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[패시브하우스 이론] 패시브하우스는 어떤 원리로 건축하는가?

​                    - 헤어드라이기 하나로만 난방이 가능한 건축물, 패시브히우스 -

패시브하우스의 아이디어는 너무도 간단하다.

건축물안에서는 인체의 체온, 냉장고등 전자제품에서 발생하는 열 그리고 집안 깊숙이 파고드는 따스한 햇빛등이 있는데 이러한 것들로부터 발생되는 에너지를 집안에 가두어 보존한다면 별 다른 난방설비장치의 도움 없이도 겨울을 보낼 수 없을까?“ 라는 발상의 전환이 바로 패시브하우스의 컨셉이다.

 

< 인체 발열, 기계 발열, 태양빛으로 난방을 하자는 아이디어가 패시브하우스>

우리가 커피를 마실때 물을 데우는 방법은 두가지가 있다.

하나는 전기선이 있는 커피포트에서 물을 끓이는 방법이고 또 다른 하나는 뜨거운 물을 아예 진공보온병에 담아두고 필요할 때 마다 따라 마시는 방법이다.

전자가 우리가 그동안 살아왔던 일반 건축물이고 후자가 바로 인체의 체온, 전자제품의 발열, 햇빛을 가두어 난방을 하는 패시브하우스이다.

그래서 패시브하우스는 진공보온병이다이다 라는 등식이 성립한다.

 

<패시브하우스는 진공보온병, 커피포트는 일반주택>

그런데 진공보온병안의 물은 제 아무리 단열과 기밀이 잘되어 있더라도 시간이 지나면 점차 식기 마련이다.

물이 어느정도 식었을때는 진공 보온병에 최소치의 전기에너지를 이용하여 다시 끓이게되면 뜨거워지게 된다.

이처럼 패시브하우스도 최소치의 에너지가 필요하게 되는데 일반적으로 60평 단독주택의 경우 2kW 헤어드라기(2kcal) 하나 정도면 충분히 난방을 할 수 있다. 60평 일반주택이 38kcal의 보일러로 난방을 하는 것과 비교하면 1/15-1/8 정도 수준이다.

그래서 패시브하우스는 헤어드라기 하나를 포함한 커다란 진공보온병이라고 말할 수 있다.

< 2kW 헤어드라이기 : 38,000kcal 가스보일러 >

 

아래 동영상은 헤어드라기 하나를 포함한 커다란 진공보온병인 패시브하우스가 어떤 원리로 헤어드라기 하나로 난방이 가능한지를 친절히 설명해주고 있다. ​

 

 

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[패시브하우스 이론] 패시브하우스를 완성하는 다섯가지 설계요소

E. 패시브하우스의 정복은 열교의 최소화'가 좌우

일반 건축물의 모서리나 발코니를 보면 하나같이 곰팡이가 피어 있음을 알 수 있다. 이는 건축물에 있어서 모두 열저항이 다른 대부분의 외피와 현저한 차이를 보이는 부분이 존재하기 때눈에 발생하는 현상으로 열교(heat bridge)라고 부르는데 패시브하우스의 완성은 바로 이러한 열교 현상을 최소화시켰을 경우에만 가능하다. 콘크리트 발코니와 외벽이 맞닿는 부분, -, 바닥-, 지붕-벽 등의 연결부나 모서리와 같이 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. 패시브하우스의 성립조건을 충족시키려면 열교 없는 건축’(heat bridge free construction)이라는 정의를 만족시키는 설계가 이루어져야 한다. 물론 열교 없는이라고 해서 패시브하우스에서 열교가 존재하지 않는 것은 아니다. 패시브하우스의 열교 없는이라는 정의는 열교가 존재하지만 이 열교를 통해서 빠져나가는 에너지의 양을 최소화하도록 설계함으로써 패시브하우스의 성립에 열교가 방해요소로 작용하지 않도록 하는 것이다. 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.

 

<사진6 열교최소화 적용이 안된 일반주택의 열교>

<사진7 패시브하우스는 일반주택과 비교시 열교발생이 전무>

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[패시브하우스 이론] 패시브하우스를 완성하는 다섯가지 설계요소

