정보 | 패시브하우스가 다가온다 PART2

 

패시브하우스가 다가온다 PART2

건축주와 설계자, 시공자가 트라이앵글의 균형을 이룬 건축. 파주 교하주택은 이토록 바람직한 관계망을 토대로 지어진 의미 있는 작업이었다. 두려움보다는 과감한 결단을 택한 건축주 조정현씨 부부, 열린마음으로에너지절감형기능을받아들인설계자최진석씨, 선진재료와 시공기술을 익히기 위해 불철주야 노력한 시공자 서충원씨. 세 사공은 집이란 배를 너무도 안전하게 안착시키고, 에너지절감의 효용을 어느 정도까지 만족시킬 수 있을지 늘 기대하는 마음으로 계절을 기다리고 있다.

건축주 조정현 씨 부부

마당 있는 집을 꿈꿔왔던 안주인의 바람으로 파주 교하택지지구에서 새집 살림을 시작한지 4개월째. 춥고 불편할 것이란 단독주택의 편견을 깨고자, 과감하게 에너지 절감형 주택을 선택한 용감한 건축주이다. 특히 처음 적용하는 자재, 기술 등을 열린 마음으로 기다려주고 함께 고민했던 안주인은 인테리어 솜씨까지 수준급으로 보기드문 멋진 집을 완성했다. E-mail : hotaru426@hanmail.net

설계·최진석 Internet Name : jugor

교하주택의 설계와 디자인을 전담한 최진석은 숭실대학교와 홍익 건축도시대학원에서 건축과 실내설계를 전공하였으며 2006년 고성건축사사무소를 개소하여 주거시설과 교육시설 및 리모델링에 대한 연구를 지속적으로 하고 있다.

www.mooree.co.kr E-mail : jugor@hanmail.net

시공·서충원 Internet Name : 그랑불루

파주교하 주택의 공사를 전담하여 관리한 서충원은 어려서부터 나무를 좋아해서 나무로 집짓는 일을 즐겼으며 패시브하우스를 배우기 위해서 스스로 독일에 가서 관련 자료와 기술을 접하면서 한국에 패시브하우스를 실현시키기 위해 끝없는 시공연구를 하고 있다.

http://blog.daum.net/phpkr E-mail : ibam777@hanmail.net

 

시공

- 골조공사

교하주택은 1층 현관을 중심으로 침실공간은 ICF 방식(이하 단열블럭), 공용공간은 콘크리트 외단열공법으로 나누어 진행되었다. 기초공사를 하면서 가장 중요하게 생각했던 부분은 기초하부에 설치하는 단열재다. 일반적으로 기초하부에는 단열재를 설치하지 않지만, 기초로 빠져나가는 열손실은 상상 외로 많다.

터파기를 완료한 후 구조물의 위치를 잡기 위해서 일반적인 현장보다 2배 두껍게 버림콘크리트를 설치하고, 미장을 하여 표면을 정리했다. 상부에 단열재가 설치되기 때문에 표면은 반드시 균일해야 했다. 충분한 두께의 버림콘크리트로 안정적인 후속 공정을 기대할 수 있다.

버림콘크리트 작업 후 기초하부로 빠져나가는 열을 잡기 위해서 250㎜ 두께로 EPS 단열재를 설치하였다. 두께에 대한 기준은 패시브하우스에서 요구하는 열관류율을 기준으로 삼았다. 패시브하우스에는 외부로 빠져나가는 벽체의 열관류율(열관류율은 벽체를 구성하는 복합재료들의 열전달하는 성능을 복합적으로 계산하여 하나의 값으로 표시한 것으로 전도, 대류, 복사에 의한 열전달 요소들을 모두 포함하여 나타낸다.)을 최소 0.15W(m2K)이하로 설정하였는데 교하주택에서는 생산성을 고려하여 두께 250㎜로 결정되었다. 두께250mm 한 장보다는 125㎜ 두 장을 엇갈려서 설치하는 것이 열손실에서 더욱 유리하다.

단열재 위로 기초바닥을 설치하였다. 기초바닥역시 콘크리트 타설 후 미장작업을 하여 기초의 최상부 높이를 최대한 평탄하게 만들었다. 단열블록은 1개 층 높이를 쌓아올린 후 콘크리트를 타설하기 때문에 첫 단이 앉혀질 면의 평활도가 외벽의 시공정밀도를 좌우한다. 첫 단부터 제 자리를 잡지 못하면 추후 콘크리트 타설시 거푸집역할을 제대로 하지 못하여 올바른 구조성능을 확보하기가 힘들다. 이 때 기초바닥에 설치되는 배관은 열손실 방지를 위해서 여러 겹의 단열재로 보온하였다.

