제로에너지주택 필수 조건 패시브와 액티브 기술

제로에너지주택은 연간 에너지 소비와 신재생에너지로 생산한 에너지 합이 ‘0’이 되는 자립주택을 의미한다. 즉, 패시브 기술로 실내 에너지를 보존하고 생활에 필요한 에너지를 외부 의존 없이 신·재생에너지를 사용해 에너지 자립 주택을 만드는 게 제로에너지주택인 것이다. 제로에너지화에 든든한 초석이 될 패시브와 액티브 기술에 대해 알아보고 제로에너지로 가야 하는 의미를 되짚어보기로 한다.

구성 : 백홍기 기자
자료출처
월간 전원주택라이프 D/B
한국 전기안전공사, 『 패시브하우스의 단열과 기밀』 오대석, 2020
『패시브하우스로 바라본 미래건축의 세 가지 키워드』 국토교통부, 배성호, 2018

왜 제로에너지인가

패시브 기술은 새로운 기술이 아니다. 기존 기술을 개선하고 시공 방법과 과정을 체계화하면서 패시브화 된 것이다. 그 이면엔 쾌적한 삶이 있었다. 그렇다면, 제로에너지는 어떤 의미일까. 지난 한 세기 동안 건축기술은 눈부시게 발전했고 ‘건축물의 에너지 절약 설계 기준’을 단계별로 강화하면서 웃풍이 존재하는 신축 건물은 사라졌다. 큰 하자가 없는 이상 대부분의 신축 건물은 쾌적한 삶을 보장한다. 그런데도 제로에너지화하려는 첫째 이유는 에너지 소비량을 낮추기 위해서다.

1979년 오일쇼크 당시 에너지 수입 의존도가 높은 우리나라는 경제적 타격이 상당히 컸다. 이후 건축물에 단열이라는 개념을 정립해 건물 에너지 소비량을 대폭 줄이는 데 기여했다. 두 번째 이유는 환경적 측면이다. 패시브가 쾌적한 삶을 위한 기술이라면 제로에너지는 건강한 지구를 위한 것이다. 지구온난화로 인해 자연재해가 증가하는 상황에서 전체 온실가스 배출량의 25%를 차지하는 건축물 온실가스를 줄이기 위한 노력이다. 그렇다면, 제로에너지를 이루기 위한 필수 기술인 패시브와 액티브가 무엇인지 좀 더 자세히 살펴보자.

01_에너지 낭비 최소화 한 패시브하우스
패시브 Passive란 수동적이라는 뜻이다. 에너지 낭비를 줄이는 데 목적을 둔 주택을 패시브하우스라고 한다. 패시브하우스는 탄생 초기부터 에너지 낭비에 초점 두고 개발한 게 아니다. 건물에 결로와 곰팡이가 발생하는 원인이 단열과 기밀에 있다는 것을 밝혀내고, 이를 방지하는 과정에서 에너지를 적게 사용하면서 쾌적하고 건강한 주거환경을 만든 패시브하우스가 탄생한 것이다. 즉, 패시브하우스란 단순하게 에너지를 적게 사용하는 게 목적이 아니라 건강하고 쾌적한 주거환경을 찾는데 의미가 있다. 단열성능을 극대화해 에너지 낭비를 최소화하는 것이 목표다. 에너지 절약 개념이 아니다. 열을 차단하는 보온병과 같은 개념이다.

02_자연 에너지 활용하는 액티브하우스
액티브 Active는 능동적이란 뜻으로 에너지를 자립 생산하는 개념이다. 패시브하우스에 대응하는 개념이며, 주택 거주에 필요한 전력 및 난방 에너지를 외부 연결 없이 자체 발전설비 등을 활용해 얻는다. 주로 태양광을 이용하기 때문에 액티브 솔라하우스로 불린다. 액티브하우스는 생산 에너지가 화석연료와 다르게 사용 후 환경오염을 일으키지 않아 친환경 건축물로서 더욱 의미가 크다. 에너지원은 태양뿐만 아니라 지열, 풍력, 바이오메스 등 신·재생에너지를 활용한다. 최근 태양광 패널을 설치한 주택이나 아파트가 자주 눈에 띄는데, 이러한 주택이 액티브하우스다.

