에너지 절약형 전원주택의 미래
친환경전원주택의 변화
‘생태주택, 패시브주택, 제로에너지주택’
최근들어 이상기후에 따른 한파가 유례없이 지속되면서 특히 겨울철 에너지공급에 적신호가 켜지면서 우리도 에너지 절약형 전원주택에 대한 관심이 높아지고 있다. 그동안 전원주택입지를 고를 때는 산과 강이 어우러진 자연경관에 많은 비중을 두었고 집을 지을 때도 나무와 흙 등 자연친화적인 소재를 많이 선호했다. 앞으로는 여기에 에너지절약형에 대한 관심도 보태질 것이다.
웰빙문화가 자리잡아가면서, 주거 문화에서도 건강과 환경에 대한 욕구가 높아지고 있다. 복잡한 도시생활에 찌든 현대인들은 자연과 가까운 곳에 예쁜 집을 짓고 평화롭게 살고 싶다는 꿈을 꾼다. 이런 여유로운 삶 속에 어울리는 집이라면 흔히 ‘전원주택’을 꼽는다.
과거 상류층의 별장으로 인식 돼왔던 전원주택이 90년대 중반부터 양평, 용인 등 수도권을 중심으로 전국적으로 전원주택 개발이 이어지기 시작해 이제는 전국의 도시근교와 강, 계곡주변에는 단독형과 단지형 전원주택들과 펜션들이 낯설지 않게 됐다. 그동안 개인이나 전문업체의 중심공급에서 개발되었던 시장도 해당지역관청이 주도해서 전원마을조성사업, 은퇴자마을 등 전원생활기반을 조성하고 도시민의 전원생활을 유혹하고 있다.
지금까지 전원주택의 화두는 첫 번째는 교통여건을 선호하는 접근성이 편리한 대도시 주변과 두번째는 쾌적한 자연환경 입지를 우선시하는 자연친화형이었다. 전원주택을 고를 때는 산과 강이 어우러진 자연경관에 많은 비중을 두었고 집을 지을 때도 나무와 흙 등 자연친화적인 소재를 많이 선호했다.
그러나 앞으로는 자연친화형에서 에너지절약형으로 전원주택의 코드가 바뀔 것 같다. 그런 움직임이 곳곳에서 감지된다. 전원주택을 짓고 사는 사람들에게 살면서 가장 부담 되는 비용이 무엇이냐고 물어보면 대부분 겨울철 난방비를 꼽는다. 화석연료에 대한 규제도 많고 기름값이 예전 같지 않고 가파르게 치솟기 때문이다.
앞으로 주택에서 연료를 어떻게 효율적으로 사용할 것인가에 대한 고민은 더욱 깊어질 것이며 에너지를 줄일 수 있는 집이 좋은 집, 잘 지은 집, 값 비싼 집으로 대체 될 것이다.
앞으로 전원생활도 재생 에너지와 연계되어야 할것으로 보인다. 재생에너지로 에너지절약하고 자연환경을 깨끗하게 보전하고 다가 올 에너지위기와 기후변화에 대처하기위해서는 생태주택, 패시브주택, 제로에너지주택에 귀농,귀촌의 전원생활자들에게 정부의 체계적이고 정책적인지원과 적극적 인 관심이 요구되는 현실에 직면해 있다.
우리나라는 1980년대의 두 차례의 에너지 파동을 거치면서 지난 20여 년 동안 태양에너지의 활용에 상당한 관심을 가지고 관련 기술의 개발 및 보급에 정부가 주도적인 역할을 수행해 왔다. 그 결과 무한한 에너지원인 태양에너지를 이용한 다양한 시스템들이 건물의 냉난방 및 온수 급탕 분야에 활발히 소개되었으며 국가의 대체에너지 이용 촉진에 적지 않은 기여를 했으며 앞으로 녹색성장과 더불어 재생 에너지도 더욱 정책적으로 활용할 계획으로 재생에너지를 적극적인 접근이 필요한시점이다.
저탄소 녹색성장의 기틀은 2008년 정부가 미래에 중심을 둔 ‘지속가능한 성장’으로 방향을 전환하면서다.
