지속가능성
적응형 지붕 타일이 난방/냉방 에너지 소비 감소의 핵심이 될 수 있다
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시장 조사 추정에 따르면, 전 세계 지붕 시장은 2023년 약 US$82 billion 에서 2033년까지 US$140 billion을 넘어설 수 있습니다. 지붕 솔루션 없이는 어떤 건설 작업도 완성될 수 없습니다. 이는 주거 및 상업 구조 모두에 동일하게 필수적입니다. 지붕은 자주 교체가 필요하기 때문에 시장은 역동적입니다. 북미 전역에서, 시장 조사 추정에 따르면, 94% of roofing projects are roof replacements.
오래된 지붕을 교체하는 것은 종종 이를 환경적으로 지속 가능하고 에너지 효율적으로 만드는 것과 관련됩니다. 태양 복사를 반사하고 지붕 온도를 낮출 수 있는 쿨 루프는 일부 연구에 따르면 평방 피트당 US$0.50 per square foot를 절감할 수 있습니다.
몇몇 추정치는 전 세계 쿨 루핑 시장이 2025년까지 연평균 성장률(CAGR) 5.7% through 2025로 성장할 것으로 예상합니다. 흰색 멤브레인이나 코팅과 같은 반사성 지붕 재료는 지붕 표면 온도를 최대 50 degrees Fahrenheit(약 28 °C)만큼 낮출 수 있습니다.
냉각 또는 난방 특성이 지붕 솔루션의 핵심 특징이 된 반면, 지속 가능성과 에너지 절감에 대한 관심은 솔루션이 효율적이어야 함을 보여줍니다.
오늘 논의는 전 세계 지붕 산업의 눈길을 끈 이러한 솔루션 중 하나로 시작하겠습니다.
적응형 지붕 타일: 외부 온도에 민감; 에너지 소비 감소에 도움
캘리포니아 대학교 산타바바라(UC Santa Barbara) 연구원들은 지붕 타일이 난방 및 냉방 비용을 절감할 수 있는 방법을 상세히 다룬 학술 연구를 발표했습니다.
이 프로젝트에 참여한 세 연구원(Charlie Xiao, Elliot Hawkes, Bolin Lao)의 목적은 미국인의 에너지 요금을 낮추고 가정용 HVAC 시스템에 필요한 화석 연료 사용을 줄이는 것이었습니다.
이 적응형 타일은 방사형 스위치를 갖추고 있어 난방과 냉방 상태를 전환할 수 있습니다. 스위치 온도에서 ±3도 섭씨 범위 내에서 냉방과 난방 상태를 전환할 수 있습니다. 정적 장치와 비교해 냉난방 필요량을 2.5배 이상 줄일 수 있습니다.
‘스위치’ 혹은 수동 열조절 장치는 4인치 정사각형 크기입니다. 이는 다양한 온도에 대응해 열 특성을 변화시킬 수 있는 이동식 표면 역할을 합니다.
연구원 Charlie Xiao에 따르면:
타일의 온도에 따라 난방 상태와 냉방 상태를 전환합니다.
연구원들은 약 18도 섭씨에 해당하는 65도 화씨를 목표 온도로 설계했습니다.
하지만 왜 이 솔루션이 지붕 산업에서 큰 기대를 받고 있을까요? 이 질문의 근본을 이해하려면 미국 건물 에너지 소비 상황을 파악해야 합니다.
미국 건물 에너지 소비의 50%가 난방 및 냉방에 사용됩니다
미국 건물의 난방 및 냉방에 사용되는 에너지 양은 방대합니다. 미국 에너지 정보청(EIA)에 따르면, 2022년 주거와 상업 부문의 총 최종 사용 에너지 소비는 전체 미국 최종 사용 에너지 소비의 약 29%를 차지했습니다. 전기 시스템 손실을 포함하면, 주거와 상업 부문은 2022년 전체 미국 에너지 소비의 38%를 차지했습니다.
미국 건물 에너지 소비의 50%가 난방 및 냉방에 사용되므로 시스템은 어떤 비용을 들이더라도 에너지 효율적이어야 합니다. 또한 기후 변화와 지구 온난화는 냉방 수요를 증가시킬 것입니다. 그러나 난방 수요가 여전히 높고 심지어 증가할 지역도 존재합니다.
전통적인 쿨 루프 시스템(반사 코팅, 멤브레인, 슁글 또는 타일 포함)은 햇빛을 반사해 주택을 냉각하는 원리로 작동합니다. 이러한 솔루션은 또한 갇힌 열을 열적 적외선 복사로 방출합니다. 그러나 겨울에 쿨 루프 시스템이 계속 열을 복사하면 난방 비용이 상승하는 문제가 발생합니다. 요컨대, 에너지 효율성과 비용 효율성이 부족합니다.
