R.C.조 패시브하우스 난방에너지 소비량과 비용

[IFREE]

WINTER BRIEF(Ⅰ)

Ⅰ. R.C.조 패시브하우스 난방에너지 소비량과 비용

Ⅱ. R.C.조 패시브하우스 동절기 실내 습도 관리

Ⅲ. R.C.조 패시브 하우스 동절기 실내온도 관리

Ⅳ. R.C.조 패시브하우스 태양열을 저축하는 재주를 부리다. 

제법 요란뻑쩍찌건한 준비

이사하고 첫번째 겨울나기가 거진 끝나가고 있다.

그간 패시브하우스의 PHPP 설계상 난방요구량이 1.3L 라거나 3L 라고 소개하면서 이것을 근거로 겨울철 난방비가 일반 주택의 1/10에 불과하다거나 일년에 난방방비가 30만원도 안든다는 소개 글들을 봐왔다.

마치 실현되는 결과치인 것처럼 보이지만 자세히 보면 그러나, 이는 어디까지나 설계상의 계산에 의한 이론적인 예상치일 뿐이다.

정말 그정도 밖에 안들까? 궁금하기도 했지만, 실제 살면서 정확하게 난방에너지 소비량이 얼마나 들었는지를 모니터링한 자료를 보지는 못했다.

해서 내가 한번 해보기로 했다

사실 개인 주택에서 난방에너지소비량을 계측하기란 만만치 않다.

예를들어 가스보일러로 난방을 한다고 가정하면 가스 사용량을 알 수 있는 계측기는 외부에 하나가 달리게 되는데 반하여, 계측기를 통과한 가스는 주방으로 가서 찌게 끓일 때도 사용하게 되고 난방용 보일러에서 사용되는 가스라도 난방용으로 사용되기도 하지만 샤워용 물을 끓일 때도 사용된다.

그러므로 온전하게 난방용 가스 사용량을 알아내기 위해서는 보일러를 난방용과 급탕용으로 따로 달고 여기에 주방용, 급탕용, 난방용으로 도시가스용적산유량계를 각각 부착하여야 한다.

가스유량계 수집에 병적인 집착이 있거나 나라 돈으로 공적인 연구를 수행하는 것이 아닌 이상 난방 가스 소비량 알기 위해서 이렇게 할 수는 없다.

해서 대부분 도시가스 청구서를 몇달치 모아놓고 여러가지 가정과 전문가적인 해석을 덧붙혀 과감한 해석을 내린다.

냉혹하게 말하면 입맛대로 퉁치는 것이다.

이렇게 대충 뭉떵거려 추계된 개인주택의 에너지 사용량 데이타들이 몇개 있기는 하다.

하지만, 원시 데이타가 부실하기 때문에 조금만 정확한 분석이 필요한 상황이 되어도 사용할 수가 없다.

잘 차려진 밥상으로 치면 메인 요리는 어림없고 반찬 접시를 장식하는 데코레이션 역할 정도에 그치게 된다.

이 문제를 해결하기 위하여 입산하여 여러날 모진 면벽 수행 중에 문득 깨달음이 있어 하산해서 바로 실행에 들어갔다.

깨달음이라고 해야 기실은 몸으로 때우는 것이다.

일단 며칠간 급탕과 조리가 없는 시간대에 보일러를 3분에서 10분까지  그다음의 10분 단위로 20분 30분 구분해서 가동하면서 가스 소비량을 계측하였다.

두번째는 각 난방구역별로 난방을 공급하면서 같은 방식으로 가스 소비량을 계측하였다.

세번째는 이렇게 계측된 분당가스소비량 역시도 외부온도 조건에 따라 약간의 변화가 있을 수 있기 때문에 월2회 이상 재 검측하여 오차를 보정하였다.

간단하게 말해서 병적으로 보일만큼 손발을 심하게 썼다는 말이다.

아침에 출근할 때 마다 하루도 빠지지 않고 가스유량계값을 적어나갔다.

적는 김에 적산전력계계량기도 옆에 있기에 같이 적었다.

좋은 시절이라 드롭박스에 올려놓은 엑셀쉬트를 핸드폰으로 불러올 수 있어서 따로 적을 것 없이 현장에서 그대로 업데이터를 하였다.

굳이 이렇게까지 하면서 기록을 한 이유가 있다면 나 쓰기 편한 데이타가 아니라 필요한 사람이 갔다쓸 수 있는 데이타를 만들고 싶었기 때문이랄까?

모호한 정보는 자기 편한대로 주장을 우길 때는 유용하지만 실제로 문제를 파악하고 해결할 때는 무용지물이기 때문이다.

난방에너지소비량 추계

난방에너지를 추산할 때는 다른 용도의 에너지도 같이 병합해서 보는 것이 정확도를 높혀준다.

물론 가스보일러를 사용한다면 주 난방연료인 가스 사용량이 가장 세밀하게 검측되어야 한다.

시중에 떠도는 개인주택의 난방에너지 글을 보면서 이상하다고 느낀 것이 있는데 왜 자꾸 단열 잘된 집이라고 소개하면서 엉뚱하게 이번달 전기요금이 5천원밖에 않나왔다고 자랑하는지는 알다가도 모르겠다.

