고기밀을 통한 건축물 에너지 다이어트

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고기밀을 통한 건축물 에너지 다이어트

2014년 2월 25일 (화) 00:00:00 | 지면 발행 ( 2014년 2월호 - 전체 보기 )

사계절 맞춤형 고기밀 디테일

고기밀을 통한 건축물 에너지 다이어트

적절한 자재의 사용이 중요하지만, 더욱 중요한 것은 도면에서 기밀면을 연필로 그렸을 때 기밀면이 끊기지 않고 연속적으로 이어져야 한다(펜슬의 법칙). 그래야만 블로어 도어 테스트Bloor Door Test를 통해 ‘기밀도(n50) ≤ 0.6회/h’ 이하의 값을 얻을 수 있다. 건축물에서 연결 부위인 벽과 지붕이 만나는 부위, 지붕과 배관들이 만나는 부위, 벽과 바닥이 만나는 부위, 벽과 창호가 만나는 부위 등이 가장 기밀에 취약하다. 이러한 부위는 설계 단계에서부터 철저히 규명해 계획적으로 시공해야 한다. 기밀 시공은 순서가 뒤바뀌면 되돌리기가 굉장히 어렵기에 기밀 시공은 많은 경험을 필요로 한다.
※ 본고는 ㈜해강인터내셔널 이정현 대표의 ‘고단열과 고기밀을 통한 건축물 에너지 다이어트’를 바탕으로 한 것임.
정리 윤홍로 기자 취재 협조 ㈜해강인터내셔널 02-416-1511

기밀도와 열 손실 그래프’에서 X축이 기밀도이고 Y축이 열 손실이다. 패시브 하우스 기준은 기밀도(n50) ≤ 0.6회/h인데, 기밀도가 1회/h일 때 연간 열손실이 5.8㎾/㎡K이고 기밀도가 3회/h일 때 연간 열손실이 17.4㎾/㎡K이다. 즉, 기밀도가 세 배로 나빠지면 열손실도 세 배로 늘어난다. 그 이유는 난방한 공기가 세 배로 빠져나가면, 그만큼 난방 에너지가 필요하기 때문이다.

아래의 ‘기밀도와 난방비용의 상관관계’ 그래프는 삼진에너홈에서 시공한 판교 패시브하우스 사례를 갖고 시뮬레이션 한 결과이다. 패시브 하우스 에너지 계산 프로그램인 PHPP(Passive House Planning Package)로 정량적으로 분석한 결과, 이 주택은 ㎡당 연간 난방 에너지 요구량이 13㎾/㎡K, 난방 부하가 10w/㎡, 기밀도(n50) 0.45/h로 나타났다. 이 주택의 기밀도를 바꿀 때, 과연 연간 난방 에너지 요구량은 어떻게 변화할까. 기밀도가 0.45/h에서 1/h로 나빠지면, 연간 난방 에너지 요구량이 패시브 하우스 수준(15㎾h/㎡.a)에서 오락가락한다. 기밀도가 3/h이 되면 난방비가 두 배로 들어가고 7/h이 넘어서면 난방비가 세 배로 들어간다.

현재 우리나라 경량 목구조 건축물의 기밀도는 천차만별인데, 일반적으로 5/h∼15/h이다. ㈜해강인터내셔널 이정현 대표는 경량 목구조는 건식구조의 특성상 다양한 자재가 사용돼 건물 외피를 구성하므로 특히 기밀에 신경을 많이 써야 한다고 강조한다.

“단열은 건축물의 에너지 성능에 중요한 요소이지만, 경제성의 원칙으로 보았을 때 단열재 두께의 적정선이 있다. 단열에 비용을 계속 투자하는 것은 경제적으로 맞지 않다. 최소의 단열을 한 이후 기밀에 투자하는 것이 훨씬 경제적이다. 단열재 두께를 늘렸을 때 초기엔 그만큼 에너지를 절감할 수 있지만, 어느 선을 넘어서면 둔화된다. 추운 겨울날 두꺼운 솜옷보다 방풍 처리된 얇은 솜옷이 더욱 따뜻한 것과 같은 이치이다. 이때부터 단열보다 기밀에 투자하는 것이 훨씬 경제적이다. 기밀은 선형으로 에너지비와 비례한다. 따라서 단열과 기밀을 적절하게 균형을 맞추는 것이 주택에서 가장 경제적으로 에너지를 잡는 방법이다.”

sd값(투습 저항)이란

sd값은 습기가 어떤 재료를 통과할 때의 저항을 공기층 두께로 환산한 것으로, Sd값이 낮을수록 투습이 잘 된다. 일례로 PE-필름(200micron)은 Sd값이 20m이다. 즉, 습기가 PE-필름을 통과할 때 걸리는 저항이 공기층 20m를 통과할 때 걸리는 저항과 같다는 뜻이다. 타이백은 sd값이 0.01m(1㎝)이고, 석고보드는 Sd값이 0.1m(10㎝)이다.

습기가 석고보드를 통과할 때 걸리는 저항이 공기층 10㎝ 정도밖에 안 되기에 석고보드는 습기가 잘 통과하는 투습 재질임을 알 수 있다.

