[쾌적한家, 건강한家] 구조 형식별 패시브주택 실현 전략

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[쾌적한家, 건강한家] 구조 형식별 패시브주택 실현 전략

2018년 8월 28일 (화) 00:00:00 | 지면 발행 ( 2018년 8월호 - 전체 보기 )

구조 형식별 패시브주택 실현 전략

CONTENTS

01 제로에너지건축물의 정의와 실현 가능성

02 제로에너지주택의 필요 요소 개론

03 열교, 곰팡이, 단열

04 좋은 창호의 선택과 하자를 줄이는 요령

05 차양의 효과적 설치

06 주택은 왜, 기밀해야 하나

07 자연환기와 기계식 환기, 그리고 환기장치 설치 및 관리

08 구조 형식별 패시브주택 실현 전략

09 기존 주택의 저에너지 리모델링 전략

10 열원의 선택과 신재생에너지

11 제로에너지주택을 위한 물과 열관리

12 제로에너지주택 경제성 평가와 관리

이달에는 콘크리트구조, 목구조(경량·중목), 경량 스틸 구조가 패시브하우스로 접근하는 데 필요한 요소를 다룬다. 다만, 이 모든 것은 ‘제대로 된 건물’, ‘하자 없는 건물’이 우선이라는 것을 전제로 한다. 이것이 담보되지 못하면 패시브하우스는 아무런 의미가 없다. 그러므로 먼저 구조별 하자를 예방하기 위한 필수적인 요소부터 이야기한다.

글 최정만 (사)한국패시브건축협회 회장 www.phiko.kr

설계? 설계비? 설계 하자瑕疵?

항상 누구나, 모든 매체에서 “설계가 우선이다”, “설계비를 아끼면 안 된다”, “설계를 제대로 해야 한다”, … 이렇게 얘기하지만, 결국 그렇게 되지 못한다. 이것만으로 하나의 특집을 꾸며도 모자랄 듯하다. 극단적으로 짧게, 그 원인을 짚어보면 ‘비용의 가치만큼 건축사가 서비스하지 못하기 때문’이다.

지금까지 건축사의 서비스는 ‘법적 행정처리 대행’을 기본료로 받고, 여기에 더 추가되는 비용이 이른바 ‘디자인 값’이었다. 이 디자인은 ‘하자가 없는 상태’에서만, 그 가치를 획득할 수 있다. 누수, 결로, 곰팡이, 균열, 더위, 추위로 살기 어려운 건물에 디자인이란 포장(실제로 정말 좋은 디자인도 포함)을 하면 한 번 잡지에 실릴 수 있고, 또 일시적으로 유명세도 탈 수 있다. 하지만, 집단의 신뢰로 이어질 수 없다. 지금처럼 열린 세상에선 더더욱 그러하다.

물론, 세계에서 0.1% 이내에 드는 건축사는 다를 수 있다. 그들이 디자인한 건물을 소유한다는 것 자체가 목적이기에, 그 주택에서 어떤 하자가 생기더라도(이 역시 논란의 여지는 있지만) 만족할 수 있기 때문이다. 이 말을 뒤집으면 0.1% 안에 들지 못하는 건축사는 하자가 생기지 않도록 최선을 다해야 한다는 것이다. 특히, 아주 기본적인 하자인 ‘구조적 결함’, ‘누수’, ‘결로’는 없도록 해야 ‘제대로 된 설계’다. 이것이 전제된다면(비록 시간이 걸리겠지만) ‘설계가 우선’이란 뜬구름식 표어가 아니더라도 건축주는 충분히 정당한 비용을 지불할 의사가 생길 것이다.

