[패시브하우스] 단열재만 두꺼우면 된다? 그럼 열교는?(2)

단열재만 두꺼우면 된다?
그럼 열교는?(2)

7월호에 이어 이번 호에서는 단열을 제대로 실현하기 위해 결코 간과해서는 안 될 열교에 대해 살펴본다.

CONTENTS

01 왜 패시브하우스여야 하는가!
02 독일 패시브하우스 vs 한국 패시브하우스
03 환기! 이것만큼 중요한 건 없다!
04 단열재만 두꺼우면 된다? 그럼 열교는?
05 햇빛을 활용한 선택. 향과 창

그리고 차양에 답이 있다!
06 ‘기밀’ 우습게보면 큰 코 다친다.
07 신재생에너지와 제로에너지
08 패시브하우스 제대로 지어보자!

글 조민구 이사 (사)한국패시브건축협회 사무국장
사진제공 (사)한국패시브건축협회 www.phiko.kr

패시브하우스를 고려하다가 높은 시공비에 부담을 느끼는 건축주들이 보통 선택하는 방법은 단열만을 강화해 난방비가 덜 드는 집을 만들겠다는 것이다. 그 결과 돌이킬 수 없는 하자로 이어질 가능성이 농후하다. 단지,단열재만 두껍게 하고 열교를 무시하면 결로, 곰팡이가 발생하는데 이는 구조·위생적 문제를 유발할 뿐만 아니라 나아가 상당량의 열손실을 발생시켜 애써 두껍게 시공한 단열재 성능과 이익을 갉아먹게 된다.
그렇다면 열교를 왜 고려하지 않을까? 이유는 대다수가 그 개념을 제대로 파악하지 못하고, 많은 양의 에너지가 손실되는지도 모르며 또한, 열교에 의한 하자가 발생해 건물과 재실자에 악영향을 미치는지 예상하지 못하기 때문일 것이다. 설령, 이 모두를 안다고 하더라도 열교를 해결하기 위해 설계와 시공에 추가되는 노력과 비용이 상당하기 때문에 쉽게 포기해버린다.
따라서 최선의 방법은 열교가 발생하지 않는 구조로 설계하고 시공하는 것이다. 그러나 건축주나 건축가의 욕심은 언제나 열교를 발생시킬 수밖에 없는 구조로 흘러가게 한다. 이렇게 생긴 열교를 없애거나 줄이기 위해서는 그 부위의 디테일을 검토하고, 시뮬레이션을 통해 에너지 손실량을 파악하며, 결로와 곰팡이 발생 등의 하자 방지를 검증하고, 제대로 된 시공과 철저한 관리감독이 필요하다. 열교를 없애는 것은 의외로 간단할 수 있지만, 발생한 열교를 줄이는 것은 많은 노력과 비용을 수반하는 것이 일반적이다. 그래서 필자가 속한 한국패시브건축협회에서 인증받은 주택들을 보면 대개 형태와 디자인이 단순하다. 복잡한 형태에서도 열교를 줄이거나 없앨 방법은 있지만, 국내에서 쉽게 적용되기엔 현실적인 어려움과 더불어, 건축주 주머니에서 새어나가는 비용이기 때문에 가능하면 단순한 디자인을 선호하는 것이다.

[그림1]내단열 시뮬레이션-구체의 실내 측에 단열재가 부착되어 있으며, 바닥판에 의해 단열재가 끊겨있어 이를 통해 열이 새는 모습을 확인할 수 있다.

[그림2]외단열 시뮬레이션-구체의 실외 측에 단열재가 끊김 없이 부착되어 있어 구체의 각 표면 온도가 안정적으로 유지되고 있다.

열교Heat Bridge란?

열교는 건축물의 어느 한 부분의 단열이 취약하거나 끊김으로 인해 주변보다 더 많은 열이 손실되는 것을 말한다. 단열 방식은 크게 내단열, 중단열, 외단열로 나눈다. 이 가운데 열교 발생을 최대한 줄일 방법은 단연 외단열이다. 내단열은 대부분 특정 부위에서 열교 발생을 피할 수 없다. 중단열은 디테일에 따라 다르지만, 어느 정도 열교를 차단할 수 있다.

[그림 1, 2]는 외단열과 내단열을 시뮬레이션한 결과이며, 내단열이 열교가 발생할 수밖에 없다는 것을 쉽게 이해할 수 있다.

열이 샌다는 것은 그 부위의 실내 측 표면 온도가 낮아짐을 의미한다. 이는 거꾸로 표현하면 외부의 찬기가 단열이 누락된 부위로 새어 들어와 실내 측 벽의 표면 온도를 떨어트린다는 의미다. 표면 온도가 낮아지면 어느 특정 온도에서부터 실내에 존재하는 습기로 인해 곰팡이가 발생하기 시작하며, 심지어 결로까지 발생한다.
이를 막는 방법이 단열을 강화하는 것이다. 그러나 발생하는 결로가 준다고 실내 습기가 줄어드는 것은 아니다. 단열이 강화된 실내에 열교 부위가 있다면 그곳에 습기가 집중적으로 모여들어 부분적 결로가 더 심하게 발생할 수 있다. 물론 에너지 손실도 그만큼 더 큰 비율로 늘어난다. 현재 우리나라 대표 주거 형태인 공동주택(아파트)은 내단열로 시공하기 때문에 [그림 1]처럼 필연적으로 열교를 피할 수 없다. 실제로 공동주택을 리모델링하려고 내단열재를 뜯어보면 단열재와 구조체 사이에 무수히 많은 곰팡이와 결로가 발현된 것을 심심치 않게 본다.
그렇기에 패시브하우스에서는 열교를 막기 위한 디테일을 무엇보다 중요하게 생각할 수밖에 없다. 우리 협회가 인증하는 건축물에서 설계 시 가장 많은 시간을 할애하여 디테일을 검토하고 협의하며 수정하는 것이 거의 모두 열교 부위라고 해도 과언이 아니다.

