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[패시브하우스 재인식⑤] 외단열 공법의 고민을 단번에 훅! - 패시브하우스 외단열재 록셀보드RockCell Board
- 패시브하우스건축엔단열, 축열, 기밀, 환기, 향등여러가지요소가존재한다. 이가운데철근콘크리트구조에서단열과축열성능을높이는데엔외단열공법만한게없다. 내단열공법은콘크리트온도가외기에동조하고, 층간등단열재결손부위에서열교가일어나며, 중간부분에서만축열이이뤄지기 때문이다. 특히, 축열이 중요한데 내단열 공법은 실내 온도를 한 시간 간격으로 단속 운전시켰을 때 널뛰듯 변한다. 축열된 열기가 복사열로 나오기 때문이다. 반면 외단열 공법은 콘크리트 온도가 외피로 인해실내 온도에 동조하고, 단열재 결손 확률이 매우 낮으며, 전체적으로 축열이 이뤄진다. 특히 열 관류율이 같은 두께의 단열재로 시공하더라도 결손 부위가 생기면, 그것이 미치는 영향이 외기에 동조하는 건물이냐실내온도에동조하는건물이냐에따라결로발생온도가확실히달라진다. 철근콘크리트구조에 외단 열공법을 적용하지않으면 안되는 이유다. 콘크리트 외단열 공법의 고민열교 | 콘크리트에 부착 강도가 약한 단열재를 부착할 때 대개 파스너Fastener를 사용하고, 단열재에 앵커로 프레임을 만들어 외피를 입힌다. 파스너, 앵커 등은 열교의 원인이다. 또한, 이 과정에서 발생하는 중공中空은 화재 시 순식간에 불이 번지는 연돌 역할을 한다. 234m 높이에 150층을 자랑하던 중국의 TVCC 건물이화재발생직후순식간에불이꼭대기층까지번진이유다. 부착 강도 | 직접 타설 시 콘크리트 부착 강도를 보면 타일은 0.4N/㎟인데 비해 발포성 폴리스티렌인 EPS는 0.14N/㎟, XPS는 0.04N/㎟ 그리고 PIR(경질 폴리우레탄 폼)은 0.07N/㎟에 지나지 않는다. 이 부착 강도는 알칼리 공격으로 시간이 경과함에 따라 더 떨어지기 마련이다. 콘크리트는 pH 12인 강알칼리인데 플라스틱 계열 단열재는 장기간 알칼리 공격을 받으면 열화로 부착력이 약화하고, 시공 기간 2, 3일만일사열을받으면손으로문지를때백분이일어난다.단순성 | 콘크리트와 단열재는 부착력이 약하기에 하중으로 말미암아 무거운 외장재로 마감하기엔 한계가 있다. 단열재에 외장재를 접착할 때도 마찬가지이다. 도장塗裝이나 드라이비트 정도로 마감하는 이유인데, 이마저그강도가약해손상을입는다. 이걸피하고자건식으로시공하지만열교를피할순없다. 물성 변화 | 플라스틱 계열 단열재는 열화 방지용 산화 방지제를 포함한다. 산화 방지제는 불순물이기에 많이 사용할 수 없으며, 잔존 기간에만 플라스틱 계열 단열재가 제 성능을 발휘한다. 즉, 산화 방지제 잔존량이급격히떨어지는시점엔물성이변한다. 외단열 고민 해결사, 록셀보드철근콘크리트외단열공법의고민을단번훅날린것이록셀보드이다. 특성을살펴보면첫째주재료가석회암인시멘트와같은탄산칼슘이다. 즉, 시멘트와 콘크리트모르타르등과 친화성이 강하기에 강력한접 착력(0.4N/㎟이상)을발휘한다. 둘째 록셀보드란 이름처럼 기포막이 굉장히 단단하다. 완전 독립기포로 방수성과 방습성이 우수하고 열전도율(0.036W/mK)도 낮다. 셋째 발포제로 공기 중에 많은 질소 가스를 사용한다. 따라서프레온, 부탄, 탄화수소를발포제로사용하는여타단열재와달리공해물질이없다. 발포제가 질소 가스이기에 공기 치환에 의한 경시 변화도 없어 설계 당시 단열성을 그대로 유지한다. 넷째 무기질로 불에 타지 않으며 유독 가스도 없다. 다섯째 뛰어난 점탄성층은 타일이나 석재 등을 표면에 붙일때콘크리트사이에서스프링역할을한다. 