그 집이 전기로 난방을 한다면 옳은 표현이지만 전기로 난방을 하는 집이 있을리도 만무하고 설사 전기난방이라고 해도 3kW 태양광 전기패널 하나 가지고 한겨울에 오천원 가지고는 난방은 택도 없다.

전체 에너지 소비를 같이 봐야 하는 이유는 가스보일러가 달려 있다고 해서 가스로만 난방을 하는 것은 아니기 떄문이다.

방바닥에 전기담요 깔아놓고 살거나 거실에 보조난로를 사용할 수도 있고, 취향에 따라서는 거실에 거한 화목난로가 있을 수도 있기 때문이다.

굳이 의도적으로 난방 에너지를 사용하지 않는다 하더라도 조리나 급탕에 공급되는 에너지도 부분적으로는 난방 효과를 가지게 된다.

그러므로 난방 에너지는 전등, 전열, 조리, 급탕, 화목을 사용할 경우라면 장작의 무게(kg), 여기에 휴대용부탄가스통구입비?, 향초?  기타등등 전체 에너지소비량과 같이 보아야 한다.

아래표는 람다하우스의 에너지소비량 측정 데이타이다.

에너지소비량의 단위는 편이상 모두 kWh로 통일하였다.

도시가스의 경우 매월 청구서에 해당월의 가스발열량(Mj/㎥)을 고지해주므로 이를 이용하여 kWh단위로 환산하였다.

예를들어 2014.11.26~2014.12.25. 까지 사용한 도시가스의 발열량은 43.285 Mj/㎥ 이다. 여기에 도시가스 사용량이 한달에 100㎥ 라면 한달간 사용한 에너지 값은

가 된다.

람다하우스의 난방소요면적은 181㎡이다.

난방소요면적이라는 개념이 생소할 수 있는데 부연 설명을 하면, 건축물에는 여러가지 면적 개념이 있다.

예를들어 연직투영 그림자 면적을 기준으로 하는 건축면적이 있고, 연면적, 전용면적, 공용면적, 계약면적 같은 용어가 있고 개인주택의 시공견적서를 받아보면 시공면적이라는 용어도 사용된다.

난방소요면적이란 말그대로 난방을 하는 면적이라는 말이다.

기본적으로 건축연면적에서 난방을 하지 않는 실외 구역은 제외한다.

예를들어 연면적에 포함되는 발코니나 처마 면적, 난방을 하지 않는 주차장이나 외부 창고 등이다.

실내 면적이라도 난방 면적에서 제외되는 구역이 있는데 예를들어 계단은 실내지만 난방을 하지 않기 때문에 난방면적에서 제외된다.

또 난방코일을 시공하지 않는 내부 창고도 있을 수 있고 다용도실을 난방하지 않는 주택도 있다.

이런 개념에 따라 실내라도 난방을 하지 않는 구역을 제외하거나 일정 비율로 삭감하여 최종적인 난방소요면적을 산정하게 된다.

따라서 같은 연면적의 건물이라도 난방소요면적은 상당히 다를 수 있다.

람다하우스의 면적은 아래와 같다.

 

위에서 보는 것처럼 난방소요면적은 건축면적과도 다르고 연면적과도 다르다.

주거동인 단독주택 면적 합계 214.13㎡ 에서 난방을 하지 않는 발코니 면적과 실내 비난방 구간 33.13㎡을 삭감하고 남은 면적인 181㎡ 을 난방소요면적으로 산정한다.

그러므로 평당 난방비라던가 단위면적당 난방비라는 개념은 난방소요면적으로 산정해야 건물의 에너지 성능을 객관적으로 알 수가 있다.

예를들어 난방비가 100,000원이라 가정하면 이를 이용하여  평당 소비된 난방비를 계산할 때 분모를 연면적으로 나누면 408원/㎡ 이 되지만 난방소요면적으로 나누면 552원/㎡이 된다.

분모의 값이 모두 난방소요면적이라고 가정하면 둘다 좋은 값이기는 하지만 408원/㎡ 이라면 KTX 특등실이지만 552원/㎡은 일반실 정도가 된다.

때문에 에너지 성능을 평가할 때 분모를 난방소요면적이 아니라 연면적으로 나누거나 비난방 구역을 제외하지 않은 단순 실내면적(위 표에서는 단독주택 합계)으로 나눠 산출하는 것은 중대한 오류를 초래한다.

건물의 에너지 성능을 표시하는 공식적인 에너지 성능 지표가 아니라 모호하게 "제곱미터당 난방비가 한 400원 정도 든다"라고 했다면 그것이 연면적 기준인지? 실내면적 기준인지? 난방소요면적 기준인지? 한번 되집어 봐야 한다.

람다하우스의 동절기 총 난방에너지소비량은 2,220 kWh 이고, 난방소요면적은 181㎡ 이므로 이를 기준으로 난방에너지소비량을 산출하면 아래와 같다.

