[친환경변화] 패시브 하우스의 효율성 2부

패시브 하우스의 경제성

구분		기존방식	passive형	점유율
창호부분	유리	16~24㎜복층유리	36~48㎜삼층유리	10%
	창틀	A.L또는 플라스틱바	플라스틱시스템창호	20%
단열재		75㎜비드형 단열재	200~250㎜비드형단열재	25%
폐열환수시스템		없음	설치	8%
신재생에너지설비		없음	에너지 계산 및 협의 후 옵션 설치	-
피트층		일부 설지 혹은 없음	설치	27%

고가의 외장재 사용을 지양하고, 성능이 입증된 저렴한 외장재를 주로 사용하여 공사비 증가 억제가능하다. 

동일사양의 건축물과 비교하여 Passive 관련 증가 약 10~15%

에너지 소비는 1/10~1/7까지 낮아짐으로 공사비 회수기간은 약 4년~6년 내외가 된다.

에너지효율을 낮추면 공사비 증가도 적어지나, 회수기간 후의 유지비용은 높아지게 된다.

Passive 관련 공사비가 증가한다는 의미는 에너지 효율이 그만큼 높아진다는 의미이므로, 공사비 회수기간은 공사비증가와 별개로 거의 동일하다고 볼 수 있으나, 회수기간 이후의 유지비용에서는 많은 차이가 난다. Passive 관련 아이템을 과다 혹은 잘못 적용했을 경우에는 동일한 에너지 효율 상태에서 공사비가 올라가거나 동일한 공사비에서 에너지효율이 낮아 짐으로써 공사비 회수기간은 무한정 길어질 수 밖에 없다. 그러므로, 철저한 건축물 에너지계산을 통해 공사비 낭비요소를 제거하고, 가능한한 최대의 에너지 효율을 낼 수 있는 방향으로 설계가 되어야 함

패시브 하우스의 사례

건축물이 단위면적당 난방부하를 기준으로 저에너지 하우스(Low-Energy Building), 3.0리터 하우스(Three-Liter-Building), 패시브 하우스(Passive Energy Building), 제로에너지 하우스(Zero-Energy Building), 플러스에너지 하우스(Plus Energy House)로 구분할 수 있다.

강원도 홍성군 홍동면의 우리나라 최초의 패시브 하우스    독일 하노버시 크론스베르크의 패시브 하우스 단지

패시브 하우스는 1991년 Dr. Wolfgang Feist가 Darmstadt-Kranichstein에 처음으로 패시브 하우스를 건축한 이후 독일을 비롯한 프랑스, 오스트리아, 스위스, 스웨덴 등 유럽 전역에 빠르게 확산되고 있다. 독일의 프랑크푸르트는 2009년부터 모든 건물을 패시브 하우스 기준에 맞추어 설계해야만 건축 허가를 내주는 등 제도적으로 보급을 장려하고 있다.

1. 독일kassel

패시브하우스 규격을 다세대주택건물에 적용한 대표적인 건물이다.  기존건물보다 난방비용이 82% 절약된다.

2. 독일 Wuppe

1977년에 지어진 에너지비용이 많이 들어가는 대학기숙사였으나, 리모델링 이후 패시브하우스로 탈바꿈했다

3. 독일 Darmstad

1990년에 지어진 첫번째 패시브하우스로서 연간 단위 면적당 난방열요구량이 대략 10 kWh/㎡a 정도이다

패시브 디자인(Passive Design) 기법

1. 자연채광(Natural Lighting)

태양은 건축에 영향을 미치는 가장 큰 자연요소로 계절에 따라 동절기에는 태양을 적절히 이용하여 난방부하를 줄이기도하고 하절기에는 태양으로부터는복사에너지를 차단하여 냉방부하를 줄여야 할 필요도 있다. 또한 태 양은 열과 빛을 이용하여 건축물에 냉난방 부하를 줄이기도 하고,조명에너지를절약하기도 하므로 태양의 고도와 향의 선택은 친환경건축을 구현하는데 있어서 중요한 고려사항이다.

① 고측광창(Clerestory)

고측광창이란 입변의 높은 위치에 설치한 창호로 겨울철 태양의 고도가 낮아 실내로 유입된 태양에너지를 축열벽 또는 축열바닥에 축적했다가 기온이 하강하는 시간에 방출 하여 난방에너지를 절약하는 시스템이다.

② 광선반(Light shelf)

광선반이란 창문의 외부에 설치하여 직사광선의 실내유입을 차단하고 반사광선을 실내에 끌어들이는 고정 장치로서 태양의 입사각을 고려한 크기와 위치선정이 중요하다. 또한 광선반은 루버나 차양과는 달리 반사율이 높은 재료를 사용하고, 유지관리도 고려해야하며 시각적인 방해를 초래할 수 있으므로 창호의 크기가 충분해야 한다.

광선반  (Sidwell middle School, Washington)                 광선반 (기타큐슈 시립대학)

③ 광덕트(Light Duct)

광덕트란 태양광을 효율적으로 흡수하거나 반사하여 건물내의 필요한 장소에 보내는 장치로서 지하주차장 등에 적용할 경우 조명에너지를 대폭 절감할 수 있다. 광덕트 시스템은 효율이 높은 저가의 채광 시스템으로 반사율 95%, 두께 0.5T정도의 알루미늄재를 사용한다.

지하주차장에 설치된 광덕트                        ( 대림에코 3 리터 하우스)

④ 광천장(Light Ceiling)

자연광의 유입을 원활하게 유도하기 위해 천장에 경사를 두어 설치함으로써 조명에너지 사용량을 줄일 수 있다. 일본 지구환 경전략연구기관(IGES) 연구소 건물의 경우 최상층 천장에 경사를 두어 자연채광의 유입을 최대화 시키고 있다.