- 벽체공사


벽체공사는 단열블록 조적과 콘크리트 외단열공법이 동시에 진행이 되었다.   

단열블록은 블록 자체가 거푸집이므로 비계 이외에 다른 부자재들이 많이 필요하지 않다. 단열블록의 구조상 국내에서는 철근을 반드시 넣어줘야만 가능하다. 콘크리트 타설을 할 때도 많은 주의가 필요하다. 일반 콘크리트와 같은 압력으로 타설하면 블록이 그 압력을 이기지 못하고 터져 버리기 때문에 낮은 압력으로 타설해야 한다. 콘크리트의 골재는 직경 12㎜ 이하의 잔골재로 해야 타설시 막힘이 없고 구조체의 균열방지에도 유리하다. 블록은 내부 6㎝, 외부 18㎝의 단열 성능을 갖고 있어 전체 24㎝로 PHI에서 요구하고 있는 패시브하우스 단열기준에 적합한 성능이다. 사진에서 보는 바와 같이 일반 콘크리트로 공사가 진행되는 부분은 다른 공사현장과 유사하다.

단열블록 방식과 일반콘크리트 방식의 차이는 구조물이 구축되면서 개구부의 위치와 크기를 파악할 수 있다는 점이다. 일반 콘크리트 경우에는 거푸집으로 인하여 개구부의 위치 확인이 힘들지만 단열블록은 한눈에 파악이 가능하다. 게다가 콘크리트 타설 직전이라도 개구부의 크기 및 위치를 쉽게 조정할 수 있다.

벽체공사를 하는 동안 현장대리인인 서충원 대표는 중간적인 검증차원으로 독일의 시공기술자를 현장에 초빙하여 상호 의견을 나눴다. 서충원 대표가 독일 하노버대학에서 추천받은 패시브하우스 건축시공자(독일 건축기술자인 Mr. Ernst Reyer는 독일에서 패시브하우스 컨설턴트로 활동하고 있으며 패시브 하우스 설계와 시공에 관련된 기술적인 제공하여 패시브하우스 구축과 관련된 전반적인 사항을 관리해주고 있다. http://www.air-passivhaus.de)와의 인연이 교하주택 현장까지 연결된 것이다.

- 지붕공사

지붕의 골조는 두 가지 방식을 선정하였다. 단열블록 방식에는 목구조의 건식방식으로, 콘크리트방식에는 콘크리트 골조로 지붕경사를 만들었다. 단열블록의 콘크리트 벽체의 두께가 13㎝로 일반 콘크리트 벽체보다 얇기 때문에 지붕하중에 대한 부담을 줄이기 위해 목구조 트러스로 골조를 조성했다.

- 단열공사

단열재의 성능은 내구성이 매우 중요하다. 연구자료(이승언外 3인, “환경 및 시간경과에 따른 건축용 단열재의 열전도율 변화에 관한 실험적 연구”,  대한건축학회 논문집 182호, , 203, pp235~241)에 의하면 일부 단열재에서는 시간이 경과함에 따라 단열성능이 저하되는 것으로 나타났다. 특히나 글래스울과 같은 단열재료는 방습층으로 주의깊게 보호를 하여야 만 습기에 의한 단열성능 저하를 피할 수 있다..

교하주택에서는 사용된 단열재는 세 가지이다. 단열블록, 흑연을 발포한 비드법보온판재와 지붕에는 목조 트러스와 결부하여 기밀성을 확보하기 위하여 글래스울을 사용하였다. 각 단열재의 성능 및 두께는 패시브하우스에서 요구하는 기준 이상이다. 국내 건축법상에서 규정하고 있는 사항은 최소 기준일 뿐이다. 즉, 최소한 일정두께를 유지하라고 의무화하고 있는 것이지, 쾌적한 건물을 위한 적정두께의 개념하고는 차이가 있다.

건물의 구조체와 단열재는 어느 정도의 습기를 머금고 있다. 외부에서 침입한 습기이거나 구조체 형성에 따른 내부 결로로 인한 습기이다. 실내외의 온도차가 크지 않은 봄과 가을에는 그나마 적게 발생하지만, 여름이나 겨울철에는 상대적으로 많이 발생한다. 현재로써는 완벽하게 막을 길이 없기 때문에 습기를 빠르게 배출하고 증발시키는 시스템을 구성해야 한다. 이는 건물의 내구성과도 밀접한 관련이 있다.

