1-08. 열원의 선택과 신재생에너지

 이 글은 주택(소규모건축물)에 들어가는 열원과 이를 보조하기 위한 신재생에너지에 대한 이야기이다. 

보일러의 선택

 신축시 이 선택에 대해 고민을 하시는 분이 의외로 많았는데, 보일러 회사보다는 원료를 어떤 것을 사용할 것인가? 에 대한 고민이 많았다. 

이 문제는 사실 그리 고민할 것이 없기도 한데, 도시가스가 들어오는 지역이면 무조건 도시가스 보일러를 선택하면 된다. 재론의 여지가 없다.

 그 외의 지역은 등유보일러냐, LNG냐 인데 비용을 생각하면 당연히 등유보일러를 사용하는 것이 맞는데, 조리는 가스로 하기에... 등유보일러도 설치하고, LPG(가스통)도 설치하는 것이 과연 맞는가를 고민하는 경우가 대부분이다.

 결론부터 이야기하자면 그렇게 하는 것이 맞다. 

 만약 패시브하우스 수준으로 신축을 할 경우 그 집은 난방에너지를 거의 사용하지 않기 때문에 LPG로 난방을 하더라도 비용 부담이 없을 수 있다. 그러나 보일러로 급탕 (더운물 생산)을 해야 하기에 난방만을 고려할 수는 없다. 

 패시브하우스라고 할지라도 급탕에너지를 줄일 수 있는 것은 아니기 때문이다. 그러므로 조금은 번잡할 지라도 도시가스 이외의 지역은 난방/급탕을 위한 등유보일러와 조리를 위한 LPG를 각각 설치하는 것이 에너지비용에 도움이 된다.

 물론 이 열원의 배달(?)도 고려해야 하므로 변수는 남아 있다.

 최근에는 전기조리기구(인덕션, 하이라이트)가 발달해서 조리를 위한 열원으로 LPG를 사용하지 않는 경우도 많으나, 꼭 가스불에 요리를 해야 마음이 편하신 분도 의외로 많기에 이 역시 고려해야 할 변수 중 하나가 될 수 있다. 

 다만 이런 분을 위해 조언을 드리자면, 무언가 실내에서 연소(산소를 태우는 것)를 하는 것은 나와 가족 건강을 위해 좋지 않다. 아주 오래전 어느 집에나 거실에 있었던 작은 등유보일러가 사라졌듯이, 실내 공기질을 위해서 이제는 가스레인지를 포기하는 것이 옳다. 

 그러므로 다른 변수의 영향이 작다면, 보일러는 도시가스>등유>LPG 의 순서로 고려를 하면 되고, 조리는 전기기구를 사용하는 것이 가장 경제적이고 건강에 좋고, 단순하다.

에어컨의 선택

 에어컨의 광고를 보고 있으면, 아직 우리나라가 갈 길이 멀다는 생각을 자주 하게 된다.

 보일러도 그렇지만 특히 내 집에 맞는 에어컨을 선택할 때 항상 “평형”으로 고르게 된다. 

 이 것을 조금만 깊게 생각을 해보면 아이러니한 상황이 된다. 단열이 거의 되지 않은 매우 오래된 30평 주택도 30평형의 에어컨을 사고, 단열 규정이 비교조차 되지 않도록 강화된 최근에 지어진 주택도 30평이면 30평형 에어컨을 산다는 것이다. 분명 한쪽은 크게 모자라고 한쪽은 크게 남아도는 상황일 터인데, 우리나라는 이 것에 대한 구분이 아직 없는 국가라고 볼 수 있다.

 이 문제를 이 글에서 더 깊게 들어가는 것은 어려워 보이지만, 이 문제를 가장 쉽게 해결하는 방법은 “인버터방식”의 에어컨을 구입하는 것이다. 이 방식은 실내 온도에 따라서 (과학적 표현은 아니나) 약하게 돌 때는 기기가 알아서 사용 에너지를 최소화하는 방식으로 가동이 되기 때문이다. 대부분의 에너지효율등급 1등급 제품이 이러한 방식을 채택하고 있다. 물론 초기투자 비용이 높지만 3년이상 사용하면 이 비용을 뽑을 수 있다. 특히 올해처럼 무더운 여름이 계속될 전망이기에 인버터방식의 에어컨은 이제 필수가 되는 것이 좋다.

