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4-08. 지붕의 단열 - 콘트리트 경사지붕

M 관리자 18 6,139 2016.04.18 02:14
지붕의 단열을 왜 외단열로 해야 하는가는 크게 아래의 이유에 기인한다.

가. 벽은 외단열, 지붕은 내단열로 인해 생기는 열교로 인한 피해를 근본적으로 막을 수 있다.
나. 구조체의 수명이 늘어난다.
다. 도시의 여름 온도를 낮출 수 있다.
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이 글은 콘크리트 구조로 형성된 경사지붕의 외단열 설명이지만, 현 시점의 단독주택에서 콘크리트 경사지붕은 그리 권장되지 않는다.

이유는 단독주택 현장에서 행해지는 콘크리트 골조의 품질이 너무나 낮기 때문이다. 물론 이 사실을 하나의 정설로써 일반화하기에는 무리가 있으나, 지금까지의 협회 경험으로는 그렇다.

협회에서 행하는 콘크리트 구조의 단독주택에서 이 지붕의 골조 품질을 위해 무던히 노력을 해왔음에도 불구하고, 아직까지 만족할 만한 성과가 없었다. ㅠㅠ
물론 이는 아직 협회의 능력이 그 정도 밖에 안되는 것도 하나의 이유가 될 것이다.

그러므로 가급적 콘크리트 구조일지라도 경사지붕은 목구조 또는 그와 유사한 건식공법을 택하는 것이 더 나은 선택이라고 판단된다.

콘크리트의 골조 품질이 중요한 이유는 아래 그림과 같이 콘크리트면과 외단열재의 사이에 공간이 있게 되면 (또한 그 공간이 제법 크다면) 단열 손실을 포함하여 여러가지 좋지 않은 결과를 가져올 수 있으며, 또한 그 후속으로 들어가는 지붕마감공사도 역시 쉽지 않기 때문이다.

만약 불가피하게 콘크리트 경사지붕을 선택했는데, 골조의 상태가 이런 상태라면 우선 콘크리트를 면처리하거나 몰탈미장으로 통해서 면을 맞추어야 한다.


콘크리트경사지붕_01.jpg



1. 외단열에서의 골조 수분 증발 시간

콘크리트 구조의 내부 수분이 완전히 안정권으로 증발하는데까지 거의 2~3년이라는 기간이 소요되는데, 외단열의 특성상 그 증발의 방향이 내부측으로만 진행되어야 하기 때문에 골조의 건조에 많은 신경을 써야 한다.
* 최대한 골조 상태에서 외부로의 증발을 빠르게 하기 위해서라도 콘크리트 구조에 외단열일체타설은 피해야 한다. 거푸집을 걷어 낸 후 단열 공정에 들어가기 전까지의 기간이라도 외부로 열려져 있다면 그 증발량이 대단히 크기 때문이다.

대게의 경우 입주 후 벽체에 곰팡이나 결로가 생겼을 경우, 많은 시공사에서 "첫 해는 원래 그렇다"라고 이야기하는 것이 이런 이유이다. 즉 콘크리트의 수분이 아직 많이 남아 있기 때문이며, 이는 해결해야만 하고, 해결할 수 있는 문제이지 "원래 그런" 것이 아니라는 뜻이다.

즉, 지금까지의 내단열을 하는 공동주택은 이 증발의 방향이 외부측이기 때문에, 아무 생각없이(?) 마감공정에 들어갈 수 있었으나, 외단열을 하는 건축물의 경우 이 것이 내측방향이므로 공동주택처럼 마감공정에 빨리 들어갈 수 없을 뿐더러, 동절기 공사 또는 장마철일 경우 이 증발의 속도가 매우 느려지게 되므로, 온풍기 등을 이용하여 건조를 해야 만, 예측된 공사기간 내에 공사를 마칠 수 있다.
통상 외기후가 좋다면, 거푸집을 걷어낸 후 약 30일이 경과해야만 마감공사에 들어갈 수 있다는 점을 인지해야 하며, 그럼에도 불구하고 콘크리트구조에 유기질 단열재를 사용한 외단열 건물의 경우 내부에 석고보드 마감을 하는 것 보다는 몰탈미장에 천연페인트로 마감되는 것이 증발수분에 의한 하자를 줄일 수 있는 방법이다.