환경을 중시하는 녹색성장은 ‘온실가스와 환경오염을 줄이는 지속가능한 성장으로 신 성장동력과 일자리를 창출하는 신국가발전 패러다임’으로 ‘녹색성장’의 친환경 주택건립 그린홈 (green home) 1백만가구 사업과 세계 4대 개발 그린카 개발(green car) 강국 및 온실가스 2020년 대비 30% 감축 등 구체적인 목표를 내걸었다.
후속적인 조치로 지식경제부도 주택건설기준 등에 관한 규정 개정안도 2009년 10월 기후변화 대응 및 저탄소 녹색성장을 위해 에너지절약형 친환경주택(그린홈)의 건설기준 및 성능친환경 주택의 총 성능(에너지 절감률 또는 이산화탄소배출 절감률)은 난방, 급탕, 열원, 전력 등 4개 분야 및 14개의 평가요소를 기준을 마련하였다.
전원생활과 관련 있는 그린홈 100만호 사업도 일반주택에 태양광․태양열․바이오 등을 (‘08) 587억원, (’09)993억원, (‘10)9만6천200백만원으로 증가하고 있다.
그린홈 녹색마을 Green Village의 재생에너지의 지원설비는 태양광, 태양열, 소형풍력, 바이오, 지열에너지로 2010년부터는 연료전지(Fuel cell)설비도 시범 보급사업으로 시작되었다.
재생 에너지의 종류를 살펴보면 태양광에너지의 태양광발전은 태양의 빛 에너지를 직접 전기에너지로 변환시켜 이용하고 태양열 에너지는 태양으로부터 오는 복사광선을 흡수해 열에너지로 변화시켜 건물의 냉난방 및 급탕 , 산업공정열, 열발전 등에 활용하는 기술이다.(태양열주택)
태양전지는 태양 에너지를 직접 전기 에너지로 바꾸는 장치. 전지라고 하지만 건전지 등의 전지와는 다르다. 태양빛을 원료로 전기를 만들어 내는 일종의 전기화학적 발전기다. 에너지로 직접 사용하기 어려운 자연 상태의 햇빛을 다양한 활용성을 지닌 전기에너지로 바꿔주는 것이다.
또한 풍력에너지는 바람의 힘을 회전력으로 전환시켜 전기를 생산하는 기술이며 소수력발전은 물의 유동 및 위치에너지를 이용하여 발전하는 기술로 10MW 이하를 소수력이라 하며 이를 재생에너지로 규정한다.
해양에너지는 해양의 조수, 해류, 온도차 등을 변환시켜 전기나 열을 생산하는 기술이다.
지열에너지는 물 지하수 및 지하의 열 등의 온도차를 이용해 냉난방에 활용하는 기술이다. 태양열의 약 47%가 지표면을 통해 지하에 저장되어 지표면 가까운 땅속의 온도는 개략 10~20도정도로 연중 큰 변화가 없으며 지하 수 ㎞의 지열온도는 40~150도 이상을 유지한다.
바이오에너지는 바이오매스(유기성생물체)를 연료로 하여 얻어지는 에너지로 직접연소, 메탄발효, 알코올발효 등을 통해 발생한다.(옥수수에탄올, 사탕수수에탄올, 바이오디젤)
폐기물에너지는 종이, 나무 등의 가연성 폐기물을 파쇄, 분리, 건조, 성형해 고체연료로 만들고(펠릿보일러) 폐유정제유, 플라스틱 열분해 연료유, 폐기물 소각열 등이 있다.
연료전지는 수소와 산소의 화학반응으로 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 기술이다.(연료전지차 자동차, 연료전지 노트북)
수소에너지는 물이나 유기물질을 변환시켜 수소를 생산하거나 이용하는 기술이다. 분리해낸 수소를 산소와 결합시키면서 전기에너지를 얻거나 직접 태워서 열에너지를 얻는 것이다.
■ 에너지 절약형 전원주택 현황
재생 에너지를 생태주택, 패시브주택, 제로에너지주택의 보편적으로 사용하고 있는 에너지는 태양광, 태양열, 태양전지, 지열과 바이오매스에너지다.