위에서 언급한 모든 요소를 고려할 때, 외부 온도에 따라 난방과 냉방 상태를 전환할 수 있는 솔루션은 전기 없이 작동한다는 점에서 혁신적이라 할 수 있습니다.
이 솔루션은 같은 건물에서 같은 날 난방과 냉방 요구를 모두 충족시킬 수 있기 때문에 업계에서 결정적인 역할을 할 것으로 평가됩니다. 현재 자동으로 수동 난방과 냉방을 전환할 수 있는 기술은 많지 않으며, 기존 솔루션은 큰 온도 범위가 필요해 일일 전환에 비효율적입니다.
연구원들은 또한 그들의 설계가 매우 적응력이 높다고 주장합니다. 상변화 물질을 변경함으로써 다양한 온도 설정점을 달성할 수 있습니다. 더 높은 방사형 냉각, 향상된 난방 성능 및 우수한 내구성을 위해서는 적응형 타일이 코팅만 변경하면 됩니다.
이 솔루션이 매력적인 또 다른 특징은 단순한 설계와 저비용 생산 가능성입니다.
이러한 모든 장점과 이점이 산업에 활용되고 대규모로 생산되기를 기다리는 동안, 다른 여러 건축 솔루션도 난방/냉방 에너지 소비 감소를 목표로 하고 있습니다. 이제 몇 가지 솔루션을 살펴보겠습니다.
전 계절 에너지 절감을 위한 스마트 루프 코팅
버클리 연구소 재료 과학 부서의 교수 과학자이자 UC 버클리 재료 과학 및 공학 교수인 Junqiao Wu가 이끄는 연구팀은 겨울에는 집을 따뜻하게, 여름에는 시원하게 유지하는 전 계절 스마트 루프 코팅을 개발했습니다.
앞선 솔루션과 마찬가지로, 이 역시 천연 가스나 전기를 필요로 하지 않습니다.
Junqiao Wu에 따르면:
(우리의) 전 계절 루프 코팅은 실외 기온에 따라 자동으로 시원함에서 따뜻함으로 전환됩니다. 이는 에너지와 배기가스가 없는 에어컨 및 난방을 하나의 장치에 결합한 것입니다.
목표를 달성하기 위해 과학자들은 온도 적응 방사 코팅(TARC)이라는 새로운 소재를 개발했습니다. TARC는 겨울에 방사형 냉각을 자동으로 차단해 과도한 냉각과 에너지 낭비를 방지합니다.
TARC를 적용하면 미국 평균 가정이 전기 사용량을 최대 10% on electricity 절감할 것으로 예상됩니다. 이 솔루션은 연중 75%의 햇빛을 반사할 수 있습니다. 그러나 주변 온도가 25도 섭씨(77도 화씨) 이상이면 열 방출율이 약 90%까지 상승합니다.
Junqiao Wu는 이 솔루션이 달성할 수 있는 가능성에 대해 흥분을 표하며 다음과 같이 말했습니다:
우리는 원래 난방에서 냉방으로의 전환이 그렇게 극적일 것이라고 생각하지 않았습니다. 우리의 시뮬레이션, 야외 실험 및 실험실 실험이 그 반대를 증명했으며, 이는 정말 흥미진진합니다.
연구원들은 대규모 적용에 적합한 TARC 프로토타입을 개발할 계획이었습니다. TARC가 스마트폰 및 노트북 배터리 수명을 연장하는 열 보호 코팅으로 가치를 입증하길 기대했습니다. 그 외에도 위성 및 자동차를 극한 온도로부터 보호하고, 텐트, 온실 커버, 모자 및 재킷용 온도 조절 섬유를 만드는 데 활용될 수 있습니다.
특히 효율적인 지붕에 초점을 맞춘 미국 건물용 에너지 효율 솔루션이 기업 수준에서도 제공됩니다. 다음 섹션에서 이러한 솔루션을 살펴보겠습니다.
1. Whitco Roofing, Inc.
Whitco는 애틀랜타에서 가장 큰 상업용 지붕 시공업체이며 북미 주요 지붕 시공업체 중 하나로 자리매김하고 있습니다. Whitco는 북미에서 인증된 그린 루프 전문가를 보유한 소수의 상업용 지붕 회사 중 하나이며, 건물 전체 에너지의 25% 이상을 효율적으로 공급할 수 있는 태양광 지붕 패널도 제공합니다. 또한 폴리이소시아누레이트 지붕 단열재 솔루션을 포함합니다. 올바르게 적용하면 이 솔루션은 상업 및 산업 사용 사례 전반에 걸쳐 난방 및 냉방 비용을 크게 감소시킬 수 있습니다.
Whitco Roofing은 2005년에 설립된 비상장 기업으로 미국 조지아주 애틀랜타에 본사를 두고 있습니다.
2. Grundfos
건물의 난방 및 냉방 에너지 소비를 전반적으로 줄이는 접근 방식에 있어 Grundfos는 최고의 이름입니다. 그들의 솔루션은 상업용 건물과 주거용 건물 모두에 적용됩니다.
