1-03. 열교, 곰팡이, 단열

2022. 03. 30 : 글라스울에 붙어 있는 크라프트지의 방습성능 실측 결과 반영

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이 글의 모든 내용은 겨을을 기준으로 서술되었으며, 그림에서 별도의 언급이 없다면 왼쪽이 모두 외부측이다. 

결로, 곰팡이는 실내 온습도와 벽의 표면 온도와 관련이 깊다. 외벽의 실내측 온도가 일정 온도이하로 내려가면 발생하는데, 건축물은 법이 정한 단열재 두께를 충족시켜야 하므로, 이론적으로 외벽에서 결로나 곰팡이가 생기지 않아야 한다. 그러나 여러 가지 이유로 단열재에 구멍이 났을 때, 열은 매우 빠른 속도로 이동하게 되고 그 주위의 온도가  매우 낮게 떨어지게 된다.

 이처럼 특정 부위에 단열재가 없거나, 손상되어서 열손실이 커지는 부분을 열이 건너가는 다리라는 의미로 열교(열다리)라고 한다. 

열교 = 열이 지나다니는 다리 

 단열재는 건물에 있어서 내복과 같다. 우리가 구멍 난 내복을 사지 않듯이 단열재가 빠진 건물을 원하지는 않는다. 그러나 알게 모르게 수많은 곳에서 단열재가 빠져 있고, 이는 이미 고장난 전자제품을 사는 것과 그리 다르지 않다. 

 특히 단열재가 실내에 있는 아파트는 외벽과 내벽 또는 슬라브가 T자 모양으로 만나는 모든 구간에 단열재가 없다.

아파트의 열교, 내단열의 숙명 

열교로 인해 외벽의 온도가 부분적으로 낮아지는 등의 조건이 갖추어 지면 실내측에 곰팡이가 생기는데, 이 건물에 발생하는 곰팡이는 어린이나 노인, 그리고 곰팡이 알레르기가 있는 환자의 호흡기 계통에 매우 좋지 않은 영향을 미친다. 비염, 천식, 심하게는 폐렴으로 갈 수도 있다.

다만 심하게 곰팡이가 핀 집에 거주하는 것이 아닌 이상, 건강한 성인에게 미치는 영향은 거의 없다고 알려진다. 또한 출혈성 폐렴과의 연관성은 아직 과학적으로 규명되지 않았다.

곰팡이가 인체에 미치는 영향은 아래 글에 비교적 자세히 언급하고 있다.

https://www.cdc.gov/mold/faqs.htm

건축분야에서는 실내공기질의 한 분야로 광범위하게 다루어 지고 있다.

https://www.euro.who.int/__data/assets/pdf_file/0017/43325/E92645.pdf

더해서, 곰팡이 알러지에 대한 글은 아래의 링크에서 확인할 수 있다. (이상님 제공)

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4397360/

곰팡이의 제거는 더 어렵다. 곰팡이를 효과적으로 제거하기 위해서는 강알칼리성 액체가 주로 사용되기 때문에, 곰팡이를 제거하려는 행위에는 꽤 강한 환기가 동시에 수반되어야 한다.

 이는 독일에서 곰팡이를 제거하는 회사가 있는데, 이 들이 입고 있는 복장을 보면 곰팡이를 제거하는데 사용되는 물질이 인체에 얼마나 좋지 않은 영향을 미치는지 간접적으로 알 수 있다.

독일의 곰팡이제거 회사 작업 복장 

 이 열교가 있는 부분에 더해서, 실내의 열이 벽 쪽으로 갈 수 없도록 방해하고 있는 붙박이장이 결합된 경우 곰팡이를 피할 수 없게 된다.

붙박이장 뒷면의 곰팡이 

그렇기에 붙박이장은 외벽이 아닌 내벽 쪽에 붙여서 계획될 필요가 있다. 

목조주택이 콘크리트주택보다 따뜻할까?

단열재 성능이 같고, 두께가 같으면 열이 통과하는 양도 같다. 그럼 목조주택과 콘크리트 주택의 단열재 두께가 같으면 집의 성능도 같을까? 

불행히도 그렇지 않다. 모든 건축자재는 열이 얼마큼 통과하는지를 정확히 측정할 수 있고, 그 결과를 “열전도율”이라고 한다. 즉, 열전도율이 같다면 같은 두께일 때 열이 통과하는 양이 같다는 뜻이다. 목조주택에서 사용되는 나무의 열전도율은 플라스틱과 같다. 이 것은 철이나 콘크리트보다는 확실히 열이 적게 통과하지만, 그렇다고 단열재는 아니다. 

그렇기에 아래 그림처럼 단열재 두께가 같다면 단열재 중간에 나무가 들어가는 목조주택이 콘크리트 주택보다 추울 수 밖에 없다.