제로에너지 필수 기술 요소

제로에너지주택을 실현하기 위한 필수 조건들이 있다. 단순하게 단열만 강화한다고 해결될 문제가 아니다. 하지만, 아직도 단열만 강조하는 현장이 적지 않다. 단열성능을 유지하기 위해선 기밀 시공이 따라야 하고, 열교 차단과 고성능 창호, 외부차양, 열 회수 환기장치 시설을 갖춰야 한다. 이러한 패시브 기술 6가지 기본 요소를 완벽하게 갖추고 태양광, 지열, 풍력 등 신·재생에너지를 활용해 자체 에너지를 생산했을 때야 비로소 제대로 된 제로에너지주택을 완성할 수 있다.

01_패시브 기술
고단열 단열은 기본적으로 지붕과 벽, 바닥을 구성하는 건물 외피를 빈틈없이 감싸야 한다. 단열은 두꺼울수록 좋지만, 일정 한계치를 넘으면 효율성이 급격하게 떨어진다. 따라서 무조건 단열 두께를 두껍게 하는 것보다 혹한에도 열관류율 0.15W/㎡ K를 유지하도록 단열 성능을 갖추는 게 중요하다. 이 기준은 경제성을 떠나 실내 결로와 곰팡이 발생 하자를 막는 수치다.

지붕에 적용한 단열

고기밀 ‘바늘구멍에 황소바람 들어온다’는 속담이 있다. 이는 기밀 시공에 그대로 적용할 수 있다. 공기는 작은 틈새로 이동하면서 벽면에 온도 변화에 의한 결로를 일으킨다. 공기와 함께 이동한 습기가 벽채 내부 단열재에 쌓이면 심각한 문제를 일으키기도 한다. 실제 실내 온도 20℃, 상대습도 50%일 때 1㎜ 틈새로 하루에 빠져나가는 습기 양이 360g에 달한다. 따라서 건물 외측면에 투습·방수층, 내 측면에 기밀·방습층을 형성해야 한다. 기밀 시공을 잘 했는지 확인하려면 기밀 테스트(Blower Door Test)를 거치면 된다. 기밀 테스트는 모든 입구를 막고 실내 압력을 높여 공기가 새는 양을 측정한다. 공기 누출 양은 50pa 압력으로 테스트할 때 시간당 전체 건물 규모에서 0.6회보다 적어야 한다. 참고로 ㈔한국패시브건축협회에 신청하면, 기밀 테스트를 진행할 수 있다.

고성능 창호 창호는 주택 시공 자재 가운데 가장 고가지만, 단열은 취약하다. 그래서 일사 및 공기 차단 성능이 좋은 열관류율 0.80W㎡ K, 빛 투과율은 50%인 고성능 제품을 사용해야 한다. 유리는 아르곤 가스를 채운 2중 또는 3중 유리나 적외선을 차단하고, 열손실을 막는 로이 Low-E 코팅* 유리가 좋다. 창틀과 구조체 사이는 기밀을 위해 우레탄폼 및 팽창 테이프를 필수로 사용해야 하며, 일사 획득을 위해 가능하면 남측 위주로 창호를 설치하고 북측에는 최소화한다.

*로이 코팅 단열효과를 높이기 위해 유리면에 은(Ag) 금속 층을 코팅해 열전달, 대류, 복사를 차단한 제품.

건식구조 주요 부위 기밀층 형성 사례

외부차양 겨울철 일사 획득을 위해 남측에 창을 내지만, 한 여름엔 햇빛이 오히려 실내 온도를 높여 에너지 낭비를 가져온다. 이러한 햇빛을 차단하기 위해 창 외측에 차양시설을 설치한다. 커튼과 다르게 차양을 외측에 설치하는 이유는 유리를 통과한 단파 에너지가 물체에 반사되면서 열에너지로 변하는데, 열에너지는 장파라 유리를 통해 다시 밖으로 빠져나가지 못하기 때문이다. 만약 비용 때문에 외부차양을 모두 설치하기 어렵다면, 눈썹처마를 이용하는 방법도 있다.

우리나라 기준 5월부터 12월까지 매월 20일 오후 2시 남향 창에 대한 일사 시뮬레이션

일사 차단을 위한 차양은 외부에 설치해야 한다.

열교 없는 시공 열교는 선형열교와 점형열교가 있다. 선형열교는 발코니, 창틀 주변, 파라펫, 발코니 등을 구조체와 연결할 때 단열이 끊기는 부위에서 발생하고 점형열교는 단열재나 외장재를 고정하기 위해 일정 간격으로 설치하는 고정핀 등에서 발생한다. 보통 열교 차단재를 사용해 문제를 방지하지만, 시공비 때문에 생략하기도 한다. 단열재만 두껍게 시공하고 열교를 무시하면 열교 현상이 일어나는 부분에서 결로와 곰팡이가 발생할 수 있다.