<주택의 단열수준과 상관없이 면적으로 선택을 하고 있는 에어컨 - 브랜드와 아무 상관없으므로 LG가 보시더라도 널리 이해를 바랍니다.> 

 패시브하우스는 냉방에너지도 작게 든다. 그러나 전제조건이 있다. 외부에 “차양”이 있어야 한다. 

 이 점은 이미 앞선 글에서 다룬 바가 있다. 이 외부차양이 제대로 설치된 패시브하우스는 “계산상” 기존 평형의 1/3의 용량을 선택해도 된다. 즉 100평 집에 20평형 에어컨을 선택해도 “용량”은 맞다. 그러나 이 역시 옳은 것은 아니다. 냉방 용량 측면에서는 맞는 말이나, 냉방은 바람의 세기와 밀접한 관계가 있다. 작은 평형 에어컨에 있는 팬과 큰 평형 에어컨에 있는 팬의 용량도 다르기에, 계산 상의 용량만으로 에어컨을 설치하면 체감상 냉방이 안되고 있다고 느낄 가능성이 높다. 

 그러므로 패시브하우스라고 할지라도 너무 작은 용량을 선택하기 보다는 기존의 절반 정도의 용량에 서큘레이터 (공기 순환용 선풍기)와 같은 기기를 함께 사용하는 것이 쾌적감을 높일 수 있고, 동시에 에너지 절감에 도움이 된다. 물론 인버터방식이어야 한다.

태양광발전

 여러 가지 보조금 정책에 힘입어 주택에서의 태양광발전설비는 이제 매우 흔한 풍경이 되고 있다. 

 그러나 이 보조금 액수가 점차 줄어들고 있고 경쟁도 치열하기 때문에, 신축주택과 타이밍을 맞추기가 쉽지 않다. 최근에는 렌탈 개념의 임대형 태양광보급 사업도 활발하므로, 보조금만 기다리면서 때를 놓치지 말고, 여러 가지 경우의 수를 고려해 보는 것이 좋겠다. 또한 설비의 가격도 계속 낮아 지고 있기 때문에 보조금없이 구입을 하거나, 그냥 구입을 하거나 그리 큰 비용의 차이를 보이지 않는다. (물론 크다면 큰 비용이다.)

 보조금의 규모도 지자체마다 조금씩 다르고, 매년 변경될 가능성이 있기 때문에 각 지역의 태양광발전설비 담당과 미리 상의를 해보는 것이 좋겠다. 주로 “지역경제과”와 유사한 이름의 부서에서 담당을 한다.

이 태양광설비는 향별, 설치 각도별로 발전량이 달라진다.

<각도별, 향별 태양광 발전 효율, 단위:% - 지역별, 년도별 오차가 있음을 감안> 

가정용으로 보조금을 받을 수 있는 최대 용량이 3kWp 이다. 이 용량이 의미하는 것은 햇빛이 적정한 각도일 때, 한 시간 동안 발전하는 최대 발전량을 의미한다.

 태양은 떴다 지고, 눈도 오고, 비도 오기 때문에 하루에 발전할 수 있는 시간을 알아야 월간 발전량을 추정할 수 있다.

 이 하루 발전시간이 우리나라의 경우 평균 3.5시간 정도이다.

 즉 태양광발전 용량에 3.5시간을 곱하면 하루 발전량이 된다는 의미이다.

한달 발전량은 설치 용량이 3kWp 일 때, 3x3.5x30 = 315 kWh 로 계산될 수 있다.

 위의 효율표와 비교해 보면, 이 설비를 남향에 약 30도로 설치를 하면 315 kWh 가 발전이 되고, 이를 서향에 15도로 설치를 하면, 315 x 0.84 = 264 kWh를 한달동안 생산해 낼 수 있다는 뜻이다.