교하주택의 지붕에는 글래스울에 투습방수지를 같이 설치하였다. 단열재를 기준으로 외기와 접한 부분에는 투습지, 내기와 접한 부분에는 방습지를 설치한 격이다.

‘단열은 지나쳐도 부족함이 없다’란 말은 일부 틀린 말이다. 내단열의 경우 지나친 단열공사는 역결로 현상을 가져올 수가 있고, 외단열은 효율 대비 공사비가 높아질 수 있다. 더구나 구조체 내부에 단열재를 설치하는 내단열은 온도변화에 의한 구조체의 축열기능은 거의 없고, 난방부하와 냉방부하가 외단열보다 불리하다는 연구자료(송승영 외 3인, “내, 외단열 공동주택의 축열재 위치 차이에 따른 동단위 연간 냉난방부하 비교평가”, 한국태양에너지학회 논문집, 2010, pp42~49)도 있다.

단열블록이 톱니방식으로 맞물려 있고, 콘크리트는 습식으로 형성되기에 구조적으로 틈새가 발생할 가능성이 적다. 이는 실내의 공기와 외부의 공기가 벽체를 통해서 교환이 될 가능성이 적기에 단열성능에 있어서는 매우 효율적이다.


하지만 외단열은 외벽에 두꺼운 단열판을 부착하기가 까다롭다. 두께 5~6㎝ 정도의 단열재는 접착제만으로 가능하겠지만, 두께가 10㎝ 이상이 되면 쉽게 떨어질 수 있다. 더구나 단열재가 맞닿는 부분의 틈새는 보완하기가 쉽지 않다.

사진은 독일 프라이부르그 보봉지구의 건물 리모델링 사례다. 기존건물에 단열을 보강하기 위해 비드법보온판인 EPS를 설치하고 있다. 두께 25㎝ 이하의 EPS를 철물을 사용해 외벽에 부착하고 노출된 철물은 다시 단열캡으로 감쌌다. 또한 단열재의 단면을 보면 톱니식으로 맞물려 있음을 알 수 있다.

교하주택은 열손실을 줄이기 위해 외부에 두께 5㎝, 10㎝의 단열재를 두 겹 설치했다. 독일에서 접한 부자재를 국내에서 구할 수 없어 부득이하게 고정철물을 독일에서 수입했다. 단열캡의 경우 국내에서 그에 맞는 시공도구가 없어서 철물 위에 단열몰탈로 마무리하였다. 물론 단열캡보다는 효율이 떨어진다.

발코니의 경우는 단열에 있어서 주의를 할 필요가 있다.

추운 날 팔이 있는 외투를 입는 것과 팔이 없는 외투를 입는 것과는 많은 차이가 있다. 마찬가지로 발코니에 대한 단열계획을 고려하지 않는다면 발코니에서 발생하는 열손실은 매우 크다.

이를 방지하기 위해 발코니를 단열범위에 포함을 하는 방법과 발코니를 구조적으로 외벽과 분리시키는 방법이 있다. 교하주택에서는 발코니를 단열 범위 안에 포함해 전체적으로 단열재를 감싸주었다. 사진에서 보는 바와 같이 발코니를 건물외벽에서 완전 분리시켜 단열과 무관하게 만들면 열손실을 줄일 수 있다.

발코니를 고정하기 위한 점형 구조물들은 열손실을 고려할 때 무시해도 좋을 정도이다.

발코니를 외벽과 구조적으로 분리시키는 방법은 유럽 특히 독일 내에서 보편적으로 사용되는 방식이지만, 국내에서는 쉽게 접하기 힘들다.    



     

- 창호공사

패시브하우스에서 요구하는 창호의 조건은 매우 엄격하다. PHPP에 의하면 벽체의 열관류율은 0.15W/(m2K)이하이고, 창호의 열관류율은 0.8W/(m2K)이다. 또한 모든 유리의 열관류율 역시 0.8W/(m2K)이하여야 하고, 겨울철 실질적인 에너지를 얻기 위해서는 유리의 투과율이 최소한 50%이어야 한다.

이러한 규정은 유리의 면적, 창호시스템의 열관류율, 유리와 태양과의 방위 등 다양한 조건을 충족시켜야 한다. 더구나 중요한 것은 올바른 창호의 설치여부이다. 창호와 주변재료와의 접합부위에서 발생하는 열교현상은 주택에서 열손실이 가장 많이 발생하는 곳이다. PHPP에 의하면 0.5㎜ 두께에 1m에 해당되는 알루미늄 선형의 틀에서 발생하는 열손실은 15.5m2 면적의 유리를 통해서 발생되는 열손실과 비슷하다고 한다. 유리면적 15.5m2라면 우리나라 30평대 아파트 거실 창호의 2배 면적에 해당된다.

