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패시브 하우스의 역사
최초의 패시브 하우스의 아이디어는 1988년 Prof.bo Adamson (Lund 대학, 스웨덴) 그리고 지금의 패시브하우스 연구소의 소장인 Dr. Wolfgang Feist에 의해서 그 모체가 되며 준비와 계획은 이후 독일 헤센주의 경제부의 지원하에 1991년 Prof. Bott/Ridder/Westermeyer 의 설계로 독일의 Darmstadt북쪽의 Kranichstein에 완공되어 졌으며 그 이후 Wuestenrot-Stiftung 와 헤센(Hessen)주 환경처의 지원아래 다방면의 검사와 측정이 이루어 졌다. 92년 부터 99년 까지 측정되어진 에너지 소비량은 아래의 그림과 같다. 순수 난방을 위한 가스의 소비는 평균 12 kWh/(m2a)로 기존의 지어진 건물의 평균보다 약 20분의 1 의 소비량을 보여주고 있으며 전체 에너지 소비량은 여기에는 난방, 온수, 환기 그리고 가정의 전기사용이 포함되는데 그 소모량은 8년간의 측정결과 33 kWh/(m2a)에 달한다. 이 측정치는 계획단계에 목표로 삼고 계산된 것보다 약 3 kWh/(m2a)를 초과한다.(출처:Passivhaus Institut  ) 이를 통하여 패시브 하우스의 실현 가능성과 그리고 계획시 계산된 에너지 소비량과 그리고 몇년간의 에너지 측정값이 그리 많은 오차를 보이지 않음로 현실적으로 가능하다는 것을 보여주는 증거라고 볼수가 있다. 이 최초의 패시브 하우스에서 1994년 또하나의 실험이 이루어 졌는데 4가구중 한가구에 난방장치가 없어도 그 기능면이나 거주환경에 지장이 없느냐는 것이었다. 그래서 4번째 가구앞에 있는 전면유리에 소위 알루미늄을 씌운 모터로 움직이는 폴리우레탄 판넬을 시공하였고 그 역활은 해가 진 저녁에 전면유리창 앞으로 움직이게 해서 유리를 통한 열손실을 최대한 막자는 것이었다. 이를 통하여 창틀이나 창문을 통하여 이루어지는 밤의 열손실은 최소화 되었으며 결과적으로 1994년 가을 난반장치로가는 모든 배관을 잠갔고 그 결과는 94년 그리고 95년초의 실내온도를 측정한 표를 보면 확실해 진다.(출처:Passivhaus Institut  )
중심유럽의 기후에서는 이 실험을 통하여 난방장치가 없어도 된다는 것이 증명되어진 것이다. 그러나 이것은 기술적으로 가능하다는 얘기이지 모든 건축주들이 이를 원하는 것은 아니다. 특히 나이든 세대나 가정주부들은 에너지 절감도 좋지만 어디 기댈수있는 따뜻함을 이곳 독일에서도 원하기 때문이다. 더우기 한국은 바닥난방이 주를 이루기에 이 기술을 1대1로 응용하기에는 문제가 있으며 그 해결책은 주거공간내에 에너지 소비를 최소한하는 벽난로가 예를 들자면 이 필요한 부분을 대체하는 역활을 할수도 있을 것이다. 물론 이를 위해서는 세심한 계획이 필요한것은 당연한 것이다. 왜냐하면 내부의 열이 많이 손실될수 있는 취약부분이기 때문이다. 실질적으로 오스트리아에서는 긴급상황 대비의 방책으로 이 벽난로와 비슷한 시설의 설치가 자연재해를 생각해서 의무적이기에 에너지 절감을 목표로하는 패시브 하우스의 시스템으로는 사실적으로 많은 어려움이 있다. 바닥난방을 주로하는 우리나라의 경우는 특히 외벽의 단열성능외에 성능이 좋은 삼중유리의 창호가 절대적이라 볼수가 있다. 이는 실내온도와 창문의 표면온도차이가 3도를 넘게 되면 찬공기층이 형성이 되며 이는 실내환경에 복사열의 상호교환의 부족으로 인한 부정적인 영향을 미치기 때문이다. 즉 실내온도를 더 높여야만 실내에 있는 거주자가 쾌적함을 느낄수가 있는 것이다. 우리나라 실내온도가 높은 이유가 바로 여기에 있다. 다른 얘기이지만 바닥난방은 외벽에 설치된 붙박이장이나 큰 가구의 경우에는 다른 난방방식에 비해 그 효과가 떨어진다.