D. 건강주택의 실현을 가능케 하는 열회수환기장치

고단열, 고기밀의 성능을 유지하는 패시브하우스는 24시간 외부의 신선한 공기를 공급하는 환기장치를 설치한다. 이 환기장치에 장착된 특수 필터를 통해서 꽃가루나 황사 먼지로 오염된 외부 공기를 필터링해서 실내에 신선한 공기를 공급하고 VOCCO2등으로 오염된 실내의 공기를 외부로 내보냄으로서 24시간 쾌적한 공기질을 보장하는 것이다. 이는 현대병인 아토피등 피부질환을 치유하는 건강주택의 기능을 발휘한다. 한편 패시브하우스의 환기장치는 환기만을 하는 단순한 공조장치가 아니고 열회수 성능을 지니게되는데 열교환소자를 통해 실내 공기에 포함된 열에너지를 외부에서 공급되는 공기에 전달해줌으로서 내부의 열에너지를 보존케하는 역할을 한다. 유럽산 열회수환기장치의 경우 열회수율이 무려 97%에 이르는 제품들이 보편화되어 있다. 이러한 열회수 기능은 패시브하우스의 초고효율 에너지 주택의 성능을 보장한다.

   

 

<사진4 에너지 저감과 건강주택을 실현하는 열회수환기장치>

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패시브하우스를 완성하는 다섯가지 설계 요소

C. 고성능 고기밀의 성능이 유지되는 창호(도어)시스템

   

고단열과 고기밀이 실현된 건축물일지라도 창호의 성능이 부실하게 되면 패시브하우스 구현은 불가능하다. 그렇다면 패시브하우스 창호(도어)의 성능은 어느 정도 일까? 유럽에서 수입되는 가장 좋은 창호 삼중유리의 단열성능은 홑겹유리의 단열성능보다 10배나 더 뛰어나고 일반적으로 사용되는 유리 사이에 공기가 채워진 보통의 복층유리보다는 5배나 더 좋다. 최신 유리의 경우 다른 재료와 면하지 않은 부분의 열관류율은 0.5~0.8 W/m²K 밖에 되지 않는다. 특히 단열재로 채워지지 않은 창호 프레임의 경우 일반 창호 프레임의 열관류율이 1.8~3.45 W/m²K인 반면 패시브 창호의 열관류율은 0.6~0.8 W/m²K 이기에 건축물에 있어서 열교가 발생하지 않는다.

그런데 창호의 질을 결정하는 것에는 기능성과 내구성만이 아니라 유리의 에너지투과울 g값이 매우 중요한데 일반 삼중 유리의 경우는 0.2 정도에 머물러있는데 패시브하우스 삼중유리의 경우 0.5 정도의 수치를 나타내는데 이는 동절기 창호를 통해 최대한의 태양에너지를 건축물 안으로 공급한다.

한편 패시브하우스 창호를 설치하는 경우 구조체가 아니라 단열재 위에 설치하고 창호 프레임까지도 단열 처리하여 창호의 열교손실을 최소화 시킨다.

<사진3 패시브 창호는 단열재 위 시공하고 창호프레임을 단열처리>

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패시브하우스를 완성하는 다섯가지 설계 요소

B. 고기밀은 패시브하우스의 전제조건이다

   

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.

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. 일반적으로 목조주택의 경우 n50 10 h-1 기록하고 아파트가 n50 10 h-1 의 수치가 나오게된다.

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<사진2 블로어-도어-테스트기(Blower Door Test)를 통한 기밀테스트>

 

 

 

<2 국내 건축물의 기밀도 테스트 수치>

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패시브하우스를 완성하는 다섯가지 설계 요소

 

패시브하우스는 태양에너지와 관련된 설계요소들 만으로는 충족되지 않는다. 패시브하우스의 기본원리는 고성능 창호와 열회수환기장치를 지닌 진공보온병과 같다. 이러한 보온병의 원리가 건축물에 적용되기 위해서는 건축물의 설계시 높은 수준의 단열과 기밀성, 높은 품질의 창호와 문, 열교 없는 구조체, 열회수 성능이 뛰어난 환기장치와 같이 태양에너지와 직접 관련되어 있지 않은 다섯가지의 설계 요소 들이 매우 중요하다. 비록 집을 남향으로 앉히는 것이 최적이지만, 패시브하우스가 북향일 때에도 만족스럽게 작동하는 예가 있다.

   

A. 패시브하우스의 첫 출발점은 고단열이다

보온병의 단열 성능 향상을 위하여 진공단열을 채택하듯이 건축물에서 패시브하우스를 실현하기 위해서 기본이 되는 것은 초고단열이다. 건축물에서 단열이 얼마나 잘 되는가는 열관류율로 표현할 수 있는데, 일반적으로 패시브하우스를 실현하기 위해서 충족시켜야 하는 열관류율(U)의 범위는 아래와 같은데 일반 주택의 단열재 두께가 50-120m/m인 반면 패시브하우스 벽체의 단열재 두께는 3~4배에 이르는 250-400m/m 정도범위에 있음을 알 수 있다.

