저탄소녹색건축포럼
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▶'패시브하우스'와 ‘저에너지하우스’의 기준

 

▶‘패시브하우스’란 무엇인가?

 

“1995년 독일의 볼프강 파이스트 박사에 의해 최초로 건축되었고 고단열 고기밀의 건축 자재로 지어 난방에너지 소비를 95%까지 줄인 초저에너지 건축물을 말한다.”

패시브하우스는 고단열 고기밀을 통해 인체의 체온과 가전제품,조명기기의 발열 그리고 햇빛으로 난방을 하는 주택이다.

“독일 파시브하우스연구소(PHI)에 따른 패시브하우스의 기준은 고단열과 고기밀(氣密), 열회수환기장치등을 통해 1㎡당 연간 난방 수요가 15kWh 인 건축물이다.

등유 1리터가 약 10kWh와 열량이 같으므로 1㎡당 연간난방비가 등유1.5리터인 건축물로 해석될 수 있다.

 

▶‘저에너지하우스’란 무엇인가?

 

저에너지하우스란 패시브하우스의 기준에서 연간난방에너지수요가 70kWh/(㎡a)에서15kWh/(㎡a)사이인 건축물을 말한다.

패시브하우스의 실현을 위해서는 건축문화적으로 이러한 저에너지하우스의 실현이 반드시 전제되어야한다.

저에너지하우스의 건축물기밀도는 1.5/h를 충족해야하므로 일정정도의 기밀시공이 확보되어야한다.

 

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1. 왜 패시브하우스인가?

패시브하우스이론/패시브하우스이론1 2012.07.27 15:35 Posted by 패시브하우스 패시브하우스

1. 왜 패시브하우스인가?

 

패시브하우스(Passivhaus, passive house)는 인류가 기후변화와 에너지고갈이라는 위기를 해결하기를 원한다면 반드시 고려해야만 하는 건축 컨셉트이다. 인류의 전체 에너지소비 중에서 건축물이 차지하는 비중은 대단히 높다. 그러므로 건축물의 건설에 필요한 자재생산과 완공후의 운영에 들어가는 에너지소비를 줄이는 것은 기후변화와 에너지고갈 문제를 해결하기 위한 기초 작업에 속한다. 패시브하우스의 난방에너지 소비는 기존 건축물의 10% 밖에 안되고, 일차에너지 소비는 절반에도 못미친다. 그러므로 건축물에서의 패시브하우스 개념의 확대는 인류가 직면한 두 위기를 해결하기 위해서 대단히 중요하다고 할 수 있다. 또한 경제성이라는 측면에서도 국제 에너지가격이 지속적으로 상승하고 있으므로, 장기적으로 건물 운영비를 줄일 수 있다는 면에서 패시브하우스는 경제적으로도 매우 유리하다.

유럽의 경우 건축물에서 차지하는 에너지는 전체 최종에너지소비의 42%에 달한다. 이 에너지 소비 중에서 약 80%는 건물의 운영(냉난방, 조명, 공조, 온수공급 등) 중에 발생한다. 이러한 건물의 운영을 위해서 소비되는 에너지가 전세계의 일차에너지 소비에서 차지하는 비중은 거의 40%나 된다. 그러므로 건축물은 전세계의 온실가스 방출에서도 아주 큰 비중을 차지한다. 그런데 이는 또한 건축물에서 에너지소비를 줄이고 이에 따른 온실가스 배출량 감소의 가능성이 매우 크다는 것을 의미한다. 건축물 이용자에 의해서 소비되는 에너지 중에서 중요한 것은 난방, 온수생산, 냉방, 조명, 각종 가전제품의 가동을 위한 에너지이다. 에너지 소비 패턴을 놓고 볼 때 주거용 건물과 상업용 건물 사이의 가장 큰 차이는 상업용 건물에서는 여러 가지 사무용 기기를 사용함으로써 에너지소비가 높아지지만 온수는 적게 쓰기 때문에 그만큼 에너지소비가 줄어든다는 것이다.

한국의 건축물에서의 에너지소비도 유럽의 경우와 크게 다르지 않다. 독일의 경우 2005년 전체 최종에너지 소비에서 주거용 건물의 소비가 차지하는 비중은 28.8%, 상업용 건물의 소비 비중은 15.8%였다. 두 종류 건물에서의 에너지소비는 모두 건물 운영을 위해서 발생한 것이므로 두 수치를 합하면 약 44%가 나온다. 2005년에 독일에서 난방, 온수, 조명을 위해서 사용한 최종에너지의 비율은 약 37%였다. 두 수치에서 알 수 있듯이 건축물에서 사용되는 에너지의 비중은 대단히 높다. 한국의 경우도 독일과 크게 다르지 않을 것이다. 난방을 위한 에너지소비가 일차에너지소비의 25% 가까이 되고, 냉난방, 조명 등을 모두 합하면 건축물에서 소비되는 에너지는 전체 일차에너지 소비의 40%에 육박할 것으로 보인다.

기후변화 문제는 원자력과 재생가능 에너지의 확대만을 통해서는 해결할 수 없다. 국제에너지기구에서 전망하듯이 세계 에너지소비가 2030년까지 1990년의 1.5배 수준으로 증가한다면, 온실가스 배출은 56% 증가할 것이다. 이러한 증가추세가 지속되면 온실가스를 배출하지 않는 원자력이나 재생가능 에너지를 크게 늘린다고 해도 화석연료 사용도 증가시켜야만 하기 때문에 온실가스 배출량도 늘어날 수밖에 없다. 이 경우 기후변화정부간패널(IPCC)이 요구하는 대기 중의 용인할 만한 최대 온실가스 수준인 475ppm으로 억제하는 것은 불가능하다. 그러므로 에너지소비 자체를 줄이는 것이 대단히 중요해진다. 그렇다면 전체 일차에너지소비의 40%를 차지하는 건물 부문에서의 에너지소비를 줄이는 것이 에너지소비 감소의 일차적인 대상이 되어야 한다.

건물에서의 에너지소비는 결국 신축건물의 경우에는 패시브하우스 기준에 맞게 건축하고, 낡은 건물도 리모델링을 통해 패시브하우스에 근접하도록 하고, 조명기기를 비롯한 각종 가전기기를 에너지효율이 높은 것을 사용하도록 함으로써 크게 줄일 수 있다. 독일에서 최초로 건축된 패시브하우스의 일차에너지소비를 낡은 건물에서의 소비와 비교하면 이러한 접근이 얼마나 효과적인가를 알 수 있다. 이 건물에서 최종에너지는 낡은 건물에 비해 88%가 줄어들었고, 일차에너지는 낡은 건물(350kWh)의 20% 수준(72kWh)으로 떨어졌다. 만일 전세계의 모든 건물을 이러한 패시브하우스로 바꾼다면 일차에너지소비는 30% 이상 감소할 것이고, 온실가스 배출량도 30%나 감소할 것이다. 패시브하우스의 확대가 기후변화를 억제하는 데 대단히 큰 역할을 하는 것이다.

한국에서도 지속가능 건물 또는 에너지저소비형 건물에 대한 논의가 시작되고 있다. 그러나 이러한 논의에서는 대상 건축물에서 소비되는 에너지의 양에 대한 명확한 수치가 빠져 있다. 환경 친화적, 지속가능 등의 수식어로 치장되어 있을 뿐이다. 이런 방식의 접근은 에너지 소비를 줄이거나 기후변화 문제를 해결하는 데 전혀 도움이 되지 않는다. 명확한 패시브하우스의 정의를 앞세우고 패시브하우스 보급으로 나아가야만 위기의 해결뿐만 아니라 지속가능성에도 도달할 수 있는 것이다.

전세계에서 패시브하우스 확산을 위해 가장 많은 노력을 기울이는 국가는 오스트리아와 독일 같은 중부유럽 국가이다. 독일에서는 2006년 말까지 약 6,000개의 패시브하우스 기준을 충족시키는 주택이 보급되었고, 오스트리아에는 같은 해에 약 1,600개의 패시브하우스가 존재했다. 인구당 패시브하우스의 수는 오스트리아가 가장 많고, 그 다음이 독일이다. 이들 국가의 뒤를 이어서 세 번째 자리를 차지한 국가는 같은 중부유럽 국가인 스위스이다. 이들 국가에서 패시브하우스는 빠른 속도로 퍼져나가고 있다. 패시브하우스 컨셉은 거의 모든 용도의 건축물에 적용되고 있는데, 주거용의 단독주택뿐만 아니라 연립주택, 공동주택, 그리고 상업용 건물과 공장건물까지도 패시브하우스 컨셉에 따라 건축되었다.

