기술자료
6-04. 열리는 창호의 계획
6-04. 열리는 창호의 계획창호의 몇 가지 중요한 핵심 기능 중의 하나는 “열린다”는 것이다.
그런데 건축가는 종종 이 핵심사항이 왜 필요한지를 망각한다. 아마도 이유는 유리라고 하는 이율배반적 소재에 기인한다. <기술자료실의 “유리의 특성” 참조>
그러나 어찌 보면 “보인다” 만큼, 혹은 누군가에게 있어서는 “열린다”가 더 중요하다.
열려야 하는 소재가 기밀성도 갖추어야 하니 창호는 여러모로 피곤하다.
창을 여는 목적은 크게 한가지이다. 환기 혹은 통풍을 목적으로 한다. 물론 도시락을 놓고 나간 아이를 부르기 위해서도 필수적이다.
그럼 어떤 방식으로 어느 정도 열어야 환기가 잘 될 것인가? 가 이 글의 목적이 된다.
창문은 일단 무조건 크게/많이 열려야 된다. 그러나 그 한계라는 것이 존재하고, 이론적으로 볼 때 창호면적의 50%가 열리는 면적의 한계이다. 이것도 미서기창호에나 해당되는 숫자이고, 다른 열리는 방식에서는 이마저도 쉽지 않다.
열리는 방식에 따른 실제 개폐면적의 산정은 “건축물의 설비 등에 관한 규칙”에 나와 있으며, 그 내용은 아래와 같다. 비록 배연창의 유효개구면적 산정방식이기는 하나 일반창에도 충분히 유효하다.
열리는 면적에 대한 법적 기준은 없으나, “에너지절약설계기준”에 권장사항으로 제시된 것은 있으며, 그 내용은 “외주부 길이 x 깊이 5m 의 10% 이상”으로 되어있다.
즉, 이를 주거시설에 준용하면, 외벽의 길이가 4.5미터이고 깊이가 4미터인 방이 있다면 바닥면적은 4,5 x 4 = 18 ㎡ 이며, 이 면적의 10% 인 1.8 ㎡ 이 열려야 한다는 뜻이다. 상당히 큰 면적이 열려야 하는 것이다.
위에 설명한 유효 개구부 계산식을 이용하면 미서기창을 제외하고는 이를 만족시키는 것은 사실상 불가능에 가깝다. 또한 미서기창이라고 할지라도 사실상 방 면적의 10%가 열려야 한다는 뜻인데... 이마저도 쉬운 것은 결코 아니다.
그러나 주거시설은 유효개구부를 최대로 확보할 수 있는 미서기창이 보편화되어져 있기 때문에 아주 큰 문제는 없지만 업무시설은 지금도 많은 문제를 내포하고 있다. 이 문제의 근원은 건축가가 창호를 그저 밖을 보는 용도로만 인식하기 때문이고, 열리는 창호가 시야에 걸리적거린 다는 인식이 그 두 번째 이유가 될 것이다.
예를 들어 거의 모든 업무시설에 사용되는 프로젝트 혹은 풀다운방식의 창호가 그러하다.
이런 창호는 열리는 유효면적이 상당히 작고, 또 많이 설치한다고 하더라도 그림과 같이 상부층의 공기는 계속 정체될 수 밖에 없어 환기에 결코 도움이 되지 않는다.
그럼에도 불구하고 이런 방식의 창을 고집하는 것은 관성의 법칙이 가장 큰 이유이고, 두 번째는 가장 저렴한 것이 이유이고, 세 번째는 열어놓고 퇴근해도 비가 들이치지 않기 때문이라는 것이다.
첫 번째 이유는 선배들이 이렇게 디자인 해왔기 때문에 나도 그냥 이렇게 한다. 가 되고, 두 번째 이유는 그나마 사유가 되나 실내에 근무하는 사람이 받는 고통을 생각하면 그 얼마 되지 않는 비용의 차이가 이유인 것이 부끄럽다.
세 번째 이유는 이 중에서 가장 정당한 이유가 될 터이지만, 최근에는 어느 업무시설이든 다 관리자가 있어 비가 올 때 창이 그냥 열려 있는 경우는 거의 없고, 또 유럽이 비가 안와서 다른 방식의 창을 사용하는 것은 아닐 것이다.
경험적으로 볼 때, 설계자가 풀다운이나 프로젝트 창을 적용하는 것은 그저 습관적인 이유가 대부분이었다.
