[패시브하우스] 02. 독일의 패시브하우스 VS 한국의 패시브하우스

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[패시브하우스] 02. 독일의 패시브하우스 VS 한국의 패시브하우스

2016년 4월 1일 (금) 00:00:00 | 지면 발행 ( 2016년 4월호 - 전체 보기 )

독일의 패시브하우스 VS 한국의 패시브하우스

CONTENTS
01 왜 패시브하우스여야 하는가!
02 독일 패시브하우스 vs 한국 패시브하우스
03 환기! 이것만큼 중요한 건 없다
04 단열재만 두꺼우면 된다? 그럼 열교는?
05 햇빛을 활용한 선택. 향과 창 그리고 차양에 답이 있다!
06 ‘기밀’ 우습게보면 큰 코 다친다.
07 신재생에너지와 제로에너지
08 패시브하우스 제대로 지어보자!

왜 패시브하우스여야 하는가! 패시브하우스의 가치는 무엇인가!
이것을 이해하려면 먼저 패시브하우스가 무엇인지 알아야 한다.
건축의 물리적인 지식 없이도 이해하기 쉽게 풀어봤다.

글 조민구 이사 (사)한국패시브건축협회 사무국장
사진제공 (사)한국패시브건축협회 www.phiko.kr

독일 패시브하우스 기준

[그림 1]은 미국의 한 건축사가 그동안 지어진 집과 패시브하우스가 어떻게 다른지 그림으로 간단하게 설명한 것이다.
그림에서 보면 19세기 이전의 집은 벽체 두께가 얇아 단열이 안 된 단순한 형태다. 난로 난방이지만, 열 공급보다 열 손실이 커 실내가 추워 두꺼운 옷을 껴입어야 했다. 20세기는 기계설비 발달로 수많은 장치를 사용해 실내를 쾌적하게 만들었다. 이처럼 외부에서 에너지를 끌어 쓴 기존의 주택을 엑티브하우스라고 한다. 반면, 패시브하우스는 내부의 열을 최대한 빠져나가지 않게 가두어 화석연료의 사용을 줄이는 수동적passive인 주택을 말한다. 에너지 위기를 겪으며 에너지 자원의 유한함과 위험성을 깨닫고 고단열, 고기밀, 열 회수, 자연에너지를 사용해 실내기후를 쾌적하게 만든 주택이다. 독일에서 탄생한 패시브하우스는 패시브하우스연구소에서 정성적 정의와 정량적 정의로 구분한다.
패시브하우스의 정성적 정의는 그 집에서 환기에 필요한 공기를 공급할 때, 전통적인 난방설비 없이 공급 공기만을 데워 일 년 동안 충분히 따뜻하게 지낼 수 있게 보온성과 공기 질, 쾌적성을 만족하게 한 집이다.
정량적인 정의는 난방에너지요구량(중부 유럽 기준) 15kWh/㎡·a 이하, 1차 에너지 소요량 120kWh/㎡·a 이하(냉방·난방·조명·급탕·환기·콘센트), 난방 부하 10W/㎡ 이하로 규정한다.
정성적 정의를 보면 “보일러가 없으니 난방비가 들지 않겠다”고 생각할 수 있다. 정답이면서 오답이다. 왜 그럴까?
전통적인 난방설비인 보일러나 난로는 필요 없지만, 공급 공기를 데우기 위해 약간의 에너지는 필요하다. 그러니 난방비가 전혀 들지 않는다는 것은 아니다. 기존 집보다 월등하게 적게 든다는 것이다.
전통적인 난방설비는 에너지 손실이 많은 집을 데우기 위해 많은 양의 열을 집에 공급하는 설비다. 이러한 난방설비가 필요 없다는 말은 많은 양의 열 공급이 필요치 않은 집이라는 것이다. 단열, 기밀, 열교 없는 세밀한 시공으로 외피를 통한 열 손실을 대폭 줄이고, 열 교환 환기장치를 이용해 열 손실을 줄였기 때문이다. 집 전체에서 발생하는 열 손실을 크게 줄여 열 손실량만큼 아주 적은 양의 열을 공급하면 늘 따뜻한 실내온도를 유지하는 것이다. 공급하는 아주 적은 양의 열이 정량적 정의에서 말한 단위 바닥 면적당 연간난방에너지요구량 1.5ℓ이다. 나머지 난방에너지는 인체의 열, 조명, 태양열이다.
윗글에 나온 공급 공기를 데울 때 정량적 정의의 난방 부하(10W/㎡)가 등장한다.
실내 공기를 깨끗하게 유지하기 위해 하루에 1인당 약 30㎥의 신선한 공기가 1시간 동안 필요하다. 공기는 약 50℃ 정도까지 가열하는 데, 더 높은 온도로 가열하면 공기 속 미세먼지가 열 분해되면서 냄새나기 때문이다. 공기 1㎥를 1℃ 올리는 데 필요한 에너지는 0.33Wh이다. 30㎥의 공기를 20℃에서 50℃로 가열하려면 300W가 필요하다. 바닥 면적이 30㎡라고 본다면, 300W ÷ 30㎡ = 10W/㎡가 나온다. 이것이 바로 난방 부하이다. 패시브하우스의 최대 난방 부하는 기후와 상관없이 난방 공간 단위 면적당 10W이고, 이를 초과하면 공기만으로 난방할 수 없다. 이는 1년 중 가장 많은 양의 열을 집에 공급하는 날을 기준으로 했다. 추운 지역일수록 단열을 더 두껍게 해야 한다.
정성적 정의에서 연간난방에너지요구량과 난방 부하가 어떤 의미인지 다시 되짚어보면, “패시브하우스는 환기에 필요한 공기를 공급(1인당 1시간 동안 30㎥의 신선한 공기)할 때, 전통적인 난방설비 없이, 공급 공기만을 살짝 데워(난방 부하 10W/㎡ 이하) 일 년 동안 충분히 따뜻하게 지낼 수 있는 보온, 공기의 질, 쾌적성을 만족하게 한 집”이라고 설명할 수 있다.
최근에는 패시브하우스가 “쾌적함, 에너지 효율성, 경제성을 동시에 만족하게 하는 표준적 건물이며, 세 가지 요소 중 한 가지라도 만족하지 못하면, 진정한 패시브하우스가 아니다”라고 추가 정의했다.
여기까지가 개략적인 패시브하우스연구소에서 말한 패시브하우스 정의다. 중요한 차이점은 우리는 공기난방이 아니라 바닥 복사난방인 온돌문화라는 사실이다.