독일 최초로 다름슈타트에 건설된 패시브하우스의 에너지소비. 난방에너지소비는 기존건물의 약 5%밖에 안되고, 온수와 전기 에너지도 절반 이하이다.

(출처: http://www.passiv.de/)

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2. 패시브하우스의 정의

패시브하우스이론/패시브하우스이론1 2012.07.27 15:32 Posted by 패시브하우스 패시브하우스

2. 패시브하우스의 정의

 

패시브하우스는 주거용 건물이나 비주거용 건물에 상관없이 에너지 수요가 대단히 적은 건축물을 말한다. 패시브하우스의 성립조건 중에서 가장 기본이 되는 기준은 난방과 냉방을 위한 최대 부하가 10W/m²를 넘지 않아야 한다는 것이다. 이 기준은 패시브하우스를 처음으로 연구하고 발전시킨 연구자나 건축가들이 단순히 에너지소비를 낮추기 위해서 자의적으로 정한 것이 아니라, 쾌적한 실내 공기온도를 실현하기 위해 소비해야만 하는 최소의 에너지값을 찾는 가운데 도출된 것이다.

쾌적한 실내를 만들기 위해서는 두 가지 조건이 충족되어야 한다. 하나는 실내 온도가 그 안에 있는 사람에게 쾌적감을 줄 수 있도록 적당하게 높아야 한다는 것이고, 다른 하나는 실내 공기가 신선해야 한다는 것이다. 이를 충족하기 위해서는 신선하면서도 적당하게 따뜻한 (또는 시원한) 공기가 항상 실내로 유입되어야 한다. 대부분의 건물에서는 실내를 따뜻하게 만들기 위해서 라디에이터나 온돌 같은 커다란 난방설비를 설치한다. 이들 난방설비는 실내로 지속적으로 유입되는 신선한 공기가 아니라 실내에서 돌아다니는 공기를 데워준다. 만일 겨울에 찬 외부 공기를 실내로 계속 받아들이면서 따뜻한 실내를 유지하려 한다면 난방설비의 규모는 대단히 커져야 한다.

이러한 건축물과 달리 패시브하우스는 육중한 라디에이터 같은 액티브한 난방 설비를 설치하지 않고도 위의 조건, 즉 실내 공기가 신선하면서 따뜻한 상태를 만들어내는 건축물인데, 바로 여기서 패시브하우스의 정확한 정의가 도출된다. 액티브한 냉난방설비를 설치하지 않고도 위의 조건을 충족시키려면 실내로 유입되는 신선한 공기를 조금 데워주거나 식혀준 다음 이것을 건물 안에서 퍼져나가게 하면 된다. 집안으로 유입되는 공기만을 데워줌으로써 쾌적한 실내를 만들어내는 것이다. 그러므로 패시브하우스는 “실내에서 순환하는 공기를 계속 재사용하지 않고 외부에서 집안으로 공급되는 공기에 대한 후속난방(post-heating)이나 후속냉방(post-cooling)을 통해서만 실내의 쾌적성을 성취할 수 있는 건축물”로 정의된다.

그런데 실내공기를 신선한 상태로 유지하기 위해서는 유입되는 공기의 온도를 크게 높일 수 없다. 섭씨 50도가 넘으면 공기 속의 먼지가 열분해되어 냄새가 나기 시작하기 때문이다. 이러한 사실로부터, 유입된 공기의 후속난방에 대한 한계가 분명하게 정해진다. 난방부하는 유입된 공기의 온도가 50°C가 넘지 않도록 설정되어야 하는 것이다. 건물의 실내에 공급되어야 하는 신선한 공기의 최소량은 한 시간에 일인당 약 30 m³이다. 공기 1 m³의 열용량은 1기압 21°C에서 33Wh/(m³K)이다. 유입되는 공기의 온도를 20°C로 보고, 최대 50°C까지 가열한다고 하면 아래 식과 같이 한사람에게 필요한 난방부하가 나온다.

30 m³/(h·Pers) · 0.33 Wh/(m³K) · 30 K = 300 W/Pers.

건축물에서 한사람이 차지하는 면적을 유럽의 평균값인 30m² 로 잡으면 다음 식에 따라 면적당 난방부하의 값이 얻어진다.

300W/30m² = 10W/m²

패시브하우스를 정의할 때 기본으로 삼는 난방부하의 값은 이러한 과정을 통해서 얻어진 것이다. 그러므로 패시브하우스의 정의와 에너지소비 기준은 자의적인 것이 아니라 세밀한 연구를 통해서 도출된 것이다.

중부유럽에서는 패시브하우스를 정의할 때, 위와 같은 복잡한 정의가 아니라 다음과 같이 간단한 기준 수치를 충족시키는 건축물을 패시브하우스로 정의한다.

단위면적(m²)당 난방에너지 소비가 15kWh 이하이고,일차에너지 소비가 120kWh(103,200 kcal/m²) 이하인 건물.

그러나 이 값은 절대적인 것이 아니다. 15kWh라는 값은 난방부하가 최대 10W/m²밖에 안 되면서도 실내의 쾌적성을 유지할 수 있도록 건물을 지었을 때, 그 건물에서 실제로 소비되는 에너지의 양을 나타내는 것이다. 그러므로 경험적인 수치이다. 반면에 일차에너지 소비량이 120kWh를 넘지 않아야 한다는 것은 경험적인 결과가 아니다. 패시브하우스 건축이 에너지소비를 줄임으로써 기후변화와 에너지 위기를 해결하는 데 기여할 수 있다는 패시브하우스의 존재 의의로부터 도출된 것이다.

패시브하우스에서는 난방을 적게 하는 반면 건물 안으로 들어오는 햇빛과 내부에서 발생하는 에너지를 최대로 이용한다. 건물 내부에서 에너지를 만들어내는 에너지원은 사람, 조명, 가전기구 등이 있다. 이러한 에너지원으로부터 많은 양의 에너지가 발생하면, 다시 말해서 에너지효율이 낮은 가전제품을 많이 사용하면, 단열이나 기밀성 등과 관련된 패시브하우스 기준에 세심한 주의를 기울이지 않고도 난방부하 10W/m² 이하, 난방에너지 소비 15kWh 이하라는 패시브하우스의 기본조건을 충족시킬 수 있다. 하지만 이 경우 건물에서 소비되는 일차에너지의 총량은 크게 늘어난다. 왜냐하면 가전제품을 많이 사용함으로써 전기에너지 소비가 증가하고, 이에 따라 전기에너지를 생산하기 위해 그 양의 약 3배나 투입되는 일차에너지의 소비가 늘어나기 때문이다. 이러한 이유에서 패시브하우스의 전체 일차에너지 소비가 120kWh 이하여야 한다는 기준값이 정해진 것이다.

위의 설명에서 알 수 있듯이 난방에너지와 일차에너지 소비가 각각 15kWh와 120kWh를 넘지 않아야 한다는 기준은 전 세계 어디에서나 적용되는 것이 아니고 중부유럽에 해당하는 것이다. 중부유럽보다 겨울철 평균기온이 낮은 스칸디나비아 지역에서는 이 값은 더 올라갈 것이다. 한국의 경우에도 겨울철의 난방 에너지뿐만 아니라 여름철 냉방에 들어가는 에너지까지 고려하면 냉난방 에너지와 일차에너지 소비가 중부유럽의 경우보다 더 커질 가능성이 높다. 그러나 패시브하우스의 정의로부터 도출된 난방부하가 최대 10W/m² 이하여야 한다는 기준은 지켜지는 것이 중요하다.

모든 건물은 그것이 어떤 용도로 사용하는가에 관계없이 패시브하우스의 기준에 맞도록 건축될 수 있다. 난방부하를 최소로 유지할 수 있도록 단열, 기밀성, 열회수 환기시스템에 세심한 주의를 기울이고 열교를 최소화해서 외부로 빠져나가는 열을 가능한 한 줄이면 어떤 건물이라도 패시브하우스 형태로 실현할 수 있는 것이다. 이미 주거용 건물은 물론이고 사무용, 상업용, 공장 건물의 경우에도 패시브하우스의 기준에 맞는 건물이 선을 보였다. 이들 모든 건물의 에너지소비는 패시브하우스의 기준에 부합하며, 따라서 기존 건물의 10% 정도에 지나지 않는다.

