1991년 독일의 다름슈타트(Darmstadt) 지역에는 이전에 볼 수 없었던 신개념 주택인 패시브 하우스(Passive House, 에너지 절약형 건축물)가 건설되었다. 독일의 ‘볼프강 파이스트(Wolfgang Feist)’ 박사가 설계한 이 주택은 30여 년이 지난 지금도 여전히 연간 난방 에너지 사용량이 ㎡당 15㎾h 이하일 정도로 뛰어난 에너지 효율을 자랑하고 있다.

패시브 하우스란 건물의 ‘기밀성’과 ‘단열성’을 강화한 주택을 가리킨다. 태양광과 같은 재생에너지를 적극적으로 활용하여 최소한의 냉방과 난방만으로도 적절한 실내온도를 유지할 수 있게끔 설계된 주택이다.

그런데 최근 들어 패시브 하우스보다 에너지 활용 측면에서 한 단계 더 진화했다고 평가받는 혁신적 주택이 등장하여 전 세계 에너지·건축업계의 주목을 끌고 있다. 바로 미래형 주택 중 하나인 ‘에너지 플러스 하우스(Energy Plus House)’다.

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환경을 잡아 먹는 건축물에 친환경을 더하다!

이산화탄소 같은 온실가스가 기후변화의 주범이라는 사실은 이미 널리 알려져 있다. 하지만 온실가스를 많이 배출하는 대상 중 하나가 사람들이 거주하는 주택 같은 건축물에서 발생한다는 사실을 아는 사람은 많지 않다. 실제로 서울시가 조사한 바에 따르면, 서울시에서 발생하는 온실가스 배출량의 약 68.7%가 건축물 부문에서 발생하는 것으로 나타났다(2019년 기준). 특히 노후화된 건축물은 새로 지은 건축물보다 온실가스 배출량이 훨씬 많다. 단열 기능의 저하로 에너지 효율이 낮아지면서 연료 사용이 많아지는 관계로 온실가스 배출량이 늘어나게 되는 것이다.

이 같은 건축물에 의한 온실가스 문제를 줄여보고자 정부는 ‘2030 온실가스 감축 로드맵’을 수립했다. 로드맵에 따르면 건축물 부문은 온실가스 배출 전망치 대비 가장 높은 감축률인 32.7%를 달성해야만 한다. 에너지 낭비가 많은 노후 건축물의 에너지 효율을 향상시켜야만 가능한 수치다. 문제는 노후화된 건축물을 그대로 방치한 채로는 감축률 목표를 달성하기 어렵다는 점이다. 따라서 정부는 ‘그린 리모델링(Green Remodeling)’ 사업을 통해 문제를 해결해 나가고 있다. 그린 리모델링이란 노후 건축물을 에너지소비량을 대폭 줄일 수 있는 녹색건축물로 전환시켜 에너지 효율과 성능을 끌어올리는 사업으로, ‘패시브 하우스’와 ‘액티브 하우스(Active House)’, 그리고 ‘에너지 플러스 하우스’ 등을 예로 들 수 있다. 패시브 하우스가 에너지를 일반주택보다 평균적으로 적게 소비하는 주택이라면, 액티브 하우스는 필요한 에너지를 자급자족해서 사용하는 주택을 의미한다.

에너지 플러스 하우스는 액티브 하우스에서 한발 더 나아가 ‘에너지를 소비하는 것보다 생산하는 것이 더 많은 주택’이다. 해당 주택에 거주하는 주민들이 사용하는 에너지보다 더 많은 에너지를 생산하여 인근 주택에 공급까지 할 수 있다. 소비하는 에너지보다 더 많은 에너지를 생산할 수 있는 까닭은 신재생에너지 덕분이다. 태양광이나 풍력 등을 통해 생산된 에너지를 배터리에 저장한 다음, 에너지 플러스 하우스 주변에 있는 건축물에까지 공급하는 시스템으로 이루어져 있다.

에너지 플러스 하우스가 처음 등장한 것은 지난 2011년 독일의 보봉(Vauban)이라는 마을에서였다. 보봉은 공동주택에 지붕 형태의 태양광 설비를 갖춘 60여 가구로 이루어진 마을이다. 보봉 주민들은 태양광 시설에서 생산하는 전기로 자체 수요를 충족시키기 때문에 전기 요금을 낼 필요가 없다. 또한 쓰고 남는 전기는 팔아서 마을의 수익원으로 삼고 있다.

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에너지 ‘세이브’에서 에너지 ‘플러스’로 가는 방법!

그렇다면, 에너지 플러스 하우스를 건축하려면 어떻게 해야 할까? 흔히들 에너지 플러스 하우스는 누구나 지을 수 있지만 아무나 할 수는 없다고 말한다. 에너지를 효율적으로 사용하고 싶은 의지만 있다면 누구나 할 수 있지만, 그만큼 까다롭고 번거롭기 때문에 아무나 할 수 없다는 의미다.

