[패시브하우스 이론4] 패시브하우스의 설계

[패시브하우스 이론4] 패시브하우스의 설계

 

모든 건물은 그것이 어떤 용도로 사용하는가에 관계없이 패시브하우스의 기준에 맞도록 건축될 수 있다. 난방부하를 최소로 유지할 수 있도록 마치 진공보온병 처럼 고단열, 고기밀 건축 공법을 적용하고 고성능 창호, 도어의 설치 그리고 열회수 환기장치에 세심한 주의를 기울이고 특히 열교를 최소화해서 외부로 빠져나가는 열을 가능한 한 줄이면 어떤 건물이라도 패시브하우스 형태로 실현할 수 있다. 유럽의 경우 이미 주거용 건물은 물론이고 사무용, 상업용, 공장 건물의 경우에도 패시브하우스의 기준에 맞는 건물들이 주를 이루고 있다. 이들 모든 건물의 에너지소비는 패시브하우스의 기준에 부합하며, 따라서 기존 건물의 5-10% 정도에 지나지 않는다. 그렇다면 이러한 패시브하우스를 설계할 때 반드시 고려되어야 할 조건들은 무엇일까? 이제부터 패시브하우스의 설계 기준을 살펴보고자 한다.

태양에너지와 관계된 패시브하우스의 설계 기준들

패시브하우스를 설계할 때 기본적으로 우선 고려해야 하는 조건은 그 지역의 위도와 기후이다. ‘온고이지신’이라는 말이 있다. 패시브하우스를 건축할 때 이 말은 반드시 염두에 두어야 한다. 우리 선조들은 집을 앉힐 때 동남향이나 남향을 선호 하였다. 이는 일반 건축물의 설계 시에도 매우 중요한 설계 기준이다. 왜 일까? 위도는 햇빛을 패시브적으로 혹은 액티브적인 방식으로 이용하려 할 때 반드시 고려되어야 하는 중요한 요소이기 때문이다. 햇볕이 잘 드는 겨울날 온도 대차가 플러스 될 수 있는 위도, 태양빛에의 접근성을 높이거나 차가운 바람으로부터의 보호와 관련하여 설계를 최적화하는 것은 난방 수요를 줄이는 데 도움을 주는 것이다.

그 지역의 위도와 아울러 기후 데이터의 과학적인 접근이 필요하다. 예를 들어 태양광의 직달 및 간접 일사량의 시간별 값, 풍속, 온도, 습도 등이 건물 설계에서 고려되어야 할 중요한 요소이다. 이것들은 건물 외피에 요구되는 단열두께와 냉난방 부하 계산에 영향을 미치고, 또한 연간 평균 냉난방 에너지수요와 태양에너지의 이용 가능량에도 영향을 주기 때문이다. 특히 우리나라와 같이 하절기 습도가 높은 곳에서 습도에 관한 기후 데이터의 적절한 활용은 제습부하를 줄이고 쾌적한 패시브하우스를 건축하는데 매우 중요한 요소로 떠오르고 있다.

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<사진1   해발 720미터에 건축된 인제 패시브하우스는 동남향 배치로 태양열 획득을 최대화>

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패시브하우스의 두번째 설계 요소는 건물 외피/부피비 (A/V ratio)비의 최적화이다.

외피/부피 비를 최적으로 하면 단열을 상대적으로 적게 해도 되며, 이는 패시브하우스를 경제적으로 실현할 수 있게 해준다. 아래 <사진2> 에서 새의 사례를 보자면 낮은 온도에서 깃털 속으로 몸을 움추림으로서 더 많은 단열을 획득함을 알 수 있다. 새와 마찬가지로 건축물 역시 같은 조건이라면 콤팩트 할수록 더 많은 단열 성능을 보장 받을 수 있다. 물론 이는 경제적인 패시브하우스의 건축을 가능케 하는 필수 요소로 작용한다.

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<사진2   움추린 새는 같은 조건에서 더 많은 단열을 획득>

 

이러한 원리는 <사진3> 에서 극명하게 나타난다. 좌측은 외피/부피비가 0.9인 익산 패시브하우스이며 우측은 그 비율이 0.7인 판교 패시브하우스이다. 창호, 열회수장치, 제로열교등의 복합적인 결과인 측면도 있겠지만 익산 패시브하우스는 판교 패시브하우스 보다 건축비가 80% 이상 상승되는 결과를 보여주고 있다. 이로부터 복잡한 지붕 라인을 가지고 있고 벽체의 굴곡이 심한 일반 주택의 디자인으로 패시브하우스를 건축하는 것은 매우 비경제적일 수 있다는 결론이 도출 될 수 있다. 경제적인 패시브하우스의 실현을 위해서는 가능한 심플하고 콤팩트한 외관 디자인이 그 전제 조건이 되어야하는 것이다.