독일의 기존건축물(가장 왼쪽)과 패시브하우스(가장 오른쪽)의 에너지소비 비교 (WSchVO = German Heat Protection Regulation의 에너지소비 기준. SBN = Swedish Construction Standard의 에너지소비 기준. (United Nation Environment Programme, Division of Technology, Industry and Economics, Sustainable Consumption and Production Branch, 2007. Buildings and Climate Change, Status, Challenges and Opportunities.)

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3. 패시브하우스의 구성요소 (A. 설계기준)

 

패시브하우스를 건축하려 할 때 도입해야 하는 설계 요소들은 원칙적으로 이미 알려진 일반적인 건물설계에서 고려되는 것과 크게 다를 바 없다. 패시브하우스를 설계할 때 기본적으로 고려해야 하는 조건은 그 지역의 위도와 기후이다. 위도는 햇빛을 패시브 또는 액티브한 방식으로 이용하려 할 때 반드시 고려되어야 하는 중요한 요소이다. 기후 데이터들, 예를 들어 태양광의 직달 및 간접 일사량의 시간별 값, 풍속, 온도, 습도 등도 건물 설계에서 고려되어야 할 중요한 요소이다. 이것들은 건물 외피에 요구되는 단열두께와 냉난방 부하 계산에 영향을 미치고, 또한 연간 평균 냉난방 에너지수요와 태양에너지의 이용가능량에도 영향을 준다.

패시브하우스에는 높은 에너지 효율이 요구된다. 이를 충족하기 위해서는 앞으로 설명하게 될 건축요소들이 최적으로 설계되어야 한다. 이들 요소는 구조적인 것과 기술적인 것으로 구분될 수 있다. 패시브하우스의 설계 기준과 특정 요소들은 설계 과정에 전체로서 포함되는 것이다. 설계, 선별된 요소들을 바탕으로 수행되는 냉난방부하의 계산 그리고 온수나 가전기기 이용 등 다른 서비스를 위한 에너지 수요 계산은 패시브하우스의 성공적인 설계를 위해서 결정적으로 중요한 것이다. 재생가능 에너지의 이용은 패시브하우스의 일차에너지 소비를 줄이는 데 크게 기여할 수 있다. 적정한 가격의 태양열 설비는 중부유럽에 지어지는 주거용 패시브하우스의 전체 저온 에너지수요의 40~60%를 담당할 수 있다.

중부유럽에서는 특정한 건물의 설계에 대해 독일 다름슈타트의 패시브하우스 연구소에서 "패시브하우스"라는 인증서를 발행하고 있는데, 인증서를 받으려면 건물의 설계와 그 건축요소들의 상세한 정보들을 ‘패시브하우스 프로젝션 패킷’(PHPP)이라고 하는 계산 소프트웨어에 입력해야 한다. 2007년 6월부터는 전 세계의 기후구역에 대해서도 이 소프트웨어를 이용할 수 있게 되었다. 그러나 건물의 세밀한 설계와 구성요소를 이 계산 소프트웨어에 넣는 것은 꽤 복잡하고, 많은 노력이 필요하다.

 

A. 설계 기준

주택은 여러 다양한 사용자의 고정되지 않은 요구에 부응해야한다. 이러한 요구에는 가구를 들여놓는 등 거주와 관련된 욕구를 충족시키고 여러 가지 편의 설비와 관련된 사항들이 포함된다. 패시브하우스의 효율적인 에너지 이용으로 전통적인 난방 시스템은 무용지물이 된다. 난방기기가 필요하지 않게 되어 전체 공간을 이용할 수 있게 되는 것이다.

전통적인 집들과 같이, 패시브하우스는 다양한 종류의 사람들에게 어울린다. 그리고 특별한 고려를 하기만 하면 특수한 요구가 있는 그룹들의 요구사항을 충족하도록 설계될 수 있다. 패시브하우스에서 생활하기 위해서는 창문을 열지 않는다든가 하는 어떤 특별한 생활양식이 필요한 것은 아니다. 그리고 건물이 어떤 특정 범주의 사람들을 위해서 설계되는 것도 아니다. 그러나 다른 어떤 집들과 마찬가지로, 집의 운영이나 유지보수에 관해서 거주자가 잘 이해하고 있어야만 한다.

패시브하우스의 설계 기준은 설계과정에서뿐만 아니라 건축 작업이 진행되는 동안에도 확인되고 점검되어야 한다. 설계와 건축 작업 사이에 편차가 생기면, 설계과정에서 계산된 건물의 에너지 수요보다 실제 에너지 소비는 훨씬 높게 나올 수 있기 때문이다. 더 나아가서 그것은 쾌적성을 줄이고 건물의 구조적인 손상을 초래할 수 있다. 패시브하우스 설계의 기초가 되는 기준은 다음과 같다.

• 건물 외피면적-부피 비의 최적화. 외피면적-부피 비를 최적으로 하면 단열을 비교적 적게 해도 되며, 이는 패시브하우스를 경제적으로 실현할 수 있게 해준다.

• 건물 외피 전체의 완전한 단열과 열교(heat bridge)의 방지(또는 최소화)

• 기밀성 확보. 이것은 기계적으로 조절 가능한 환기를 가능하게 해주고, 조절되지 않은 환기에 의한 열손실을 최소화할 수 있는 기본 조건이다.

• 패시브한 태양에너지 이용 (패시브 난방, 조명, 냉방 등)

• 에너지 효율이 높은 기기의 이용 (공조, 열회수, 냉난방 등의 경우)

• 그밖에 필요한 에너지(온수, 전기, 난방용)에 대한 재생가능 에너지 이용

건물의 위치 선정도 에너지 효율에 큰 영향을 미친다. 건물의 방향은 겨울철 난방 수요와 여름철 냉방 수요를 최적화하는 데 중요한 영향을 미친다. 태양빛에의 접근성을 높이거나 차가운 바람으로부터의 보호와 관련하여 설계를 최적화하는 것은 난방 수요를 줄이는 데 도움을 준다. 패시브하우스에서는 여름철 냉방 부하를 줄이기 위해 태양빛을 차단하는 것도 필요할 수 있다.

건물의 냉난방 부하를 최소화하고 실내외의 안락함을 높이기 위한 일반적인 설계 지침은 아래와 같다.

• 볕이 잘 들고 경사가 낮은 남향 지붕 . 햇볕이 잘 드는 겨울날 온도 대차가 플러스가 되어 태양에너지 시스템을 건축에 통합시킬 수 있게 된다.

• 건물을 좋은 방향을 향해서 계획할 수 있는 부지. 태양에너지를 모을 수 있는 지붕의 모양?방향?경사, 최적화된 건물 간 간격, 여름철 더위를 줄일 수 있는 활엽수 나무의 위치와 조림.

• 밤 동안 시원한 공기를 끌어들여 평균 기온을 낮출 수 있도록 계곡 위쪽에 선택된 부지.

그러나, 패시브하우스의 설계는 높은 수준의 단열과 기밀성, 높은 품질의 창호와 문, 열회수를 동반한 환기와 같이 태양에너지와 관련되어 있지 않은 기술을 강조한다. 비록 집을 남향으로 앉히는 것이 최적이지만, 패시브하우스가 북향일 때에도 만족스럽게 작동하는 예가 있다.

패시브하우스를 실현하기 위해서 기본이 되는 것은 단열이다. 단열 상태는 열관류율로 표현할 수 있는데, 일반적으로 패시브하우스를 실현하기 위해서 충족시켜야 하는 열관류율(U값)의 범위는 아래와 같다.

 

0.09 ~ 0.15 W/m²K

바닥

0.08 ~ 0.15 W/m²K

지붕

0.07 ~ 0.15 W/m²K

창호

0.8 ~ 1.0 W/m²K

통창호(Mounted window)

0.6 ~ 0.85 W/m²K

현관문

0.4 ~ 0.8 W/m²K

 

주어진 U값 범위 중에서 최저값은 북쪽 기후의 고립된 단독주택들에 적용되고, 최고값은 중부 유럽의 집합주택(row house)이나 아파트에 적용되는 것이다. 

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B. 구조적 건축요소

패시브하우스이론/패시브하우스이론1 2012.07.27 15:24 Posted by 패시브하우스 패시브하우스

B. 구조적 건축요소

 

패시브하우스는 일반적으로 보통의 건물에 적용되는 것과 동일한 건축원리에 의거해서 건축할 수 있다. 기둥 골조형 건축, 원목이나 콘크리트로 둘러싸는 중량(solid) 건축 등을 모두 패시브하우스 건축 방식으로 할 수 있는 것이다. 그러므로 패시브하우스의 구조 역학적, 공간적 구조를 고려한 다양한 설계가 가능하다. 패시브하우스의 설계를 위해서 특별히 요구되는 구조적인 요소들은 일반적으로 건물 외피(지붕, 벽 또는 아래층바닥)의 일부분으로 들어가는데, 왜냐하면 패시브하우스의 외피는 철저하게 단열되어 있어야 하고 밀폐되어야 하기 때문이다.

