제로에너지하우스를 염두에 두고 건축주와 해가패시브가 설계하고 중목구조로 시공한 청양 용마리 패시브하우스.

태양광전문가인 건축주가 태양광, 태양열시스템을 설치하고, 전기온수난방과 에어컨을 설치하여 온수와 냉난방을 해결하였다. 

   개   요

   주      소 : 충북 청양군 용마리

   설 계  사 : 해가패시브건축사사무소

   시 공  사 : 해가패시브건축

   대지면적 : 645 ㎡

   건축면적 : 84.67 ㎡

   연 면  적 : 84.67 ㎡

   규      모 : 지상 1층

   구      조 : 중목구조

   외벽구성 : 외단열미장마감(스타코)-THK130 비드법보온판1종3호-THK10 구조용합판(기밀층)

                        -THK105 셀룰로오스단열재(설비층)-THK9.5 석고보드2겹-합지벽지

   지붕구성 : 리얼징크-방수시트-THK11 구조용합판-THK90 통기층-지붕용투습방수지-THK311 글라스울(24K)

                        -가변형방습지-THK9.5 석고보드 2겹-합지벽지

   바닥구성 : 강마루-THK40 방통-THK0.1 PE필름-THK200 비드법보온판1종2호-THK300 매트기초

   창      틀 : 알루프러스트 (Uf=1.10 W/㎡K)

   유      리 : 로이삼중유리 (Ug=0.635 W/㎡K, g값 = 0.51)

   현 관  문 : 바이킹도어 (Ud=0.63 W/㎡K)

   기밀성능(n50) : 0.32회

   환기장치 : SSK 로터리형

   난방설비 : 전기온수온돌시스템

   연간난방에너지요구량 : 2.9리터 (29.20 kWh/㎡)

   난방부하 : 17.7 W/㎡

   연간냉방에너지요구량 : 17.35 kWh/㎡

   냉방부하 : 11.0 W/㎡

   태양광발전 : 4.5 kWp

   태양열집열면적 : 6.0 ㎡

위의 건물에너지시뮬레이션 결과 데이터를 보면 일단 집 자체의 에너지성능을 패시하우스 기법을 통해 난방의 경우 3리터이내, 냉방의 경우는 2리터 이내로 끌어내렸다. 그리고 이렇게 집이 요구하는 에너지를 태양광과 태양열 등의 신재생에너지로 모두 충당할 수 있다면 이를 제로에너지하우스라고 하는데, 시뮬레이션 상으로 단위면적당 연간총에너지소요량을 3kWh를 맞추었으니 거의 제로에너지에 가깝다고 말할 수 있다. 필자의 경험상 시뮬레이션 값과 실제사용된 에너지값을 비교해보면 시뮬레이션 결과값이 조금 더 많이 나오는 경향이 있기에, 이 집을 효율적으로 운영한다면 제로에너지하우스가 가능할 수 있다고 판단된다.

여전히 신재생에너지에 드는 비용은 단열, 기밀 등의 집 자체 성능을 끌어올리는데 투입되는 비용보다는 비싸기 때문에 집 자체의 성능을 우선 최대한 끌어올리고, 그 이후에 적정한 신재생에너지설비를 설치하는 것이 원칙이다.

그러면 패시브하우스가 지어지는 과정을 보자.

우선 공사전에 간단하게 작성해본 공사일정표이다. 설계때부터 이 집을 시공할 권희범빌더와 함께 도면 및 상세도, 공법, 공사일정 등에 대해 충분한 협의를 해왔고, 이번 계획에서는 세 가지의 설계 및 시공상의 목표가 있었는데, 하나는  약1달기간내에 중목조립부터 건물완공까지 완료하는 것이었고, 두번째는 일본식중목구조와 경량목조지붕패널의 조합으로 설계 및 시공하는 것과 세번째는 기초공사비(100 ㎡기준)를 800만원이내로 낮추는 것이었다. 결론부터 말하자면 절반의 성공과 절반의 실패이다. 우선 공사일정은 한달이 아니라 3달이상 소요되었다. 겨울이 시작되기전에 공사를 끝내려고 했지만, 날씨, 작업일정 등의 여러가지 변수가 생기면서 겨울로 접어들었고, 한 겨울의 추위는 패시브하우스의 성능과 품질 확보를 어렵게 만들기때문에 시공기간이 많이 늘어나게 되었다. 나머지 내용은 아래에서 확인될 것이다.

