정보 | 패시브하우스의 이해와 적용 3

 

패시브하우스의 단열

● 패시브하우스의 단열

패시브건축물에 있어서 중요인자 중 하나는 물론 단열이다. 그러나 이 원칙은 다른 모든 건축물도 마찬가지이다. 패시브건축물은 이것을 정밀하게 정량화했을 뿐이다.

패시브하우스에 관하여 흔히 잘못 알려진 오해는 단열만 충분히 하면 패시브가 되는 듯 생각하는 것이다. 패시브하우스가 단열을 강화하는 것은 맞지만, 단열을 강화한다고 패시브가 되는 것은 아니다. 대게 여기서 일반화의 오류가 벌어진다.

겨울에는 두꺼운 옷을 입어야 한다. 건물에서의 단열도 마찬가지 개념이다. 한겨울에 얇은 옷만 걸친 체, 안에다 발열조끼를 입고 다는 것이 얼마나 낭비인가를 생각해보면 결론은 단순하다. 옷은 버릴 때까지 계속 입을 수 있다.

문제는 국내에서 건물이 입고 있는 옷이 과연 두꺼운 옷인지 얇은 옷인지 알 도리가 없다는데 있는 것이다. 건축법에서 정한 단열재의 두께가 절대 치수인 것처럼 생각하는 사람들이 많은, 대게 모든 법이란 것이 그렇듯이 최소한의 기준을 정해 놓은 것뿐이다. 즉, 법에서 정한 단열은 그 이하 치수로 할 경우 문제가 되기 때문에 하한선을 정해 놓은 것이고, 당연히 그 이상의 두께를 반영해야 따뜻한 집이 되는 것이다.

다시 옷으로 비유를 하자면, 건축법에서의 단열 규정은 한겨울에 얼어 죽지 않기 위해서 입어야 하는 최소한의 옷을 정해둔 것이다. 패시브든 아니든 단열에 좀 더 관심을 가져주었으면 하는 바람이다.

패시브하우스의 단열에 대한 독일 PHI의 규정은 우리나라 건축법의 단열규정에 비해 약 3배정도 강화되어 있다. 국내 중부지방의 단열규정이 비드법1호 기준으로 75㎜라고 한다면, 패시브하우스는 약 200㎜ 이상의 비드법1호 단열재를 써야 한다. 그러나 이 수치는 절대수치가 아니다. 지난 2월호에서 이야기를 했듯 건물의 형태나 지역에 따라 그 수치는 가변적이다. 즉, 바닥면적에 따른 외벽면적의 비율이 커질수록 동일한 단열이라 할지라도 열손실이 많아지게 되며 동일한 형태, 동일한 단열이라 할지라도 지역의 표준 기상데이터에 따라 그 열손실 정도가 다르다는 뜻이다. 패시브건축의 핵심은 바로 이것이다.

단열재의 종류에 따라 열전도율이 달라지기 때문에 각 단열재 회사가 보유하고 있는 열전도율에 대한 시험성적서는 반드시 확인해야 하며, 시험성적서 외에도 각 업체에서 제시하고 있는 취급 방법과 특징을 충분히 숙지하고 설계에 반영해야 한다.

● 단열재 종류별 검토사항

1. 비드법 단열재

통상 EPS로 통용되는 단열재로써, 스티로폼은 특정회사의 상호명이므로 도면에는 비드법단열재 혹은 EPS단열재로 기재되어야 한다.

비드법 단열재는 그 밀도에 따라 등급을 구분할 수 있으며, 30kg/㎥이 가장 단단하고 열전도특성도 뛰어나다. 현장에서 절단 등의 가공이 쉽고 시공방법에 따른 단열성능의 오차가 작다는 장점을 가지지만 열에 취약하고 화재 시 인체에 해로운 가스를 발생시킬 수 있으므로 내단열재로의 사용은 피하는 것이 좋다. 흡수율이 약 2~4%대로, 타 단열재보다 상대적으로 높은 편이기 때문에 단열성이 급격히 저하될 수 있으므로 직접 물에 닿는 부위에 시공은 불가하다. 그러므로 주로 지상층 외벽에 적용되어야 한다.

