기술자료

1-07. 구조형식별 패시브건축물 실현 전략

M 관리자 4 714 12.01 16:26

이번 글은 콘크리트구조, 목구조(경량,중목), 경량스틸구조에서 패시브하우스로 접근하는데 필요한 요소를 다룬다. 다만 이 모든 것은 “제대로된 건물, 하자없는 건물이 우선이다”라는 것을 전제로 한다. 이 것이 담보되지 못하면 패시브하우스는 아무런 의미가 없다. 

 

그러므로, 우선 각 구조별 하자를 예방하기 위한 필수적인 요소부터 이야기를 한다.

 

 

설계

 

 항상, 누구나, 모든 매체에서 “설계가 우선이다. 설계비 아끼면 안된다. 설계를 제대로 해야 한다.”라고 이야기하고, 결국 그렇게 되지 못한다.

 

 이 것만으로 하나의 특집을 꾸며도 모자랄 듯 하지만, 극단적으로 짧게 원인을 표현하자면 “비용의 가치만큼 건축사가 서비스를 하지 못하기 때문”이다. 

 

 지금까지 건축사의 서비스는 “법적 행정처리 대행”을 기본료로 하고, 여기에 더 추가되는 비용은 이른바 “디자인값”이었다. 문제는 이 디자인이라는 것은 “하지가 없는” 상태에서 가치를 획득할 수 있다는 것이다. 누수, 결로, 곰팡이, 균열, 더위, 추위로 살기 어려운 건물에 디자인이라는 포장(실제로 정말 좋은 디자인을 포함)을 하면 한번 잡지에 나올 수는 있겠고, 또 일시적으로 유명세를 탈 수도 있겠지만... 이 것이 집단의 신뢰까지 이어질 수는 없다. 지금처럼 열린 세상에는 더더욱 그러하다.

 

 물론 세계에서 0.1% 이내에 드는 건축사는 다를 수 있다. 그들이 디자인한 건물을 소유한다는 것 자체가 목적이기에 (이 역시 논란의 여지는 있지만) 그 집이 설사 어떤 하자가 있더라도 만족할 수도 있기 때문이다. 

 

 이 말을 뒤집어 이야기하면, 이 0.1% 안에 들지 못한다면 하자가 생기지 않도록 최선을 다해야 한다. 특히 아주 기본적인 하자인 “구조적 결함, 누수, 결로”는 없도록 해야 한다. 

 

 이 것이 “제대로 된 설계”이며, 이 것이 전제가 된다면 (비록 시간이 걸리겠지만), “설계가 우선”이라는 뜬구름식 표어가 있지 않더라도 건축주는 충분히 정당한 비용을 지불할 의사가 생길 것이다.

 

 건축주는 건축사가 설계하는 도면에 당연히 하자가 없다고 생각을 하고, 설계비 안에 이미 이를 위한 비용이 포함되었다고 보고 있고, 그 것이 당연하다. 

그러나 만약 건축사가 “이 설계비는 하자예방이 들어 있지 않습니다. 이 비용으로는 비가 샐 수도 있고, 결로가 생길 수도 있습니다.”라고 이야기한다면 맡길 사람이 있을 리가 없다. 

 

 여기로부터 자유롭다 이야기할 수 있는 건축사가 몇 명이나 될 것인가?

 

 예를 들어 단면도를 아래와 같이 

가. 외벽은 외단열, 지붕은 내단열

나. 외벽을 양단열, 지붕은 내단열

다. 외벽과 지붕을 모두 내단열

로 그리는 모든 건축사는 (지금 기준으로) 아무 생각이 없다는 것이며, 이는 더 이상 새로운 공부를 하고 있지 않은 건축사라는 뜻이기 때문이다. 이런 식의 도면은 공사를 시작하기도 전에 이미 하자를 안고 가겠다는 것이다.

 

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 물론 최선을 다해도 하자가 생길 수 있다. 하지만 최소한 “설계하자”는 아니라고 떳떳하게 말할 수 있어야 한다. 그냥 우기는 것이 아니라... 

 

 패시브하우스의 구조별 접근 전략에 하자부터 이야기하는 것은 “패시브하우스가 건축물의 기본적인 하자를 없애려는 노력의 산물”이기 때문이다. 

 

이 글에서는 극히 기본적인 사항에 대해 수박 겉핥기처럼 적을 수 밖에 없으며, 자세한 사항은 각 분야별로 별도의 글로 다룰 예정이다.

