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발콘 확장의 경우:
개인적으로 가장 좋은 시스템은 외단열 이지만 기존의 시스템을 변환시키기 까지는 사실상 많은 시간과 경제적인 요인이 작용되기에 국내의 기존 내단열 시스템을 고려해 여러가지 응용 제안을 하고자 원한다.
기존의 발콘을 확장하거나 아니면 초기 시공부터 확장해서 거실이나 방으로 쓸 경우 기존의 구조는 결로현상과 에너지 손실로 인해 많은 하자와 민원을 야기하는 것이 유감이지만 우리의 현실이다.이런 경우에는 먼저 기존 내단열을 주로 시공하는 공동주택의 시스템을 고려해서, 가장 좋은방법은 외단열 이지만, 외부 발콘의 창호와 연결하는것이 절대적으로 필요하다. 무엇보다 단열시스템이 내단열일 경우 연결부위나 베란다 면적은 난방하지 않는 경우는 외벽에 국지적 외단열이 가능하다. 왜냐하면 우수로부터 보호가 되기 때문이고 확장해서 난방이 이루어 질 경우는 창호 연결지역에 내단열로 문제점을 해결 할수가 있다( 참조 그림 1-5). 이때의 베란다 주위의 내단열재는 화재를 고려해 불연성을 쓰거나 아니면 내장재를 불연성 석고보드를 고려해 볼수도 있다.더불어 내단열이므로 습기보호를 위한 계획도 동시에 이루어 져야 한다.
일반적으로 스티로폼이라 부르는 EPS의 사용은 피해야 한다 그리고 습기로 인한 곰팡이나 단열재내의 결로를 막기 위하여 투습저항이 높은 제품을 써야 한다. 물론 목조의 경우 나무섬유와 황토 마감을 쓰게 되면 투습저항이 높은 재료를 쓸 필요는 특별히 없다. 단지 주의해야 할것은 공기의 대류를 막기위해 연결부위를 세밀히 밀폐해야 한다. 구조체를 통과하는 습기는 diffusion 보다는 대류가 더 많은 역활을 하는 것을 알아야 한다. 즉 숨쉬는 건물은 대류가 많다는 것이고 그 얘기는 습기도 습기지만 에너지 손실이 크다는 얘기와 같다. 살아 숨쉬는 건물이라는 말은 그래서 잘못된 표현이다.
그림 1-1 기존 고층주거의 평면 예
현재 일반적인 30층이 넘어가는 고층 주거 건물의 평면을 개인적으로는 잘 모르지만 위의 평면처럼 단순화 시켜 보았다. 파란색의 부분이 베란다로 쓰이는 공간이며 초기 단계에는 확장해서 난방을 하지 않는 경우이다. 파란색의 원으로 표시된 부분이 결로가 예상되는 부분이며 원인은 베란다의 콘크리트 판이 층 슬래브와 연결되어 있는 것과 그리고 세대내 에서는 간막이 벽으로 인한 단열재가 연결되어 있지 않기 때문이다.
그림 1-2 베란다를 확장하고 난방을 하는 경우
베란다를 확장해서 난방을 할 경우는 벽체의 열교현상은 부분적으로 나아질수도 있지만 창호연결부분의 결로 현상은 심각해 진다고 볼수가 있다. 나아가서 창문의 밀폐정도에 따라서 에너지의 손실이 결정이 되며 실내의 공기순환의 속도가 빨라지므로 아마도 심각한 경우는 벽체 근처에는 어깨가 시려울 정도가 될 것이다.그래서 처음부터 이 확장의 경우를 생각해서 설계를 할 필요가 있다. 필자는 개인적으로 공기층이 있는 외단열을 추천하지만 시공비 상승이나 건설사의 그동안의 노하우가 있기에 내단열과 부분적인 특별한 기술력이 필요없는 외단열을 혼합한 해결책을 제시하려 한다.
아마도 아래의 그림(1-3)처럼 외벽구조가 이루어 지리라 본다. 이 구조는 세대간의 간막이 벽으로 소음차단 역활도 해야 하지만 무엇보다도 열교적으로도 문제가 없어야 한다. 유감이지만 20층 이상의 공동주택의 외벽이 모두 단열재의 연결없이 이루어 진다면 그를 통해 잃어버리는 에너지는 계산할 필요도 없다.더불어 시간이 지나면 이 부분이 다른 부분과는 다른 외관을 보이게 된다. 왜냐하면 서로의 표면온도가 다르기 때문이다.