 만약 보조금을 받고자 한다면 이 효율의 100%를 구현할 수 있는 위치와 각도로 설치되기를 강요받는다.  여기에서 생각해 볼 것이 있다. 이 “강요”가 과연 옳은 가라는 것이다.

 물론 소비자 입장에서는 돈을 들여서 설치한 것이 최대한의 에너지를 생산해 내는 것이 좋을 것이다. 그러나, 그게 다는 아니다.

 아래와 같은 예가 적당한데, 이런 식으로 설치되는 태양광발전은 두가지 측면에서 무모하다.

 첫 번째, 언젠가는 방수층이 손상되어 누수로 이어질 확률이 높고,

 두 번째, 마을(도시) 미관에 대한 시각적 폭행이라고 볼 수 있다.

즉, 이런 설치는 도시도 죽고, 건물도 죽고, 결국 태양광발전도 다 죽는 결과를 낳는다.

그러므로, 비록 효율 측면에서 손실이 있다고 하더라도 영구적 누수 방지와 도시 미관을 위해 이 “남향 강요”를 없애야 한다. 

 또한 설계 초기부터 태양광패널의 설치와 효율을 고려한다면 더할 나위가 없다. 

<우리 협회 표준주택>

 평지붕의 경우 아래 사진처럼 방수층의 훼손없이 자체의 무게로 안전성을 유지할 수 있도록 하면서 미관도 고려한 설치가 가능하다.  

 해외에는 이를 위한 전용제품도 있으나, 우리나라의 경우 태양광패널 시공사와 미리 협의를 해야 한다.

 경사지붕은 금속지붕, 기와, 아스팔트슁글 등의 재료에 따라 방수층의 손상없이 설치할 수 있는 보조재료가 있으나, 아직까지 우리나라에는 없어서 아마존같은 해외 쇼핑몰에서 구매를 해야하는 불편함이 있다. <더 자세한 내용은 링크 참조>

 이런 제품을 사용하고 싶은데, 태양광패널 회사는 "법적으로 불가능하기 때문에 무조건 방수층의 훼손이 되든 말든 구조체와 연결을 해야 한다"고 이야기하는 회사가 대부분인데, 이는 법을 잘못 이해하고 있는 것이다.

 구조체와 연결을 하지 않을 경우 구조기술사의 확인서를 첨부하면 설치가 가능하다. 

 설계 단계에서 태양광패널의 설치를 고려하기 위해서는 1kWp 당 필요한 지붕면적을 알아야 한다. 패널의 효율에 따라 다소 차이가 있지만 7제곱미터/1kWp 정도로 하면 무리가 없다. 즉 3kWp의 용량이라면 지붕의 면적이 21제곱미터 정도가 필요하다.

 나머지는 태양광패널이 생산하는 직류의 전기를 교류로 바꾸어 주는 인버터의 위치를 고려해야 한다. 최근 대부분의 인버터가 옥외설치 가능한 제품으로 나오고 있으므로, 예전처럼 실내에 적정공간을 확보할 필요는 없으나, 실내에 설치되기를 희망한다면 약간의 소음과 열이 나므로 이를 고려하여 위치를 결정해야 한다.

 이 모든 것을 떠나서 태양광패널을 설치할 때 가장 최우선으로 고려해야 할 것이 하나 있는데, 바로 음영(그림자)를 피해야 한다는 것이다.

태양광패널은 손바닥만한 셀들이 모여서 큰 전력을 만들어 내는데, 이 셀들이 모두 직열로 연결되어 있기에, 셀들 중 하나에 그림자가 떨어지면 전체 발전량이 매우 크게 저하되기 때문이다.

 아래 두 가지 예는 모두 거의 발전을 기대할 수 없는 상황이다.

