패시브하우스 학교설계

패시브하우스 학교설계는 기본설계에서부터 건축물리, 에너지컨셉, 역학과 구조, 설비, 소방과 같은 전문가와 통합하여 설계해야한다. 그리고 단순한 형태를 추구하여 겉면적과 부피의 비를 줄이는 것이 중요하다. 그러면 설계에 드는 비용과 시공시 설비설치가 양호해 진다. 그리고 미리 공조기 공간(달대높이, 수직 배관 등)을 충분히 넓게 계획해야 한다.

또한 주현관으로부터 학생들이 단체로 이동하게 될 때 비록 방풍실을 만들어도 많은 양의 에너지가 흘러 나가게 된다. 그래서 주현관문을 개별적으로 나가도록 설계한다. 그리고 교실에서 바로 외부로 나가는 문은 방풍실을 따로 설치할 필요가 없다. 경험상 외부로 나가는 문은 겨울에 쓰지 않기 때문이다.

특히 주현관에서 큰 대공간으로 이어지는 동선일 경우 방풍실의 역할은 매우 중요하다. 특히 유치원의 경우 동선공간은 아이들에게 놀이공간이기 때문이다. 그리고 안락함과 공기열손실을 줄이기 위해 자동문보다 기계적인 개폐문이 더 좋다. 그 이유는 자동문이 더 오랜 시간 문이 열린 상태에 있기 때문이다.

조닝에 있어 여름에 신체발열과 햇빛으로 인한 열부하를 피하기 위해 교실과 그룹공간 대신 동선과 휴식공간을 남쪽으로 배치해 완충공간으로 활용해야한다. 그리고 전산실과 부엌같은 내부열을 발생하는 공간은 북쪽으로 배치하는 것이 좋다.

일정한 공간에 높은 인구밀도와 인체발열로 인해 여름에 공간적, 시간적 내부열 집중현상이 일어난다. 그래서 온도상승을 초래한다. 하지만 높은 축열체를 갖은 벽과 천장은 이런 현상을 완화시켜준다.

중요한 것은 공간에 좋은 축열체를 쓰는 것이다. 그래서 달려있는 음향판이나 천장, 빌트인 가구는 문제성이 있다. 공간들이 서로 연결되는 것은 최고온도를 완화시키기 때문에 장점이다. 그리고 중량구조는 화재예방과 소음방지에 장점을 갖고 있다.

천장높이까지 높은 창문은 빛의 양을 비례적으로 실내로 끌어들이지만 예를 들어 학교의 책상높이 아래까지 창문크기를 넓이는 것은 의미가 없다.

입면

불연성재료를 쓰기 위해 미네랄섬유 단열재를 쓰는 것이 좋다. 성능을 보면 200mm에 열전도율은 0.035 W/(mK)으로 매우 우수한 재표이다.

반달리즘 현상을 방지하기 위해 1층 입면에 신경을 써야한다. 예를 들어 판져직물(Panzergewebe)를 사용할 수 있다. 그래서 이곳은 벽돌이나 건식마감, 타일, 흙을 써도 무방하다. 그리고 플라스틱프로파일(sockelprofil)을 사용하여 단열재를 고정시키고 열교를 차단해야한다.

입면의 건식마감의 경우 화재시 굴뚝현상으로 꼭 단열재는 불연재료를 써야한다.

마감재를 고정시키는 재료는 알루미늄 대신 스테인리스, 목재, GFK, 탄소섬유를 사용하여 외부에서 입면을 통한 열교를 차단해야한다.

지붕

후면통풍이 되는 지붕은 습기나 응축이 바람을 통해 건조되기 때문에 유지성이 좋다. 열교를 방지하기 위해 천장마감재의 판넬사이를 테이프로 접착하는 것이 중요하다. 그리고 진동으로 접착이 약해질 수 있기 때문에 측정을 잘해야 한다.

환기

학교에 깨끗한 공기가 필요한 것은 아이들은 몸무게에 비해 많은 공기를 마시고 있고 신체기관들이 자라고 있는 상태기 때문에 공기오염에 매우 민감하다. 그래서 좋은 공기를 마셔야 한다. 기계적인 장치로 공기를 제어하여 환기를 시켜야 한다. 깨끗한 공기와 집중도는 비례한다고 미국의 학자가 발표했다. 덴마크에서는 1995년 이래 교실에 공기조화시스템을 도입하도록 건축법 제정을 했다. 여름에는 넓은 창문을 통해 환기를 시키고 겨울에는 기계를 통해 환기를 시키는 것이 좋다. 특히 곰팡이는 외벽이나 외벽에 접한 모서리에 가구를 세울 때 잘 피어난다. 그래서 단열과 환기가 필요하다.

체육관

기존의 단열방법으로 시공하여 큰 공간을 난방하게 되면 공간 온도층이 일정치 않아 다양한 온도의 변화를 측정을 통해 읽을 수 있다.

스포츠센터의 실내높이가 적어도 5,5m나 3배 넓은 체육관 높이가 7m라면 대류로 예상치 못한 온도층이 형성될 수 있다. 그로 인해 열쿠션을 7m 천장 바로 아래 형성하게 되고 정작 필요한 아래 1-2m 내의 사용공기층에는 필요한 열이 공급되지 못하게 된다. 그래서 기존 체육관은 1m 높이당 1K의 온도가 더 높다. 이로 인해 체육관의 지붕으로 많은 열이 사용되지 못하고 빼앗기게 된다. 그리고 기존의 체육관에는 주로 천장복사난방, 바닥난방 또는 천장벤틸에이션을 설치되어 열이 바닥으로 도달하지 못하고 바로 빠져나가게된다.

하지만 지붕에 기존보다 두껍고 향상된 단열재를 사용하게 되면 난방시 큰 공간에 일정한 온도분배가 가능하게 된다. 천장에 따뜻한 공기가 급하게 빠져나가지 못하기 때문에 머루르면서 바닥까지 영향을 주게된다. 이는 CFD-시뮬레이션을 통해 증명이 된다. 그럼 0,33K/m 의 온도분배를 보인다. 이를 증명하기 위해 센서가 부착된 종이를 길게 만들어 증명해 보았다. 아래 그림을 통해 측정하는 모습을 볼 수 있다.

그리고 상승된 체육관의 공기는 일정하기 때문에 상승된 공기를 버리지 말고 부속공간(샤워실, 탈의실, 복도 등)에 흐르게 하여 에너지를 이용하게 할 수 있다. 그래서 설계가 이웃한 공간의 공조존과 비공조존의 조닝이 매우 중요하다.

▣ 원문제목 : Passivhaus-Standard und Lüftung in Schulen der Stadt Frankfurt