패시브하우스는 앞선 글에서 밝힌 바와 같이 에너지절감을 목적으로 개발된 건물이 아니다. 인간에게 최대한 쾌적한 주거환경을 제공해 주기 위한 연구의 결과로 완성된 것인데, 이를 하다 보니 저절로 에너지 절감이 보너스로 따라 왔다고 봐도 무방하다.

쾌적함이라 함은 대체적으로 열과 공기질을 말한다. 열적으로 쾌적해야 하고, 공기질적으로도 그러해야 한다. 이를 만족하기 위해서 결과적으로는 다음의 짧은 글로 쾌적한 건물을 정의할 수 있을 것이다.

"알맞은 온도의 신선한 공기가 하루 종일 들어오는 건물"

이를 정량적으로 설명하기 위해서는 "들어오는 온도"와 "들어오는 공기량"을 정의해야 한다.

패시브하우스에서는 열교환환기장치에서 들어오는 공기 온도의 온도를 약 17℃ 라고 정한다.

이는 두가지 의미를 지닌다.

첫번째는 쾌적 난방온도가 20℃ 인데, 이 온도보다 3℃ 이상 차이가 날 경우 쾌적범위에서 벗어난다고 보기 때문이다. (인간이 통상적으로 쉽게 감지할 수 있는 온도차이 이기도 하다.)

두번째는 열교환환기장치를 통해서 급기되는 최저 온도를 17℃ 로 설정한다는 뜻이다.

패시브하우스에서는 매시간 공급되야 하는 신선한 공기(외기)의 양을 약 30㎥/인 으로 보고 있다. 이는 이산화탄소농도를 기반으로 정해진 DIN1946-2 에 근거한다.

**우리나라의 1인당 공급공기량은 25㎥/인·h 이다. 일본의 기준을 따른 것인데, 이 값은 유럽표준과도 동일하다.

참고로 유럽표준의 환기기준은 다음과 같다.

즉, 독일의 환기기준은 유럽표준 EN 13779 에서 표준치와 최선치의 중간 정도되는 값이다.

독일에서 주거시설의 1인당 점유면적은 30㎡(전용면적기준)이다.

1인당 필요공기량이 "30㎥/인" 이고, 점유면적은 "30㎡/인" 이므로 1㎡ 당 필요공기량은 30/30 = 1㎥/㎡ 으로 계산된다.

즉, 단위면적당 들여와야 할 필요공기량이 1㎥ 라는 뜻이다. 천정고를 2.5m로 하면 약 0.4회/h 가 된다.

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이 공기(17℃)를 가지고 난방을 하기 위해서는 공기의 온도를 올려야 한다. 이 때 최대 가열할 수 있는 공기의 온도를 약 52℃로 보고 있다. 이는 공기의 온도가 52℃를 넘어가는 경우 공기중의 미세먼지가 열분해되기 때문이다. (전기난로를 켜면 탄내 비슷한 냄새가 나는 것과 같은 원리이다.)

이를 근거로 부하계산을 하면 다음과 같다.

공기의 열용량 :

Cp = 1,005 kJ/(kgK) = 0.279 Wh/(kgK)

공기의 밀도 :

Ρ = 1.204 kg/㎥

난방코일에서 최대 공기가열온도 :

Θ ≒ 52 ℃

열교환환기장치에서 공급되는 온도 :

Θ ≒ 17 ℃

가열에 필요한 온도차이 :

ΔΘ ≒ 52 ℃ - 17 ℃ = 35 K

Vp = 30㎥/인

1인당 점유면적 :

V = 30㎡/인

그러므로, 단위면적당 공기의 온도를 올리는데 필요한 최대 열량 (피크부하)는 다음과 같다.

P(난방)/㎡ = (Vp/V) · ΔΘ · Cp · Ρ = 1 x 35 x 0.279 x 1.204 = 11.757 W/㎡·h

이를 전체 주택에서 난방이 필요한 면적으로 보면 전체면적의 약 85%이므로

P(난방면적)/㎡ = 11.757 W/㎡·h x 0.85 = 9.9935 W/㎡·h ≒ 10 W/㎡·h

이 것이 패시브하우스에서 이야기하는 난방부하 10W/㎡·h 의 근거이다.

보통 머리를 말리는데 사용하는 드라이기가 내는 열량이 약 850 W/h 정도이므로, 약 30평 주택(100㎡)을 패시브하우스로 짓는 다면, 집 전체를 난방하는데 드라이기 한대로 난방이 가능하다는 이야기가 된다.