 

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<사진3   외피-부피비가 0.9인 익산 패시브하우스는 0.7인 판교 패시브주택에 비해 80% 건축비 상승>

 

패시브하우스의 세번째 설계 요소는 그림자의 영향을 고려한 건물의 위치 선정이다.

그림자는 건축물의 냉난방 부하에 있어서 상대적인 결론을 도출 할 수 있다. 일테면 좌우측면의 건물의 그림자에 가려진 건축물은 하절기에는 냉방부하를 줄이는 효과를 볼 수 있으나 동절기 난방 부하를 증가시키는데 결정적인 악영향을 끼친다. 사진4의 사례를 본다면 74번의 주택 (리덕션팩트=0.24)은 거의 그림자로 가리워져 있음을 알 수 있다.

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<사진4   그림자가 진 74번 주택은 패시브하우스 건축시 비용 상승으로 귀결 >

 

만약 우리가 이러한 위치에 패시브하우스를 짓는다면 동절기 태양열 획득의 부족으로 최소한 단열을 100미리 이상 늘려야만 가능할 것이며 이는 패시브하우스 건축비의 상승으로 귀결된다. 실제로 이러한 사례가 국내에서도 존재한다. <사진5>의 경우는 한국 최초의 패시브하우스 인증을 받은 인천 한라비발디아파트 부속 노인정 건물이다. 이 건물이 바로 <사진4>와 같은 사례인 것이다. 주변의 아파트 단지에 의해 햇빛이 차단됨으로서 겨울철 난방부하가 증가하여 그림자가 없는 경우보다 150미리 이상의 단열을 더 할 수밖에 없었고 이는 패시브하우스 비용의 상승으로 직결되었다.

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<사진5   아파트 주변의 그림자로 인해 패시브하우스 건축비용 상승 초래>

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이처럼 패시브하우스에서는 건축물의 위치 선정이 에너지 효율에 큰 영향을 미친다. 건물의 방향은 겨울철 난방 수요와 여름철 냉방 수요를 최적화하는 데 중요한 영향을 미친다. 건물을 햇빛이 좋은 방향을 향해서 계획할 수 있는 부지, 태양에너지를 집적 할 수 있는 햇빛이 잘 들고 경사가 낮은 남향 지붕, 지붕의 모양과 방향, 경사등이 고려되어야하고 최적화된 건물 간 간격 역시 중요한 요소이다. 그런데 반대로 패시브하우스에서는 여름철 냉방 부하를 줄이기 위해서 태양빛을 차단하는 위치선정 역시 동시에 적극적으로 고려되어야 한다. 일테면 밤 동안 시원한 공기를 끌어들여 평균 기온을 낮출 수 있도록 계곡 위쪽에 선택된 부지가 반영되어야하고 여름철 더위를 줄일 수 있는 활엽수 나무의 위치와 조림등도 적극적으로 설계에 적용되어야하며 좀 더 액티브하게는 외부 전동브라인드(ELV)의 설치로 여름철 난방부하를 줄일 수 있어야한다.

 

 

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<사진6 하절기 난방부하를 최소화를 위한 외부전동브라인드(ELV)의 설치 >

 

패시브하우스는 에너지 효율을 극대화한 건축 솔루션으로 건축물의 내외부 에너지 흐름을 차단한다는 기본 원리는 진공보온병과 같다

 

. 패시브하우스는 각종 신재생에너지등 에너지 발생 설비를 통해 에너지의 효율을 높이는 적극적 접근이 아닌, 에너지의 손실을 원천적으로 줄이는 접근 방식을 기본 컨셉으로 한다. 아예 에너지를 소비하지 않는 건축물을 만듬으로서 지구온난화와 기후변화에 심음하고 있는 에너지 위기 시대의 현대인들에게 원천적인 해결 방안을 제공 하고 있는 것이다.

 

패시브하우스는 고단열, 고기밀 공법을 적용하고 실내외 공기를 차단하거나 쓰고 남은 폐열(廢熱)을 에너지로 재활용함으로써 일반 건축물의 5%에 불과한 에너지로 냉난방이 가능하다. 일반 건축물이 계속적으로 열을 공급하는 커피포트 방식이라면 패시브하우스는 단열을 최대한 높여 열이 빠져나가는 것을 막는 진공보온병 방식이다.

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