1. 서론 :

이 보고서는 국제에너지기구 태양열 냉난방 프로그램 Task 37에서 수행되었던 내용이다. 이 보고서에서는 각 공동주택, 단독주택, 저층연립주택, 전통건축물, 옥탑층을 갖고 있는 아파트 60개의 주거 리모델링을 통해 상당한 에너지 저감을 달성했던 대표적인 프로젝트에서 얻은 기술적인 경험을 정리 분석하였다. 이 사례는 오스트리아, 벨기에, 캐나다, 스위스, 독일, 덴마크, 이태리, 네덜란드, 노르웨이, 스웨덴 10개국에서 수집한 기술자료이다.

 

주택의 리모델링 성공여부는 다음과 같은 전략의 조화로운 결과이다.

- 환기와 열 생산을 위한 효율적인 시스템 설치

- 태양광발전 시스템이나 태양열 시스템을 추가

- 생태학적인 영향을 최소화

- 삶의 질을 향상하기 위한 주거시설 재설계

 

기존주택의 리모델링 1 단계는 지속적으로 공기 누설을 제거하고 낡은 창호를 효율적인 품질 좋은 창호로 교체하는 동시에 단열성능을 추가하였다. 2 단계는 태양열 시스템과 같은 에너지보존수단을 이용하였다. 전기를 높은 가격으로 전력회사에 판매하는 수용가와 같은 장소에서는, 지붕에 탑재된 태양광발전 시스템은 리모델링을 위한 패키지에 추가적인 요소가 되었다.

공간난방과 온수난방에 소요되는 1차 에너지 소비량은 90%까지 저감되었다. 이것은 2차 에너지가 아니라, 에너지를 생산하는데 필요한 에너지원을 고려하고 있기 때문에, 더욱 효율적이다. 캐나다의 3가지 사례와 유럽에서 수행했던 접근방식은 각각 다른 방법으로 에너지저감목표를 달성하였다.

 

 

 

[그림 ] 건축요소 변경에 따른 리모델링 프로젝트 분류

 

리모델링 대상 건축요소:

 

60개의 프로젝트를 [그림 1]과 같이 건축요소 항목에 따라 구분하였다. 그 중 가장 많이 적용된 리모델링 요소 3가지는 다음과 같다. 외 단열, 열교현상을 없애고, 필요공간을 확보하기 위해 만든 발코니 신설, 바닥 재설계.

 

단열 :

 

그림 2는 건물 외피의 위치에 따라, 단열재를 사용하여 어느 정도로 열관류율이 저감되었는지를 보여주고 있다. 가장 개선이 많이 된 항목은 창호부분이다. 열관류율은 창호프레임과 유리에 적용되고 있다. 대부분의 프로젝트에서 3중 유리와 고품질 창호프레임으로 사용되고 있다. [그림 1]에서 보는 바와 같이, 19개의 프로젝트에서 창호를 교체했을 뿐만 아니라, 창호면적도 확장했음을 알 수 있다. 창호가 없는 벽체와 지붕부분에서는 에너지저감이 가장 컸다. 지붕단열은 특히 여름철 안락한 실내환경을 위해 특히 중요하다. 지하층 천정 단열은 지상층의 에너지 저감에 효율적인 요인이다. 10개의 프로젝트는 ‘패시브하우스 기준’을 만족하였고, 3개는 거의 ‘패시브하우스 기준’에 근접하고 있다.

 

 

[그림2] 리모델링 전후의 열관류율 비교

 

 

기술적인 시스템:

34개 프로젝트는 태양열 시스템을 적용했고, 그 중 6개는 급탕온수와 공간난방을 동시에 만족하도록 설계되었다. 진공튜브형 집열기가 사용된 프로젝트는 13개였다.

 

 

[그림3 ] 프로젝트별 시스템요소기술 적용 분류

 

태양광발전 시스템은 18개 프로젝트에 설치되었고, 총 전력생산량은 132 kWp 였다. 아파트건물에서 가장 큰 태양광발전시스템은 아파트건물에 적용되었고, 5개의 시스템은 10~19 kWp 전력량을 생산능력을 갖췄다. 난방수요는 리모델링 이전에 설치했던 콘덴싱 가스보일러였고, 다음으로 가장보편적인 난방수요는 히트펌프였으며, (15개 프로젝트 중, 6개 프로젝트는 지열원을 이용함) 12개 프로젝트는 우드펠렛이 사용되었다. 6개는 소형열병합발전이 적용되었으며, 3개는 기름난방이 적용되었고, 곧 교체예정으로 되어있다.

