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REPORT

쾌적한 주거를 위한 패시브하우스 제안

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Vol. 212 / 전원속의 내집

단독주택의 따뜻한 겨울을 위한 대안으로 패시브하우스에 대한 관심이 높다. 단열과 기밀 수준을 최대로 끌어올린 패시브하우스의 겨울철 난방비는 100㎡(30평) 기준으로 한달 3만원에 불과하다. 혹독한 겨울과 싸우기 위해 태어난 것만 같은 초단열 주택 패시브하우스. 그렇다면 그곳에서의 올해 여름은 어떠했을까?


지난 여름 사용한 전기요금 고지서가 슬슬 도착하는 시점,
누진세 폭탄을 걱정하는 사람이라면 꼭 한번 짚어봐야 하는 ‘패시브하우스’ 라는 명제


+ 잔인한 8월의 기억
9월로 접어들고 더위가 한풀 꺾였다. 아침저녁으로 코끝을 스치는 산들바람이 그렇게 반가울 수 없다. 낙엽 하나 떨어지고 찬바람이 불어오면 그토록 우리를 힘들게 했던 지난 여름도 잊혀질까? 그러기엔 우리의 삶을 온통 지배했던 2016년 8월의 기억이 너무도 강렬하다.
유례없는 폭염 속에 밤잠을 설치기를 한 달여. 에어컨으로 자꾸 손이 가면서도 온통 뉴스를 뒤덮는 누진제 폭탄 소식에 마음은 늘 불안하다. 엄청난 전기요금을 감수하고 에어컨을 켜 놓는다고 모든 문제가 해결되는 것도 아니다. 쏟아지는 에어컨 바람에 머리는 아파오고, 차갑게 식혀 놓은 집안 공기가 아까워 창문을 열어 환기를 하는 것도 쉽지 않다. 시원하긴 하지만 그렇다고 쾌적한 것도 아니다. 예년처럼 이런 날이 며칠뿐이라면 그저 참고 견뎌볼 텐데, 이건 도무지 방법이 없다. 혹독한 여름, 과연 어떻게 나야만 할까?

 

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▲ 세종시 람다하우스 전경

 

 

+ 어느 패시브하우스의 여름 리포트
세종시 ‘람다 패시브하우스’. 이 곳에도 소개된 적이 있는 ‘제대로 지은’ 패시브하우스 중 하나다. 집요한 건축주, 고민하는 건축가, 성실한 시공자가 의기투합해서 지은 이 집의 난방에너지 요구량은 1.2리터, 즉 바닥면적 1㎡ 당 연간 12㎾h의 에너지에 상당하는 1.2리터의 실내등유 만으로 실내온도 20℃를 유지할 수 있는 집이란 이야기다.
실제로 주차장을 제외한 연면적 214㎡(65평), 실내난방면적 181㎡(55평)인 이 집의 지난 겨울철 난방비는, 도시가스를 기준으로 16만원에 불과하다. 60평대 단독주택의 겨울철 한 달 난방비가 채 5만원이 안 되는 셈이니 대단한 효율이 아닐 수 없다. 참고로 실제로 측정된 난방에너지 요구량은 1,956㎾h이고, 이를 실내난방면적 181㎡로 나누면 10.8㎾h/㎡·year로 1.2리터(12㎾h/㎡·year)로 예상된 성능에 부합함을 확인할 수 있다.

 

그렇다면 올 여름은 어떠했을까? 사실 대한민국에서 쾌적하게 여름을 나기란 결코 쉽지 않다. 바로 전기요금 누진제 때문이다. 겨울에야 보일러를 돌려서 연료의 사용량만큼 비용을 지불하면 그만이지만, 여름에는 전기요금 폭탄 걱정에 에어컨을 계속해서 켜둘 엄두가 안 난다. 1974년 석유파동 이후 전기사용량을 줄이기 위해 도입된 누진제는 사용량에 따라 요금 단가가 최대 11배까지 늘어나는 구조를 갖고 있다. 예를 들어 월 300㎾h의 전력을 사용할 경우 전기요금은 4만4천원에 불과하지만, 월 600㎾h의 전력을 사용하는 경우에는 요금이 21만7천원으로 다섯 배까지 뛰는 식이다. 결국 우리에게 여름은 그저 ‘견뎌야 할 대상’일 수밖에 없다. 오죽하면 나라에서조차 실내온도를 쾌적감과는 거리가 먼 28℃로 맞추라거나 누진제 회피를 위해 ‘하루 네 시간만 에어컨을 켜라’는 식의 이해할 수 없는 처방만을 내리고 있을까.

