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에너지 절약하는 패시브하우스, 왜 필요한가? ①

주택문화가 바뀐다, 패시브하우스

김효경 기자   |   등록일 : 2014-01-27 13:50:59

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[Darmstadt 패시브하우스/자료=한국패시브건축협회] 


세계적으로 이상기온이 큰 이슈가 되고 있다. 얼마전 미국은 영하 53도까지 떨어졌고, 이에 반해 남미는 40~50도가 넘는 폭염이 이어졌다. 우리나라도 봄과 가을이 짧아지고 여름과 겨울일수가 늘어나면서 폭염과 혹한으로 인한 에너지사용량은 증가하는 추세이다. 국토부에 따르면, 우리나라 건축물 부문 에너지 사용량은 지속적으로 증가해, 2012년 기준 사용량은 4천2백만 TOE으로 2007년 대비 5%가 증가했다. 이에 매년 거듭되는 에너지 위기를 효율적으로 극복하기 위해서 ‘에너지수요저감’을 위한 방안이 절실한 상황이다. 특히, 국내에도 환경문제를 유발하는 화석연료의 사용을 줄이려는 노력이 계속되면서 패시브하우스(passive house)가 주목받고 있다.


패시브하우스(passive house)의 개념과 기술


1988년, Prof. bo Adamson(Lund 대학, 스웨덴)와 독일의 패시브하우스 연구소 소장인 Dr.Wolfgang Feist에 의해서 최초의 패시브하우스 개념이 확립됐다. 이후 1991년 독일 헤센(Hessen)주 경제부의 지원 아래 Prof. Boff와 Ridder, 그리고 Westermeyer의 설계로 독일 담슈타트(Darmstadt) 북쪽의 Kranichstein에 최초의 패시브하우스가 완공됐다. 계획 당시 실내온도 성층범위(실 중간의 온도와 바닥의 온도차)를 2℃ 이내에 들도록 하고, 실내 공기의 온도와 유리표면의 온도차이가 최대 3.5℃ 이내에 들도록 하기 위해 창호의 열관류율을 0.88w/㎡k로 정했다. 또한 벽체의 열관류율은 0.15w/㎡k 등 최대난방부하 10w/㎡h를 만족시키는 성능치로 계획됐다. 이 기준치가 지금의 패시브하우스의 기본이 됐으며, 실제로 사람이 거주하면서 경제성과 효과가 알려졌다.


현재의 패시브하우스는 일반적으로 난방을 위한 설비 없이 겨울을 지낼 수 있는 건축물을 말한다. 즉, 건물 내부에서 발생하는 열(태양빛, 사람의 인체열, 조명기기, 기계의 발열 등)을 가두어 난방을 하는 개념의 건축물인 것이다. 이를 위해서는 사용면적당 년간 요구 에너지량이 15w/㎡(약1.5리터)이하여야 하며, 이는 건물을 고단열·고기밀로 설계하고, 열교환 환기장치를 이용한다. 무엇보다 패시브하우스에서 가장 중요시 되는 것은 내부의 열을 최대한 효율적으로 가두는 것이다. 한국패시브건축협회에서는 이러한 패시브하우스의 주요 기술 및 조건으로 △향을 고려한 배치계획 △고단열·고기밀 △고성능 3중 유리시스템 창호 △열교환 환기장치 △외부차양 △단위면적당 사용 에너지 계산 등 6가지를 꼽고 있다.

 

[패시브하우스 개념/자료=한국패시브건축협회]


첫째, 패시브 하우스에서 건물의 ‘향‘은 매우 중요하다. 건물의 향은 햇빛으로부터 오는 열의 취득과 손실에 관계가 있기 때문이다. 우리나라도 예부터 남향배치를 선호하는 이유가 여기에 있다. 또한 외기와 접하는 면적을 최소화하는 것이 열손실을 막는데 중요한 요소이다. 이에 평면의 면적대비 외기에 접하는 입면적의 비율(AV값)이 최소화되도록 계획하고, 남향 배치를 통해 태양 복사에너지를 최대한 활용할 수 있게 한다.


둘째, 고단열·고기밀과 셋째, 고성능 3중 유리시스템 창호도 단열을 위해서 빠질 수 없는 요소이다. 단열은 대류, 전도, 복사의 형태로 이동하는 열을 차단하는 것으로, 디테일한 계획이 필요하다. 따라서 열의 이동을 막기 위해 외벽과 벽 내부에도 고성능의 단열재를 사용하며, 창호는 아르곤이나 클립톤 가스가 충진된 3중유리(Low-e) 등 우수한 성능의 시스템 창호를 사용하게 된다. 하지만 아무리 두꺼운 삼중 유리를 사용했다고 하더라도 창호는 단열재를 사용한 벽면보다는 많은 열이 빠져나가기 때문에 커다란 통유리로 둘러싼 집은 패시브하우스가 되기 어렵다. 그래서 창호는 채광과 단열을 고려해 필요한 위치에 정확하게 설치해야 한다. 또한, 벽면을 단열재로 감쌌다고 하더라도 열이 빠져나갈 수밖에 없기에 벽의 면적을 최소화하는 것이 중요하다.