패시브하우스의 정의로 이야기되는 년간단위면적당 난방에너지요구량의 상한선인 15kWh/㎡a 가 나오게 된 배경이 이 난방부하이다.

즉, 패시브하우스는 난방설비없이 열교환환기장치를 통해 들어오는 공기를 조금 데우는 것 만으로 실내온도를 적정하게 유지할 수 있도록 고안되었다. 이 때 필요한 최대 열량을 계산해 보았더니, 바로 위에 적은 것과 같은 난방부하가 나왔고, 이 최대부하를 만족시키기 위해 건물을 설계한 것이다.

기존에 이미 독일에서 사용되고 있던 난방 최대부하계산법을 통해 10 W/㎡·h를 만족하는 집을 지은 것이 바로 Darmstadt Kranichstein 에 지어진 최초의 패시브하우스이다.

이 때 실내온도 성층범위(실 중간의 온도와 바닥의 온도차)가 2℃ 이내에 들도록 하고, 불쾌감을 느끼지 않게 하기 위한 실내 공기의 온도와 유리표면의 온도 차이가 최대 3.5℃ 이내에 들도록 하기 위해 창호의 열관류율이 0.85W/㎡·K로 정해지고, 곰팡이 생성온도에서 완전히 자유롭기 위한 벽체의 열관류율이 0.15W/㎡·K로 정해 졌으며, 이 열관류율 하에서 열교로 인해 부분적으로 열이 과다하게 손실되어 발생할 수 있는 문제를 방지하기 위해 선형열교의 제한치가 0.01W/m·K로 정해진 것이다.

물론 이 부분적인 제한치는 10W/㎡·h 라는 최대난방부하를 만족시키기는 성능치이기도 한다. (건물이 최대한 단순해 진다는 가정하에 중부유럽기후에서)

이 기준으로 1991년에 Professor Bott/ Ridder/ Westermeyer 에 의해 4세대 조합 (세대당 156m²)로 지어진 최초의 패시브하우스에 사람이 거주하면서 지속적으로 난방에너지를 측정해 보았더니, 평균적으로 년간단위면적당 9.2 kWh/㎡a 를 넘지 않았다는 것이다.

Darmstadt Kranichstein에 지어진 패시브하우스의 개별 성능은 다음과 같다.

구분	설명	시공사진	U-value W/(m²K)
지붕	잔디 지붕 : 방근방수 멤브레인, 50mm 無 포름 알데히드 칩 보드; 목구조, 석고 plasterboard 12.5 mm, 전체 지붕두께(445mm)를 미네랄 울 단열재로 채움.		0.1
외벽	발포폴리스티렌단열재 (EPS) : 275mm (150+ 125mm, 두 겹으로 설치), 구조 : 175mm 모래-석회 벽돌조		0.14
거실의 바닥	250mm 폴리스티렌 단열재, 콘크리트 160mm, 40mm의 폴리스티렌 층간소음방지재, 50mm 시멘트몰탈 바닥, 마감:목재 마루(8~15mm, 접착제: 無솔벤트)		0.13
창호	로이코팅삼중유리(Krypton가스 충진) 유리열관류율 : 0.7 W/(m²K). 폴리우레탄폼으로 보강한 목재창(수제)		0.7
열교환 환기장치	DC 팬모터를 장착하고, 겨울 평균 9°C 의 온도를 유지하는 지하층에 설치		효율 : 80%
기밀성	(n50-value) 50pa : 0.3회/h (2001년 10월에 재측정에서도 같은 성능을 유지함)

< 출처 : http://passipedia.passiv.de >

이를 근거로 1997년 부터 좀 더 경제적으로 목표를 달성하기 위해 기밀성과 창호/ 환기장치의 성능의 발란스를 맞추면서 기존 주거시설의 에너지계산법이었던 DIN 4108-6 의 알고리즘에 몇가지를 첨부하고 수정하여 만들어 낸 것이 PHPP(passive house plannig package) 이다. (물론 그 중간에 통합 에너지계산 알고리즘인 DIN v 18599 가 발표되기도 하였다.)

이와 함께 외벽성능, 창호성능, 기밀성능 등의 구체적 부분값이 확정되었다.