<태양광패널 위의 그림자: 발전은 거의 기대할 수 없다.> 

 이는 큰 나무그림자 뿐만 아니라, 작은 낙엽이 패널에 붙어도 마찬가지의 결과가 난다. 또한 눈이 쌓였다가 녹는 과정에 패널의 끝자락에 눈이 남아 있는 경우도 발전량의 저하가 크다. 그러므로 모든 패널 전체가 그림자로부터 자유로운 위치에 설치되어야 한다.

태양열급탕설비

 이 설비는 뜨거운 물을 만드는 목적으로 설치하는 신재생에너지이다. 뜨거운 물은 대게 겨울철에 필요한데, 겨울은 태양의 고도가 낮다.

 낮은 태양고도에서도 원할히 뜨거운 물을 만들어 내려서 태양열흡열판의 각도가 매우 높게 서있어야 한다. 즉 전기를 생산하는 태양광패널은 수평을 기준으로 약 30~40도 내외로 설치되는 것이 최적이라면 태양열흡열판은 최소각도가 55도 이상 되어야 한다. 이 각도는 최소의 조건이므로 사실상 더 높은 각도로 서있어야 하며, 직각으로 완전히 서 있어도 무방할 정도이다.

 이 각도가 중요한 것은 여름에 문제가 생길 수 있기 때문이기도 하다. 

 진공관형의 경우 효율이 높아 온수를 만들기는 용이하지만, 여름에 관의 내부 온도가 극히 높게 올라가기 때문에 여러 가지 하자를 유발할 수도 있다. 그래서 진공관형은 손으로 관을 돌릴 수 있게 만들어져 있고, 여름철에는 이를 180도 돌려서 뒷면이 해를 바라보게 하여 온도의 상승을 막아야 하는데, 이를 아시는 분도 드물고, 안다고 하더라도 계절마다 바꾸기도 쉽지 않다.

<진공관형 태양열급탕설비는 여름에 관을 돌려서 과열을 막아야 한다.> 

 만약 여러 가지 이유로 이를 계절마다 돌리기 어렵다면 여름에 차광막이라도 덮어 두어야 하자를 줄일 수 있다.

 이에 더해서 태양이 진 저녁에도 더운물을 사용하기 위해서는 낮 동안 생산된 온수의 온도를 유지하기 위한 물탱크가 필요하므로, 기계실의 면적이 꽤 많이 필요하다는 것을 미리 체크해야 한다.

 태양광발전설비와는 다르게 그림자에 민감하지는 않으나, 각도가 높게 설치되어야 하므로 시각적으로 도드라져 보일 수 밖에 없는데, 이 역시 마을의 미관을 고려하여 철물 등이 노출되지 않도록 마감을 하여야 한다.

<간격이 너무 좁고, 설치용 철물의 노출이 마을의 미관을 망칠 수 있다.> 

지열냉난방설비

 우리가 여름에 에어컨을 사용할 때, 실외기에서는 매우 뜨거운 바람이 나온다. 이 이유는 실내의 더운 공기를 모아서 실외로 내다버리기 때문이다. (개념적으로는 그렇다.) 그래서 실내는 시원해 지고, 실외기에서는 강하고 뜨거운 바람이 나오는 것이다. 지열설비로 냉방을 할 때, 원리는 에어컨과 완전히 동일하다. 즉 실내의 더운 공기를 땅 속으로 버리는 것이다. 땅 속의 열을 이용하는 이 설비는 냉난방 겸용 에어컨의 실외기가 땅속에 묻혀 있는 것과 같다. 

 에어컨과 지열냉난방설비는 모두 “히트펌프”를 근간으로 하며, 원리나 작동방식이 모두 동일하다. 이름이 “히트펌트=열펌프”인 것은 물펌프가 물을 만들어 내는 것이 아닌 물의 위치만 이동시키듯이, 지열히트펌프 역시 열을 직접 생산하는 것이 아니라 “열을 이동”시키기 때문에 상대적으로 들어가는 에너지가 적다. 같은 전기를 사용하지만, 바닥에 설치하는 전기판넬이 100 이라는 전기를 사용한다면, 히트펌프는 같은 온도를 낼 경우 약 30~40 정도만 사용하는 것이다. 이 히트펌프 중에서 지중 열의 도움을 조금 더 받는 것이 지열냉난방설비인 것이다.