 

가. 단열재(통상적, 재생불가능한, 재생가능한 일차 제품 및 진공단열재)

패시브하우스의 단열에는 사실상 모든 단열재(유기물, 무기물을 재료로 한)가 사용될 수 있다. 어떤 것을 사용할 것인지는 근본적으로 특정 적용영역의 건축 물리학적, 건축 기술적 특성에 의해 좌우된다. 중간단열재로는 사실상 모든 단열재가 사용될 수 있다. 두개의 판 사이에 부어넣는 것도 사용가능하다. 외단열용으로는 투습성이 있으면서도 충분한 내풍, 내기후 특성을 지닌 것만이 적용대상으로 고려될 수 있다. 그렇지 않을 경우에는 그것이 가능하도록 구조를 갖추어준 상태에서 사용해야 한다.

 

나. 윈도우시스템

시중에서 판매되는 가장 좋은 창호유리의 단열성능은 종종 역사적인 건물에서 만날 수 있는 홑겹유리의 단열성능보다 10배나 뛰어나고, 60년대부터 80년대까지 사용된 공기가 채워진 보통의 복층유리보다는 5배나 더 좋다. 최신 유리의 경우 다른 재료와 면하지 않은 부분의 열관류율은 0.5~1.2 W/m²K 밖에 되지 않는다. 그런데 단열재로 채워지지 않은 보통 창틀의 경우 열관류율은 1.5~1.9 W/m²K 에 달하기 때문에, 창틀에서는 건물의 다른 아주 잘 단열된 외피와 달리 열교가 발생하며, 창문유리와 대비해서도 열교를 만들어낸다.

창호의 질을 결정하는 것에는 기능성과 내구성만이 아니라 유리의 질(열관류율 U, 에너지투과율 g, 빛 투과율 t)이라는 요소도 들어간다. 그리고 창틀의 열관류율과 창호설치방식 및 유리가장자리의 접합방식 등도 창호의 질을 결정하는 데 영향을 미친다.

<패시브하우스에 사용되는 삼중유리의 성능>

 

자주 무시되는 중요한 창호관련 상세 사항은 창호를 벽(지붕) 단면에 접합하는 방식이다. 일반적으로 창호둘레의 길이는 상당히 길기 때문에 그 영향은 비교적 작은 Y값(선형 열교열손실계수)의 경우에도 고려되어야만 한다. 특히 심각한 상황은 창문인방을 단열하지 않은 경우, 그리고 외단열공법을 이용할 때나 벽을 여러 겹으로 할 때 창틀을 단열재로 덮지 않는 경우에 발생한다. 창틀을 단열재로 뒤덮으면 그렇게 하지 않은 경우에 비해 선형 열교열손실계수가 약 70%나 감소한다. 패시브하우스에서 목표로 하는 것은 창호의 열교열손실계수를 0.01 W/mK 이하로 떨어뜨리는 것이다.

한국의 기후상황에서는 이러한 창호구조의 원리는 0족원소가 채워진 이중로이유리가 아니라 표준 복층유리가 사용된 시중에서 판매되는 창호를 가지고 실현할 수 있다. 이 창호는 열관류율이 평균 1.3 W/m²K 정도에 달한다. 햇빛이 많이 비치는 겨울날에 이 창문의 일부를 열어서 태양에너지의 획득을 높이는 것은 패시브하우스 인증을 위한 시뮬레이션 계산에서 고려하지 않았다.

단열재면 위에 창호를 놓으면 인방의 깊이를 줄일 수 있다. 다음 그림은 창호 설치상황을 보여주고 있고, 그것이 열교와 유리면의 온도에 어떤 영향을 미치는가를 나타낸다. 창호를 단열 면 위에 얹고 창틀을 단열재로 덮는 것이 구조재면 위에 얹고 단열재로 덮지 않은 것과 얼마나 큰 차이를 보이는지 잘 알 수 있다.

 

다. 도어시스템

 

a. 출입문 또는 현관문

현관문도 보통 건물에서 사용되는 문과 달리 단열재가 채워져 있고 닫았을 때 밀폐가 잘되는 문을 사용해야 한다. 한국에서는 일반적으로 공동주택의 경우 출입문으로는 유리로 된 스윙문을 사용한다. 이 문은 두꺼운 한겹짜리 유리를 사용하는 유리문 두짝으로 이루어져 있다. 따라서 단열성능은 대단히 낮고, 유리문 한짝과 다른 한짝이 만나는 부분, 문틀과 유리가 만나는 부분의 기밀성도 아주 좋지 않다. 이러한 문은 패시브하우스용으로는 접합하지 않다. 중부유럽의 패시브하우스에서는 공동주택이든 단독주택이든 출입문은 한짝으로 된 여닫이문을 사용한다. 이러한 출입문에서는 문틀과 문은 단열되어 있고, 문을 닫으면 외부의 공기가 들어오지 않고 충분히 밀폐될 수 있도록 제작되어 있다.

한국에서도 단독주택의 경우에는 현관문에 단열문틀과 단열문짝을 적용할 수 있다. 기밀성도 문틀과 문짝에 고무 패킹을 제대로 부착하면 크게 높일 수 있다. 단독주택을 패시브하우스로 실현하려 할 경우 현관문에 적합한 문을 구하는 데 큰 어려움은 없는 것이다. 그러나 공동주택의 경우에는 거주자들이 커다란 스윙문에 익숙해져 있기 때문에, 이것을 한짝짜리 문으로 바꾸어서 건축하기에는 어려움이 있다. 물론 거주자들에게 패시브하우스에 대해

설명을 하고 설득하는 작업을 미리 벌인다면 출입문을 패시브하우스에 맞게 설치하는 것이 크게 어렵지는 않을 것이다.

한국에서 공동주택의 현관문은 건축법규에 따라 방화를 위해 철문으로 해야 한다. 현재 사용되는 현관문은 두 개의 철판 사이에 벌집모양으로 펼쳐진 지지물이 들어 있는 형태로 되어 있다. 이러한 구조에서는 단열작용이 거의 이루어지지 않는다. 공동주택의 계단실이 패시브하우스 단열외피 속에 들어 있으면 이러한 방화문을 현관문으로 사용하는 것도 큰 무리는 없을 것이다. 현관문도 단열외피 속에 포함된 실내문과 같은 것으로 볼 수 있기 때문이다. 그러나 계단실은 특별히 열회수 환기장치를 설치해서 환기를 하지 않는 경우가 많다. 그리고 출입문이 자주 개폐되기 때문에 외부의 찬공기에 노출되는 일이 잦다. 따라서 계단실은 주거공간보다 열손실이 많고 온도가 낮을 수밖에 없다. 그러므로 주거공간의 열손실을 줄이기 위해서는 현관문도 단열성능과 기밀성이 좋은 문을 사용하는 것이 좋다. 철판 사이에 2-3cm의 우레탄폼을 넣어서 단열성능을 크게 높이고, 문틀과 문짝이 꼭 들어맞게 설치해야 하는 것이다.

 

b. 실내문

패시브하우스의 실내문은 다른 건축물의 실내문과 거의 차이가 없다. 단열할 필요도 없고 기밀성이 높아야 할 이유도 없기 때문이다. 또한 주거공간을 쾌적하게 만들기 위한 조건 - 방음이 잘 되어야 하고 프라이버시가 지켜질 수 있어야 한다는 - 을 충족해야 한다는 점에서도 다를 바가 없다. 유의해야 할 점은, 패시브하우스에서는 환기장치를 사용하고 급기구역과 배기구역이 다르기 때문에 문을 닫아놓은 상태에서도 급기배출구에서 나온 공기가 배기흡입구로 부드럽게 넘어갈 수 있어야 한다는 것이다. 실내문을 닫았을 때 기밀성이 너무 좋으면 공기가 제대로 흘러갈 없다. 그렇다고 해서 틈이 많게 만들면 소음으로 인해 프라이버시가 침해될 수 있다.