사정이 이러할 진데, 아래 사진처럼 그나마도 있는 둥 마는 둥 한 건물도 많다.
물론 대부분의 건물이 그저 관성에 의해 설계가 된 것이라면 의도적으로 건물의 외벽에서 열리는 창을 완전히 배제한 건물도 있다.
이런 건물의 디자인은 입면에서의 열리는 창 때문에 추가되는 바가 외면의 순결을 해친다고 보는 관점이 있고, 실내에서 외부를 바라볼 때 시야에 걸림돌이 된다는 관점이 모두 존재한다. 이를 가능케 한 것은 공조설비의 발달로 인해 굳이 열리는 창이 필요 없게 된 것이 요인이다.
아래 그림처럼 입면에 가로줄이 굵게 지나가는 것이 싫은 것이다.
그러나, 이 건물은 상부층에 열리는 창이 있다고 해서 아래의 창이 없는 층까지 위층과 동일한 디자인으로 바를 보낸 것을 보면 유리커튼월이 가지고 있는 기본적인 의도조차 잊은 건물이다.
그래서 아래 사진처럼 커튼월에 아예 열리는 창이 없는 경우도 존재한다. 물론 슬림벤트가 들어간 커튼월일 가능성도 있으나, 이제는 더 이상 사용하지 않는 방법이다.
그러나, 시대가 시대인 만큼 365일 공조에 의존해서 건물을 운영하기에는 에너지비용이 너무 많이 들기 때문에 국가적으로 공조설비의 가동을 억제하고 있다.
공조설비를 가동하지 않으면 실내 온도를 떠나서 실내 공기질 측면에서 거의 사람이 살아서는 안 될 건물로 변하고 만다. 다만 이를 느끼지 못할 뿐이다.
그러므로 특히 인간이 고통을 감수해서라도 에너지를 줄여야 한다는 믿음이 있는 우리나라에서는 아무리 디자인의 욕구가 강해도 설비시설이 의도한대로 가동될 리가 없기 때문에 열리는 창을 설계에 반영해야 한다. 물론 설계자가 그 건물을 구매하거나 그 건물에 입주를 할 생각이면 조금 다를 수 있다. 고통은 느껴봐야 안다.
이제 설계자는 외관 디자인의 몰빵에서 벗어날 때가 되어도 한참 지났다.
아래 그림은 헬무트얀이 디자인한 베를린의 명물인 소니센타이다.
사진에서 가장 멀리 보이는 높은 건물이다.
이 메인타워 커튼월 모습이다.
마치 열리는 창이 하나도 없어 보이는 듯 한데, 그렇지 않다.
각 층 맨 상부의 창이 모두 열리는 창호이다. 그리고 모두 전동창이다. 전동창의 모터품질과 시스템에 대해서도 언젠가는 언급할 시간이 올 것이다.
헬무트 얀 역시 위에서 이야기한 열리는 창이 시야를 가리는 것이 싫었지만 그렇다고 그저 관성처럼 움직이지도 않았다. 어떻게 문제를 해결하려했는지 아래 단면도에 잘 나타나 있다.
열리는 창은 상부의 전동창으로 해결하고, 하부의 창은 고정창으로 설계가 되었다. 특히 주목해 볼 것은 실내 블라인드가 고정창 부분에만 내려오도록 되어 있어서 블라인드가 쳐진 상태에서 창문을 열어도 블라인드가 바람에 흩날리는 일이 없도록 한 것이다.
그럼 블라인드가 없는 열리는 창에서는 빛이 그냥 들어오는 것인가? 그렇지도 않다. 이 건물의 핵심은 두 부분의 유리 종류가 다르다는데 있다.
아래 사진을 보면 열리는 창의 유리 색이 훨씬 진하다는 것을 알 수 있다. 즉, SHGC가 매우 낮고, 어두운 유리를 사용함으로써 블라인드가 없는 문제를 해결하려 했다.
그런데 이 건물이 성공했다고 평가받고 있는가? 사실은 그렇지 않다. 역시나 열리는 창이 너무 작아 사용자들의 불만을 사고 있다. 독일처럼 에너지 때문에 필요한 최소한의 설비 가동을 줄이는 일이 없는 나라에서도 이 창호의 면적에 불만이 있는 것이다. 하물며 이런 디자인을 지금의 우리나라에 도입하는 것은 자살골에 가깝다.