 

 

 

<1 패시브하우스와 일반주택의 단열성능 비교>

주어진 U값 범위 중에서 최저값은 중부 지방에서 추운 기후의 고립된 단독주택들에 적용되고, 최고값은 남부 지방의 공동주택이나 아파트에 적용될 수 있다.

<사진1 300m/m이상의 초고단열 벽체 시공>

   

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[패시브하우스 이론4] 패시브하우스의 설계

 

모든 건물은 그것이 어떤 용도로 사용하는가에 관계없이 패시브하우스의 기준에 맞도록 건축될 수 있다. 난방부하를 최소로 유지할 수 있도록 마치 진공보온병 처럼 고단열, 고기밀 건축 공법을 적용하고 고성능 창호, 도어의 설치 그리고 열회수 환기장치에 세심한 주의를 기울이고 특히 열교를 최소화해서 외부로 빠져나가는 열을 가능한 한 줄이면 어떤 건물이라도 패시브하우스 형태로 실현할 수 있다. 유럽의 경우 이미 주거용 건물은 물론이고 사무용, 상업용, 공장 건물의 경우에도 패시브하우스의 기준에 맞는 건물들이 주를 이루고 있다. 이들 모든 건물의 에너지소비는 패시브하우스의 기준에 부합하며, 따라서 기존 건물의 5-10% 정도에 지나지 않는다. 그렇다면 이러한 패시브하우스를 설계할 때 반드시 고려되어야 할 조건들은 무엇일까? 이제부터 패시브하우스의 설계 기준을 살펴보고자 한다.

태양에너지와 관계된 패시브하우스의 설계 기준들

패시브하우스를 설계할 때 기본적으로 우선 고려해야 하는 조건은 그 지역의 위도와 기후이다. 온고이지신이라는 말이 있다. 패시브하우스를 건축할 때 이 말은 반드시 염두에 두어야 한다. 우리 선조들은 집을 앉힐 때 동남향이나 남향을 선호 하였다. 이는 일반 건축물의 설계 시에도 매우 중요한 설계 기준이다. 왜 일까? 위도는 햇빛을 패시브적으로 혹은 액티브적인 방식으로 이용하려 할 때 반드시 고려되어야 하는 중요한 요소이기 때문이다. 햇볕이 잘 드는 겨울날 온도 대차가 플러스 될 수 있는 위도, 태양빛에의 접근성을 높이거나 차가운 바람으로부터의 보호와 관련하여 설계를 최적화하는 것은 난방 수요를 줄이는 데 도움을 주는 것이다.

그 지역의 위도와 아울러 기후 데이터의 과학적인 접근이 필요하다. 예를 들어 태양광의 직달 및 간접 일사량의 시간별 값, 풍속, 온도, 습도 등이 건물 설계에서 고려되어야 할 중요한 요소이다. 이것들은 건물 외피에 요구되는 단열두께와 냉난방 부하 계산에 영향을 미치고, 또한 연간 평균 냉난방 에너지수요와 태양에너지의 이용 가능량에도 영향을 주기 때문이다. 특히 우리나라와 같이 하절기 습도가 높은 곳에서 습도에 관한 기후 데이터의 적절한 활용은 제습부하를 줄이고 쾌적한 패시브하우스를 건축하는데 매우 중요한 요소로 떠오르고 있다.


 

<사진1   해발 720미터에 건축된 인제 패시브하우스는 동남향 배치로 태양열 획득을 최대화>

패시브하우스의 두번째 설계 요소는 건물 외피/부피비 (A/V ratio)비의 최적화이다.

외피/부피 비를 최적으로 하면 단열을 상대적으로 적게 해도 되며, 이는 패시브하우스를 경제적으로 실현할 수 있게 해준다. 아래 <사진2> 에서 새의 사례를 보자면 낮은 온도에서 깃털 속으로 몸을 움추림으로서 더 많은 단열을 획득함을 알 수 있다. 새와 마찬가지로 건축물 역시 같은 조건이라면 콤팩트 할수록 더 많은 단열 성능을 보장 받을 수 있다. 물론 이는 경제적인 패시브하우스의 건축을 가능케 하는 필수 요소로 작용한다.

