에 재활용 가능한 자재를 사용해 건물을 지었으며, 휘발성 유기 화합물 등 실내환경에 유해한 물질을 적게 포함한 친환경 재료를 사용했다. 또한, 절수형 수전 및 위생기기를 통해 물 절약도 실천하고 있다.

기후변화 대응에 대한 관심 높아지면서 탄소제로 빌딩 탐방 증가
에너지 절감과 탄소배출 제로를 추진하고 있는 국립환경과학원 지구환경연구동은 2012년 완공 이후 올해까지 총 592,081.0kWh의 전력을 생산했다. 그 동안 생산된 전력에서 사용한 총 전력을 빼면 잉여전력을 도출할 수 있다. 지금까지 지구환경연구동의 잉여전력은 약 31.334kWh로 이는 산업통상자원부 기준에 따라 4인 기준 1,000가구가 한 달간 사용가능한 전력량이다. 산업통상자원부에 따르면 4인 가구의 한 달 전력사용량은 약 350kWh다. 지구환경연구동의 잉여전력은 국립환경과학원 내 다른 건물로 전송되어 활용되고 있다. 

신기후체제에서 저탄소 미래 사회를 이끌어 갈 지구환경연구동은 탄소배출 제로 건물이라는 특징 때문에 많은 사람들이 관심을 갖고 방문하고 있다. 올해 8월까지 베트남, 홍콩, 대만, 일본 등 20여개 국가에서 총 1만2,499명이 방문했다. 내국인의 비율이 높고 현장견학 차원의 방문이 많았으나 자료조사와 벤치마킹을 목적으로 한 사람들도 다수가 방문했다.

[최홍식 기자 (st@infothe.com)]

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