정보 | 패시브하우스의 이해와 적용 5

 

패시브하우스의 문, 창호, 차양

● 패시브하우스의 창호와 문의 단열 성능

PHI(passiv.de)에 의하면 창과 문의 단열성능은 0.8W/㎡k 이하로 억제되어야 한다고 되어있다. 이 제한의 경우 창호에 있어서는 유리와 프레임에 공통적으로 적용이 되어야 한다.

0.8W/㎡k으로 규정된 이유는 이 이하로 성능이 떨어질 경우 창 주위에 냉기류(대류)가 생길 수 있기 때문이다. 즉, 결로를 포함하여 외벽에서 느끼는 열적불쾌감의 원인이 되는 기준인 것이다.

사실 창호의 성능은 이 기준을 떠나서 높을수록 좋다. 현재 국내 건축법상 중부지방의 외벽 열관류율 기준이 0.47W/㎡k로 되어 있다. 즉 현행법상 외벽의 성능보다 패시브하우스에 들어가는 창호의 기준이 약 1.7배정도 떨어지고 있는 것이다. 그만큼 창호의 성능은 더 높게 올라갈수록 좋은 것이다. PHI에서 규정하는 0.8W/㎡k라는 숫자는 모든 법이 그러하듯이 하한선을 규정해 놓은 것에 불과하다. 하지만 문제는 창호의 열적성능을 높이는 기술이 무척 까다롭다는데 있다. 실제로 독일 PHI의 인증을 받은 창호는 몇 개 회사밖에 되지 못할 정도이다.

하지만 이러한 규정으로 볼 때 건축주의 입장에서는 숫자도 새롭지만 단위는 더더욱 어렵게 느껴진다. 이렇듯 성능과 관련된 부분은 설계사무소 혹은 시공사에서 검토를 해야 하지만 현재의 우리나라 단독주택 시장에서 이러한 성능구현의 가이드라인을 챙겨달라고 요구하는 것 자체가 무리일 지도 모른다.

● 국내 창호의 법적 기준

참고적으로 에너지관리공단으로부터 고효율에너지기자재 승인을 받는 창호의 열관류율 기준은 2.632W/㎡k보다 높아야 한다(숫자가 작을수록 성능이 높다). 패시브하우스에서 규정된 열관류율 숫자와 비교해 보면 패시브하우스용 창호의 성능보다 약 3배가 넘게 떨어진다고 볼 수 있다.

● 열관류율 읽는 법

건축주가 창호의 열적 성능을 쉽게 파악하기 위해서는 단위변환을 알아야 하는데, 이 글을 읽는 독자들이 더 쉽게 계산 할 수 있도록 숫자도 함께 표시한다.

아래 표에 들어있는 기준은 모두 같은 성능의 다른 표현이다. 즉, 단위나 표현방법에 따라 숫자만 다른 것이지 모두 동일한 성능을 나타낸 것이다.

최근 단위가 W/㎡k으로 통일되고 있으므로 이 단위를 기준으로 설명을 하였다. 아래의 그림은 현재 시장에서 판매되고 있는 제품 중 고효율에너지기자재 인증을 득한 창호의 시험성적서 일부분이다. 위에 적은 것을 응용하여 두 제품의 성능을 비교해 보자.

표현이 ‘a’창호의 단위는 ㎡k/W이고, ‘b’창호는 ㎡h℃/kcal으로 되어져 있으므로, 모두 ‘열저항’의 단위이다. 상기 표에서처럼 ‘a’÷0.86을 하면 ‘b’의 단위가 되므로 0.387~0.393㎡k/W÷0.86=0.45~0.457㎡h℃/kcal가 된다.

‘b’창호의 성능이 0.535~0.541㎡h℃/kcal이고, ‘열저항’단위이므로 숫자가 클수록 성능이 좋다. 따라서 ‘b’창호의 열적성능이 더 좋음을 알 수 있다.

기밀성은 숫자가 작을수록 높은 성능이므로 ‘a’창호의 기밀성이 더 좋다고 볼 수 있는 것이다. 고효율에너지기자재에서 기밀성의 단위는 모두 동일하기 때문에 숫자의 크기만 비교하면 된다.

아래 그림은 한국패시브건축협회에서 일반창호 중의= 하나와 패시브 인증을 받은 창호의 단면과 열적성능을 시뮬레이션(사용 프로그램:Therm6.2)한 결과물이다. 일반창호는 복층유리이고 패시브창호는 삼중유리이다(유리에 대한 상세한 설명은 생략함). 각각의 창호 오른쪽이 실내 측인데 두 창호의 실내 측 온도가 약 4℃ 정도 차이가 나며, 색으로 느껴지는 차이로 온도차를 가늠할 수 있을 것이다.