즉, 탄성점착층으로기능한다.록셀보드를 외단열 공법으로 어떻게 사용하나. 이목우 ㈜한국록셀보드 부사장이 설명하는 외단열 공법솔루션이다. "록셀보드는부착강도가0.4N/㎟이상이므로콘크리트사이에빈틈없이직접타설한다. 록셀보드위에 마감재를 직접 시공하기에 열교점을 완전히 차단한다. 이로 인해 타일, 석재, 세라믹, 드라이비트, 황토, 회벽, 도장등다양한마감재를선택할수있다. 화재위험과 단열재 열화가 없고 간단한 방식으로 시공하므로 공기를 비약적으로 줄인다." 공기工期절감으로 건축비 다운록셀보드의 특성은 밀도가 ㎡당 70㎏으로 무기질 발포 단열재인 점을 고려할 때 굉장히 가볍다. 압축 강도는0.17N/㎟인데, 이 정도면 ㎡당 18톤의 무게를 얹을 수 있기에 기초용으로도 충분하다. 흡수량은2.0g/100㎠ 이하, 투습 계수는 31ng/m·s·pa로 방수성과 방습성이 우수하다. 특히, 록셀보드는 철근콘크리트 구조의 수명을 연장한다는 점에 주목할 만하다. 콘크리트는 강알칼리성으로 시간 경과에 따른 중성화는 안쪽의 철근을 부식시키고, 결국 부피 팽창으로 철근콘크리트 구조는 수명을 다한다. 록셀보드로 철근콘크리트 구조를 감싸면 중성화 발생 요인을 막아 수명을 연장케 한다. 이는 환경 보호를 위해 반드시필요한성능이다. 록셀보드에외장재를직접부착했을때특히동절기에안전할까. 이목우부사장이설명하는관련시험결과이다."디스토어션Distortion(비틀림, 왜곡) 추종 시험 시 콘크리트에 록셀보드를 붙이고 외장재 타일을 모르타르로부착한후가압으로콘크리트를완전히파괴했다. 타일이어떻게되는지시험한것이다. 록셀보드의점탄성 기포막이 작용해 콘크리트의 디스토어션을 완충시켜 타일이 탈락하지 않았다. 해머로 내리칠 때도타일자체가깨질지언정떨어지지않았다. 외단열공법에서중요한게내동해성이다. 록셀보드에타일을 부착하고 20℃ 수중에서 48시간 물을 흡수한 후 500사이클 동결 융해 시험을 했다. 1사이클은 -20℃에서 2시간 동결 + 10℃에서 1시간 융해이다. 그 결과 200사이클에서 0.59N/㎟, 300사이클에서 0.44N/㎟, 500사이클에서0.40N/㎟이란우수한결과를나타냈다." 록셀보드는 현장에서 톱, 커터 등으로 절단해 간단하게 시공할 수 있다. 흥미로운 것은 지금까지 섬유계 단열재 외엔 어렵다고 여기던 곡면 시공을 록셀보드는 할 수 있다. 시공 방법도 록셀보드 자체를 거푸집으로 활용하는 거푸집 겸용 방식, 기존 거푸집에 단열재를 덧대는 방식, 건물을 지은 뒤에 하는 후 붙임방식등다양하다. 주택의 성능을 패시브하우스 수준으로 끌어올리려면 단열재 두께가두꺼워지기 마련이다. 이때 록셀보드만으로 전체 단열재 두께를 맞출필요는 없다. 록셀보드의 기본 성능을 유지하는 10㎜(T) 정도 판 사이에 단열성이 좋은 다른 단열재를 복합판으로 만들면 된다. 따라서 단열성을 높이면서 단열재의 단가를 낮출 수 있다. 이런 식으로 여러 가지 기능의 록셀보드 복합 단열판을 만들어 활용하면 여러모로 효과적이다. 노원구 마들공원 내 노원에코센터는 록셀보드를 활용해 패스브하우스 수준으로 리모델링을 한 좋은 사례이다. 제1회 대한민국녹색건축대전에서 최우수상을 받은 건물이다. 단열재를 록셀보드 10㎜ + XPS 240㎜+ 록셀보드10㎜복합판으로구성해후붙임으로시공했다. 그위에깨끗하고화려한외장재로마감해아름다운건물로재탄생했다.田
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[패시브하우스 재인식⑤] 외단열 공법의 고민을 단번에 훅! - 패시브하우스 외단열재 록셀보드RockCell Board