이 PHPP를 통해서 10W/㎡·h의 난방부하를 충족시키고, 각 부분(자재)의 성능목표를 만족하면, 중부유럽기후조건으로 년간난방에너지요구량이 15kWh/㎡·a ( = 1.5리터/㎡·a )를 넘지 않는 건물이 될 것이며, 이 것이 "패시브하우스"라는 정의가 나온 것이다.

그래서 패시브하우스의 Heat Demand 1.5리터/㎡·a 라는 제한선은 통계적 결과론인 것이며, 하나의 선언적 수치이다. (이를 두고 미국에서 이 수치가 너무 통계적이다. 라고 이야기를 하고 있는 것이다. - 컬럼 및 보도자료 중 "미국내의 패시브하우스에 대한 논쟁" 참조 - 그러나, 이 선언적 수치는 설명했다시피 결코 하늘에서 어느 날 갑자기 떨어진 것이 아니며, 이미 독일에서 주거용 부하계산 알고리즘인 DIN 4108-6 이 있었기 때문에 가능한 결론이다. 즉, 충분한 근거가 있는 선언적 수치라고 말할 수 있을 것이다.)

그 렇기 때문에 패시브하우스에서 이야기는 15kWh/㎡·a는 엄밀히 "요구량"도 "소요량"도 아니다. (우리나라에서 PHPP의 "Heat Demand"는 지금까지 "난방수요"라는 단어로 번역되었음 - 필자주) 이 경계가 모호한 것은 난방을 위한 설비없이 들어오는 공기의 온도를 조금 덥히는 목적으로 계산되고 실험되었기 때문이다.

이 히터는 사실상 효율이 거의 100%(크롬선의 저항에 의한 발열)이므로 추가적 열량은 무시해도 좋을 만큼 작다. 그러나 적당히 선을 긋자면, "요구량"에 더 가깝다고 봐도 무방할 것이다. 이유는 최초의 패시브하우스가 난방설비를 가동한 가스에너지 사용량으로 측정되었기는 하지만 이를 PHPP로 옮기는 과정에서 열원설비부분을 분리해서 계산되도록 했기 때문이다. 물론 1994년에 창문에 추가적 야간단열을 설치하고 난방설비의 가동을 정지시킨 후에도 쾌적한 실내 온도 유지가 가능하다는 것을 입증하기도 하였다.

PHPP가 사용자를 혼동시키는 점은 실험적 선언치를 축출한 과정과는 다르게 PHPP에서는 건축적 요소만 입력하고 15kWh/㎡·a를 판정하기 때문이다. (DIN v 18599 에서는 건축만의 성능이 "요구량", 설비가 입력이 된 결과가 "소요량"이다.-우리나라도 동일한 기준을 따른다.) 이 의견은 본 협회의 추론이기 때문에 앞으로 다양한 논의가 있었으면 하는 바램이다.

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마지막으로 항상 "우리는?" 이라는 것이 숙제로 남는다.

패시브하우스의 15kWh/㎡·a는 독일을 중심으로 한 중부유럽의 표준기후를 바탕으로 하고 있다. 물론 각 지방의 표준기후를 PHPP에 입력하여 결과를 도출하기 때문에 결론적으로 우리나라 지역 기후데이타를 넣고 계산한 PHPP의 산출결과는 우리나라에서도 충분히 유효하다고 할 수 있다.

하지만, 우리는 공기로 난방하지 않는다. 비록 열량의 개념으로는 바닥난방, 공기열 난방, 라지에이터 난방이 거의 동일한 결론에 도달할 수도 있다 하더라도, "근거에 의한 결론"은 반드시 필요하다. (또한 우리는 바닥에 누워서 잔다.)

그렇기에 우리나라도 최소 4세대 이상 실제로 거주하고 모니터링되는 실험(?) 주택이 있어야 하며, (공동주택을 위해서라면 더 큰 세대수) 이를 최소 다년간 측정해야 한다. 이 중간에 DIN 4108-6 (또는 DIN v 18599) 같은 알고리즘도 보유(다행인 것은 한국건설기술연구원에서 DIN v 18599의 한글화를 이루어내었다. 시작은 된 것이다.) 하고 있어야 하고, 실험치를 바탕으로 우리나라 바닥난방에 최적화(경제적으로)된 계산프로그램을 만들어야 한다. 이 것이 보통 너무 쉽게 이야기되고 있는 진정한 한국형 패시브하우스일 것이다. 갈 길이 아주 멀다.