발코니 혹은 내외부가 관통되는 구조체 등에 의해 발생되는 열교를 끊어 내는 제품이 있다.
물론 우리나라 제품이 아니지만, 장단점을 이해하고 옳바르게 사용되기 위해 소개할 필요가 있다고 생각되었다.
2016년 드디어 국산제품이 개발되었으며, 해당 제품의 시공사진은 아래 글을 참고하시면 된다.
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발코니 열교란?
내단열이든 외단열이든 건축물에서 발코니 등에 의한 열교는 여러 사진에서 볼 수 있다.
열교방지 방법
아래와 같이 외부로 돌출된 구조체는 반드시 열교가 발생하며, 실내 습도가 높은 주거시설에서는 곰팡이, 결로발생의 원인이 된다.
이를 방지하기 위해서는 외부의 콘크리트 면을 모두 단열 처리해야 한다.
어떻게 할 것인가?
아래와 같은 방법이 유일하다.
무식해 보일 수 있을 것이다. 패시브는 우직하게 단열을 해야 한다. 여기에는 별다른 요령이 없다.
그러나, 이 작업을 바라보는 건축사나 건축주나 답답하기는 매 한가지이다.
"꼭 이렇게 까지 해야 하나?" 라는 물음이다.
그런데 문제는 이렇게 단열재로 꽁꽁 두른다 하더라도 하부 마감재를 걸기 위해 필연적으로 생기는 열교나, 창호하단 부위 같은 취약부위는 아주 크게 개선되었다고 이야기할 수 없는 우울함이 있다.
특히, 마감과 방수를 위해 발코니 슬라브를 아래로 많이 내려야 하고, 아래 쪽에도 단열과 마감재가 붙기 때문에 아래층의 창문이 많이 작아질 수 밖에 없다는 것이 치명적인 단점이다.
아래 층 창을 키우기 위해 층고를 올리자니, 배보다 배꼽이 더 커지는 결과를 낳기 때문에 쉽게 결정할 수 있는 일도 아니다. 결국 건축주 주머니에서 나오는 돈이기 때문이다.
아래 주택이 위와 같이 우직하게 작업을 한 대표적인 사례이다.
이런 이유가 다는 아니겠지만, 그 뒤로 협회 회원사에서 짓고 있는 모든 주택에 이렇게 돌출된 발코니가 반영된 집이 없다. 하는 사람이나 보는 사람이나 서로서로 피곤하기 때문이다.
열교차단 제품 (Thermal Break Product)
이를 합리적으로 해결하기 위해 만들어진 제품이 열교차단제품이다.
아래 사진이 대표적인 제품의 이미지이다.
이 제품을 사용하면 아래 그림과 같이 돌출된 발코니가 매우 심플하게 작업될 수 있다.
즉 단열재가 지나가는 라인에 이 제품을 끼워 넣고, 내외부 철근과 긴결을 한 후에 콘크리트를 타설하기만 하면 구조체와 일체화되면서 열교가 효과적으로 차단되는 제품이다.
(물론 방수 작업 등 추가적으로 고려되는 공정을 생각하면 그림처럼 아주 심플하기는 않다.)
이 제품이 실제로 설치되는 형태의 개념도가 아래에 잘 나타나 있다.
하지만, 우리나라 물처리 방식의 특성상 이처럼 내외부 슬라브 레벨이 동일하게 구성되는 제품은 맞지 않는다.
열교차단제품의 기술적 특성
이 사진을 자세히 보면 아래와 같다.
이 제품의 핵심 기술은 세가지다.
첫번째 핵심기술은 단열재를 관통하는 철근이 스테인레스라는 것.
철과 스테인레스는 열전도율이 약 4배가 차이가 나므로, 단열재를 관통함으써 생기는 열교를 최소화하려는 목적으로 사용되었다.
또한 스테인레스스틸의 가격이 많이 높기 때문에 아래 사진처럼 관통하는 스텐레스철근과 일반철근을 점용접 형식으로 이어놓은 것을 볼 수 있다.