또한 충분한 기간을 두고 건조를 진행했다 하더라도, 입주 후 당분간 제습기 등을 이용해서 실내의 습기를 제거해 줄 필요가 있다. 그래야 비교적 빠른 시간 내에 실내의 습도가 안정권 내로 들어 올 수 있기 때문이다.


2. 단열재의 선택

외단열에서 암면 또는 글라스울 등의 무기질단열재를 선택하는 이유는 이 무기질단열재가 탄성이 있어 틈새없이 꼭꼭 붙혀서 시공될 수 있기 때문이다. 특히 마감재를 시공하기 위한 부속철물이 들어가야만 하는 지붕공사에서는 이 부속철물 사이 사이에 단열재를 끼워 넣어야 하기 때문에, 유기질단열재를 사용할 경우 이 틈새가 생길 수 밖에 없고, 이를 폴리우레탄폼으로 메우는 것도 한계가 분명히 있다.
또한 
가. 무기질단열재는 유기질단열재와는 다르게, 투습성능이 매우 높아... 콘크리트의 수분이 지속적으로 외부로 증발할 수 있다는 큰 장점도 있으며,
나. 단열재에 탄성이 있어서 골조의 품질이 조금 좋지 않더라도 밀착되어 시공될 수 있다.

* 그러나, 불행히도 우리나라는 아직까지 무기질단열재의 사용 경험과 그 인식이 높지 않은 시장이므로, 이를 억지로 강요할 수는 없다. 또한 공사비도 고려해야 한다.
그러므로, 이와 같은 여러 변수를 고려하여 현명한 선택을 하시길 바란다.


3. 외부통기방식

지붕은 어떻게든 일사에너지를 많이 받을 수 밖에 없다.
겨울은 단열재로 버틸 수 있다고 하지만, 여름의 경우 그 표면 온도가 상상을 초월할 정도로 올라가기 때문에 (약 70도 이상) 이 온도를 제대로 버티기 위해서는 지붕의 마감재 하부에 통기층이 형성되어서 과열된 온도가 단열면까지 도달 하지 않도록 해야 한다. 
즉 처마에서 공기가 들어가서 용마루로 배출이 되어야 하는데, 기본적인 구성 개념을 그림으로 표현하면 아래와 같다.

콘크리트경사지붕_통기층.jpg


지붕의 경우 이 통기층은 두께는 최소 40(38)mm 이고, 지붕의 경사가 25도 이하일 경우 최소 50mm 가 요구된다.
다만, 기와 형식의 마감일 경우, 기와 사이 사이로 이미 통기가 된다고 볼 수 있기 때문에 별도의 통기층은 없어도 된다.

이 통기층은 또한 단열재가 습기에 의해 피해가 생기는 것을 막아 주는 역할도 한다.


4. 통기층 내부에 있는 단열재의 외기 노출

단열재가 유기질이든 무기질이든 외기에 직접 노출되는 것은 안된다.
이 원칙은 통기층 아래에 있는 단열재라 할지라도 마찬가지이다.
위에 이야기한 단면에 이 개념을 더하면 그림은 아래와 같이 달라진다.

콘크리트경사지붕_통기층_투습방수지.jpg



다만, 유기질단열재일 경우 폴리우레탄 폼 등으로 단열재의 틈새를 완전히 메워줄 수 있고, 공사비가  부족하다면 단열재에 투습방수지를 덮지 않아도 된다. 그러나, 유기질단열재라 할지라도 기와형식의 마감일 경우는 우수의 침투량이 커서 노출될 수 없다.

콘크리트경사지붕_통기층_투습방수지생략.jpg


골조가 비를 맞았다면 최소 10일이 지난 후에 후속공정이 재개되어야 한다.


5. 단열재의 설치

첫 번째 고려할 것은 “어떻게 고정할 것인가?”이다. 
이는 하나의 정답이 있다기 보다는 현장여건과 시공사의 경험, 그리고 수급가능한 자재의 종류 등을 근거로 합리적으로 판단되어야 하는 부분이며, 절대적으로 설계사무소에서 제대로 판단해 주어야 하는 부분이기도 하다.


5-1. 목재 각상을 이용하여 격자로 고정하는 방법

목재각상을 이용하여 고정할 경우, 지붕의 단열재 두께에 비해 각상의 두께가 현저히 작기 때문에 격자형식으로 교대로 가로,세로로 상을 보내면서 단열재를 고정하는 방식이다.
이 방식은 골조의 품질이 중요하므로, 만약 지붕 경사면의 평활도가 좋지 못하다면 별도의 몰탈미장 공정이 추가되어야 한다.
공정의 순서를 그림으로 표현하면 아래와 같다.

