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전원주택라이프

에너지 효율성과 쾌적성을 충족시키는 집, 패시브하우스

친환경 저 에너지 주택의 기준 패시브하우스 - 3

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THEME 03
에너지 효율성과 쾌적성을 충족시키는 집, 패시브하우스

패시브하우스를 이론적으로 접근하면, 꽤 어렵다. 건축주의 입장에서 보면 패시브하우스는 그저 ‘살기 좋은 쾌적한 집’이어야 한다. ‘좋은 집’이라는 이 단순 명제를 풀어가는 과정은 패시브하우스라도 예외는 아니다. 고기밀성, 고단열성, 열교, 열 관류율, 고성능 창호 등을 일일이 열거하지 않더라도, 패시브하우스의 목표는 에너지 효율성을 높히고 쾌적성을 충족시키는 데 있다.


이 조건을 충족하기란 절대 만만치 않지만, 패시브하우스라면 무척 중요하다. 패시브하우스라면 집의 기본 역할을 충실히 수행하면서도 그 집에 사는 사람의 쾌적성에 대한 욕구도 충분히 채워줄 수 있어야 한다. 패시브하우스의 궁극적 목적은 에너지 절약과 함께 쾌적한 공간을 만드는 데 있기 때문이다.

열 교환 환기장치로 공기 질 관리

패시브하우스의 핵심 요소에는 에너지 흐름의 차단 외에 신선한 공기와 햇빛의 공급이 반드시 들어가야 한다. 또 한 가지 쾌적한 집을 생각할 때 빠트려선 안 될 것은 습기 조절이다. 패시브하우스에서 에너지 흐름의 차단은 지혜롭게 단열을 하면 성취할 수 있다. 설계를 할 때 단열 콘셉트를 잘 짠 다음 좋은 단열재를 선택해서 세심하게 시공하면 충분히 목표에 도달할 수 있다. 


신선한 공기의 공급은 창문을 열거나 환풍기를 돌려서 하는 것이 보통이지만 패시브하우스에서는 그렇게 할 수 없다. 이때 에너지가 빠져나가기 때문이다. 에너지 흐름의 차단과 공기의 공급 사이에 충돌이 일어나는 셈인데, 그래도 어떻게든 신선한 공기는 집 안으로 들여와야만 한다. 이 문제는 나가는 공기가 품고 있는 에너지를 들어오는 공기가 빼앗아 가지고 올 수만 있으면 해결된다. 


이런 일을 가능하게 해주는 장비가 바로 ‘열회수 환기장치’다. 이것은 우리나라 겨울의 경우 밖으로 나가는 따뜻한 공기의 에너지와 집 안에 공급되는 차가운 공기의 에너지를 교환하는 열 교환기를 장착한 환기장치로, 90% 이상의 에너지를 회수할 수 있다. 


바깥 온도가 0℃이고 실내 온도가 20℃ 라면, 이 장치를 통과한 실내 공기는 2℃가 되어 나가고, 바깥공기는 18℃가 되어서 들어온다. 에너지 흐름의 차단과 신선한 공기 공급의 충돌을 거의 완벽하게 해결해주는 것이다.

어떤 불쾌한 외풍 없이 쾌적한 공기를 지속적으로 실내에 공급하는 자동조절기와 배기 시스템. 이런 환기장치를 설치하면 따로 창을 열지 않아도 충분한 환기가 가능하다.

삼중 로이유리, 채광과 단열 최적화

햇빛은 집 안을 환하게 만들어주고 우리 몸을 기분 좋게 달궈주는 적외선을 제공한다. 쾌적한 주거 생활을 위해서는 필수적이다. 햇빛은 창호를 통해 들어온다. 창호지를 바른 한옥 창호든 유리를 넣은 창호든 모두 햇빛 투과 기능을 가지고 있다. 그런데 여기서도 에너지 흐름의 차단과 햇빛 공급 사이에 충돌이 존재한다. 


실내에 햇빛을 많이 공급하기 위해서는 두께가 얇은 창호지를 써야 한다. 마찬가지로 유리의 두께도 얇을수록 햇빛이 더 많이 통과한다. 반면에 창호지와 유리의 두께가 얇을수록 에너지 흐름은 더 활발하게 일어난다. 그렇다고 두께를 늘리면 햇빛의 투과량은 줄어든다.


이 문제를 해결할 수 있는 가장 좋은 방법은 완전 진공 창호를 사용하는 것이다. 두 장의 얇은 유리 사이를 진공으로 만들면 에너지 흐름도 차단하면서 햇빛도 많이 투과시킬 수 있다. 그러나 이런 창호는 아직 개발 단계에 있고, 건축자재 시장에 나와 있지 않다. 결국 이와 관련해서는 열회수 환기장치 같은 해결책은 없는 셈이다.