창문이건 외벽을 통해 이루어지는 특별히 밤의 열손실은 자동차의 유리와 비교하면 쉽게 이해가 되는데 겨울밤에 구름이 많을때와 구름이 없을때를 비교하면 건물이건 모든 사물은 복사광을 방출하는데 이 복사는 구름이 있을경우는 반사되어서 다시 되돌아 오지만 구름이 없고 공기가 건조 할때 맑은 밤에는 대부분의 복사광이 (longwave radiation) 우주공간으로 여과없이 빠져나간다(그림1참조). 특히 문제가 되는 부분은 평지붕이나 자동차로 비교하면 전면유리 그리고 후미유리가 이에 해당한다. 측면유리는 하늘과의 각도가 거의 수직관계이고 그리고 주면의 사물로 부터 복사광을 얻지만 평지붕과 앞뒤의 자동차 유리는 그 양이 상대적으로 적기에 이곳 독일에서는 아침에 차량의 유리창에 서리가 내려있거나 측면유리보다 더 심각하게 얼어 있음을 볼수가 있다. 그래서 지붕이 있는곳에 주차된 차량은 유리에 얼음이 끼는 경우가 극히 드문 것이다.. 더불어 버스 승강장의 유리를 겨울 아침에 보면 얼음이 얼어있는 경우가 종종 있는데 이것은 어떻게 설명이 가능한가. 즉 외부의 차가운 공기가 더 차가운 물체와 접촉을 하면서 결로가 생기면서 얼음으로 된것인데 이 얘기는 외부공기의 온도보다 사물의 표면온도가 더 낮을수 있다는 얘기이다. 즉 복사광의 반사 부족과 흡수의 불균형으로 인한 온도의 하강이 그 원인이 된다고 볼수가 있다. 그래서 건축물리적으로 평지붕에 더 많은 단열을하는 이유가 여기에 있는 것이다. 얻는것 보다 뺏기는 경우가 많기 때문이고 또 돌출된 부분의 아래쪽에 더 많은 단열을 하는것도 같은 이치이다. 결과적으로 바닥이 온도가 더 내려가기에 이 부분에 더 많은 단열을 하는 것이다. 가장 좋은 공간 내부의 환경은 아래는 따뜻하고 머리부분은 상대적으로 온도가 낮은것이 좋다고 흔히 얘기한다.
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(그림 1)
최초의 패시브하우스에서도 다른 부분보다 (외벽평균 0,15 W/m2a) 이 삼중창문이 열관류율이(보통 0,7 W/m2a) 가장 높기에 가장 취약한 부분에 새로운 시도를 한것이다.