건축주는 건축사가 설계한 도면에 당연히 하자가 없다고 생각하고, 설계비 안에 그 비용이 포함됐다고 여긴다. 그래야 당연하다. 그러나 건축사가 “이 설계비에 하자 예방이 들어 있지 않습니다. 따라서 이 비용으론 비가 새거나 결로가 생길 수도 있습니다.”라고 얘기한다면 어떨까. 당연히 그 건축사에게 설계를 맡길 건축주가 있을 리가 없다. 여기에서 자유롭다고 얘기할 수 있는 건축사가 과연 몇 명이나 될까. 물론, 최선을 다해도 하자가 생길 수 있다. 하지만, 최소한 “설계 하자는 아니다.”라고 떳떳하게 말할 수 있어야 한다. 그냥 우기는 것이 아니라…….

패시브하우스의 구조별 접근 전략에 앞서 하자를 예기하는 것은 ‘패시브하우스가 건축물의 기본적인 하자를 없애려는 노력의 산물’이기 때문이다.

구조별 공통 설계 포인트

첫 번째, 외관이 단순해야 한다. 형태의 복잡함은 곧장 공사비의 압박으로 돌아온다. 외벽 1㎡를 만드는 데 구조부터 마감까지 30만 원 정도 든다. 따라서 외벽의 면적을 줄이는 것이 공사비 절감의 가장 빠른 지름길이다. 현재 지어지는 주택을 보면 외벽의 면적이 서로 최대 2배까지 차이가 나는 것도 있다. 단순한 외관의 30평대 주택 외벽 면적이 150㎡라면, 그 두 배가 되므로 증가하는 공사비는 4,500만 원이나 한다. 즉, 평당 120만 원이 넘게 추가되는 것이다. 이를 위해 돌출되거나, 들어간 부분이 최소화될 수 있도록 건축설계사무소와 긴밀히 이야기를 나눠야 한다.

두 번째, 패시브하우스를 떠나서 미세먼지 때문이라도 환기장치에 대한 설계와 공사비 예산을 책정해 놓아야 한다. 공사비는 30평대 주택을 기준으로 인건비 포함 약 500만 원대로 형성된다.

세 번째, 창호가 있으면 차양을 함께 생각해야 한다. 올여름을 겪었으니 더 길게 얘기하지 않아도 다들 이해하리라 생각한다.

콘크리트구조

구조체

첫 번째, 콘크리트는 현장에서 만들어지므로 마르는 데 시간이 필요하다. 이 시간이 상상보다 훨씬 긴데 좋은 조건에서도 약 2년이 필요하며, 겨울에 타설하면 더 오래 걸린다. 그러므로 이 증발의 방향을 고려해야 한다.

두 번째, 콘크리트는 열전달이 매우 빠르다. 단열재 대비 70배 정도 된다. 그러므로 콘크리트를 단열재로 완전히 감싸주어야 한다.

세 번째, 면의 평활도가 손맛에 달려 있다. 벽면이 평활하지 못하거나 개구부의 치수가 다 다르면 일하는 사람이 힘들고, 힘들면 품질이 안 나오며, 품질이 안 나오면 하자가 발생한다. 그러므로 평 단가로 계약하는 골조팀과 계약하면 안 된다.

누수

콘크리트는 모든 이어 치기 한 부분에 ‘지수판’을 시공해야 한다. 콘크리트구조의 누수는 거의 모두 이어 치기 한 부분에서 생기기 때문이다. 나머지는 방수로 해결해야 한다.

방수는 소재의 문제보다 설계와 사람의 문제가 90% 정도 차지한다. 모든 방수재는 다 좋다. 다만, 그 자재가 제시하는 두께와 방식으로 시공해야 한다. 그렇지 않으면 모든 방수재는 다 무용하다. 예를 들어 평지붕에서 흔히 볼 수 있는 녹색 우레탄 도막 방수는 녹색이어서도 안 되며, 3번에 걸쳐 3㎜ 두께가 돼야 한다. 이것이 지켜지지 않을 뿐이다.

단열

항상 ‘외단열 우선’이다. 이 점은 분명한데 문제는 네 가지 부분에서 존재한다.

첫 번째, 일부는 외단열, 일부는 내단열로 혼용하더라도 이에 따른 조치가 적절하지 않다는 점이다.