 

 

공통 

 

 가. 외관이 단순해야 한다. 형태의 복잡함은 곧장 공사비의 압박으로 돌아온다. 외벽 1제곱미터를 만드는데 구조부터 마감까지 약 30만원정도가 들어 간다. 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 외벽의 면적이 150제곱미터라면 그 두 배가 되므로, 증가 공사비는 4,500만원이나 한다. 즉 평당 120만원이 넘게 추가되는 것이다. 이를 위해 돌출되거나, 들어간 부분이 최소화 될 수 있도록 설계사무소와 긴밀히 이야기를 나누어야 한다.

 

 나. 패시브하우스를 떠나서 미세먼지 때문이라도 환기장치에 대한 설계와 공사비예산을 미리 책정해 놓아야 한다. 공사비는 30평대 주택을 기준으로 인건비 포함 약 500만원대로 형성된다.

 

 다. 창이 있으면 차양을 함께 생각해야 한다. 올해 여름을 겪으셨으면 더 길게 이야기하지 않아도 다들 이해하시리라 생각된다.

 

 

콘크리트 구조

 

가. 구조체

 

 첫 번째, 콘크리트는 현장에서 만들어진다. 그러기에 마르는데 시간이 필요하며 이 시간이 상상보다 훨씬 긴데, 좋은 조건에서도 약 2년이 필요하다. 겨울에 타설되면 그 보다 더 오래 걸린다. 그러므로 이  내부 수분이 증발되는 방향을 고려해야 한다.

 

 두 번째, 콘크리트는 열전달이 매우 빠르다. 단열재 대비 약 70배 정도된다. 그러므로 콘크리트는 단열재로 완전히 감싸 주어야 한다.

 

 세 번째, 면의 평활도가 손맛에 달려 있다. 벽면이 평활하지 못하거나 개구부의 치수가  다 다르면 일하는 사람이 힘들고, 힘들면 품질이 안나오고, 품질이 안나오면 하자가 발생하다. 그러므로 평단가로 계약하는 골조팀과 계약을 하면 안된다.

 

 

나. 누수

 

 창호 주변에 방수테잎이 붙어야 한다.

실란트 코킹으로 방수를 기대 한다거나, 이 조차 하지 않는 것은 협회 홈페이지에 지긋 지긋하게 올라 오는 창문 주변 누수의 근본적인 원인이 된다.

 

 콘크리트는 모든 이어치기한 부분에 “지수판”이라는 것이 시공되어야 한다. 콘크리트 구조의 누수는 거의 모두 이 이어치기한 부분에서 생기기 때문이다. 나머지는 방수가 해결해야 한다.

 

 방수는 소재의 문제보다는 설계와 사람의 문제가 90%이다. 모든 방수재는 다 좋다. 다만 그 자재가 제시하는 두께와 방식으로 시공되어야 한다. 그 것이 안되면 모든 방수재는 다 무용하다. 

예를 들어 평지붕에서 가장 흔히 볼 수 있는 녹색의 우레탄도막방수는 외기에 노출되게 시공되어서도  안되고, 3번에 걸쳐 3mm 두께가 되어야 한다. 이 것이 지켜지고 있지 않을 뿐이다.

 

 

다. 단열

 

항상 “외단열 우선”이다. 이 점은 분명한데 문제는 네 가지 부분에서 존재한다.

 

 첫 번째는 일부는 외단열, 일부는 내단열의 혼용과 혼용되더라도 이에 따른 적절한 조치를 하지 않는 다는 점이다.

 

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두 번째는 전부 외단열로 했더라도 누락되는 부분이 있다는 것이다. 대표적으로 아래의 네 가지 경우가 해당된다. 이렇게 단열재가 누락된 부분이 모두 없어야 한다. 

 

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세 번째는 각종 외벽 마감재를 달아 매기 위한 철물 들이 단열재를 뚫고 들어가는 부분이다.

 

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<석재 고정 철물 사례> 

 

 이 것을 해결하기 위한 다양한 제품이 이미 시장에 나와 있다. 그러나 이 부분보다 더 심각한 것이 두가지가 있는데..

 

첫번째는 석재를 고정할 때, 석재에 홈을 내서 철물을 삽입해야 하는데, 그냥 철물 위에 올려 놓고 에폭시 본드로 붙이고 만다는 것이다. (이 것은 잠재적 살인미수에 해당한다.)

 

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두번째는 거푸집을 고정하기 위한 폼타이를 제거하지 않는 다는 것이다.  

폼타이는 철이며, 콘크리트보다 열전달이 훨씬 잘된다. 그리고 원래부터 거푸집 제거 후에 잘라낼 수 있도록 디자인이 되어져 있는 제품이다. 그러므로 단열재 속에서 묻힐 수 있도록 끝 부분을 잘라 내야 한다. 