 

<사진2   움추린 새는 같은 조건에서 더 많은 단열을 획득>

 

이러한 원리는 <사진3> 에서 극명하게 나타난다. 좌측은 외피/부피비가 0.9인 익산 패시브하우스이며 우측은 그 비율이 0.7인 판교 패시브하우스이다. 창호, 열회수장치, 제로열교등의 복합적인 결과인 측면도 있겠지만 익산 패시브하우스는 판교 패시브하우스 보다 건축비가 80% 이상 상승되는 결과를 보여주고 있다. 이로부터 복잡한 지붕 라인을 가지고 있고 벽체의 굴곡이 심한 일반 주택의 디자인으로 패시브하우스를 건축하는 것은 매우 비경제적일 수 있다는 결론이 도출 될 수 있다. 경제적인 패시브하우스의 실현을 위해서는 가능한 심플하고 콤팩트한 외관 디자인이 그 전제 조건이 되어야하는 것이다.

 

<사진3   외피-부피비가 0.9인 익산 패시브하우스는 0.7인 판교 패시브주택에 비해 80% 건축비 상승>

 

패시브하우스의 세번째 설계 요소는 그림자의 영향을 고려한 건물의 위치 선정이다.

그림자는 건축물의 냉난방 부하에 있어서 상대적인 결론을 도출 할 수 있다. 일테면 좌우측면의 건물의 그림자에 가려진 건축물은 하절기에는 냉방부하를 줄이는 효과를 볼 수 있으나 동절기 난방 부하를 증가시키는데 결정적인 악영향을 끼친다. 사진4의 사례를 본다면 74번의 주택 (리덕션팩트=0.24)은 거의 그림자로 가리워져 있음을 알 수 있다.

<사진4   그림자가 진 74번 주택은 패시브하우스 건축시 비용 상승으로 귀결 >

 

만약 우리가 이러한 위치에 패시브하우스를 짓는다면 동절기 태양열 획득의 부족으로 최소한 단열을 100미리 이상 늘려야만 가능할 것이며 이는 패시브하우스 건축비의 상승으로 귀결된다. 실제로 이러한 사례가 국내에서도 존재한다. <사진5>의 경우는 한국 최초의 패시브하우스 인증을 받은 인천 한라비발디아파트 부속 노인정 건물이다. 이 건물이 바로 <사진4>와 같은 사례인 것이다. 주변의 아파트 단지에 의해 햇빛이 차단됨으로서 겨울철 난방부하가 증가하여 그림자가 없는 경우보다 150미리 이상의 단열을 더 할 수밖에 없었고 이는 패시브하우스 비용의 상승으로 직결되었다.

 

<사진5   아파트 주변의 그림자로 인해 패시브하우스 건축비용 상승 초래>

이처럼 패시브하우스에서는 건축물의 위치 선정이 에너지 효율에 큰 영향을 미친다. 건물의 방향은 겨울철 난방 수요와 여름철 냉방 수요를 최적화하는 데 중요한 영향을 미친다. 건물을 햇빛이 좋은 방향을 향해서 계획할 수 있는 부지, 태양에너지를 집적 할 수 있는 햇빛이 잘 들고 경사가 낮은 남향 지붕, 지붕의 모양과 방향, 경사등이 고려되어야하고 최적화된 건물 간 간격 역시 중요한 요소이다. 그런데 반대로 패시브하우스에서는 여름철 냉방 부하를 줄이기 위해서 태양빛을 차단하는 위치선정 역시 동시에 적극적으로 고려되어야 한다. 일테면 밤 동안 시원한 공기를 끌어들여 평균 기온을 낮출 수 있도록 계곡 위쪽에 선택된 부지가 반영되어야하고 여름철 더위를 줄일 수 있는 활엽수 나무의 위치와 조림등도 적극적으로 설계에 적용되어야하며 좀 더 액티브하게는 외부 전동브라인드(ELV)의 설치로 여름철 난방부하를 줄일 수 있어야한다.

 

 

<사진6 하절기 난방부하를 최소화를 위한 외부전동브라인드(ELV)의 설치 >

 

패시브하우스는 에너지 효율을 극대화한 건축 솔루션으로 건축물의 내외부 에너지 흐름을 차단한다는 기본 원리는 진공보온병과 같다

 

. 패시브하우스는 각종 신재생에너지등 에너지 발생 설비를 통해 에너지의 효율을 높이는 적극적 접근이 아닌, 에너지의 손실을 원천적으로 줄이는 접근 방식을 기본 컨셉으로 한다. 아예 에너지를 소비하지 않는 건축물을 만듬으로서 지구온난화와 기후변화에 심음하고 있는 에너지 위기 시대의 현대인들에게 원천적인 해결 방안을 제공 하고 있는 것이다.

