['19년 1월호 특집 2] 패시브하우스 정의와 체크 요소

기사 분류 > 전원주택 > 특집/기타

['19년 1월호 특집 2] 패시브하우스 정의와 체크 요소

2019년 1월 24일 (목) 00:00:00 | 지면 발행 ( 2019년 1월호 - 전체 보기 )

패시브하우스 정의와 체크 요소

정부는 <건축물의 에너지절약 설계기준>에 따른 단열 법규를 지켜서 주택을 패시브하우스 수준으로 설계하고 시공할 것을 권장한다. 하지만 건축주 상당수는 패시브하우스란 이름은 들어봤지만, 패시브하우스를 왜 지어야 하는지 어리둥절하기만 하다. 패시브하우스의 정의와 체크 요소를 통해 왜 패시브하우스로 지어야 하는지 해답을 찾아보자.

글 윤홍로 기자 | 사진 백홍기 기자

취재협조 (사)한국패시브건축협회 02-474-6621 www.phiko.kr

‘2017년부터 패시브하우스 수준으로 강화, 2025년부터 제로에너지 수준으로 의무화’, 하지만 패시브하우스로 주택을 지어야 하는 이유에 대해 궁금해하는 (예비)건축주가 적잖다.

패시브하우스는 독일에서 1988년 5월 스웨덴의 보 아담슨 교수와 독일의 볼프강 페이스트 교수의 아이디어로 태동했다. 배경은 2차 세계대전 후 폐허를 재건하다가 부서진 건물의 단면 안쪽이 모두 까맣게 썩은 것을 통해 곰팡이의 심각성을 알게 됐다. 그 후 곰팡이에 대한 원인과 해결 방안을 연구했고, 그 결과 결로와 곰팡이가 근본적으로 발생하지 않는 쾌적하고 건강한 주택을 짓기 위한 패시브하우스의 개념을 수립했다.

고성능 시스템창호

패시브하우스란 무엇일까. 패시브하우스연구소[Passive House Institute]의 패시브하우스에 대한 정의다.

“직접적 난방 설비의 도움 없이 생활에 필요한 최소한의 신선한 공기를 보조적 설비 수단으로 조금 온도를 올리거나 내림으로써 재실자가 열적, 공기질적으로 만족할 수 있는 건물을 말한다.”, “에너지 효율성, 쾌적함, 경제성을 동시에 만족시키는 표준적 건물이며, 이 세 가지 요소 중 한 가지라도 만족시키지 못할 경우 진정한 패시브하우스가 아니다.”_ 정성적 정의

패시브하우스의 요구 조건(평가 기준) ▲연간 난방 에너지 요구량: 15㎾h/㎡·a 이하 ▲최대 난방 부하: 10W/㎡ 이하 ▲연간 냉방 에너지 요구량(필요시): 15㎾h/㎡·a 이하 ▲1차 에너지 소요량(전기 사용 포함): 120㎾h/㎡·a 이하(냉방, 난방, 조명, 급탕, 환기, 콘센트) ▲기밀성 테스트(n50): 0.6/h 이하 _ 정량적 정의

패시브하우스 체크 요소

CHECK 1_향을 고려한 배치 설계

한국패시브건축협회는 패시브하우스에서 일사 취득과 손실의 상관관계에 있어 향이 절대적인 요소를 차지한다고 한다. 따라서 동일한 형태의 주택이라도 남향 배치와 북향 배치의 열손실과 취득의 차이는 상당하기 때문에 평면 배치에 있어 남향 또는 동향의 배치를 원활하게 조정해야 한다. 또한 외기에 접하는 면적을 최소화하는 것이 열손실을 막는 데 중요한 인자로 작용하므로 가능한 단순한 형태를 지향하는 것이 좋다. 원칙은 ▲동·남향 배치를 고려한 평면 구성 ▲주 사용실은 동·남향에, 부 사용실은 북·서향에 배치(창호 면적에 절대적인 영향을 미치기 때문) ▲동일한 체적 대비 외기에 접하는 면적 비율을 최소화한 매스 계획 등이다. 하지만 전제조건은 대지의 상황과 사용자의 편의다. 사용자가 살기에 불편한 패시브하우스는 아무런 의미가 없기 때문이다.