좌 : 일반창호 샘플, 우 : 패시브인증창호 샘플

한 가지 추가적으로 알아야 할 사항은 국내 창호시험성적을 낼 때, 유리와 창호를 한꺼번에 측정하여 열적성능을 평가한다는 것이다. 바꾸어서 이야기하면 유리의 성능이 아주 높으면 프레임의 성능도 같이 높은 것처럼 보일 수 있다는 것이다. 이는 시험성적서를 보고 성능이 좋은 창호를 선택했는데 겨울에 결로가 프레임에만 맺히는 경우가 생긴다면 유리의 성능에 비해 프레임의 성능이 떨어지는 창호라고 볼 수 있는 것이다.

패시브하우스용 창호는 유리와 프레임이 각각 모두 0.8W/㎡k 이상의 성능을 가져야 한다고 했는데 국내의 시험성적서로는 각각의 성능은 파악할 길이 없는 것이다. 대게 삼중유리에 아르곤가스를 충진하고 로이코팅을 할 경우 0.8W/㎡k보다 성능이 높다. 문제는 프레임에 있는 것이다.

그러므로 국내 시험성적서를 확인할 때는 가능하면 비슷한 유리를 사용한 시험성적서끼리 비교를 하는 것이 옳지만 여기까지 확인하면서 보는 것은 괴롭다. 하지만 가급적 이중유리제품은 이중유리제품끼리, 삼중유리제품은 삼중유리제품끼리 시험성적서의 성능을 비교를 하는 것이 그나마 공정한 비교라고 말할 수 있을 듯하다(물론 충진가스나 로이코팅유무에 따라서 유리의 성능이 달라지므로 정확한 비교는 될 수 없다).

패시브하우스의 장점은 열화상카메라로 완공 후 창호의 유리의 성능이 시험성적서대로 구현된 제품이 설치된 건지 오차범위는 있지만 알 수 있다는데 있다.

아래는 한국도로공사 수원영업소에 설치된 패시브창호의 열화상카메라사진이다. 창호로 새는 열이 거의 없다는 것을 알 수 있다.

● 창호의 기밀성능

패시브하우스에서 규정하는 기밀성능은 50pa 압력에서 0.6회/h라고 이야기를 한 바가 있다. 이 기밀성능은 창호의 기밀성능을 이야기하는 것이 아니라 집 전체에 걸친 기밀성능을 뜻하는 숫자이다. 그렇기 때문에 기밀성은 시공 중에 블로어도어테스트만으로만 기밀성능을 파악할 수 있는 것이다. 패시브하우스에서 요구하는 창호의 기밀성능은 별도로 규정된 바가 없다. 하지만 50pa 압력에서 0.6회/h의 기밀성능을 구현하기 위해서는 창호의 틈새바람이 거의 없어야 한다. 즉, 창호의 시험성적서상의 기밀성능이 0.0㎥/㎡h가 되거나 0에 아주 가까워야 한다는 것이다. 상기에서 열적성능으로 예로 든 ‘a’창호와 ‘b’창호는 모두 패시브하우스에 사용하기에 단열성능이 모자라고, 기밀성능도 되지 않는 것을 알 수 있다. 그만큼 패시브하우스에서 창호를 선택하는 것은 어렵다.

유럽조차도 패시브하우스 시장이 매우 크다고는 볼 수 없기 때문에, 패시브하우스 규정에 적합한 제품의 수는 많지 않은 편이다. 최근 국내의 한 중소기업 창호회사에서 독일 내 창호회사를 제외하고 세계최초로 PHI의 인증을 득했다는 소식이 들려왔다. 우리나라 기업의 기술수준도 세계적이라는 것을 보여준 쾌거라고 생각이 된다.

전회에서 벽이나 창에 틈새바람이 있을 경우 단열성능이 얼마큼 크게 저하되는지 이야기한바가 있다. 그러므로 꼭 패시브하우스가 아니더라도 동일한 단열성능을 보이는 창호 중에서 하나를 골라야 한다면 기밀성능이 높은 창호를 선택하는 것이 유리한 것이다. 물론 가격을 기준에 두어야 하는 것은 자명하다.

가장 어려운 것이 단열성능은 ‘a’창호가 높은데 기밀성능은 ‘b’창호가 높은 경우가 있다. 기밀성능이 별로 차이가 없다면 문제가 없지만 그 차이가 큰 경우에는 난감하다. 이 둘의 상관관계가 숫자로 규정된다면 쉽겠지만 불행하게도 아직 연구단계에 있다. 기밀은 자연이 변수로 작용하기 때문에 기밀성이 실제 단열성능을 정확히 얼마나 떨어뜨리는지에 대해서는 아직 더 시간이 흘러야 파악될 수 있을 듯하다. 그러므로 가급적 열적성능과 기밀성능이 모두 좋은 제품 중에서 저렴한 제품을 찾을 수밖에 없는 것이다.