아직 난방 시즌이 며칠 남아있기 때문에 최종적으로는 현재 수치에서 1~1.5 정도까지는 상승할 수 있다.

주택의 에너지 성능을 표시하는 공용단어는 난방에너지요구량(kWh/㎡.a) 이다.

따라서 해석상의 이견이 없는 공식 용어를 사용하여 에너지 성능을 표시하는 것이 불필요한 오해를 막을 수 있는 지름길이다.

결론적으로 무난하게 설계상의 난방에너지요구량 최초 목표인 15 kWh/㎡.a 는 달성될 것으로 기대해 본다.

조금 설명을 보탤 것이 있다. 난방에너지요구량과 난방에너지소비량은 같은 개념이 아니다.

난방에너지요구량은 PHPP 설계상 건물이 요구하는 순수 에너지값을 산출한 것으로 난방시스템의 에너지 효율을 반영하지 않은 것이다.

즉, 난방에너지요구량 = 난방에너지소비량 × 난방시스템효율이 된다.

난방시스템의 효율은 보일러 자체의 장치 효율과 난방배관, 축열조 등에서 발생하는 에너지 손실을 모두 감안하여야 할 것이나 계산 편이상 84% 정도로 보았다.

이보다 좋은 효율은 나오기는 어렵다는 것이 일반적 견해라고 본다.

이 기준으로 난방에너지 발란스를 보면

이 된다.

즉, 난방 시스템이 17.86 kWh/㎡.a 의 에너지를 소비하게 되면 효율에 따른 에너지 손실을 제외한 순수 난방에너지는 15 kWh/㎡.a 가 되는 셈이다.

그럼 차이값인 2.86 kWh/㎥.a 는 ?

아깝지만 떡 사먹었다고 생각하고 잊어야 한다. 

실제로 열을 이용하는 장치에서 보일러보다 열효율이 좋은 것은 없다.

화력발전소가 연료를 태워서 전기로 만들 때 에너지 전환 효율이 기껏해야 35% 선이다. 열병합까지 해서 패열을 회수하면 50% 쯤 된다.

자동차는? 역시 30% 선에서 왔다 갔다 한다.

로켙은 ?  63빌딩만한 깡통에 최고 폭발력을 가진 연료 빡시게 채워서 똥구녕에 불싸질러 올려봐야 잘해야 화물 6톤 들어 올린다.

그러므로 84%는 따지고 보면 엄청 높은 효율인 셈이다.

같은 원리로 람다하우스의 현재까지의 난방에너지요구량을 추정하게 되면 12.27 × 0.84 = 10.31 kWh/㎡ 로 보아야 한다.

전체 에너지소비량을 사용용도별로 분리하면 아래 그림과 같다.

난방에너지로 전체의 52%, 2,220kWh(월평균 740kWh)를 사용하였고 급탕과 조리에 31%, 전등과 전열에 17%를 소비하였다.

람다하우스에는 의도적으로 난방을 하지 않는 비난방 구간은 없다.

난방코일이 깔려있는 단열선내 모든 구역이 평균 난방온도에서 1.0 ℃ 이내의 오차범위내애서 균일하게 온도를 유지하고 있다.

람다하우스의 동절기 석달동안 평균 실내 공기온도는 18.8 ℃ 를 유지하였다.

보기에 따라서는 너무 온도가 낮지 않은가? 라고 생각할 수도 있겠으나 기밀이 좋고 냉복사가 없는 단열 주택에서 18.8 ℃는 빤스 바람으로 살 정도는 아니지만 글타고 털잠바 껴입을 정도로 춥지도 않다.

실제로 우리 부부는 침실온도가 19 ℃ 를 넘어면 자다가 더워서 이불을 걷어차기도 한다.

람다패시브하우스의 동절기 3달 총 에너지 비용은 419,349원이고 월평균 139,783원/월 이다.

이 중 겨울철 난방비는 월평균 65,882원/월 3개월 합계는 197,644원이며 난방 면적 181㎡ 기준으로 단위 면적당 난방비용은 364원/㎡.월 이다.

평 가

과학적 담론은 해석상의 이견이 없는 정확한 경로를 따라야 한다는 평시 신념에 따라 검증 가능한 방식으로 논증해 보고자 했다.

주어진 조건에서 최대한 면밀하게 추적한 결과가 설계치에 만족하게 나타난 것이 즐겁지 않을리 없다.

무쟈게 기쁘다.

설계자인 홍도영건축가와 면밀하게 검토하고 내려야할 결론이지만 현재까지의 결과만으로 보면 설계치 성능을 만족한 것으로 기대된다.

PHPP상에 단열 성능을 계산할 때 치장벽돌과 외단열재 사이의 중공층을 부분적으로 오픈된 공간으로 해석하였으나 내가 기를쓰고 밀폐를 하였던 것과 모든 창호 외부에 덧창을 설치하였는데 이로인한 표면열저항 효과를 PHPP에 반영하지 않았는데 이 같은 것이 추가적으로 단열에 기여한 면이 있지 않을까 짐작해 본다.

된다.

이것이 되기는 된다.

정말 생각한 대로 실현이 된다.