CHECK 2_고단열

건물의 외피는 단열을 잘해야 한다. 혹한에도 열관류율(U-value)이 최대한 0.15W/(㎡K)여야 한다. 단열은 외벽, 지붕, 바닥 등 건물 외피 전체를 끊김 없이 둘러싸야 한다. 그러면 독일 패시브하우스 기준은 무엇 때문에 0.15W/㎡K까지 열관류율을 낮췄을까. 한국패시브건축협회에선 두 가지 이유로 설명한다. 첫 번째, 경제성을 떠나 실내에 결로와 곰팡이로 인한 하자를 막을 수 있는 열관류율이기 때문이다. 즉, 실내의 위생과 쾌적성을 위한 조건이다. 두 번째, 경제성이 줄어들지만, 그래도 0.15W/㎡K까지 현재의 에너지비용으로 볼 때 경제성이 있기 때문이다(물론 에너지비용이 더 올라가면 더 두꺼운 단열재도 경제성이 생길 수 있다).

CHECK 3_열교 차단

패시브하우스는 열교 없는 디테일로 시공해야 한다. 파라펫, 발코니, 창호 주변 등의 선형 열교와 단열 고정핀의 점형 열교를 차단할 수 있는 계획과 시공이 필요하다. 하지만 높은 시공비 때문에 단열만 강화하는데, 그 결과는 하자로 이어질 가능성이 높다. 단열재만 두껍게 하고 열교를 무시하면 결로와 곰팡이가 발생할 가능성이 높다. 이로 인해 구조·위생적 문제뿐만 아니라 상당량의 열손실을 발생시켜 애써 두껍게 시공한 단열재 성능과 주거 환경을 떨어뜨린다.

CHECK 4_고기밀

틈새로 제어할 수 없는 공기 누출이 50㎩의 압력으로 테스트할 때, 시간당 전체 건물 규모에서 0.6회보다 적어야 한다. 50㎩은 기후 조건의 영향을 최소화하기 위한 압력차로 약 9m/s의 바람이 불어올 때 생기는 압력에 상응한다. 틈새로 외부에서 들어오는 바람[浸氣]은 거주자에게 추위와 불쾌감을 느끼게 한다. 반대로 외부로 새나가는 바람[漏氣], 특히 수분을 함유한 누기는 구조체를 손상시키는 결로의 원인이다. 참고로 실내온도 20℃, 상대습도 50%인 경우 1㎜ 틈새로 하루 360g의 습기가 빠져나간다. 따라서 건물 외측에 투습·방수층을, 내측에 기밀·방습층을 시공해야 한다. 또한, 기밀면을 잘 확보하고 창호, 케이블, 배관 주변에 기밀 테이프를 시공한다. 패시브하우스는 기밀 성능을 확인하기 위해 시공 중, 시공 후에 기밀 테스트[Blower Door Test]를 실시한다. 한국친환경건축설비학회에서 권장하는 기밀 성능 기준은 모든 건물은 5.0회 이하, 저에너지하우스는 3.0회 이하, 제로에너지하우스는 1.5회 이하다.

CHECK 5_패시브하우스 창호

열관류율이 0.80W/(㎡·K)을 벗어나서는 안 되며, 빛투과율(g-values) 성능이 50%여야 한다. 채광과 조망을 위한 창호는 단열에 가장 취약한 부분이다. 따라서 패시브하우스에 열관류율이 낮고 기밀성이 우수하며 빛투과율이 높은 삼중 로이Low-E 유리 시스템창호를 주로 사용한다. 로이(Low-emissivity)는 낮은 방사율을 뜻한다. 유리 표면에 금속 또는 금속산화물을 얇게 코팅한 것으로 열의 이동을 최소화하는 에너지 절약형 유리로 저방사 유리라고도 한다. 특성상 복층으로 가공하며 코팅면이 내판 유리의 바깥쪽으로 오도록 만든다. 창을 통해 들어오는 가시광선은 대부분 안으로 투과시켜 실내를 밝게 유지하면서 겨울에 난방열이 밖으로 빠져나가지 못하도록 차단하고, 여름에 바깥 열기의 유입을 차단하는 역할을 하므로 냉·난방비를 줄일 수 있다. 단판유리에 비해 약 50%, 일반 복층유리에 비해 약 25%의 에너지 절감 효과가 있다고 알려졌다. 로이유리의 종류는 코팅 제조 방법에 따라 파이롤리틱Pyrolytic 공법에 의한 하드 로이Hard Low-E와 스퍼터링Sputtering 공법에 의한 소프트 로이Soft Low-E로 구분한다.

