패시브하우스의 등장 배경
패시브하우스?!
기후변화위기에 대처하기 위한 대안으로써 건축 분야의 움직임으로 나온 결과 중 하나
역사적으로 그 어느때 보다 숨가쁘게 발전해 가는 현대문명이 직면한 가장 큰 위기는 무엇일까? 그것은 바로 '지구'라고 하는 인류가 터잡아 살아가는 장소의 기후가 너무나 급격하게 변화하고 있다는 것이다. 이른바 '기후변화위기'이다. 날로 발전하는 기술의 이면에 온실가스 배출로 인한 전세계 기후변화는 해수면 상승, 생태계 붕괴와 더불어 물부족, 식량부족에 이르기까지 우리 인류 문명을 송두리째 위협하고 있는 것이 작금의 현실이다. 늦은감이 있지만, 위기감을 느낀 선진국을 필두로 여러가지 대안을 찾아가는 중이다. 패시브하우스도 이러한 기후변화위기에 대처하기 위한 대안으로써 건축 분야의 움직임으로 나온 결과 중 하나이다.
이미 오스트리아와 독일 같은 중부유럽 국가에서는 패시브하우스(Passive House)라는 건축물이 널리 퍼져 가고 있다. 패시브하우스의 본고장이라고 할 수 있는 독일에서는 약 20,000채의 패시브하우스 기준을 충족시키는 주택이 보급되었고, 학교, 유치원, 아파트, 병원 등 다양한 건축물로 확산하는 중이다. 오스트리아에서는 인구 100만 명당 패시브하우스의 수가 1,000채가 넘으며, 2020년부터는 개인용 단독주택도 에너지 절약형으로 건축하는 것이 의무화되었다. 이들 국가의 뒤를 이어서 세 번째 자리를 차지한 국가는 같은 중부유럽 국가인 스위스이다. 패시브하우스 컨셉트는 거의 모든 용도의 건축물에 적용되고 있는데, 주거용의 단독주택뿐만 아니라 연립주택, 공동주택, 상업용 건물과 공장 건물까지도 패시브하우스 컨셉트에 따라 건축되었다.
친환경 건축의 대표 모델 패시브하우스(Passive House)의 정의
실내에서 순환하는 공기를 계속 재사용하지 않고 외부에서 집안으로 공급되는 공기에 대해 야간의 난방을 해줌으로써 실내 쾌적성을 성취할 수 있는 건축물
패시브하우스는 주거용 건물이나 비주거용 건물에 상관없이 에너지 수요가 대단히 적은 건축물을 말한다. 패시브하우스의 성립조건 중에서 가장 기본이 되는 기준은 난방과 냉방을 위한 최대 부하가 10W/㎡를 넘지 않아야 한다는 것이다.
이 기준은 패시브하우스를 처음으로 연구하고 발전시킨 연구자나 건축가들이 단순희 에너지 소비를 낮추기 위해서 자의적으로 정한 것이 아니라, 쾌적한 실내 공기온도를 실현하기 위하여 소비해야만 하는 최소의 에너지값을 찾는 가운데 도출된 것이다.
쾌적한 실내를 만들기 위해서는 두 가지 조건이 충족되어야 한다. 하나는 실내온도가 그 안에 있는 사람에게 쾌적감을 줄 수 있도록 적당하게 높아야 한다는 것이고, 다른 하나는 실내 공기가 신선해야 한다는 것이다. 이를 충족하기 위해서는 신선하면서도 적당하게 따뜻한 공기가 항상 실내로 유입되어야 한다. 대부분의 건물에서는 실내를 따뜻하게 만들기 위해서 라디에이터나 온돌 같은 커다란 난방설비를 설치한다. 이들 난방설비는 실내로 지속적으로 유입되는 신선한 공기가 아니라 실내에서 돌아다니는 공기를 데워 준다. 만일 신선한 공기를 실내로 계속 받아들이면서 따뜻한 실내를 유지하려 한다면 난방설비의 규모는 대단히 커져야만 한다.
이러한 건축물과 달리 패시브하우스는 육중한 라디에이터 같은 액티브한 난방설비를 설치하지 않고도 위의 조건, 즉 실내 공기가 신선하면서 따뜻한 상태를 만들어 내는 건축물인데, 바로 여기서 패시브하우스의 정확한 정의가 도출된다. 액티브한 냉난방설비를 설치하지 않고도 위의 조건을 충족시키려면 실내로 지속적으로 유입되는 신선한 공기를 조금 데워 주거나 식혀 준 다음 이것을 건물 안에서 퍼져 나가게 하면 된다. 집안으로 유입되는 공기를 약간 데워 줌으로써 쾌적한 실내를 만들어 내는 것이다. 그러므로 패스브하우스는 '실내에서 순환하는 공기를 계속 재사용하지 않고 외부에서 집안으로 공급되는 공기에 대해 야간의 난방을 해줌으로써 실내 쾌적성을 성취할 수 있는 건축물'로 정의된다.