상업용 난방을 에너지 효율적으로 만들기 위해 Grundfos는 순환 펌프, 혼합 루프, 분산 펌핑 솔루션, 부스터 세트, 인라인 단단계 펌프, 하이드로 부스터 등 다양한 제품을 제공합니다. 주거용 설비에서 에너지 효율 난방을 위해서는 주로 순환 펌프에 의존합니다.
2022 회계연도에 Grundfos는 순 매출액 DKK 33.3bn(2021년: DKK 28.7bn)을 기록했습니다. 전년 대비 현지 통화 기준 매출 성장률은 12.1%였으며, 매출 이익률은 2022년에 11.8%로 상승했으며, 2021년 11.4%와 비교됩니다.
3. Tesla Solar Roofs
Tesla (TSLA ) Solar Roof를 설치하면 완전 통합된 태양광 및 에너지 저장 시스템으로 가정을 전력화할 수 있는 기회를 제공합니다. 25년 보증과 24/7 정전 보호를 제공합니다. 이 솔루션은 Powerwall이라는 소형 가정용 배터리와 함께 제공되어 연중무휴 에너지 보안을 보장합니다. 이 배터리는 태양광 지붕이 생산한 에너지를 저장해 언제든지 가정을 전력화할 수 있게 합니다.
구성상, 태양광 지붕은 유리 태양광 타일과 강철 지붕 타일로 이루어집니다. 유리 태양광 타일은 에너지를 생산하고, 건축용 강철 타일은 지붕에 내구성과 부식 방지를 제공합니다.
회사에서 공식 발표한 수치에 따르면, Tesla 내부 에너지 전문가 팀은 약 480,000개의 지붕에 걸쳐 거의 4GW의 태양광을 설치했습니다. 이 지붕들은 누적해서 25 TWh 이상의 청정 에너지를 생산합니다.
이 시스템은 Tesla Solar 인버터를 포함해 시스템이 잘 통합되고 안전하며 신뢰성을 유지하고 정전 대비가 가능하도록 합니다. Tesla 앱을 통해 실시간으로 에너지 생산을 모니터링할 수 있으며, 즉시 알림과 원격 접근을 통해 어디서든 시스템을 제어할 수 있습니다.
TSLA 가격 차트
2023년 3분기에 Tesla는 214억 달러 이상의 매출을 기록했으며, 영업 마진은 17.2%였습니다.
건물 및 에너지 효율성: 앞으로의 길
지구 온난화와 기후 변화는 인류 전체의 문제입니다. 정부, 규제 기관, 국제 협의체 및 기업 모두 효율적인 에너지 모듈을 달성할 수 있는 솔루션을 모색하고 있습니다. 전문 솔루션 외에도 건물 시스템을 일상적으로 작은 변화를 주어 이러한 문제를 해결할 수 있는 방법이 많이 있습니다.
미국 에너지 효율 및 재생 에너지 사무국은 단열재 추가, LED 조명 사용, 히트 펌프 설치 등과 같은 다양한 솔루션을 권장합니다.
덥고 습한 기후에 사는 사람들은 제습 히트 파이프를 사용해 실내 습도를 낮추고 쾌적함을 향상시킬 수 있습니다. 덕트의 에너지 손실을 최소화하는 것도 에너지 효율을 촉진하는 방법이며, 덕트를 단열하고 공기 누출을 차단하는 것이 도움이 됩니다.
건물의 효율적인 온수 시스템을 위해서는 탱크리스 코일, 간접 온수기, 태양열 온수기 등과 같은 에너지 효율 솔루션을 고려할 수 있습니다. 배수열 회수와 같은 프로세스를 도입하는 것도 유용할 수 있습니다.
난방/냉방 에너지 소비를 줄이는 데는 많은 이점이 있습니다. 비용 절감뿐만 아니라 더 큰 지역사회 혜택이 있습니다. 이는 지역사회 회복력을 구축하고 에너지적으로 현명하고 공평한 시스템을 만드는 데 기여합니다. 모든 지역에는 비용 효율적인 기술과 인프라가 필요한 소외된 커뮤니티가 존재합니다.
에너지 효율 시스템은 대기 오염을 감소시켜 지역사회 전체의 건강에 이롭습니다. 화석 연료 연소가 줄어들면 우리 주변의 식물과 동물에도 긍정적인 영향을 미칩니다.
이러한 시스템은 국가 인프라 경제에도 큰 이점을 제공합니다. 효율적인 에너지 시스템은 전력망의 부하를 줄이고, 특정 시점에 전력 배분의 혼잡과 스트레스를 최소화합니다.
그 혜택이 너무 넓고 깊게 퍼져 있기 때문에 앞으로도 적응형 지붕 타일과 같은 솔루션이 더 필요합니다. 이는 효율성과 지속 가능성을 향한 여정에서 확실히 고무적인 이정표입니다.
