하지만 현실 속에서의 ‘제로에너지 하우스’는 우리가 살고 있는 일상의 집과 그 모양이 별반 차이가 없음을 알 수 있다. 그렇다면 ‘제로에너지 하우스’란 과연 무엇을 지칭하는 단어일까?
기존의 화석연료를 전혀 사용하지 않고 순수하게 자연에너지만을 이용해 모든 에너지원을 충당하는 것을 기본 개념으로 설정 된, 즉, 에너지 효율성을 극대화하고, 건물 스스로 신재생 에너지 설비를 갖춤으로써 외부로부터 추가의 에너지 공급이 없이 자립적으로 에너지를 생산해 사용할 수 있는 주택을 ‘제로에너지 하우스’라고 한다.
적은 양의 에너지로 건물을 운영할 수 있는 에너지 저소비형 건축물에 대한 연구는 독일, 영국 등 유럽 여러
국가를 중심으로 지속적인 연구가 진행되어 왔다. 이들 국가에서는 지난 60~70년대부터 자연 친화성이 강조된 생태주택이나 친환경주택에 대한 시범 단지가 구축되어 왔고, 최근 들어서는 지구온난화와 기상이변에 따른 관심이 높아지면서 ‘제로에너지 주택’, ‘제로에너지 빌딩’에 대한 연구와 실증사업이 이루어지고 있다. 이에 우리나라도 ‘건축물 디자인의 효율화’ 및 ‘설비기기의 효율화’를 통해 에너지 사용량을 큰 폭으로 절감하고, 주택에서 필요한 에너지를 신재생에너지로 자체 생산하여 충당함으로서 연간 전체 주택에너지 소비량을 ‘0’또는 그 이상(생산량이 소비량을 초과)으로 유지할 수 있는 ‘제로에너지 하우스’에 대한 연구와 투자, 정책개발이 진행되고 있다. 국내 총 9.2백만 가구 중 47%가 단독주택이며, 연간 주택 에너지 소비는 국가 총에너지 소비량의 13.8%에 달하고, 이중 63%가 단독주택에서 소비되고 있다.
제로에너지 건축물이 되기 위한 조건
건축물에 소비되는 에너지 사용량을 최소화하기 위해서는 먼저 패시브 디자인(Passive design)에 근거하여
건물을 계획·설계하여야 한다. ‘제로에너지 주택’에서 고효율 저에너지 소비의 실현은 단열, 자연채광, 바닥
난방, 고효율 전자기기 사용 등을 통해 일상생활에 필요한 난방, 조명 등의 에너지 소비를 최소화 하는 것이 기본적인 조건이다.
또 다른 조건은 건물 자체에 에너지 생산설비가 구축되어야 한다. 태양광, 풍력, 지열 등 자체적인 신재생 에너지 생산 설비를 갖추고 생활에 필요한 에너지를 자체적으로 생산할 수 있어야 ‘제로에너지 주택’이라 할 수
있다. 에너지절감이 제로에너지 건축물 실현을 위한 필요조건이라면, 신재생에너지에 의한 생산은 충분조건이기 때문이다.
태양광, 풍력 등 신재생에너지는 계절이나 시간, 바람 등 외부 환경에 의해 에너지를 생산할 수 있는 양에 큰
편차가 존재한다. 일조량이 많을 때 혹은 바람이 잘 불거나 강할 때는 필요 이상의 에너지를 제공하다가, 막상 날씨가 흐리거나 바람이 멈추면 에너지를 생산할 수 없게 된다. 따라서 ‘제로에너지 건축물’이 되기 위한 마지막 조건으로는 기존 전력망과의 연계가 필수적이다. 건축물 자체에서 생산되는 에너지를 기존의 전력망과 연계해 에너지를 주고받을 수 있는 연결 고리가 필요하다.
즉 자체적으로 생산한 양이 충분할 때는 이를 외부에 공급하고, 부족한 시기에는 외부로부터 에너지를 받으면서 연간 소비량 기준으로 에너지 사용량이 제로(Net Zero)가 되도록 하는 조건이 필수적이다.
외벽과 창호를 통한 에너지 절감
‘제로에너지 하우스’의 특징 중 하나가 바로 외벽의 단열 효과와 창호의 배치를 조정하여 건축물의 열적 성능을 만족시키는 것이다. 건물의 외벽은 외부 온도의 직접적인 영향을 받는 부분이기 때문에 에너지 사용량의 많은 부분이 벽을 통해 빼앗긴다.
이를 방지하기 위해 건물 내부 각 실의 필요조건에 맞게 다양한 단열재를 사용하고 있으며, 재료와 공법의 다양성을 통해 원하는 에너지절감 효과를 창출해 낼 수 있다. 창호 같은 경우는 위치와 크기에 따라 자연 채광률을 높이거나 외부 공기의 실내 유입을 차단할 수 있고, 자연환기를 이용한 실내발열의 냉방부하도 효과적으로 처리할 수 있다. 건물의 창호는 열성능 기준에 따라 삼중유리, 이중외피 등과 같은 다양한 형태의 재료 시공방법이 검토되어 실용화되고 있다. 특히 바닥과 천정의 적용되는 축열재는 내부 공기의 지연적인 부력과 순환동력을 이용해 각각의 축열재에 축열 저장하여 사용할 수 있게 되어 있다.
