1. 작성 목적

건물은 도시의 열섬(heat island) 현상에서 다면적인 영향을 끼치고 있다. 따라서, 건물 등에서의 열섬 대책 도입은 도시 전체적으로도 큰 효과를 기대할 수 있다. 또, 건물 소유자나 개발업자 등(이하, “건물 소유자 등”)은 열섬 대책 기술을 도입함으로써 “열섬 대책 효과”뿐만 아니라, 지구 온난화 대책 효과나 기업 이미지 향상 등도 기대할 수 있다. 본 보고서에서는 향후 열섬 대책 기술 도입을 검토하는 건물 소유자 등이나 기술 도입을 제안하는 사업자 등이 참고가 될 수 있도록, 건물에서의 열섬 대책의 기술 도입 필요성, 기술 보급 현황 및 과제 등을 정리하였다.

2. 건물과 열섬 현상

건물 등에서의 열섬 대책 기술로는, 녹화 등에 의한 건물 피복이나 부지 표면 등의 개선, 공기조절 기기 효율이나 건물 단열 성능의 향상에 의한 배열(排熱) 저감, 건물 배치나 형상 변경에 의한 통풍 촉진 등이 있다. 예를 들면, 건물로부터 배출되는 인공 배열(artificial exhaust heat)에 주목하면, 도시에서의 인공 배열의 약 절반은 건물로부터의 배열이 차지하고 있다는 조사 결과가 있다.

<업무용 건물에서의 에너지 흐름>

건물로부터의 인공 배열을 저감하려면, 공기조절 기기 효율의 향상, 건물 내에서 발생하는 조명 등의 에너지 소비량의 억제, 또 일사 등 외부로부터 들어오는 열을 경감하는 방법 등이 있다. 특히, 창이나 천장․벽면으로부터 건물에 들어오는 열(대기에 배출되는 열의 약 23%)을 차단하면, 공기조절 기기로 소비되는 에너지가 경감되어 결과적으로 대기로의 배열량을 큰 폭으로 저감할 수 있다.

3. 열섬 대책 기술의 보급 동향

가. 옥상 녹화․벽면 녹화

옥상 녹화나 벽면 녹화는 표면 온도의 상승을 억제하며, 거실 내로의 열의 침입을 저감해, 공기조절 에너지 소비를 감소시킨다.

일본 국토교통성이 매년 공표하고 있는 “전국 옥상․벽면 녹화 시공 실적 조사”에 의하면, 2010년 중에 새롭게 옥상 녹화가 27.2ha, 벽면 녹화가 7.2ha가 정비되어, 2000년부터 2009년까지 10년 간, 적어도 옥상 녹화는 약 272.7ha, 벽면 녹화는 약 31.7ha가 정비되었다. 벽면 녹화는 보행자 등에게 인식되기가 쉽고, 벽면 녹화를 이용한 외관이나 건물 정면의 디자인에 대한 주목으로 옥상 녹화에 비해 기술 도입이 쉬운 경향이 있다.

지역별 실적에서는, 도쿄도 자연보호조례에 근거한 옥상 녹화의 설치 의무화로 도쿄도의 비율이 높아지고 있다. 도쿄도에서의 제도 제정 이후, 효고현, 오사카부, 교토부, 사이타마현 등도 같은 제도를 제정하고 있다. 또, 나고야시나 요코하마시 등은 도시녹지법에 근거한 녹화 지역 제도를 도입해, 녹화 의무화를 실시하고 있으며 옥상 녹화뿐만 아니라 부지 내 녹화도 진행하고 있다.

옥상 녹화는 맨션 등의 집합주택에서의 시공 실적이 많은 경향이 있지만, 최근에는 교육 문화계나 의료계의 건물에서도 증가하고 있다. 옥상 녹화의 설치비용은 기술 혁신이 진행됨에 따라, 대략 5∼6만엔/㎡으로 저하되었다. 유지관리 비용은 대략 연간 1,500엔/㎡이다. 다만, 설치비용, 유지관리 비용 모두 시공의 형태 등에 따라 다르다. 벽면 녹화의 비용도 옥상 녹화와 마찬가지로 시공 형태 등에 따라 다르지만, 패널식 공법인 경우의 설치비용은 대략 8∼10만엔/㎡, 유지관리 비용은 연간 대략 6,000엔/㎡이다. 한편, 수목 등 식물의 생육 상태를 양호하게 유지하려면 적절한 유지 관리가 필요하지만, 계속적으로 필요한 유지 관리의 비용이 건물 소유자 등에게 큰 부담으로 인식되고 있다.

나. 보수성 포장․건축 자재

보수성(保水性) 포장은 아스팔트에 흡수․보수 성능을 가진 보수재를 충전하고, 강우나 살수에 의해 보수재에 흡수된 수분이 일사를 받아 증발해, 물의 기화열에 의해 노면 온도의 상승을 억제해 주변의 기온 상승을 억제하는 기술이다.

2003∼2007년에는 시공 면적이 많았지만, 2008년 이후 시공 면적이 감소하고 있다. 시공 방법은 1992년부터 연구를 시작되어 1999년에 오사카시에서 최초로 도입하였다. 2002년부터 국토교통성 간토(關東) 기술사무소가 실시한 “환경 포장 도쿄 프로젝트”나 도쿄도의 발주 공사를 계기로 도쿄도를 중심으로 시공 면적이 급증하였다. 그러나 대형 차량의 통과나, 교차로․주차장 등과 같이 핸들 조작이 많은 장소에서, 골재나 보수재가 비산(飛散)하는 사례가 발생하여, 공원 등처럼 자동차 교통 등에 대한 내구성이 요구되지 않는 장소 등이 보수성 포장의 적용 가능 장소에서 시공되고 있다.

