[쾌적한家, 건강한家] 열교, 곰팡이, 단열

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[쾌적한家, 건강한家] 열교, 곰팡이, 단열

2018년 3월 27일 (화) 00:00:00 | 지면 발행 ( 2018년 3월호 - 전체 보기 )

열교, 곰팡이, 단열

‘무엇 때문에 제로에너지주택을 만드는가.’

제로에너지주택은 개인에게도 국가에도 필요하다. 에너지 비용을 한 푼도 내지 않고 생활할 수 있다면 좋아하지 않을 사람이 없으며, 원료를 모두 수입에 의존하는 국가 입장에서도 마다할 이유가 없기 때문이다. 그러므로 국가는 개인이 조금 더 비용을 들여서라도 제로에너지주택을 짓고 살았으면 하고, 반면 개인의 입장에서는 비용을 추가로 들이지 않고 제로에너지주택에서 살고 싶어 한다. 이 둘 사이의 거리를 좁히는 것이 관건이며, 국가 입장에서도 이를 위해 매년 막대한 연구비를 지원하고 있다.

본 연재 기사는 모두가 원하지만, 기술적으로든 가격적으로든 쉽게 접근하기 어려운 ‘제로에너지주택’에 대한 기초지식과 현재의 기술로 달성 가능한 범위를 소개함으로써, 뜻이 있는 건축주가 제로에너지하우스에 합리적 가격으로 접근하도록 도움을 주려는 의도에서 출발했다.

이번 호의 모든 내용은 겨울철을 기준으로 서술했으며, 그림에서 별도의 언급이 없다면 왼쪽이 모두 외측外側이다.

글 (사)한국패시브건축협회 www.phiko.kr

CONTENTS

01제로에너지건축물의 정의와 실현 가능성

02제로에너지주택의 필요 요소 개론

03열교, 곰팡이, 단열

04좋은 창호의 선택과 하자를 줄이기

05차양의 효과적 설치

06주택은 왜, 기밀이 필요한가

07자연환기와 기계식환기, 그리고 환기장치 설치 및 관리

08구조 형식별 패시브주택 실현 전략

09기존 주택의 저에너지 리모델링 전략

10열원의 선택과 신재생에너지

11제로에너지주택을 위한 물과 열관리

12제로에너지주택 경제성 평가와 관리

결로와 곰팡이를 부르는 열교

결로와 곰팡이의 발생은 실내 온·습도와 벽의 표면 온도와 관련이 깊다. 즉, 외벽의 실내측 온도가 일정 온도 이하로 내려가면 결로와 곰팡이가 발생한다.

건축물은 법이 정한 단열재의 두께를 충족해야 하므로, 이론적으로 외벽에서 결로와 곰팡이가 생기지 않아야 한다. 그러나 여러 가지 이유로 단열재에 구멍이 났을 때, 열은 매우 빠른 속도로 이동하고 그 주위의 온도는 매우 낮게 떨어진다. 이처럼 단열재가 없거나, 손상돼서 열손실이 커지는 특정 부분을 열이 건너가는 다리라는 의미로 ‘열교熱橋’라고 한다.

열교 = 열이 지나다니는 다리

단열재는 건물에 있어 내복과 같다. 우리는 구멍이 난 내복을 사지 않듯이 단열재가 빠진 건물을 원하지 않는다. 그러나 알게 모르게 건물의 수많은 곳에 단열재가 빠져 있으며, 이것은 이미 고장 난 전자제품을 사는 것과 그리 다르지 않다. 특히, 실내에 단열재를 부착하는 아파트의 경우 외벽과 내벽 또는 슬래브가 T자 모양으로 만나는 모든 구간에는 단열재가 없다.

아파트의 열교, 내단열의 숙명

열교로 인해 외벽의 온도가 부분적으로 낮아지는 등의 조건이 갖춰지면 건물의 실내측에 곰팡이가 생긴다. 건물에 발생하는 곰팡이는 호흡기 계통에 매우 좋지 않은 영향을 미친다. 비염과 천식뿐만 아니라 심하면 폐렴으로 악화될 수도 있다. 독일에는 곰팡이를 제거하는 회사가 있는데, 이들이 입는 복장을 보면 곰팡이가 인체에 얼마나 나쁜 영향을 미치는지 간접적으로 알 수 있다.

독일의 곰팡이 제거 회사 작업 복장

열교가 있는 부분에 실내의 열이 벽 쪽으로 갈 수 없도록 방해하는 붙박이장이 결합된 경우 곰팡이를 피할 수 없게 된다. 그렇기에 붙박이장은 외벽이 아닌 내벽 쪽에 붙이도록 계획해야 한다.

붙박이장 뒷면의 곰팡이

목조주택이 콘크리트주택보다 따뜻할까

단열재의 성능과 두께가 같으면 열이 통과하는 양도 같다. 그러면 목조주택과 콘크리트주택의 단열재 두께가 같으면 주택의 성능도 같을까? 불행히도 그렇지 않다.