그렇다면 방법은 중간 지점에서 타협하는 수밖에 없다. 타협책은 에너지 흐름을 가능한 줄이면서 햇빛은 그래도 어느 정도 받아들일 수 있는 창호라고 할 수 있다. 이런 용도로 개발된 창호가 바로 ‘삼중 로이유리(Low-E Glass)’ 무거운 기체 채움 창호다. 이 창호에서는 아주 맑은 유리에 에너지 흐름을 줄이는 금속 막을 씌운 유리 세 장을 사용하고, 이들 유리 사이에는 무거운 기체를 채워 넣는다.


맑은 유리는 햇빛을 가능한 한 많이 통과시킨다. 반면에 금속 막은 햇빛을 꽤 차단한다. 무거운 기체는 에너지 흐름을 감소시킨다. 전체적인 결과는 햇빛 투과율은 약 50%, 에너지 흐름은 보통 건물에서 많이 사용하는 2중 유리 창호의 4분의 1 정도로 된다. 

결로·곰팡이가 발생하지 않는 집

집 안이 습하면 쾌적함을 느끼기 어렵다. 이는 후텁지근한 여름 기후를 떠올리면 금방 알 수 있다. 사방이 눅눅하고 몸도 개운하지 않다. 집안에서는 여기저기에서 곰팡이가 피고 묘한 곰팡내가 코를 자극한다. 이런 상태가 여름철만 아니라 일 년 내내 지속되는 집도 있다. 패시브하우스에서는 이런 일이 일어나서는 안 된다.


집 안에 곰팡이가 피는 주된 이유는 벽체 표면의 습도가 높기 때문이다. 곰팡이는 집 안 전체의 습도가 아주 높아도 발생하지만, 전체 습도는 낮지만 벽체 표면이나 벽체 속의 습도가 높아도 생긴다. 겨울철에 가습기를 틀거나 여름철 습도가 높으면 집 안 전체의 습도도 높아진다. 이것은 쉽게 해결할 수 있다. 겨울철에 가습기를 틀지 않으면 되고, 여름철에는 제습기나 에어컨을 돌리면 된다.


그러나 벽체 표면의 습도만 높은 경우 해결하기는 쉽지 않다. 에너지 흐름이 많은 집에서는 겨울철에 벽에 곰팡이가 필 가능성이 크다. 특히 겨울에 바깥바람을 막겠다고 창에 비닐을 친 집에서 곰팡이가 쉽게 핀다. 한옥이 춥다고 전통 창호를 시스템 창호로 바꾸거나 비닐을 씌우면 겨울철에 거의 100% 결로가 생기고 곰팡이가 발생한다. 이유는 한옥의 벽이 바깥의 찬 기운을 제대로 차단하지 못해서 벽 안쪽이 차갑기 때문이다. 그러면 여기서 결로가 생기고 곰팡이가 피고 썩게 되는 것이다.


곰팡이는 벽체에 밀폐가 잘 안 돼 있을 때도 발생할 수 있다. 외벽이 흙과 나무로만 구성된 한옥의 경우에는 벽체나 창호가 밀폐돼 있으면 곰팡이가 핀다. 이런 집에서는 곳곳에 공기구멍이 있어야만 집이 건강하게 유지된다. 겨울철에 바깥의 찬 공기가 들어와서 집 안의 습도를 낮게 만들어줘야 하기 때문이다. 당연히 집 안은 추울 수밖에 없다. 춥다고 이런 공기구멍을 막으면 결로가 생긴다.


반대로 단열이 잘 된 집에서는 공기구멍이 있으면 결로가 생기고 곰팡이가 핀다. 이런 집에서는 겨울철에 벽체 온도가 실내 온도와 거의 비슷하다. 당연히 결로도 곰팡이도 생기지 않는다. 그런데 벽체에 틈이 있어서 바깥공기가 새어 들어오면, 그 부분의 온도는 벽체의 다른 부분보다 유난히 낮아지고 여기서 결로가 생기고 곰팡이가 핀다.


그렇다면 이제 패시브하우스의 단열, 열회수 환기, 창호의 세 가지 핵심 요소에 한 가지가 더 추가돼야 할 것 같다. 바로 ‘기밀성’이다. 패시브하우스는 밀폐가 잘 돼 있어야 한다. 공기가 멋대로 들락거리면 에너지도 그만큼 멋대로 빠져나가고 열회수 환기장치도 제대로 작동하지 못하지만, 그만큼 또 결로와 곰팡이가 발생할 가능성이 커지기 때문이다.

고효율 에너지와 쾌적성 충족

패시브하우스는 쾌적해야 한다. 패시브하우스에서 쾌적성은 부차적인 것이 아니다. 필수적으로 패시브하우스에 따라와야 한다. 쾌적하지 않은 집은 패시브하우스가 될 수 없다. 에너지를 아주 적게 쓴다고만 해서 패시브하우스가 되는 것은 아니다. 냉동창고가 패시브하우스가 될 수 없는 것과 같은 이치다.