 

패시브하우스는 고단열, 고기밀 공법을 적용하고 실내외 공기를 차단하거나 쓰고 남은 폐열(廢熱)을 에너지로 재활용함으로써 일반 건축물의 5%에 불과한 에너지로 냉난방이 가능하다. 일반 건축물이 계속적으로 열을 공급하는 커피포트 방식이라면 패시브하우스는 단열을 최대한 높여 열이 빠져나가는 것을 막는 진공보온병 방식이다.

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[패시브하우스 이론3] 건강을 생각하는 힐링 건축 패시브하우스!!!

 

지구온난화와 기후변화 문제를 해결할 지구 지킴이- 패시브하우스!

 

패시브하우스는 에너지 효율을 극대화한 건축 솔루션으로 건축물의 내외부 에너지 흐름을 차단한다는 기본 원리는 진공보온병과 같다. 패시브하우스는 각종 신재생에너지등 에너지 발생 설비를 통해 에너지의 효율을 높이는 적극적 접근이 아닌, 에너지의 손실을 원천적으로 줄이는 접근 방식을 기본 컨셉으로 한다. 아예 에너지를 소비하지 않는 건축물을 만듬으로서 지구온난화와 기후변화에 심음하고 있는 에너지 위기 시대의 현대인들에게 원천적인 해결 방안을 제공 하고 있는 것이다.

 

패시브하우스는 고단열, 고기밀 공법을 적용하고 실내외 공기를 차단하거나 쓰고 남은 폐열(廢熱)을 에너지로 재활용함으로써 일반 건축물의 5%에 불과한 에너지로 냉난방이 가능하다. 일반 건축물이 계속적으로 열을 공급하는 커피포트 방식이라면 패시브하우스는 단열을 최대한 높여 열이 빠져나가는 것을 막는 진공보온병 방식이다.

 

 

 

  <사진1 패시브하우스의 원리>

 

  이러한 진공보온병 방식의 건축은 단독주택, 아파트, 상가, 종교시설등에 100% 적용이 가능하다. 현재 유럽 전역에 건축된 패시브하우스는 10만여채에 이른다. 특히 독일 프랑크푸르트시는 시에서 발주하는 모든 신축 건물과 리모델링 건축물에도 패시브하우스 공법의 적용을 의무화 하는 강력한 정책을 펼친 결과 전 세계 최고의 패시브하우스 건축의 메카로 떠오르고 있는데 이는 패시브하우스가 단순한 이상적인 건축물이 아닌 인류가 궁극적으로 지향해야 할 건축양식임을 증명하고 있다.

 

 

    

<사진2 패시브하우스 공법으로 지어진 프랑크푸르트 도심 주택가 >

 

 

심혈관 ·알레르기성 질환 예방에 탁월한 힐링 건축!

 

패시브하우스는 에너지의 효율적인 차단에만 그치는 것이 아니다. 패시브하우스는 단순한 진공보온병이 아니다는 말이다. 패시브하우스는 24시간 신선한 공기의 보급과 햇빛의 공급 그리고 습기조절이 구현된다는 점에서 진공보온병과는 커다란 차이를 가지고 있다. 이러한 차이로 인해 패시브하우스가 건강주택으로서의 기능과 힐링 건축물로의 승화로 이어지게 된다.

그렇다면 왜 패시브하우스가 건강지킴이 건축물인지를 살펴보자.

 

단독주택은 물론이고 아파트에서도 겨울철만 되면 결로 현상으로 인해 곰팡이가 피고 창가등 실내공간에서 이른바 바람이 지나는 웃풍 현상으로 몸살을 앓고 있다. 이러한 현상은 전적으로 단열의 부족과 기밀성의 부재로 부터 발생된다. 이들 주택을 열화상 카메라로 촬영하면 난방온도는 28도로 맞춰져 있음에도 방바닥은 24, 천정은 16, 창가는 12, 실내 모서리 10도를 나타낸다. 발코니쪽의 온도는 영하 15도씨의 날씨에는 5-6도씨에 머물게된다. 이러한 상황에서는 필연적으로 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는 공기의 대류 현상이 발생될 수 밖에 없는데 이러한 공기의 대류 현상이 바로 웃풍인 것이다.

그리고 우리는 이러한 웃풍을 단연한 현상으로 치부해 왔다. 그런데 당연하다고 생각해왔던 공간별 온도 차이와 웃풍의 존재가 실상은 우리의 건강을 해치고 있다는 사실을 아는 사람은 드물다. 일본의 경우 공간별 온도 차이로 인해 발생하는 심장쇼크사가 연간 3만명에 이르는 것으로 보고된다. 우리나라의 경우도 이에 못지않을 것이다.