중부유럽의 패시브하우스에서는 급기량이 그다지 많지 않기 때문에 방바닥과 문 사이에 생기는 약간의 틈을 통해서 급기가 배기흡입구 쪽으로 부드럽게 넘어갈 수 있는 것으로 보고 문을 설치한다. 보통 이를 위해서 특별한 장치를 달거나 하지 않는 것이다. 욕실에는 배기 흡입구가 설치되어 있는데, 화장실문의 경우에도 특별히 그릴 같은 것을 만들지 않는다. 그렇다고 해서 다른 방의 소음이 들리는 일도 거의 없다. 그러나 만일 소음을 최대한 막으면서도 공기흐름을 원활하게 하려면 문을 아래 그림과 같이 제작한다. 이 경우 문은 소음을 막으면서도 공기를 소통시킬 수 있다. 

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  1. 라일주 2016.07.06 16:35  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    맨 아래 공기가 통하면서도 소음을 줄이는 실내 문 시공방법 그림이 생략되어 있습니다. 어디에 원본이 있는지 알 수 있다면 좋겠습니다.

(영문과 숫자만 입력) 

C. 기술적인 구성 요소

패시브하우스이론/패시브하우스이론1 2012.07.27 14:51 Posted by 패시브하우스 패시브하우스

C. 기술적인 구성 요소

 

가. 열교의 최소화

건축물에서 건물 외피의 열저항은 대체로 일정한 값을 보인다. 이는 단열을 하지 않은 건물이나 단열을 고르게 한 건물에 모두 해당된다. 단열을 하지 않은 경우에는 열저항이 작고, 단열을 한 경우에는 열저항이 크기 때문에 열손실이 적다는 점이 다를 뿐이다. 그런데 두 경우 모두 열저항이 다른 대부분의 외피와 현저한 차이를 보이는 부분이 존재한다. 이러한 부분을 열교(heat bridge)라고 부르는데, 열교는 다음과 같은 여러 요인에 의해서 발생할 수 있다.

 

1. 열전도값이 높은 자재들이 단열성이 더 높은 건물 외피와 맞닿은 경우. 예를 들어 층간의 콘크리트 바닥과 벽돌로 된 외벽이 맞닿는 부분, 콘크리트 발코니와 외벽이 맞닿는 부분 등

2. 벽-벽, 바닥-벽, 지붕-벽 등의 연결부나 모서리와 같이 내부표면과 외부표면의 면적이 큰 차이를 보이는 경우(기하학적 조건에 의한 열교). 이때는 열을 흡수하는 내부표면의 면적보다 열을 방출하는 외부표면의 면적이 더 크기 때문에 이 지점의 온도가 그 주변지점의 온도보다 낮아지고, 따라서 이 지점에서 열교가 생긴다.

3. 건물 구성부분의 두께가 변화할 경우. 예를 들어 라디에이터를 집어넣기 위해 벽두께를 줄인 부분 등.

4. 단열, 창호설치 등의 세부 건축과정에서 세심한 작업이 이루어지지 않을 경우. 예를 들어 단열재에 틈이 있거나 창호와 벽 사이의 연결부가 제대로 처리되지 않은 경우 등.

 

이러한 부분에서 발생하는 열교에서는 주위의 다른 부분보다 더 많은 열손실이 일어난다. 또한 이때의 열손실로 인해 열교가 존재하는 부분의 온도는 다른 부분보다 더 낮아지기 때문에, 경우에 따라서는 결로현상이 발생하고 곰팡이가 피기도 한다. 따라서 열교는 실내의 부분별 온도격차가 커지게 함으로써 건물 실내의 열적인 쾌적성에 손상을 주고, 열교로 인한 결로와 곰팡이의 발생은 건물과 사용자의 건강을 해치는 결과를 가져온다.

열교에서 결로현상이 생기는 이유는 온도에 따라 공기가 품을 수 있는 수증기의 양이 다르기 때문이다. 온도가 높은 공기는 온도가 낮은 공기보다 더 많은 양의 수증기를 품을 수 있다. 이 양을 상대습도로 표시하는데, 실내온도가 섭씨 20도이고, 상대습도가 60%일 경우, 온도가 섭씨 12도로 떨어지면 상대습도는 100%로 올라가고, 수증기가 물방울로 변하기 시작한다. 따라서 건물 외피에 따뜻한 부분과 차가운 부분(열교)이 동시에 존재할 경우, 건물 내부에서 열교가 발생한 부분의 실내공기 온도가 응결점 이하로 떨어지면, 이곳에서 결로현상이 발생하는 것이다.

패시브하우스의 성립조건을 충족시키려면 ‘열교 없는 건축’(heat bridge free construction)이라는 ‘정의’를 만족시키는 설계가 이루어져야 한다. 물론 ‘열교 없는’이라고 해서 패시브하우스에서 열교가 존재하지 않는 것은 아니다. 열교가 존재하지만 이 열교를 통해서 빠져나가는 에너지의 양을 최소화하도록 설계함으로써 패시브하우스의 성립에 열교가 방해요소로 작용하지 않도록 하는 것이다. 패시브하우스의 ‘열교 없는’이라는 정의는 모든 열교의 열손실계수가 0.01W/(mK)이하를 나타내는 것을 가리킨다. 패시브하우스에도 기하학적 조건에 의한 열교와 건축 구조적 조건에 의한 열교가 발생한다. 그러나 패시브하우스에서는 이러한 열교가 발생하는 부분의 처리에 세심한 주의를 기울임으로써 이 부분에서의 열손실을 최소화하는 것이다. 단열을 별로 하지 않은 건물에서는 내부의 에너지가 외피 전체를 통해서 어느 정도 고르게 외부로 빠져나가기 때문에, 구조적인 조건에 의해서 발생하는 열교의 존재가 전체 에너지 손실에 기여하는 비중은 크지 않다. 그러나 단열이 제대로 된 새 건물의 경우에는 그러한 열교에서 발생하는 에너지 손실이 전체 에너지 손실에서 차지하는 비중이 커진다. 외피의 다른 부분을 통한 열손실이 아주 적기 때문이다. 특히 두께 30cm의 단열재를 덧붙인 패시브하우스의 경우에는 특히 이 점에 유의해야 하고, 세심한 설계와 올바른 시공을 통해서 열교가 발생하지 않거나 열교를 최소화하도록 노력해야 한다.

열교를 피하거나 최소화하기 위해서는 첫째, 건물 외피를 단열재로 고르게 빈틈없이 둘러싸야 한다. 단열재를 고르게 둘러싸는 이유는 외피를 통한 열손실이 어느 지점에서나 거의 같도록 함으로써 열교의 발생을 막기 위함이다. 빈틈이 없어야 하는 이유는 빈틈과 맞닿은 외벽을 통해서 더 많은 열손실이 일어나고, 이로 인해 이곳에 열교가 생기기 때문이다. 벽과 벽, 벽과 지붕, 벽과 바닥이 맞닿기 때문에 열교의 발생을 막을 수 없는 부분도 단열재로 철저하게 둘러싸면 열교가 최소화한다는 연구결과가 나와 있다. 건물 외피를 비용을 적게 들이고 고르게 둘러쌀 수 있으려면, 건물외피의 형태가 단순한 것이 좋다. 건물의 멋을 내기 위해 돌출시킨 부분이 많아지면 그만큼 단열재로 빈틈없이 고르게 둘러싸기가 어려워진다.

둘째, 건물 구조상 단열재로 빈틈없이 둘러쌀 수 없거나 이 경우 많은 비용이 들 경우에는 가능한 한 두 부분을 건물 본체로부터 열적으로 분리한다. 대표적인 사례는 발코니이다. 발코니는 보통 건물 외벽을 뚫고 그 층의 바닥과 연결되는 방식으로 시공된다. 또한 밖으로 상당히 돌출되어 있기 때문에, 구조적인 안정을 위해 층의 바닥과 열을 아주 잘 전달하는 철근 콘크리트로 연결된다. 그러므로 외벽이 제대로 단열되어 있다 하더라도 바닥에 연결된 발코니는 아주 심각한 열교 작용을 한다. 이러한 발코니의 열교 작용을 최소화하기 위해서 가장 좋은 방법은 발코니를 건물 본체와 분리해서 축조하는 것이다. 본체와 발코니는 따로 건축한 후 단열재로 둘러싸인 본체와 발코니의 몇 개 지점을 앵커를 사용해서 연결하면 열교는 거의 없앨 수 있다. 앵커가 연결된 몇 개의 지점에서 생기는 점형 열교로 빠져나가는 열은 무시할 정도로 적다. 분리해서 건축하기가 어려운 경우에는 발코니를 바닥과 함께 하나의 거푸집 속에 넣어서 콘크리트를 타설하는 것이 아니라, 발코니 판만을 따로 만들어 바닥과 발코니 판 사이에 단열재가 들어갈 틈을 두고 단열재로 싸인 강한 이음앵커로 바닥과 발코니판을 연결하는 것이다. 그 후 둘 사이의 틈에는 단열재로 채우면 열이 전달되는 면적은 연결앵커 부분으로 제한되고, 열교가 크게 줄어든다. 한국의 경우 아파트의 발코니는 완공 후 대부분 발코니창으로 둘러싸이는 공사를 거쳐 내부공간으로 들어오게 된다. 이 경우 비용을 적게 들여 열교를 없애는 방법은 발코니까지도 처음부터 단열외피 속에 포함시켜서 설계하는 것이다.