목구조(왼쪽)와 콘크리트구조의 벽체 비교 

그럼 콘크리트 주택이 항상 더 따뜻한가? 사실 그것도 아니다. 아래 그림처럼 콘크리트 주택에서 돌이나 징크마감을 고정하기 위해서 단열재를 철물이 뚫고 들어가게 된다. 이 것이 막대한 열손실로 이어지게 되고, 이 양은 목조주택에서 나무를 통한 손실보다 많을 수 있다.

콘크리트주택에서 외장재를 고정하기 위한 철물의 열교 

 그러므로 이제는 “목조주택이 더 낫다든가, 콘크리트가 더 낫다”라는 밑도 끝도 없는 설명보다는 “어떤 재료를 어떻게 사용했고 어떻게 열교를 없애려고 노력했기에 성능이 이렇다.”라는 구체적 설명이 필요하다. 

목구조, 경량스틸구조의 열교 저감 방법

 이런 스터드의 열교를 감쇄시기기 위해서 목조 또는 경량스틸하우스는 외단열이 필요하다. 즉 스터드가 외부에 드러나지 않도록 하는 조치가 필요하다. 그러나, 현장에서 외단열을 하는데 있어서 레인스크린이라는 것을 두는 것을 볼 수 있다.

 이러한 레인스크린은 1990년대 초, 북미지역에서 단열재 뒷면으로 넘어간 빗물이 OSB를 썩게 만든 사건이 있은 이후에, 빗물이 유입되더라도 내부로 침투하지 않고, 틈새로 빠져 나가도록 하는 “레인스크린＂을 두게 된 것이 유래인데, 문제는 이 레인스크린 사이로 빗물이 빠져나갈 수 있는 구조여야 하기에, 하단부에 벌레가 들어갈 수 없도록 방충망만 있고, 공기를 막을 수 없게 구성될 수 밖에 없다.

 이 이야기는 겨울철 외기가 단열재 뒷면으로 넘어가는 현상이 있을 수 있다는 의미이며, 이로 인해 국제규정 (ISO 6946)에 의해, 이 통기층 외부의 단열재는 열적 성능이 없다고 보고 있다. (즉, 외부 단열재는 없는 것으로 보아야 하며, 오로지 스타코 마감을 위한 바탕재로써의 역할만 담당한다고 보아야 한다.)

레인스크린으로의 외기 침투(좌)와 무기질단열재를 사용한 올바른 외단열방법(우) 

그러므로, 제대로된 단열성능을 내기 위해서는 OSB에 단열재를 밀착시켜야 하는데, 여기에 전제조건이 있다. 이 때 사용되는 단열재는 목구조 내부의 단열재와 마찬가지로 글라스울과 같은 무기질단열재여야 한다는 것이다. 그래야 목구조의 습기가 외부로 빠져 나갈 수 있기 때문이다. 스타코마감은 이 위에 다시 통기층을 만들고, 화이버시멘트보드 위에 마감을 하는 형식이다.

콘크리트구조의 열교 저감 방법

 콘크리트 구조는 비교적 쉽다. 철물이 단열재를 관통하지 않게 하는 열교차단제품을 사용하면 거의모든 문제가 해결된다. 다행히도 현재 우리나라 건축시장에서 이 열교차단제품이 매우 다양하게 국산제품이 개발되어져 있다. 용도와 위치가 맞는 제품만 선택하면 열교는 자연스럽게 해결할 수 있다.

이지아이비스 - 외단열모듈

이지아이비스 - 외단열 열교차단 피스

티비블럭 - 발코니열교차단재

티푸스코리아 - 외단열열교차단재 

이비엠리더 - 외단열열교차단재

스타빌엔지니어링 - 창호주변 열교차단재 

경량구조에서의 방습층

경량구조는 단열성능이 오랫동안 지속되기 위해서는 방습층이 있어야 한다. 단열을 이야기하다가 뜬금없이 방습층이야기를 꺼내서 혼란스러운 분도 계실 텐데, 경량구조에서는 필수적으로 시공되어야 한다.

 방습층은 말 그대로 실내의 습기가 벽체 속으로 들어가지 않도록 막는 층이라는 의미다. 즉 단열재 보다 실내측에 위치해야 하며, 통상 석고보드를 치기 전에 선시공이 되어야 한다.

 방습층이 왜 필요한지는 아래 그림과 같이 이해를 해야 한다.

경량구조에서의 겨울철 습기의 이동과 구조체 내의 결로현상

 겨울철은 실내가 외부보다 상대적으로 습한데, 수증기는 습도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 이동을 하기 때문에, 습기의 방향은 실내측에서 실외측 방향이다. (그림의 화살표) 

이 때, 벽체 내부의 온도를 살펴보면, 외기와 가까울수록 온도가 낮아지고, 어느 지점을 넘어가면 실내에서 이동한 수증기가 벽체 내에서 결로현상이 생긴다. 