패시브하우스의 정의
„패시브하우스란 주거공간에 필요한 공기량을 단지 신선한 외부의 공기만을 데우거나 식힘으로 실내 열적 쾌감을 만족시킬수가 있는 건물을 말한다. 이정의는 단지 기능적인 표현이며 어떠한 절대적 수치를 포함하지 않으며 어떤 기후에도 적용되어진다. 패시브하우스 용어의 선택은 임의적으로 지어진것이 아니라 건물의 계획과 사용에 있어서 최대한 간접적인 수단으로 열적 쾌적함이 이루너 질수 있도록 노력하는 것이며 직접적인 수단은 최소화 시키는데서 이루어진 것이다. 직접적인 수단은 단지 꼭 필요한것과 필요한곳에 한정 촤소화 시키는 것이 궁극적인 목적이다.“
(출처:Passivhaus Institut )
패시브하우스의 국내적용 가능성
앞으로 더 구체적인 방안에 대해 언급을 하겠지만 패시브하우스의 한국적용은 여름철의 냉방을 위한 부가적인 설비에도 불구하고 한국에는 긍정적으로 볼수가 있다. 단편적인 예로는 이들과는 다른 요리습관이다. 즉 겨울철 패시브하우스 실내의 건조한 공기가 폐열뿐 아니라 습기까지 전달하는 공기 조화기의 설치 없이도 실내에 긍정적인 요소로 작용 할수가 있다고 본다. 패시브하우스가 많은 장점을 가지고 있는것도 사실이지만 그에 반해 간과해서는 안되는 단점 또한 있다. 이 단점에는 기술적인 것보다는 문화적인 요소에서 오는 생활방식의 차이가 가장 중요한 역활 를 한다고 개인적으로는 본다. 이 문제를 어떻게 해결하고 한국실정에 맞게 재구성 하는냐에 따라 한국에서의 패시브하우스의 보급에 그 성패가 있다고 본다.
계획단계에서 계획자는 앞으로의 설비기술의 발전과 삶의 변화를 고려해서 전체의 시스템을 개발해야지 지금당장의 문제만을 해결하기 위해 취해지는 일거의 직, 간접의 해결방안은 미래지향적이 아니며 에너지 절감면에서 비효과적이며 무엇보다도 건축물의 LCA와 경제성을 비교하는 적극적인 자세가 필요하다. 에너지 절감을 위해 다른 건물보다 더 투자되어진것이 언제 몇년후에 건축주에가 플루스가 되느냐가 질문되어져야 되며 국가 경제에는 어떤 역활을 하는지도 마찬가지이다. 기존 건물보다 벌써 두배의 시공비가 든다면 이는 경제성의 원칙에 어긋나며 이를 국가에서 권장해서도 않되는 것이다. 향후 에너지절감을 위해 일어날수 있는 단열재 회사와 설비회사들의 로비활동도 경제성 원칙에 입각해 깊이 주시해야된다. 최초의 패시브 하우스의 경우는 전체 보통의 건물보다 20%의 더 많은 시공비가 들어갔으며 그 투자비의 반은 헤센주의 경제부가 지원했다. 이 당시만 하더라도 3중창이 일반생산이 되어지지 않았으므로 지금은 상대적으로 그 계획의 노하우와 다양한 설비기술로 기존의 일반적인 건물의 시공비와 그리 큰차이가 없다. 더불어 패스브하우스로 건축하는 경우는 더 싼이자로 돈을 빌릴수가 있으며 세금면이나 여러가지로 혜택이 많다. 가난한 건축주에게 이것이 좋으니 투자를 하라고만 권유 혹은 강요할수는 없다. 에너지 절감이 지금 건축가가 가지고 있는 큰 과제이지만 다른 제반여건도 여기에 같이 움직여야 하는 것이다. 에너지 절감형 주택을 지으면 10% 더 지을수 있다고 국가에서 말한다면 그것은 돈이 있는자를 위한 것이지 자본이 약한 건축주를 위한 대책이 아니다. 건축주는 100 m2 필요하지 110 m2 이 필요한게 아니기 때문이다. 국가에서든 자치단체에서든 세금이나 아니면 더 많은 초기투자를 위해 거기에 해당하는 싼 이자라든가 현실적인 것을 제공해야하는것이 더 효과적일 것이다. 더불어 기존의 건물을 패시브하우스 수준으로 끌어올리는 홍보나 연구 사업이 병행되어져야 한다. (특허화 하는 오류는 범하지 말고) 기존 건물도 충분히 가능하기 때문이다 (sustainable development). 무조건 부수고 새로 짓는 것은 에너지 절감하고는 거리가 멀기 때문이다. 그렇다고 보존가치가 없는것을 고집하는것은 물론 더 문제가 있다. 더불어 지금은 조금은 다른상황 이지만 부동산 가격의 상승요인도 기존건물을 유지하는것을 방해하는 요소이기도 하다.