그림 1-3 기존의 외벽 평면과 베란다 연결부위
그림 1-3a 세대간 경계벽의 표면온도, 내부온도가 20도 상대습도가 80%이면 12,6도에서 곰팡이 발생 위험
그림 1-3b
해결책은(그림 1-4, 1-5) 아주 간단하다. 외단열이 좋지만 외단열이 기술적으로나 경제적으로 힘들다면(고층의 경우는 불연성 단열재를 써야 하기에 시공비가 더 필요함) 중간단열과 구조체 사이의 연결부분을 위에서 예를 든 것처럼 수직의 벽에도 (그림 1-4, 1-8, 1-9) 응용도 가능하다. 물론 아래의 그림 1-4의 경우는 발콘을 거실로 확장하지 않을 경우이다.
그림 1-4 세대 간막이 벽을 구조체로 부터 분리 했을 경우, 베란다는 확장되지 않은 경우, 평면
그림 1-4a, 그림1-3a과 비교 했을때 표면온도의 상승을 보여준다. 18,87도
그림 1-4b, isotherm
거실의 확장을 위해 발콘면적을 쓸 경우에는 외벽의 중간단열과 (그림 1-5, 1-6) 서로 연결 시킬수가 있다.단열이 끈김없이 연결되어야 되는 것이 기본 요소이다.
그림 1-5 세대 간막이 벽을 구조체로 부터 분리 했을 경우, 베란다를 확장한 경우, 평면
그림 1-6 세대 간막이 벽을 구조체로 부터 분리 했을 경우, 베란다를 확장, 창호부분, 평면
다른 방법으로 내부의 벽을 조적조가 아닌 철근 콘크리트로 시공하고 단열재, 공기층 그다음 다른 마감재를 선택할수도 있고 이 부분에 태양광도(PV) 설치가 가능하다. 즉 많은 가능성이 있는 것이다.
개인적으로 시스템의 적용 가능성을 두고 더 많은 검토를 해야 하지만 열교현상을 줄이기 위한 디테일의 개발은 발콘확장의 경우에도 충분히 가능하다고 본다. 외단열이 될 경우에는 디테일이 더 용이 하지만 다음 기회로 미루기로 한다. 외단열의 노하우가 언젠가는 가능하리라 본다.
그림 1-7 베란다를 확장하고 난방을 하는 경우: 외, 내단열의 혼합형태
위의 그림은 두가지의 형태를 고려한 것이다. 왼쪽의 베란다는 확장의 유무를 떠나 난방을 하지 않는 차가운 공간이 되며 아래의 큰 베란다는 확장을 해서 난방을 하는 경우이다. 이런 경우에는 실내의 모든 단열재가 필요가 없으므로 결과적으로는 시간과 재료의 절약으로 새로운 시스템의 투자비를 줄일수가 있으며 두째는 결로로 인한 하자 걱정이 없다는 점에서 차후의 관리비를 줄일수가 있으며 또한 에너지의 소비가 열교의 최소화로 향후 5년내에 그 투자비를 회수 할수가 있다는 장점이 있다. 왜냐하면 한국은 여름에도 냉방으로 인한 에너지 소비가 높기 때문이다.
그림 1-8 공동주택의 외벽의 단열성능을 높이고 층간소음의 전달을 줄이기 위한 제안, 단면:
가능한 구조이지만 전체적으로 이런 식의 시공은 외단열 보다 더 비싸고 의미가 없지만 부분적으로 1-9처럼 사용을 하면 두가지 시스템을 잘 혼합해서 열교와 외단열의 부담을 줄일수가 있다고 본다.
그림 1-9 공동주택의 외벽의 단열성능을 높이고 층간소음의 전달을 줄이기 위한 제안, 평면
그림 1-9a 벽체연결 시스템 출처: Schoeck, germany
그림 1-9b 벽체연결 시스템 출처: Schoeck, germany
일자형의 베란다의 경우도 있지만 ㄱ 자 모양의 베란다도 비슷한 시스템을 통하여 구조체와 분리 할 수가 있다.물론 지하의 기초를 같이 공유하면 예상되는 크랙을 사전에 방지 할 수가 있다.