재생에너지를 정부의 설비보조금 확대로 인가가 높아짐에 따라 특히 태양광 과 태양열이용 신청시 유의할 점도 있다. 태양열설비는 전기석유 없이 온수 및 난방이 100% 해결이 안 되고 소규모 태양열설비(집열기 2~3장 6㎡)로는 온수만 사용가능하고 난방은 불가능하다.
현재 정부는 정부인증을 받은 집열기를 사용하는 강제순환식 태양열설비(집열면적 12~30㎡)대해서만 총설치비 50% 이내로 무상지원 하며 정부의 품질인증이 없으면 무상지원대상이 아니다. 태양열설비 설치 후 점검과 유지관리는 겨울철과 여름철 연 2회 필요하다.
태양광발전 또한 정부보조금이 있으며 대략 1kW 용량의 발전기를 설치하는 비용은 거의 1천만원대다. 대개 가정집은 5~10kW 정도는 되는 용량을 설치해야 한다. 정부에서는 비용을 보조해주지만 한해에 집행이 가능한 예산이 정해져 있어 무조건 할 수 있는 건 아니다. 또한 발전기의 최대 발전량은 기상상태와 전지판의 노후에 따른 효율은 떨어질 수 있지만 60% 정도의 효율이 나와야 좋다.
재생에너지와 함께 건축물 단열의 필요성도 뒤따라야 한다. 대부분의 에너지를 수입에 의존하고 있는 우리나라의 경우 총 에너지 소비량 중 건물 부분의 사용량이 25%에 달해 건물에서의 에너지 절약 문제는 매우 중요하여 건축물에서의 단열은 에너지 절감뿐만 아니라 쾌적한 환경을 제공하여 작업의 생산성을 높이고 라이프 사이클 코스트를 낮춰준다. 열손실의 경로와 건물 전체의 각 부분별 열손실을 차단하여 단열성능을 강화하면 약 40~50%의 에너지를 절감할 수 있다.
건축물 외피 단열은 외피를 통한 열획득·손실을 감소시킴으로써 실내측 표면 온도를 실내 공기의 노점 온도보다 높게 유지되게 하여, 표면 결로 발생을 방지하고 이를 통해 마감재의 훼손을 방지해준다. 최근 단열건축자재 단열성능도 개선되면서 일반 자재보다 2~3배 정도 냉난방비를 절약할 수 있다.
● 패시브 하우스(passive house)
패시브하우스의 장점은 외벽과 창호를 통한 에너지의 손실 그리고 열교현상을 최소화시킴으로 기존 난방시스템은 사실상 필요 없다. 패시브하우스는 열손실 요인을 최소화해 에너지가 집 밖으로 빠져나가지 못하도록 수비하는 고단열, 고기밀 건물로 능동적으로 전기, 가스, 석유와 같은 에너지를 외부에서 끌어다사용하는 ‘액티브 하우스(active house)’에 대응하는 개념의 집으로 집 내부의 에너지가 최대한 외부로 새어나가지 않게 해서 화석연료를 사용하지 않고도 집 안의 온도를 유지된다.
패시브 하우스를 지을 때는 햇볕이 잘 들도록 남향으로 집을 짓고 크고 작은 창문을 많이 만들고 창문은 집 안의 열을 보존하기 위해 3중으로 설치하고 벽 속에 단열재도 일반적인 집의 3배인 30㎝ 이상을 설치하면 난방시설을 이용하지 않고도 실내온도를 26도 정도로 유지할 수 있다. 일반 주택에서 사용하는 에너지의 1/8 정도로 패시브 하우스에서 편하고 쾌적하게 살 수 있다.
패시브 하우스는 1991년 독일의 다름슈타트라는 곳에서 처음 만들어 진 후 현재 유럽의 많은 곳에서 빠르게 확산되고 있다. 우리나라에서도 요즘 패시브 하우스가 점점 늘어나고 있는데 홍천과 동탄, 파주, 양평 등지에서 개인주택으로 이미 패시브 하우스가 시작됐고 정부도 2013년까지 이 기술을 이용해 각종 교육시설과 업무시설을 지을 계획이다
패시브 하우스를 지을 때 일반주택보다 단열에 신경을 써야 하기 때문에 비용이 많이 드는 단점이 있다. 최근 단열재로 비싼 스티로폼 대신 값이 저렴하고 단역효과가 높은 대체 자재를 사용하면서 이 문제를 해결하기도 한다.