교하주택에서 창호의 틀을 결정할 때 가장 중요하게 생각한 것은 열손실 정도였다. 알루미늄과 PVC를 놓고 오랜 검토를 하다가 최종적으로 PVC창호로 결정했다. 유리는 삼중으로 하고 그 안에 아르곤 가스를 주입시켜 단열 성능을 더욱 높였다.

창호의 성능에 앞서 창호 주변의 밀폐시공이 반드시 필요하다. 반드시 투습 가변형 테이프를 설치하여 실내의 습기가 창틀 주변으로 투입되는 것을 막아야 한다. 이는 창호의 기밀성으로 인해 실내외의 공기가 교차하지 못하게 하는 역할도 한다.

교하주택에서는 이러한 물성에 입각하여 창호주변에는 방습과 투습이 가능한 밀폐테이프로 마감을 해 설계의 효율을 유지했다.

창틀 외부는 비나 눈, 불순물 등으로 많이 훼손된다. 특히 창호의 하부는 외장재까지 훼손시켜 단열재를 외기에 노출시킬 수 있다. 이러한 하자를 사전에 방지하기 위해서 창호의 하부에 철물로 된 보강재를 설치해야 한다.

교하주택에서 가장 판단하기 힘들었던 부분이 창호였다. 각각의 창호가 제시하는 자료나 제품들의 사양이 비슷해 보였기 때문이다. 결국 시험성적서로만 판단할 수밖에 없는데, 현장에서 그대로 실현될 지는 미지수였다.

현관문의 사진에서처럼 문이 닫히는 부분이 여러 겹일 경우 열손실은 최소화될 수 있다.교하주택에서도 이러한 개념으로 접근하여 PVC재질의 틀과 여러겹으로 결절되어 열손실이 최소화 되는 문을 설치하였다.



창호외부에는 열손실을 방지하고자 블라인드가 설치된다. 유럽에서는 일찍부터 창호 외부에 블라인드가 설치되어 왔다. 이는 여름철 낮 햇볕이 들어오는 것을 방지하고, 겨울철 밤 실내의 온도가 외부로 방출되는 것을 방지하는 목적이 있다. 더불어 프라이버시에도 유리하다.

창호공사까지 마무리되었을 때 또 한번 패시브하우스에 대한 간접적인 검증을 받기로 하였다. 독일 Kramm & Strigl에서 근무하고 있는 건축 물리학 전문건축가 홍도영(Dipl. - Ing)씨를 파주현장에 초빙하여 여러 가지 사항들에 대해 의견을 나눴다.

- 마감 공사

마감공사는 골조공사의 품질에 따라 시공오차가 결정된다. 내부마감은 두께 50㎜ ALC 블록을 설치한 다음 천연페인트로 미장하고, 외부는 외단열에 적합한 재료로 마무리했다. 바닥은 건물의 축열 성능을 위하여 일반적인 자기질타일로 마감했다.

- 기타공사

교하 주택에는 일반주택의 공사와는 다른 몇 가지의 공사가 있다. 폐열회수장치공사, 태양광공사, 빗물저금통 공사 등이다.

폐열회수장치는 패시브하우스에는 필수적인 설비요소이다. 실내에서 발생한 열에너지를 실외로 빼앗기지 않고 최대한 회수하는 장치로서 패시브하우스에서는 75% 이상의 회수율(PHI 미인증시 12% 감면)을 확보해야 한다. 우리나라에서도 고효율 장비로 인증을 받으려면 90% 이상의 효율을 지녀야 한다. 폐열회수장치에는 판형과 로터리형 두가지 방식이 있다. 교하주택에서는 여러부분을 검토하여 로터리 방식으로 설치를 하였다.

태양광 설비공사는 정부에서 그린홈 100만호 사업의 일환으로 지원이 되고 있다. 접수 순서대로 일 년에 할당된 공사를 순차적으로 진행하고 있는데, 에너지 절감이라는 장점 때문에 접수 후 설치까지 많은 기간이 걸린다. 태양광 설비에 지원을 해서 부품가격을 낮추는 방안이 아쉽다.