다시 람다 패시브하우스로 돌아가 보자. 2016년의 여름은 유례없는 폭염으로 7월에서 8월까지의 평균기온은 전년에 비해 1.3℃나 높았고, 일평균 기온이 25℃를 넘는 날도 53일이나 됐다. 쾌적감에 큰 영향을 미치는 대기 중 수증기량 또한 전년보다 15%나 높았다. 이례적으로 고온 다습한 환경 속에서 여름 내내 에어컨을 가동한 람다하우스의 총 냉방에너지 사용량은 511㎾h다. 이를 누진제를 감안한 비용으로 환산하면 13만8천원. 60평대 단독주택의 여름철 월 냉방비로 5만원 정도만 지불한 셈이니, 이 역시 겨울철의 효율에 비견할만한 수준이다. 더구나 그토록 살인적인 무더위에 24시간 에어컨을 가동하고도 이 정도라니, 정말이지 눈이 번쩍 뜨이는 리포트가 아닐 수 없다.

 


+ 패시브하우스는 어떻게 여름을 극복하는가
원인을 알면 처방도 가능하다. 예시된 그래프는 필자가 개발한 건물에너지 해석 프로그램 에너지샵(Energy#)으로 계산한 한국패시브건축협회의 3.9리터 저에너지 표준주택의 냉방부하다. 서울지방의 일 년 중 더운 날 상위 30일 평균인 기온 27.2℃, 절대습도 18.5g/㎥을 기준으로, 현열 부하(공기의 온도를 낮추기 위한 냉방부하)는 13.3W/㎡, 제습 부하는 6.9W/㎡로 계산되었다.

 

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저에너지주택 냉방부하 분석

 

그래프를 보면 냉방부하의 원인 중 가장 큰 비중을 차지하는 것은 뭐니뭐니 해도 일사다. 집안으로 쏟아지는 햇빛으로 인한 열기가 전체 현열부하의 절반 이상을 차지하고 있음을 확인할 수 있다. 그 다음이 인체, 가전기기, 조리 과정 등에서 발생하는 내부발열이고, 그밖에 건물의 외피와 환기를 통한 열 획득도 미미하지만 냉방부하의 원인이 됨을 알 수 있다. 여기에서 바닥 또는 야간 환기를 통해 빠져나가는 열손실을 감해주면 일정한 실내온도를 유지하는 데 필요한 현열 부하 계산이 가능하다. 또한 쾌적 습도를 유지하기 위해 제습에 필요한 부하를 더해주면 전체 냉방 부하가 된다.
그렇다면 각각의 원인별 해결책에는 어떤 것들이 있을까?


① 일사획득 ⇨ 외부차양 또는 처마 설치
냉방부하에서 절대적인 비중을 차지하는 것은 단연 ‘일사’다. 일사를 차단하는 최선의 방법은 외부에 설치하는 차양이다. 일단, 실내에 설치한 블라인드나 커튼은 큰 도움이 못 된다. 햇빛은 내부의 장애물에 부딪히는 순간 대부분이 열에너지로 바뀌고 이는 고성능 유리에 차단되어 그대로 실내에 머무르기 때문이다. 실제로 동일한 블라인드를 실내에 설치하면 일사에너지를 10~20% 차단하는 것에 그치지만, 실외에 설치하면 최대 90%까지 차단율이 올라간다. 물론 한옥처럼 처마를 내는 것도 도움이 되겠지만, 가장 확실한 방법은 햇빛을 직접 차단하는 외부차양을 설치하는 것이다. 앞의 표에서 보았듯 외부차양만 설치해도 현열부하를 당장 절반으로 줄일 수 있다. 누진제를 감안하면 냉방비용을 최대 1/4까지 낮출 수도 있으니, 여름에 시원한 집을 위해서라면 선택을 주저할 이유가 전혀 없다.

 

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▲ 람다 패시브하우스 외부차양(덧창)

 

② 내부발열 ⇨ 고효율기기 사용, 주요 발열기기 집적
가전이나 조명 등으로 인한 내부발열도 무시할 수 없다. 예컨대, 한 달에 300㎾h의 전기를 사용한다면 그 대부분은 고스란히 열에너지로 바뀌어 주택 내부의 열획득량으로 편입된다. 바꿔 말하면 여름에 1㎾짜리 전기난로를 하루 10시간씩 틀어놓는 것과 같으니 냉방부하에 상당한 부담이 아닐 수 없다. 생각할 수 있는 대응책으로는 LED 조명, 에너지효율 1등급 냉장고 같은 고효율 가전기기를 사용하는 것이 있다. 또한, 냉장고, 세탁기, 건조기 등 주요 발열원을 다용도실에 몰아넣고 이곳을 주기적으로 환기시켜 주는 것도 방법이 될 수 있다.

