[쾌적한家, 건강한家] 제로에너지주택의 필요 요소 개론

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[쾌적한家, 건강한家] 제로에너지주택의 필요 요소 개론

2018년 2월 26일 (월) 00:00:00 | 지면 발행 ( 2018년 2월호 - 전체 보기 )

제로에너지주택의 필요 요소 개론

CONTENTS

01 제로에너지건축물의 정의와 실현 가능성

02 제로에너지주택의 필요 요소 개론

03 열교, 곰팡이, 단열

04 좋은 창호의 선택과 하자를 줄이기

05 차양의 효과적 설치

06 주택은 왜, 기밀이 필요한가

07 자연환기와 기계식환기, 그리고 환기장치 설치 및 관리

08 구조 형식별 패시브주택 실현 전략

09 기존 주택의 저에너지 리모델링 전략

10 열원의 선택과 신재생에너지

11 제로에너지주택을 위한 물과 열관리

12 제로에너지주택 경제성 평가와 관리

‘무엇 때문에 제로에너지주택을 만드는가.’

제로에너지주택은 개인에게도 국가에도 필요하다. 에너지 비용을 한 푼도 내지 않고 생활할 수 있다면 좋아하지 않을 사람이 없으며, 원료를 모두 수입에 의존하는 국가 입장에서도 마다할 이유가 없기 때문이다. 그러므로 국가는 개인이 조금 더 비용을 들여서라도 제로에너지주택을 짓고 살았으면 하고, 반면 개인의 입장에서는 비용을 추가로 들이지 않고 제로에너지주택에서 살고 싶어 한다. 이 둘 사이의 거리를 좁히는 것이 관건이며, 국가 입장에서도 이를 위해 매년 막대한 연구비를 지원하고 있다.

본 연재 기사는 모두가 원하지만, 기술적으로든 가격적으로든 쉽게 접근하기 어려운 ‘제로에너지주택’에 대한 기초지식과 현재의 기술로 달성 가능한 범위를 소개함으로써, 뜻이 있는 건축주가 제로에너지하우스에 합리적 가격으로 접근하도록 도움을 주려는 의도에서 출발했다.

글 (사)한국패시브건축협회 www.phiko.kr

경제적 제로에너지주택을 만드는 몇 가지 방법

적게 쓰고, 적게 생산하자

가장 경제적인 제로에너지건물은 최소한의 에너지를 생산(태양광발전 등)하면서 제로에너지(건축물의 에너지 생산 - 소비 = 0)를 달성하는 방법이다. 재생에너지가 많이 필요하다는 이야기는 그만큼 사용 에너지가 많다는 뜻이므로, 이것은 건축 쪽, 특히 단열과 창호가 상대적으로 부실하다는 뜻이기도 하다.

제로에너지주택의 개념

최소한의 기술을 이용하자

딱 필요한 기술만을 사용한 주택이 가장 경제적일 수밖에 없으며, 적용 기술이 적을수록 하자도 적다. 언론에 나오는 수많은 제로에너지건물의 사례는 기술을 자랑하고자 하는 면도 있고, 미래의 기술을 미리 선보이려는 기업의 욕구가 반영된 경우가 대부분이다. 이런 시범주택들에 적용된 기술이 30가지가 넘는다느니, 50가지가 넘는다느니 하는 것은 그저 남의 이야기일 뿐이다. 내 주머니의 돈이 나가는 것이기에 냉정하게 필요한 기술만을 사용해서 목적을 구현해 나가는 게 최선이다.

많은 기술을 사용해서 제로에너지건물을 구현하는 것은 돈만 있으면 누구나 할 수 있다.

제로에너지 나무

패시브(건축)와 액티브(설비)의 균형

건축 분야의 기술을 ‘패시브 기술’이라고 하는데, 패시브라는 단어 자체가 부정적인 면이 있어서 그런지 고개를 갸웃거리는 사람이 많다. 패시브라는 용어의 탄생은 기존부터 있었던 설비 분야를 통칭하는 ‘액티브 기술’의 상댓말을 찾다 보니 나오게 된 것이기에 큰 의미는 없다.

