정보 | 패시브하우스의 이해와 적용 2

 

패시브하우스의 작동 원리와 배치 및 형태

● 패시브하우스의 작동 원리

패시브하우스가 겨울동안 난방을 거의 하지 않으면서 지낼 수 있는 요인은 물론 단열 때문이다. 그렇지만 핵심은 ‘과연 단열을 얼마나 해야 하는 것인가?’이다.

건물 내부에는 인위적으로 냉방을 하지 않는다면 열을 발생하는 요소만 존재한다. 창문으로 들어오는 햇빛, 사람의 몸에서 나는 열, 조명기기에서 나오는 열, 전기기기의 작동으로 인한 열 등이다. 패시브하우스는 이렇게 실내에서 발생되는 열을 모아둘 수 있는 단열과 기밀조건을 계산한 것이다.

모든 집마다 지역, 창문면적, 조명기구의 개수, 가족 수 등이 모두 다르다. 그렇기 때문에 패시브하우스는 설계 시에 그러한 조건을 반영하여 이른바 에너지해석을 하게 된다. 벽체나 기타 여러 요인으로 빠져나가는 손실열과 앞서 이야기한 취득열의 상관관계를 프로그램을 통해서 분석하게 되는 것이다. 다만 외기의 온도는 해당 지역 표준 기상데이터를 사용하고, 난방온도는 20℃를 목표로 계산을 하면서 계획안을 조절하게 된다.

이것이 패시브하우스의 작동원리인 것이다. 즉, 패시브하우스를 이야기하면서 나오는 1.5리터하우스에서 ‘1.5리터’가 의미하는 것은 난방온도를 유지하는데 필요한 에너지량이면서 동시에 주택에서 자연적으로 취득할 수 있는 발열량이기도 하다. 그렇기 때문에 1.5리터라는 숫자가 패시브하우스에서 중요한 기준점이 되는 것이다.

● 패시브하우스의 배치와 형태

그렇기 때문에 패시브하우스에 있어서 가장 중요시 될 사항은 건물의 향이다. 햇빛에서 얻을 수 있는 열이 무척 크기 때문에 취득과 손실의 상관관계에 있어서 향이 절대적인 요소를 차지하기 때문이다. 다행인 것은 국내의 정서상 향의 고려가 이미 중요한 인자(남향배치)로 작용되고 있었다는 점이다.

또한 외기와 접하는 면적을 최소화하는 것이 열손실을 막는데 중요한 인자로 작용하므로 되도록 단순한 형태를 지향하는 것이 좋다. 그렇기 때문에 평면의 면적대비 외기에 접하는 입면적의 비율(AV값)이 최소화되도록 형태계획을 한다.

** 아래의 예는 심플한 주택이 얼마나 에너지를 더 절약하느냐에 대한 계산 값이다. 둘 다 평면의 면적은 동일한 100㎡ 이며, A주택은 평면적대 입면적의 비(AV값)가 1.43, B주택은 AV값이 1.63이다.

  

각각 주택모형의 난방에너지요구량 계산을 해보면 다음과 같다. 단열과 환기조건 등은 모두 현행 건축관련법에 적합한 것으로 하였고 해석프로그램은 CE3™를 사용하였다.

A주택 결과 : 14.9리터주택

 

B주택 결과 : 16.3리터주택

결과만 본다면 A주택은 연간 1㎡당 14.9리터로 나왔고, B주택은 16.3리터로 계산되었다. 결과적으로 약 1.4리터 차이이다. 이정도 차이면 사실 아무런 차이가 없다고 말할 수도 있다. 그러나 패시브로 가기위해 단열을 강화할 경우 이야기는 달라진다. 또한 100㎡이면 1년에 140리터 차이이다.

단열조건을 패시브하우스에서 권고하는 수준까지 맞추면 B주택은 결코 도달할 수 없는 수치에 다다르게 된다. 즉, 한계점이 일찍 발생한다는 이야기이다.

건축물에서 외피의 면적이 곧 에너지 손실과 직결된다.

사실 B주택의 평면만 하더라도 매우 간결한 형태 축에 속한다. 아래는 흔히 전원주택으로 디자인되는 평면의 한 유형(이하 C주택이라 칭함)과 그 난방에너지요구량 값을 같이 구해 보았더니 난방에너지요구량으로 약 18.1리터/㎡.yr 로 결과가 나온다.

A주택에 비해 약 3.2리터차이(연간 320리터)가 나며, 그 차이 역시 미비해 보일지라도 이 형태의 평면으로는 결코 아무리 단열을 강화해도 패시브하우스 요건에 들어가지 않는다. (여기서 ‘아무리 단열을 강화’라는 말의 의미는 현실적인 범위 내에서의 단열을 뜻한다. 주택에 단열재를 1m두께로 할 수는 없으니….)

C주택의 단열과 기밀성능을 독일의 패시브하우스 단열기준까지 올린 후 다시 계산 해보면 (열관류율조건 - 벽체:0.15W/㎡k, 지붕:0.11W/㎡k, 창호:0.8W/㎡k, 기밀성능 - 50Pa, 0.6회/h) 결과는 약 3.9리터 주택으로 나타난다(외부 차양의 조건에 따라 결과가 다소 변동할 수 있음). 

즉, 바닥면적 대비 외피의 면적이 과다할 경우 패시브하우스 기준에 맞춘 단열을 하더라도  기준이 되는 1.5리터에 도달하지 않는다. 그러므로 단열만 고도로 강화한다고 해서 패시브하우스가 될 수 없는 이유가 바로 여기에 있는 것이다(C주택은 북향의 창도 무척 큼).

C주택과 B주택의 난방성능의 차이는 약 15% 정도 차이가 난다. 또한 외벽면적의 차이(AV값)로 인해 C주택 대비?B주택의 공사비가 더 저렴하다. 두 주택 외벽 면적의 차이가 약 30㎡ 이므로, 구조체와 내외부 마감재를 비용으로 환산하면 큰 금액차이가 날 수도 있다(C주택의 AV값은 1.94). 이렇기 때문에 주택에서 평당 공사비라는 것은 참 부질없다.

결론은 자명하다.

공사비를 비싸게 치루고도 더 춥게 살 것인가?

ps. 경험상 1.5리터 이하로 성능을 맞출 경우 거의 박스에 가까운 형태의 주택으로 귀결된다(그것이 동일한 성능에서 공사비도 가장 저렴하기 때문이다). 하지만 대지나 건축주의 요구 상황과 맞지 않을 때가 있다. 패시브를 처음 시작하시는 분들은? 이점에 대해 많은 갈등을 할 것이다. 선택의 갈등이다. “1.5리터를 맞출 것인가?”, “입면적이 많더라도 대지나 기타 기능적 조건에 맞출 것인가?”하는 것이다. 주제넘게 조언을 하자면 ‘상황에 맞추는 것’이 맞다 그것이 건축주에게 이롭다면 결국 에너지적 성능보다 우선하기 때문이다(다만 이 경우 단열을 좀 더 강화하여 설계하여야 한다. 그래야 C주택의 주인도 A주택만큼 따뜻하게 지낼 수 있기 때문이다.). 3리터든 7리터든 모두 의미가 있다.

하지만 분명한 것은 ‘건축주가 사용하기 편한가?’와 ‘건축주의 마음에 드는가?’는 전혀 다르다는 것이다. 때때로 건축가는 건축주가 당장 마음에 들어 하지 않아도 건축주에게 이로운 건물을 강하게 권할 의무가 있다. 그것이 전문가가 해야 할 역할이다.