두 번째, 전부 외단열로 해도 누락된 부분이 있다는 것이다. 대표적으로 아래 그림의 경우이다. 이렇게 단열재가 누락된 부분이 모두 없어야 한다.

세 번째, 각종 외벽 마감재를 달아매기 위한 철물들이 단열재를 뚫고 들어가는 부분이다.

석재 고정 철물

이것을 해결하기 위한 다양한 제품이 이미 시장에 나와 있다. 그러나 이 부분보다 거푸집을 고정하기 위한 폼타이를 제거하지 않는다는 것이 더 심각하다. 폼타이는 철이며, 콘크리트보다 열전달이 훨씬 잘 된다. 그리고 원래부터 거푸집 제거 후에 잘라내도록 디자인된 제품이다. 그러므로 단열재 속에서 묻힐 수 있도록 끝부분을 잘라내야 한다.

폼타이

1. 남이 있는 폼타이
2. 건조 수축으로 인한 단열재의 균열
3. 새어 나온 콘크리트
네 번째, 일체 타설한다는 것이다. 일체 타설은 오로지 시공 속도를 높이려는 것이지, 그 건물의 성능을 높이려는 목적이 아니다. 그러므로 건축주 또는 감리자는 이를 허용해선 안 된다. 일체 타설은 열교, 탈락, 후공정의 복잡함, 온도에 의한 균열 등 수많은 문제를 내포하기 때문이다. 그러므로 단열재는 후부착해야 한다.

기밀

콘크리트구조의 기밀은 비교적 쉽고 용이하다. 창호 주변과 각종 외벽 배관 주변만 신경 쓰면 되기 때문이다. 여기에 관한 내용은 본지本誌 6월호에서 설명한 바 있다.

경량 구조체 공통

방습 층 필수

경량 구조체(경량 목구조, 중목구조, 경량 스틸 구조)에서 최우선은 실내 측에 방습 층이 있어야 한다는 것이다. 이 방습 층이 없다면 목조주택을 포함한 모든 경량 구조는 성립될 수 없다.

“그럼 지금까지 방습 층 없이 지어진 모든 목조주택은 잘못된 것인가?”라는 질문에, “그렇다.”라고 대답할 수 있다. 왜냐면 <건축법>에도 이 방습 층을 요구하기 때문이다. 즉, 방습 층이 없는 경량 구조는 모두 불법 건축물이다. 이 법은 어제오늘 생긴 것이 아니라 2001년부터 시행돼 왔다. 이 방습층의 내용에 대해선 본지 3월호에 언급된 바가 있으나, 워낙 중요한 내용이라 한 번 더 강조하는 것이다.

경량 목구조의 방습 층

기초 단열

1층 바닥의 단열은 해당 두께를 기초 상부에 몰아서 하는 것이 낫다. 아래 그림은 기초 상부에만 단열한 것과 상하부에 나누어 단열한 것의 비교다. 상부에 몰아서 단열하는 것이 더 열교를 줄일 수 있다.

레인스크린 없는 외단열

레인스크린은 북미에서 ‘외단열재 뒷면으로 빗물이 넘어가면서 O.S.B.가 상하게 된 큰 하자를 겪은 후에 생겨난 방식’이다. 문제는 이 레인스크린 속으로 외기가 들어가는 방식이라 외측의 단열재는 단열성능이 없다고 본다는 점이다. 그러므로 레인스크린 없이 글라스울 또는 미네랄울로 외단열하는 것이 단열성능을 높이는 방법이다.

만약, 단열성능을 높이고자 건식구조 외벽에 레인스크린 없이 EPS 단열재를 밀착해 사용하는 것은 투습성 부족으로 인한 하자 발생 확률이 아주 높아 허용되지 않는 방법이다.

