6-40. 우리나라 기후특성을 반영한 패시브하우스의 지역별 창호 열관류율 추정

독일의 PassiveHouse Institute(이하 PHI)에서는 중부유럽기후를 기준으로 하여 패시브하우스 창호의 성능을 아래와 같이 정의하고 있다.

U_w = 0.8 W/m2K

U_w,install = 0.85 W/㎡K

g-value = 0.5 이상

우리는 “6-02. 우리나라 패시브하우스용 유리의 g-value 기준”이라는 글에서 우리나라의 기후를 고려한 g-value를 제시한 바 있다.    

 이어서 우리나라의 기후를 고려한 창호의 평균열관류율을 지역별로 정리를 해보자 한다

 창호의 성능에 관련한 근거자료는 PHI의 패시브하우스를 위한 투명자재의 인증조건(Criteria for Passive House Component certification_Transparent Components - http://passiv.de/downloads/03_certification_criteria_transparent_components_en.pdf)을 참조하여 산정하였다.

 우선, PHI에서 제시한 투명자재의 인증조건을 보면 기능적인 요구조건이 두 가지가 있다.

1. 위생조건(Hygiene requirement)

- Maximum water activity (Interior):

   a_w ≤ 0.80

2. 쾌적조건 (Comfortable requirement)

- 내부표면 최소온도 (Minimum temperature of volume enclosing surfaces):

│θ_si-θ_op│ ≤ 4.2K

- 창호주변 콜드 드래프트 방지 (limiting the risk of drafts):

  v _air ≤ 0.1 m/s

 1번의 위생조건의 경우 유리와 간봉, 프레임의 전열해석을 통하여 열교로 인한 취약부분이 물리적으로 위생조건을 만족하는지의 여부를 판단하는 것이므로, 창호의 열관류율 산정에는 적용되지 않았으며, 2번 쾌적조건 중 콜드드래프트 방지를 위한 부분은 “내부표면 최소온도조건”을 만족할 경우 동시에 만족한다고 볼 수 있다.

 따라서, 위의 조건 중에 창호의 열관류율과 관련된 쾌적조건 중 내부표면의 최소온도기준을 적용하여 창호의 열적성능을 산출하였다.

 위의 인증조건에서 제시한 실내측표면온도를 산출하는 식은 아래와 같다.

   (1)식

 이는, 외기온도가 Θ_aK 이고 실내온도가 Θ_opK 일 때 벽체에 설치된 창호의 실내측표면온도가 실내온도(Θ_opK )와 4.2도 이하의 차이가 나는 성능(설치된 창호의 평균열관류율)을 가진 창호를 설치할 때 열적으로 쾌적하다는 뜻이다.

 이 (1)식 중에서 0.13은 벽의 실내표면열전달저항이며, 우리나라의 경우 ‘건축물의 에너지절약 설계기준’의 [별표5] 열관류율 계산시 적용되는 벽체의 실내 및 실외측 표면 열전달저항에 의거하여 이를 0.11 ㎡K/W로 적용하도록 하고, 벽체를 기준으로 하면 cosβ가 ‘0’이므로 우리나라의 기준에 의한 적용산출식은 아래와 같다.

      (2)식

여기서,

- U_{transparent,installed} : 벽체에 설치된 창호의 평균열관류율

- θ_opK : 실내설정온도로서 일반적으로 22℃로 가정

- θ_aK : 외기온도로서 Meteonorm7에서 산출한 PHPP용 기후데이터파일에서 동절기 가장 추운 12시간동안의 평균외기온도

 이들 산출식에서 외기온도가 해당 지역의 기후를 반영한 중요한 인자이다. PHI에서 제시한 투명자재의 인증조건에서는 전 세계의 기후조건을 고려한 외기온도 조건을 제시하고 있다. 이를 살펴보면, 우리나라는 Cool Temperature 기후대에 속하며, 위의 산출식에 적용하는 외기온도 조건은 중부유럽지역의 기후조건과 동일하게 영하 16℃이다. 이에 따르면 PHI에서 중부유럽기후를 고려하여 정한 창호의 성능이, 국내에서도 동일하게 적용이 가능하다.

 그러나 이 범위는 세부적인 조건을 고려하기 힘든 넓은 지역을 단순하게 나누기 위한 광범위한 외기온도조건이고 또한, 국토의 많은 부분이 산간으로 이루어져있어 작은 영토에도 불구하고 지역별 기온차이가 심하게 나타나는 편인 우리나라의 기후조건을 고려하고 각 시청, 군청의 대지를 기준한 각각의 지역별로 기후데이터를 산출하고 이를 (2)식에 적용하여 창호의 평균열관류율을 산출하였다.

 예로 우리협회 자료실에 올린 서울시청 위치에서의 Meteonorm7에서 산출한 PHPP용 기후데이터파일에서 겨울철 가장 추운 12시간 동안의 평균외기온도는 영하 12.6℃이다. 이 온도를 이용하여 벽체에 설치된 창호의 평균 열관류율을 산정해보면 아래와 같다.

영하 12.6℃ 를 (2)식에 대입하여 보면,

이다.

 따라서 서울의 경우 벽체에 설치된 창호의 최대 평균열관류율은 1.10 W/㎡K이며, 설치열교(φ_install) 0.05 W/㎡K를 고려하면, 설치열교를 제외한 창호의 최대 평균열관류율은 1.05 W/㎡K이 됨을 알 수 있다.

 이와같은 방식으로 우리나라의 각 지역별로 설치열교를 제외한 창호의 최대 평균열관류율을 모두 산출하였고, 우리나라 각 지역별 설치열교를 제외한 창호의 최대 평균 열관류율을 일정범위로 묶어서 그린 지도는 아래와 같다.

 우리 협회는 상기 지역별 창호의 열관류율을 우리나라 패시브하우스 인증 기준으로 한다.

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<주석>

Meteonorm7은 스위스에서 만들어진 건물의 에너지시물레이션에 필요한 기후데이터를 각각의 프로그램의 형식에 맞도록 변환하여 데이터를 제공하는 프로그램이다. 전세계의 기후 데이터베이스를 가지고 있으며, 국내에도 대도시를 위주로 하여 기후데이터가 입력되어 있다. 그러나 누락된 데이터가 많고 입력된 기상대 수 역시 한정되어 있어 실제 측정된 데이터를 출력하는데 한계가 있기에 오차가 존재하리라 판단하고 있다. 건물에너지해석의 기본은 기후데이터를 바탕으로 하기 때문에 우리나라의 각 지역에 산재해 있는 기상대의 자료를 체계적으로 가공, 정리하여야 할 필요가 있다.