 저에너지주택 스틸하우스 구현 위한 가이드라인 외단열 마감 및 지붕 SIP 패널 적용 기준
정부의 지속적인 단열 기준 강화와 경주 지진 이후 2층 이상의 건축물에도 내진설계가 의무화되면서 최근 건축구조의 안정성 및 우수한 단열성이 요구되고 있다. 이러한 건축 환경 변화의 패러다임에 맞물려 저에너지 주택으로 각광받고 있는 제 2세대 스틸하우스 구현을 위한 가이드라인을 외부 단열 기준으로 제시해 본다.
글 정재민
스틸하우스 단열 접근 전략 열교차단_열교(Heat Bridge)란 건축물의 어느 한 부분의 단열이 약화되거나 끊김으로 인해 외기가 실내로 들어오는 것을 의미한다. 효과적인 열교 차단을 위해선 열이 흐르는 방향과 사용되는 자재의 열 저항을 알아야 한다. 열은 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르며 저항이 가장 적은 경로를 따라 이동한다. 스틸하우스에 사용되는 많은 자재들 중에 열 저항이 매우 낮은 스틸의 열교를 차단하는 것이 스틸하우스에서 열교를 방어하는 가장 중요한 포인트라고 할 수 있다. 단열의 방식은 내단열, 중단열, 외단열 등으로 구분할 수 있으나, 열교 현상을 최대한 억제하는 방법은 외단열 채택이다.
 [그림 1] 하자 시공으로 인한 결로[그림 1]은 내단열 시공으로 인한 하자 사례인데, 이를 보면 주택에서 외단열의 필요성을 절실하게 느낄 수 있다.
 스틸하우스에서 열교 현상을 최대한 억제하는 방법은 외단열이다.
습기 이동을 고려한 외단열 계획_만약 외부에 열전도율 0.034W/㎡K의 단열재 50㎜를 댈 경우 전체 열관류율은 0.253W/㎡K가 된다. 이는 현행법에 의한 중부지방 열관류율 0.270W/㎡K 기준 이내로, 평균 열관류율 측면에선 적당하나 외부 O.S.B 안쪽의 주변 온도가 낮아질 가능성이 있다. 이 경우 외부 EPS(또는 XPS)의 투습 저항 값(Sd Value)은 50×0.05m=2.5m로써 반투습이 되므로 실내 측에 방습층이 필요하다. 따라서 가변형 방습지를 추가로 설치해야 한다. O.S.B 내측의 온도를 표준 온습도에서 곰팡이 생성 온도 조건인 12.6˚C를 벗어나기 위한 외부 단열재 두께로 계산한 것이 아래의 시뮬레이션이다([그림2] 참조). 스터드 사이의 중간 단열을 제외하고 외부 단열만 두께를 120㎜로 한다면 결과는 아래와 같다. O.S.B 내측의 온도는 안정권에 들어오고 평균 열관류율이 0.240W/㎡K로 된다. 그러므로 이 방식에선 실내측에 방습층을 생략해도 되며, 외부 단열재의 Sd값은 50×0.12=6m가 되지만, 실외측에 방습층이 있으므로 안정 범위에 들어온다고 말할 수 있다. 즉 이와 같은 일련의 과정을 통해 스틸하우스 구조에서 현행법을 준수하면서 콘크리트구조 또는 콘크리트구조와의 열적 성능에 있어서 경쟁력을 확보하기 위한 방안은 중간 단열을 제외하고 외단열로만 EPS 또는 동등 이상의 단열재 두께 120㎜ 이상을 사용하는 것이다. 만약 패시브하우스 또는 저에너지 건축물과 같은 조건을 만들고자 한다면 외부에 두께 120㎜ 이상의 단열재를 사용하면 될 것이다. 특히, 두께 150㎜ 이상인 단열재를 사용한다면 가변형 방습층을 생략해도 된다.
 [그림 2] 결로 방지 외단열 시뮬레이션
기밀_패시브 건축물에 있어 매우 중요한 인자 중의 하나가 기밀이다. 독일 PHI(passiv.de)에서 기준으로 삼는 패시브하우스의 기밀 조건은 50pa ≤ 0.6회/h이다. 여기서 50pa이란 주택 내·외부 공기의 압력 차이를 의미하는데 풍속으로 따지면 약 8~9m/s 정도며, 정성적으로 표현하면 여름철 태풍의 초기 바람세기 정도이다. 즉, 평상시보다 상당히 강한 압력이 외부에 걸릴 때 주택 내부로 들어오는 틈새바람의 양이 시간당 실내 체적의 0.6회 정도만 들어와야 한다는 설명이며, 국내 현실에 비추어볼 때 상당히 강한 기밀을 요구하고 있다. [그림3]은 기밀성 테스트(Blow-door Test)를 위해 문에 설치한 가압기의 모습이다.