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[패시브하우스 재인식③] 패시브하우스의 병기兵器, 전열 교환기 - 집 안 공기의 질, 과연 안전할까
- 거주자가실내공기의질을원하는만큼맞춰사용하도록하는장치가전열교환기이다. 새로지은주택은 휘발성 유기 화합물로 눈·코·목이 따갑고, 낡은 집은 단열과 기밀이 되지 않아 결로結걠로 곰팡이가 슬고, 빌딩은 각종 사무기기와 냉난방 기기로 휘발성 유기 화합물과 박테리아가 발생한다. 이러한새집증후군, 헌집증후군, 빌딩증후군을억제하려면환기장치를설치해야한다. 또한, 패시브하우스의기밀시험요건인50Pa에서0.6회/h를일반환기율로환산하면약0.04회/h이므로 건강을위한최소환기율0.3회/h를충족하지못한다. 즉, 전열환기장치를사용한강제환기가필요하다. 고기밀, 고단열로 높은 쾌적성을 제공하는 패시브하우스는 기후를 고려한 전열 환기 장치를 적용함으로써거주자의건강과쾌적성을증대시켜야한다. 다음은전열환기장치설치시효과이다. ·실내 공기 질 개선: (오염된)실내 공기는 실외보다 최대 100배 오염.·실내 수분 제거: 높은 수분은 박테리아, 진드기, 곰팡이 등의 번식을 증대. ·박테리아 감소: 적정한 환기는 1㎛(미크론; 0.001㎜) 크기의 미립자를 80% 배출. ·휘발성 유기 화합물 감소: 가구당 연평균 8ℓ의 유기 화합물을 사용(눈, 코, 목 등이 따가운 이유).·미연소 물질(CO2) 제거: 화로, 흡연, 연소 기구 등에서 발생하며 미국에서만 연간 약 1000명 사망.·라돈가스 제거: 지하에서 발생하며 미국에서만 연간 약 2만 명 사망(지하수에도 존재함).·습도의 유지 관리: 동절기 가습, 하절기 제습 시잠열 부하 회수로 에너지 절감 및 습도 조절 용이.·외부 유입 유해 물질 제거: 화분花粉, 황사, 먼지 등유해 물질을 필터로 여과. 전열 교환기 주요 원리전열 교환기(HRV; Heat Recoverable Ventilation)는 실내의 오염된 공기를 배출하고 신선한 외부 공기를 받아들이는 과정에서 열기와 습기를 회수해 신선한 공기에 전달하는 장치다. 패시브하우스용 전열 교환기는 크게 판형과 로터리형으로 구분한다. 우리나라에서 생산·판매하는 전열 교환기는 대부분 판형이다. 전열 교환기 소자로 종이 및 멤브레인Membrane형 알루미늄, 플라스틱 등을 사용하는 데모두필터와열회수기능을한다.판형 전열 교환기: 열 회수 소자가 종이다. 겨울철에 종이를 둘둘 말아 입김을 불어넣으면 열기뿐만 아니라습기도느낄수있다. 습기가종이를통과하기때문이다. 판형은얇은종이막이실내·외공기와접촉하는과정에서열기와습기를회수한다. 로터리형 전열 교환기: 열 회수 소자로 멤브레인형 알루미늄, 플라스틱 등을 사용한다. 열을 저장하고 배출하는원형소자가회전하며1/2 구간에서실내공기가통과할때저장된열기와습기를나머지1/2 구간에서들어오는신선한공기에전달한다. 패시브하우스 환기 규정 ·침실, 거실: 거주자가 항시 신선한 공기를 취함. 예) 부부 침실 40㎥/h, 자녀 침실 30㎥/h·주방, 욕실, 다용도실: 항시 배기해 습기, 냄새, 오염 물질을 배출함.·급기량 규정: 30㎥/h 이상·배기량 규정: 주방 60㎥/h, 욕실 40㎥/h, 화장실 및 기타 20㎥/h 이상·환기율 규정: 표준 0.4회/h, 최소 0.3회/h 이상. ※유럽 0.3회/h, 미국 0.35회/h, 일본 0.5회/h, 한국 0.7회/h·동력 효율: 0.45W/㎥ 이하 ※한국 0.6W/㎥ 이하·필터 성능 규정: 1㎛ 크기의 먼지를 90% 여과하는 필터를 급기에 설치. 10㎛ 크기의 먼지를 여과 하는 필터를 배기에 설치해 배기 덕트 내에 침적되는 먼지를 제거.