공기난방과 온수 바닥 복사난방
공기는 같은 부피의 물에 비해 전달하는 열이 3,000분의 1이다. 공기만으로 난방하려면 단열을 잘해 열의 손실을 최소화해야 한다. 공기가 공급할 수 있는 최대의 열은 바닥면적 1㎡당 10W이다. 공기난방만으로 난방이 가능한 성능을 구현하기 위해 정량적 정의가 필요하다. 이를 통해 패시브하우스 성능을 구현한다. 공기난방과 달리 온수에 의한 바닥 복사난방은 물과 온돌을 구성하는 재료의 열 전달량이 많다. 또한, 많은 열을 머금고 오랜 시간 동안 지속해서 열을 발산하기 때문에 패시브하우스에선 실내온도가 지나치게 높아질 수 있다. 쾌적성을 만족하지 못하는 집은 패시브하우스가 아니다. 난방문화 차이가 패시브하우스에도 영향을 주고 있음을 알 수 있다.
유럽은 공기난방을 우리는 온수에 의한 바닥 복사난방을 주요 난방방식으로 사용했다. 패시브하우스의 연간난방에너지요구량이 단위 바닥 면적당 1.5ℓ정도인데, 이것은 환기에 필요한 공급 공기만으로 난방할 수 있는 집일 때 가능한 수치다. 바닥 복사난방방식은 필요 이상 열을 과잉 공급하기에 1.5ℓ성능의 주택은 더워질 수밖에 없다. 덥지 않게 하려면 거의 보일러도 작동하지 않아야 하는데, 좌식문화에서 바닥이 차면 생활이 불편할 수 있다.
협회는 그동안 인증받은 저에너지주택 건축주 대상으로 설문 조사했다. 질문 가운데 하나가 “살면서 불편한 점이 무엇인가”였다. 대다수 거주자가 바닥 온도에 대한 불편함을 이야기했다. 그러나 1년 동안 생활한 사람은 적절한 난방을 생활에 적용해 이후에는 불편함이 그리 크지 않았다. 어쨌든 주요 문제는 보일러를 가동해 바닥 온도를 데우면 실내온도가 너무 올라가고, 보일러를 자동모드에 맞추면 거의 가동하지 않지만, 실내 온도는 쾌적하다고 했다. 그런데 바닥이 차다는 것이다. 1.5ℓ에 가까운 주택일수록 편차는 더욱 컸다.
즉, 보일러 공급 열량과 집의 손실 열량 사이에 괴리가 있다는 말이다. 이를 해결하기 위해 협회 일부 회원사는 바닥 난방배관 간격을 넓게 하거나, 거실만 난방배관을 설치하고 일부 방은 설치하지 않는다든지, 혹은 방 일부만 설치하는 식으로 공급 열량을 맞추려고 했다. 하지만, 이는 궁극적인 해결책이라고 생각하지 않는다. 집을 설계할 때는 건축주의 합의를 끌어냈지만, 집을 팔고 다른 사람이 거주할 땐 이러한 조건을 만족할 가능성이 작기 때문이다. 일반적으로 누구나 받아들일 수 있는 보편타당한 방법은 아니라는 뜻이다.