모든 건축 자재는 열이 얼마만큼 통과하는지 정확히 측정할 수 있으며, 그 결과를 ‘열전도율’이라고 한다. 즉, 열전도율이 같다면 같은 두께일 때 열이 통과하는 양이 같다는 뜻이다.

목조주택에 사용되는 나무의 열전도율은 플라스틱과 같다. 이것은 철이나 콘크리트보다 확실히 열이 적게 통과하지만, 그렇다고 단열재는 아니다. 그렇기에 아래 그림처럼 단열재 두께가 같다면, 단열재 중간에 나무가 들어가는 목조주택이 콘크리트주택보다 추울 수밖에 없다.

목구조(왼쪽)와 콘크리트구조(오른쪽)의 벽체 비교

그렇다면 콘크리트주택이 목조주택보다 항상 더 따뜻한가? 사실 그것도 아니다. 아래 그림처럼 콘크리트주택에서 돌이나 징크 마감을 고정하기 위해 단열재를 철물이 뚫고 들어가게 된다. 이것이 막대한 열손실로 이어지며, 이 양은 목조주택에서 나무를 통한 열손실보다 많을 수 있다.

콘크리트주택에서 외장재를 고정하기 위한 철물의 열교

그러므로 이제 “목조주택이 더 낫다든가, 콘크리트주택이 더 낫다”는 밑도 끝도 없는 설명보다 “어떤 재료를 어떻게 사용했고 어떻게 열교를 없애려고 노력했기에 성능이 이렇다”라는 구체적 설명이 필요하다.

목구조, 경량 스틸구조의 열교 저감 방법

목조 또는 경량 스틸하우스는 스터드를 통한 열교를 감쇄시키려면 외단열이 필요하다. 즉, 스터드가 외부에 드러나지 않도록 조치해야 한다.

그러나 현장에서 외단열 시공할 때 레인스크린을 두는 것을 볼 수 있다. 1990년대 초, 북미지역에서 단열재 뒷면으로 넘어간 빗물이 OSB를 썩게 만든 사건 이후, 빗물이 유입되더라도 내부로 침투하지 않고 틈새로 빠져나가도록 하는 레인스크린을 뒀다. 이것이 레인스크린의 유래이다. 문제는 이 레인스크린 사이로 빗물이 빠져나가는 구조이기에 하단부에 벌레를 차단하는 방충망만 있을 뿐 공기의 유입을 막는 구성이 없다는 점이다.

이 이야기는 겨울철 외기外氣가 단열재 뒷면으로 넘어가는 현상이 있을 수 있다는 뜻이다. 국제규정(ISO 6946)에 의해, 이 통기층 외부의 단열재는 열적 성능이 없다고 보고 있다. 즉, 외부 단열재는 있으나 마나하고, 오로지 스타코 마감을 위한 바탕재 역할만 담당한다고 보아야 한다.

레인스크린으로의 외기 침투(좌)와 무기질 단열재를 사용한 올바른 외단열 방법(우)

그러므로 제대로 된 단열 성능을 내기 위해서는 OSB에 단열재를 밀착시켜야 하는데, 여기에는 전제조건이 있다. 목구조 내부의 단열재와 마찬가지로 글라스울과 같은 무기질 단열재를 사용해야 한다는 것이다. 그래야만 목구조의 습기가 외부로 빠져나갈 수 있기 때문이다. 스타코 마감은 이 위에 다시 통기층을 만들고, 파이버 시멘트 보드 위에 마감하는 형식이다.

콘크리트구조의 열교 저감 방법

콘크리트구조는 비교적 쉽다. 철물이 단열재를 관통하지 않게 하는 열교 차단 제품을 사용하면 거의 모든 문제가 해결된다. 다행히도 현재 우리나라 건축시장에는 매우 다양한 국산 열교 차단 제품이 있다. 용도와 위치가 맞는 제품만 선택하면 열교는 자연스럽게 해결할 수 있다.

각종 국산 열교 차단 제품(이지아이비스)

경량 구조에서의 방습층

경량 구조는 단열 성능이 오랫동안 지속되게 하려면 방습층이 필요하다. 단열을 이야기하다가 뜬금없이 방습층 이야기를 꺼내서 혼란스러운 독자도 있을 텐데, 경량 구조에서 필수적으로 방습층이 시공돼야 한다.

방습층은 말 그대로 실내의 습기가 벽체 속으로 들어가지 않도록 막는 것이다. 즉, 단열재보다 실내측에 위치해야 하며, 통상 석고보드를 치기 전에 선시공돼야 한다. 방습층이 왜 필요한지 아래 그림을 통해 살펴보자.