패시브하우스 원칙에 의하면, 건물 에너지 성능 및 효율을 높이기 위해서는 모든 구성조건 간에 완벽히 조화를 이루어야 한다. 열교환기와 온수시스템은 패시브하우스에 있어서 아주 중요한 시공기술이다.
- 패시브하우스의 장점
․ 오래된 기존건물에 비해 난방비용 90%절감
․ 환경보호 : 기존건물보다 연간 약 4,000kg 이산화탄소 배출감소
․ 에너지 가격 인상과의 비종속성
․ 온수, 난방비용에 대한 부담 감소
․ 공기와 습도에 강한 건축자재
․ 곰팡이 발생 빈도 감소(적합한 단열, 방수, 제습할 경우)
․ 단열을 통한 방음효과 상승
․ 연료저장고와 연통의 설치 불필요
․ 외풍차단, 온기있는 내벽
․ 풍부한 일사량 유입 및 확보
․ 신선한 공기 - 필터사용을 통한 쾌적한 실내공간
․ 기후보호에 대한 자발적 참여 유도
- 패시브 하우스의 단점
․ 상대적으로 높은 건축 비용
․ 독립된 공간에 대하여 예열된 공기량의 지속적 감소
․ 계절적 요인 또는 실내 거주자의 증가로 인한 내부온도 상승
․ 정전시 열회수기 가동에 영향
․ 에너지소비에 대한 규칙적인 관리 필요
● 제로에너지 하우스
외부 에너지가 사실상 필요 없는 제로에너지 하우스 ‘제너하임’을 선보였다. ‘제너하임’은 대우건설이 지난해 선보인 친환경ㆍ신재생 에너지 로 개발한 ‘그린 프리미엄’이 적용된 단독주택이다.
세대 내의 냉난방과 전력, 급탕, 취사까지 모든 에너지가 60%의 자체 생산 에너지와 40%의 외부 유출을 차단하는 절감 에너지로 충당된다. 이렇게 해 총 에너지 소비를 제로가 되게 한 것이다. 에너지가 외부로 유출되는 것을 막기 위해 고성능 창호와 단열재, 블라인드 등이 사용됐다.
특히 60%의 자체생산 에너지를 얻기 위해 태양광 발전 시스템, 태양열 급탕 시스템, 지열 냉난방 시스템, 가정용 연료전지, 가정용 축전지 등이 시공됐다.
다양한 형태의 에너지 공급원이 있어 ‘제너하임’에서는 오히려 잉여전력 생산도 가능해 에너지 소비율이 마이너스(-)가 될 수 있다는데 남는 전력은 차후 단지 공용으로 공급된다.
특히 ‘제너하임’은 급탕수, 환기에 소비되는 에너지도 ‘제로’로 한 것이 일반적인 제로에너지 하우스와 다른 점이다. 2020년까지 에너지 사용량이 거의 없는 ‘제로에너지 하우스’를 만들겠다는 비전을 제시했다.
대우건설은 2012년에는 에너지 절감률 50%, 2014년에는 에너지 절감률 70%, 2020년에는 에너지 절감률 100%의 제로에너지 하우스를 건설할 계획이다.
● 제로 에너지 타운
한국에너지기술연구원에 기존의 화석연료를 전혀 사용하지 않고 건물에서 소비되는 에너지를 자체 생산하고 100% 에너지 자립형 `제로 에너지 타운'이 지난 2005년 건립돼 운영되고 있다. 이 타운은 주거 및 생활환경 전반에 첨단 신재생에너지 기술을 통합적으로 적용한 것으로 에너지 자립형 미래도시의 모습을 단적으로 보여주고 있다.