2. 압출법 보온판

보통 XPS라고 불리며, 아이소핑크 역시 특정 회사의 상표이므로 도면표기 시 주의하도록 한다. 여타의 특징은 비드법 단열재와 흡사하지만, 통상적으로 흡수율이 거의 없다는 차이점이 있다. 따라서 직접 물에 닿는 부위에 적용하더라도 단열성능을 보장받을 수 있어, 지하층 외벽에도 시공이 가능하다.

압출법 보온판은 일반적으로 동일한 밀도의 비드법 보온판보다 단열성능이 높아 벽체두께를 줄이거나 동일한 두께로 단열성능을 더 신경 쓰는 건축주의 경우, 비용이 더 소요되더라도 압출법 보온판으로 외벽의 단열을 원하거나 설계에 반영한다. 그러나 압출법 보온판에도 매우 중요한 사실 한 가지가 있다. 압출법 보온판은 시간이 경과하면 단열성능이 떨어진다는 것이다(이를 경시효과라고 한다).

 

<출처 : 이승언, 강재식, 정영선, 최현중_환경 및 시간경과에 따른 건축용 단열재의 열전도율 변화에 관한 실험적 연구, 대한건축학회논문집 19권 12호, 2003년 12월>

위 그림에서 보다시피 압출법1호 두께 50㎜로 335일 동안 시험을 한 결과 약 60일이 경과를 한 시점에서 법이 정한 단열성능 이하로 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 압출법 보온판은 셀 속의 기체가 아주 서서히 빠져나가면서 단열성능이 떨어지는 것이다.

같은 논문의 또 다른 실험에서 압출법 보온판 특호의 경우는 하강속도가 조금 덜한 것으로 나타났지만 결국 성능이 법적 성능 이하로 떨어지는 것은 동일했다(특호의 경우 약 150일이 경과하면 법적 성능 이하로 떨어지는 것으로 확인되었다).

또한 이 논문에서는 비드법 보온판과 글라스 울을 동일한 조건, 동일한 기간 동안 실험을 했는데 두 제품은 시간경과에 따른 단열성능에 변화가 없는 것으로 나타났다.

3.열반사 단열재

열반사 단열재는 특수 단열재이다. 이 단열재의 경우는 시험성적서의 확인 이외에도 열반사 단열재의 작용원리를 충분히 이해하고 적용해야 한다. 특히 세 가지 열전달(복사, 전도, 대류) 중 복사열만 대응하는데, 복사열조차 제대로 막지 못한다면 한 장의 얇은 스펀지에 불과하기 때문이다.

대부분의 열반사 단열재는 여타의 부피 단열재처럼 여러 겹을 겹쳐 사용한다고 하여 그 특성이 배가 되는 것이 아니다. 두 장이든 세 장이든 복사열의 차단성능은 거의 변하지 않는다(물론 각 열반사단열재의 단면 형상에 따라 단열성능이 조금씩 올라갈 수도 있다. 하지만 이 역시 겹쳐진 장수에 정비례하지는 않는다). 이는 복사열을 차단하고자 하는 목적으로 개발된 열반사 단열재의 특성상 단열재 표면과 외장재 사이에 일정 폭 이상의 중공층이 존재해야 하기 때문이며, 중공층의 두께는 각 열반사 단열재 업체별로 지니고 있는 특기 시방서를 확인하여 설계에 반영되어야 한다(통상적으로 25㎜ 이상).

<잘못 시공된 열반사단열재 사례>

사진과 같이 콘크리트 면에 열반사 단열재를 붙이고, 조적도 공간 없이 깔끔하게 붙여버린 경우가 그것이다. 이는 시공성은 좋겠지만 효과는 없다. 앞서 언급한대로 단열성능은 전혀 기대할 수 없으며 단지 5㎜ 스펀지를 넣은 것과 같을 뿐이다.

위 그림처럼 바닥 슬래브와 온돌사이에 열반사 단열재를 넣는 것도 무의미하다.