·열 회수율: 75% 이상·환기량 조정: 환기시스템 설치 후 시운전, 풍량 조절, 밸런스를 시행. 패시브하우스 환기와 건강패스브하우스에서환기하는목적은쾌적성, 위생성, 건강성그리고에너지절감이다. 화장실의경우일반주택의 환기 장치는 대부분 필요할 때만 켜고 끄는 배풍기로, 작동하지 않을 땐 오염된 공기를 가둬 놓는 방식이다. 반면, 패시브하우스는유효바닥면적으로잡힌공간이면'급기'하든,' 배기'하든, 급기와배기 사이에서'통기'하든 항상 공기가 흘러야 한다. 이를 통해 실내 공기의 질을 늘 청정하고 쾌적하게 유지해거주자의건강에도움을줘야한다. 침실과거실등엔신선한외기를공급하고, 복도엔공기가항상통과하도록하고, 주방·욕실·다용도실등엔오염된공기가잠기지않도록하는것이다. 패시브하우스 환기와 쾌적전열 교환기를 선택할 땐 쾌적한 생활환경을 고려해 외풍, 거주 공간과 기계실의 소음, 실 간 전달 소음,결빙, 하절기바이패스, 기밀도등을고려해야한다. 외부 온도가 -10℃이고 실내 온도가 20℃일 때, 급기되는 온도가 16.5℃ 이상이어야 거주자가 외풍을 느끼지않는다. 이를만족시키려면환기장치의효율이매우높아야한다. 새로 지은 아파트는 전열 교환기를 설치했음에도 대부분 사용하지 않는다. 바로 소음 때문이다. 전열 교환기를설치할때거주공간소음은25㏈(데시벨) 이하여야한다(기계실소음35㏈이하유지). 방과방사이에 전화기 효과에 의한 소음 전달을 차단하고 소음기 또는 소음 차단 구조를 설치해야 한다. 참고로 전열 교환기를 설치한 후 소음을 측정해 문서화해야 한다. ※25㏈은 외부 소음이 전혀 없는 곳에서 측정할때나오는수치다. 전열 교환기는 겨울철에 제 기능을 발휘하려면 -15℃에서도 결빙되지 않아야 한다. 유럽의 전열 교환기는-8℃이하에서결빙이발생하곤한다. 전열 교환기는 오염된 실내 공기를 방출하고 신선한 실외 공기를 받아들여야 한다. 그런데 전열 교환기자체의 기밀도가 나쁘면 오염된 실내 공기가 신선한 공기에 섞여 되들어온다. 그 비율이 최대 25%에 이르기도한다. 전열교환기는급기와배기의공기가섞이는비율이3% 이하여야한다. 주택에서에너지절감보다더중요한게건강과쾌적성이다. 따라서주거환경의건강성과쾌적성을좌우하는전열교환기를 잘 선택해야한다.田 Zehnder Comfoair ERV Zehnder Comfoair는 세계 최초로 패시브하우스연구소로부터ERV(Energy Recovery Ventilator: 폐열 회수 환기 장치) 인정을 받은 제품이다. Zehnder사 고유 기술인 폴리머 멤브레인PolymerMembrane으로 제조해 현열(85%), 잠열(64%) 회수 효과를 극대화했다. 특징은 세척해 재사용할 수 있으며 배기 중 냄새나 유해 물질이 엔탈피 교환 시 급기 측으로 전이되지 않는다. 즉, 습기만 회수되며 유해물질의 회수는 없다. 멤브레인에 박테리아와 곰팡이 형성이 불가능하고 결빙에 내성이 있으며 결로수가 발생하지 않는다. 압력 손실을 최소화하도록 설계돼 소음과 동력 소모가 적다. 또한, 매우 낮은 수준의 누기 성능을 유지한다(내부 1.9%, 외부 1.4%).하절기 냉방 기구는 평균적으로 에너지의 30%를 온도 조절에, 70%를 습도 조절에 사용한다. Zehnder사의 ERV는 64%의 습기를 회수하므로 하절기 에너지 절감에 매우 유리하다.
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[패시브하우스 재인식③] 패시브하우스의 병기兵器, 전열 교환기 - 집 안 공기의 질, 과연 안전할까