패시브 기술은 액티브 기술과는 다르게 완공 후 눈에 잘 보이지 않는다. 그래서 소홀히 하는 경우가 많고, 잘 했는지 못했는지에 대한 판단도 쉽지 않았기에 정량적 평가 방법도 매우 늦게 발달했다. 즉, 단열재만 두껍게 하면 되는 것이 아니라, 어떻게 시공됐는지를 따져야 한다. 이것을 명확히 판단할 방법이 개발된 것은 그리 오래되지 않았다. 예를 들어 외벽의 단열재와 단열재 틈새는 ‘최소한’이라는 것만 있었고, 이 틈새가 1㎜일 때와 5㎜일 때의 열손실은 따지기 어려웠다. 하지만 지금은 이 모든 것을 태양광발전량만큼이나 선명하게 계산할 수 있다. 그러므로 눈에 잘 보이지 않는 건축 내부의 자재나 시공이라고 할지라도 현재는 투자와 그 가치를 산출할 수 있는 시대이기에 패시브 분야에 투자하라고 당당히 이야기할 수 있게 됐다.

패시브 분야에 투자하면 사용 에너지를 낮춰줄뿐더러 결로, 곰팡이, 외풍으로부터 자유로운 주택을 만들 수 있다. 그러므로 에너지를 생산하는 액티브 기술도 좋지만, 주택 본래의 가치를 높일 수 있는 패시브 분야와의 적절한 조절이 더 중요하다.

재활용, 절감, 절약

적게 쓰기 위한 방법은 크게 재활용, 절감, 절약 세 가지가 있다. 이 중 절감은 공급자(설계/시공) 측에, 그리고 절약은 사용자 측 입장에 해당한다.

재활용

열의 재활용 _ 도시적 차원에서 꽤 오래전부터 여러 방면으로 연구됐던 분야이지만, 주택 수준까지 확장된 것은 그리 오래되지 않았다. 대표적인 재활용 개념으로는 겨울철에 샤워나 세면 후 배수구로 버려지는 뜨거운 물과 공급되는 수돗물의 열교환을 통해 수돗물을 데우는 기능의 제품들이 있다. 유럽에서는 꽤 호응도가 높은 것으로 보아 샤워 시간이 더 긴 우리나라에서도 유사한 개념의 제품들이 조만간 선을 보일 것 같다.

물의 재활용 _ 물도 자원이고, 에너지다. 갈수록 물이 부족해지는 상황에서 한 번 사용한 물을 다시 사용하는 것이 중요해졌다. 물의 재활용은 크게 하수를 중수로 정화해서 사용하는 방법과 빗물을 모아 놓았다가 조경용 등으로 다시 사용하는 방법이 있다. 중수도 설비는 주택 규모로 들어오기에는 비용상 아직 무리가 있다.

빗물저금통은 말 그대로 빗물을 지붕에 모아놓았다가 재사용하는 시스템이다. 이것은 개념적으로 아름답지만, 한 가지 주의할 점이 있다. 비가 처음 오기 시작할 때 흘러내리는 빗물에는 부유 물질이 너무 많기 때문에 이를 저금통에 모을 수 없다. 부패 시간이 짧아지기 때문이다. 그러므로 초기 빗물은 30분 이상 그냥 흘려버린 후, 그 이후의 빗물만 모아야 한다.

빗물저금통_우포생태교육원

절감 - 패시브

절감 분야는 패시브와 액티브 기술로 나뉘는데, 패시브 기술은 최근 방송 등 여러 매체에서 익숙할 정도로 자주 다루고 있다. 좀 더 자세한 내용은 향후 연재를 통해 살펴보기로 하고, 여기에서는 놓치기 쉬운 항목과 중요한 내용만 간단하게 다룬다. 우선, 패시브 기술은 여섯 가지의 큰 틀에서 접근할 수 있다.

단순한 형태 _ 외벽 면적이 크면 공사비도 많이 들지만, 겨울철 열손실과 여름철 열 획득량이 같이 커진다. 그러므로 경제적 제로에너지건물의 첫걸음은 무조건 단순한 형태로 가야 한다는 것이다. 당연하지만, 사용자의 요구 사항이 다 담긴다는 전제에서의 단순함이어야 한다. 형태가 단순해지면 공사비가 오히려 저렴해지기 때문에, 이 조건을 만족하면 할수록 다른 곳에 사용할 여유 자금이 늘어난다.

