‘넷-제로 에너지 건강주택’으로 진화하는 캐나다 첨단주택-이퀼리브리엄(EQuilibrium)

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‘넷-제로 에너지 건강주택’으로 진화하는 캐나다 첨단주택-이퀼리브리엄(EQuilibrium)

2009년 7월 8일 (수) 11:26:26 | 지면 발행 ( 2009년 6월호 - 전체 보기 )

급격한 기후 변화, 화석 연료의 지속적 공급에 대한 불확실성 및 가격 불안정, 지구 온난화를 막기 위한 온실가스 배출에 대한 국제적 규제 등은 우리가 지금 당면하고 있는 매우 심각한 문제들이다. 따라서 이에 대한 단기적인 차원뿐만 아니라 중-장기적 대비책을 마련해야 할 시점에 있다. 최근 우리나라 정부가 '저탄소-녹색성장'이라는 국정 방향을 발표한 것은 시행 방법에는 논란의 여지가 있을 수 있으나 매우 옳은 결정이다.

글 국제목구조교육센터 유재완 원장 031-531-9850 www.logschool.co.kr 사진 캐나다 연방정부 주택청(CMHC)

우리나라는 에너지원 대부분을 수입에 의존한다. 서울은 주거용, 상용 그리고 공공건물이 에너지의 60%를 사용하며 온실가스의 43%를 배출한다. 다른지역도 이와 비슷하다. 따라서 건물 에너지 수요를 감축하는 것은 건물 운영비 절감을 통한 경제적이득을 얻는 것뿐만 아니라 온실가스 배출을 줄여 기후 변화와 같은 자연환경을 개선하는데 매우 중요한 부분이 된다.
최근 유럽에서 연구 · 개발하고 있는 '패시브 하우스(Passive House)', 캐나다 '슈퍼-E (Super-E) 건강주택'및 '이퀼리브리엄 건강주택'등이 우리나라에 소개되고 있다. 이들은 궁극적으로 '넷-제로(Net-Zero) 에너지'를 목표로 한다. 캐나다 정부는 2030년까지는 모든 신축 주택을 넷-제로 에너지화한다는 목표를 세워놓고 있다.
2006년 5월, 캐나다 연방정부 주택청(CMHC)이 주도하는 이퀼리브리엄 건강주택 프로젝트에 72개 주택 업체들이 참가해 제안서를 제출했다. 전문가 심사를 거쳐 1차로 12개 계획안이 선정됐고 2차로 3개 계획안이 추가됐다. 현재 6채 시범주택이 완성됐으며 나머지 주택들은 설계 혹은 건설 중이다.
이들은 경골 목구조 공법을 채택했다는 공통점이 됐다. 그 이유는 캐나다가 풍부한 산림자원을 바탕으로 발전시킨 보편화된 공법이라는 점도 있겠으나 ①디자인에 융통성이 있고, ②구조적 강도가 높으며 ③목재는 친환경 자재이며 ④목구조가 단열 시공에 있어 비용대비 효율이 높다는 점이다.

넷- 제로 주택이란
'넷-제로 에너지 주택'을 소개하는 일부 언론 보도가 정확하지 않아 용어에 대한 정의를 명확하게 할 필요가 있다.
'넷-제로 에너지 주택'이란 연간 사용량만큼의 에너지를 자체 재생가능 에너지원을 이용해 자급하는 주택이다. 영국과 같이 일부 국가는 '넷-제로 에너지'보다는 '탄소를 전혀 배출하지 않는 것'에 초점을 맞추고 있다. 영국 정부는 2016년부터 모든 신축 주택을 대상으로 탄소를 전혀 배출해서는 안 되도록 하는 규제를 마련했다.

다음은 이퀼리브리엄 건강주택의 공통적 특징이다.
① 고도의 단열 : 벽체 평균 U-값은 0.11, 지붕 평균 U-값은 0.09.
② 무동력 태양열 난방(Passive Solar Heating) : 일부 시범주택에는 열을 저장할 수 있는 열 질량(Thermal Mass)을 추가했고 여름철 실내 과열을 막기 위해 처마를 길게 하고 차양 장치를 설치했다.
③ 고효율 창호 사용 : 3중 혹은 4중 유리 사용, 저복사 유리 사용, 아르곤 가스충전, 단열간봉 사용, 화이버 글라스 창틀.
④ 친환경 자재 사용 : 친환경 인증 제품 채택.
⑤ 고도의 기밀성 : 측정 시 압력차이가 50파스칼(Pascal)인 상태에서 시간당 환기 횟수(ACH)를 0.5 이하로 제한.
⑥ 열회수 환기 장치 (HRV-Heat Recovery Ventilator)를 이용한 기계적 환기.
⑦ 고효율 냉/난방설비 : 일부 시범주택에서는 지열을 채택.
⑧ 태양전지를 이용한 전기의 생산 : 현재는 태양전지 가격이 높지만 앞으로는 점차로 낮아질 것으로 예상.
⑨ 태양열을 이용해서 생활 용수를 가열.
⑩ 하수에서 폐열 회수.
⑪ 에너지 사용 감소 : 거주자가 에너지 사용 결과를 모니터링(Monitoring), 고효율 가전제품 사용, 고효율 조명등과 조절 장치 사용, 집을 비울 때 불필요한 전기부하를 차단하는 카드 시스템 적용, 대기전력 차단 기구 사용.
⑫ 물 절약 및 재사용 : 절수형 샤워 헤드(Shower Head) 및 수전, 절수형 가전제품, 2개 용도로 수세하는 양변기, 빗물이용, 가뭄에도 잘 견디는 조경 계획.