기본적으로 에너지 플러스 하우스가 갖춰야 하는 조건은 철저한 단열과 자연 채광, 그리고 자연적인 환기 및 고효율의 가전제품 등이 구비되어 있어야 한다. 물론 주택 건축에 사용되는 소재도 생태학적 재료를 사용해야 한다. 이렇게 주택을 지을 수 있는 소재 및 설계가 마련되고 나면 에너지 플러스 하우스로 운영할 수 있는 신재생에너지 공급 시설을 구축해야 한다. 일반적으로는 햇빛만을 받아 에너지를 만드는 ‘태양광 모듈(BIPV, Building Integrated Photovoltaic)’을 많이 사용하지만, 에너지 플러스 하우스는 태양광과 태양열을 동시에 이용하여 열과 전기를 건물에 제공하는 ‘태양광 및 열 모듈(BIPVT, Building-Integrated Photovoltaic Thermal)’를 많이 사용한다. 벽은 *축열(Thermal Energy Storage) 성능을 가진 나무 벽이나 단열 효과가 있는 유리 자갈로 시공한다. 또한 창문은 열 손실을 줄이기 위하여 작게 설치하는 것이 일반적이다. 이 외에도 태양광 및 태양열을 통해 생산된 전기를 저장하는 에너지저장시스템(ESS, Energy Storage System)도 에너지 플러스 하우스 건축에 필수적이다.

*축열(Thermal Energy Storage): 열에너지의 공급과 수요 사이에 나타나는 시간적, 양적, 질적 부하격차를 해소하기 위한 기술.

물론 에너지 플러스 하우스의 시스템이 이론적으로 완벽하다고 해서 실제로도 좋은 것은 아니다. 검증이 필요한 이유다. 독일의 에너지 플러스 하우스 시공 및 운영 사례가 있지만, 우리나라와는 여러 가지 상황이 다른 만큼 그대로 적용하는 데 무리가 있을 수 있다. 이 같은 의문을 해소하기 위해 한국에너지기술연구원은 지난해 연구원이 위치한 본원 내에서 실증 테스트를 진행했다. 주거용 건물 2채를 리모델링하여 태양광 발전 시설 및 에너지저장시스템 등이 갖춰진 에너지 플러스 하우스 2채를 세운 것이다.

에너지 플러스 하우스 1채에는 21.4킬로와트(kW)의 신재생에너지 생산설비와 에너지저장시스템, 그리고 히트 펌프(Heat Pump, 특정 장소의 열을 다른 곳으로 옮기는 데 사용하는 기계) 기술 등을 설치했다. 그리고 또 다른 에너지 플러스 하우스 1채에는 8.3kW의 태양광발전시스템(BIPV) 등이 추가됐다. 연구진은 이렇게 만들어진 에너지 플러스 하우스 2채를 4개월 동안 가동시켰고, 2채의 에너지 플러스 하우스에서 생산된 에너지를 인근에 위치한 비거주용 건물로 공급하는 방식으로 운영됐다. 그 결과 일반 가구의 소비량을 기준으로 144%의 에너지자립률을 실증하는 데 성공했다.

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‘집’의 가치를 재발견하다!

이처럼 주택이 에너지 소비 및 생산에 가치를 두다 보니 좋은 것 같으면서도 뭔가 생소하다는 생각을 지울 수 없다. 그도 그럴 것이 에너지 플러스 하우스는 우리가 갖고 있는 주택에 대한 고정관념을 완전히 바꿔주고 있기 때문이다.

우리나라 국민들이 갖고 있는 주택에 대한 개념은 부동산 가치와 생활의 편리성에만 중점을 두고 있는 경우가 대부분이다. 하지만 변화무쌍한 기후변화를 겪으며 살아가야 하는 미래 세대에게는 주택도 에너지 생산의 고려 대상이 되어야만 한다. 주거공간이 휴식을 제공하고 재테크의 수단으로만 사용되던 시기는 이제 지나가야 한다는 의미다. 그런 점에서 에너지 플러스 하우스는 미래의 소형 발전소로 불린다. 발전소라고 하면 거창하게 대규모 설비를 갖추고, 대규모 전력을 생산하는 시설을 생각하기 쉽지만, 에너지 플러스 하우스는 그런 형태가 아니라 에너지를 자급자족하거나 약간의 잉여 에너지를 남길 수 있는 주거형 신재생에너지 발전소인 셈이다.

날로 심해지고 있는 지구온난화와 화석 연료의 고갈로 인해 인류의 미래가 불투명한 상황에서 에너지 플러스 하우스는 선택이 아닌 생존의 문제가 달린 주택이 될 것으로 예측되고 있다.