그런데 패시브하우스는 웃풍 차단은 물론이거니와 집 안 온도를 늘 일정하게 유지하니 갑자기 추워지는 데서 오는 심장쇼크사를 방지할 수 있다. 패시브하우스가 심혈관질환과 뇌혈관질환 예방에 탁월한 이유가 여기에 있는 것이다.

 

 

 

  <사진3 패시브하우스 실내온도 분포>

 

 

곰팡이 없는 건축물은 가능하다!

 

한편 웃풍과 아울러 곰팡이의 존재는 우리의 건강을 해치는 또 하나의 주범이다. 지금 당장 발코니나 장롱 뒷편으로 가서 확인해보라! 이 곳 저 곳에 피어 있는 곰팡이 덩어리들을 목격 할 수 있을 것이다. 이러한 곰팡이의 출현은 실내에서 상대습도 60% 기준시 내외부 온도차가 12도 이상일 경우 생활습기가 이슬로 맺히는 결로현상으로부터 야기되는 것으로 전문적으로 말한다면 발코니와 실내 모서리의 기하학적 열교 발생으로 해석 할 수 있다. 문제는 이러한 곰팡이가 알레르기비염 등 현대인의 건강을 끝없이 위협하고 있다는 사실이다.

 

<사진4 단열과 기밀의 부족으로 발코니와 모서리에 곰팡이가 발생>

 

 그러나 패시브하우스 에서는 이러한 곰팡이가 서식 할 수가 없다. 고단열과 제로열교 시공의 적용으로 실내 공간 곳곳의 온도 차이가 균일하기 때문에 원천적으로 곰팡이가 서식 할 수 없는 것이다.

 

특히 패시브하우스 특유의 기밀성은 건물 틈새와 균열을 통해 습기가 생기는 것까지 철저히 차단한다. 일반 주택에서 흔히 나타나는 틈새와 균열은 온도 손실을 유발할 뿐 아니라 외벽의 온도를 낮춤으로써 곰팡이나 결로 현상을 야기하는데, 패시브하우스에서는 이런 현상이 발생할 염려가 없다.

단순히 초저에너지 절약형 주택으로만 알려진 패시브하우스가 이처럼 심혈관과 알레기성 질환 예방에 탁월한 성능을 발휘 할 수 있는 이유는 전적으로 300-400M/M정도의 단열재를 적용하는 고단열 시공과 틈새 바람 없이 주택을 기밀하게 시공하는 고기밀 시공 그리고 고단열 고기밀을 보장하는 삼중유리의 고성능 창호가 있기에 가능한 것이다. 이러한 시공 방법으로 패시브하우스는 실내의 공간별 온도 차이가 거의 없는 열적쾌적성이 보장되는 것이다.

 

아토피 등 현대병도 예방하는 건강 지킴이 건축!

 

패시브하우스는 성능 좋은 단열재와 고기밀 자재 그리고 고성능 창호와 이울러 고효율 열교환환기시스템이 핵심이다. 패시브하우스가 진공보온병 이기에 그 안에서 사람이 호흡을 하면 CO2가 발생되고 이는 실내 공기질을 떨어뜨린다. 이때 필요한 것이 환기장치이다. 환기장치를 통해 24시간 내내 신선한 공기를 공급 하것이다. 그런데 패시브하우스에 사용하는 환기장치는 일반 공조장치와는 개념이 다르다. 들어오는 신선한 공기에 나가는 실내 공기에 포함된 열에너지를 거의 전부 전달해주기 때문이다. 그래서 열회수환기장치인 것이다. 패시브하우스는 이처럼 고성능의 열회수환기장치의 적용으로 창호의 개폐없이 통풍 효과를 내고 이를 통해 24시간 실내 환경을 쾌적하게 유지할 수 있다. 그런데 이러한 열회수환기장치는 우리에게 어머어머한 혜택을 선사한다. 흔히들 아토피를 치유 불가능한 현대병이라고 말한다. 아토피의 발생 원인이 무엇이든 패시브하우스에 살고 있는 사람들에게 나타나는 공통점은 아토피의 발생이 현저히 감소한다 점이다. 그 비밀은 무엇일까? 비밀은 바로 열회수환기장치를 통해서 실내의 CO2, 포름알데히드, VOC등 오염된 공기를 24시간 신선한 공기로 치환할 수 있기 때문이다. 아울러 황사먼지와 꽃가루로 고통받는 알레르기 환자에게 패시브하우스 커다란 선물을 선사한다. 열회수환기장치 내에 설치된 고성능 필터를 통해 황사 먼지와 꽃가루를 제거하여 실내로 공기를 공급하는데 이는 알레르기비염이나 아토피와 같은 피부병을 현저히 줄이는 역할을 한다. 유럽에서 사람이 많이 드나드는 학교, 백화점, 종교시설등에 패시브하우스가 건축되는 이유가 여기에 있는 것이다.