주요 부위 열교 차단재

열 회수 환기장치 기밀이 뛰어난 패시브하우스는 실·내외 공기 순환이 잘 이뤄지지 않아 시간이 지날수록 실내 이산화탄소량이 증가해 환기가 매우 중요하다. 이때 창문을 열어 환기하지 않고 실내 공기질을 쾌적하게 유지하면서 에너지까지 절감하는 기술이 열 회수 환기장치다.
열 회수 환기장치는 열 교환 소자를 통해 폐열을 회수하면서 신선한 공기를 유입하며, 헤파필터로 미세먼지까지 차단한다.

02_액티브 기술
액티브하우스는 태양열, 지열, 풍력 등을 이용해 주거 기능에 필요한 전기와 난방 에너지를 얻는 것이다. 주요 기술은 전기를 생산하는 태양광과 풍력, 난방과 온수를 해결하는 태양열과 지열발전이 있다.

전기 생산 신재생에너지 가운데 전력 생산에 주로 사용하는 방식은 태양광 발전이다. 태양광 발전은 보통 건물 지붕이나 마당에 설치하지만, 최근 외벽 마감재 형태로 설치해 발전 면적을 넓히는 방법도 이용한다. 태양광 발전은 에너지원이 무한하고 패널 수명이 길며 유지 보수도 쉽다. 하지만, 설치 각도나 날씨 따라 발전 능력에 큰 차이를 보인다.

넓은 외벽에 패널을 부착하면 발전 용량을 늘릴 수 있다.

냉난방 해결 냉난방을 해결하는 방법은 태양열과 지열발전이 있다. 태양열은 태양의 열에너지로 집열판 내 물 온도를 올려 난방이나 온수로 사용하는 기술로 설치비용이 저렴하고 가장 오랜 된 재생에너지 기술이다. 하지만, 태양을 에너지원으로 사용하기 때문에 날씨가 흐리거나 야간에는 효율이 떨어진다. 지열발전은 지표면 아래 마그마 열을 이용하기 때문에 언제나 15℃ 내외를 유지해 냉·난방으로 활용하기 좋지만, 설치비용이 비싸다.

지열발전은 사계절 내내 일정한 온도를 유지해 여름엔 냉방, 겨울엔 난방모드로 이용한다.

03_다양한 에너지 절감 요소
좌향坐向 패시브하우스 기본은 태양 에너지를 이용한 난방과 자연 채광에 의한 조명 활용이다. 따라서 주택을 남향으로 배치하면, 겨울엔 일사량이 많고 여름에는 일사량이 적어 냉난방 부담을 덜 수 있다.

단순한 형태 에너지 효율은 평면과 장단면 형태에 큰 영향을 받는다. 면적이 같더라도 외피 면적이 넓으면 단열층을 연결하는 데 불리하고 에너지 소비도 증가한다. 장단면은 1:1 비율이 에너지 소비 면에서 가장 적지만, 공간과 일조, 일사 조건에 의해 정방형이 어려우면 동서로 긴 형태가 유리하다.

옥상 녹화 평지붕 형태는 패시브하우스에 맞지 않다. 하지만, 지붕을 활용하기 위해 평지붕을 생각하고 있다면, 옥상을 녹지 정원으로 만들어 단열을 확보하고 열섬 현상을 완화하는 방법이 있다.

건물 평면 형태 변화에 따른 에너지 절약

2020년 신·재생에너지 신청

올해 코로나19에 따라 수요 위축에 의해 신재생에너지 설치 보조금을 30%에서 50%로 상향 조정해 부담을 낮췄다. 지원 대상은 건축법 시행령 제3조 5의 [별표 1]에서 규정한 「단독주택」 및 「공동주택」구분 신청 자격에 따라 ▶단독주택은 기존 또는 신축주택 소유자 또는 소유예정자 ▶공동주택은 기존 공동주택 입주자 대표(등) 또는 건축 중인 공동주택 소유권자 또는 입주자 대표(등)다.

