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공동 주택에서 현재 행해지고 있는 단열은 대부분 내단열 형식이다. 사실 내단열은 신축의 경우는 추천하고 싶은 시스템은 아니지만 현실이 그러니 사실 변화 시키기가 아직은 힘이 들다. 내단열은 단열재뒤의 구조체의 표면온도가 낮은 관계로 결로수 및 곰팡이의 발생 확률이 제일 높지만 차후에 단열 보강 공사라든가, 신축의 경우도 공사비나 공기절약의 방법으로 많이 쓰인다. 위에서 언급한 바와 마찬가지로 건축 물리적 입장에서는 사실 추천하고 싶지는 않다. 특히 스치로플이나 미네랄 울의 사용에 있어서는 방습지의 올바른 시공없이는 사실 그 시공의 의미가 없다. 열관류 프로그램으로 계산을 하면 그 결과치가 좋다고 하더라도 방습지의 부실은 습기의 대류를 건물의 높이에 따라 습기에 따른 문제가 증가가 되고 단열재 사이의 틈은대류로 인해 실제 열관류보다 1mm 의 틈이 길이가 1m라 보면 약 4배에서 5배가 높다는 발표도 있다. 즉 0,3 W/m2K일 경우 1,5 W/m2K라고 보면된다. 즉 이론적인 계산치는 사실의 현장상황과는 많은 차이를 보이게 되는 것이다.
아래에 그것을 줄일수 있는 여러가지 방법을 거론하려고 한다. 아래의 그림은 기본적으로 가능한 단열 시스템이다.
(그림 1, 내단열, 글라스 울)
(그림 2, 내단열, 글라스 울, 방습층)
(그림 3, 내단열, 글라스 울, 방습층, 설비를 위한 공기층)
(그림 3-1, 빨간색으로 표시된 것이 기밀층, 설비시설 출처: Energiesparinformation 07 Hessen) 전기나 기타의 설비시설의 설치로 인해 기밀층의 파손을 막기위한 최선의 방법이지만 실면적이 줄어들고 건설비의 상승이 그 단점요인이다.
(그림 3-2, 빨간색으로 표시된 것이 기밀층, 전기 콘센트 출처: Energiesparinformation 07 Hessen)
(그림 3-3, 배선과 공기 기밀층 우리가 흔히 무시하지만 구조내의 습기의 증가에 큰 문제가 되기도 함
출처: . Energiesparinformation 07 Hessen)
(그림 4, 내단열, calcium silicate)
(그림 5, 외단열, 글라스 울, EPS)
(그림 6, 외단열, 글라스 울, EPS, 공기층)
결로는 실내의 온도와 그리고 습기와 연관 관계를 갖으면서 일정량의 습기가 포화상태에 이르면서 그 온도에서 물 형태로 변하면서 생기게 되는데 (그림 1) 내단열은 바로 단열재와 구조체, 즉 외벽이 만나는 부분에서 온도가 급강하 하므로 그곳에 보통 결로가 생기는데 만일 그 부분에 대류적인 역활을 하는 공기층 즉 틈이 있으면 이곳은 각종 곰팡이의 서식지로 변하게 된다. 즉 틈이 없게 시공해야 한다. 조적조에서 구운 치장벽돌이 아닌 습기를 조절하는 재료의 경우는 특별히 방습지를 단열재와 마감재 사이에 설치할 필요는 없지만 만일 단열재와 만나는 구조체의 재료가 구운 치장벽돌이나 철근 콘크리트 그리고 니스같은 재료로 칠해져 있는 경우는 그 사이면에 생기는 결로수를 흡수하지 못하므로 경계면에 물기가 모이기 시작한다 그래서 절대적으로 방습지를 설치해야만 한다(그림 2,3). 방습지라고 다 똑같은 방습지로 생각하면 큰 실수를 하게 된다. 즉 구조에 따라 결로수가 생기지 않을 정도의 낮은 투습성질을 가진 재료를 설치 해야 한다.