 

 

 

 

    <사진5 열회수환기장치의 원리>

 

 

 

<사진6 아토피등를 예방하는 패시브하우스 열회수환기장치 >

 

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[패시브하우스 이론2] 

패시브하우스는 어떤 원리로 건축하는가?

 

패시브하우스의 아이디어는 너무도 간단하다.

 

건축물안에서는 인체의 체온, 냉장고등 전자제품에서 발생하는 열 그리고 집안 깊숙이 파고드는 따스한 햇빛등이 있는데 이러한 것들로부터 발생되는 에너지를 집안에 가두어 보존한다면 별 다른 난방설비장치의 도움 없이도 겨울을 보낼 수 없을까?“ 라는 발상의 전환이 바로 패시브하우스의 컨셉이다.

 

 

< 인체 발열, 기계 발열, 태양빛으로 난방을 하자는 아이디어가 패시브하우스>

 

 

우리가 커피 마실때 물을 데우는 방법은 두가지가 있다.

 

하나는 전기선이 있는 커피포트에서 물을 끓이는 방법이고 또 다른 하나는 뜨거운 물을 아예 진공보온병에 담아두고 필요할 때 마다 따라 마시는 방법이다.

전자가 우리가 그동안 살아왔던 일반 건축물이고 후자가 바로 인체의 체온, 전자제품의 발열, 햇빛을 가두어 난방을 하는 패시브하우스이다.

그래서 패시브하우스는 진공보온병이다이다 라는 등식이 성립한다.

 

 

 

<패시브하우스는 진공보온병, 커피포트는 일반주택>

 

 

그런데 진공보온병안의 물은 제 아무리 단열과 기밀이 잘되어 있더라도 시간이 지나면 점차 식기 마련이다.

 

물이 어느정도 식었을때는 진공 보온병에 최소치의 전기에너지를 이용하여 다시 끓이게되면 뜨거워지게 된다.

 

이처럼 패시브하우스도 최소치의 에너지가 필요하게 되는데 일반적으로 60평 단독주택의 경우 2kW 헤어드라기(2kcal) 하나 정도면 충분히 난방을 할 수 있다. 60평 일반주택이 38kcal의 보일러로 난방을 하는 것과 비교하면 1/15-1/8 정도 수준이다.

 

그래서 패시브하우스는 헤어드라기기 하나를 포함한 커다란 진공보온병이라고 말할 수 있다.

 

 

 

< 2kW 헤어드라이기 : 38,000kcal 가스보일러 >

 

 

지금까지의 논의를 학술적으로 정리하자면 다음과 같다.

 

-패시브하우스는 고단열 고기밀의 건축 자재로 지어 난방에너지 소비를 95%까지 줄인 초 저에너지 건축물

-단위면적()당 년간난방에너지 요구량이 15h 이하이고, 1차에너지수요량이 120h 이 하인 건축물

-에너지소비가 1.5L 이하인 건축물

-난방부하가 10W 이하인 건축물

 

패시브하우스의 성립조건 중에서 가장 기본이 되는 기준은 난방과 냉방을 위한 최대 부하가 10W/를 넘지 않아야 한다는 것이다.

 

이 기준은 패시브하우스를 처음으로 연구하고 발전시킨 연구자나 건축가들이 단순히 에너지소비를 낮추기 위해서 자의적으로 정한 것이 아니고, 쾌적한 실내 공기온도를 실현하기 위해 소비해야만 하는 최소의 에너지값을 찾는 가운데 도출된 것이다.

그런데 우리는 헤어드라이가 달린 진공보온병에서 실제로는 살 수가 없다. 왜냐하면 창호가 없기 때문이다.

그래서 헤어드라이가 달린 진공보온병에 고단열 고기밀의 특수한 창호를 설치한다.

고성능의 창호가 아니라면 여기를 통해서 바람이 들어오고 결국 에너지를 빼앗길 수 밖에 없기 때문이다.

그래서 패시브하우스는 헤어드라이를 포함하고 고성능 창호가 설치된 진공보온병이다고 말할 수 있다.

여기서 또 하나의 의문이 머릿속을 맴돈다. “그렇다면 꽉 막힌 커다란 진공보온병에서 어떻게 사람이 숨을 쉴 수 있을까? 그렇다고 창호를 열어두면 에너지를 빼앗기게 될 텐데...”