주택지원사업 신청은 ‘그린홈’ 홈페이지(greenhome.kemco.or.kr)에서 회원가입 후 진행한다. 신청자는 참여기업을 결정하고 사전 계약 협의를 거친 후 관련 서류를 준비한다. 신청자와 계약을 체결한 참여기업은 표준설치 계약서 및 관련 서류를 주택지원사업 ‘그린홈’ 홈페이지에서 신청하면 된다. 전화 또는 방문 신청은 불가능하며, 온라인으로만 주택지원사업 접수를 진행한다. ▶계약 체결 및 서류 제출 기간은 4월 13일~9월 4일까지 ▶서류 검토는 제출 후 14일 이내 ▶자부담금 입금은 사업 선정 후 7일 이내 ▶가상 계좌 예치 만료일까지 자부담금을 예치해야 사업이 취소되지 않는다.

지원 금액은 에너지원별 보조금 지원 기준에 의해 산정한다. 3kW 태양광을 설치한다고 가정하면, 2019년 기준 보조금 지원 단가가 83.8만 원/kW이므로, 보조금은 251만 원(만 단위 미만 절사)이다.

예) 태양광 3kW : 83.8만 원/kW × 3kW = 251.4만 원 ≒ 251만 원
예) 태양열 20㎡, 7.5MJ/㎡· day 이하 : 43.1만 원/㎡ × 20㎡ = 862만 원
예) 지열 17.5kW : 63.7만 원/kW × 17.5kW = 1,114.75만 원 ≒ 1114만 원
예) 연료전지 1kW : 1,557.8만 원/kW × 1kW = 1,557.8만 원 ≒ 1557만 원

신재생에너지 이것이 궁금하다!
Q 참여기업이 아닌 태양광 시공기업이 설치해도 지원받을 수 있나?
주택지원사업 참여기업이 아닌 전문 기업 또는 유사기업에 시공을 맡기면 정부 보조금을 받을 수 없다. 반드시 당해 연도 참여기업이 맞는지 확인하고 신청해야 하며, 참여기업을 사칭하는 유사기업인지 주의해야 한다.
참여기업 확인 방법 그린홈 접속(greenhome.kemco.or.kr) => 참여 시공기업 소개

Q 신재생에너지 설비는 언제까지 설치 완료해야 하나?
신재생에너지원별 사업 신청 기간 내 신청해야 하며, 당해 연도 지원 예산이 소진되면 사업이 종료된다. 또한, 승인된 사업은 에너지원별 설치 완료 기간 내에 설치를 완료해야 한다.
※에너지원별 설치 완료 기한 태양광 사업 승인일로부터 60일 이내 태양열, 연료전지, 소형풍력 사업 승인일로부터 90일 이내 지열, 태양광(BIPV) 사업 승인일로부터 120일 이내

Q 설비가 고장 나면 A/S는 어떻게 받나?
시공한 참여기업에 요청해야 한다. 시공한 참여기업이 폐업한 경우 신재생에너지센터 고장 접수 지원센터로 연락해 A/S를 신청하면 된다.
고장 접수 지원센터 1544-0940 ascenter.knrec.or.kr

Q 설비는 어떤 제품을 사용하나?
주택지원사업으로 신재생에너지 설비를 설치할 경우, 의무적으로 한국에너지공단 신재생에너지센터에서 인증받은 제품을 사용하는 걸 의무화하고 있다. 인증받지 않은 제품을 사용하면 효율성 저하 및 오작동에 의한 사고 등이 발생할 수 있기 때문이다. 참여기업이 인증받지 않은 제품을 설치하면 신재생에너지보급사업 참여 제한 등 엄격한 규제를 적용한다.

Q 오래된 건물이라 건축물대장이 없다. 토지대장, 과세대장 등을 제출해도 괜찮나?
반드시 건축물대장 또는 등기부등본을 제출해야 한다. 건축물 등기부등본 또는 건축물대장으로 불법 또는 무허가 건물 등에 신재생에너지 설비를 설치함으로써 발생하는 문제를 미연에 방지하고 있다. 더불어 토지대장, 과세대장 등으로 건축물 허가 여부 등을 판단하기 어려워 필히 건축물대장 서류를 제출해야 한다.

Q 6kW 태양광을 설치할 수 있나?
주택지원사업으로 태양광 3kW까지 보조금을 지원한다. 나머지 3kW는 자 부담금으로 설치해야 한다. 다만, 주택지원사업으로 태양광 설치 시, 공단 설치 확인 등 시공기준 준수 여부를 확인하고 있어 전기 및 기계 설비를 구분해 설치하길 바란다.