1. 그린홈(Zero-Energy Home)이란?
그린홈, 또는 제로에너지 주택은 태양광·풍력 같은 신재생에너지 발전설비와 고효율 단열·기밀 시공으로, 연간 소비하는 에너지를 모두 현장에서 생산해 외부 전력망에 의존하지 않는 주택을 말합니다. 에너지 자립도를 100% 이상 달성해 ‘제로 에너지’라는 명칭이 붙었으며, 탄소 배출을 최소화해 기후 위기에 대응하는 미래형 주거 모델입니다.
2. 패시브하우스의 탄생
‘열 보존’ 개념은 1883년 남극 탐험선 프레임(Fram)호에서 시작됐습니다. 극한의 추위 속에서 선원들은 숙소를 순록 털로 단열하고 문틈을 철저히 밀봉해 내부 열손실을 막았습니다. 이 아이디어는 20세기 후반 건축 기술에 영감을 주었고, 1973년 제1차 오일쇼크를 계기로 독일에서는 에너지 절약형 건축 연구가 본격화되었습니다.
1988년, 독일 패시브하우스연구소 소장 볼프강 파이스트(Wolfgang Feist)가 ‘패시브하우스’ 개념을 정립했습니다. 고성능 단열재, 기밀 시공, 열회수 환기장치(ERV)를 결합해 외부 에너지 입력 없이도 냉난방 부하를 대폭 줄이는 설계 철학이었습니다. 1991년 독일 다름슈타트에 세계 최초의 주거용 패시브하우스가 완공되며, 초저에너지 건축의 역사가 막을 올렸습니다.
3. 액티브하우스의 등장
패시브하우스는 에너지 수요를 최소화했지만, 여전히 외부 전력망에 의존해야 했습니다. 2000년대 들어 태양광·풍력·수소연료전지 같은 신재생발전 기술이 상용화되면서, 건물이 스스로 전력을 생산·저장하는 ‘액티브하우스(Active House)’가 등장했습니다.
액티브하우스는 패시브 전략 위에 고효율 태양광 모듈, 에너지저장장치(ESS), 수소 연료전지 등을 도입해, 건물 외부의 에너지를 거의 사용하지 않는 ‘제로 에너지’에서 더 나아가 ‘자가발전’ 주택을 구현합니다. 에너지 생산과 소비를 실시간 통합 관리하는 EMS(에너지관리시스템)가 핵심 기술로 자리매김했습니다.
4. 그린홈의 다음 단계: 에너지 플러스 하우스
제로에너지 건축의 궁극적 목표는 소비량을 넘어 생산량이 더 많은 ‘에너지 플러스 하우스(Energy-Plus House)’입니다. 이 개념은 남는 전력을 ESS에 저장하거나 이웃과 공유하는 스마트 그리드 개념으로, 건물이 지역 단위 에너지 허브 역할을 수행하도록 합니다.
덴마크 쇠네르보르(Sønderborg) 시의 ‘제로플러스 하우스’는 지방자치단체와 에너지 기업이 협력해 탄소중립 도시를 목표로 삼은 프로젝트 제로(ProjectZero)의 일환입니다. 이곳에서 건물은 연간 소비량 대비 120~140%의 에너지를 생산해, 남는 전기를 인근 건물과 공유하며 도시 전체를 지속가능하게 만드는 실증 모델로 자리 잡았습니다.
한국에서도 대전 유성구 ‘플러스에너지커뮤니티’가 4채 건물에 BIPV(Building-Integrated Photovoltaics) 모듈을 적용해 태양광·태양열을 동시에 발전하고, 연간 자립률 144%를 기록했습니다. 이처럼 에너지 플러스 하우스는 단순 소비자를 넘어 생산자이자 공급자의 역할을 수행합니다.
5. 제로하우스의 과제와 발전 방향
지금까지 가정용 분산 발전 시스템의 대표 주자는 태양광 발전입니다. 그러나 태양광은 ‘간헐성’이라는 치명적 한계를 지니고 있습니다. 장마 철이나 흐린 날이 계속되면 발전량이 사실상 0에 가깝고, 핵심 솔루션인 ESS(Energy Storage System)도 고가여서 부담이 큽니다.
예컨대 테슬라 파워월 12 kWh 모델은 약 13,000달러에 육박합니다.
전력은 언제나 비상 상황에서도 사용 가능해야 하는데, 이 간헐성을 극복할 대안이 바로 ‘가정용 수소 연료전지’입니다. 물론 수소 연료전지 발전기도 초기 설치 비용이 높다는 단점이 있지만, 가까운 일본에서는 2009년부터 '에너팜(Enerfarm)' 프로젝트를 정부 지원금으로 육성하여 2020년까지 누적 보급대수가 44만 대를 넘어섰고, 보급률은 매년 15% 이상 증가하는 추세입니다. 이제 우리도 분산형 수소 발전 시스템을 통해 24시간 안정적인 전력 자립 시대를 열어야 합니다.
6. 결론
그린홈 제로에너지 주택은 19세기 극지 탐험에서 시작된 열 보존 개념이, 20세기 에너지 위기 속 패시브하우스, 21세기 신재생발전 기술의 액티브하우스를 거쳐, 이제 에너지 플러스 하우스로 진화하는 긴 여정을 보여줍니다. 정부와 지자체, 건축업계, 기술 기업이 협력해 보급 정책과 기술 혁신을 추진한다면, 머지않아 각 가정이 ‘발전소 겸 주택’으로 거듭나는 미래를 마주할 수 있을 것입니다.가정용 분산형 수소 발전 시스템은 태양광의 간헐성을 극복하고, ESS의 고가 부담을 줄이며, 24시간 안정 전력을 공급하는 통합 에너지 솔루션입니다. 일본이 정부 지원을 통해 ‘에너팜’ 보급률을 매년 15% 이상 끌어올린 것처럼, 우리도 수소 연료전지와 스마트 통합 시스템을 적극 도입해 ‘에너지 자립 가정’ 시대를 앞당겨야 합니다. 다음 회차에서는 ‘수소 자동차와 개조차’ 분야의 혁신을 살펴보겠습니다!