에너지를 적게 쓰면서도 쾌적한, 두 가지를 동시에 충족하는 집이 바로 패시브하우스다. 이 두 가지 중에서 한 가지만 만족시키는 집을 구현하기는 어렵지 않다. 냉동창고는 단열재만 두텁게 덮어씌우고 밀폐가 잘 되는 육중한 문을 달기만 하면 만들 수 있다. 노출 콘크리트로 집을 짓고 단열은 거의 하지 않았지만, 바닥난방을 골고루 하면서 외벽을 따라 라디에이터를 적절하게 설치하면 쾌적한 집을 얻을 수 있다. 그러나 냉동창고는 쾌적하지 않고, 노출 콘크리트 집은 난방을 위한 에너지를 너무 많이 소비한다.


패시브하우스는 최소의 에너지 소비와 쾌적성 둘을 한꺼번에 얻으려고 한다. 결코, 쉬운 일이 아니다. 그러나 처음에 건축 콘셉트를 확실하게 짜고, 단열을 지혜롭게 하고, 좋은 열회수 환기장치를 설치하고, 삼중유리 창호를 적당한 자리에 제대로 끼워 넣고, 마지막으로 기밀성에 세심한 신경을 쓰면 충분히 실현할 수 있다. 이를 위해서는 패시브하우스 전문가와 건축설계사, 시공사, 건축주가 모두 패시브하우스를 제대로 이해해야 하고, 공통의 이해를 바탕으로 합심해서 목표를 향해 나아가야 한다.

로이유리(Low-E Glass)

로이(Low-E: Low-emissivity)는 낮은 방사율을 뜻한다. 유리 표면에 금속 또는 금속산화물을 얇게 코팅한 것으로 열의 이동을 최소화하는 에너지 절약형 유리로 저방사 유리라고도 한다. 특성상 복층으로 가공하며 코팅 면이 내판 유리의 바깥쪽으로 오도록 만든다. 


창을 통해 들어오는 가시광선은 대부분 안으로 투과시켜 실내를 밝게 유지하면서 겨울에는 난방열이 밖으로 빠져나가지 못하도록 차단하고, 여름에는 바깥 열기를 차단하는 역할을 하므로 냉 · 난방비를 줄일 수 있다. 단판 유리와 비교해 약 50%, 일반 복층 유리보다는 약 25%의 에너지 절감 효과가 있는 것으로 알려진다.


로이유리의 종류는 코팅 제조 방법에 따라 파이롤리틱 공법(Pyrolytic Process)에 의한 하드 로이(Hard Low-E)와 스퍼터링 공법(Sputtering Process)에 의한 소프트 로이(Soft Low-E)로 구분한다. 

여름철 열 흡수용 외부차양

외부차양은 여름철 냉방에너지 절약을 위해 중요한 요소다. 실내 열 환경의 최적화를 위해  외부 전동 블라인드(EVB)를 사용하는 것이 바람직하다. 창호 상부 차양 등을 선택할 경우,  구조체에 의한 열교(Heat Bridge)를 반드시 고려해야 한다.

난방시설 없이 겨울을 지낼 수 있도록 열 보존이 잘 되는 패시브하우스는 에너지 투사율 50% 미만의 맑은 유리를 사용한다. 패시브하우스는 겨울철 태양으로부터 난방에너지를 많이 얻는 장점이 있다. 반면 상대적으로 여름철에는 실내가 매우 더워져 에어컨을 가동해야 하므로 냉방 부하가 걸리기 쉽다. 이때 태양 복사에너지를 차단해 냉방 수요를 줄이려면 외부 차양이 필요하다.


건물 에너지 소비량 절감과 쾌적한 실내환경을 조성하기 위해 외부 차양은 건물 외부에 설치된다. 이를 통해 실내로 유입되는 빛을 조절하고 사생활 보호, 외부 조망 등의 기능을 동시에 수행할 수 있다. 


외부 차양은 악천후에도 견딜 수 있도록 견고한 재질의 제품으로 만들어지며 녹이 슬지 않도록 부식 방지 처리돼 있다. 창문에 외부 차양을 설치하지 않으면 열 흡수량을 최대 35% 정도만 줄일 수 있는 반면 창문 외부에 외부 차양을 설치하면 75% 정도 줄일 수 있다. 여름철 냉방 부하를 25~35%까지 줄일 수 있다.


이 때문에 여름의 냉방에너지를 줄이기 위해서는 외부 차양을 설치해야 한다. 우리나라는 커튼이나 블라인드가 모두 실내에 설치돼 있지만, 유럽에는 외부 차양이 거의 모든 건물에 필수적으로 사용되고 있는 이유다.


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