광역 지자체(도도부현)별 시공 면적에서는 도쿄도가 대략 절반을 차지하고 있으며, 보수성 포장은 주로 지자체가 관할하고 있는 도로에 도입되고 있다.

수분을 함유하고 있기 때문에 표면이 오염되기 쉽고, 특히 관개(irrigation) 타입에서는 이끼 등이 자라 표면을 청결한 상태로 유지하기 위해서는 정기적인 청소가 필요하게 됩니다. 베란다용 보수성 건축 자재에서는 “배수가 좋다”, “맨발로 걸어도 뜨겁지 않다”고 하는 성능이 평가되고 있다. 보수성 포장은 통상 포장의 약 2∼3배의 비용을 필요로 한다.

다. 고반사율 도료

고반사율 도료는 태양광 중에서도 적외선 영역을 효율적으로 반사하는 특수한 안료나 재료를 도포 또는 충전하는 것으로, 표면 온도의 상승을 억제해 주변의 기온 상승을 억제한다. 또, 건물의 옥상이나 지붕면에 도포하여, 거실 내로의 열의 침입을 감소시키고, 공기조절 에너지 소비를 감소시킨다. 고반사율 도료의 출하량은 매년 증가하는 추세에 있다.

보수성 포장의 시공 면적이 감소 추세에 있는 가운데, 고반사율 도료를 포장면에 시공하는 차열성 포장은 2006년경부터 시공 면적이 성장하고 있다. 유지 보수가 불필요하다는 차열 포장의 특징도 시공 면적 증가에 기여하고 있는 것으로 보인다. 한편, 고반사율 도료의 시공면의 표면 온도 상승 억제 효과의 측정 방법에 대해서는 규격(JIS K5675)으로 명확하게 되어 있지만, 건물의 옥상면 등에 도입했을 경우의 실내의 공기조절 에너지 소비량의 억제 효과에 대해서는, 측정 수법이나 정량화 수법이 정해져 있지 않기 때문에, 신뢰성 높은 광고를 하기 어려운 상황에 있다. 건물 옥상면 등에 도포하는 고반사율 도료의 가격은 일반 도료의 대략 1∼1.5배이며, 차열성 포장은 통상 포장의 대략 2∼3배의 비용을 필요로 한다.

라. 유리창의 차열․단열 성능의 향상

(1) 일사 차폐 필름

유리창에 일사 차폐 필름을 부착하면, 일사 반사율을 높여 건물 내부로의 일사 투과량을 감소시켜 거실내의 냉방 부하를 저감시킬 수 있다. 이 외에도, 일사 차폐 필름은 유리의 비산(飛散) 방지 기능이 있으며 한신 대지진이나 동일본 대지진에서 그 효과가 인식되었다. 또, 하절기의 냉방 부하 절감 효과도 있다. 동절기에는 반대로 난방 부하가 증가하는 경우가 있는 것에 유의할 필요가 있지만, 일사가 내리쬐는 창가에서는 투과하는 일사량을 억제하기 때문에 동절기에도 쾌적성을 향상시키는 효과가 있다. 재료비와 시공비를 합해 대략 1.2∼1.6만엔/㎡이 소요된다.

(2) Low-E(Low-emissivity) 복층 유리

거실 내로 투과하는 일사의 열이나 창가를 관류(貫流)하는 열 등 건물의 개구부(창이나 문)로부터 출입하는 열량은 적지 않다. Low-E 복층 유리는 일사의 투과도 억제할 뿐만 아니라 단열 성능이 뛰어나기 때문에, 하절기와 동절기의 공기조절 부하를 감소시키는 효과가 있다. 특히, 동절기에는 창면의 결로가 적게 하는 것으로 평가되고 있다.

최근의 신축 단독 주택에서는 복층 유리가 약 90%, Low-E 유리가 약 50% 보급되어 있지만, 집합주택에서는 원래 단독 주택보다 개구율(aperture ratio)이 낮고 단열 성능이 높아 보급율이 낮아지고 있다. 커튼월(curtain wall) 등의 업무 빌딩에서는 지금까지 제품 강도상의 이유로 유리창의 복층화가 어려운 상황이었지만, 기존의 단판 유리에 옥내로부터 Low-E 유리를 추가해 새시(20mm 이하)를 부가하는 기술 개발이 진행되고 있다. 맨션에 도입하는 경우, 10㎡당 복층 유리가 대략 12∼13만엔, Low-E 복층 유리는 대략 15∼16만엔이 소요된다(공임 포함).

마. 지중열 히트 펌프

연중 거의 일정 온도의 지중의 열(지하수 등)을 하절기에는 냉열, 동절기에는 온열로 이용해, 냉난방이나 급탕을 위한 열 교환을 실시하는 기술이다. 공기 열원 히트 펌프에 비해 열 교환 효율이 높다. 지중열 히트 펌프 기술은 1980년대에 이미 미국이나 북유럽을 중심으로 냉난방 시스템으로서 보급되었다. 일본은 2002년 이후부터 설치 건수가 연간 20건을 넘었으며, 2006년경부터는 급속히 건수가 증가해, 2009년까지 누계로 600건 가까이가 도입되었다. 건물 등의 냉난방․급탕․융설(melting of snow) 등 열 수요가 많고, 또 동절기의 공기 열원의 히트 펌프의 효율이 저하하는 한랭 지역에서 도입이 많다. 굴착이나 시추 등의 공사를 수반하기 때문에, 초기 도입 비용이 높은 경향이 있다. 설치비용은 주택의 경우에 대략 300∼400만엔 정도, 업무용 건물에서는 채열 방식 등에 따라 크게 다르다.