대부분의 열반사 단열재의 경우 투습이 전혀 되지 않는 구조로 되어 있어 통기성이 요구되는 부위에 사용했을 때 내부 습기가 배출되지 않아 문제가 발생될 수 있으므로 주의하여야 한다. 또한 스터드(Stud) 등에 의해 표면에 직접 부재가 닿을 경우에는 단열 성능을 거의 기대할 수 없으므로 부분 결로에 의한 곰팡이 발생우려가 있다.

                  <출처 : 송승영, 대한건축학회논문집 계획편 제25권 제6호, 2009년 6월>

위 그림은 스터드 부위의 열교 모습을 시뮬레이션 결과다. 가운데 스터드가 있는 부위에서 단열이 약화되어 있는 것을 확인할 수 있다. 열반사 단열재는 외장재의 선정에도 심사숙고해야 하는데, 이는 열반사 단열재는 표면이 오염되면, 오염된 부분의 반사율이 떨어지고 그에 따라 단열성능 또한 저하되기 때문이다.

결론적으로 열반사 단열재만으로는 패시브하우스에서 요구하는 열관류율 값을 맞출 수 없으므로 타 단열재와 혼용해서 사용하는 것이 바람직하다.

마지막으로 열반사 단열재에 대해 고려할 사항은 표면의 반사 정도가 곧 반사율을 나타내지 않는다는 것이다. 열반사 단열재는 장파(자외선)에 대한 반사율을 고려해야 하기 때문에 가시광선의 반사율은 큰 의미가 없다. 즉, 표면의 반사도가 높아 보이는 것과 실제 복사열의 반사기능과는 등가관계가 아니라는 뜻이다. 육안으로 보이는 표면의 반사가 척도가 된다면 최고의 단열재는 거울이 되어야 한다.

● 열교(Heat Bridge)

열교에 관하여서는 인터넷에서도 많은 글을 찾아볼 수 있으므로 특별히 길게 언급할 필요는 없을 듯하다. 단열을 아무리 두껍게 하더라도 열교부위가 많으면 아무 소용이 없게 되고, 오히려 아이러니하게도 단열이 강화될수록 열교는 큰 문제가 될 수 있다.

겨울철 실내 벽면 곰팡이의 발생원인인 결로(이슬맺힘)현상은 단열을 강화하면 줄어든다. 그러나 결로가 준다고 해서 실내습기가 어디 가는 것이 아니므로 단열이 강화된 실내에 열교부위가 있다면 그곳이 습기의 주공격 대상이 되어 부분적 결로가 더 심하게 된다. 물론 에너지손실이 막대하다. 현재 우리나라 공동주택의 경우 내단열을 사용함으로써 필연적으로 열교를 피할 수 없게 되었다. 실제로 공동주택을 리모델링하려고 내단열재를 뜯었을 때 단열재와 구조체 사이에 무수히 핀 곰팡이를 어렵지 않게 볼 수 있다. 이러한 이유로 패시브하우스에서는 열교부위를 막기 위한 디테일을 무엇보다 중요하게 생각할 수밖에 없다.

대개의 경우 내단열만 열교가 문제가 되는 것처럼 이야기를 하는데, 불행하게도 외단열도 열교로부터 완전히 자유롭지는 못하다. 아래 그림은 내단열과 외단열 공히 대표적인 열교부위를 나타낸 것이다.

열교의 차단방법은 여러 가지가 있고 쉽게 그 방법을 찾을 수 있으므로 자세한 설명은 생략하고, 마지막으로 주택에서의 결로 부위와 그로 인해 발생한 곰팡이균의 사진으로 글을 맺고자 한다. 우리나라 주택은 대부분 천장이 있기 때문에 천장 속의 모습을 잘 알지 못한다. 보이는 천장이 깨끗하다고 사진의 모습이 남의 이야기가 아닌 것이다.

<출처 : BINE informationsdienst>

건강한 주택은 뜬구름 잡는 말로 이루어지는 것이 아니다. 더욱이 패시브하우스는 기초적 지식으로 이루어진 세밀한 계획과 그 실천방안이 수립되어야 실현될 수 있다.