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<폼타이> 

 

 

 네 번째는 일체타설을 한다는 것이다. 

일체타설은 오로지 시공 속도를 높이려는 것이지 그 건물의 성능을 높이려는 목적이 아니다. 그러므로 건축주 또는 감리자는 이를 허용해서는 안된다. 일체타설은 열교, 탈락, 후공정의 복잡함, 온도에 의한 균열 등 수많은 문제를 내포하고 있기 때문이다. 

그러므로 단열재는 후부착이 되어야 한다. 

 

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1. 남아 있는 폼타이에 의한 열교 

2. 콘크리트 건조시 수축/팽창으로 인한 단열재의 균열 

3. 새어 나온 콘크리트에 의한 열교 

* 결정적으로 단열재 내부에 타설된 콘크리트의 품질을 육안으로 확인할 수 없어진다.

 

 

라. 기밀

 

콘크리트 구조의 기밀은 비교적 쉽고 용이하다. 창호 주변과 각종 외벽 배관 주변만 신경쓰면 되기 때문이다. 여기에 관한 내용은 앞선 글에 적은 바 있다.

 

 

 

경량 구조체 공통

 

가. 방습층 필수

 

 경량구조체(경량목구조, 중목구조, 경량스틸구조)에서 가장 최우선은 실내측에 방습층이 있어야 한다는 것이다. 이는 그 무엇보다 우선이다. 

이 방습층이 없다면 목조주택을 포함한 모든 경량구조는 성립될 수 없다. “그럼 지금까지 방습층없이 지어진 모든 목조주택은 잘못된 것인가?” 라는 질문에도 “당연히 그렇다.”라고 대답할 수 있다.

 

 왜냐면 건축법에도 이 방습층을 요구하고 있기 때문이다. 즉 방습층이 없는 경량구조는 모두 불법건축물이다. 이 법은 어제 오늘 생긴 것이 아니라 2001년부터 있어 왔다. 이 방습층의 내용에 대해서는 앞선 글에 언급된 바가 있으나, 워낙 중요한 내용이라 한번 더 강조를 하는 것이다.

 

 이 방습층을 "가변형방습지"로 한다면 더 나은 결과를 보장받을 수 있다.

  

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<경량목구조의 방습층> 

 

 

  나. 기초의 단열

 

 1층 바닥의 단열은 해당 두께를 기초 상부에 몰아서 하는 것이 낫다. 물론 기초 측면의 단열도 꼭 해야 한다.

 아래 사진은 "지어져서는 안되는 판넬집"의 경우인데, 기초측면의 단열재를 누락하면서 겨울철 외벽에 붙어 있는 화장실이 다 얼어서 물조차 쓸 수 없는 사례이다.

 

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다. 레인스크린없는 외단열

 

  레인스크린은 북미에서 “외단열재 뒷면으로 빗물이 넘어가면서 OSB가 상하게 된 큰 하자를 겪은 후에 생겨난 방식”인데 문제는 이 레인스크린 속으로 외기가 들어가는 방식이라서 이 외측의 단열재는 단열성능이 없다고 본다는 점이다. 그러므로 레인스크린없이 글라스울 또는 미네랄울을 밀착해서 외단열을 하는 것이 단열성능을 높힐 수 있는 방법이다. 

 

 만약 단열성능을 높이고자 건식구조 외벽에 레인스크린없이 EPS단열재를 밀착하여 사용하는 것은 투습성능 부족으로 인한 하자 발생 확률이 아주 높아 허용되지 않는 방법이다. (투습이 가능한 EPS는 자재정보에서 볼 수 있다.)

 

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 <경량구조 외벽의 추가 단열시공>

 

 

 또한 외단열을 추가하는 것이 유리한 다른 이유는 경량구조외벽에서 이 구조체가 차지하는 면적이 상당하기 때문이다. 즉 창문 주변의 수직재나 수평재를 자세히 보면 구조재로만 꽉 차있어서 단열재가 들어갈 수 없고 그 면적이 상당함을 쉽게 인지할 수 있다. 즉 구조체 두께를 늘린다고 해서 이 것이 획기적으로 나아질 수는 없으므로, 이 점을 고려하여 외측에 단열을 한번 더 하는 것이 나은 선택이 된다.

 

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라. 단열 두께

 

 경량구조는 구조체의 두께가 곧 단열재의 두께가 된다. 2018년 9월부로 건축법의 단열성능이 강화되면 더 두꺼운 단열재를 사용해야 하는데, 여기에 대한 대응은 경량이냐 중목이냐 경량스틸이냐에 따라 다르지만, 지금과 같은 방식으로는 불가능하다. 