두번째 핵심기술은 아래 사진에서 보다시피 캔틸레버 구조의 압축력을 받기 위해 하부에 일정 간격으로 들어가는 파란색의 부품이다. 이를 잘라보지는 않았지만, EPDM 계열의 매우 강도를 높힌 소재라고 추측된다.
즉, 열전도율이 최소화되면서, 충분한 압축력을 받을 수 있게 고안된 것을 알 수 있다.
구조체가 받는 하중에 따라 이 부품의 갯수와 간격이 정해질 것이다.
인장력은 상부 철근에서 모두 받아 내는 것으로 구조해석이 되어져 있다.
세번째 핵심기술은 콘크리트 타설시 철근의 이탈방지를 막고, 콘크리트 타설 후에 틈새가 생기지 않도록 하는 마무리 부품, 화재시 단열재가 불이 붙는 것을 최대한 억제하기 위한 강화플라스틱의 표면제등 세심하게 고려된 조립부품과 조립방식에 있다.
쉐크 홈페이지에 이 제품의 구성을 잘 나타내어 주는 사진이 있어 첨부한다.
내부 구성이 처음 이 제품을 보았을 때 상상했던 것 보다 더 정밀하게 구성되어져 있었다.
참고로 상단 철근과 같이 수평으로 오다가 아래로 휘어져서 대각선으로 제품 내부를 관통하고 상부로 다시 올라오는 스텐레스철근은 전단력을 소화하기 위한 철근이다.
제품 구성을 잘 보여주는 동영상이 유튜브에 있어 첨부한다.
열교차단제품 적용의 효과
아래는 당연하겠지만, 이러한 제품을 사용했을 경우의 열적 효과가 크다는 것을 여러 해석을 통해 보여주고 있다.
설치 디테일
비록 패시브하우스 디테일은 아니지만, 제품의 설치 도면이 잘 보이는게 있어 첨부한다.
아래와 같은 제품을 이용하여 열교를 차단한다.
협회에서는 지금까지 ALC 블럭을 이용하여 파라펫 열교를 끊어 왔는데, 구조적으로 이 제품을 사용하는 것이 더 안정적이긴는 하다.
철근의 위치나 길이 등은 각종 구조체의 형태나 요구사항에 따라 주문 제작된다.
이를 위한 다양한 개념의 제품들이 있다.
습식 제품 적용 현장
아래 사진은 실제 현장 시공모습이다.
별다른 설명은 생략하겠다.
매우 큰 크기의 사진도 있으나, 이해를 돕고자 일부러 크기를 줄이지 않았다.
거푸집을 제거한 후의 모습
콘크리트 양생이 끝난 후 거푸집을 제거하면 아래와 같이 제품이 보인다.
일부 콘크리트가 묻어 들어간 부분은 망치로 제거를 해주어야 제품이 원래 목적에 부합된다.
건식 발코니용 제품
어찌보면 습식 제품보다 더 간편한 건식 발코니를 위한 제품도 있다.
건식 시공 발코니를 위해 인장력을 위한 정착이 더 길게 필요해 철근의 길이가 더 길게 뒤로 빠진 것을 알 수 있다.
아래는 건식발코니용 제품의 설치 개념도다.
아래 사진은 건식 발코니용 실제 시공현장의 모습이다.
철골용 열교차단제품
이러한 건식 구조용 제품과 더불어 철골 구조용도 물론 있다. 특히 철골구조는 고장력볼트에 의한 구성이라 콘크리트용 제품에 비해 열교가 조금 더 발생되지만, 다양한 철골의 형태에 매우 수월하게 적용가능한 것이 장점이다. 즉 콘크리트 처럼 철근의 간격, 슬라브의 높이, 단열재의 두께에 따라 매우 다양한 제품이 만들어져야 하는 것과 비교하여, 철골용 제품은 그 범위만 잘 정해 놓으면 어느정도는 범용적으로 사용될 수 있다는 장점이 있다.
철골용 제품의 상세 설명 동영상이 있어 첨부한다.
완성 프로젝트 소개
이러한 열교차단 제품을 이용한 프로젝트의 완성된 모습이다.