[그림 3] 대표적인 열교 발생 부위

[그림 4] 열교 없는 단열 개념

열교는 어디에서 발생하나
외단열 공법이라 해서 열교가 전혀 발생하지 않는 것은 아니다. [그림 3]은 외단열과 내단열 공법에서 대표적인 열교 부위를 표현한 것이다.
그림에서 하늘색 부분이 철근콘크리트구조, 노란색 부분이 단열재다. 열교 없는 단열의 원칙은 [그림 4]처럼 노란색 부분이 끊어지거나 얇아져서는 안 된다! 평면이든 단면이든 원칙은 똑같다. 단열선이 끊어지면 안 된다. 그래서 창과 문도 외벽에 속하므로 단열성이 우수한 제품을 써야 하며, 기초 하부나 측면, 발코니, 파라펫 등을 통한 열교를 방지할 수 있는 계획이 필요한 것이다.

[그림 5] 모서리의 결로와 곰팡이

또한, [그림 5]는 주택에서의 결로 부위와 그로 인해 곰팡이가 발생한 사례다. 우리나라 주택은 천장에 가려져 천장 내부의 모습을 살펴보기 어렵다. 눈에 보이는 게 깨끗하다고 [그림 5]의 모습이 남의 이야기가 되는 것이 아니다. 천장을 통해서도 습기는 이동하기 때문에 천장 속도 결코 안전하지 못하다.

그리고 벽체에 같은 단열을 끊김 없이 하더라도 모서리에 결로와 곰팡이가 흔히 발생하는 이유는 기하학적 열교 탓이다. 즉, 벽면은 외부와 내부가 같은 면적으로 접해있지만, 모서리는 [그림 6]처럼 내외부가 1:2 혹은, 3면이 만나는 부위는 1:3까지 대응되므로, 열손실이 더 많아지게 된다. 겨울철엔 이 부위의 표면 온도가 주변보다 낮아지게 된다. 이러한 기하학적 열교 때문에 구석에 곰팡이가 피는 경우가 많은 것이다.
또한, 외장마감재 선택에 따라 부분적인 열교가 발생할 수 있다. 시뮬레이션 [그림 7]을 보면 석재 마감을 위해 단열재 사이에 브래킷이라는 철물을 사용한다. 이 경우 안정적인 모습의 외단열이 얼마큼 열적으로 불안정한지 볼 수 있다. 불안정하다는 건 바로 열의 손실을 말한다.
그러므로 패시브하우스는 가급적 단열재를 훼손하지 않도록 부속 철물을 최소화하거나 아예 필요 없는 외장재를 선택하는 것이다. 그래서 독일은 주택 대부분이 외단열 미장마감으로 시공되어 있다.

[그림 6] 기하학적 열교

[그림 7] 외벽 하부 단열재 시공 예

[그림 8] 발코니 열교 시뮬레이션

그까짓 열교 손실량?

열교 부위는 전체 벽 면적에 비해 일부분일 경우가 많다. 그래서 일반적으로 열교로 발생하는 손실량은 얼마 되지 않을 거라는 근거 없는 믿음이 팽배하다. 정말 그럴까? 시뮬레이션을 통해 알아보자.
먼저 높이 6m, 길이 8m의 벽체가 있다. 벽체 두께는 450㎜다. 200㎜는 철근콘크리트 벽체이고 나머지는 외측에 250㎜ 두께의 비드법 보온판 1종3호로 외단열 미장마감 했다. 1시간 동안 실내외 온도 차이가 1℃일 때 벽면 전체를 통해 손실되는 열량은 약 7.2Wh이다. 이 벽체에 길이 방향으로 발코니를 만들었다고 치자. 그러면 [그림 8]처럼 발코니에 의해 단열재가 끊어지게 되어 이 부분에 열교가 발생한다.
발코니가 생김으로써 발생한 열교 값은 0.7561W/m·K이며, 발코니 길이 8m를 곱하여 1시간 동안 실내외 온도 차이가 1℃일 때 전체 발코니에 의해 발생한 열교량은 6.05Wh 정도 나온다. 결론적으로 면적이 48㎡인 벽면 전체에서 손실되는 열량과 거의 비슷한 열이 오직 발코니 열교에 의해 발생하는 것이다!
국내에도 단열기준이 법으로 정해져 있어 집을 지을 때 그 규정을 준수토록 돼 있다. 이 기준은 해가 갈수록 강화되어 현재는 세계 어느 나라보다 높은 수준의 단열기준이 되었다. 하지만, 우리나라는 열교에 대한 법적 기준이 없다. 대부분 열교를 잘 알지 못하기에 이로 인한 에너지의 손실, 곰팡이나 결로에 의한 각종 하자가 집과 거주자를 병들게 한다. 그러니 열교는 절대 무시할 대상이 아님을 다시 한번 명심하도록 하자.
제대로 된 그리고 건강하고 쾌적한 주택을 짓는다는 것은 뜬구름 잡는 말로 이루어지는 것이 아니다. 더욱이 패시브하우스는 기초적 지식 바탕 위에 이루어진 세밀한 계획과 실천 방향이 수립되어야만 실현될 수 있다.