셋째, 두께가 서로 다른 단열재가 만날 경우 가능하면 단열재의 중심선이 일치하도록 시공한다. 이런 일은 주로 창문을 설치할 때 발생한다. 창이 단열재의 중심선 위에 세워지는 것이 열교를 최소화할 수 있는 것이다. 또한 외피가 서로 맞닿음으로써 만들어내는 각은 가능한 한 둔각으로 처리하고, 이 부분을 둘러싸는 단열재는 서로 빈틈없이 밀착시켜 연결해야 한다. 90도보다 작은 예각일 경우에는 맞닿는 부분의 내부면적과 외부면적의 차이가 커지기 때문에, 열손실이 더 많아진다.

넷째, 서로 다른 건물 구성부분이 맞닿는 곳의 자재는 가능한 한 열전도율이 낮은 것을 사용한다. 예를 들어 난방을 하지 않는 지하실이나 땅바닥에 면한 1층의 바닥부터 올라가는 벽의 경우 처음부터 콘크리트로 연결하면 차가운 바닥으로 열이 빠져나갈 수밖에 없다. 그러나 밑바닥을 기포콘크리트나 발포유리로 쌓으면, 벽을 통해서 열이 밑으로 빠져나가는 것을 크게 줄일 수 있다. 이 경우에 사용하는 자재의 열전도율은 0.25W/mK을 넘지 않는 것이 좋다. 이러한 자재로 바닥 윗면을 덮는 것이 불가능할 때는 단열재를 바닥 아래로 깊게 연장해서 덮는 것도 어느 정도는 열손실을 줄이는 데 도움이 된다.

 

나. 기밀성

일반적인 기존의 건축물에서는 밀폐가 에너지 소비 측면에서나 환기 측면에서 큰 문제가 되지 않는다. 건물 외피로부터 빠져나가는 에너지의 양이 크기 때문에, 그 중에서 공기가 조금씩 통과할 수 있는 틈으로 빠져나가는 에너지의 비중은 그다지 크지 않다. 또한 이러한 틈을 통해서 신선한 공기가 들어올 수 있기 때문에, 공조장치를 통한 환기에 큰 신경을 쓰지 않아도 된다. 물론 이러한 틈새는 결로를 일으켜서 건물손상을 가져오는 탓에 건물의 안정적인 유지라는 측면에서는 문제를 안고 있다.

기존 건축물과 달리 패시브하우스에서는 건물의 기밀성이 에너지 소비나 환기 두 가지 측면에서 매우 중요한 요소로 작용한다. 틈새가 존재하여 공기가 제멋대로 통과하게 되면 이를 통해 상당한 열손실이 일어나고, 환기시스템을 조절하는 것도 어렵게 되기 때문이다. 이는 패시브하우스의 성립 자체를 불가능하게 만드는 결과를 가져온다. 따라서 패시브하우스에서는 기밀성을 확보하는 것이 매우 중요하다.

건물 외벽의 틈을 통해서 빠져나가는 수증기의 양은 틈이 아주 작은 경우라도 무시할 만한 것이 아니다. 이 틈을 통해서 공기와 함께 수증기가 연속적으로 외부로 빠져나가기 때문이다. 예를 들어 실내온도와 상대습도가 각각 섭씨 20도, 50%, 외부온도와 습도가 각각 섭씨 0도, 80%일 경우, 길이 1m에 걸쳐있는 1mm의 틈을 통해서 빠져나가는 수증기의 양은 하루에 약 360그램에 달한다. 이 수증기는 건물 외부로 나가면 즉시 응결할 것이고, 응결한 물이 따뜻한 봄이나 여름에 공기 속으로 증발하지 않고 단열재 속에 머물러 있게 되면 단열효과를 떨어뜨릴 뿐만 아니라 건물의 손상을 가져오게 된다.

패시브하우스에서 요구하는 기밀성은 시간당 공기교체율로 표시되고, 내부와 외부의 압력차가 50파스칼일 때 교체율이 시간당 0.6 이하여야 한다. 즉 한 시간에 빠져나가는 공기의 양이 건물 부피의 0.6 이하여야 한다는 것이다. 이는 다음과 같은 식으로 표기한다. 여기서 n50은 건물 내부와 외부의 압력차가 50파스칼이라는 것이고, 오른쪽 표시는 시간당 전체 부피의 0.6에 해당하는 양의 공기를 말한다.

 

n50 ≤ 0,6 h-1

 

건물의 공기 교체율은 소위 블로어-도어-테스트(Blower Door Test)를 통해서 검사한다. 이 테스트는 블로어-도어라는 장치를 이용해서 건물내부나 외부로 공기를 뽑아냄으로써 내외의 압력차를 50파스칼로 만들어주고, 이때 들어오는 공기의 양을 측정함으로써 공기교체율을 결정한다. 물론 이 테스트에서 교체율이 높게 나오면 공기가 과도하게 빠져나가는 틈을 찾아내어서 보수를 해야만 한다. 이 틈을 찾는 작업은 또 다른 특수장치를 사용한다.

건축물의 기밀성은 공기의 확산까지 차단하는 것을 의미하지는 않는다. 예를 들어서 콘크리트, 시멘트 미장, OSB판 등은 일반적으로 기밀성이 확보된 것으로 본다. 그러나 이것들도 공기의 통과를 완전히 막지는 않는다. 소위 건물 벽이 숨을 쉰다는 것은 바로 벽을 통한 공기의 확산을 의미한다. 그러나 시멘트 벽돌(콘크리트)로 벽을 쌓고 단열재를 벽에 부착한 후 외단열공법으로 마감한 경우 확산을 통해서 빠져나가는 수증기의 양은 0.09g/m²h 이다. 무시할 정도로 대단히 적은 양인 것이다. 그러므로 벽, 바닥, 지붕을 한꺼번에 거푸집 속에 넣어서 콘크리트를 붓는 방식으로 건축한 건물은 콘크리트가 계속 이어져 있기 때문에, 창호, 문, 배관이 콘크리트와 맞닿는 부분을 제외하면 기밀성이 확보된 것으로 볼 수 있다. 그러나 벽돌로 쌓은 건물이나 OSB를 사용한 목조주택은 이음새나 벽이 맞닿는 부분 등은 밀폐 자재를 이용해서 밀폐 처리를 하지 않으면 기밀성이 확보되지 않는다.

패시브하우스의 밀폐면은 건물 외피의 내면에서 끊어지는 부분 없이 이어져야 한다. 그러므로 내면에서 연결부를 철저하게 밀폐하는 작업이 이루어져야 한다. 밀폐면을 실현하기 위해서는 설계부터 시공에 이르기까지 다음과 같은 점에 유의해야 한다.

 

• 모든 연결부분의 상세도를 설계할 때부터 밀폐를 위한 조처를 취한다.

• 배관, 전선연결 등의 설비가 들어갈 곳을 설계할 때 밀폐면이 확보될 수 있도록 설계한다.

• 이음새, 맞닿는 부분, 겹치는 부분의 수가 최소화될 수 있도록 설계한다.

• 이음새나 맞닿는 부분의 밀폐가 영구적으로 확보될 수 있도록 한다.

• 기밀면이 형성되는 면의 건축자재는 가능한 한 바뀌지 않도록 한다.

• 기밀면이 형성된 후에는 이 기밀면이 후속 작업에 의해서 손상되지 않도록 유의한다.

 

패시브하우스가 가장 많이 보급된 중부 유럽에서는 밀폐를 위한 건축 자재들이 이미 용도별로 개발되어 사용되고 있다. 주로 밀폐 시트, 밀폐 테이프, 부틸고무밴드, 밀폐용 접착제 등이 다양한 상표를 달고 시장에 나와 있다. 한국에서 흔히 창이나 관을 벽면에 부착하고 틈을 없앨 때 사용하는 우레탄폼이나 실리콘은 밀폐용도로는 적합하지 않다. 실리콘은 시간이 지나면 변형되어 틈이 생기고, 우레탄폼도 서서히 수축되는 것을 막을 수 없기 때문이다.