 이 지열냉난방을 설치하면 냉난방비용이 거의 안 나오는 것처럼 이야기를 하는 곳이 많은데 사실은 그렇지 않다. 우리가 하루 종일 에어컨을 돌리면 전기료가 감당 안되듯이 지열냉난방설비도 마찬가지다. 그래서 불가피하게 지열냉난방을 설치하면 누진제에 걸리지 않도록 전기계통을 별도로 설치한다. 그럼에도 불구하고 광고처럼 낮은 금액을 내는 것은 아니니, 설치 회사와 미리 이 요금에 대한 것을 진지하게 문의할 필요가 있다. 생각하신 것보다 의외로 요금이 많이 나올 수 있기 때문이다. (월 기준 30만원 내외) 

 문제는 이 지열히트펌프가 주택과 궁합이 별로 좋지 않다는데 있다.

상기한 바와 같이 여름엔 실내의 열을 땅 속에 버리고, 겨울에는 땅 속의 열을 실내로 가져 오는 개념인데, 땅 속의 온도가 계속 같은 온도를 유지하고 있지 않기 때문이다. 즉 겨울을 기준으로 볼 때, 10도의 상수도가 땅 속으로 들어가서 약 18도의 물이 되었다고 한다면 땅 속의 온도는 처음에 18도 내외 였지만, 지열히트펌프가 계속 가동되면 이 온도는 지속으로 낮아져서 10도의 상수도 온도에 가깝게 될 수 밖에 없다. 이 땅 속의 온도가 원래의 온도로 빨리 복원되어야 히트펌프의 효율이 높아지는데, 이 복원력이 낮거나, 히트펌프가 복원할 시간을 주지 않게 계속 돌아간다면 효율이 떨어질 수 밖에 없다. 

 주택은 24시간 운영을 하는 건물이다. 업무시설처럼 낮에 운영을 하다가 퇴근을 하는 경우에는 야간에 땅 속의 온도가 충분히 원래의 온도로 복원을 하는 시간을 벌 수 있는데, 주택은 그렇지 못하다. 그래서 이 궁합이 잘 맞지 않는다라고 이야기되는 것이다.

 이 단점을 최소화하기 위해 지열냉난방설비를 설치하기 전에, 땅 속의 온도복원력을 시험하는 “지중열전도시험”이라는 것을 하는 것인데, 복원력이 좋아도 24시간 운영된다면 복원이 쉽지 않다.

 통상 땅 속으로 약 100~120미터를 파고 들어가는데, 복원력에 따라서 이 길이는 훨씬 더 길어 질 수도 있고, 천공을 두 군데 이상할 수도 있다. 이처럼 중요한 시험 조차 하지 않고 설치하는 업체도 있고, 통상 땅의 열전도율이 2.2 W/mK 이상이 되어야 하므로 지역에 따라서 이 조건을 만족시키지 못할 수도 있으니 유의해야 한다.

 다만 하루에 조금만 돌아도 충분히 냉난방이 가능한 패시브하우스의 경우 땅이 자기 온도를 복원할 시간을 충분히 벌 수 있는데, 패시브하우스는 워낙 작은 에너지만으로 운영이 가능하기 때문에 역설적으로 지열냉난방설비 자체가 과투자가 될 수 있다.

<주택의 지열히트펌프 설치 사례, 사진 출처: http://blog.daum.net/_blog/BlogTypeView.do?blogid=0FmMa&articleno=5635604&totalcnt=35>; 

 마지막으로 이 히트펌프는 기계실의 면적도 제법 필요로 하고, 소음이 제법 있다. 그러므로 히트펌프가 들어가는 기계실의 위치가 잠을 자는 방에 영향을 미치는 곳이 아닌지 주의할 필요가 있다.