교하주택에는 빗물 저금통을 설치하였다. 적정용량을 확인하기 위해서 건축주는 빗물박사로 저명한 한무영 교수(http://blog.daum.net/drrainwater)께 직접 문의하는 열의를 보였다. 그 결과 주택 마당에 10톤의 저수조를 묻어 빗물을 활용하기로 하였다.

지붕에서 내려오는 빗물을 모아 빗물저금통에 담수하였다가 정원식수, 외부청소, 비상시에 사용한다. 한무영 교수에 의하면 우리나라는 물 부족 국가가 아니라 물 관리 부족 국가라고 한다. 이는 물이 부족한 것이 아니라 활용이 효율적이지 못하다는 의미이다. 건물에 있어서 에너지를 효율적으로 관리하지 못하는 개념과 비슷하다.

계 측

- 밀폐테스트

에너지 효율이 높은 주택은 완전한 기밀과 밀폐가 보장되어야 한다. 우선 구조체로 기밀성을 확보하고 구조체와 마감이 만나는 부분에 밀폐재료를 사용하여 주택의 효율을 높이는 방식이다. 

기밀이나 밀폐 여부를 확인하기 위해 실내와 실외의 공기 교체량을 측정한다. 이는 건물내부에서 실내와 실외의 대기압 차이를 50Pa(Ala Meier, Infiltration : just ACH50 Diveided by 20?, Home Energy Magazine, 1994)로 설정한 다음 실내의 공기를 외부로 빼내면서 공기의 교체율을 확인하는 실험이다. PHPP에 의하면 패시브하우스는 한 시간 동안 건물의 체적대비 공기의 교체율을 60% (0.6-h)이하로 요구하고 있다.

교하주택은 두 번의 밀폐테스트를 거쳤다. 구조물과 창호가 설치된 상태에서 WINCON TEST(테스트 협조 http://www.proclima.co.kr)를 하고, 입주 후에는 Blower Door Test(테스트 협조 (주)위더스측정시스템  http://www.etesto.co.kr)를 시행했다.

결과는 다음과 같다.

블로어테스트 결과값을 토대로 하면 Air Flow의 값이 741(m3/h)이다. 즉 한 시간 동안 전체의 교체공기량이 741m3이란 의미이다. 평균환기횟수(Air Change per Hour(1/h) = ACH50)의 값은 이 1.09h-1이다. 패시브하우스 기준인 0.6h-1은 초과하고, 캐나다 R-2000기준인 1.5h-1보다는 낮은 수치이다.


국내의 연구논문(신우철 외 4인, “충청지역 단독주택의 기밀성능 실측연구”, 한국태양에너지학회 논문집, 2008, pp65~71)에 의하면 우리나라 특정지역 일반주택의 ACH50 값은 4.7~31.6에 평균값은 16.4이며 국외의 국가별 일반주택 ACH50 값은 3.5~29.7까지 나타난다.

CEPHEUS에서 시행한 PROJECT 보고서(Jurgen Schnieders & Andreas Hermelink , “CEPHEUS results: measurements and occupants’ satisfaction provide evidence for Passive Houses being an option for sustainable building”, Energy Policy,  2006, pp151-171)에 의하면 표와 같이 대부분 0.3~0.61h-1의 값을 갖는다. 또한 국내의 또 다른 연구논문(백남춘 회 2인, “고기밀 고단열 주택의 기밀성능에 관한 실험적 연구”, 한국태양에너지학회 논문집, 2005, pp61~67)에 의하면 침기부위 별 틈새 면적비는 덕트 주변이 81%로 제일 많고, 창호가 8%, 전기단자함이 7%, 전선관이 4%의 비율을 보인다.

전선관에서 발생하는 침기를 방지하기 위해서는 콘센트 주변역시 밀폐작업이 이뤄져야 하는데, 다음 그림과 같이 전선배관을 탄성을 지닌 보온재로 감싸 밀폐성을 높인다.

침기면적(Leakage Areas : 틈새로 공기가 새는 면적)은 두 종류의 치수로 구분된다. 기압차 10Pa에서 Canadian EqLA값과 기압차 4Pa에서 LBL ELA값인데, 정밀도에 있어서 EqLA의 값을 더 권장하고 있다. 캐나다에서는 이 값을 0.7cm22/m2이하로 규정하고 있다. 이 두 가지 측정법은 주로 미국과 캐나다에서 사용되는 방법이다. 교하주택의 EqLA의 값은 0.35cm2/m2이다.

- 열화상테스트

기밀과 밀폐가 보장이 되었다 하더라도 열전도에 의한 열에너지 손실은 육안으로 파악하기가 불가능하기에