특히 단열재가 경량목구조보다 더 많이 빠지게 되는 (구조체가 차지하는 면적이 더 많기에) 중목구조와 철에 의한 열손실이 더 큰 경량스틸구조는 반드시 외단열이 추가되어야 한다. 

 

마. 실내 설비층

 

 경량구조는 실내측에 방습층이 필수적이기 때문에, 각종 배관이 벽체 속에 들어가면 그 것이 벽 밖으로 나올 때, 이 방습층을 훼손하게 된다. (예: 수도꼭지, 콘센트박스 등) 그래서 경량구조는 [구조체 - 방습층 - 설비층 - 석고보드]의 순서로 구성이 이루어져야 한다. 이 설비층은 약 40mm 두께면 무난하다.

 

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 <설비층 구성 모습>

 

 

바. 지붕의 단열재 위치

 

 현장에서는 웜루프, 콜드루프로 구분을 하고 있으나, 우리나라 어감상 와닿지 않기에 협회에서는 내부통기지붕, 외부통기지붕으로 용어를 정하였다.

 

 최근은 외부통기지붕으로 가는 추세이나, 내부통기지붕이라고 할지라도 실내층에 방습층이 제대로 형성되면 심각한 하자로 이어지지는 않는다. 다만 열적으로 불리할 뿐이다. 공사비 차이도 별로 없으므로 가능하다면 외부통기지붕을 선택하도록 한다.

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<내부통기지붕> 

 

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<외부통기지붕> 

 

  여기서 외부/내부를 가르는 기준은... 

외부공기가 들어가는 위치가 지붕용 투습방수지의 안쪽이면 내부통기지붕, 바깥쪽이면 외부통기지붕이라 할 수 있다.

  

 

사. 설계사무소의 선정

 

 우리나라 건축사 대부분이 콘크리트 구조의 설계는 익숙해도 경량건축물은 경험이 많지 않다. 그런데 가끔 건축사의 이야기를 들어보면... “목구조는 건축사가 기본 도면만 그리고, 나머지는 목구조 전문 시공사가 알아서 하는 거여요”라고 하시는 분이 있다. 

 이런 건축사에게 설계를 맡겨서는 안 된다. 왜냐면 이런 분들은 실제 목구조를 전혀 이해하고 있지 못하다는 뜻이며, 평면, 단면 등 도면을 그릴 때 구조적 또는 마감 등이 시공 가능하도록 그려내지 못하기 때문이다. 이런 도면을 나중에 시공회사에게 넘겨봐야 좋은 소리 듣지 못하는 것은 기본이고, 자질구레한 설계변경에 대해서 공사비는 시간이 갈 때마다 올라가는 것을 경험하게 될 것이다.

 

 

 

경량목구조

 

 가. 단열

 

 경량목구조는 다른 경량구조에 비해 비교적 스터드의 크기도 작고, 나무라는 이득이 있어서 구조체의 두께가 더 두꺼워 지거나 (2x6 → 2x8) 추가적인 단열재가 붙는, 두 가지 방법 중 하나를 선택할 수 있지만, 가급적 구조체 외부에 단열을 추가하는 것을 권장한다. 

 왜냐면 나무가 아무리 단열성능이 좋더라도 단열재가 아니기에, 외단열이 한번 더 들어가는 것이 여러모로 좋기 때문이다.

  

 나. 창호의 위치

 

 창호의 위치는 창호와 구조체 사이에 약 20mm 이상의 단열폼이 충진되는 것을 전제로 창호외측과 OSB면을 일치시키는 것이 올바른 설치 위치가 된다.

 

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<경량목구조에서 외단열이 있는 경우의 창호위치> 

 

 

중목구조

 

가. 단열

 

 중목구조는 구조재가 경량목구조보다 두껍기 때문에, 열손실도 비교적 크거니와 그 만큼 들어가는 단열재의 양도 적은 것이 문제가 된다. 특히 실내에 구조재가 노출되는 것을 즐기시는 분이 계신데, 불행히도 권장되는 방법이 아니다. 단열/방습층 형성에 어려움이 있기 때문이다. 

 아래 그림과 같이 실내의 방습층이 기둥에 가로 막혀 연속되어질 수 없기 때문인데, 이 불연속성을 해소하는 방법이 마땅치 않다.

 

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  여기에 더해서 중목구조에서 주로 사용하는 기둥의 크기가 120x120mm 인데, 이 두께를 모두 단열재로 채워도 지역에 따라서 올해 9월에 변경되는 건축법을 만족시킬 수도 없다. 