경량 구조 외벽의 추가 단열 시공

또한, 외단열을 추가하는 것이 유리한 다른 이유는 경량 구조 외벽에서, 이 구조체가 차지하는 면적이 상당하기 때문이다. 창문 주변의 수직재나 수평재를 자세히 보면 구조재로만 꽉 차 있어 단열재가 들어갈 수 없고, 그 면적이 상당함을 쉽게 인지할 수 있다. 즉, 구조체 두께를 늘린다고 해서 이것이 획기적으로 나아질 수는 없다. 따라서 이 점을 고려해 외측에 단열을 한 번 더 하는 것이 나은 선택이다.

단열 두께

경량 구조는 구조체 두께가 곧 단열재 두께가 된다. 올해 9월부로 <건축법>의 단열성능이 강화되면 더 두꺼운 단열재를 사용해야 한다. 여기에 대한 대응은 경량이냐 중목이냐 경량 스틸이냐에 따라 다르다.

실내 설비층

경량 구조는 실내 측에 방습 층이 필수적이다. 그 때문에 각종 배관이 벽체 속에 들어가면, 그것이 벽 밖으로 나올 때 방습 층을 훼손하게 된다(예: 수도꼭지, 콘센트 박스 등). 그래서 경량 구조는 ‘구조체 - 방습층 - 설비층 - 석고보드’의 순서로 구성이 이뤄져야 한다. 이 설비층은 약 40㎜ 두께면 무난하다.

지붕의 단열재 위치

현장에서 웜루프와 콜드루프로 구분하지만, 우리나라 어감상 와닿지 않기에 협회에서 ‘내부 통기 지붕’과 ‘외부 통기 지붕’으로 용어를 정했다. 최근 외부 통기 지붕으로 가는 추세지만, 내부 통기 지붕도 실내층에 방습층이 제대로 형성되면 심각한 하자로 이어지지는 않는다. 다만, 열적으로 불리할 뿐이다. 공사비 차이도 별로 없으므로 가능하면 외부 통기 지붕을 선택하도록 한다.

내부 통기 지붕

외부 통기 지붕

설계사무소 선정

우리나라 건축사 대부분 콘크리트구조의 설계엔 익숙해도 경량 건축물은 경험이 많지 않다. 그런데 가끔 “목구조는 건축사가 기본 도면만 그리고, 나머지는 목구조 전문 시공사가 알아서 하는 거예요”라고 말하는 건축사도 있다. 이런 건축사에게 설계를 맡겨선 안 된다. 왜냐면 이런 건축사는 실제 목구조를 전혀 이해하지 못한다는 뜻이며, 평면·단면 등 도면을 그릴 때 구조적 또는 마감 등이 시공할 수 있도록 그려내지 못하기 때문이다. 이런 도면을 나중에 시공사에 넘겨봐야 좋은 소리 못 듣는 것은 기본이고, 자질구레한 설계 변경으로 공사비는 시간이 갈 때마다 올라가는 것을 경험하게 될 것이다.

경량 목구조

단열

경량 목구조는 다른 경량 구조에 비해 비교적 스터드의 크기도 작으며, 나무라는 이득이 있어 구조체의 두께가 더 두꺼워 지거나(2″×6″ → 2″×8″) 추가적인 단열재가 붙는 두 가지 방법 중 하나를 선택할 수 있다. 하지만, 가급적 구조체 외부에 단열재를 추가할 것을 권장한다. 왜냐면 나무가 아무리 단열성능이 좋더라도 단열재가 아니기에 외단열이 한 번 더 들어가는 것이 여러모로 좋기 때문이다.

창호 위치

창호와 구조체 사이에 약 20㎜ 이상 단열폼이 충진되는 것을 전제로 창호 외측과 O.S.B.면을 일치시키는 것이 올바른 설치 위치다.

경량 목구조에서 외단열이 있는 경우 창호 위치

중목구조

단열

중목구조는 구조재가 경량 목구조보다 두껍기 때문에 열손실도 비교적 크거니와 그만큼 들어가는 단열재의 양도 적은 것이 문제다. 특히, 실내에 구조재가 노출되는 것을 즐기는 사람도 있는데, 불행히도 그리 권장되는 방법이 아니다. 단열/방습층 형성에 어려움이 있기 때문이다. 아래 그림과 같이 실내의 방습층이 기둥에 가로막혀 연속될 수 없기 때문인데, 이 불연속성을 해소하는 방법이 마땅치 않다.