패시브하우스의 기밀성은 오랫동안, 가능한 한 건물의 수명이 끝날 때까지 유지되도록 해야 한다. 사실 완공 직후에 이루어지는 블로어-도어-테스트 결과는 한 시점의 것일 뿐, 이 결과가 제대로 나왔다고 해서 그 후에도 계속해서 기밀성이 보장된다는 법은 없다. 중부 유럽의 패시브하우스 중에는 이미 완공된 지 10년이 지난 것들이 있다. 이러한 건축물에 대해 기밀성이 장기간 유지되는가를 측정하여 초기의 밀폐 시공이 제대로 되었는지를 확인하는 연구가 있었는데, 대부분의 건물에서 장기간 기밀성이 확보되고 있다는 시험결과가 나왔다. 

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패시브하우스의 이해1      -파시브하우스 연구소장 이 필렬-

                                                                                             전원주택라이프 2011년 4월호 기사

 

 

 

 

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패시브하우스의 이해①

패시브하우스이론/패시브하우스이론1 2012.07.27 14:32 Posted by 패시브하우스 패시브하우스

패시브하우스의 이해①

에너지 소비 줄이는 혁신적 건축 방식 -전원주택라이프 2011년4월호-

 

우리가 직면한 에너지 자원 고갈과 기후변화의 위기를 해결할 방법은 무엇일까. 그것은 바로 에너지 소비를 줄이는 것이다. 그리고 그 중심에 파시브하우스가 있다. 건축물이 소비하는 에너지는 전체 에너지의 30%가 넘는다. 유럽에서는 40%에 달한다. 파시브하우스는 이 에너지 소비량을 절반 이하로 줄일 수 있는 혁신적인 건축 방식이다.

이필렬(파시브하우스 디자인 연구소/한국방송통신대 교수)

 

우리가 직면한 에너지 자원 고갈과 기후변화의 위기를 해결할 방법은 무엇일까. 그것은 바로 에너지 소비를 줄이는 것이다. 그리고 그 중심에 파시브하우스가 있다. 건축물이 소비하는 에너지는 전체 에너지의 30%가 넘는다. 유럽에서는 40%에 달한다. 파시브하우스는 이 에너지 소비량을 절반 이하로 줄일 수 있는 혁신적인 건축 방식이다.

우리 시대는 두 가지위기에 직면해 있다. 하나는 에너지자원 고갈의 위기고, 다른 하나는 기후변화의 위기다. 시야를 좁히면 물론 이 위기들보다 더 절박한 문제가 보인다. 국가나 개인은 전쟁, 핵무기, 지진, 홍수, 가뭄, 기근, 실업, 주택난 등을 훨씬 더 심각한 위기로 느낄 것이다. 그러나 지구적 차원에서 수십 년의 시간표를 가지고 바라보면 기후변화와 에너지자원 부족보다 더 큰 위기는 찾을 수 없다.

현대 인류문명은 석유에 의해 지탱된다. 석유가 제공하는 다양한 서비스가 없으면 우리 문명은 유지될 수 없다. 석유 공급이 중단되면 당장 교통이 마비된다. 시간이 좀 더 지나면 전기 공급이 흔들릴 것이고, 이는 각종 통신의 마비를 가져온다. 교통과 통신이 제대로 돌아가지 않으면 현대 사회는 기능을 완전히 상실한다. 전 세계는 대혼란에 빠질 수밖에 없다. 인간, 재화, 정보의 자유로운 이동이 교란된 상태를 상상해 보라. 인터넷과 휴대전화를 통한 정보의 이동과 거미줄 같은 교통망을 통한 인간과 재물의 이동에 익숙해진 현대인이 어떤 공황상태에 빠질지.

석유는 우리 문명의 혈액과 같은 것이다. 그런데 바로 지금 석유의 생산이 줄어들고 있다. 석유 생산은 2006년에 최대값에 도달한 후 지금까지 해마다 감소하는 추세다. 2008년에 잠깐 증가하는 듯했지만 이는 인터메조였을 뿐, 앞으로 이 추세는 바뀌지 않을 것이다. 반면에 석유를 원하는 사람들은 계속 늘어 가고 있다. 이들은 석유 갈증을 채우기 위한 대용물로 석탄과 가스를 찾는다. 석유 생산량이 줄어듦에 따라 부족분을 채우기 위해 석탄의 생산과 소비는 급속히 증가했다. 그러나 석탄은 석유가 선사하는 모든 서비스를 제공하지 못한다. 기껏해야 열에너지 공급을 대신할 뿐이다. 게다가 이산화탄소 방출량을 비롯한 환경오염의 정도는 석유보다 훨씬 더 심하다.

기후변화의 위기는 석유 위기보다 더 절박한 상태인 것처럼 보인다. 기후변화를 일으키는 대기 중 이산화탄소 농도는 2010년 390ppm에 도달했다. 산업화가 시작된 19세기 초 280ppm에 비하면 40%나 증가한 것이다. 기후변화는 어느 지점(tipping point)을 넘으면 제어가 불가능해진다. 석유는 모자라면 덜 쓰면 된다. 조금 덜 쓰면서 다른 길을 모색하면 해결책을 얻을 수 있는 것이다. 그러나 기후변화가 티핑 포인트를 넘어가면 아무리 노력해도 그것을 되돌리지 못한다. 그때는 ‘투모로우’ 라는 영화가 거의 현실이 된다. 이산화탄소 농도는 아직 티핑 포인트를 넘어가지 않았다. 그러나 인류가 지금과 같은 추세로 석유와 석탄을 태우면 곧 이 지점에 도달할 것이다. 그때는 우리가 화석연료 사용을 극단적으로 제한함으로써 이산화탄소 방출량을 거의 제로로 만든다고 해도 폭주하는 기후변화를 되돌릴 수 없게 된다.

 

지구촌 에너지 20% 줄이는 방법

 

두 위기는 아직 해결 불가능의 상태까지 가지는 않았다. 우리에게는 그래도 약간의 시간이 남아있다. 이 시간 동안 속히 올바른 해결 방법을 찾아 실천하면 위기에서 벗어날 수 있다. 방법은 이미 나와 있다. 에너지 소비 자체를 줄이고 이산화탄소를 내뿜지 않는 에너지원을 찾아 쓰는 것이다. 이산화탄소를 내놓지 않는 에너지원은 이미 전 세계 곳곳에서 개발해 사용하고 있다. 태양에너지, 풍력, 바이오에너지, 지열 등의 사용량은 해마다 급증하고 있다. 하지만 인류의 에너지 소비도 계속 늘어가고 있다. 이는 깨끗한 에너지의 증가를 쓸모없게 만든다.

그러므로 기후변화와 석유자원 고갈의 위기를 해결하기 위해 가장 긴요한 일은 에너지 소비를 주이는 것이다. 소비가 지금처럼 해마다 급증하는 한 위기는 해결될 수 없다. 에너지 소비를 줄이면서 태양에너지나 풍력 등의 사용량을 늘리는 것만이 위기를 해결할 수 있는 유일한 길이다.

파시브하우스는 그 길의 중심에 있다. 파시브하우스는 인류의 에너지 소비를 줄이는 데 획기적으로 기여할 수 있는 건축 콘셉트이기 때문이다. 건축물이 소비하는 에너지는 전체 에너지의 30%가 넘는다. 유럽에서는 40%에 달한다. 파시브하우스는 이 에너지 소비량을 절반 이하로 줄일 수 있는 혁신적인 건축 방식이다. 만일 모든 건물을 파시브하우스로 만든다면 인류의 에너지 소비는 20%가량 줄어든다. 파시브하우스는 우리 시대에 가장 절실하게 필요한 건축 콘셉트인 것이다.

 

바그너와 뮐러 씨의 파시브하우스

내가 파시브 하우스를 처음 접한 때는 2000년이었다. 파시브하우스의 선구자 볼프강 파이스트(Wolfgang Feist)박사가 만든 세계 최조의 파시브하우스가 등장한 해가 1991년이었으니 거의 10년 후인 셈이다. 그해 나는 유럽의 재생가능 에너지 기술을 살펴보기 위해 하노버에서 열린 세계 엑스포에 갔다가 독일 중부의 고도 마르부르크 옆 쾰베에서 우연히 세계 최조의 비주거용 파시브하우스를 구경할 수 있었다.

