탄소중립시대를 맞아 제로에너지 주택에 대한 관심이 높아지면서 해당분야의 활발한 연구개발로 특허출원이 증가하고 있는 것으로 나타났다. 특허청 자료에 따르면 제로에너지 건축 분야 특허출원이 지난해 560건으로 2008년 259건 대비 2.16배 증가, 연평균 6.6% 가량 증가세를 보이고 있다. 특히 건물일체형태양광시스템(BIPV)특허출원이 높은 증가세를 보이고 있으며 고성능 창호시스템의 특허기술은 제로에너지 건축 분야에서 36.3%를 차지하고 있는 것으로 나타났다.
‘제로에너지 건축’ 분야 특허출원 활발, 단열·창호 등 패시브기술 최다
최근 국내 모기업의 친환경빌딩이 해외 유수의 초고층빌딩을 제치고 세계적인 건축학회에서 수여하는 건축대상을 받아 주목을 받았다. 수려한 외관을 자랑하는 이 빌딩은 창호와 외장재에 태양광패널을 접목하여 건물 사용에 필요한 전기를 생산하는 등 탄소 배출을 줄이고 있다. 또한, 일반 주택에서도 태양광, 지열 등을 활용하여 냉난방비가 거의 들지 않는 제로에너지 주택에 대한 관심이 많이 늘어나고 있다.
이와 관련 특허청 자료를 분석한 결과 제로에너지 건축 관련 특허출원이 지난 2020년 560건으로, 2008년 259건 대비 2.16배 증가한 것으로 파악됐다. 특허출원이 연평균 6.6% 성장한 것이다.
제로에너지 건축은 건물이 소비하는 에너지와 건물 내 재생에너지를 통해 만들어지는 에너지를 합산한 총에너지량이 최종적으로 제로(0)가 되는 건축물로 제로에너지 건축 관련 특허출원이 폭발적으로 증간한 원인으로는 지난 2008년부터 건축물의 단열성능기준이 강화되고, 2017년부터는 제로에너지 건축물 인증제 시행 후, 관련 기술개발이 지속적으로 이루어지고 있기 때문인 것으로 분석된다.
기술유형별로 보면, 고효율 단열시스템(34.2%), 고성능 창호시스템(36.3%) 등 새는 열을 막는 ‘패시브 기술’이 70% 정도 차지하고, 태양광(23.5%) 및 지열(6.0%) 등 재생에너지를 활용해 에너지를 생산하는 ‘액티브 기술’이 그 나머지를 차지하고 있다.
출원인 유형별로 보면, 중소기업(39.3%), 개인(34.0%), 대기업(14.5%), 대학 및 연구기관(9.5%) 순으로 나타났다. 창호, 단열재 등 제로에너지 건축 자재별로 전문화된 중소 업체들의 기술개발과 특허출원이 활발히 이루어지고 있는 것이다. 
제로에너지 건축의 핵심 기술인 창호와 관련된 특허기술로는 고단열 프레임 및 열교차단 기술과 낮은 열관류율과 높은 SHGC의 고성능 유리 및 단열간봉, 외부 차양장치 기술이 대표적이다.
최근에는 창호 개폐방식에 태양광 발전시스템을 적용하여 태양전지모듈의 개방정도를 조절하여 태양광발전의 효율을 높이고 환기를 조절할 수 있는 태양광 발전시스템용 창문에 관한 특허기술도 등록되고 있다. 
업계에서는 단열 설계 프레임 기술이 향상되면서 점차 복층유리 기술의 향상, 다층 복층유리 구현 방법 및 진공유리 상용화에 관한 특허기술이 활발해 질 것으로 예측하고 있다.
더불어 태양광패널을 옥상 등 한정된 곳에 설치하는 기존의 액티브 기술로는 에너지 소비 제로(0)를 달성하기 어려운 바, 최근 이를 해결하기 위한 건물일체형태양광시스템(BIPV: Building Integrated Photovolatic System) 관련 기술개발이 활발한 것으로 나타났다.
이는 건물의 외면을 이루는 창호와 외장재 등에 태양광패널을 일체화시키는 융·복합기술로서, 특허출원이 2015년 15건에서 2020년 45건으로 최근 5년 사이에 3배로 급격하게 증가하였다.
일반적인 태양광패널은 색상이 어둡고, 투광성이 나빠서 건물의 창호나 외장재에 바로 적용하기에 어려운 문제가 있었다. 이에 투명도를 높여 창호로 활용하는 기술과 컬러BIPV와 같은 다양한 색채 구현이 가능하도록 하여 외장재에 적용하는 기술 등이 출원되고 있다.