중부유럽에서는 단위면적 제곱미터당 난방 에너지 소비가 15kWh 이하이고, 일차에너지 소비가 120kWh(103,200Kcal/㎡) 이하인 건물을 패시브하우스로 정의한다. 이 값은 지역에따라 조금씩 달라질 수 있다. 중부유럽보다 겨울철 평균기온이 낮은 스칸디나비아 지역에서는 이 값은 더 올라갈 것이다. 한국의 경우에도 겨울철의 난방 에너지뿐만 아니라 여름철 냉방 에너지까지 고려하면 냉난방 에너지와 일차에너지 소비가 중부유럽의 경우보다 더 커질 가능성이 높다. 그러나 패시브하우스의 정의로부터 도출된 난방부하가 최대 10W/㎡ 이하여야 한다는 기준은 지켜지는 것이 중요하다.
모든 건물은 그것이 어떤 용도로 사용하는가에 관계없이 패시브하우스의 기준에 맞도록 건축될 수 있다. 난방부하를 최소로 유지할 수 있도록 단열, 기밀성, 열회수 환기 시스템에 세심한 주의를 기울이고 열교(heat bridge)를 최소화해서 외부로 빠져나가는 열을 가능한 한 줄이면 어떤 건물이라도 패스비하우스 형태로 실현할 수 있는 것이다. 이미 주거용 건물은 물론이고 사무용, 상업용, 공장 건물의 경우에도 패시브하우스의 기준에 맞는 건물이 선을 보였다.
패시브하우스의 보급 과정
리모델링을 통해서 실현되는 패시브하우스형 건축물까지 포함하면 패시브하우스는 앞으로 더 빠르게 증가할 것
패시브하우스의 패시브하우스가 처음 등장했을 때부터 사람들의 관심을 끌고 빠르게 확한되었던 것은 아니었다. 1991년, 독일 다름슈타트에 최초의 패시브하우스가 완공되었을 때, 건축가들은 난방 에너지 소비가 보통 건축물의 10분의 1밖에 안 되는 그런 건축물이 어떻게 가능하겠느냐고 부정적인 반응을 나타냈다. 이 건물이 완공된 후 2년 동안 실제 난방 에너지와 일차에너지 소비를 모니터링한 결과, 에너지 소비가 원래 예상했던 바와 같이 보통 건물의 10% 이하(㎡당, 12kWh, 즉 석유 1.2리터)로 나왔을 때에도 건축전문가들은 대부분 그것은 일회성의 수치이며, 실용성에 의문을 가지며, 다른 용도의 건축물에 적용하는 것도 불가능하다는 회의적인 의견을 내놓았다.
이러한 회의적인 평가와 건축비가 많이 든다는 것 때문에, 그 후 수년 간 중부유럽에서 패시브하우스의 보급은 그다지 활발하지 않았다. 8년이 지난 1999년까지 독일에 세워진 패시브하우스형 주택의 수는 모두 100개 정도에 지나지 않았던 것이다. 그러나 그 후 빠른 속도로 확산되어 2000년에는 400개를 넘어섰고, 2005년에 4,000개, 2006년에 6,000개에 도달했던 것이다.
[중부유럽 패시브하우스 적용률 특징]
| 독일 | 신축 건물 중 약 20~25% 이상이 패시브하우스 또는 유사 기준 적용 | 세계 최초의 패시브하우스 국가, 정부 지원 활발 |
| 오스트리아 | 신축 공공건물의 50% 이상이 패시브 기준 적용 | 빈(Wien) 시는 2020년부터 모든 공공건물에 패시브기준 의무화 |
| 스위스 | 전체 주거건축의 약 15% 이상이 패시브 또는 미니에너지(Minergie-P) 기준 적용 | 고산지대 단열 요구가 높아 민간 참여도 큼 |
| 벨기에·룩셈부르크 | 일부 지역은 **제로에너지 건축(패시브 포함)**을 법제화함 | 루벤 등 도시 중심으로 보급 |
중부유럽에서 이와 같이 빠른 속도로 패시브하우사가 퍼져 나가는 이유로는 몇 가지를 들 수 있다. 첫째, 이 지역 국민들의 기후변화 위기와 에너지 위기에 대한 인식이 매우 높다는 것이다. 둘째, 정부에서 이러한 국민들의 관심과 요구에 부응한다는 것이다. 셋째, 기업체에서도 환경문제의 해결에 많은 관심을 보이고 있고, 이들 기업체에서 지속적으로 생태적으로 살아가려는 시민들의 요구에 맞추어서 혁신적인 제품을 내놓는다는 것이다.