그림 1-9c 모서리 연결 시스템 출처: Schoeck, germany
평면의 구조와 크기에 따라 물론 다르지만 슬래브를 25 cm로 계획하고 세대내의 벽체를 조적이 아닌 철근 콘크리트로 하면 25 cm에서 30 cm의 보 없는 구조가 가능하리라 본다. 즉 기계적 환기를 위해 30cm가 필요하다면, 개인적으로는 20 cm 이면 충분하가고 봄, 그림 1-8 이나 1-9 같은 구조를 응용하여 thermal break를 외벽에 적용하고 내부의 조적조와 슬래브 사이에 층간소음을 구조체적으로 완전히 분리 시키는 시스템이(점선으로 표시됨, 1-8) 가능하리라 본다. 구조적인 안전을 위해 단열재가 필요없는 계단실의 core를 이용하면 구조적으로 더 강화 되리라 본다. 공동주택의 슬래브 시공시 왜 아직도 이 보가 필요한지 이해하기가 힘들다.
그림 1-10 세대간 분리벽: 내단열, 베란다를 확장하지 않는 경우, 평면
그림 1-11 내단열, 베란다를 확장하지 않는 경우, 단면
위의 두 그림에서(1-10, 1-11) 첫번째 형태인 베란다가 확장이 되지 않고 난방이 이루어 지지 않는 경우에 공장 생산이 가능한 베란다 콘크리트와 층간 슬래브의 열적으로 완전한 분리가 필요하다(thermal break). 가장 간단한 형태의 분리가 되는데 이때 사용 가능한 열교 최소화 시스템은 아래의 그림과(1-12) 같은 재료를 쓸수가 있으며 1,5m 에서 2m 정도의 돌출은 별 어려움 없이 가능하다.
그림 1-13 세대간 분리벽: 내단열, 베란다 확장을 계획하는 경우, 평면
그림 1-14 내단열, 베란다 확장을 계획하는 경우 1단계, 단면
두번째는 설계시 부터 확장을 고려한 경우인데 처음에는 입주자가 일반적인 베란다를 사용을 하다가 후에 필요에 따라서 난방을 하는 베란다로 확장해서 쓸 경우이다. 세대간의 간막이 벽도 양쪽으로 단열을 해야하며 또 윗층의 소음재로 쓰이는 약 5cm 정도의 단열재와 아래층의 열전도율이 낮은 단열재를 약 4cm 정도로 시공하면 기존의 결로나 곰팡이의 문제를 줄일수가 있다. 그러나 콘크리트 판이 연결이 되어 있기 때문에 에너지 손실은 있지만 이 문제는 베란다를 확장하면서 부터는 없어지게 된다. 즉 외부를 확장의 경우를 생각해 아래의 재료를 통해 분리를 시켰기 때문이다.
그림 1-19 커튼월 시스템이 아닌 경우: 내단열, 베란다 확장을 계획하는 경우 2단계, 단면
물론 처음부터 위의 경우처럼(1-19) 시공하면 더 좋지만 입주자가 선택해야 하는 상황이기에 설계자나 시공자는 두 경우를 제공해야 한다. 처음부터 커튼월로 시공할 경우는 확장형으로 시공해야 하지만 기존의 발코니의 구조와 시스템 창호로 시공하는 경우는 차후에 재시공이 가능한 장점도 있다.