60개 프로젝트 중에서, 51개는 열 회수 형태로 기계적인 환기시스템을 적용하였다. 39개의 대다수 프로젝트에서 중앙집중식 시스템이었다. 11개의 프로젝트는 지중터널에 묻힌 공급공기로 미리 예열하였다. 실내공기를 예열하기 위한 태양열 공기집열기가 설치된 프로젝트에서는 열교환 효율이 84%였다.

 

성능 :

60개 프로젝트 평균적으로, 76퍼센트의 에너지 저감을 달성했고, 10개 프로젝트는 공간난방, 온수난방과 시스템에 소요되는 전기에너지 소요량의 90%이상 에너지 저감을 달성했다. [그림 4]와 같이, 리모델링 전과 후를 비교하였다. 이 그래프에서 보듯이, 모든 주거형태에서 에너지저감이 가능하였다.

 

 

[그림4] 각 프로젝트별 에너지저감 비교

 

이 보고서에서는 아파트 단지, 연립주택단지, 단독주택단지, 전통적인 건축물, 옥탑방이 있는 아파트 건물로 분류하여 성능평가를 통해 얻은 경험을 보고하였다. 각각의 프로젝트는 4~8페이지 브로셔로 구성하였다. 10개 국가로부터 구성한 각각의 프로젝트 구성은 아래 [표 1]과 같다.

 

 

 

2. 아파트 리모델링

 

25개 프로젝트의 아파트건물에 대한 리모델링 기술개요는 아래와 같다.

 

1) 건물외벽에 단열재 200~300mm 두께 추가설치

2) 열교현상이 발생되는 오래된 발코니를 제거하고, 새로운 발코니로 개축

3) 중앙집중식, 또는 개별 배열회수환기장치를 통해서 건물외피 기밀성 향상

4) 태양광발전, 태양열 급탕시스템을 설치

5) 신재생에너지로 난방보조 장치를 대체

단열성능 개선하여 향상된 열관류율 기준은 아래 표와 같다.

 

 

3. 저층 연립주택 단지 리모델링

 

저층연립주택단지에 대한 리모델링 주요요소기술은 다음과 같다.

1) 다락방이나 지하층 천정에 단열재를 추가설치

2) 창호와 출입문을 교체

3) 건물외피를 단열하고 새로운 마감재료를 추가설치

4) 보일러와 급탕용 히터를 교체

5) 급탕용 온수와 태양열 시스템을 연계

6) 기계환기에 배열회수장치를 추가

7) 공공지원이 가능하다면, 전기생산을 위한 태양전지 패널을 추가

8개의 저층형 연립주택단지의 리모델링 결과를 보면, 난방, 급탕, 전기부분의 1차에너지를 310 kWh/m² 에서 64 kWh/m² 로 84% 에너지 저감하였다.

 

4. 단독주택 단지 리모델링

 

단독주택 단지 15프로젝트에서 수행된 주요 리모델링 요소 및 기술동향은 3. 저층형 연립주택 단지의 항목과 동일하였다. 1차에너지원 기준으로 평균 74% 에너지가 저감되었다. 단독주택 단지 건물외피별 열관류율 개선량은 다음과 같다.

 

 

5. 역사적인 전통주거단지 리모델링

 

역사적인 전통주거단지에 대한 리모델링 주요요소기술은 다음과 같다.

1) 다락방이나 지하층 천정에 단열재를 추가설치

2) 현대적인 창틀을 추가하고 기존창호안쪽에 실내유리를 추가

3) 보일러와 급탕용 히터를 교체

4) 실내벽체를 단열

5) 기계환기에 배열회수장치를 추가

6) 건물후면 경사지붕쪽에 태양집열기와 태양전지패널을 추가

이 주거단지에서는 1차에너지가 264 kWh/m² 에서 48 kWh/m² 까지 감소, 평균적으로 81% 에너지 저감하였다.

 

6. 다락방이 있는 옥탑층 아파트:

 

이 주택유형에서 수행된 리모델링 작업은 다음과 같다.

1) 벽체를 단열하고 특히 지붕단열을 수행하여, 여름철 열섬현상을 가장 많이 완화

2) 조망권을 최대로 확보하면서, 극단적으로 단열창호를 사용하여 에너지 성능확보

3) 태양열 급탕시스템 추가설치로 공간난방시스템에 기여, 초기설비 투자회수가 가능한 경우, 태양전지 설치

4) 기계환기에 열교환기를 추가