패시브하우스는 보통 건물에 비해서 에너지를 대단히 적게 소비하기 때문에 그 만큼 온실가스를 적게 방출한다. 이것은 기후변화를 저지하는 데, 그리고 대기오염을 줄이는 데 패시브하우스가 큰 기여를 할 수 있음을 의미한다. 독일이나 스위스, 오스트리아 국민들의 기후변화에 대한 관심은 다른 국가 국민들에 비해서 매우 높은 편이다. 이러한 관심의 결과로 독일에서는 원자력발전을 없애면서도 2050년 온실가스 배출량은 1990년의 20% 수준으로 줄임으로써 기후변화를 막는다는 시나리오를 세우고 그 달성을 위해 노력하고 있다. 시나리오의 핵심내용은 2050년까지 에너지 소비는 절반으로 줄이고 재생가능 에너지는 줄어든 에너지 소비의 50%를 차지하도록 늘린다는 것이다.
이미 몇 개의 원자력발전소는 폐쇄되었고, 온실가스를 내뿜지 않는 재생가능 에너지는 대단히 활발하게 퍼져 나가고 있다. 2008년 중엽 독일의 전기생산에서 재생가능 에너지가 차지하는 비중은 거의 15%에 했으며, 2020년에는 총 전력 소비량의 45.3%를 차지했다. 2006년 말에는 약 10% 정도였다. 에너지 소비 자체도 줄어들고 있다. 많은 시민이 기후변화를 막기 위한 행동에 나서고 있는 것인데, 이들은 자기 집 지붕에 아주 많은 태양광 발전기와 태양열 집열장치를 설치하여 재생가능 에너지를 확대하고 기후변화를 저지하는 데 동창하고 있다. 이러한 시민들이 패시브하우스 컨셉트에 매료되지 않을 수 없는 것이다.
정부에서는 시민들의 기후변화와 재생가능 에너지에 대한 관심을 독려하고, 관련 산업 부문의 부흥을 위해 좋은 정책들을 내놓고 있다. 대표적인 것이 재상가능 에너지를 널리 확산하기 위해 2000년부터 재생가능 에너지로 생산한 전기를 전력판매회사들이 원가 이상으로 반드시 구매하도록 강제한 '재생가능 에너지법(EEG)'이다. 이 법에 따라 태양광발전, 풍력발전, 수력발전, 바이오발전, 지열 등 온실가스를 내놓지 않는 에너지 이용 발전시설들이 널리 퍼져 가고 새로운 기술들도 지속적으로 등장하고 있다.
또 한편으로는 에너지 소비 자체를 줄이기 위해 2001년에 건물 에너지 규정을 강화하여 신축건물의 경우 ㎡당 연간 난방 에너지 소비량이 70kWh를 넘어서는 안 된다는 규정(EnEV)을 도입하였다. 보통 건물의 에너지 소비량이 ㎡당 연간 200kWh에 달한다는 점을 고려하면 대단히 강화된 규정이다. 건물의 난방온수용 에너지 소비가 전체 에너지 소비의 25% 가량을 차지하기 때문에, 이러한 조처는 에너지 소비를 줄이는 데 크게 기여할 수 있다. 독일 정부에서는 정부 산하의 재건은행을 통해서 패시브하우스를 건축하려는 건축주에게 약 5만 유로의 건축비를 장기 저리(약 3%)로 융자해 주고 있다.
산업 부문에서도 재생가능 에너지와 에너지 소비 감소를 위한 정부와 시민의 노력에 부응하여 지속적으로 혁신적인 제품을 내놓고 있다. 표준제품이 생산되고 대량산이 이루어졌으며, 이로 인해 제품의 가격도 크게 낮추어졌다. 물론 그 결과로 건축비도 줄어들었다. 1991년에 건설된 독일 최초의 패시브하우스를 실현하기 위해 건축가는 대부분의 필요 제품을 수공업적인 방식으로 제작하도록 했다. 제작비가 대단히 많이 든 것은 말할 것도 없고, 건축비도 현재의 패시브하우스 건축비와 비교할 때 당연히 많이 들어갔다. 당시에는 주택당 약 5만 유로의 초과건축비가 들어갔다. 그러나 2001년에는 초과건축비가 주택당 그때의 10분의 1이하로 줄어들었다.
독일과 오스트리아에서 패시브하우스는 지난 몇 년과 마찬가지로 앞으로도 급격한 증가추세를 유지할 것으로 보인다. 에너지 가격은 계속해서 올라갈 것으로 보이는데, 이는 패시브하우스 건축방식에 경제적으로 더 유리하게 작용할 것이고, 더 많은 사람이 경제적인 이유에서도 패시브하우스를 선호하게 될 것이다. 건축비도 현재 기존의 건축방식보다 약 8% 정도밖에 더 들어가지 않지만 앞으로는 더 떨어질 것으로 예상된다.