아래는 잘 알려진 건축물에 열교차단제품이 사용된 사례다.
1. Jasper Place Branch Library
Architects: HCMA/Dub Architects
Location: Edmonton, AB, Canada
Area: 1400.0 sqm
Year: 2012
Photographs: Gerry Kopelow, Courtesy of HCMA
2. Kimbell Museum Expansion
Architects: Renzo Piano Building Workshop, Kendall/Heaton Associates
Location: Kimbell Art Museum, 3333 Camp Bowie Boulevard, Fort Worth, TX 76107, USA
Project Manager: Paratus Group
Area: 101130.0 ft2
Year: 2013
렌죠피아노 설계로 2013년 11월말에 완공된 유명한 킴벨미술관의 확장 계획안에도 열교차단제품이 사용되었다.
아래 사진에서 실내외부를 관통하는 커다란 콘크리트 보의 열교차단에 이용되었다.
또한 열교차단제품과는 상관없지만, 이렇게 상징성이 있는 유명한 건축물을 대하는 선진국의 자세를 알 수 있는 시공 동영상이 있어 소개한다. 하나의 콘크리트 벽체와 기둥을 만들기 위해 얼만큼의 노력이 들어가는지를 알고 나면 이 건물을 다시 보게 될 것이다.
동영상을 보면 세계적인 건물이 왜 우리나라에서는 요원한지를 알 수 있다.
또한 아래와 같은 건물에도 사용되었다.
3. Contemporary Arts Center
Location : Cincinnati, Ohio, USA
Architect : Zaha Hadid
Year Completed : 2003
4. Albion Riverside
Location : London, UK
Architect : Foster and Partners
Completion: 2003
Area: 48,000 m²
이 것을 보면... 세계적인 건축작품의 겉모양만 참고하여 우리나라에 반영하는 것이 얼마나 그릇된 결과를 낳을 수 있는지 짐작할 수 있다.
적용 방안 및 문제점 분석
중요한 것은 이러한 좋은 제품을 어떻게 적용하고, 적용하는데 있어서의 문제점은 무엇인가? 이다.
이 제품을 사용해본 경험으로의 문제점은 다음과 같다.
가. 조달 시간의 문제
이 제품을 사용하데 있어 가장 큰 걸림돌은 주문에서 부터 현장도착까지 상당히 많은 시간이 소요된다는 것이다.
각 건물별로 구조가 다르므로, 이를 미리 만들어 놓을 수도 없어서, 국내 지사를 통해 주문하게 되는데, 설계가 다 완료되어야만 이를 주문할 수 있고, 우리나라 구조도면을 파악하여 독일에서 제품을 만들어 보내게 된다.
주택 등의 작은 규모의 건물은 시공기간이 매우 짧기 때문에 사실상 이 제품을 적용하는 것은 무척 어려워 보인다.
또한 한번 독일로 주문을 하고 나면, 주문한 부분에 대해서는 더 이상의 설계변경이 불가능하다. 설계를 변경하면 제품을 다시 주문해야 하기 때문이다.
이런 문제점은 결코 작은 건물만의 문제가 아니기 때문에 주문에 신중을 기해야 한다.
특히 아무런 추가 비용도 없이 발주처/건축주에 의한 설계변경 요구가 밥먹듯이 벌어지고 있는 우리나라에서는 매우 곤란한 문제가 발생할 수도 있다.
(이런 괴물같은 발주처/건축주를 낳은 것이 결국 우리들 건축계 임을 명심해야 한다. 우리는 발주처/건축주에게 제대로 된 신뢰를 준 적이 없었다.)
나. 구조 문제의 책임 소재가 불분명
우리나라는 법적으로 도면에 최종적으로 도장이 찍힌 기술사가 그 도면에 대한 모든 책임을 지도록 하는 방식이다.
만약 열교차단제품을 적용한 현장에 큰 사고가 났다고 한다면... 이 제품을 공급한 회사에게 책임을 물을 수 있을까? .... 그렇지 않다.
