독일산 패시브하우스Passive House 전용 창호만 설치하면, 창호의 열교熱橋(Thermal Bridge)를 차단할 수 있을까. 애석하게도 ‘패시브하우스용 창호 사용은 패시브하우스의 필요조건이지 필요충분조건이 될 수 없다’는 게 정답이다. 패시브하우스 요구 조건에서 창호의 열관류율 기준은 0.8W/㎡·K이며, 창호를 설치한 후 기준은 0.85W/㎡·K이다. 결국, 패시브하우스 창호를 설치할 때에 열교 없이 시공해야 한다는 것이다. 패시브하우스 창호 설치에서 중요한 원칙이 ‘단열재 위에 창호 프레임을 시공하라’는 것이다. 하지만 패시브하우스나 저에너지하우스 시공 현장에선 대부분 이 원칙을 소홀하게 여기는 경향이 있다. 패시브하우스와 일반 주택의 창호 시공 방법 ABC에 관해 살펴본다.
글?사진 고용규<한국제로에너지건축협회 회장>
혹자는 “창호 프레임을 단열재 위에 시공하는 게 뭐 그리 차이가 있겠어”라고 말한다. 과연 그럴까. 결론을 먼저 말하면 창호 프레임을 단열재 위에 시공하는 것과 구조체 위에 시공하는 것은 열교값의 차이가 상상을 초월하며, 시공 방법에 따라서 패시브하우스 인증 여부가 결정될 수 있다. 어찌 보면 패시브하우스의 명줄을 쥔 셈이다. ψEinbau=0.005W/m·K UW, eff=0.78W/m·K
<그림1> 단열재 위에 패시브하우스 창호 프레임을 설치한 경우
<그림2> 구조체 위에 패시브하우스 창호 프레임을 설치한 경우
<그림 1>에서 보듯이 단열재 위에 창호 프레임을 설치할 경우, 선형 열교값(ψ)은 0.005W/m·K 정도이고 열관류율(U)은 0.78W/㎡·K이다. ※ 패시브하우스 열교 요구 조건은 0.005W/m·K 이하. 그런데 같은 종류의 창호 프레임을 구조체 위에 설치한 <그림2>를 보면, 열교값은 0.15W/m·K로 상승하고 열관류율은 무려 1.19W/㎡·K로 급상승하는 것을 알 수 있다. 1.19W/㎡·K는 패시브하우스 창호 설치 후 열관류(0.85W/㎡·K)에 훨씬 못 미치는 저에너지하우스 수준에 불과한 데이터값이며, 실제로 독일 패시브하우스협회 에너지 계산 프로그램인 PHPP(Passive House Planning Package)상에서도 경우에 따라 다르겠지만 3∼5㎾h/㎡·a의 에너지 손실이 발생한다. 우리가 패시브하우스 전용 창호를 설치할 때 단열재 위에 설치하라고 강조하는 이유가 바로 여기에 있다.
<그림3> 상상을 초월하는 열교가 발생한 패시브하우스 창호
문제는 그동안 패시브하우스로 지은 건축물들이 독일산 패시브하우스 전용 창호이냐 아니냐 하는 제품 명세서(Spec)에만 초점을 맞췄지, 실제 창호 시공 방법에 대해선 등한시했다는 점이다. 그 결과 소위 패시브하우스라고 일컫는 건축물들을 열화상 카메라로 촬영하면 <사진3>에서 보듯이 어마어마한 열교가 발생하고 있다. 이것이 우리에게 일깨워주는 교훈은 제아무리 값비싼 패시브하우스 전용 창호일지라도 창호 프레임을 단열재 위에 설치하라는 원칙을 무시한다면, 그 성능이 일반 창호 수준으로 떨어진다는 사실이다. 즉, 독일산 패시브하우스 전용 창호의 사용은 패시브하우스 인증 시 필요조건이지 필요충분조건이 될 수 없다는 것이다.
패시브하우스 전용 창호 설치 지침 ABC 패시브하우스 전용 창호를 설치할 때 준수해야 할 원칙은 무엇일까. 다음은 열교 없는 패시브하우스 창호 설치를 위해 세계 표준의 패시브하우스 건축을 지향하는 ‘한국제로에너지건축협회’가 권장하는 패시브하우스 창호 설치 지침이다.