CHECK 6_외부 차양

한국패시브건축협회는 한옥의 처마가 건물 외부에 있듯이 일사열을 효과적으로 차단하려면, 모든 차양시설을 외부에 설치해야 한다고 한다. 이는 유럽의 경우(여름철 해가 늦게 떠 있어 잠을 잘 수 없는 상황과 맞물린 결과이기는 하나) 이미 외부 차양을 거의 모든 건물에 필수로 사용하는 이유다. 즉, 외부 차양 또는 처마 없이 일사 에너지를 막기 어렵다. 우리나라는 커튼이나 블라인드를 대개 실내에 설치한다. 실내 쪽 블라인드는 열을 그리 많이 막아주지 않는다. 이론적으로 보면 명확하다. 일사 에너지는 단파다. 유리의 특성은 단파는 쉽게 통과시키고 장파는 잘 통과시키지 못한다(이를 이용한 것이 유리온실 또는 비닐하우스다). 즉, 단파 태양에너지가 유리를 통과해 실내로 들어오긴 쉽지만, 실내로 들어온 일사가 물체에 닿으면 장파인 열에너지로 변한다. 이 열에너지가 다시 유리를 통해 밖으로 빠져나가기는 어렵다는 뜻이다. 그러므로 태양에너지는 유리를 통과해 실내로 들어오기 전에 차단해야 효과가 크다.

CHECK 7_열회수 환기장치

열회수 환기장치는 쾌적한 실내 공기질 유지와 에너지를 절약하기 위해 필요하다. 에너지 절약 측면에서 배출되는 공기 중의 폐열을 적어도 75% 이상 신선한 공기로 전도해야 한다. 패시브하우스는 주택 전체가 풍선처럼 기밀하므로 환기가 매우 중요하다. 창을 열어 환기하면 겨울철엔 내부의 따듯한 공기가 외부로 빠져나가고, 여름철엔 외부에서 더운 공기가 내부로 유입되기에 열교환 소자와 팬으로 구성된 열회수 환기장치는 필수다. 우리나라 겨울의 경우 외부로 나가는 따뜻한 공기의 에너지와 내부에 공급되는 차가운 공기의 에너지를 교환하는 열회수 환기장치로 90% 이상의 에너지를 회수할 수 있다고 한다. 바깥 온도가 0℃이고 실내온도가 20℃라면, 이 장치를 통과한 실내 공기는 2℃가 되어 나가고, 바깥 공기는 18℃가 되어 들어온다는 것이다. 에너지 흐름의 차단과 신선한 공기 공급의 충돌을 거의 완벽하게 해결해주는 열회수 환기장치는 이제 사계절 기승을 부리는 미세먼지 때문이라도 필수다.

한국형 패시브하우스 설계 의무화

패시브하우스는 인간에게 최대한 쾌적한 주거 환경을 제공해주기 위한 연구 결과물이고, 패시브하우스를 하다 보니 에너지 절감은 덤으로 따라온 것이다. 물론 에너지 자원 고갈과 기후 변화 위기를 고려하면 에너지 절감은 중요하다. 특히, 지구 표면에서 2%에 불과한 도시에서 전 세계 온실 가스의 80%를 배출하는 현실은 매우 심각하다. 그래서 전 세계는 2013년 바르샤바 총회에서 각국의 자발적 온실가스 감축 방안 제출에 합의했고, 온실가스 배출량 7위인 우리나라도 2015년에 ‘2030 BAU’대비 37% 온실가스 감축 목표를 제출했다.
※ 2030 BAU(Business As Usual): 2030년 온실가스 배출 전망치. 의도적인 감축 노력을 하지 않고 지금 추세로 진행할 때 2030년 배출될 온실가스의 총량.