패시브하우스의 노하우가 단 몇달안에 혹은 몇년안에 이루어진다고 우리는 생각할수가 있다. 그리고 실제로 그렇게 생각하는 분들도 꽤 있다. 공식석상에서 우리가 보고 들은것은 단지 좋은 결과물에 불과하다. 실패하고 문제가 있었던 수 많은 계획들은 우리는 모른다. 그것을 알때 만이 우리가 진정한 노하우를 지니게 되는 것이다. 설비를 떠나 24cm가 보통 넘는것이 패시브하우스의 기본단열이다. 지붕의 경우는 40cm의 단열도 시공한다. 이 두께의 단열재가 재료에 따라 기후에 따라 우리에게 독이 된다는것 잊지 말아야 한다. 특히 습기와 외기의 온도가 높고 무엇보다도 냉방장치가 기본이 되어가는 우리나라에서는 심사숙고 없이 이를 옮기는 데에는 문제가 있다. 일반 겨울의 결로현상도 있지만 여름의 역 결로현상도 있음을 알아야 한다. 이것은 내단열을 주로하는 우리의 건축환경에서는 더 위험하다. 이곳의 패시브하우스 연구소 자체도 우리 기후에는 그리 익숙하지가 않으므로 부족한 상태의 데이타에 근거해 나온 결과는 기존의 경험치와 연결이 없으므로 충분히 연구를 해야할 것이다. 그래서 Dr. Feist도 그 지역에 합당한 시스템을 개발할 것을 추천한다. 우리는 더불어 지붕방수공사의 시스템폭이 다양하지 않기에 그에따른 열교도 고려해야하는 숙제가 있다. 특히 최근에 대전에 지어진 모회사의 연구소 건물의 옥상에 설치된 태양광 전지를 위한 구조물도 깔끔하게 해결되지 못한 옥상 열교라 볼수가 있다. 콘크리트는 열을 잘 전도하기 때문이다. 즉 재생에너지를 위한 투자도 좋지만 먼저 이 열교를 줄이는 것이 목표가 되어야 할 것이다.
한가지 예를 들자면 독일에서 두 번의 에너지 파동이후 손쉽게 취해진 수단이 창문을 교체하는 일이었다. 충분히 이해가 가는 얘기이지만 이 사업이 수많은 독일 가정에 독이 되어서 돌아왔다. 첫째는 환기의 습관을 바꾸지 못했기에 새로운 창문의 기밀성으로 실내의 습기가 기존의 창문처럼 틈새바람으로 밖으로 순환 되지가 못해서 결국은 벽의 곰팡이와 그리고 결로 현상을 야기했다. 이 틈새바람이 좋다는 말이 결코 아니다. 환기는 사용자의 필요대로 이루어 지지만 틈새바람은 사용자의 의도와는 상관없이 이루어 지기에 에너지 절감과는 거리가 멀다고 볼수가 있다.결로에서는 내부의 온도도 중요하지만 습기가 가장 큰 위험요소이기 때문이다. 리모델링이 되어진 경우도 마찬가지 이다. 기계환기가 아닌 오직 자연환기에 의존하는 건물의 경우는 실내의 습기를 제거하는 규칙적인 짧고 효과적인 환기가 절대적으로 필요하기 때문이다. 환기의 시간은 계절별로 물론 다르다. 우리나라의 공동주택의 서비스공간 즉 발코니와 연결된 방의 결로와 곰팡이 발생의 억제를 위해 취해지는 방법중의 하나가 열교의 제거없이 단지 성능좋은 창문을 설치하는 경우가 많은듯하다. 문제의 원인을 정확히 간파하지 못한 해결책으로 보인다.