● 패시브하우스 창호 설치 지침 첫째, 창호 프레임을 구조체가 아닌 단열재 위에 설치한다. 둘째, 창호 프레임에 30㎜ 이상 단열 처리한다. 셋째, 전동 블라인드 박스 자리에 열관류율값이 0.15W/㎡·K을 유지하도록 고성능 단열재를 충진한다. 넷째, 철물을 설치할 때 합성 고무인 EPDM 또는 에어로젤Aerogel + 스테인리스 브래 킷Bracket을 사용해 열교를 최소화한다. 다섯째, 창호 프레임과 창틀을 완전하게 기밀 시공한다. 여섯째, 창호 프레임과 창틀 사이에 빈틈없이 단열재를 충진한다. 일곱째, 창호 프레임 하단부에 물받이를 설치한다. ※ 패시브하우스 창호 요구 조건 유리 열관류율 0.80W/㎡·K 이하, 창틀 열관류율 0.80W/㎡·K 이하, 창호 설치 후 열관류율 0.85W/㎡·K, 유리 g값(SHGC) 0.5 이상.
창호 프레임은 단열재 위에 설치
<사진1> 단열재 위에 설치한 패시브하우스 창호 프레임
독일 패시브하우스연구소(PHI)의 창호 설치 제1 원칙은 ‘창호 프레임을 구조체가 아닌 단열재 위에 설치한다’는 것이다. 그럼에도 우리나라 패시브하우스 시공 현장에선 대부분 창호 프레임을 구조체 위에 1/2 걸치거나, 아예 구조체 위에 얹곤 한다. 창호 프레임을 구조체 위에 1/2 걸치면 구조체의 열교가 프레임에 100% 전달돼 열교값이 상승하고, 그로 말미암아 창호 전체의 열관류율값이 떨어진다. 그러나 우리나라에선 이 원칙을 알지 못했거나 현장의 편의성 때문에 일방적으로 무시하는 측면이 농후하다. 우리에겐 참으로 불편한 진실이 아닐 수 없다.
창호 프레임 단열 처리
<사진 2-1> 창호 외부 프레임에 팽창 테이프 설치
<사진 2-2> 창호 외부 프레임에 30㎜ 단열재 설치
창호 프레임에 30㎜ 이상 단열 처리한다. 이 원칙은 패시브하우스 창호의 품질을 완벽하게 구현하는 가장 중요한 사항일 수 있다. 패시브하우스 전용 창호 프레임의 열관율은 0.80W/㎡·K이다. 여기에서 패시브하우스의 요구 조건인 창호 프레임의 열관율을 유지하려면, 프레임에 반드시 단열 처리해야 한다는 것이 중요하다. 만약, 이 원칙을 무시하면, 패시브하우스 창호의 성능은 기대하기 어렵다. <사진 2-1>, <사진 2-2>는 패시브하우스 창호 프레임의 단열 시공 과정이다. 먼저, 창호 외부 프레임에 팽창 테이프를 붙인 후 그 주위에 30㎜ 단열재를 설치한다. 단, 하부 프레임은 결로수結露水 배출구를 고려해 10㎜ 정도만 단열한다.
전동 블라인드 박스 단열 처리
<사진 3-1> 외부 전동 블라인드 박스 단열 부족으로 결로 발생 전동 블라인드 박스 자리에 열관류율값이 0.15W/㎡·K를 유지하도록 고성능 단열재를 충진한다. 일반적으로 패시브하우스 전용 창호 시공에 대해선 디테일을 연구하고 세밀한 시공을 주문하나, 정작 전동 블라인드를 부착하는 곳의 단열과 부착 철물의 열교 최소화에 대해선 전혀 생각지 않는다. 사실 창호에서 열교 발생으로 인한 하자의 30%는 전동 블라인드 설치 부위의 단열 부족에서 야기되는 측면이 크다. 열교 현상은 단열의 열적 흐름이 급격히 꺾이는 지점에서 발생한다.