국토교통부에선 2009년에 건축물 분야 온실가스 절감을 위해 2017년 패시브하우스 의무화와 2025년 제로에너지빌딩 의무화 로드맵을, 그리고 2014년에 제로에너지 빌딩 활성화 방안을 발표했다. 2017년 제로에너지빌딩 상용화, 패시브 설계 의무화(주거 2017∼, 비주거 2020∼), 2020년 소형 공공건축물 제로에너지 의무화, 2025년 신축 건물 제로에너지 의무화하겠다는 것이다. ㎡당 연간 에너지 소비를 2009년 기준 20ℓ(에너지 고소비형 주택)에서, 2012년에 14ℓ(에너지 저소비형 주택), 2017년 8ℓ(패시브하우스), 2025년 zero(제로에너지하우스)가 목표다.

패시브하우스의 기준을 독일패시브하우스연구소(1.5ℓ)와 달리 국토부는 8ℓ로 정했다(한국패시브건축협회 5ℓ). 우리나라의 기후적 특성 및 바닥 난방을 하는 거주 환경 때문에 독일 기준을 적용할 경우 오버 히팅이 발생하기 때문이다. 기후적 차이를 보면 독일은 겨울에 저온 다습하고 여름에 고온 건조한 반면, 우리나라는 겨울에 저온 건조하고 여름에 고온 다습하다. 또 독일은 여름에 일사량이 높은 반면, 우리나라는 겨울에 일사량이 높다. 무엇보다 독일의 기준은 공기 난방을 기본으로 만들어진 것이기에, 이 기준을 바닥 난방을 하는 우리나라에 적용하면 열량이 남아돈다. 간절기에 바닥이 차가워 난방하면 더워서 창문을 열어야 할 정도다. 따라서 우리나라는 독일과 비교해 낮은 수준의 패시브하우스(저에너지하우스) 기준을 적용해도 50∼60% 냉·난방 에너지 사용량을 줄이면서 쾌적한 주거 환경을 만들 수 있다는 것이다. 바로 우리나라 기후 환경과 난방 문화를 반영한 한국형 패시브하우스다.

서울 노원구 제로에너지주택단지 내 목업Mock-up 주택. 외단열과 고성능 창호, 열교 차단 장치, 외부 차양 등 주택에서 불필요하게 낭비되는 에너지를 막는 각종 장치가 설치돼 있다.

앞에서 패시브하우스의 탄생 배경과 정의, 체크 요소 등을 중심으로 살펴보았다. 주택을 왜 패시브하우스로 지어야 하는가. 답은 간단하다. 거주자에게 쾌적한 실내 환경을 제공하고, 미세먼지를 통해 알 수 있듯 온실가스를 줄여야 하기 때문이다.

<패시브 용어 사전>

·열전도_열을 재료 앞쪽 표면에서 뒤쪽 표면으로 전달하는 것

·열전도율_균일한 두께(1m)와 면적(1㎡)의 재료 앞쪽 표면에서 뒤쪽 표면으로 1℃ 온도 차로 1시간 전달된 열량(단위 W/mk 또는 ㎉/m.h.℃)

·열관류_벽체 같은 고체를 통해 공기층에서 공기층으로 열이 전해지는 것

·열관류율_특정 두께를 가진 재료의 열전도 특성. 연관류율=열전도율÷두께(단위 W/㎡k 또는 ㎉/㎡.h.℃)

·열저항_여러 가지 재료가 혼합된 경우 열관류율을 구하기 위해 사용한다. 재료의 두께를 열전도율로 나눈 값(㎡k/W)이다. 결국 열관류율의 역수이며, 여러 재료가 혼합된 구조체의 열관류율을 구할 때는 각 재료마다 두께(m)를 열전도율로 나눈 열저항값을 더한 뒤에 1로 나누면 열관류율이 나온다.

·투습 저항(sd)값_습기가 어떤 재료를 통과할 때의 저항을 공기층 두께로 환산한 것. PE 필름(200micron)은 sd값이 20m이다. 즉, 습기가 PE 필름을 통과할 때 걸리는 저항이 공기층 20m를 통과할 때 저항과 같다는 뜻이다. 또한 석고보드의 sd값은 0.1m로 습기가 석고보드를 통과할 때 걸리는 저항이 공기층 10㎝ 정도밖에 안 된다.