중부유럽에서는 한국과 달리 건물을 지으면 수십 년 후에도 헐지 않고 오래 사용하기 때문에 신축되는 건물이 한국에 비해 상대적으로 많지 않다. 이들 국가에서는 신축보다는 오래된 건물을 재단장하는 리모델링의 경우가 더 많다고 할 수 있다. 패시브하우스 기준은 이러한 리모델링에도 적용되는데, 점점 더 많은 건물의 리모델링에 패시브하우스 건축방식이 적용되고 있다. 패죠적인 사례는 독일의 BASF 사원주택의 리모델링이다. 이 주택은 공동주택으로 1950년대에 완공된 것인데, BASF에서는 패시브하우스 기준을 적용하여 리모델링을 시도했고, 그 결과 난방 에너지 소비를 연간 약 200kWh/㎡에서 약 30kWh/㎡ 이하로 줄일 수 있었다. BASF에서는 이러한 주택에 3리터하우스라는 이름을 붙이고, 그 보급에 나서고 있따. 이렇게 리모델링을 통해서 실현되는 패시브하우스형 건축물까지 포함하면 패시브하우스는 앞으로 더 빠르게 증가할 것으로 보인다.
패시브하우스의 핵심 설계 요소 5가지
1. 고성능 단열 (Thermal Insulation)
●건물 외피에 고단열재를 두껍게 적용
● 외벽, 지붕, 바닥에서 열 손실 최소화
● 에너지 손실을 줄이면서도 겨울엔 따뜻하고 여름엔 시원함을 유지
2. 기밀성 (Airtightness)
● 외벽과 창문, 문틈을 빈틈없이 마감
● 공기 누출이 거의 없어 에너지 낭비를 방지
● 기밀성 테스트(blower door test)로 성능을 검증
3. 고성능 창호 (Triple-glazed Windows)
● 3중 유리 또는 이중 Low-E 유리창 사용
● 내부 열 손실을 줄이고, 외부 소음도 차단
● 창의 방향을 고려해 태양광을 최대한 활용하도록 설계
4. 열회수형 환기 시스템 (HRV/ERV)
● 내부 공기를 외부 공기로 교체할 때, 열을 회수해서 실내 온도 유지
● 쾌적한 공기질을 유지하면서도 난방·냉방 에너지 낭비 없음
● 계절에 따라 자동 조절되는 시스템도 있음
5. 수동적 태양열 이용 (Passive Solar Gain)
● 창문과 건물 방향을 태양의 위치에 맞춰 설계
● 겨울엔 햇볕을 최대한 유입
● 여름엔 차양을 통해 차단
● 자연광 활용으로 조명 에너지까지 절약
추가로 고려할 수 있는 요소들
● 열교 차단 (Thermal Bridge-Free Design)
● 구조물 내 열이 새는 경로를 없애 단열 성능 극대화
● 건물의 형태와 배치 최적화
● 직사각형에 가까운 형태가 열 손실을 줄이기 좋음
위 다섯 가지 요소는 따로 작동하는 게 아니라, 서로 유기적으로 연결되어야 진정한 패시브하우스가 완성될 수 있다.
지금까지 패시브하우스의 정의와 어떻게 발전되고 보급되고 있는가에 대한 내용에 대해 알아봤다. 패시브하우스는 인류가 직면한 기후변화위기에 대한 대응의 한 방법으로로 누군가의 고심과 노력으로 탄생하게 되었고, 에너지를 획기적으로 절감할 수 있는 것은 물론 쾌적한 실내환경이라는 장점에도 불구하고, 초기 건축비용이나 실용성 등에 대한 전문가들의 회의적인 반응에 허무하게 사장되어질 뻔한 순간도 있었다. 하지만 유럽의 여러 나라의 국민들과 정부는 결국 기후변화위기를 남이 아닌 우리 자신들의 위기로 심각하게 받아들였고, 건축물을 짓고 이용하는 사람들의 마음에 받아들여진 것과 더불어 정책적으로 함께 뒷받침 되면서 허무하게 사라지지 않고, 점점 발전 보급되어가고 있다. 다행히 우리나라에서도 에너지 절약과 신재생 에너지에 대한 관심이 계속해서 늘어나고 있다. 실제 새롭게 지어지는 아파트와 공공건축물 등에 적용되어지는 사례가 점점 늘어나고 있고, 정책적으로도 뒷받침되어 가고 있는 것으로 보인다. 하지만 보다 더 많은 확산을 위해서는 위 유럽의 사례에서도 보았지만, 결국 그것을 이용하는 사람들에게 당면한 현재의 위기를 극복하는 수단으로 받아들여질 수 있을 때, 그리고 보다 큰 정책적 노력이 뒷받침 될 때, 더욱 발전 보급될 수 있는 것이라는 것을 간과해서는 안 될 것이다.
[내용/이미지 출처 : 다님길공인중개사사무소]
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