넷째, 패시브하우스에서는 열교환 환기장치를 사용해 환기를 한다. 일반 건축물의 경우, 창이나 환풍기를 통해 열 손실이 난방비의 20% 정도를 차지한다. 때문에 패시브하우스에서는 열교환 환기장치로 열 손실을 막는 것이다. 이에 외부의 찬 공기와 내부의 따뜻한 공기가 서로 섞이지 않은 상태에서 열만 교환할 수 있도록 만들어진다. 따라서 패시브하우스에서 사용되는 열교환 환기장치는 열을 교환하면서도 외부의 신선한 공기가 실내로 들어올 수 있게 전열교환효율이 75% 이상의 효율이 나는 것을 선택해야 한다.


다섯째, 외부차양은 여름의 일사량을 차단하기 위한 장치이다. 차양은 내부에 있을 경우, 태양열 차단이 15%에 불과하지만, 외부에 설치될 경우 85%이상을 차단한다. 마지막으로 여섯째, 단위면적당 사용 에너지 계산은 완공 후 실제 사용되어질 에너지량을 설계단계에서 계산하고 검증하는 것이다. 미국에는 Trnsys, Energy+, DOE, 영국은 ESP-r, 독일은 PHPP 등이 있다. 한국패시브건축협회에서는 P&D소프트와 에너플러스사의 에너지계산프로그램인 CE3를 공식적으로 사용하고 있다. 우리나라에서 만들어졌고, DIN18599규정을 준수하고 있으며 결과의 신뢰도가 입증됐다.

 

[패시브하우스 표면 열측정/자료=한국패시브건축협회]


국토부, 건축물의 에너지절약 설계기준 ‘패시브’ 수준으로


우리나라 패시브하우스의 시초는 2009년 강원도에 지어진 ‘살둔 제로에너지하우스’로 꼽힌다. 살둔 제로에너지하우스는 겨울에 난방 없이 20℃ 이상의 온도를 유지하는 한국형 패시브하우스로 알려지면서 많은 주목을 받기도 했다. 최근에는 경북 영양군 선바위지구활성화센터가 우리나라 공공건물 가운데 처음으로 독일패시브학회로부터 인증을 획득했고, 풀무원이 충북 괴산군에 아시아 최대 규모의 패시브하우스를 건립하고 독일패시브학회로부터 인증을 받았다. 또한 서울 방배동에 위치한 단독주택이 독일패시브학회로부터 인증을 받는 등 패시브하우스가 여러분야에서 활용되기 시작했다. 패시브하우스가 일반주택에 비해 초기 건축비가 비싸다는 단점이 있지만, 주거의 질 향상과 친환경 측면에서 미래가치가 높다.


2013년 3월, 정부도 새는 에너지를 잡기위해 ‘건축물의 에너지절약설계기준’을 개정하고, 지난 9월부터 시행에 들어갔다. 건축물의 에너지 효율 향상을 위해 이번에 시행되고 있는 개정안의 주요 내용은 ‘평가기준 강화’이다. 이에 건축물 부위별 단열기준 및 건축허가 기준인 에너지성능지표 검토서의 평가 기준이 강화됐다. 구체적으로 건축물의 냉난방에너지 절감을 위하여 부위별(외벽 0.27w/㎡k, 지붕 0.18w/㎡k, 바닥0.29w/㎡k, 창1.5w/㎡k) 단열기준을 10~30% 강화하고, 건축허가 기준인 건축물의 에너지성능지표 합계 점수는 65점 이상으로 높아졌다.


또한, 중소규모 건축물의 에너지 효율 향상을 위하여 ‘에너지절약계획서 제출대상’도 확대됐다. 기존에는 모든 아파트와 연립주택이 에너지절약계획서를 제출해야 하는 반면 의료·숙박·기숙사 등은 2000㎡ 이상, 업무시설과 판매·운수시설은 3000㎡ 이상, 문화·집회·학교·종교시설은 1만㎡ 이상인 경우에만 계획서를 의무적으로 제출해야 했다. 그러나 이제는 500㎡ 이상의 모든 건축물은 에너지절약계획서를 제출해야 한다. 이와 더불어, 건축물 전체의 에너지성능을 정량적으로 평가하는 ‘에너지소비총량 적용대상’도 연면적 합계 3000㎡ 이상 업무용 건축물로 확대됐다.

 
이밖에, ‘에너지성능지표 평가‘시 에너지효율 향상효과가 높은 항목에 배점이 높아졌으며, 창문을 개방할 때 자동으로 냉·난방기 전원을 차단하는 시스템인 ’창문연계 냉난방시설 자동제어시스템 설치‘가 평가항목에 추가됐다. 국토부는 ’건축물의 에너지절약설계기준‘ 개정으로 건축물 에너지 성능이 더욱 향상되어 에너지절약형 녹색건축물이 확대될 것으로 기대한다. 또한, 2017년부터 새로 짓는 주택은 ‘패시브하우스’ 수준(연간 난방에너지 소비량 1.5ℓ)으로 건축되도록 지속적으로 설계기준을 강화할 예정이다. 따라서 앞으로 패시브하우스의 정책적 지원이 확대되고, 실생활에서 확대될 수 있을 전망이다. 

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