콘크리트외단열_각상01.jpg

콘크리트외단열_각상02.jpg

콘크리트외단열_각상03.jpg


이 경우 투습방수지는 마지막 각상위에 고정되고 그 위에 통기층이 형성된다.

콘크리트경사지붕_통기층_각상.jpg

이 방법은 주변에서 구하기 가장 쉬운 목재 각상을 이용한다는 장점이 있지만, 법적으로 점차 증가되는 단열재의 두께를 반영하기에는 너무 많은 반복을 해야 한다는 단점이 있다.
또한 목재 각상과 유기질단열재(EPS 등)은 같이 사용될 수 없다. 즉, 이 경우는 모두 암면 또는 글라스울단열재를 사용한다는 조건이다.
같이 사용할 수 없는 이유는 
첫째 유기질단열재의 경우 각상의 간격보다 1mm 라도 크면, 각상사이로 절대 들어갈 수 없다. 오로지 각상의 간격보다 더 작아야 하며, 이 사이의 틈은 폴리우레탄폼으로 채워야 하는데, 이를 제대로 하기에는 공사비가 너무 상승하는 원인이 된다.
둘째, 유기질단열재는 투습성능이 낮아, 그 속에 들어가 있거나, 유기질단열재 사이에 끼어 있는 목재의 경우 습기에 의한 피해가 있을 수 있기 때문이다.

5-2. 스테인레스스틸브라켓을 이용하는 방법

이 방법은 금속 중에서 비교적 열전도율이 낮은 스테인레스스틸로 만들어진 브라켓을 이용하는 방법이다. 이 브라켓을 세트앵커 등으로 콘크리트 면에 고정을 한 후에 그 사이에 단열재를 끼워 넣는다. 그 다음 그 위에 철재 각파이프를 용접 또는 볼트를 이용하여 고정하는 방법이다.
 다만 유기질단열재의 경우 용접에 의한 화재를 방지하기 위해 별도의 안전조치를 취해야 하며, 끼워 넣을 때 브라켓 주변의 경우 부분적인 손상이 생길 수 있기 때문에, 손상부위는 폴리우레탄폼으로 잘 메워 주어야 한다.
이 방법은 골조의 평활도가 어느 정도 좋지 않아도 비교적 마감 레벨을 잡기 편한 방법이기도 하다.

콘크리트외단열_브라켓01.jpg

콘크리트외단열_브라켓02.jpg

콘크리트외단열_브라켓03.jpg


이 방법은 철재의 브라켓이 들어가기 때문에 단열재 바로 위에 투습방수지를 설치할 수 없고, 각파이프 상부에 투습방수지가 들어가야 한다. 통기층은 각파이프 레벨에서 형성된다.

콘크리트경사지붕_통기층_각파이프.jpg

이때 금속 각파이프에 투습방수지의 고정을 위해 아래 그림과 같이 작은 목재판을 댈 필요가 있다.

콘크리트경사지붕_통기층_각파이프1.jpg


다만, 유기질단열재의 경우 상부 마감층에 별도의 방수층이 형성된다면, (있는 것이 더 나은 방법이긴 하나) 이 투습방수지는 생략될 수 있다. (기와마감이라면 어떤 조건에서도 생략될 수 없다.)

콘크리트경사지붕_통기층_각파이프_유기질단열재.jpg


4-3. 기타 (응용)

상기 두가지 방법을 혼용하여 여러 가지 응용을 할 수 있다.

그 중 한가지를 소개하면 다음과 같다.
철재브라켓(아연도금)과 목재상을 혼용하는 방법이다. 
이 방법은 목재상 위에 투습방수지의 고정이 가능하다. 다만 이 역시 목재를 사용하므로, 유기질단열재와 혼용될 수 없다.

콘크리트경사지붕_통기층_브라켓_목상.jpg

이 방법의 장점은 브라켓이 단열재 속에 뭍히기 때문에, 스테인레스스틸 제품이 아닌 저렴한 철재브라켓(아연도금제품)과 앵커를 이용할 수 있다는 점이다.



다른 하나는 유기질단열재위에 목재 또는 철재의 각상을 대고, 그 각상을 스테인레스스틸 세트앙카를 이용하여 고정하는 방법이다.