지반정리 및 다지기를 한다. 이 대지는 예전에 주택이 있었던 곳으로 지중보하부에 콘크리트지정을 적용하기로 하였다. 콘크리트 지정의 경우 포크레인 버킷으로 흙을 파고 고르고 다져도 흙의 표면은 원지반보다 압축력이 약할 수 있으므로 비닐을 깔지않고 버림콘크리트를 타설하여 흙과 약간의 교반되는 효과를 주는 것이 더 좋다. 참고로 이 현장은 기초하부에 잡석은 깔지 않았다. 잡석지정은 기초(기초판과 지정으로 구성) 중 지정의 한 방법으로 지반의 지내력이 약할때 치환공법의 일종으로 적용되며, 그외 모래지정, 자갈지정, 콘크리트지정 등이 있다. 잡석지정의 경우 잡석사잇공간이 있어 우수 등으로 인해 물이 고이는 현상이 있고, 유공관을 매설한다 하여도 흙속에 점토질이 많아 시간이 지나면 유공관이 막혀 배수에 문제가 생길 수 있기 때문에 본 현장에는 적용하지 않았다. 하지만 투수성이 좋은 흙으로 구성된 지반일 경우 집 중앙으로 부터 외부쪽으로 경사를 두고 지반정리를 하고 집 가장자리를 따라 U형측구처럼 더 깊이 판 다음 잡석을 깔아 메우고 물을 가장자리쪽으로 유도하여 자연배수시킬수 있다면 그 방법 또한 좋은 대안이 될 수 있을 것이다. 

그리고 하중이 집중되는 외벽과 내력벽이 들어갈 자리를 더 깊이 파준다. 기초슬라브는 매트기초형식이지만 지반동결을 고려한 얕은 기초공법을 적용할 경우 외벽하부의 단열되는 기초의 깊이는 300mm이상 확보되어야하기 때문에 지중보 개념을 도입하여 집 전체의 하중을 지반에 전달할 수 있는 이상의 지중보바닥면적을 확보하였다. 만약의 슬라브하부에 지내력이 일부 확보되지 못하여도 문제가 없는 구조이다. 전체를 같은 깊이로 파면 시공은 용이하나 그만큼의 콘크리트와 철근이 더 소요되기때문에 비용 및 자재 절약 측면에서 이같이 시도하여 보았다. 다만 시공이 까다로워지는 측면이 있어 추가되는 인건비와도 비교해 볼 일이다.

위에 언급한 것처럼 비닐을 안까는 것이 좋을 수 있으나, 시공자분들은 하던 습관이 있어서 비닐을 깔았다. 일반적으로 안까는 현장이 대부분인데 패시브하우스 시공자분들은 워낙 꼼꼼하시다.

그 위에 버림콘크리트를 타설하였다.

이 현장은 조금 독특한 방법으로 기초콘크리트구체를 만든다. 기초전문작업팀(일반주택전문)에 의뢰하여 공사를 진행하였으며, 벽체가 지나는 자리에 아연도각관을 대어 뼈대를 형성하고, 아연도각관의 레벨을 맞추어 정확한 기초레벨 및 벽체 토대목의 설치레벨을 확보한다. 일반적인 공법보다 시공기간이 짧고 정확한 레벨확보가 용이하며, 비용이 더 적게 드는 장점이 있다. 하지만 기초콘크리트 타설 전, 기초구조물 조립후 최종적으로 레벨을 다시 한번 확인하지않아 20mm이상의 레벨차가 발생했다. 좋은 공법도 철저한 시공과 점검을 해야 성능이 확보될 수 있음을 다시한번 상기하는 경우였다. 기초공사중에 계속 비가 오락가락 해서 주변이 모두 진흙바닥이다. 기초가 놓이는 곳도 진흙바닥이어서 작업도 어려웠고 작업환경도 정말 좋지 않았다. 어떤 환경에서라도 작업성이 좋은 대안을 강구해야 할 과제가 남았다. 