<사진 3-2> 에어로젤을 사용한 전동 블라인드 박스 자리 단열
<사진 3-3> 진공 단열재를 사용한 전동 블라인드 박스 자리 단열>
아이러니하게도 패시브하우스는 일반 건축물에 비해 열교에 더 쉽게 노출된다. 패시브하우스는 단열이 아주 잘 된 구조체이기에 조금이라도 단열이 부족해 열적 흐름이 꺾이면, 그곳에서 집중적으로 열교 현상이 발생하기 때문이다. 패시브하우스에서 열적 꺾임 현상이 쉽게 발생할 수 있는 곳이 바로 창호의 전동 블라인드 박스 자리이다. 블라인드 박스 두께로 인해 상대적으로 단열 두께가 얇아질 수밖에 없기 때문인데 비극의 출발점이기도 하다. 단열재의 두께가 얇아지다 보니 열적 흐름이 왜곡될 수밖에 없다. <사진 3-1>은 그 결과 전동 블라인드 자리에서부터 결로가 발생해 창호 전체로 곰팡이가 피고 있음을 보여준다. 그렇다면 외부 전동 블라인드 박스 자리의 부족한 단열을 어떻게 극복할 수 있을까. 원리는 벽체와 마찬가지로 열관류율을 충족시킬 수 있는 단열재를 사용하는 것과 같다. <사진 3-2>는 150㎜ 네오폴Neopor의 2/1에 해당하는 70㎜ 두께 에어로젤을 사용해 벽체와 같은 열관류율을 유지한 것이다. 물론, <사진 3-3>에서 보듯이 진공 단열재(VIP)를 사용하면 훨씬 적은 두께로 단열할 수 있지만, 진공 단열재의 선형 열교는 기술적으로 처리하기 힘들다.
철물 설치 시 열교 최소화
<사진 4-1> 열교 차단재 에어로젤을 사용한 스테인리스 브래킷 설치
<사진 4-2> EPDM을 사용한 스테인리스 브래킷 설치
철물을 설치할 때 합성 고무인 EPDM 또는 에어로젤 + 스테인리스 브래킷을 사용해 열교를 최소화한다. 스테인리스 재질 브래킷을 사용하며 브래킷 설치 시 열교 최소화를 위해 열교 차단재인 에어로젤 혹은 EPDM을 설치하라는 것이다. 고정 철물 재질이 일반 스틸인 경우 열전도율이 높아 열교가 발생할 위험이 크기에 상대적으로 열전도율이 3/1에 불과한 스테인리스 재질의 브래킷 사용을 권장한다. 그리고 스테인리스 브래킷을 설치할 때엔 에어로젤 또는 EPDM을 사용해 열교를 최소화한다. 단, EPDM은 경화 현상이 발생하는 게 단점이다.
창틀과 프레임 기밀 시공
<사진 5-1> 모르타르로 메우고 프라이머를 도포한 후 기밀 테이프 전용 본드를 바른다.
<사진 5-2> 기밀 테이프를 접착한 후 러버 공정.
창호 프레임과 창틀을 완전하게 기밀 시공한다. <사진 5-1>, <사진 5-2>는 콘크리트구조 패시브하우스 시공 현장이다. 패시브하우스 창호 시공에 있어 콘크리트구조는 경량 목구조에 비해 상대적으로 상당히 정교하고 복잡한 과정을 거친다. 우선 창호 주위 콘크리트가 팬 곳에 모르타르를 메운 다음에 그 위에 아스팔트 프라이머Primer를 도포한 후 하루 이틀 지난 후 기밀 테이프를 붙이고 러버Rubber로 문지른다. 이 과정에서 프라이머 위에 기밀 테이프 전용 본드를 바르는 게 중요하다. 주의할 사항은 동절기 영하 온도에선 절대 기밀 테이프를 시공해선 안 된다. 영하 온도에선 모든 건축재가 그렇듯이 기밀 테이프의 접착력이 떨어지기 때문이다. 시공 기일에 쫓기다 보면 종종 영하 온도에서도 기밀 시공하는데, 그 결과는 100% 치명적 하자로 이어진다.
창호 하단부 물받이 설치 창호 프레임 하단부에 물받이를 설치한다. 이 부위에 물받이를 설치하지 않으면, 빗물이 외장재 틈새로 침투해 외단열재를 적시기에 결국엔 단열재의 단열 성능을 떨어뜨린다. 물받이에 대한 인식이 부족한 우리나라에선 창호 프레임 하단부에 밀봉(Caulking) 처리만 하는데, 제아무리 값비싼 고급 코킹재일지라도 시간이 흐르면 프레임과 외장재 사이에서 틈이 생기고, 이곳을 통해 누수가 발생해 외단열재를 적시므로 물받이 설치 시공 디테일을 반드시 준수해야 한다. ▲물받이 설치 시공 순서 ① 외단열재 부착 전, 창호 프레임 전체를 기밀하게 시공한다.
창호 프레임 기밀 시공.
② 창호 프레임 하단에 쫄방크를 설치한다.
쫄방크를 설치한 후 물받이 설치.
③ 쫄방크를 설치할 수 없는 경우, 물받이를 설치한 후 그 상부에 물받이 처마 역할을 하는 웨더링 프로파일을 설치한다.