③ 외피획득 ⇨ 고단열 및 외단열 구조 채택
혹한 뿐 아니라 폭염에 맞서 쾌적한 실내온도를 유지하기 위해 패시브하우스의 고단열 외피는 여전히 유효하다. 가장 최악의 경우가 일반주택처럼 내단열의 RC구조이다. 이 경우 낮동안 달궈질 대로 달궈진 거대한 콘크리트 덩어리가 열악한 단열재를 뚫고 밤새도록 뜨거운 열기를 실내로 쏟아내기 때문이다. 앞서 냉방부하 분석표에서 외피를 통한 열획득이 미미한 이유도 이 주택의 단열 및 열교 수준이 뛰어나기 때문으로 이해할 수 있다. 어쨌든 단열, 그것도 외단열은 겨울에도 여름에도 쾌적한 실내생활을 위한 가장 중요한 기본 덕목 중 하나이다.

④ 환기 ⇨ 열회수형 환기설비 적용
통풍에 대한 우리의 맹신은 과도할 정도다. 어디선가 불어올 시원한 바람이 모든 더위를 해결해줄 것만 같다. 하지만 생각해보자. 올해처럼 열대야가 계속되는 환경에서는 아무리 자연환기를 해봤자 실내온도는 바깥과 같아지는 정도다. 더구나 도시에서는 맑고 시원한 바람이 불어오기도 힘들뿐더러, 소음이나 먼지 때문에라도 창문을 계속해서 열어놓기가 쉽지 않다. 결국 에어컨의 힘을 빌리지 않을 수 없는데, 문제는 환기다. 신선한 공기는 필요한데, 애써 만든 냉기가 아까워 창문을 열지 못하니 실내의 이산화탄소 농도는 사정없이 치솟는다. 시원하긴 하지만 결코 쾌적하지도 않은 모순된 상황에 빠지고 마는 것이다. 이 부조화를 완벽하게 해결할 수 있는 솔루션은 역시 ‘열회수형 환기장치’다. 환기를 하면서 냉기까지 회수해주니 필터로 걸러진 깨끗하고 신선한 공기와 함께 에너지 낭비도 최소화할 수 있다. 어느 건축주의 표현을 빌리면 이는 주방의 고급 아일랜드 식탁에 비할 수 없고 거실의 이태리 대리석에 비교할 수 있는 가치가 아니다. 에너지 효율을 떠나 쾌적하고 건강한 삶을 위해 필수불가결한 요소라 하겠다.

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▲ 열회수형 환기장치의 작동 개념 및 설치 모습

 

⑤ 축열 ⇨ RC일 경우 습식마감, 목조일 경우 축열체 보강
낮에는 펄펄 끓는 30℃여도 새벽이 20℃라면 이를 평균한 온도는 25℃가 된다. 평균온도로는 괜찮게 보일지 몰라도, 실제로는 냉탕과 온탕을 오가는 매우 열악한 상황이다. 일종의 ‘평균의 함정’이라 할 수 있는데, 우리에게는 큰 진폭 없이 안정적으로 유지되는 온도가 중요하다. 그런데 별도의 기계설비 없이도 패시브적으로 이 역할을 훌륭히 수행할 수 있는 것이 바로 축열이다. 오버히팅이 일어나는 낮에는 열을 저장해두었다가, 온도가 내려가는 밤에 그것을 되돌려 주기에 실내온도의 항상성을 유지하는 데 큰 도움이 된다. 축열체로는 콘크리트나 석재류가 적합한데, RC구조는 구조체의 축열체로서의 성질을 온전히 살리기 위해 가급적 습식으로 마감하는 것이 좋고, 목조일 경우에는 바닥을 타일 등으로 마감하거나 일부 공간에 중량 벽체를 도입하는 것도 검토해볼 필요가 있다.

 

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▲ 람다 패시브하우스의 RC구조체 축열을 활용한 외기온도 대응 Ⓒ손태청

 

"외부차양만 설치해도 현열부하를 당장 절반으로 줄일 수 있다.

누진제를 감안하면 냉방비용을 최대 1/4까지 낮출 수 있으니 선택을 주저할 이유가 없다."