⑤ 자연채광등(Solar Spot)

자연광을 실내로 유입하기 위한 장치로서 지붕 또는 옥상에 자연채광등을 설치하여 무창공간이나 중복도 등에 유입시켜 조명장치를 대신할 수 있다. 이는 최상층에만 설치가 가능하나 광덕트와 결합하여 사용할 경우 2-3개층 하부까지 자연광의 전달이 가능하다. 자연채광등은 지붕이나 최상층 슬라브를 관통하므로 방수에 유의하여 설치해야 한다.

자연채광등 설치  (Building Energy Research Center,  중국)

⑥ 반사경(Solar Reflector)

자연광이 유입되지 않거나 조도가 낮은 부분에 반사경을 사용으로 자연채광 효과를 국부적으로 높일 수 있다. 일본 지구환경전략연구기관(IGES) 연구소 건물의 경우 천창 (top light)에 반사경을 설치하여 복도부분에 조도를 상승시키는 효과를 얻고 있다. 특히 반사경은 천장고가 높아 조명장치를 설치하기 곤란하거나 유지관리가 어려운 위치에 조도를 상승시키기에 효과적인 방법이라 할 수 있다.

Gengyme Center  아트리움                 반사경  (Gengyme Center,  미국 )

2. 차양장치(Sun Breaker)

태양으로부터 지구에 전달되는 복사에너지는 겨울철에는 난방부하를 줄여주지만 여름철에는 냉방부하를 증가시키므로 이를 적절히 조절하여야 냉난방에너지를 절약할 수있다.

우리나라는북위 33도에서 43도로 북반구의 중위도에 위치하기 때문에 여름철에는 태양의 고도가 높고, 겨울철은 태양의 고도가 낮아진다. 따라서 적절한 차양의 설치로 건물에 유입되는 일사량을 계절에 따라 조절할 수 있다.

① 브리즈솔레이유(Brise-Soleil)

건축적으로 디자인된 일사량을 조절하는 차양장치를 르꼬르뷔제는 브리즈 솔레이유(Brise-Soleil)라 명명하였다.1956년르꼬르뷔제가 설계한 인도의 샹디갈(Chandigarh) 최고재판소 및 의회건물에 적용된 브리즈 솔레이유는 하절기 폭염과 폭우를 피하기위해 디자인 되었다.

② 루버(Louver)

루버는 일정한 간격을 두어 설치하는 차양장치로서 수직루버와 수평루버가 있다. 태양의 고도가 높은 남측면에 수평루버가 적합하며 태양의 고도가 낮은 동측면과 서측면은 수직 루버의 사용이 일사차폐에 있어 효과적이다.

루버의 적정길이 산정                                      루버 설치 사례

3. 자연환기(Natural Ventilation)

바람이라는 자연요소를 활용하여 발전을 하기도 하지만 건축물에 발전기를 부탁하여 전기를 생산하는 것은 소음, 진동, 그리고 시각적 공해 등 여러 가지 부작용이 있을 수 있다. 따라서 바람을 활용한 자연환기가 원활하도록 하여 냉방부하를 줄임으로써 냉방에 필요한 에너지를 절약하는 것이 친환경 건축의 구현에 있어 우선적으로 고려해야할 사항이다.

하절기 자연환기                               동절기 자연환기

① 환기굴뚝(Air chimney)

실내공기의 배출을 위해 환기굴뚝을 설치하고 굴뚝효과(Stack effect)에 의해 자연환기가 이루어지도록 한다. 영국건물의 경우 바람이 없는 날 오염된 실내공기의 원활한 배출을 위해 굴뚝 내부에 팬을 설치하여 강제배출을 하기도 한다.

환기굴뚝  (BRE,  영국 )                                 환기굴뚝  ( 기타큐슈 시립대학 ,  일본 )

② 에코샤프트(Eco-shaft, Eco-duct)

건물의 매스계획에 있어서부터 자연환기와 자연채광을 원활하게 하기 위해 바람이 통과하는 길인 에코샤프트나 에코덕트 등을 계획한다. 일본의 Kinden사옥의 경우 2개소의 에코샤프트를 계획하고 실내에 더워진 공기가 에코샤프트를 통해 상승하면 기류감지센서가 이를 감지하여 상부에 설치된 창문을 개방하여 더운 공기를 외부로 배출하도록 계획하였다. 또한 옥상에 역풍방지패널을 설치하여 외부공기가 역류하여 실내로 유입되지 않도록 하였다.

에코샤프트 단면  (Kinden 사옥 ,  일본)           에코샤프트 평면  (Kinden 사옥 ,  일본 )

③ 윈드카울(Wind Cowl)

윈드카울은 바람의 힘을 이용한 자연환기 시스템으로 실내공기의 배출구 풍향에 따라 회전 하도록 하여 풍향과 무관하게 환기가 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 장치이다.

윈드카울  (BedZed,  영국 ) 

전지구적으로 자원의 고갈 시대가 봉착되었으므로 그것을 대체할 자연 친화적인 또는 자연에서 얻을 수 있는 에너지를 사용해야 하고 연구를 더 해야 한다고 생각합니다. 또한 현재 시대에는 환경오염이 지속되고 있으므로 친환경 건축물들은 더욱더 필요하다고 생각이 든다.

[교양사회과학/친환경이야기] - [친환경변화] 패시브 하우스 1부