녹색 주택

 

 

 

집 전체를 녹색으로 칠하거나 녹색 재료만을 사용해 지었다고 녹색 주택이 되지는 않는다. 진정한 녹색 주택은 친환경적이며 저에너지 소비를 지향해야 한다. 유럽 출장 중에 영국 <파이낸셜 타임즈(Financial Times)> 신문에서 읽은 인상적인 기사가 있어서 소개하고자 한다.     친환경 녹색 주택을 위해서는 태양에너지, 우수한 단열재를 사용해야 독일의 한 주택 건설사가 모범적 녹색 주택 설계 모형을 제안하고 있으며, 그 회사는 주문에 따라 녹색 주택을 건축해준다는 기사였다. 가장 눈에 뜨이는 세 가지를 소개하면 다음과 같다.   1. 가정용 에너지의 대부분을 태양에너지(태양빛과 태양열)를 사용하여 얻는다.     2. 건축자재는 단열성이 우수하고 친환경적인 제품을 쓴다.                             3. 사용하는 물은 재사용 가능케 한다는 내용이었다.                                       우리가 자주 듣는 소위 ‘녹색 기술(green technology)’을 최대한 적용하여 주택을 짓겠다는 것이다. 기술적 내용을 각각 상술하지는 않고 있었지만 매우 인상적이라 생각했다. 친환경 주택에서 중요한 요소인 우수한 단열재를 만들기 위한 화학적인 노력과 함께, 에너지 생산을 위한 태양에너지 활용 방법에 대해 알아보자.     단열재로 사용하는 발포 폴리스티렌과 폴리우레탄은 절연 효과가 우수해

 

주택의 에너지 절약은 기초∙벽∙지붕∙창문 및 문이 만드는 소위 건물 외피 내의 에너지 흐름과 냉·난방 및 환기에 특히 주목하여야 한다. 불행히도 천연 건축재료는 대부분 절연체로 친환경 조건을 만족하지 못하여, 발포 폴리스티렌(흔히 스티로폼, 스티로폴 등으로 잘 알려졌다.)과 폴리우레탄이 대표적 절연성 벽, 지붕 재료로 많이 사용되고 있다. 폴리우레탄 제조에는 독성이 센 디이소시아네이트, 석유화학제품인 폴리올∙난연제∙발포제∙접착제 등이 함께 사용되는데, 친환경적이며 온실가스 방출 감소형 원료 사용에 연구력을 집중하고 있다. 예컨대 콩기름을 폴리올 제조에 사용하고, 화학 발포제 대신 공기가 채워진 발포 재료를 만들며, 단열재의 두께를 줄이기 위해 흑연 가루를 충전제로 사용하는 등 새로운 기술이 개선된 단연재를 가능케 하고 있다.

스티렌 단위체가 중합 반응을 통해, 폴리스티렌이 된다. 이 폴리스티렌이 발포과정을 거치면, 흔히 부르는 스티로폼이 된다. <출처 : Edgar181 at ko.wikipedia.com>

 

 

 

우리가 종종 보는 절연구조패널은 절연건축재료로 인기가 점점 높아가고 있는데, 사용하기 쉬운 모듈형으로 주로 절연벽, 천장재료로 쓰이고 있다. 섬유판∙합판∙석고판∙섬유-시멘트 복합판 사이에 발포 폴리스티렌이나 폴리우레탄을 채운 구조로 되어 있다. 절연 및 방수 코팅된 알루미늄이나 철판 구조를 외부판으로 사용하기도 한다. 발포 폴리스티렌과 콘크리트를 섞어 만든 절연 콘크리트도 미국 일부에서 인기를 끌고 있다.

 

 

우수한 절연효과를 가지고 있어, 건축 단열재로 많이 사용하는 폴리우레탄의 구조

 

 

  

 

건물의 단열을 위한 다양한 아이디어 요즈음 건축하는 고층 건물을 보면 커다란 철제 프레임을 유리로 뒤덮은 유리통 모양이다. 철제 프레임의 절연성은 매우 나쁘고, 유리창이 태양열의 1/3이나 건물로 들어가게 해 냉방에 큰 부담을 준다. 따라서 유리의 절연성을 향상하기 위한 여러 가지 아이디어가 상용화되고 있다.