투습방수지 vs. 기밀방습지

건축 자재 유통사들의 카탈로그를 보면 타이벡Tyvec을 방습지로 표현한 곳이 많은데, 타이벡은 방습지가 아니고 투습지이다.

투습방수지(Vapor Permeable Membrane)_단열재 외측에 시공하는 것으로, 말 그대로 습기는 통하지만 물과 바람은 통과하지 못한다. 투습방수지의 투습 저항치(Sd Value)는 0.01∼0.1m 사이다.

기밀방습지(Air & Vapor Barrier)_공기와 습기가 통하지 않게 하는 것으로, 단열재 내측에 설치한다. 이 제품은 투습 저항도에 따라 여러 가지로 구분한다. ▲습기 차단재(Vapor Barrier)-습기가 거의 통하지 않는 Sd값이 굉장히 높은 방습지이다. ▲습기 지연재(Vapor Retarder)-어느 정도 습기를 살짝 통과시키면서 방습을 한다. ▲가변형 방습지(Intelligent Vapor Barrier)-상대 습도에 따라서 습기를 통과시키기도 하고 차단하기도 한다.

기밀방습지 시공 위치

기밀방습지는 시공 위치가 굉장히 중요하다. 난방하는 추운 지역은 안쪽이 고온다습하므로 단열재 내측에 기밀방습지를 시공해야 한다. 반면, 냉방하는 더운 지역은 바깥쪽이 고온다습하므로 단열재 외측에 기밀방습지를 시공해야 한다. 그래야만 단열재를 결로로부터 보호할 수 있다. 그런데 여름에 난방하고 겨울에 냉방하는 지역에선 여름철에 역결로가 발생할 수 있으므로 기밀방습지를 신중하게 고려해야 한다. 만약, 안쪽에 기밀방습지를 시공했다면, 습기의 흐름이 안에서 밖으로 흐르는 겨울철엔 괜찮지만, 습기의 흐름이 밖에서 안으로 흐르는 여름철엔 방습지가 습기의 흐름을 꽉 막고 있는 상태에서 에어컨을 틀면 곧바로 결로가 발생한다. 그래서 나온 개념이 가변형 투습 방습지인 에어가드 스마트AirGuard smart이다.

에어가드 스마트는 상대 습도에 따라서 습기를 투과시키기도 하고 잡아주기도 한다. 예를 들면 습도가 낮은 겨울철엔 방습만 하면 되지만, 여름철엔 밖에서 안으로 흐르는 습기를 통과시켜야 단열재에 결로가 발생하지 않는다. 따라서 에어가드 스마트는 상대 습도에 의해 투습 저항값이 변한다. 즉, 습도가 낮은 겨울철엔 방습 기능을, 습도가 높은 여름철엔 투습 기능을 하기에 여름철에 역결로가 발생하지 않게 한다.

에어가드 스마트는 상대습도가 낮은 겨울철엔 내부에서 외부로 빠져나가는 습기를 차단시켜 단열재를 보호한다. 하지만 상대습도가 높은 여름철엔 습기가 외부에서 내부로 흐른다. 단열재의 습도가 거의 85∼90%에 달하는데, 이렇게 상대습도가 높을 때 습기를 통과(투습)시키기에 역결로가 발생하지 않는다.

축구에 비유하면 4명이 지역 방어할 때 상대편 스트라이커가 공을 몰고 내려오면 수비수들이 스트라이커를 향해 모이면서 어느 한쪽으로 구멍이 뚫린다. 에어가드 스마트는 그 뚫린 구멍으로 습기가 내려오는 원리를 이용한 것이다. 이처럼 에어가드 스마트는 상대습도에 따라 방습 기능(Sd 30m)과 투습 기능(sd 0.05m)이 있는 가변형 방습지이다.

창호 고기밀 시공

㈜해강인터내셔널 이정현 대표는 “건축주는 대개 창호의 브랜드를 많이 생각하는데, 고성능 창호의 선정 못지않게 중요한 게 창호의 기밀과 단열 시공을 제대로 하는 것이다”라고 강조한다.

‘창호 기밀 시공의 중요성’ 사진은 국내에 있는 모 패시브 하우스 창호를 열화상 카메라로 촬영한 것이다. 이 창호는 패시브하우스 요구 조건을 만족하는 고성능 창호이다. 하지만 열화상 카메라로 찍으니 프레임 주위로 열이 새는 빨간 부분(온도가 높은 부분)이 보인다. 창호의 단열과 기밀 시공이 부실함을 반증한다.

창호는 단열과 기밀이 취약할 수밖에 없는 건물 외피이다. 특히 시공 시 구조체와 창호 간 틈의 단열 및 기밀이 중요하다. 창호의 단열 및 기밀 시공이 불량하면 에너지 손실이 발생하며, 창호의 기밀 시공 불량은 열이 새고(에너지 손실), 웃풍에 의한 쾌적성이 떨어지고, 필연적으로 결로와 곰팡이가 발생한다. 따라서 선진 유럽에선 창호를 시공할 때 보편적으로 기밀 테이프를 사용한다.