콘크리트경사지붕_통기층_목재_세트앙카.jpg

이 방법은 단열재 사이의 틈새를 근본적으로 없앨 수 있다는 점과 공정이 가장 단순하다는 장점이 있다. 또한 목재 각상이기 때문에, 상부의 마감재를 고정하는데 수월하다는 장점도 있다. 
다만, 콘크리트면의 평활도가 마감재 전체 품질에 영향을 미치므로, 면의 관리에 가장 손이 많이 간다는 점과 단열재가 단지 각상에 의존하여 고정되기 때문에, 단열재 크기를 잘 관리해야 한다는 단점이 있다. 또한 세트앙카의 길이가 꽤 길고, 이 것이 모두 스테인레스스틸 앵커를 사용해야 하기 때문에 앵커의 가격도 신경써야 하는 부분이다. 

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이 방법은 단열재의 압축강도가 충분해야 하기에, 무기질단열재에 응용될 수는 없다. (할 수도 있지만, 단열재의 가격이 많이 올라간다.)


4-4. 열교차단 제품을 이용하는 방법

이 방법은 티푸스코리아에서 만든 자료에 잘 나와 있기 때문에 이를 그대로 옮긴다. 이 자료의 저작권은 모두 티푸스코리아에 있다.

이것은 열교를 매우 작게 줄인 각상이라고 보면 무방하다.
이 각상을 등간격으로 보내서 지붕의 레벨을 잡고, 그 사이에 단열재를 끼워 넣는 방식이다.
열교와 시공의 용이성을 모두 잡은 제품이라 할 수 있을 것이다. 협회도 올해 부터 콘크리트 경사지붕에는 이 제품을 사용한다.


tifus_01.jpg



외단열_기와지붕_시공사례_티푸스.jpg

아래 벽체의 시공방식을 보면 쉽게 이해가 되시리라 생각된다.

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5. 처마 돌출 방법

콘크리트 구조의 경사지붕에서 콘크리트 골조를 돌출하는 방법으로 처마를 형성하였지만, 이제는 그 방법이 더 이상 유효하지 않다. 수많은 열교의 원인이며, 이 열교를 해결하기 에는 너무 많은 수고와 공사비가 들어가기 때문이다.

콘크리트경사지붕_처마_콘크리트.jpg



물론 TB블럭과 같은 열교차단재를 사용할 경우 마감 등이 가능해지기는 하나, 이런 유사제품을 경사지붕에 사용하는 것은 공정이 만만치 않다.

콘크리트경사지붕_처마_콘크리트__열교차단재.jpg



그러므로 외단열 경사지붕의 처마는 단열재 고정을 위한 목재각상(또는 각파이프)를 연장하는 것이 우선은 가장 간단한 방법이 될 수 있다.

콘크리트경사지붕_처마_콘크리트_파이프.jpg


철재 각파이프를 연장하여 처마를 형성한 사례가  http://www.phiko.kr/bbs/board.php?bo_table=z3_02&wr_id=241  여기 있다.

철재 파이프를 내는 것 보다 더 단순한 방법은, 목재 각상을 이용하는 방법이다.
아래 그림의 목재상(원형의 점선)을 처마로 돌출시키면 후속 공정이 매우 편해 질 수 있다.

콘크리트경사지붕_통기층_브라켓_목상_1.jpg

다만, 나무를 사용한 방법이라 할지라도, 열교를 조금이라도 더 줄이기 위해 상부의 일정 두께를 가로로 한번 더 보내는 것이 훨씬 더 나은 방법이 된다.

콘크리트경사지붕_통기층_브라켓_목상_2.png

 

 

물론 상기에 적은 티푸스코리아의 열교차단각파이프를 사용하면 아주 긴 처마를 제외하고는 매우 심플하게 만들 수도 있다.

 

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이 내용은 규모가 작은 주택을 위주로 설명했지만, 대형 건축물도 결국 원리는 같기 때문에, 이를 잘 이해하고 설계될 필요가 있다.



Comments

3 이경환 2016.04.18 13:10
잘 보았습니다.

혹 벽체의 통기층을 설명해 주신 지붕의 통기층과 연동하는 경우 통기량(?)을 더 확보해야
할 듯 한데(추측) 환기를 원활하게 하기 위해 추가적인 고려 사항 ( 통기층 확대 ? )이 있는지
궁금합니다.