기계/전기설비의 조합을 통한 에너지 효율향상
‘제로에너지 하우스‘에서 실내환경을 쾌적하게 조절하고, 생활에 필요한 각종 주거 기능을 제공하기 위해서는 기계와 전기설비의 효율적인 조합이 매우 중요하다. 이를 위해 직류배전의 사용 및 가전활용, 대기전략 차단, 조명 제어와 고효율 열회수환기, 에어 플로우 윈도우, 복사 냉난방 설비 등과 같은 기계들의 효과적인 조합이 필수적이다.
또한, 연간 에너지 수지를 제로화 하기 위해서는 필요 불급한 최소에너지를 신재생에너지로 자체 생산하도록
되어 있으므로, 부지 내에서 생산하는 에너지의 종류 및 생산량은 전체 건물 에너지 수급량에 매우 중요한 부분을 차지하게 되므로 여러 형태의 신재생에너지 발생장치 설비는 ‘제로에너지 주택’의 핵심적인 부분이다. 태양광, 태양열, 풍력, 지중열 등이 바로 그것들이며, 부지와 건물의 사용 특성 등을 고려해 가장 최적으로 조합되어야 한다. 태양광 발전의 경우 지붕 외에도 창 및 블라인드에 건물 통합 형태로 적용할 수 있으며, 풍력은
부지 면적이 작은 경우도 가능한 다리우스 형을 사용한다면 지속발전이 가능해진다. 온열 및 냉열 공급은 태양열 급탕과 지중열 냉난방이 주로 사용되는데, 기존의 주택에 보급되어 있는 현황을 볼 때 효율성 높은 집열기와 축열조의 연구개발에 많은 진전이 있음을 알 수 있다.
이 밖에도 건물 하부에 설치되는 우수 저장조 및 중수 처리시설, 알루미늄 코팅 골판지 닥트, 음식물쓰레기 처리를 위한 디스포저, 휘발성 유기화합물과 포름알데하이드를 방출하지 않는 친환경 도배지의 사용과 바이오나 나노신기술이 접목된 도료의 사용, 전기자동차와 전기자전거 사용을 위한 충전시설, 인간의 쾌적한 주거 환경을 위해 적용되는 IT 기술 등이 적절하고 효율적으로 조합이 되었을 때 ‘제로에너지 하우스’는 그 진가를 발휘할 수 있다.
제로 에너지 하우스의 국내 기술동향
본 기자가 취재한 바로는 지금 수준의 기술로는 우리 기술의 해외진출보다는 해외기술의 국내진출이 더 강화될 가능성이 크다. 원천기술을 포함한 친환경기술이 유럽과 미국에 크게 뒤지고 있으며, 저에너지 건축물에
대한 기술개발도 시급한 실정이다.
고효율 외피시스템의 융복합 기술은 고단열 벽체, 고효율 창호에 대한 수요 증가로 차츰 기술력이 향상되고 있는바, 에너지소비효율등급제 도입 같은 제도를 마련하여야 하고, 열교환과 환기효율 향상을 위해서는 공조기술과 융복합 형태로 발전할 수 있도록 기술개발을 해야 한다. 태양광, 태양열 기술은 실용화 단계에 들어섰지만 축전과 축열에 대한 융합 기술 부족과 원천기술의 국산화율이 낮다는 단점을 가지고 있다.
친환경 저에너지 건축자재 역시 원기술에 대한 국산화율이 매우 낮은 단계이며, 이를 극복하기 위해서 초단열 신소재에 대한 생산기술이 본격적으로 연구되고 있다. ‘제로에너지 하우스’의 건물 에너지 제어 및 관리를 담당하는 IT융복합 기술은, 우리가 가지고 있는 IT 강국이라는 이름에 걸맞게 건물의 지능화 부문에 크게 기여할 수 있을 것으로 판단되나, 건축물 자체의 실용화, 산업화가 늦어진다면 IT기술의 동반 상승을 기대하기 어려울 것이다. 향후 IT 기술은 입주자의 에너지 절감 뿐만 아니라 스마트 네트워크 유틸리티와 접목되어 건물 전체의 에너지를 통합관리하는 홈네트워크 기술로 발전될 것이다.
제로에미션 하우스는 기획이 중요
‘제로에너지 하우스’는 시공·운영·유지·해체의 전 과정에서부터 폐기물, 폐자재에 대한 부분까지 철저하게 에너지 절감이 우선적으로 계산되어야 한다. 건축자재의 생산과 설치는 물론이고 운반과정에서 발생할 수 있는 많은 양의 이산화탄소 배출에 대해서도 미리 분석이 되어 이산화탄소 발생량을 저감할 수 있어야 한다.
즉, ‘제로에너지 하우스’란 건축물의 전 생애에 걸쳐 이산화탄소 배출량이 제로가 되게 하는 건축자재와 공법, 관리 체계가 모두 적용되었을 때 비로소 친환경적인 Zero Emission House가 되는 것이다.
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