이 현상은 글라스 울 같은 재료의 경우 (그림 1)더 심각해 지는데 이유는 capillary action 이 글라스 울 에는 없기에 생기는 결로로 생긴 수분을 내부이건 외부로 전달하는 것이 불가능 하다는 것이다. 즉 무거워 지면서 아래로 물의 형태로 떨어지는 것이다. 이런 경우에는 반드시 방습지를 설치해야 한다. 즉 겨울에는 습기(vapour diffusion)압이 실내가 높으므로 내부에서 외부로 진행된다. 그래서 (그림1) 습기를 함유한 내부의 공기가 단열재로 진행되어 지는 것을 막아야 한다. 즉 vapour tight가 되어야 하고 반대로 여름에는 (그림 2,3) 습압이 외부에서 내부로 진행되므로 실질적으로는 이 방습지가 필요가 없다. 왜냐하면 여름에 겨울에 생겼던 수분을 증발 시켜야하고 그리고 여름의 condesation도 있기에 (그림 8) 이것도 증발시켜야 하기 때문이다(permeable to vapour). 즉 방습지가 있으면 증발하는데 방해가 되는 것이다. 더불어 경질의 단열재는 방습의 성질을 가지고 있기에 여름철의 수분증발에 저해가 된다. 이것은 대부분의 공동주택이 외부의 비로부터 건축적으로 보호 되어지지 않은 설계이기에 더욱 필요하다. 그렇다고 계절별로 방습지를 뜯었다가 다시 시공 할수는 없다. 그래서 완벽하게 습기를 차단하는 방습지는(예를 들자면 알루미늄 성분이 포함된 방습지) 문제가 있는 것이다. 요즘은 이러한 변화되는 습압과 계절에 같이 변화하는 제품도 (Intello: proclima, germany)개발이 되어 있다. 그래서 특히 습기에 문제가 예상되는는 건물이나 내단열의 건물의 경우는 이러한 제품을 쓰기도 한다 (그림 9). 한국의 공동주택의 경우 거실과 부엌이 서로 연결되어 있는 경우이므로 습기가 상대적으로 많이 발생하므로 충분히 고려해 볼 방안이다. 이러한 요리의 습관은 그러나 패시브 하우스의 시공시에는 개인적으로는 도움이 된다고 본다. 왜냐하면 패시브하우스는 겨울철의 실내공기의 상대습도가 일반건물의 그것보다 낮기 때문이다.
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(그림 7, 겨울철의 습기의 이동 방향 출처: proclima, germany)
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(그림 8, 여름철의 습기의 이동 방향 출처: proclima, germany)
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(그림 9, 계절에 따른 방습층의 건축물리적 성질 출처: proclima, germany)
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(그림 10, 계절에 따른 투습계수의 변화, 겨울은 높고 여름은 낮음 출처: proclima, germany)
화재의 위험을 고려해 글라스 울 계열의 제품을 쓰는 것도 이해가 가지만 습기 조절 능력이 강하고 capillary action, transport 이 강한 calcium silicate의 제품을 쓰는 것이 현명한 결정이라고 본다. 이 단열재의 경우는 방습지를 설치할 필요가 없기 때문이다 (그림 4).
아래의 계산표는 우리가 흔히 잘알고 있는 Glaser공식에 따른 결과인데 글라스 울의 경우와 그리고 calcium silicate의 제품을 서로 비교했는데 결과는 그 결로수의 양이 틀리지만 calcium silicate의 제품의 경우는 수년간의 시공 경험과 검사 결과로 보인 성공적인 수치와 자못 그 차이를 보인다 (그림 21). 왜냐하면 Glaser 공식은 단지 이 diffusion만을 고려하지 다른 흡수능력이나 태양의 영향 그리고 capillary action 을 전혀 고려하지 않기 때문이다.즉 대류로 인한 습기와 결로는 또한 고려하지 않은 것이다. 이 대류로 인한 결로의 영향이 diffusion보다 더 큰 영향력이 있는것을 간과하면 안된다. 적게는 몇십배에서 몇백배에 이른다. 최근의 하자보고 내용 중에서 가각의 지붕 서까래 마다 약 40리터의 결로수를 양동이로 받아내는 사진을 보고 놀랜적이 있다. 이것이 공기 기밀층의 부실이 부른 그 댔가이다. 그래서 요즘 건물을 기밀하게 지으려 하는 것이다. 문제는 건물이 기밀해지는 것은 좋으나 환기 습관이 전과 같다면 그리고 전처럼 창호연결부위에 단순하게 현장 발포용 단열재로 시공 한다면 그 결과는 무엇인가. 습기로 인한 하자가 이미 예정된 것이나 다름이 없다. 그러한 현장 발포 단열재인 PU계열은 기밀하지 못하고 온도에 따라 변화되는 창호의 열성에 따라 함께 변화를 못하기 때문이다..
(그림 11, 그림 1을 계산한 표, 단열재: 글라스 울 5cm, DIN V 4108-2:2003-07)
(그림 12, 그림 1을 계산한 표, 5cm 겨울철의 결로수의 양)
(그림 12a, 온도변화와 10cm의 미네랄 울, 두겹의 석고보드)
(그림 13, 그림 1을 계산한 표, 5cm 여름의 증발)
방습층이 없이 시공한 글라스 울의 경우를 보면 3216,2 g의 결로수가 제곱미터당 생기는 것을 볼수 있다. 기준치를 초과 하거니와 (DIN 4108-3) 발생한 결로수가 여름에 증발이 다 되지 못함을 알수가 있다(그림 13).우리의 환경을 고려하면 증발량은 더 적어질수 있다고 개인적으로는 추측이 되는데 이유는 한국의 높은 여름의 습기 때문이다. 증발이 줄어들게 되는 것이다.