창호는 건물 외피의 일부분으로 기밀과 단열의 기본 원칙은 동일하다. ‘건물 외피와 창호 기밀 시공의 기본 원칙’ 그림에서 왼쪽은 건물 외피(지붕과 벽)이고 오른쪽은 창호로 ②는 단열방음층이고 ①(건물 내부)은 기밀방습층으로 공기를 차단하면서 습기가 확산에 의해 단열재로 넘어가지 못하게 막아준다. ③(외부층)은 방수방풍층으로 구조체에 있는 습기를 밖으로 배출해 결로가 생기지 않게 하고(투습), 빗물은 안으로 들어오지 못하게 하고(방수), 바람으로부터 단열재를 보호(방풍)해 준다.

구조체와 프레임 사이를 폴리우레탄 폼으로 충진해 단열한다. 그 후에 내측은 기밀방습 기능을 가진 테이프, 외측은 투습·방수 기능을 가진 테이프로 기밀 시공을 한다. 기밀테이프는 프레임에 붙는 면과 구조체에 붙는 면에 접착 성분이 각각 있으며 목조 건축용과 RC용 각각 별도의 제품을 사용한다.田

손에 잡히는 패시브 하우스Passive House

패시브 하우스의 정의 및 요구 조건

“패시브 하우스란 직접적인 난방 설비의 도움 없이 생활에 필요한 최소한의 신선한 공기를 보조적 설비 수단으로 조금 온도를 올리거나, 내림으로써 재실자가 열적, 공기질적으로 만족할 수 있는 건물을 말한다.”
- Passivhaus Institut(의역: phiko)

“에너지 효율성, 쾌적성, 경제성을 동시에 만족시키는 표준적 건물이며, 이 세 가지 요소 중 한 가지라도 만족시키지 못할 경우, 진정한 패시브 하우스가 아니다.”
- Passivhaus Institut(의역: phiko)

“패시브 하우스란 자연 열을 난방의 주된 수단으로 활용해 적절한 실내 온도를 유지하고, 생활에 필요한 최소한의 신선한 공기를 알맞은 온도로 공급함으로써 재실자가 열적, 공기질적으로 만족할 수 있는 건물을 말한다.”
- (사)한국패시브건축협회

첫 번째, 두 번째는 독일 패시브하우스연구소의 정성적 정의이고, 세 번째는 (사)한국패시브건축협회의 정성적 정의이다.

패시브 하우스의 정량적 정의

-난방 에너지 요구량: 15㎾h/㎡K 이하

-1차 에너지 소요량: 120㎾h/㎡K 이하(냉방, 난방, 조명, 급탕, 환기, 콘센트)

-최대 난방 부하(중부/상부 유럽): 10W/㎡ 이하

-최대 냉방 부하(남부 유럽): 10W/㎡ 이하

패시브 하우스는 건물 계획 단계부터 대지의 특성, 기후 환경에 대한 이해를 통해 자연 에너지 활용도를 높이고 에너지 사용량을 최소화하는 디자인이 중요하다. 즉, 열(Heating and Cooling)과 빛(Lighting), 통풍과 환기(Ventilation) 등 자연 에너지를 효과적으로 이용해 화석 에너지 사용을 최소화하는 디자인이다. 이를 위해 건축물 배치, 대지 활용, 건축 형태, 공간 계획, 창호, 차양, 단열, 조경 계획 등이 활용되며, 이들 기법들은 각기 다른 요소 기술과 상호 작용을 통해 최적화된 효과를 만들어낸다.

(사)한국패시브건축협회는 패시브 하우스의 요소 기술과 조건으로 ▲향을 고려한 배치 계획: 향이 좋지 않더라도 설계를 통해 극복 가능 ▲고단열 고기밀: 국내 단열 기준의 약 3배 강화, 기밀 성능을 높이기 위한 디테일 강화, 벽 관류율 0.15W/㎡K(지역 온도에 따라 다름) ▲고성능 삼중유리 시스템 창호: 아르곤, 크립톤 가스를 충진한 삼중유리 사용(로이 코팅), 고단열·고기밀 창호 프레임 사용, 유리·프레임 열 관류율 0.80W/㎡K 이하, 기밀 성능이 가급적 0.0㎥/㎡h인 창호 사용 ▲외부 차양: 여름의 일사량 차단, 전동의 경우 실내에서 동작 자동제어, 전동이 아니더라도 외부에 있을 경우 효과는 동일(목재 덧문 등) ▲열 교환 환기장치: 외부의 신선한 공기를 들여오고 내부의 공기를 내보내면서 서로의 온도를 교환, 창을 열지 않아도 충분한 환기 가능, 황사와 꽃가루로부터 자유로움(필터 처리) ▲단위 면적당 사용 에너지 계산: 완공 후 실제 사용될 에너지양을 설계 단계에서 계산하고 검증함(몇 ℓ건축물인지 계산) 등이다.田

자료 제공 (사)한국패시브건축협회 070-7603-6621 www.phiko.kr