그래서 패시브하우스는 열회수환기장치를 필수적으로 설치한다.

열회수환기장치는 일반적으로 얘기하는 공조장치와는 완전히 다른 개념이다. 열회수환기장치는 건축물의 실내외 공기를 순환시켜주면서도 실내의 공기 에너지(폐열에너지)를 유입되는 실외 공기에 전이시켜주는 환기장치이다.

 

이제 다시 정리해본다면 패시브하우스는 헤어드라이기와 고성능 창호를 포함하고 열회수환기장치가 설치된 진공보온병이다고 말할 수 있겠다.

 

 

 

고용규 회장

 

한국제로에너지건축협회 초대 회장

독일 공인 패시브하우스컨설턴트

()삼진에너홈 대표이사

한국스틸하우스협회 초대 회장

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[패시브하우스 이론1]

패시브하우스란 무엇인가?

-에너지 위기를 근본적으로 극복할 대안 '패시브하우스' -

 

금세기 인류를 위협하는 가장 큰 문제는 무엇인가? 식량부족, 물부족등의 문제가 있겠지만 가가장 큰 대재앙은 바로 무분별한 화석연료의 사용으로 발생하는 지구온난화와 그에 따른 기후변화 문제일 것이다.

전 세계 에너지 소비의 증대에 따른 에너지 공급은 무분별한 화석에너지의 소비로 이어지고 이로인해 CO2 온실가스에 의한 지구온난화와 기후변화 문제가 야기되는 것이다.

 

한편 브레이크 없는 전력사용의 과부하로 발생하는 블랙아웃이라는 유령은 어느 순간부터인지 하절기, 동절기 가릴 것 없이 인류를 급습하는 또 다른 대재앙으로 다가오고 있다.

 

우리 인류가 이러한 기후변화 문제와 블랙아웃등의 대재앙을 극복할 수 있는 방법은 유일한 해결책은 CO2 배출로 인한 온실가스를 감축하는 것, 즉 고갈되고 있는 화석에너지를 사용하지 않는 것이다.

 

문제는 이러한 화석연료를 사용하지 않는다는 것이 애시당초 불가능하다는 것이다. 인류가 원시시대로 돌아 갈 수는 없기 때문이다!

 

그렇다면 CO2 감축을 위한 방법은 무엇이 있을까?

전지구적으로 현재 화석연료를 대체하는 방법은 2가지가 있다.

 

하나는 원자력발전소를 대거 건설하는 방법이고 또 하나는 태양광, 풍력, 지열등 지속가능한 신재생에너지를 생산하는 방법이다.

 

전자는 원자력예찬론자들의 논리이고 후자는 에너지전환을 지지하는 진보적인 환경론자들의 논리이다.

 

그런데 아쉽게도 미국 쓰리마일, 소련 체르노빌이나 일본 후쿠시마 원전 사고에서 극명하게 드러나듯 원자력 발전이 에너지 문제를 근본적으로 해결할 수 없다는것은 주지의 사실이다. 평화적(?) 원자력 활용이 실상은 어쩌면 단 한순간에 전 인류를 멸망시킬 수도 있는 대재앙의 씨앗이 될 수도 있다.

 

그렇다면 지속가능한 신재생에너지에 눈길을 돌려보면 어떨까? 안타깝게도 신재생에너지를 통한 에너지 전환 운동은 고비용이라는 경제성의 논리로 인해 그 발걸음이 자꾸만 지체되고 있다.

 

여기에서 우리는 이러한 발상의 전환을 해본다. “만약 근본적으로 에너지를 사용하지 않는 녹색산업과 녹색환경을 구현하는 것은 불가능할까?

 

그런데 이러한 발상의 전환이 독일, 오스트리아, 스위스등 유럽 전역에서 현실화되고 있다. 이들 유럽 국가들은 우리보다 한발 앞서서 에너지 위기 시대를 대비해왔는데 특히 건축물에서 이들은 태양열을 적극 활용하되 단열이 잘되고 기밀이 유지되는 마치 진공보온병과 같은 건축물을 추구해왔다. 그러한 바로 건축물이 패시브하우스(Passivehouse)인 것이다.

 

패시브하우스는 독일의 볼강파이스트 박사가 최초로 건축했고 고단열고기밀 건축자재를 적용하여 난방에너지 소비를 95%까지 줄인 초저에너지건축물이다. 이러한 패시브하우스는 지금 현재 유럽에서 전체 에너지 소비의 40%를 차지하는 건물에너지 분야에서 현실화되고 있다.

 

 

  

<사진1 독일 다름슈타트 소재의 전세계 최초의 패시브하우스

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