감사합니다.
M 관리자 2016.04.18 13:14
네.. 벽체와 지붕의 통기층은 이어 주지 않는 것이 원칙입니다.
즉, 벽체의 상부에서 한번 외기로 끊어주는 것이 바람직합니다.
답변을 너무 간단히 드려서 죄송합니다. ㅡㅡ;;;
3 이경환 2016.04.18 13:30
네...

이유가 통기층 길이가 길어 져서 그런 것이 겠지요
생각에 빨대가 길어지면 빠는 힘이 힘들 것도 같고, 굴둑이 길면 연기가 잘 빠질 것도 같고.
엄뚱한...@@;

답변 감사 합니다.
M 관리자 2016.04.18 13:35
ㅎ.. 맞습니다.
다만, 굴뚝의 경우 양상이 조금 달라서 높을 수록 유리하긴 합니다만.. 지붕은 그 길이가 짧아 기대한 것 만큼 효과를 내기가 말씀하신 것 처럼 쉽지 않습니다.
1 박형재 2016.04.18 14:22
생각이상의 설명에 너무나 감사합니다.
M 관리자 2016.04.18 14:26
네. 감사합니다.
3 이장희 2016.04.19 11:24
좋은 자료 감사드립니다.
주기적으로 여러번 읽어보겠습니다.
1 강영도 2016.05.17 21:54
조금씩 이해가 되어갑니다.  감사합니다.
G 하늘 2016.05.25 09:30
항상 많은 도움 받고있습니다.
본문 내용 중(5-1목재각상 격자) 외단열 지붕에서 유기질 단열재와 목상은 혼합사용이 불가하다는데 그 이유가 궁금합니다.
M 관리자 2016.05.25 22:10
안녕하세요..
일상적 용어를 빌리자면.. 유기질 단열재 사이에서 목재가 썩을 수 있기 때문이며, 그 보다 더 중요한 것은 목재상 사이에 경질의 유기질단열재를 잘 끼워 넣는 것 자체가 매우 어렵기 때문입니다.
G 하늘 2016.05.26 09:13
답변 고맙습니다.
G 단풍 2016.10.26 16:01
좋은자료 정말 감사합니다
한가지 궁금한것은
rc조 경사지붕에는 화스너와 접착제를 통한 외단열미장마감공법이 불가능하여 이러한 방법을 쓰는것인가요??
M 관리자 2016.10.26 16:03
네.. 외단열미장마감공법은 오로지 수직벽에만 사용될 수 있습니다.
G 겨울 2016.11.02 15:39
좋은자료 정말 감사합니다.

한가지 궁금한 것이 유기질 단열재가 목재 각상과 사용될수없는 이유는 뭔가요??
M 관리자 2016.11.02 17:51
네.. 그것은...
1. 각상과 유기단열재가 붙어 있을 경우, 각상의 함수율이 높아질 수 있다는 것
2. 각상 사이로 단열재를 넣어야 하는데, 1mm 라도 단열재가 크면 들어가지 않기 때문에, 시공이 힘들다는 점 때문입니다.
1 화성사람 03.27 21:33
안녕하세요
"협회에서 행하는 콘크리트 구조의 단독주택에서 이 지붕의 골조 품질을 위해 무던히 노력을 해왔음에도 불구하고, 아직까지 만족할 만한 성과가 없었다. ㅠㅠ"
이 부분은 아직 해결이 안된 부분인가요?
다른곳 덧글들을 보다보니 지붕 위쪽에도 거푸집을 대면 품질이 나온다고 하더군요. 일반적으로 하지않는것은 비용(인건비) 때문이겠죠?
어느정도의 비용을 건축주가 부담할 수 있다면 국내 현장에서 콘크리트 경사지붕을 제대로 만들 수 있을지 궁금합니다 (각도는 30도 내외로 생각하고 있습니다)
감사합니다.
M 관리자 04.06 20:36
네. 그렇습니다. 그게 다 비용이라서요.
추가 비용도 그리 많지 않습니다. 그저 조금 더 천천히 부어 놓고, 타설 후 천천히 경사면을 잡는 것이니까요..
또한 타설 후 한번 더 미장을 해주는 것도 방법이며, 두 방법 모두 그렇게 비용이 많이 올라가지는 않습니다.
그러나, 문제는 비용을 더 지불해도 안될 확율이 존재한다는 것입니다.
1 화성사람 05.16 23:28
지금 봤네요 답변 감사합니다^^