쫄방크를 설치할 수 없을 때 물받이 상부에 웨더링 프로파일 설치.
④ 창호 프레임 양 끝에 물받이 마구리를 부착한다. ⑤ 물받이 마구리의 길이는 최종 마감선에서 최소 30㎜ 이상 돌출되게 시공한다.
물받이 마구리의 길이는 최종 마감 선에서 최소 30㎜ 이상 돌출되게 시공.
⑥ 물받이 마구리에 물받이 본체를 끼운다. ⑦ 물받이 세트를 설치한 후 외단열재를 설치한다. ⑧ 외단열재 끝이 물받이 마구리선을 5㎜ 정도 벗어나게 설치한다.
완성한 창호 물받이.
앞에서 살펴본 바와 같이 패시브하우스 전용 창호는 시공 원칙을 준수할 때 비로소 패시브하우스 창호의 요구 조건을 완성하는 것이지, 선진 유럽에서 수입한 패시브하우스 전용 창호 그 자체만으로 성능을 보장받을 수 없다. 즉, 패시브하우스 전용 창호도 시공 원칙을 무시한다면 그것은 무용지물이요, 애물단지에 지나지 않는다는 사실을 명심해야 한다.
■일반 주택의 시스템 창호 설치 가이드 패시브하우스가 아닌 일반 주택의 올바른 창호 설치 방법은 무엇일까. 한국제로에너지건축협회는 패시브하우스 창호 설치 원칙 중에서 일반 건축 현장에서 큰 비용을 들이지 않고 쉽게 활용할 수 있는 시공 원칙을 보급하는데, 이를 정리하면 다음과 같다. 첫째, 구조체 위에 창호 프레임을 설치할 창틀 주위를 단열한다. 둘째, 독일식?미국식 시스템 창호의 프레임을 단열한다. 셋째, 스틸이 아닌 스테인리스 브래킷과 앵커볼트를 사용한다. 넷째. 브래킷 베이스로 열교 차단재인 에어로젤 혹은 EPDM을 설치한다.
●창틀 주위 단열 우선 구조체 위 창틀 주위를 단열한다. 일반 주택에서 단열재 위에 창호를 설치하기란 고비용 구조로 사실상 불가능하다. 그 대신 구조체 위를 단열 처리하면, 어느 정도 열교값을 상쇄할 수 있다. <사진 7-1>은 경량 목구조에 창호를 설치할 때, 열교값을 떨어뜨리고자 열전도율이 0.015W/㎡·K에 불과한 에어로젤을 10㎜ 두께로 설치한 것이다.
<사진 7-1> 일반 경량 목구조 창틀 위에 시공한 10㎜ 에어로젤 단열재.
●창호 프레임 단열
<사진 7-2> 일반 독일식/미국식 창호 프레임의 30㎜ XPS 단열.
<사진 7-3> 일반 독일식/미국식 창호 프레임의 20㎜ 에어로젤 단열.
독일식?미국식 시스템 창호의 프레임을 단열한다. <사진 7-2>, 〈사진 7-3>은 창호 프레임을 단열 시공할 때 일반 건축 현장에서 쉽게 응용할 수 있는 방법이다. 열교를 낮추기 위해 창호 프레임을 XPS나 EPS 등으로 단열하는데, 이때 단열재 두께는 20∼30㎜를 유지한다.
●스테인리스 브래킷과 앵커볼트 사용
<사진 7-4> 열교를 줄일 수 있는 스테인리스 브래킷과 앵커볼트.
스틸이 아닌 스테인리스 브래킷과 앵커볼트를 사용한다. 이것은 누구나가 쉽게 실행할 수 있는 원칙이다. 일반적인 철의 열전도율은 50W/㎡·K이고, 스테인리스는 16W/㎡·K로 스테인리스 브래킷과 앵커볼트 사용만으로도 열교를 3/1 정도 줄일 수 있다.
●브래킷에 EPDM 혹은 에어로젤 사용
<사진 7-5> 브래킷 베이스로 설치한 EPDM.
<사진 7-6> 브래킷 베이스로 설치한 에어로젤 설치.
브래킷 베이스로 열교 차단재인 에어로젤 혹은 EPDM을 설치한다. 브래킷 베이스로 EPDM 혹은 에어로젤을 사용 시 브래킷을 통한 열교를 4/1 정도 낮출 수 있다. 특히 에어로젤은 EPDM과 달리 경화 현상이 없을뿐더러 투습 성능으로 구조체의 내구성을 보장할 수 있다.田
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