열리는 면적은 “최대한” 이라는 전제하에 그럼 어떻게 열어야 하는 것인가?
열리는 창은 그 면적이 동일하더라도 좌우로 긴 창보다는 아래위로 긴 창이 환기에 유효하다.
아래 그림은 프로젝트 방식의 창호로 설계되어져 있는 어느 업무시설을 Tilt&Turn 형식으로 창호를 변경한 후 기준층 평면도를 이용하여 CFD 시뮬레이션을 한 결과이다.
시뮬레이션은 STAR CCM+ 이며, 외기 풍속은 2.1m/s, 방향은 아래쪽에서 윗쪽으로 부는 것으로 설정하였으며, 기준층 평면을 이용하였다.
한 눈에도 차이가 많은 것을 알 수 있다.
(중간의 흰색 부분은 Core 이다)
<변경 전 CFD 시뮬레이션>
<변경 후 CFD 시뮬레이션>
창호면적은 기존 4.35 ㎡ 에서 5.4 ㎡ 으로 조금의 변화만 있으나, 실제적으로 열리는 유효면적은 5.5배가 차이가 나는 이유이기도 하고, 언급했듯이 온도 성층화로 인해 상부의 공기가 세로로 긴 찬을 통해 환기가 가능해 졌기 때문이다.
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참고로... CFD 시뮬레이션에서 절대값은 그리 중요하지 않다. 항상 변화하는 자연을 시뮬레이션하는 것이 건축분야에서의 CFD 이므로 이 한 시뮬레이션 만으로 절대값을 추정하는 것은 우주의 별이 만개라고 하는 것과 같다. 절대값을 추정해 내기 위해서는 극히 경험이 풍부한 전문가에 의해 무수히 많은 시간과 비용이 투자되어야 하기 때문이며, 그렇다고 한들 그 결과가 실제와 맞을 확률도 매우 낮다.
그러나 과학은 언젠가 그 성취를 이룰 것이다. 그게 오늘이 아닐 뿐이다.
그러므로 이 결과도 그저 전/후의 변화만 느끼시길 바란다.
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그래서 최근 유럽의 업무시설은 입면의 가시성을 높이고 가급적 환기를 원활하게 하기 위한 여러 가지 방식의 창호가 설계되고 있다. 아래 사진은 프랑크푸르트에 있는 도이치뱅크의 외부 입면 확대 사진이다. 파랄렐(parallel)타입의 창호이다.
그 외에도 여러 가지 방식으로 상하부로 긴 창호가 존재한다. 열리는 창호의 면적은 많이 아쉽지만 열리는 방식만 보아주시길 바란다.
역사가 평가를 하겠지만, 여러모로 아쉬운 건물이다. 역시 그저 열리는 형식만 참고하시길 바란다.
그러나 역시 가장 중요한 것은 맞통풍이다.
창호 면적이 커지고, 세로로 긴 창을 계획해도 맞통풍이 되지 않으면 결국 외주부의 공기만 교체될 확율이 높기 때문이다.
특히 냉방에너지의 비율이 높은 업무시설에서 맞통풍계획은 매우 중요한 패시브 디자인이 된다.
물론 주거시설에서도 맞통풍은 중요하다. 그러므로 비록 북측의 창호를 최소화하는 것이 좋은 주거시설이더라도 맞통풍이 가능할 정도의 창호 계획이 반드시 필요하다. 패시브하우스에서의 열리는 창호 계획은 별도의 글로 언급토록 하겠다.
비록 맞통풍은 에너지해석으로는 결코 그 효과를 입증할 수는 없으나, (언젠가는 되겠지만...) 인류가 그 동안 몸으로 그 효과가 체험되었다.
업무시설이 맞통풍이 어려운 것은 대부분 중복도식이거나, 한쪽이 코어로 막혀져 있기 때문이다.
이런 업무시설에 맞통풍을 가능하게 하기 위한 방편은 아래 그림과 같다.
독일 프라운호퍼연구소의 복도벽체 사진인데, 벽체의 상부에 열리는 창을 두어서 복도를 통한 맞통풍을 가능하게 한 계획이다.
재실자의 반응은 상당히 효과가 있다는 의견이었다. 복도의 소음이 문제가 되지는 않을까 하였으나, 동일한 사무실 내에서 복도에서 업무에 지장이 있을 정도의 큰 소리가 나지는 않는다고 하였고, 상상을 해보니 타당해 보였다.