또 다른 예를 들자면 독일에서는 Doppelfassade로 소개가 되어지고 twin-wall 로 영어로 표현한는데 이 시공방법이 한국에서나 중국에서나 미래지향적 에너지 절감적이라고 한다. 결론적으로 기존의 시스템은 다 실패했다고 봐도 좋다. 이 이중외피 구조를 계획시에 많은 시간과 컴퓨터 시뮬레이션이 병행되어진 것은 누구나 다 아는 얘기이다. 그리고 많은 공언과 선전이 있었고 미래를 바꿀 신 기술이라 했지만 이들은 자기들 기후에 많은 노하우가 있었음에도 불구하고 그 결과는 컴퓨터상의 결과와 실제와는 너무나 다른 수치를 보인다는 것이 필자가 언급하고 싶은 것이다. 서양은 자연친화에서 시작된 문화가 아니기에 건축기술이 발전했고 동양은 자연친화사상에서 시작된 문화이기에 정원기술이 많이 발전했다고 본다. 슈퍼 컴퓨터에 그리고 그동안의 쌓아온 노하우에도 불구하고 그 결과는 자연은 우리 편이 아니다. 즉 자연의 섭리라는 것이 슈퍼 컴퓨터도 계산을 못하는 것이다. 더불어 입력되어지는 데이터의 조건의 변수도 우리가 다 이해하지 못한것이 많다.때로는 우리가 얻고자하는 결과만을 얻기도 하는것이다. 그럼에도 불구하고 최근 중국 상하이에 지어진 Tobacco Building을 보면서 참으로 씁쓸한 마음이 들었다. 별차이가 없는 기존의 이중외피 구조이다. 몇년 후에 아니 당장 내년 여름이 지나고 어느정도의 냉방비를 소비했는지 자못 궁금하다. 절대 공개는 하지 않겠지만. 1996년에 독일의 Essen에 지어진 RWE Building도 처음의 소개와는 달리 실패했다. 특별히 고안된 공기 입출구가 생선의 입모양을 닮았다해서 화제였고 많이 언급되어지고 이슈가 되지만 지금은 아니다. 왜냐하면 공기는 순환이 되지만 신선한 찬공기의 유입이 아니라 외피에서 데워진 여름의 뜨거운 공기만이 유입되기 때문이다. 이건물에 설치된 냉방기의 규모는 2,1 MW이며 이것을 환산하면 85 에서 100 W/m2가 된다. 더불어 고급스러운 공간에는 또다른 냉방장치를 후에 추가설치를 했다. 얼마전 독일의 Spiegel지에서 Frankfurt의 고층건물의 관리자들의 비공개 모임과 실질적인 에너지 소비에 대한 얘기가 있었다. 계산되어진 것보다 더 많은 에너지가 소비된다는 것에 그들 모두가 동감한다는 얘기였다. 이것이 환경적이냐를 떠나서 잘못된 계산이 어떤결과를 야기하느냐를 말하려 하는 것이다. 이때 지어진 소위 친환경적이라는 고층건물들, 지금 그 결과에 대해서 아니면 앞으로의 개발에 대해서 들어본적이 있는가? 적어도 필자는 없다. 이중외피의 원리를 이용한 다른 방법이 모색되어져야 할것이다. 중국처럼 이미 한물간 실패작을 그대로 시공하지 말고 우리의 것을 표준화 하자는것이 나의 바램이자 주장이다.유행이 신기술은 아니며 유행이 미래 지향적인 것은 더욱 아니다.
하고자 하는 얘기는 단열도 좋고 에너지 절감도 좋지만 이런 선례에서 우리가 취해야할 것이 무엇인지 빨리 간파하는 것이다. 그것이 바로 노하우인것이다. 1대1의 적용은 실패의 지름길이고 국민홍보 없이는 절대 에너지 절감도 없다는것이 필자의 소견이다. 바라기는 한국에는 이런경우가 없기를 바란다. 더 좋지 못한것은 이 1대1적용을 하지 않고 필요한 것만 시공하는 것이다. 이는 더 위험한 것이다. 그런 사례가 유감이지만 신문지상에 요즘 많이 보도 되는것 같아 조금은 아쉬운 마움이 든다.
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