콘크리트 타설 모습으로 각관상부에서 30mm 하단이 기초슬라브 레벨이다. 콘크리트는 타설면이 고르고 깨끗하게 하기 위해 오전에 타설하고, 오후내내 미장질을 해주는 것이 좋지만, 대게가 작업하시는 분들은 집에 가기 바쁘시다.

양생후 거푸집 탈거 모습이다. 각관 상부의 이물질을 제거하고 그 위에 바로 벽체가 세워질 토대목이 놓인다. 콘크리트는 다량의 수분이 있기때문에 목재와 직접 닿는 것은 지양해야 한다.

기초공사완료후 결산을 해보니 공사비가 1000만원이 조금 넘게 나왔다. 익숙치않은 방식의 시공방법, 궂은 날씨 등등의 변수로 목표금액을 달성하지 못했고, 어수선한 현장작업환경, 예상을 벗어난 레벨조정, 공사비 절감문제 등은 앞으로 해결할 과제로 남았다.  공사비를 낮추는 방법은 적정물량, 공기단축, 단순한 시공방법과 공정계획, 그를 통한 인건비 절감이다. 이는 시공자만의 몫이 아니며 시공자와의 긴밀한 협의를 통한 설계자의 계획이 반이상을 차지하는 듯 하다.

그 사이 미리 설계된 사양에 따라 재단된 중목자재가 가공하여 반입되었다.

사진처럼 각관 상부를 따라 미리 재단된 토대목이 놓인다. 각관이 토대목이 놓일 자리를 따라 이미 배치되어 있기때문에 먹줄 놓을 시간을 아낄 수 있다. 콘크리트 슬라브 상부에 방습을 위한 방수시트를 깔지 않을 계획이었기 때문에 토대목은 방부처리가 되어있다. 하지만 이후에 토대목 양측 각각 300미리 폭으로 방수시트를 깔아 주었다.

기초슬라브 상부에 전면적으로 방습자재를 까는 것을 두고 필자(설계 및 감리, 에너지컨설팅)와 시공자는 의견이 나뉘었다. 필자가 벽체의 온습도거동을 컴퓨터로 시뮬레이션(Wufi를 이용했다)한 결과, 기초슬라브 상부에 단열재가 깔리는 내단열구조일 경우 기초슬라브와 단열재사이에 방습시트를 깔면 결로가 발생할 위험이 방습시트를 깔지 않을 경우보다 훨씬 높았다. 방습지가 설치될 경우에는 콘크리트구체가 마르면서 발생하는 습기가 방습시트에 막혀 축적되며 결로수가 다량 발생하는 반면 방습시트가 없는 구조는 일부 습기가 비드법단열재에 흡수 및 통과되면서 그 위험성이 낮아지지만 그렇다고 완전히 좋은 결과는 아니었다. 따라서 습기가 비드법단열재에 흡수되는 것이 방습시트 하부에 결로가 발생하는 것보다 좋을지는 판단하기가 어려웠으나, 200mm의 충분한 두께로 비드법단열재를 깔고 방수시트는 깔지않는 것으로 시공을 진행하였다. 참고로 최근에 스웨덴을 방문했을때 관련자료를 찾을 수 있었는데, 기초구조의 경우 기초구체 상부에 단열재를 설치하면 습의 이동이 실내로 향하고, 기초구체 하부에 설치하면 습이 지면쪽을 향하기 때문에 특별한 사항이 아니라면 기초구체 하부에 단열재를 설치를 권장하고 있었다. 각기 장단점이 있을 수 있으나 건축물리적으로 기초하부에 단열재를 설치하는 외단열 구조가 훨씬 더 적합한 것으로 보인다.

토대목 위에 설계도에 따라 중목부재가 제위치를 찾아 조립이 된다.

