'솔라하우스-Ⅱ' 현장 클로즈업…'에너지'가 돌고 돈다

'솔라하우스-Ⅱ' 현장 클로즈업…'에너지'가 돌고 돈다 '85% 에너지 자급' 세계적 수준…태양열·지열·태양광 '선순환' "제로에너지 건물단지 시범사업 활성화 돼야"

▲ 한국에너지기술연구원 솔라하우스-Ⅱ. 벽면에 '태양열 집열장치' 설치  ⓒ2010 HelloDD.com 9m 날개 3개가 달린 풍력발전기가 초여름 바람을 '쉬익~' 가르며 도는 한국에너지기술연구원(원장 한문희) 태양동산. 세계적으로 최고의 에너지 효율을 자랑하는 집이 자리잡고 있다. 난방 뿐만 아니라 냉방·급탕·전기까지 주택 전체 사용 에너지의 85%까지 자급할 수 있는 주택. 이름은 '제로에너지 솔라하우스-Ⅱ'다. 지난 2002년 말 준공된 제로에너지 솔라하우스-Ⅰ이 진화한 집이다. 기존 솔라하우스-Ⅰ에는 열 에너지(난방)만 70% 수준으로 자급할 수 있었지만, 솔라하우스-Ⅱ는 열 뿐만 아니라 가정에서 필요로 한 전기에너지까지 포함해 종합 에너지 자립율을 85% 이상 높인 차세대 에너지 자립형 주택이다. 일단 건물 외관부터 색다르다. 보통 지붕에 있던 태양열 집열장치가 벽에 붙어 있다. 태양열 집열장치가 벽면과 일체돼 있다. 지붕 전체를 뒤덮었던 태양열 집열장치 설치 공간 문제를 해결한 것이다. 오히려 집열 효과면에서도 사시사철 장점이 많다. 겨울에는 태양의 고도가 낮아 햇빛이 많이 쪼이고, 여름에는 고도가 높아 집열장치가 과열되는 것을 방지해 주면서 효율적으로 빛을 모은다. 강화유리로 덮혀있어 깨지거나 외부 손상 걱정도 없다. 일단 에너지 자급율을 높이려면 건물의 외피를 통해 열이 빠져나가지 않아야 한다. 이러한 에너지 부하를 줄이기 위한 총체적인 기술을 건물에너지 저감기술, '패시브'(Passive) 기술이라 부른다. 슈퍼단열기술이나 창호, 바닥, 기밀화(바람 새지 않게 하는 기술), 환기 열 회수기술 등이 이에 해당한다. 독일에서 패시브 기술을 적용한 주택이 많이 보급되고 있으며, 최근 우리나라에서도 S건설이나 D건설사 아파트도 모두 패시브 기술만 적용한 사례다. 그러나 패시브 기술만 가지고 주택에서의 급탕과 전기 생산은 건축적 한계가 있다. 제로에너지 솔라하우스-Ⅱ는 패시브 기술은 기본이다. 태양열·태양광·지열 등 신재생에너지 생산 개념의 액티브(Active) 핵심기술들이 복합적으로 적용됐다. ▲(왼쪽 사진)"태양열 축열탱크 내부가 이렇게 생겼어요" (오른쪽)실제 가동중인 태양열 축열탱크. 새로 지을 건물에는 콤팩트화 될 예정. ⓒ2010 HelloDD.com ▲(왼쪽)온수가 서서히 따뜻해진다. (오른쪽)온수를 틀면 에너지가 어떻게 순환되는지 알려주는 시스템 상황도. ⓒ2010 HelloDD.com 솔라하우스에서 열이 어떻게 순환되는지 알아보기 위해 지하로 내려가 봤다. 태양열 축열탱크와 지열 축열탱크가 가동되고 있다. 두 탱크는 에너지 효율을 위해 서로 상호작용한다. 보통 태양열 축열탱크가 90℃라면 지열 탱크는 45~50℃로 유지된다. 태양열 탱크의 온수가 높아져 있어 굳이 전기를 많이 소모하는 지열 히트펌프가 가동될 필요가 없다. 상대적으로 지열 히트펌프가 적게 사용 된다. 태양열이 다소 부족해 지는 겨울에는 지열로 난방과 온수를 공급한다. 복잡하게 배관이 얽힌 이 두 탱크는 실제 적용될 때 콤팩트화된다. 두 탱크와 배관·펌프가 일체화 돼 규모가 절반 수준으로 줄어든다. 이중문을 열고 솔라하우스 내부에 들어서니 바닥과 천장이 눈에 띈다. 바닥은 타일로 돼 있다. 겨울철 난방수를 순환시켜만 줘도 따뜻한 기운이 오래 간다. 열 손실이 덜하다. 