한국패시브건축협회 표준주택

우선적 기밀 _ ‘기밀하지 못한 집 = 틈새 바람이 많은 집’이다. 두 가지 이유로 기밀이 단열보다 중요하다. 첫 번째, 아무리 단열을 두껍게 잘한 집이라고 할지라도 벽에 구멍이 있으면 다 소용이 없다. 두 번째, 동일한 목표를 이루는데 (1월 난방비를 40만 원에서 10만 원으로) 단열로 투자하는 것보다 기밀에 투자하는 것이 더 싸기 때문이다. 그것도 많이 싸다. 기밀공사비는 전체 공사비에서 약 1~1.5% 차지하며, 콘크리트 구조는 그보다 적게 들어간다.

기밀공사는 바느질과 같다. 맞는 제품을 맞는 곳에 사용해야 할뿐더러, 한 땀 한 땀 정성을 들여야 한다.

열교 없는 단열 _ 열교는 단열재가 빠진 부분을 의미한다. 건축주는 당연히 단열재가 건물을 다 둘러싸고 있다고 생각하겠지만, 사실 빠진 부분이 의외로 많다. 신축 주택에서 단열재가 누락됐다는 의미는 새로 산 옷에 구멍이 뚫려 있는 것과 같으며, 게다가 겉옷도 아니고 내복에 구멍이 난 것과 같다. 단열을 잘 해서 후회한 주택은 아직 없다. ‘가즈아, 단열!’ 단열을 충분히 잘 해도 전체 공사비의 4% 안쪽으로 해결할 수 있다.

구멍 난 집을 알고도 구입할 수 있을까?

단열·기밀 창호 _ 창호의 선택은 단독주택에서 클라이맥스Climax라고 보아도 무방하다. 내·외부 분위기뿐만 아니라 주택의 성능을 대변하기 때문이다. 시장에 제품은 너무나 많지만, 단열과 기밀성능을 함께 고려하면 그 범위를 쉽게 좁힐 수 있다. 우리나라 시장이 작은 탓도 있지만, 도토리 키 재기 같은 제품만을 개발해 온 국내 창호회사도 반성이 필요한 부분이다. 창호는 아무리 좋아도 벽보다 성능이 못하다. 그래서 좋을수록 좋다. 어떤 것이 좋은 창호인지는 추후 언급하겠지만, 충분히 좋은 창호를 선택한다고 해도, 전체 공사비의 8~10% 내외에서 해결할 수 있다.

내 창은 정말 좋은 창일까?

외부 차양 _ 우리나라는 여름의 나라이기도 하다. 물론 겨울엔 추위에만 신경을 쓰지만, 여름도 무시하지 못할 환경이다. 이런 환경에 적절히 대응하기 위해서는 외부 차양이 필요하다. 다양한 종류의 차양이 모두 가능하고, 일정 수준 이상 효과가 있으므로 처음부터 디자인에 반영해 진행한다면 좋은 결과물로 이어질 수 있다. 어닝, 외부 베네시안 블라인드, 눈썹처마, 덧문 등도 모두 좋지만, 설치할 때 단열의 결손이 생기는지 주의 깊게 살펴야 한다. 차양은 그 종류에 따라 가격이 천차만별이라 전체공사비의 2%면 해결할 수 있고, 6%까지 차지할 수도 있다.

여름철 깊은 차양의 그림자는 창문에 물을 뿌린 것과 유사한 효과를 낼 수 있다.

기계식 환기장치 _ 환기장치가 왜 패시브 분야에 포함됐을까? 예전에는 많은 사람이 “패시브하우스는 기밀하므로 환기장치가 없으면 숨을 쉴 수가 없어서 그런 거야”라고 얘기했다. 하지만 이젠 그렇게 생각하는 사람들은 드물 것이다. 나와 내 가족의 건강을 위해 좋은 실내 공기질은 더 이상 선택이 아닌 필수 사항이기 때문이다. 특히, 점점 나빠지는 외부 공기질을 생각할수록 더욱 그러하다. 창을 열 수도, 그렇다고 안 열수도 없는 현재 상황에서 에너지 절감 등 모든 것을 떠나서 필수적으로 개입돼야만 하는 요소가 되어 버렸다. 이렇게 중요한 부분인데도 우리나라 기술 중에서 선진국과 가장 멀리 있다고 느끼는 분야 중 하나이다. 기술적으로 해결할 것도 많고 A/S망, 대응 속도 등도 개선돼야 한다. 하지만 많이 좋아지고 있는 것이 사실이라 더 열심히 해주길 기대할 뿐이다. (사)한국패시브건축협회에서는 각 환기장치의 필터 성능과 그 맞물림의 정밀함에 아쉬운 점이 많아서 어떤 환기장치라도 추가할 수 있는 프리 필터 박스를 공동구매한 적이 있다. 반응이 좋아서 기회가 되면 지속적으로 할 생각이다. 국산 환기장치를 제대로 갖추면, 전체 공사비의 약 4% 안쪽이다.