(그림 14, 그림 1을 계산한 표, 단열재: 글라스 울 8cm, DIN V 4108-2:2003-07)
(그림 15, 그림 1을 계산한 표, 8cm 겨울철의 결로수의 양)
(그림 16, 그림 1을 계산한 표, 8cm 여름의 증발)
단열재의 두께를 늘려도 사실상의 변화는 없다. 내단열의 경우는 보통 8cm를 그 경계로 보는 경우가 많은데 이유는 단열재와 구조체의 표면온도와 상관이 있는것 같다. 구조체의 온도가 내려가는 것도 구조적으로는 안전하지가 못하다. 즉 여름 겨울의 온도차에 따라 구조체도 변화하기 때문이다. 8cm 이상의 단열은 전용면적에도 영향을 끼치며 건축 물리적으로도 추천하지 않는다.
(그림 17, 그림 2을 계산한 표, 단열재: 글라스 울 8cm, 방습층, DIN V 4108-2:2003-07)
(그림 18, 그림 2를 계산한 표, 8cm 겨울철의 결로수의 양)
(그림 18a, 온도변화와 10cm의 미네랄 울, 다른소재의 방습층, 두겹의 석고보드)
(그림 19, 그림 2를 계산한 표, 8cm 여름의 증발)
방습층(Sd = 20 m)을 설치했을 경우 결로수의 양이 줄어드는 것을 볼수가 있다. 기준치 이하의 결로수의 양이고 그 결로수는 계산상으로는 여름에 모두 증발이 가능하다. 그러나 현실은 조금 다르다. 우리는 여름철의 결로현상도 (summer condensation)을 간과 해서는 안된다. 자연적으로도 생기지만 특히 냉방이 되는 경우는 결로가 예상된다. 이때는 겨울철의 습기의 유입을 막기위해 설치한 방습층이 단지 방해가 될 뿐이다. 이런 경우에는 상황과 계절에 따라 투습계수가 변화하는 방습층의 설치가 효율적이다 (그림 10). 그렇지 못할 경우는 Sd가 낮은 즉 투습계수가 높지 않은 제품을 쓰느것이 올바른 선택이다. 물론 대류를 막기위해 각별한 시공이 전제되어야 한다. 이런경우에는 조금은 공정이 늘어나지만 배선이나 여러가지를 고려하면 그림 3처럼 시공하는것도 효과적이다. 방풍층이자 방습층이 망가지지 않는 장점이 있기 때문이다.
(그림 20, 그림 4를 계산한 표, 단열재: calcium silicate 8cm, DIN V 4108-2:2003-07)
(그림 21, 그림 4를 계산한 표, 8cm 겨울철의 결로수의 양)
(그림 22, 그림 4를 계산한 표, 8cm 여름의 증발)
이 계산은 Glaser공식의 한계를 드러내는 대표적인 경우라 보면된다. 실질적으로 리모델링 공사에서 외단열이 힘들어서 내단열로 할수 밖에 없을때 방습층의 설치없이 실제 현장에서 많이 사용되는 규산칼슘 계열의 단열재인데 그 효율성이 증명이 되었으나 계산상으로는 글라스 울 보다 50%이상의 효과 만을 보일 뿐이다. 개념은 황토나 진흙처럼 습기를 잘 함유하고 controll 하는데 있다. 화재의 위험에서도 글라스 울과 차이도 없고 그위에 마감을 직접할수가 있기에 사실적으로는 공정상 또 방습층이 없으므로 경제적이라 볼수가 있다. 더불어 재료의 성질상 곰팡이 발생을 억제한다.
(그림 23, 그림 5를 계산한 표, 단열재: 외단열 8cm, DIN V 4108-2:2003-07)
(그림 24, 그림 5를 계산한 표, 8cm 겨울철의 결로수의 양)
외단열의 경우도 계산상으로는 결로수가 전혀 없지만 이것 역시 방향에 따라 달라지고 단열재의 물리적 성질 특히 외부 마감재의 투습계수에 따라 하자여부가 결정이 난다. 즉 단열재나 표면 마감재에 흡수된 수분이 빠리 증발하지 못하면 외장적인 문제뿐 아니라 곰팡이나 소 미생물이 군집될 가능성이 아주 높다. 아래의 그림은 필자가 일하는 건물 앞의 주거 건물인데 내부 공사때문에 하루정도 창문을 반쯤 젖혀논 상태이다. 보이지 않는 습기의 힘이 어느정도인지 짐작하게 한다. 이러한 환기 습관은 외단열에 있어서는 독이다. 창문을 활짝 열어 강하게 환기하는것이 에너지 절감이나 실내 공기 개선에도 더 도움이 된다. 환기 습관을 떠나서 창문의 상부가 기밀하지 않고 틈이 있다면 이런 문제를 더욱 가중시키게 된다. 유감이지만 여름의 막바지인 시기에도 이 흔적은 없어지지 않고 있다.
(그림 25, 외단열과 습기의 흔적) |
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