이 제품을 승인한 구조기술사가 모든 책임을 물게 되어져 있다. 제품의 문제라면 2차적으로 구조기술사가 이 제품 공급사에 별도의 소송으로 해결해야 한다.
즉, 일차적 책임은 모두 이 제품이 적용된 도면에 도장을 날인한 구조기술사 책임이라는 것이다.
아래 사진은 독일 제품 공급사에서 사용하는 구조계산 프로그램이다.
문제는 우리나라 구조기술사가 독일의 구조계산 방식을 인정하지 않는다는 것이다. 그런데 이 것은 일종의 텃새가 아니라 당연한 것이다.
각 나라마다 구조기준이 다르고, 사용프로그램도 다른데, 해외의 구조기술사가 계산을 한 것이고, 그 나라가 비록 우리보다 더 앞선 나라라고 할지라도 이를 함부로 용인해 줄 수는 없다. 생명이 걸린 문제이기 때문이다.
특히, 이 제품을 사용하겠다고 미리 양해가 되고, 검토가 되었다면 모르겠으나, 설계가 끝난 후 시공사 임의로 이 제품을 주문해서 설치하겠다고 이야기한다면, 이를 용인할 구조기술사는 우리나라에 없다.
그러므로 이 열교차단제품을 사용할 때는 설계단계에서 미리 우리나라 구조기술사와 상의를 하고, 구조적 검토를 받아야 한다. 물론 여기에 대한 추가 설계비가 들어갈 것이다. 하지만, 목숨과 돈을 바꿀 수는 없다.
"괜찮아.. 그냥 해도 돼" 라는 말이 쌓여서 오늘 날 우리나라의 건축이 되었다.
다. 현장 적용 매뉴얼과 감독이 부재
시장 초기 단계라 그럴 수도 있지만, 우리나라에 이 제품이 적용되는 것을 보면 한국 지사에서 현장감독을 전혀 하지 못하고 있다는 것을 알 수 있다.
새로운 제품은 이 것이 현장에 제대로 적용될 때까지 관리/감독을 철저히 해야 한다.
그 것이 비록 힘들고, 피곤한 일이나 말로 혹은 종이 몇장 던져주고, 설치해서는 안되는 제품이기 때문이다. 한 두번 설치하고 나면, 이 열교차단제품의 설치가 결코 고도의 기술을 요하는 것이 아님을 쉽게 알 수 있다. 그러나, 지금은 모든 현장이 이 제품을 처음 접해보기 때문에 제품을 공급하는 쪽에서 이 문제를 풀어주어야 하는 것이다.
아래는 국내 어느 현장인지는 모르겠으나, 인터넷에 떠돌아 다니는 사진을 허락없이 가져 왔다.
모서리에 단열재를 댄 모습인데, 길게 이야기할 것 없이 바로 아래에 표준 설치 사진을 같이 첨부하였다. 두 사진을 비교해 보면 어디가 잘못되었는지 잘 알 수 있을 것이다.
이 제품은 결코 모양으로 설치되는 것이 아닌, 건축물의 구조와 연관된 제품임을 현장에서는 명심해야 한다.
모서리 단열재 설치 외에도 ...표준 설치 사진을 자세히 보면 좌측의 제품과 우측의 제품이 상단 철근 위치가 조금 다른 것을 알 수 있다. 즉, 철근이 같은 위치에 있을 경우 위아래가 겹쳐서 제대로된 피복두께를 구현할 수 없기 때문에 위치가 다른 것이다.
위의 국내 적용 사례 사진 만으로는 철근의 높이가 잘 파악되지 않기 때문에 섣부른 판단은 하지 않기로 하겠다.
하지만 만에 하나, 표준대로 제품이 설치되지 않았다면 이를 사용하는 사람보다 이를 판매한 회사가 더 큰 문제라는 결론이다. 아무쪼록 추측이 틀리길 바란다.
비록 우리나라 어느 현장의 사진인지는 모르겠으나, 우리 협회 회원사를 포함해 이 글을 보시는 모든 분들도 같은 실수를 하실 수 있다. 아무쪼록 타산지석으로 삼으시길 바라는 마음에서 올린다.