노란색은 철거 빨간색은 베란다 확장시 새로이 시공하는 경우를 나타낸다. 즉 기존의 난간 시설도 재 사용 할수 있다는 장점이 있고 별 어려움 없이 시공이 가능하다는 점이다. 위의 그림은(1-15~18) 독일의 Schoeck사의 옥상 연결부위를 열교현상을 최소한 할수있는 방법인데 이 시스템을 조금 변형을 시키면 우리의 공동주택의 문제점 부위에 응용 시킬수가 있다.문제는 공동주택의 발콘을 확장시 현재의 소방법에 의거해서 기존의 커튼월이 적용되기가 힘든 경우에는 바닥 슬래브와 외부 판과의 thermal break가 절대적으로 필요하다.마찬가지로 연결재 아래위로 불연재를 사용함으로 층간의 화재의 전달은 줄어들게 된다.이는 층간 소음의 해결에도 많은 도움이 된다.왜냐하면 구조적으로 분리가 되었기 때문이고 벽이 만나는 부분을 경계 소음 단열재로 시공을 했기 때문이다. 이 경계 단열재는 보통의 걸래받이라 하는 부분의 바로 밑 부분까지 시공을 해야 효과가 있지 너무 짧게 자르면 그 의미가 없다.위의 간략한 도면처럼 창문을 단열면에 설치를 하고 위 아래로 내단열재를 설치하면 끈김이 없이 해결이 가능하다. 즉 특히 문제가 되는 아래층의 곰팡이나 결로의 문제는 없게 되는 것이다. 이 부분의 단열은 더불어 조적조의 내단열이나 중간단열과 문제없이 연결이 (그림 1-13, 1-19)가능하므로 공동주택의 가장 큰 두 문제를 개인적으로는 가볍게 해결 할 수 있다고 본다. 그러나 국가에서 정해놓은 발코니 확장시의 추가 공사비의 제제로 과연 이 공간의 결로 문제 해결을 위해 어떤 시공사가 눈에 보이지 않는 이런 공간을 위해 필자가 제안하는 이 시스템을 고려해 볼지는 개인적으로도 사실 의문이다.
위에서 언급한것과 같이 편복도의 경우는 구조적으로 보강이 필요하고 공장 생산된 판을 쓸 경우는 아래의 그림처럼 연결 할 수가 있다. 구조체의 균열이나 소음전달의 문제점도 마찬가지로 줄일수가 있다. 이 경우는 우수로 부터 보호가 되기에 간단한 공기층을 가진 외단열로 시공하는 것도 생각해 볼만하다.
그림 1-20 편복도1: 외단열, 단면
그림 1-21 편복도 2: 외단열, 단면
국지적으로 구조적인 문제를 해결할 경우는 아래의 그림과 같은 재료를 사용하고 편복도의 슬래브는 프리 캐스트 콘크리트를 사용 할수가 있다.
이 방법외에 전체면적을 연결하는 것이 아니라 일정한 간격을 두고 연결재를 설치할 경우는 그 사이에 열류가 더 낮은 단열재를 설치 할수가 있는 장점이 있으므로 추천할 만한 공법이다.
계단실의 소음전달을 줄이는 것도 충분히 구조적으로 가능하다. 필자는 구조 전문가는 아니지만 이 시스템을 조금더 연구 한다면 단열의 문제와 소음의 문제를 동시에 해결 할 수가 있다고 본다. 물론 경제성 시스템화 할 수 있는지 먼저 검토 되어야 할 것이다.먼저 단열의 종류에 따라 즉 내단열, 중간단열 그리고 외단열에 따라 연결부위의 상세는 다르게 검토 되어야 하고 편복도인지 혹은 중앙집중의 연결이냐에 따라 시스템 선택도 달라지게 된다. 보통 저층의 공동주택에서는 계단실과 계단실 슬래브를 100% 벽체로 부터 분리해 시공할수가 있고 이는 그동안 계단실의 소음 문제를 불가능한 것이 아니라 충분히 해결 가능 하다는 증거이다. 상세도와 시공을 위한 제안은 다음 기회에 더 깊이 언급하기로 하고 여기서는 아래의 그림을 통해 어떻게 계단실 소음을 억제 할 수 있는가의 가능성만 보여주기로 한다.
그림 1-29 계단실 1: 전혀 난방이 되지 않는 경우,외단열, 단면
그림 1-30 계단실 2: 난방이 어느정도 되는 경우, 단면
그림 1-31~36 (출처 Schoeck Germany)철근 콘크리트 계단의 시공과정, Dipl.-Phys. Michael Baehr
친환경이다, 아파트 등급제이다 라고 해서 모두들 바쁜 모양이다.이러한 자그마한 열교부터 해결이 될때 진정한 에너지 절약이고 친환경의 시작이고 질적향상이 이루어 진다고 본다.하자보수로 인한 행정, 시간적인 또한 경제적인 스트레스를 언제까지 두고 볼 것인가? 모든것이 처음에는 어렵고 낯설다. 한 두번이 지나면 그것이 일상이 되는 것이다. 그것이 습관이고 그것이 우리의 건설문화가 되기를 희망한다.
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