천장에는 자연환기 장치가 곳곳에 설치돼 있다. 외부의 따뜻한 공기가 위에서 아래로 자연스럽게 퍼지게 하는 장치다. 주택의 규모가 큰 경우에는 자연환기 장치 보다 중앙공급식 환기배열 회수장치를 설치하는 것이 좋다. ▲(왼쪽)바닥이 타일로 깔려 있다. 여름엔 시원하고 겨울엔 뜨뜻~ (오른쪽)천장에 설치된 자연 환기장치. 외부 따뜻한 공기를 시원하게 퍼뜨린다. ⓒ2010 HelloDD.com 에너지연 연구팀은 '창호 부착용 환기배열회수장치'를 개발하기도 했다. 연구팀은 우리나라에서는 아직 상용화되지 않았지만, 솔라하우스같은 에너지 자립형 주택이 대중화되면 금방 상용화될 장치로 여기고 있다. 겨울철 찬 외부 공기가 밖으로 빠져나가는 더운 내부 공기로 인해 교차되면서 열이 높아져 내부로 들어오게 하는 자연형 열 순환 개념이다. 처마길이도 중요하다. 여름철에는 햇빛이 내부로 들어오지 못하도록 처마길이가 설정돼 건축됐다. 겨울철에는 햇빛이 내부로 들어오면 바닥의 콘크리트를 통해 축열되도록 설계됐다. 솔라하우스-Ⅱ의 건설 추가비용은 기존 주택 50평·평당 400만원 기준 대비 20% 이내 수준이다. ◆ "창문 크기도 그냥 결정된 것 아냐" 건축물 설계+신재생 에너지 활용+건물 에너지 저감기술 복합 실현 ▲(왼쪽)창문 크기 하나도 제로에너지 시스템을 고려해 설치했다. (오른쪽)백남춘 박사가 자체 개발한 '창호 부착용 환기배열회수장치'를 소개하고 있다. ⓒ2010 HelloDD.com 솔라하우스의 창문 크기를 비롯해 모든 건축 기자재는 그냥 쓰인 것이 아니다. 가장 에너지가 적게 들어가는 형상으로 디자인됐다. 최적의 에너지 효율을 위해 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 창문 크기가 결정되고 집 구조나 위치가 잡힌다. 건물주가 지불할 수 있는 예산으로 건물의 비용과 크기가 결정되면 건물 형상이 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 결정된다. 단열재·창문·바닥·기밀화 등 모든 건축 기자재가 어떤 식으로 건물에 투입될지 최적화된다. 제2, 제3의 솔라하우스를 만들기 위해 연구팀은 에너지 최적화를 위한 SW를 개발해 냈다. 하루에도 수십번 시뮬레이션을 통해 건물 사용자가 원하는 건물 형상으로 에너지 최적화 설계를 할 수 있다. 신재생에너지 활용과 건축물 설계, 건물 에너지 저감기술을 복합적으로 고려해 솔라하우스를 지어낼 수 있는 것이다. 연구책임자 백남춘 박사는 건물에서 나오는 이산화탄소 배출량을 줄여 인류에 기여할 수 있다는 확신을 갖고 있다. 유럽은 건물 이산화탄소 배출 발생비율이 40%에 이른다. 우리나라는 24%. 우리나라에서는 2020년까지 탄소 제로 건물을 보급하겠다는 목표를 세웠고, 유럽은 2016년까지 탄소 제로 건물이 아니면 보급하지 않겠다는 정책이 발표됐다. 백 박사는 "건물 쪽에서 이산화탄소 배출문제가 해결돼야 전 세계적으로 탄소 문제를 풀어갈 수 있다"며 "과학자들도 과연 실현될까 할 정도로 관련 분야 정책과 기술의 발전 속도가 엄청나다"고 말했다. 그런 가운데 백 박사는 우리나라가 해야 될 것이 너무 많다고 말했다. 주택 차원을 넘어 빌딩 오피스 차원에서 탄소 제로 건물 연구가 이뤄져야 되며, 소도시나 마을 단위의 제로 에너지 커뮤니티 조성 연구가 시급하다. 백 박사는 "제로에너지 건물 사용자들이 사용해보니 너무 좋더라라고 이야기 하면 금방 확대 보급될 것"이라며 "제로에너지 건물 보급 확산을 위해 우선 우리나라도 정부가 관련 시범사업을 적극적으로 추진해야 한다"고 말했다. 솔라하우스 개념영상