우리의 생활방식 바꿔야 하는가?
패시브하우스 도입 초기에 이 문제로 여러 전문가의 토론이 자주 있었다. 독일식 공기난방 패시브하우스를 구현하기 위해 입식의 공기난방으로 생활방식을 바꿔야 한다는 주장과 기술적 문제 때문에 전통방식 바꾸기보다는 생활방식에 맞춰 기술적인 부분을 수정할 필요가 있다는 측으로 나뉘었다. 결론적으로 한국패시브건축협회는 후자를 선택했다. 변형된 우리의 패시브하우스가 널리 퍼지고 점차 안정적으로 기능하면, 우리에게 맞는 패시브하우스가 제대로 정착되리라 믿었기 때문이다.
독일과 우리의 패시브하우스의 차이는 난방방식 말고도 기후와 외기의 상대습도에 의한 차이도 있다. 우리나라는 독일과 비교해 여름 온도는 비슷하지만 습도는 상당히 높다. 우리나라에 초기에 패시브하우스를 지을 때 에어컨을 설치하지 않은 집이 많았다. 하지만, 1년이 지나면 에어컨 없이 한여름을 나기 어렵다는 것을 알고 에어컨을 설치했다. 상대습도가 다르므로 나타난 현상이다. 여름철 다습한 기후에서는 밤에 차가워진 외기를 끌어들여 벽체를 냉각하고 낮에 축열을 이용한 복사냉방이 제한적이다. 이뿐만이 아니다. 제습하지 않으면 쾌적한 환경을 얻기 어렵다.
패시브하우스연구소를 설립한 파이스트 박사는 “패시브하우스는 다른 기후와 다른 문화와 생활 방식을 가진 지역은 거기에 맞는 방식으로 연구와 개발이 이뤄져야 한다”고 했다. 패시브하우스의 1.5ℓ라는 성능은 중부유럽 기준이다. 북유럽, 동아시아, 동남아시아, 북미 등 기준이 다를 수밖에 없다.

한국형 패시브하우스란
우리나라 계절에 비추어 볼 때 과연 몇 리터의 성능을 가져야 집이 쾌적할까? 이전보다 적은 열로 바닥을 골고루 데우는데 기존 바닥 난방설비로 적당한가? 급기할 때 찬 공기에 의한 불쾌감은 발생하지 않을까? 열량이 높은 현재의 보일러가 패시브하우스에 적절한가? 여름철 제습 에어컨만으로 충분한가? 아직 해결해야 할 과제가 많아 보인다.
바닥 난방을 예로 들어보자. 기존 보일러를 사용할 때 저온 난방을 하되 작은 지름의 난방배관을 적용하고 유량 속도를 줄여 열량을 조절하며 열전도율이 낮은 바닥재를 이용하는 것이다. 물론 패시브하우스에 적합한 보일러가 개발되면 문제는 쉽게 해결된다. 이에 대한 부분은 지속적인 연구와 실증이 필요하다.
유럽 패시브하우스도 바닥 난방을 설치하지만, 실내 온도를 높이려는 보조적 수단으로 사용한다. 우리나라는 피부가 직접 바닥에 닿아 바닥 온도를 낮게 할 수 없다. 결국, 바닥 난방을 배제할 수 없기 때문에 우리나라 패시브하우스 정의에 포함돼야 한다.
그러므로 협회는 태양열, 인체발열 등의 자연 열을 주된 열원으로써 그리고 바닥을 데우는 목적의 난방설비를 보조 열원으로 사용하고, 환기장치는 주로 환기에 필요한 공기 공급을 목적으로 하는 이원적 체계의 개념으로 정의했다.
그동안 꾸준히 고민하고 연구해왔지만, 앞으로도 풀어야 할 숙제가 많다. 하나씩 풀어간다면 진정한 우리만의 패시브하우스를 구현할 것이다. 이러한 내용과 관련해 새로운 해법을 찾으면 앞으로 진행될 연재에 제시하고, 개선해야 할 게 있다면 고민하며 풀어볼 것이다.

협회 인증주택