여기에 더해 중목구조에서 주로 사용하는 기둥의 크기가 120×120㎜인데, 이 두께를 모두 단열재로 채워도 지역에 따라서 올해 9월에 변경되는 <건축법>을 만족시킬 수도 없다. 그래서 중목구조라고 할지라도 구조재 자체의 노출은 어려우며, 꼭 하고 싶다면 구조재처럼 보이도록 별도로 마감하는 것이 맞다. 또한, 법을 만족시키려면 여기에 더해서 외단열을 추가해야 하므로, 결국 경량 목구조에 외단열을 하는 것과 같은 길을 가야 한다. 또 기둥의 큰 열교를 막기 위해 경량 목구조보다 더 두꺼운 외단열이 시공돼야 한다. 이처럼 구조적 이득이 생기는 만큼 잃는 것이 있다고도 볼 수 있다.

지역에 따라 경량 목구조처럼 2″×2″한 겹 또는 두 겹의 외단열이 필요하며, 설비층이 필요한 것은 모든 경량 구조와 같다.

중목구조 올바른 벽체 구성의 예

창호 위치

경량 목구조와 동일하다.

경량 스틸 구조

단열

경량 스틸 구조의 단열 방법은 콘크리트구조와 거의 같다고 봐도 무방하다. 철이 지닌 높은 열전도율 탓에 열교를 효과적으로 끊어내면서 중단열을 유지하기는 불가능하다. 특히, 목구조와는 다르게 속이 빈 스터드를 사용하기에 이 속을 어떻게 채우느냐도 관건이라, 내부에 집중하기보다 외단열에 몰입하는 것이 현명한 선택이다.

이를 전제로 몇 가지 대안이 제시될 수 있는데, 아래 그림과 같다.

1번은 목구조와 동일한 개념의 단열 방식이며, 단열성능은 가장 낮다.

2번은 스터드 크기를 줄이고, 외단열을 더 두껍게 하는 방식이다. 단열 성능은 더 올라간다.

3번은 작은 스터드를 택하고, 스터드 사이에 단열은 없는 방식이다. 이 공간은 설비층으로 사용되는데, 소음의 전달을 막는 저밀도 단열재를 소량 채울 수도 있다. 단열은 100% 외단열이며, 이 경우에만 EPS와 같은 유기질단열재의 사용이 가능하다.

세 가지 방식 모두 레인스크린이 없는 구조이므로 1번과 2번 방식은 모두 무기질단열재가 사용된다. 특히, 외단열재가 목구조보다 더 두꺼우므로, 공사비 절감에 외단열 미장 마감이 유리하므로 고밀도 미네랄울이 사용될 수밖에 없다. 아마도 3번 방식이 가장 저렴하겠지만, 국내에 이런 방식의 경험을 가진 시공사가 거의 없어서 실제로 이 방식의 현장을 보기는 쉽지 않을 것이다.

창호 위치

경량 스틸 구조에서도 창의 위치는 목구조와 같다. 다만, 스틸 구조의 열교를 막기 위해 목구조처럼 단열폼만으론 효과적이지 않으며, 최소한 창의 하단은 고밀도 폴리우레탄 보드와 같이 압축 강도가 매우 높고 단열성능이 높은 재료로 열교를 차단해야 한다. 이 역시 그리 쉽게 실현될 수 있는 방법은 아니다. 실행의 어려움을 떠나서 경험이 필요한 부분이기 때문이다.

이달에는 구조별 패시브하우스의 접근 방식을 좀 더 깊게 들어가 보았다. 아무쪼록 도움이 됐으면 한다. 하지만, 이 모든 것을 떠나서 경량 구조에 방습 층만이라도 시공되는 건축 시장이 형성됐으면 하는 바람이다. 다음 달엔 기존 주택을 저에너지 건물로 리모델링하는 방법에 대해 다룬다.