 [그림 3] 기밀테스트저에너지 주택을 위한 모든 건식 구조물은 별도의 기밀처리가 필요하며, 현대에 들어와선 실내측에 필수적으로 들어가는 방습층 또는 가변형 방습층이 기밀층의 역할을 함께 하도록 고안되고 있다. 만약 스틸하우스에서 열교를 효과적으로 차단하기 위해 유기질 단열재를 이용한 외단열을 적용하고, 그 두께가 150㎜를 넘을 경우 실내측에 방습층 또는 가변형 방습층이 필요 없게 되므로, 이 경우 기밀층을 확보하기 위한 전략은 아래와 같다. ① 외부 O.S.B 사이에 기밀 테이프 부착 ② 외부 투습 방수지를 기밀층으로 활용 ③ 유기질 단열재를 O.S.B면에 전용 접착재로 부착 이 세 가지로 접근할 수 있다.
 [그림 4] 기초측면 XPS단열
 [그림5] 기초 단열
 [그림6] 외벽단열
 [그림7] 코너 외벽단열
 [그림8] 돌출부 외벽단열
 [그림 9] 지붕단열
 [그림10] 창호단열
 [그림11] 창호단열스틸하우스 부위별 단열 디테일 기초_스틸하우스의 기초 단열은 경량목구조 기초 단열과 별반 다르지 않다. 다만 철에 의한 열전도를 가능한 효과적으로 막는 것이 중요하다. [그림4], [그림5]는 기초 측면 100㎜ XPS 단열재 시공 및 디테일을 표현한 내용이다.
외벽(중간 단열층 없는 외단열 기준)_스틸하우스에서 외벽은 내력벽, 비내력벽, 전단벽으로 구분할 수 있다. 외벽의 기능에 따라 스틸 스터드의 간격 차이는 있겠지만 벽체 내부를 구성하는 요소는 크게 다르지 않다. 스틸 스터드는 열전도율이 있기 때문에 [그림6], [그림7], [그림8]과 같이 외벽에 단열층의 확보가 필요하다.
지붕(SIP 지붕 패널 설치 기준)_건축물에서 지붕은 열 손실이 가장 많은 부위에 속한다. 형태에 따라 다를 수는 있지만 X, Y, Z축이 만나는 꼭짓점과 같이 열교에 취약한 부위가 많다. 지붕 단열은 다양한 방법이 있지만 [그림9]는 SIP 패널이 적용된 트러스 골조 상부 단열 디테일이다.
창호_외벽에 비해 단열 성능과 기밀 성능이 취약한 부위다. 창호는 유리와 프레임으로 구성되는데 복층 유리 이상을 사용하는 경우 유리에 비해 프레임의 열관류율이 더 좋지 않은 것이 일반적이다. 취약 부위인 프레임 중에서도 창호와 외벽이 만나는 부분, 즉 프레임의 테두리 부분이 특히 취약하다고 볼 수 있다. [그림10], [그림11]은 그러한 단열의 취약성을 보완하기 위해 고밀도 경질 폴리우레탄 보드를 외벽 구조 프레임 테두리에 설치한 디테일이다.
※ 스틸하우스 저에너지 설계 디테일 자료 요청
Epilogue 최근 스틸하우스 건축 공법은 포스코에서 개발한 World Premium 제품인 PosMAC*을 적용해 반영구적인 구조로 인정받고 있다. 또한, 한국철강협회와 스틸얼라이언스 등 관련 단체를 중심으로 기존 KS내화구조표준**에서 표준구조 확대 및 층간 소음 차단 구조에 대한 연구가 시작될 예정이며, 건축사 등 수요업계를 대상으로 스틸하우스 관련 다양한 구조/마감 디테일을 개발해 배포할 예정이다. 스틸하우스는 포스코와 한국철강협회를 중심으로 국내에 보급하기 시작한 1996년 이후 약 1.2만 호가 국내에 건립됐으며, 앞으로 2020년까지 약 2만 호의 제2세대 스틸하우스가 보급될 것으로 예상된다. 이는 일자리 창출과 지역 사회 발전 등 어려운 건설 경기에 희망의 촛불이 될 것으로 보인다. *PosMAC(POSCO Magnesium Aluminium alloy Coating product) : 기존의 아연도금 강판(180g/㎡)에 비하여 최대 10배 내부식성을 지님 **KS내화구조(KS F 1611-5): 내력벽 스틸스터드의 KS내화표준성능으로 인정받음 참고문헌 : 1. 스틸하우스 단열 방법에 따른 거주자의 만족도 조사(2014년 한양대학교 석사논문, 정재민) 2. 저에너지/패시브 스틸하우스 설계/시공 가이드(2015년 한국철강협회/한국패시브건축협회) 3. 저에너지 요소 기술이 적용된 스틸하우스 적용 사례(경기도 용인시/신영종합건설)
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