일본식 중목지붕구조는 기밀공사를 하기가 어려운 구조라서 벽체상부보와 대들보 사이에 경량목구조 패널을 얹는 복합구조방식으로 진행하였다. 패널방식은 공장에서 제작하여 현장에서 조립만 하기때문에 시공성이 좋고, 공기를 단축할 수 있는 장점이 있으나, 국내의 경우 현장시공보다 단가가 높고, 잘못 제작되었을 경우 현장에서의 보수가 어렵다는 등의 단점이 있다. 국내 공장제작 패널공법은 대량생산을 통하지 않으면 개별시공현장보다 단가가 높을 수 밖에 없는 구조이기 때문에 아직은 좋은 해결책을 찾지못하고 있다.

크레인을 이용하여 지붕패널을 조립하는데, 반나절정도 소요된다. 

지붕패널을 설치하고 기밀작업, 단열보강작업 후 합판위에 방수시트를 깔아주는데, 여기까지의 중목조립공사가 3일 소요되었다. 조립이 익숙해지면 이틀이면 충분할 것으로 판단된다.

이후 중목구조체 외측에 구조용합판을 취부하고 합판이 맞닿는 틈새는 모두 기밀테이프로 기밀작업을 한다. 합판면이 기밀층이기 때문이다.

외벽에 취부한 합판위에 외단열미장공사를 진행한다. 사진의 모습은 130mm 두께의 비드법보온판 1종3호를 합판위에 접착하고 메쉬미장바탕작업을 진행한 것이다.

그 사이 내부에서는 모든 기둥과 보와 토대목을 철물로 보강하는 작업을 진행한다. 검증된 구조계산을 바탕으로 중목구조를 형성하기때문에 지진강도 6이상에서도 견딜 수 있다.

지붕하부는 가변형방습시트(지붕의 기밀층)을 설치하고 외벽의 구조용합판(벽체의 기밀층)을 기밀테이프로 연결하여 기밀성능을 확보한다.

기밀작업이 완료되면, 중목구조체 내측에 부직포를 설치하고 셀룰로오스단열재를 충진한다. 위 사진은 셀룰로오스단열재 충진이 완료된 모습이다. 가급적 비드법보온판같은 유기질단열재는 실내에 직접 면하는 것이 화재시 좋을 것이 없기때문에 무기질의 불연단열재를 실내측에 설치하는 것이 좋다. 셀룰로오스단열재는 불연은 아니지만 잘 타지않고 유독가스발생위험이 없으며, 축열성능과 조습성능이 타단열재에 비해 우수하기 때문에 해가패시브에서는 주로 내측에 셀룰로오스단열재를 적용한다.

그 사이에 외부는 외단열미장마감 및 지붕 리얼징크 공사가 마무리되었다. 지붕에 설치되는 태양광패널은 전자파가 방출된다고 알려있다, 그래서 설계시에는 아스팔트슁글마감이 검토되었으나  금속성의 재료가 이를 차단하는 효과가 있기때문에 리얼징크로 마감재가 변경되었다. 

빗물받이는 외단열미장마감시스템에서 단열재내측으로의 빗물유입을 막기위해 설치되며, 먼지등에 의한 외벽오염방지를 위해서도 중요한 역할을 한다. 코너에서의 빗물유입차단을 위해 코너부자재를 설치하여야 하며, 일반적으로 2층이내의 주택의 경우 빗물받이는 최소 30mm 이상 돌출되어야 빗물이 떨어질때 벽면을 오염시키는 것을 방지할 수 있다. 

내부는 셀룰로오스단열재 공사 이후 석고보드 취부공사가 진행된다. 그리고 천정및벽의 마감공사, 타일공사, 조명공사, 바닥마루공사, 가구공사 등이 순차적으로 진행된다.

좌측의 온수를 생산하기 위한 태양열시스템과 본채 지붕위에 전기를 생산하는 태양광 시스템이 설치되었다. 이 집은 쓰이는 에너지원이 모두 전기이기 때문에 태양광 시스템은 4.5kWp의 용량(주택은 일반적으로 3kWp이다)으로 설치되었다. 건축주가 태양광시스템 전문가시라 직접 시스템을 구상하고 설계에 반영하였고, 제로에너지 주택을 목표로 하여 관리하고 있다.