경량 구조에서의 겨울철 습기의 이동과 구조체 내의 결로 현상

겨울철은 실내가 외부보다 상대적으로 습한데, 수증기는 습도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 이동을 하기 때문에 습기는 실내측에서 실외측으로 흐른다(그림의 화살표). 이 때 벽체 내부의 온도는 외기와 가까울수록 낮아지고, 어느 지점을 넘어서면 실내에서 이동한 수증기가 벽체 내에서 결로 현상을 일으킨다. 경량 구조는 글라스울, 셀룰로오스 또는 수성연질폼과 같은 단열재를 사용한다. 그러므로 벽체 내부에서 결로 현상으로 발생한 물은 단열재를 적셔 쳐지게 만들기도 하고, 곰팡이가 생기는 환경을 만들기도 한다. 그 결과 단열 성능도 떨어뜨리지만, 실내 공기질은 물론, 심하게는 구조체를 썩게 만드는 직접적 원인이 되기도 한다. 그러므로 겨울철에 구조체 내부로 습기가 들어가지 않도록 하여 단열 성능이 오랫동안 동일하게 지속되도록 방습층을 설치해야 한다.

경량 구조에서 방습층의 위치(좌)와 설치층 개념(우)

이 방습층은 구멍이 나는 등 손상되면 안 되기에 수도배관이나 전기배관이 들어가는 ‘설비층’을 별도로 두고, 이 공간 안에서 모든 배관이 시공되는 방식을 선택하기도 한다.

우리나라 목조주택이나 경량 스틸하우스 중 이런 방습층을 두는 경우는 전무한 편이다. 하지만, 이 방습층은 법적으로도 요구하는 사항이다. 즉, 이것을 빼면 적법한 건축물이 아닌 것이다. 그런데도 이것을 알고 있는 사람이 극히 드물다.

가끔 글라스울 표면에 붙은 종이(크라프트지)가 방습층 역할을 할 것으로 기대하는 사람도 있다. 이 종이가 비록 습기가 통과할 수 없는 소재이지만, 이음매 또는 구조와의 접합부에서 문제가 생길 수밖에 없다. 따라서 이 종이가 붙은 단열재를 아무리 꼼꼼하게 잘 시공한다 해도, 이것이 방습층이 될 수 없다. 습기는 작은 틈새로 많은 양이 유입되기 때문이다.

목조주택에서의 단열재 시공. 매우 시공이 잘 된 사례지만, 방습층의 역할은 기대하기 어렵다.

본 주제에서 벗어난 이야기이긴 하지만, 목조주택은 방습층을 사이에 두고 나무와 실내가 분리돼야 한다. 그렇기에 “목재에 의한 조습 능력이 있어서 실내가 쾌적하다”라느니, “주택이 숨을 쉰다”라는 등의 표현이 얼마나 잘못된 것인지 쉽게 알 수 있다.

법에 정해진 바와 같이 방습층이 없는 경량 구조는 생각할 수도 없고 실현돼서도 안 된다.

콘크리트구조는 외단열만 제대로 하면, 콘크리트 200㎜는 그 자체로 방습층이기 때문에 별도의 조치가 없어도 된다.

콘크리트주택의 대표적인 열교

콘크리트주택의 경우 기초, 측면, 발코니 등 여러 군데 열교의 취약점이 있을 수 있다. 특히 우리나라에서 외벽과 지붕이 만나는 부분에서의 열교 문제가 매우 심각하다.

외벽은 건축법상 ‘외단열을 할 경우에도 구조체 중심선이 면적선’이기 때문에, 실내 면적을 키울 요량으로 거의 모든 주택에서 외단열을 기본적으로 하고 있다. 하지만 지붕은 100% 내단열을 채택하고 있다. 아마도 이것보다 더 싸게 시공할 수 있는 방법이 없기 때문으로 보인다. 특히 단열 + 방수의 합계 공사비가 절대적으로 저렴하다. 하지만 문제가 없이 싸다면 당연히 나서서 채택해야 하지만, 문제점은 고스란히 남겨두고 가격만 내린 꼴이니, 이 부분이 해결되지 않으면 콘크리트주택을 좋은 집이라고 이야기할 수 없다.

콘크리트건물의 지붕 열교

특히, 외기에 노출돼 항상 햇빛을 받는 노출 방수는, 그 수명이 2년여밖에 되지 않기 때문에 항상 누수, 결로, 곰팡이가 발생할 가능이 높다. 그러므로 이제 이 방식에서 벗어날 때도 됐다.

지붕의 단열은 방수 방식과 연관이 깊다. 아무리 단열을 잘해도 누수가 생기면 안 되기 때문이다. 또한, 평지붕의 경우 지붕을 사용할 수도 있기에 적절한 대책이 마련돼야 한다.

이 열교 문제를 해결하려면 우선 지붕도 외단열로 가야 한다. 여기에 더해서 방수는, 그 수명을 위해 햇빛에 노출되지 않도록 해야 한다. 이 두 가지를 모두 만족시키는 방법이 ‘역전지붕’이라는 개념이다. 우리에게 생소한 방식이지만, 유럽에서는 이미 수십 년 전부터 해오던 방식이다. 역전지붕이란 단열과 방수가 역전돼 있다는 의미이다.