위에서 열거한 12가지 공통된 특징 중 일부는 우리가 짓는 주택에 적용할 수 있다. 특히 주택 에너지 효율을 극대화하려면 건물외피를 고도로 단열하고 고도로 밀폐하며 고성능 창문을 사용하는 것이 중요하다. 그러나 이는 결코 쉬운 일이 아니며 매우 치밀한 시공이 요구되는 작업이다. 또한 에너지 효율을 높이기 위해서 건물외피를 고도로 밀폐하면, 실내 공기 질이 악화되므로 에너지 손실을 최소화하면서 환기가 가능한 기계식 환기 장치인 열회수 환기 장치 사용이 필수적이다.

에너지 절약 주택, 효율과 비용 따져 결정해야
비록 설비투자에 적지 않은 비용이 들지만 태양열, 지열 풍력 등은 무료로 무제한 사용할 수 있는 에너지원이다. 비용대비 효율과 투자비용 회수 기간을 고려해서 채택 여부를 결정하는 것이 현명하다. 특히 태양전지는 가격이 점차로 낮아지고 있지만 그것을 설치하려면 아직도 비용 부담이 크다. 중앙정부 혹은 지자체가 설비비 일부를 지원하는 프로그램을 잘 검토하고 경제성을 판단해서 결정해야 할 것이다.
건물 방위를 남쪽으로 하고 처마를 길게 하거나 차양 장치를 설치해 여름에 실내로 들어오는 햇빛을 차단하고 겨울에는 햇빛을 많이 받아들이도록 설계하는 것은 아마도 가장 저렴한 비용으로 주택 에너지 효율을 높이는 방법들 가운데 하나다.
이퀼리브리엄은 캐나다가 추구하는 미래지향적인 넷-제로 에너지 건강주택이다. 새로운 기술을 채택한 실험적인 면도 있고 경제성보다는 성능을 높이는 데 더 치중한 면도 있다. 그러나 이 주택들은 우리가 앞으로 지향해야 할 방향을 제시하고 있다.
현시점에서, 우리는 이상에 너무 치우치지 않고 현실과 타협할 필요가 있다. 재생 에너지 자급설비를 주택건축에 채택하면 비용이 많이 들기 때문에 건축비가 매우 높아져 경제성이 낮아진다. 그렇다면 비록 재생 에너지 자급 설비가 배제되었지만 넷-제로 에너지에 가까운(Near Net-zero Energy) 캐나다 슈퍼-E 건강주택이 현실적인 선택이 될 수 있을 것이다.

풍력으로에너지자립실현하는덴마크 '삼쇠'섬

덴마크 삼쇠섬은 전체 면적 114k㎡ 인구 4400명으로 우리나라 울릉도에 비하면 면적은 크지만 인구는 절반 정도인 곳이다. 덴마크 중앙정부는 지방자치단체, 신재생에너지 관련 기업, 시민들과 손잡고 1998년 삼쇠섬 특별 프로젝트를 구상 이곳을 에너지 자립 섬으로 만들고 있다. 98년 당시 6%에 불과했던 에너지 자립도가 현재는 100%다.
섬이라는 특성상 풍력 에너지가 가장 큰 비중을 차지한다. 총용량 11㎽ 풍력 터빈 11기가 섬 전체 에너지 소비를 충당하는데 주민 450명이 공동 출자해 설립한 업체가 2기를 소유하고 나머지는 개인 농장주가 운영한다. 2003년부터는 자급 정도를 넘어섰고 잉여 전기 생산을 위해 2.3㎽급 터빈 10기를 추가 설치해 전력 시장에 판매하기에 이르렀다. 나아가 삼쇠섬은 가까운 미래에 교통 부분 에너지를 화석연료에서 수소에너지로 바꾼다는 계획이다. 각 가정 난방은 짚, 나무조각 등의 바이오매스와 태양열을 이용한다. 바이오매스를 활용한 지역난방 시설도 갖췄다. 덴마크풍력산업협회가 밝힌 바에 따르면 이곳 주민들은 바다를 운행하는 페리에서 생기는 남는 열을 활용할 정도로 에너지 절약 정신이 투철하다. 2008년 현재 총 1200가구 가운데 15%가 재생가능에너지만을 활용해 난방을 해결하고 있다고 한다.

자료 참조 : 덴마크풍력산업협회 www.windpower.org

일본, 일체형 'CO2 오프'주택

도쿄 인근에 놓인 1980년대에 완공한 연면적 155㎡ 복층목조주택을 에너지절약 주택으로 리모델링한 곳이다. 건물 일체형 태양광발전 시스템(4㎾), 차세대 에너지 절약 업그레이드 사양, 고효율 급탕기인 에코 큐트, 보온 욕조, 에너지 절약 다기능 편좌, LED 조명 등을 설치했다.
이 결과 일반 주택과 비교했을 때 CO2 배출량이 약 81%가량 감소했으며 연간 전기료는 244,600엔가량 절약되는 효과를 얻었다. 시공을 맡은 세키스이 하우스 주식회사에 따르면 일본 일반 주택의 연간전기료는 262,500엔, 연간 CO2 배출량은 4,100㎏ 정도이나 이 주택의 연간 전기료와 CO2 배출량은 각각 17,900엔, 784㎏에 불과하다고 한다. 기계적 설비 외에도 주택을 최대한 밀폐시키고 통풍이 원활하고 햇빛 등이 실내로 잘 유입되도록 공간을 설계했으며 최대한 많은 식물을 정원에 식재함으로써 쾌적한 주거 환경 조성과 아울러 여름철 주택이 고온화되는 것을 막았다.
세키스이 하우스는 일본 환경성으로부터 에코 퍼스트 기업으로 인증받았으며 목조와 철골 주택을 주로 시공한다.

자료 참조 : 세키스이 하우스 주식회사 www.sekisuihouse.co.jp