또한 이런 계획은 중복도 건물의 복도에 사용되는 조명에너지를 줄일 수 있는 장점도 있다.
아래 그림은 상기와 동일한 업무시설의 복도벽 상단에 위의 사진과 같은 열리는 창을 설치한 후의 CFD 시뮬레이션 결과이다.
복도 상부 창이 있을 때와 없을 때의 차이가 상당한 것을 알 수 있다.
<변경 전 CFD 시뮬레이션>
<변경 후 CFD 시뮬레이션>
“문제를 해결하는 첫 번째 방법은 문제가 있다는 것을 인식하는 것이다.” 라고 누군가 이야기하였다.
이를 디자인에 응용하여 건물을 이롭게 하는 것은 모두 건축가의 몫이다.
여러분이 이글을 공감하여 주변의 건축물이 더 건강해지길 바랍니다.
아마도 건축에서 가장 어려운 분야가 아닌가 십네요.
건물중심이 아닌 사람 중심에서 설계하고 연구되었으면 좋겠네요.
창에 대해 다시한번 생각하게 하는 자료 정말 고맙습니다.
'머리는 화이바 받침대일 뿐이니 다른 용도로는 쓰지 말아라'
해석하자면 주디 닥치고 시키는 일이나 제대로 해라 라는 것이죠.
이제 요런 택도없는 관성은 고만 버리고 기왕에 달려있는 것이니 다른 용도로도 쫌 씁시다!
지발!
오늘도 좋은 글을 보며 배워갑니다. 고맙습니다.
개인의 욕망의 실현을 우선순위에 두는 집. 과하지 않고 하자확률을 생각해서 적절한 균형를 이루는 건축을 한다면, 개인이 감수할 정도가 될수도 있다... 하지만 집이라는 것의 근본적인 목적을 잊을 정도의 디자인이 과연 의미가 있을까... 라고 생각했습니다. 결국 건축주의 결단이 모든 것을 결정하게 되겠지만요.
본문의 "배연창의 유효개구면적 산정" 그림 중 3번은 잘못 그려진 게 맞죠? 들창하고 똑같아서..
2번 그림 명칭이 pivot 종축창이니, 3번 pivot 횡축창은 똑같은 pivot 구조에 축의 방향만 다르니 아래와 같은 창호여야 하지 않을까 생각했답니다.
거의 대부분의 피봇창은 L2만 존재하고 L1은 없거나, 극히 작은 폭입니다. 즉 힌지가 위에 있습니다. 그래서 그림도 없는 창 위주로 그려 놓은 것이고요.
1. 혹시,, 본문에서 말씀하신,
"물론 주거시설에서도 맞통풍은 중요하다. 그러므로 비록 북측의 창호를 최소화하는 것이 좋은 주거시설이더라도 맞통풍이 가능할 정도의 창호 계획이 반드시 필요하다. 패시브하우스에서의 열리는 창호 계획은 별도의 글로 언급토록 하겠다."
여기서 "별도의 글"이란, 현재 자료실 글 중에 있는건가요? 이 맞통풍 계획이 혹시 이전 RC조 외단열 화스너 중요성에서 언급된, 외부바람으로부터 건물이 받는 부압과 정압 현상을 이용한 것이 아닐까 생각해 봅니다.
2. Tilt/Turn방식의 독일창호는 Tilt상태에서 환기능력은 어느 정도라고 봐야할까요. 외주부 상부 오염된 정체공기의 환기 정도는 충분한건지, 그리고 맞통풍시에도 Tilt 상태에서 효과를 볼 수 있는건지 궁금하네요.
3. 본문에 공조장치 가동에 대한 언급이 있어서, 연관질문으로 여쭤 봅니다. 단독주택의 열회수 환기장치는 거주자 재실 유무에 상관없이 24hr 가동 원칙을 말씀하시는 피코네 영상을 보았습니다. https://youtu.be/ZrFcYpTfTT4
가동 중단시 흡/배기관 내 먼지 적층 등의 단점 및 가구/마감재 등에서 나오는 유해가스 배출등을 이유로 드셨는데, 실제 운영상 상시 가동을 권장하시는지요? 창으로 자연환기를 자주한다면 꺼진 상태가 많을 듯 한데요.
감사합니다.
2. 그건 내/외부 온도차에 따라 다릅니다. 그 역시 정량적 표현은 어려울 것 같습니다.
3. 네. 상황과는 무관하게 상시 가동을 권장합니다.