제로 에너지 타운은 태양열 단독주택 1동과 아파트 주거용 4동, 연구실, 복합 에너지 효율화 건축물, 성능관리동으로 구성돼 있다. 여기에는 건물 일체형 태양광 발전과 풍력발전, 가정용 연료전지 열병합 발전, 태양열 및 지열을 응용한 냉난방 기술들이 적용돼 있으며 이 곳에 적용된 기술들의 효율성을 실증하고 모니터링 하는 곳으로 활용되기도 한다.
에너지 타운은 일반 주택에 비해 연간 300만원 정도의 에너지를 절감할 수 있고 태양열 축열별 시스템과 슈퍼단열 외피 시스템, 고효율 창호시스템, 태양광 발전 시스템 등으로 사계절 주택용 에너지의 70%를 자급할 수 있도록 설계 되었으며 오는 2010년까지 3단계 연구계획에 따라 100% 에너지 자립형 모델 하우스 개발에 목표을 두고 있다.
제로 에너지 타운 건설은 현재 사용이 가능한 신재생에너지 기술을 통합해 우리 주거와 생활전반에 적용하기 위한 것으로 이를 통해 미래 에너지 자급도시로 불리는 솔라 시티, 그린 빌리지의 비전을 제시하고 이에 대한 실증 및 모니터링을 통한 상용화 개발ㆍ보급ㆍ 홍보를 위한 테스트 베드를 마련 제로 에너지 타운의 미래상 제시하고 있다. 일반인들도 제로하우스에 관심을 가지고 있지만 초기 비용이 많이 들어 접근이 쉽지 않다.
■ 재생에너지 친화형 주거단지로 개발
주거단지 개발단계부터 신재생에너지를 체계적으로 보급을 위하여 산업자원부는 고유가상황 지속 및 국제적 온실가스 감축의무화 등 대내외 에너지환경변화 추세를 감안, 정부가 추진해온 신재생에너지보급정책의 모멘텀 강화를 위해 신재생에너지 친화형 시범 주거단지로 개발한다.
단독주택, 공동주택, 학교 및 공공청사, 테마공원 및 홍보관(상징타워) 등에 태양광, 태양열, 지열, 연료전지 등 신재생에너지의 보급시스템을 구축하고 총에너지의 5% 이상을 신재생에너지로 공급하는 시범 주거단지로 평택소사벌 지구(택지조성공사 중 2010년 12월)는 국내 최초로 네덜란드의 솔라시티와 같은 세계적 수준의 신재생에너지시스템 주거단지로 2011년까지 개발할 예정으로사업목표는 국내 최초․최대의 신재생에너지시스템 주거단지 조성과 신재생에너지 전시․홍보 및 견학시설 구축하고 자가용시설 이외의 사업용 신재생에너지설비 도입 추진한다.
세계는 지금 저탄소 녹색성장이 새로운 패러다임으로 부각되고 있다. 저탄소 녹색성장은 선택 아닌 필수다. 세계적으로 탄소세와 탄소시장의 도입, 에너지효율화, 신재생에너지 개발 경쟁이 가속화 되고 있으며 신재생에너지는 미래의 화석연료시대의 종식에 대비한 가장 유망하고 지속 가능한 에너지로 향후 50~60년 이후 피크오일에 대비한 에너지 대란에서 대비할 기점에 서있다.
앞으로 정부는 2025년부터 신축건물, 제로에너지하우스 건축 신규 건축물의 에너지성능 기준을 강화해 주택은 2012년부터 냉난방의 50%를 절감하도록 하고 2017년부터는 패시브 하우스(Passive House) 수준(에너지성능 60% 이상 개선), 2025년부터는 제로에너지하우스 수준(외부에서 유입되는 에너지가 없는 수준)으로 짓도록 할 계획이다.
일반건물도 2025년부터 제로에너지 빌딩으로 의무화한다는 계획이다. 또한 화석연료 규제하기위해서 탄소배출이 많은 건축물의 재산세와 자동차세도 탄소배출량기준으로 부과한다고 한다.
전원주택시장도 제로에너지주택, 패시브주택, 생태주택이 에너지절약형 전원주택으로써 미래전원주택을 선도할 인기몰이가 시작될 날도 머지않아 보인다.
글 박철민 대정하우징 대표