국산 환기장치의 빈약한 필터 성능을 보강하기 위한 필터 박스

절감 - 액티브

액티브 기술의 절감은 크게 자동제어와 LED 등의 사용을 들 수 있다. “주택에 무슨 제어냐”고 하는 사람도 많고, 그것이 아주 틀린 말도 아니다. 하지만 세상은 매우 빠르게 변해가고, AI시대에 접어들면서 절감량을 실제로 눈으로 확인할 정도이다. 통신회사에서는 앞다퉈 주택의 모든 것을 제어할 수 있는 것 같은 광고를 하고 있고, 앞으로 점차 우리 생활 깊숙히 들어 올 것이다. 또한 이 제어에 안전과 관련된 사항이 점차 추가되는 것도 좋은 발전방향이다.

사무실처럼 조명을 많이, 그리고 길게 사용하지 않는 단독주택에서 LED 조명이 갖는 절감의 의미는 사실 그리 크지 않다. T5 형광등과 적절히 섞어서 사용하는 것이 더 나은 결과를 낼 수도 있으며, 가격도 저렴하다(2018년 초 기준). 더 중요한 것은 최소한의 조명 계획만 하라는 것이다. 대부분 과다한 조명은 결국 사용하지 않게 되기 때문이다.

이젠 외부 어디에서든 주택의 조명과 보일러 등을 작동실 킬 수 있다.

절약

주택의 설계와 시공이 아무리 잘 됐다고 하더라도 최종적인 성능은 건축주 가족의 손에서 만들어진다. 건물의 모든 사용자는 지속 가능한 지구를 위한 인류의 최종 병기와도 같다. 절약·재활용 능력을 갈고닦아야 한다. 다만, 여기서 우리가 놓쳐 왔던 것이 있다. 불쾌감을 유발하거나 건강을 해칠 정도의 절약은 무의미하다는 것이다. 우리네 어머니가 그랬듯이 도를 넘는 절약은 길게 보아서 결코 최선의 방법은 아니다. 쾌적한 범위 내에서의 절약이야말로 진정한 절약이다. 그래서 난방을 억지로 아껴 쓰며 등 굽어 자는 것보다, 난방을 안 해도 춥지 않은 주택이 필요하다. 또한, 그것을 가능하도록 만드는 것이야말로 전문가가 할 일이다.

건물의 모든 사용자는 지속 가능한 지구를 위한 인류의 최종 병기와도 같다.

[제로에너지건출물의 경제성 평가]
<입력 요약>

<에너지 계산결과>

에너지 생산

재생에너지의 폭은 꽤 넓지만, 현실적인 범위 내에서 단독주택에 적용할 수 있는 열원은 지열 히트펌프와 태양광발전이다.

현재 태양광발전 단가가 계속해서 놀라울 정도로 하락하고 있고, (조금 웃긴 이야기이기도 하나) 국가 지원금을 받고 설치하든, 직접 주문해서 설치하든 그 금액 차이도 크지 않다. 따라서 태양광발전 설비를 설치할 때에 용량을 고려해야 하지만, 경제성을 보더라도 반드시 설치하는 것이 좋다. 지열 히트펌프는 태양광발전과의 투자비 차이가 벌어지면서 조금 소강상태이지만, 지금도 꽤 많은 세대에서 설치하고 있다. 지열 히트펌프는 설치할 만한 가치가 있는가? 여기에는 계산이 필요하다. 즉, 설치만 하면 무조건 남는 것이 아닌 설비이기 때문이다. 지열 히트펌프에 대한 구체적인 내용은 연재 중에 다시 언급하겠다.