● 외부차양

여름의 냉방에너지를 줄이기 위해서는 외부차양을 설치해야 한다. 이는 유럽의 경우 이미 외부차양이 거의 모든 건물에 필수적으로 사용되고 있는 이유이기도 하다. 즉, 외부차양 없이는 일사에너지를 막기가 어려운 것이다.

우리나라는 커튼이나 블라인드가 모두 실내에 설치되어져 있다. 정성적으로 보더라도 실내에 치는 블라인드가 열을 그리 많이 막아 주리라 생각되지 않지만, 이론적으로 보더라도 명확히 그러하다.

일사에너지는 단파다. 유리라고 하는 물질의 특성 중에는 단파는 쉽게 통과시키고 장파는 잘 통과시키지 못하는 성질이 있다(이를 이용한 것이 유리온실이다). 즉, 단파의 성질을 지닌 태양빛이 유리를 통과하여 실내로 들어오는 것은 쉽지만 실내로 들어온 일사가 물체에 닿으면 장파인 열에너지로 변화한다. 이 열에너지가 다시 밖으로 빠져나가기는 어렵다는 뜻이다. 그러므로 태양빛은 실내로 들어오기 전에 차단해야 한다.

이 외부차양은 형태나 종류에 크게 구애받지 않는다. 따라서 창호상부에 태양고도를 고려하여 처마를 길게 내어도 되고, 유럽의 집처럼 덧문을 달아도 효과가 있다.

창호 상부 차양                                                    목재 덧문

 

외부전동블라인드(EVB)

우리나라는 창의 크기가 비교적 크기 때문에 가장 효과가 크고 편한 것은 외부전동블라인드(EVB)지만, 비용을 고려하여 가장 적합한 한 가지를 선택하면 무난할 것이다. 다만 패시브하우스에서 창호상부 차양 등을 선택할 경우에는 구조체에 의한 열교(Heat Bridge)를 반드시 고려해야 한다.

참고로 처마나 캐노피를 이용하여 일사를 막는다면 돌출길이와 폭을 아래와 같이 고려하는 것이 효과적이다. 창호의 크기에 따라 다르기 때문에 절대치수보다는 창호 상하부의 중심점에서 부터의 각도로 표현되는 것이 합리적이다. 건물상황에 맞추어서 적당히 가감하면 효과적인 차양이 될 것이다.

     서울/경기지역 남향창호 상부차양 크기-구조체에 의한 열교주의

아래의 시뮬레이션은 서울지역 오후2시를 기준으로 5월20일부터 12월20일까지 남향의 일사각도를 표현한 것이다. 이처럼 여름에는 햇빛을 최대한 막고, 겨울에는 최대한 들어오게 하기 위해서는 아래에 표기된 치수 정도 돌출되는 것이 좋다(서울/경기지역 남향일 경우임).

● 유리의 태양에너지투과율(G값)

너무 깊은 설명을 피하려고 하였으나 ‘유리의 태양에너지투과율’에 대해 짧게 언급하는 것이 나을 듯하여 유리의 G값(SHGC)에 대해 간단히 설명을 한다. G값은 에너지투과율이다. G값이 0에 가까우면 태양에너지가 투과를 못하고, 1에 가까우면 에너지를 잘 투과시키는 것이다. 이 숫자는 패시브하우스에서 매우 중요한데, G값이 0에 가까우면 겨울에 남향으로 햇빛을 많이 받아도 실내가 따뜻해지지 않는다. 태양에너지가 실내로 적게 들어오기 때문이다. 그러므로 패시브하우스에서는 유리의 G값이 0.5 이상이기를 권고하고 있다.

그렇다면 높으면 더 좋은 것인가? 그건 아니다. 여름이 있기 때문이다. G값이 1에 가까우면 여름의 경우 태양에너지가 실내로 너무 많이 유입이 되어 실내온도를 높이는 원인이 된다.

물론 가장 좋은 것은 G값이 1에 가까운 유리를 사용하면서 외부차양을 달고 여름에 햇빛을 원천적으로 차단하는 것이 최선의 방법이다. 하지만 한 가지, 또 알아야 할 중요한 사항은 패시브하우스에서 사용하는 삼중유리는 유리의 숫자가 3장이라 G값을 1에 가깝게 올리는 것이 사실상 불가능에 가깝다. 아마도 시장에서 선택할 수 있는 삼중유리(맑은 유리)는 대부분 G값이 0.5 내외일 것이다. 주택에 사용할 경우 유리에 색을 첨가하거나 특수코팅을 하여 G값을 일부러 0에 가깝게 내린 제품은 피해야 한다. G값(SHGC)은 창호회사에 문의하면 알 수 있다.