건축/환경에너지

Nikkei Architecture_2024.6.13 (50~53)

도내 협소지의 오프그리드 주택, 한겨울에도 전력 자급률 94.7%
오프그리드 주택

부족해질 것 같은 때만 전기를 사서 생활하는 오프그리드(Off-grid) 주택을 설계 사무소인 카메플랜(도쿄)이 설계해 2023년 11월에 완공했다. 사선제한이 엄격한 협소지에서 기성품의 축전지 등을 도입해 지었다.

카메플랜이 완공한 오프그리드 주택은 전력 계통에 연결되지 않는 오프그리드의 상태로 생활하고, HEMS(주택에너지관리시스템)의 모니터와 일기예보를 보고 축전지의 전기로는 부족할 것이라고 생각되면, 전략 계통으로 전원을 전환해 전기를 구입하는 구조이다.

카메플랜의 가메자키(亀崎) 사장과 오오이데(大出) 이사 부부는 자신들이 설계한 이 오프그리드 주택에서 생활하며 재생 가능 에너지만으로 어느 정도 자급 자족할 수 있는지를 검증하고 있다.

부부는 오프그리드 주택 지붕의 남면과 북면에 설치한 총 6.13kW의 태양광 발전 설비로 만들어 낸 전력을 실효 용량 12.9kWh의 축전지에 모아서 이용하고 있다.

V2H(Vehicle to Home)도 설치. 가까운 미래에 전기자동차(EV)를 구입해, 태양광 발전 설비의 전력을 EV에 모으거나, 집안에 급전하는 것도 상정하고 있다. 폭설이 내렸던 올 2월에는 렌탈한 EV로 급전해 전기 소진을 막았다.

2023년 12월부터 올 4월까지의 오프그리드율(전력 자급률)은 가장 낮은 것이 올 2월의 87.7%로, 평균 94.7%를 기록했다. 이 기간 중 전기를 구입한 일수는 12일, 시간은 불과 70시간이다.

오오이데 이사는 오프그리드 주택의 사양과 생활 패턴을 근거로 하는 소비전력량, 기상 데이터에 근거하는 발전량 등을 에너지 효율 계산 소프트웨어를 구사해 1시간마다 1년 분을 시뮬레이션 했다. 그 예상치는 연간 평균 96.6%. 2명이 거주하기 때문에 소비전력량은 비교적 적지만, 예상치와 비슷한 전력 자급률로 한겨울을 이겨냈다고 한다.

-- 오프그리드로 만들기 위해 단열 등급 7에 도전 --
태양광발전 설비의 패널을 지붕 북면에도 설치한 것은 남면의 설치 면적이 한정되었기 때문이다. 사선제한이 엄격한 약 30평의 토지에 위치해 있고, 남면에 급탕용 태양열 집열 패널이 설치되어 있는 것이 관련이 있다. 북면 패널의 반사광이 인근 주택에 악영향을 미치지 않는다는 것을 사전에 확인한 후 설치하였다.

오프그리드 주택 실현을 위해 카메플랜은 부가 단열이 필요한 단열 등급 7에 처음으로 도전했다. 외피평균열관류율(UA치)은 0.24W/m2·K이다. “지금까지 HEAT20(20년 후를 내다본 일본의 고단열주택연구회)이 제안하는 주택 외피 수준 G2를 목표로 해왔지만, 오프그리드로 하려면 냉난방 소비량을 크게 낮출 필요가 있다. 그 기준은 난방 부하와 냉방 부하가 역전하는 0.25 이하, 등급 7이라고 판단했다”라고 오오이데 이사는 말한다.

부부는 이 외에도 오프그리드 주택에 오프그리드율을 높이는 장치를 포함시켰다. 예를 들면, 유리창의 구분이다. 남면 이외에는 냉방 부하를 낮추기 위해 트리플 글라스의 일사 차폐 타입을 선택. 남면은 난방 부하를 낮추기 위해 일사 취득 타입을 선택했다. 남면의 개구 면적이 큰 거실창은 일사열 취득률이 더 높은 진공 트리플 글라스를 선택했다.

휴대용 일사계를 사용해 측정한 진공 트리플 글라스의 일사량은 293.4W/m²로, 트리플 글라스 측정치(170.7W/m²)보다 높은 것을 확인했다.

또한, 2층 거실의 천정 높이를 낮춰 냉난방 전력을 줄이고, 각층을 1대의 에어컨으로 냉난방할 수 있도록 원룸으로 해 미닫이문으로 구분. 여름의 일사를 차폐하기 위해 차양을 900mm 내었고, 외기를 직접 내부로 넣지 않는 전열교환 환기로 했다.

-- 오프그리드 Ready를 제안 --
고단열 주택만의 디테일도 주목할 만하다. 하나는 반외장 새시의 위치를 통상적인 것보다 실내 쪽으로 이동시켜 부가 단열을 실시한 외벽의 구조재에 설치한 부분이다. 부가 단열재 상단을 물끊기로 덮었을 뿐만 아니라, 새시에 빗물이 닿는 것을 최소화하기 위해 작은 차양을 추가했다.

또 하나는, 배선에 의한 단열층과 방습층의 결손을 없앴다. 단열재와 기밀 시트를 붙인 다음 그 위에 횡동연(橫胴緣, 벽재를 수직 방향으로 붙인 것)을 추가하여 배선용 공간을 확보했다.

카메플랜이 추진하는 오프그리드 주택에 필요한 추가 비용은 태양광발전 설비와 축전지, V2H 등의 설비비로 약 400만엔, 부가 단열과 새시 비용으로 약 200만엔이다.이 추가 예산을 지금 당장 확보할 수 없지만, 앞으로 오프그리드로 하고 싶은 고객에 대해서는 축전지와 전용 분전반, V2H를 나중에 설치할 수 있는 오프그리드 Ready 사양을 카메플랜은 제안하고 있다.

 -- 끝 --

Copyright © 2020 [Nikkei Architecture] / Nikkei Business Publications, Inc. All rights reserved.