컬러BIPV 관련 특허기술은 유리의 표면처리 기술과 특수 스펙트럼 필터를 이용하는 기술로 나뉘는데 모듈유리 표면 처리기술은 모래를 고압으로 유리표면에 분사함으로써 표면을 가공하는 기술로 가공 깊이에 따라 반투명 또는 불투명의 명암 표현이 이뤄진다.
또 다른 유리 표면처리 기술인 스크린 프린팅 기술은 직물 디자인에 널리 사용되는 스크린 프린팅 방법을 통해 유리 표면에 특수 잉크로 인쇄하는 기술이다.
특수 필터 코팅 기술로는 산란 및 반사필터 기술과 스펙트럼 선택 코팅 기술이 있다. 산란 및 반사필터 기술은 모듈 전면 유리에 산란 및 반사의 선택필터가 적용되어 가시광선을 반사 및 확산시켜 흰색으로 보이게 하며 결정계 태양전지에 잘 적용하는 적외선 부분은 투과시켜 전기를 생산하는 방식이다. 스펙트럼 선택 코팅 기술은 모듈 전면유리의 내부 표면증착에 의한 다층 코팅으로 색상이 표현되는 원리로 광선투과율은 높고 색이 바라는 문제가 없어 내구성이 뛰어나고 표면의 확산반사 특성으로 눈부심 현상이 없다.
컬러BIPV 기술과 함께, 최근에는 플렉서블한 소재로 제작하여 곡면 등 건물의 다양한 디자인에 적용할 수 있는 기술도 특허기술로 등록되고 있다. 이러한 특허기술은 필름형 태양광전지모듈로서 굴곡성과 내구성이 우수한 플렉서블한 소재로 간단한 공정만으로 건물 외벽, 지붕 등에 설치가 용이하다는 특징을 갖고 있다.
제로에너지 건축 세계시장 규모 확대
탄소중립 달성을 위해 국내 에너지 사용량의 20% 이상을 차지하는 건물의 에너지 소비를 줄이는 것이 필수적인 가운데, 우리나라를 포함하여 미국, 유럽 등 세계 각국은 제로에너지 건축 의무화를 추진하여 보급을 확대해 나가고 있다.
미국의 시장분석 전문회사인 Navigant Research의 Net Zero Energy Building 보고서에 따르면 제로에너지 건축 세계시장 규모는 2020년 6,000억 달러에서 2035년에는 1조4,000억 달러로 2배 이상 확대될 것으로 전망되는 등 국내외 시장에서 큰 성장의 기회가 열리고 있는 것이다.
업계 관계자는 “제로에너지 건축은 그린뉴딜의 핵심과제 중 하나로서, 우리나라는 2020년부터 공공건축물을 시작으로 제로에너지 건축이 단계적으로 의무화되고 2025년부터는 민간건축물(1000㎡이상), 2030년에는 모든 민간·공공 건축물로 제로에너지건축이 의무화 된다”면서 “확대되는 제로에너지 건축 시장을 선점할 수 있도록 관련 기술개발과 함께 이를 보호할 수 있는 지식재산권의 확보가 중요하다”고 말했다.
코로나 ‘집콕’시대에 스마트홈 기술도 특허출원 증가세
한편, 코로나19로 재택근무 등 집안에 머무르는 시간이 늘어나면서, 건강관리나 홈엔터테인먼트 등 스마트홈 기술 관련 특허출원도 증가한 것으로 나타났다.
특허청에 올라온 기술을 분석한 결과 스마트홈 관련 국내출원은 지난해 140건으로 2009년(56건)과 비교해 2배 이상 늘었다.
2009년부터 지난해까지 출원을 기술분야별로 보면 스마트홈 가전이 510건(40.5%)으로 가장 많았다. 이어서 건강관리 289건(23.0%), 보안서비스 254건(20.2%), 스마트 전력제어 205건(16.3%)순 이었다.
스마트홈 가전과 건강관리 분야는 2009년과 비교해 지난해 각각 3.3배, 6.0배 증가하면서 가장 높은 증가폭을 보였다. 이와 관련 업계에서는 코로나 팬데믹 등으로 홈엔터테인먼트와 원격의료 수요가 커짐에 따라 이와 관련된 출원이 대폭 증가한 것으로 내다보고 있다.
국적별 출원 비중은 내국인이 83.3%로 외국인(16.7%)과 비교해 압도적으로 많았다. 출원인 유형별로는 기업 790건(67.5%), 개인 237건(20.3%), 대학 96건(8.2%), 연구소 47건(4.0%)이다. 주요 출원인은 엘지전자(122건), 삼성전자(82건), 샤오미(20건), 헤드워터파트너즈(19건), 구글(11건) 등이다.
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