그 건축물은 바그너(Wagner)라는 독일 유수의 태양에너지 회사 건물인데 나는 그 부근에서 풍력발전기와 태양열 설비가 있는 집을 발견하고 무작정 그곳에 들어갔다가 집 주인의 안내로 회사 건물까지 구경하는 행운을 얻었던 것이다. 주인의 이름은 안드레아스 바그너, 바그너 회사의 설립자이자 사장이었다. 회사 설립 동기와 운영을 비롯한 건물에 대한 사장의 설명이 매우 감동적이었기에 한국에 돌아와서 그 감상을 기록해 책(<에너지 전환의 현장을 찾아서-독일 에너지 기행>궁리,136~140쪽)에 남겼다.

1998년 완공된 이 건물의 독특한 점은 파시브하우스와 태양열을 접목했다는 점이다. 파시브하우스의 핵심 요소인 철저한 단열, 3중유리 창호, 열회수 환기장치를 도입하고, 난방과 온수 공급을 위해서는 건물 중앙에 지붕을 뚫고 올라간 대형 온수통을 설치한 것이다. 건물의 바닥에는 콘크리트 밑에서 24cm의 기포유리가 단열재로 떠받치고 있고 벽과 지붕은 각각 30cm, 40cm의 단열재로 둘러싸여 있다. 이를 통해서 에너지 수요를 m2당 연간 약11kWh로 줄일 수 있었는데, 그중에서 6kWh는 태양에너지로 공급하기 때문에 순수하게 필요한 에너지는 5kWh밖에 안 된다. 건물의 연면적이 727m2(220.3평)이므로 연간 에너지 수요를 석유로 환산하면 380l, 두 드럼이 채 안 되는 것이다.

다음에 경험한 파시브하우스는 2001년 독일 남부의 졸라콤플렉스(Solarcomplex)라는 시민에너지 기업을 방문했다가 그곳 사장 베네 뮐러씨의 안내로 둘러본 단독주택이었다. 졸라콤플렉스는 2000년 밀레니엄을 맞아 그 지역 30대 말의 청년들이 의기투합해 현 시대의 최대 위기인 기부변화를 해결하는 데 일조하기 위해서 만든 에너지전환 시민기업이다. 기업의 목표는 2030년까지 그 지역의 에너지를 100% 재생가능 에너지로 공급하도록 전환하는 것이다.

베네 뮐러는 지역에서 꽤 이름 있는 화가였다. 그러나 예술가란 당대 문제에 대해 발언하고 행동해야 한다는 철학을 지닌 그는 예술 활동을 통해 기후변화에 대한 발언을 하는 것보다 직접 실천하는 것이 절실하다고 판단, 예술 활동을 접고 에너지전환 운동에 뛰어든 특별한 인물이다. 졸라콤플렉스는 설립된 지 10년이 넘은 지금 지역에서 확고하게 자리 잡았고 태양에너지, 풍력, 바이오매스의 확산을 통한 에너지전환 운동을 매우 활발히 전개하고 있다. 베네 뮐러는 아직 사장직을 맡고 있는데, 회사는 사장 1인에서 시작했지만 지금은 직원이 10명이 넘는다.

그가 보여준 집은 아내가 물려받은 오래된 농가글 거의 혼자서 많은 시간을 들여 파시브하우스로 수리한 것이었다. 옛 건물이라 천정이 매우 높았지만 난방에너지 수요는 보통 건물의 10분의 1도 되지 않는다고 설명했다. “이렇게 부피가 크면 그래도 불을 많이 때야 하지 않느냐”는 나의 질문에 그는 성냥불을 켜면서 “이 불로도 집 안이 금세 훈훈해진다”고 정색하며 이야기하는 것이 인상 깊게 남았다. 위낙 열손실이 적은 집이라 그렇다고 그는 말했다.

그 후 나는 시민단체 에너지전환의 대표를 맡아 에너지전환 운동을 하면서 2000년경 알게 된 독일 건축가의 도움을 받아 한국에 파시브하우스를 알리는 일에도 간간이 힘을 쏟았다. 2001년에는 독일 건축가 두 명과 얼마 전에 작고한 건축가 정기용씨 등을 초청해 태양건축과 파시브하우스 토론회를 개최했고 2006년에는 독일 건축가를 초청해 국회에서 파시브하우스 토론회를 열었다. 이어서 청거 위기의 세운상가 덱(Deck)에서 파시브하우스 워크숍을 갖기도 했다. 그리고 2008년 1월에는 충남 홍성에 에너지전환 교육용으로 25m2(7.6평)의 작은 파시브하우스를 직접 만들어도 보았다.

 

파시브하우스의 구심 포알베르크

2008년 내가 파시브하우스에 직접 뛰어드는 커다란 전환점이 된 해다. 그해 나는 안식년을 얻어 가족과 함께 오스트리아 포알베르크(Vorarlberg)지방으로 갔다. 그곳은 작고 인구도 적지만 독일과 오스트리아를 합쳐 파시브하우스의 밀도가 가장 높기로 이름난 곳이다. 내가 이 지방을 택한 이유는 단 하나, 파시브하우스를 제대로 배우고 자재와 시공과정 등을 두루두루 살펴보기 위해서였다. 1년 동안 가까운 리히텐슈타인 대학 건축학부에 방문교수로 적을 두고 파시브하우스와 건축을 꽤 열심히 공부했다. 그리고 12월에는 독일 파시브하우스 연구소에서 시행하는 파시브하우스 디자이너 시험에 통과해 디자이너 자격(Passivhaus Berater)을 얻었다. 건축을 전공하지 않았지만 파시브하우스 운동을 제대로 할 수 있는 바탕을 마련한 셈이다.

포알베르크 파시브하우스 운동의 중심은 포알베르크 에너지연구소(Enegieinstitut Vorarlberg)이다. 이 연구소의 건축 부문 담당자인 헬무트 크랍마이어(Helmut Krapmeier)씨는 20대였던 1980년대부터 50대 말인 지금까지 에너지문제를 가지고 씨름해 온 건축가이다. 그는 이미 1990년대 초부터 에너지 위기 해결에서의 파시브하우스의 탁월성을 간파하고 오스트리아에서 파시브하우스를 보급하는 운동을 펼쳐 왔으며 동료 건축가들과 함께 특히 포알베르크 지방에서 파시브하우스를 널리 퍼뜨리는 데 크게 기여했다. 몸집도 작고 채식을 하지만 매우 열정적인 그는 오스트리아 파시브하우스 역사에서 빼놓을 수 없는 인물이다. 그는 물론 파시브하우스에서 살고 있다.

독일과 오스트리아에서는 이렇게 파시브하우스를 퍼뜨리기 위해 노력하는 사람들을 곳곳에서 만날 수 있다. 파시브하우스의 선구자 볼프강 파이스트 박사가 처음 시작한 파시브하우스 운동은 이렇게 지역 곳곳에서 일하는 사람들의 뒷받침을 받아 유럽에서 넓게 뿌리를 내리고 있다.

반발 딛고 세계로 뻗어나간 파시브하우스

파시브하우스 운동이 처음부터 순항한 것은 아니다. 초기에는 심한 비판과 반발에 부딪혔다. 지금도 독일에는 파시브하우스에 대해 불편해하는 건축가가 많다. 파시브하우스라는 명칭에 대한 불만도 있다. 부정적인 이미지를 심어준다는 이유에서다. 초기에 많은 건축가는 입을 모아 파시브하우스가 실현 불가능하다고 비판했다. 그 후 1991년 파이스트 박사가 파시브하우스로 지은 자기 집을 실제 사례로 보여줬을 때는 파회성이고 실용성이 없으며 건축비가 너무 높다고 비판했다. 이러한 비판 때문에 독일에서 1991년부터 5년간 보급된 파시브하우스의 수는 수십 채에 지나지 않았다.

이처럼 순탄치 않은 상황에도 파시브하우스의 생태적, 사회적 중요성을 확고하게 인식하고 있던 사람들은 좌절하지 않고 파시브하우스 건축 콘셉트를 개선하고 비용을 낮추려는 노력을 지속했다. 그 결과 오늘날 파시브하우스는 독일과 유럽을 넘어 세계의 표준으로 정착해 가고 있는 것이다.

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패시브하우스의이해2 -후쿠시마 원전사고와 파시브하우스 (전원주택라이프 2011년5월호)

 

 

 

 

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파시브하우스는 냉동창고가 아니다

패시브하우스이론/패시브하우스이론1 2012.07.27 13:43 Posted by 패시브하우스 패시브하우스

파시브하우스는 냉동창고가 아니다

에너지 소비 최소화한 쾌적한 공간-전원주택라이프 2011년 6월호중에서-

 

 

 

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