 그래서 중목구조라고 할지라도 구조재 자체의 노출은 어려우며, 이를 꼭 하고 싶다면 구조재처럼 보이도록 별도의 마감을 해야 하는 것이 맞다. 또한 법을 만족시키려면 여기에 더해서 외단열을 추가해야 하므로 결국 경량목구조에 외단열을 하는 것과 같은 길을 가야 하며, 기둥의 큰 열교를 막기 위해 경량목구조보다 더 두꺼운 외단열이 시공되어야 한다.   

 구조적 이득이 생기는 만큼 잃는 것이 있다고도 볼 수 있다.

 

 지역에 따라 경량목구조처럼 2x2 한 겹 또는 두 겹의 외단열이 필요하며, 설비층이 필요한 것은 모든 경량구조와 같다.

 

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 <중목구조 올바른 벽체 구성의 예>

 

 만약 구조재를 실내측에 노출하고 싶다면, 실제 사용된 구조재는 불가능하며 별도로 나무기둥처럼 보이는 마감을 해야 한다.

 

  

나. 창호의 위치

 

 경량목구조와 동일하다.

 

 

 

경량스틸구조

 

가. 단열

 

 경량스틸구조의 단열방법은 콘크리트구조와 거의 같다고 봐도 무방하다. 철이 지닌 높은 열전도율 탓에 열교를 효과적으로 끊어 내면서 중단열을 유지하기는 불가능하다.

 

 특히 목구조와는 다르게 속이 빈 스터드를 사용하기 때문에 이 속을 어떻게 채우느냐도 관건이라, 이 내부에 집중하기 보다는 외단열에 몰입하는 것이 현명한 선택이다.

 

 이를 전제로 몇가지 대안이 제시될 수 있는데, 아래 그림과 같다. 왼쪽부터 1번, 2번, 3번 방식이라고 한다면,

 

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1번 방식은 목구조와 동일한 개념의 단열방식이며, 단열성능은 가장 낮다.

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

3번 방식은 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. 

 

 세가지 방식 모두 레인스크린이 없는 구조이므로, 1번과 2번 방식은 모두 무기질단열재가 사용된다. 특히 외단열재가 목구조보다 더 두꺼우므로, 공사비 절감에 외단열미장마감이 유리하므로, 고밀도미네랄울이 사용될 수 밖에 없다. 아마도 3번 방식이 가장 저렴하겠지만, 국내에 이런 방식의 경험을 가진 시공사가 거의 없어서 실제로 이 방식의 현장을 보기는 쉽지 않을 것이다.

 

 

나. 창호의 위치

 

 경량스틸구조에서도 창의 위치는 목구조와 같다. 다만 스틸구조의 열교를 막기 위해 목구조처럼 단열폼 만으로는 효과적이지 않으며, 최소한 창의 하단은 고밀도폴리우레탄보드와 같이 압축강도가 매우 높고 단열성능이 높은 재료로 열교를 차단해야 한다.

 

 이 역시 그리 쉽게 실현될 수 있는 방법은 아니다. 실행의 어려움을 떠나서 경험이 필요한 부분이기 때문이다.

 

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이번 글은 각 구조방식별 패시브하우스의 접근 방식을 좀 더 깊게 들어가 보았다. 아무쪼록 도움이 되었으면 한다. 하지만 이 모든 것을 떠나서 경량구조에 방습층만이라도 시공되는 건축시장이 되었으면 하는 바램이다. 

 

 

Comments

1 BERSERK 12.02 15:13
너무 좋은 지적들입니다.
1 자츄니 12.04 14:53
늘 배우고 갑니다. 감사합니다.
3 패시브아파트 12.07 16:35
<경량구조 외벽의 추가 단열시공> 사진에서 질문이 있습니다.

저건 지금 무엇을 어떻게 시공한 것인가요? 단열재는 유리섬유인 것 같은데요. 목재로 틀을 만든 다음 단열재를 끼운 것 같지가 않네요. 유리섬유를 쌓은 다음에 목재를 대서 못을 박은 것인가요? 일자무식 질문이라 죄송합니다.
M 관리자 12.07 20:02
암면이어요..
암면은 글라스울에 비해 밀도가 매우 높기 때문에 (더 딱딱합니다.)  그 두께가 두껍지 않을 경우 암면을 대고 목재를 박을 정도의 힘을 버틸 수 있습니다.
일자무식은요.. 무슨 그런 안드로메다와 같이 먼 이야기를.. ㅎ  전혀 와닿지 않습니다.!!!!