⑥ 제습 ⇨ 에어컨 활용, 습식마감
현열부하를 최소화한 패시브하우스의 제습부하는 거의 현열부하에 육박하는 수준이다. 습기조절 능력이 뛰어난 규조토 등을 사용하여 실내를 습식으로 마감하거나 화초를 키우는 것도 도움은 되겠지만, 모든 제습부하를 감당하기에는 역부족이다. 여름철 제거해야 할 수분의 양은 보통 1~2톤에 달할 정도로 만만치 않은 수준이기 때문이다. 가장 일반적인 해결책은 역시 에어컨이다. 제습기는 제습과정에서 발생하는 열이 오히려 냉방부하를 증가시키기에 적절치 않고, 실내 온도를 낮추는 과정에서 제습도 함께 이루어지게 하는 것이 가장 이상적이다. 참고로, 머지 않은 시일에 상용화될 예정인 재생 에너지를 활용한 ‘제습 환기’ 시스템에 관심을 가져볼 필요도 있을 것 같다. 제습기능이 있는 원형 회전판(제습 로터)을 사용하되, 태양열 시스템의 남는 열이나 에어컨 실외기의 폐열을 활용하여 제습 로터를 재생시키는 방식으로, 최소의 에너지로 제습과 환기를 할 수 있는 매우 효율적인 시스템으로 판단된다.


⑦ 누진제 ⇨ 태양광 발전시스템 설치
앞서 살펴본 표준주택에서 외부차양을 설치할 경우, 6~8월 동안 투입해야 할 냉방에너지는 1,634㎾h로 계산된다. 에어컨의 효율(COP)을 3이라고 가정하면 545㎾h의 전기가 필요하고, 이를 한 달 사용량으로 나눠보면 대략 200㎾h의 누진제 부담을 안고 가야 한다는 이야기가 된다. 월 평균 300㎾h를 사용하는 가구라면 여름철에는 300+200㎾h에 대해 8만6천원이 추가된 13만원을 지불해야하고, 400㎾h를 사용하던 가구라면 7만9천원 → 21만7천원으로 전기료 부담이 기하급수적으로 증가한다. 이렇게 되면, 아무리 패시브로 냉방부하를 줄였더라도 에어컨을 상시가동하기가 쉽지 않은 상황이 된다.
이를 해결할 수 있는 가장 현실적인 대안은 태양광 발전 설비를 설치하는 것이다. 가정용으로 흔히 사용하는 3㎾ 용량의 발전 설비를 설치하면 월 300㎾h 정도의 전력을 생산할 수 있으니 에어컨을 사용하는 데에도 전혀 부담이 없다. 더구나 설치비용도 많이 떨어져서 대부분의 경우 회수기간이 10년을 넘지 않으니 현재의 누진제 구조에서는 무조건 이득인 셈이다. 스트레스 없는 냉방기기 사용을 원한다면 반드시 검토해볼 필요가 있다.

 


+ 패시브하우스, 여름을 즐기기 위한 필수 조건
앞서 살펴본 바와 같이 단열, 기밀, 열교 최소화, 시스템 창호, 열회수 환기장치, 축열과 같은 패시브하우스의 기본 요소는 여름철에도 여전히 유효하다. 여기에 외부차양을 더해주면 쾌적한 여름을 나기 위한 가장 기본적인 조건이 갖춰진다. 이렇게 냉방부하를 최소화 한 상태에서 에어컨 등을 적절히 활용하되, 태양광 발전설비를 설치하면 지긋지긋한 누진제의 악령 또한 완전히 떨쳐낼 수 있다. 이 정도면 무더운 여름은 그저 ‘견뎌야만 하는’ 고된 계절이 아닌, ‘매 순간이 즐거운’ 행복한 시간이 될 것이다. 단독주택에서의 쾌적하고 행복한 삶을 꿈꾸는 이들이라면 반드시 한 번 쯤 고민해 볼 것을 권한다.


배성호 국토교통부 서기관
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서울대학교 전기공학부와 건축학과를 졸업하고 2005년 제49회 행정고시에 합격한 후 국토교통부에서 건축•주택과 관련된 정책을 다뤄왔다. 패시브하우스를 위한 친절한 입문서 ‘패시브하우스 콘서트’를 출간한 바 있으며, 최근에는 건물 에너지를 쉽고 정확하게 시뮬레이션 할 수 있는 소프트웨어 ‘Energy#’을 개발하여 무료 보급하기도 했다. 현재는 제로에너지 하우스를 다룬 ‘자립주택’을 집필 중에 있다. http://blog.naver.com/energysharp


구성_ 이세정
ⓒ월간 전원속의 내집 2016년 10월호 / Vol.212 

 

 

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