 

 

 

단열 효과가 좋은 물질을 판 사이에 채운 샌드위치 패널

그 중 미국에서 시판되고 있는 금속산화물을 다층으로 코팅한 유리가 유명하다. 맑은 날에 전압을 조금 걸어 주면 유리가 어두워져 햇볕의 98%를 차단하고 전압을 반대 방향으로 걸면 다시 투명해진다. 가역적 전기 화학적 반응을 이용한 예다.   또 재미난 아이디어는 석회 보드에 캡슐화시킨 왁스를 포함하는 법이다. 방이 너무 더워지면 왁스가 열을 흡수해 녹고, 저녁때 방이 추워지면 왁스가 다시 굳어지면서 저장 열을 방출한다. 이런 아이디어를 독일의 BASF와 미국 듀폰사가 이용하고 있으며, 일본에서도 유리창과 벽재 사이에 왁스를 넣은 단열 및 냉·난방에 효율적인 건축재 개발이 제안된 바 있다. 알루미늄판 사이에 고분자 재료 매트릭스에 왁스를 충전시켜 샌드위치 꼴로 만든 제품도 눈에 뜨인다.

 

 

 

 

태양열의 이용과는 달리, 태양광발전은 아직 걸음마 단계 녹색 주택의 에너지 효율 향상을 위해서는 단열성이 좋은 건축자재를 사용하는 일로 만족하지 않고, 벽∙창문∙지붕에 기능성을 부여하는 중요한 설계도 함께 고려하여야 한다. 가장 관심을 끄는 기능은 태양열과 태양광의 이용이다. 태양열 이용은 열과 빛을 잘 흡수하도록 까맣게 칠한 집열판 위의 얇은 층에서 물을 데워 저장 탱크에 모아 사용하는 방법과 태양광을 반도체 집광판으로 모아 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 전기 발전을 하는 태양광발전 방법이다.   태양열 이용 시설은 우리나라 일부 주택 지붕에 설치하여 사용하기 시작한 지 20여 년이 넘으나, 태양광의 이용은 아직 초보단계이다. 태양전지시설의 초기 설치비가 많이 들고, 현재 기술로는 수명을 10년을 넘기기 어려워 우리나라 대기업들은 최대 25년의 수명을 지니는 태양전지 모듈 개발에 박차를 가하고 있다. 태양전지 모듈에 사용하는 주 재료는 실리콘 반도체이다. 벨기에의 한 스포츠 경기장은 필요한 전기에너지를 태양광으로부터 얻도록 설계·건축이 되기도 하였다.

 

 

우리 주변에서도 태양에너지를 이용하기 위해 지붕에 태양열(또는 태양광) 패널을 설치한 집들을 종종 볼 수 있다.
<출처 : Gray Watson at en.wikipedia.com>

 

 

 

주택이나 아파트의 지붕, 벽과 창문을 전통적 기능만 지니는 면으로 내버려두지 않고 이처럼 청정에너지 생산 발전소로 사용하여 무공해, 에너지 절감이라는 이중 효과를 얻으려는 노력이 세계적으로 관심을 끌고 있다. 현재 독일∙일본∙중국 등이 세계시장을 이끌고 있으며, 곧 우리나라 기업들도 경쟁자로 나설 것이 기대된다. 이 모든 일이 겉보기에는 건축설계사 및 건축회사의 일처럼 보이나 위에서 말한 기능을 지닌 자재와 소재 개발의 모든 단계에 화학기술이 핵심이 된다. 화학기술이 녹색 주택 및 건물의 설계 및 녹색 기능에 절대적 자리를 차지한다. 녹색 주택 시대는 화학이 열어간다.

 

  

 

1. 태양광발전(Photovoltaics)

   태양의 복사에너지를 이용하여, 전기를 발생시키는 것을 태양광발전이라고 한다. 태양광발전 장치에는 태양 복사에너지를 받아서 전기로 변환하기 위해 실리콘 반도체로 구성된 태양전지와 전류를 저장하는 캐패시터, 그리고 전력변환장치로 구성되어 있다. 전기를 직접 발생시키는 태양전지는 보통 실리콘 단결정을 많이 사용한다. 광전효과에 의해 입사한 태양의 복사에너지는 태양전지 내에서 정공(hole)과 전자(electron) 쌍을 만들고, 이들이 움직여 전위차가 발생하게 된다. 이 전위차를 이용하여, 전류가 흐르게 된다.