제품의 초기 개발 형태
제품에 대한 조사를 하다 보니 이 제품이 처음 개발되었을 때는 어떤 모습이었을까? 하는 궁금함이 생겼다.
우리나라에서 이와 유사한 제품을 개발하시고자 하시는 분들에게도 도움이 될 듯 하여 초기 제품 사진을 올려 놓는다.
아래 사진에서 알 수 있듯이 초기 제품의 경우 하단의 압축력을 상부와 같은 스테인레스스틸을 사용했음을 알 수 있다.
아래 사진은 중간 과정일 터인데,, 전단력을 담당하는 철근이 지금과는 다른게 해석되었음을 알 수 있다.
예나 지금이나, 스테인레스스틸을 적용한 것은 동일했다.
열교 차단 제품을 생산하는 곳은?
우리나라에는 Scheock 이라는 독일회사가 잘 알려져 있고, 국내에 지사도 있다.
지금까지 찾아본 바, 아래와 같은 회사가 유사한 개념의 제품을 생산하고 있는 것으로 파악되었다.
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참고로 치장 벽돌의 긴결철물에 의한 열교를 막는 제품도 있다.
최근에는 패시브하우스에서 외장재를 자유롭게 사용하기 위한 부자재도 등장하였다.
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열교차단 제품 중에서 콘크리트용 발코니 열교차단 제품의 가격은 1 미터당 약 30만원~50만원 사이 정도라고 들리고 있다.
설명된 바와 같이 두께, 폭, 하중 에 따라 가격이 유동적일 것이며, 운송 방법에 따라 차이도 날 것이기 때문에 관련 전문가와 상의를 하는 것이 좋을 것 같다.
특히 주택과 같은 작은 현장은 제품가격과 운송비가 맞먹을 수도 있다.
기술이 디자인을 자유케 하리라....
이 제품을 보고 처음 들었던 생각이다.
아무리 좋은 제품도, 어떻게 사용되냐에 따라 결과는 다르다.
아무쪼록 이 제품의 장단점을 잘 파악하여, 좀 더 나은 건물이 완성될 수 있는데 도움이 되었으면 하는 바램이다.
선진국이 괜히 선진국은 아니네요.. 음..
잘 배웠습니다.
잘 배워갑니다.
철근콘크리트란 인장력을 담당하는 철근 + 압축력을 담당하는 콘크리트의 조합인데
여기서 콘크리트가 할일을 열교차단제가 대신하니, 콘크리트 이상으로 물성이 아주 단단해야 견디겠네요..
외벽은 외단열이고 지붕은 내단열인 파라펫 부위에 열교차단제 제품이 가능할까요?
이론적으로는 가능할 것 같은데 사례들을 전혀 보지 못해서요
분명 이유가 있어 적용하지 못했을텐데...
관리자분의 전문적인 시각에서는 어떠신가요?
적용 불가능합니다.
슬라브의 하중을 버텨야 하는데, 아직 그런 제품은 없습니다.
열교차단재가 내화성능을 가지고 있다고 볼수있는건가요....?
[2016년 드디어 국산제품이 개발되었으며, 해당 제품의 시공사진은 아래 글을 참고하시면 된다.
http://www.phiko.kr/bbs/write.php?w=u&bo_table=z3_01&wr_id=2108]
쉽게 찾는 방법을 알려 주시면 대단히 감사하겠습니다.
발코니는 아니고 rc구조의 기초에 석재데크 기초를 계획중인데요. Rc구조 기초 외단열이 데크기초에 끊기는 상황입니다.
1. 발코니에 사용되는 저런 열교차단자재로 데크 기초에도 적용이가능할까요?
2. 건물 기초 측면단열후 별도로 (외단열을 사이에두고)데크 기초타설 하여 상부에 석재마감(단열재포함) 하는것과 1번으로 시공하는것과 어느게 더유리할지요?(비용, 시공난이도 등)
죄송합니다만, 본문에 대한 질문이 아니시기에 아래 게시판에 새로운 글로 부탁드리겠습니다.
http://www.phiko.kr/bbs/board.php?bo_table=z4_01