경량구조는 글라스울, 셀룰로오즈 또는 수성연질폼과 같은 단열재를 사용하므로, 벽체 내부에 결로현상으로 발생한 물은 단열재를 쳐지게 만들기도 하고, 곰팡이가 생기기도 한다. 이는 단열성능도 떨어뜨리지만 실내공기질은 물론 심하게는 구조체를 썩게 만드는 직접적 원이이 되기도 한다. 그러므로 겨울철에 구조체 내부로 습기가 들어가지 않도록 하여 단열성능이 오랫동안 동일하게 지속되도록 “방습층”을 설치해야 한다. 

경량구조에서 방습층의 위치(좌)와 설치층 개념(우) 

 이 방습층은 구멍이 나는 등 손상되면 안 되기에 수도배관이나 전기배관이 들어가는 “설비층”을 별도로 두어서 이 공간 안에서 모든 배관이 시공되는 방식을 선택하기도 한다. 

 물론 우리나라 목조주택이나 경량스틸하우스 중에서 이런 방습층을 두는 경우는 아예 없다시피 한다. 하지만 이 방습층은 법적으로도 요구하고 있는 사항이다. 즉 이 것을 빼면 적법한 건축물이 아닌 것이다. 다만 이 것을 알고 있는 사람이 극히 드물 뿐이다.

  가끔 목조주택에서 사용하는 글라스울의 표면에 종이(크라프트지)같은 것이 붙어 있어서, 이 것이 방습층 역할을 하도록 기대하고 있는 분이 계신데, 이 종이는 완전 투습체이다. 

즉 이음매 또는 구조와의 접합부에서 문제가 생기는 것은 당연하지만, 이 종이 자체가 투습이기에 아무런 습기 저항의 역할을 하지 못한다는 점이다. 그러므로 이 종이가 붙은 단열재를 아무리 꼼꼼히 잘 시공하여도 이 것이 방습층이 될 수는 없다. 

(2021년, 크라프트지에 대한 투습성능을 독일과 함께 측정한 결과를 본문에 반영)

참조 : https://youtu.be/pLWq0q21V4w?t=1078 

목조주택에서의 단열재 시공. 매우 시공이 잘된 사례지만, 방습층의 성능은 전혀 없다.

 본문 주제에서 벗어난 이야기이긴 하지만, 목조주택에서는 방습층을 사이에 두고 나무와 실내가 분리되어야만 하는 것이니, “주택이 숨을 쉰다”라는 표현이 얼마나 잘못된 것인지 쉽게 알 수 있다.

  법에 정해진 바와 같이 방습층이 없는 경량구조는 생각할 수도 없고, 실현되어서도 안 된다.

 콘크리트 구조는 외단열만 제대로 하면, 콘크리트 200mm는 그 자체로 방습층이기 때문에 별도의 조치는 없어도 된다.

콘크리트주택의 대표적인 열교

콘크리트 주택의 경우, 기초즉면, 발코니 등등 여러 군데 열교의 취약점이 있을 수 있으나, 우리나라에서 특히 문제가 심각한 곳이 외벽과 지붕이 만나는 부분에서의 열교이다.

 외벽은 건축법에서 “외단열을 할 경우 구조체 중심선이 면적선”이기 때문에, 실내 면적을 키울 요량으로 거의 모든 주택에서 외단열을 기본적으로 하고 있으나, 지붕은 100% 내단열을 채택하고 있다. 이 것은 아마도 이 방식보다 더 싸게 시공할 방법은 없기 때문일 것이다. 특히 단열+방수의 합계공사비가 절대적으로 저렴하다. 하지만 문제가 없이 싸다면 당연히 나서서 채택을 해야 하지만, 문제점은 고스란히 남겨두고 가격만 내린 꼴이니, 이 부분이 해결되지 않고는 콘크리트주택을 좋은 집이라고 이야기할 수 없다.

콘크리트건물의 지붕 열교 

특히, 외기에 노출되어 항상 햇빛을 받는 노출방수는 그 수명이 2년여밖에 되지 않기 때문에 항상 누수, 결로, 곰팡이가 발생할 가능이 높을 수 밖에 없다. 그러므로 이제 이 방식에서 벗어날 때도 되었다.

 지붕의 단열은 방수방식과 연관이 깊다. 아무리 단열을 잘해도 누수가 생기면 안 되기 때문이다. 또한 평지붕의 경우 지붕을 사용할 수도 있기에 적절한 대책이 마련되어야 한다.

 이 열교문제를 해결하기 위해서는 우선 지붕도 외단열로 가야 한다. 거기에 더해서 방수는 그 수명을 위해 햇빛에 노출되어서는 안 된다. 이 두 가지를 모두 만족시키는 방법이 “역전지붕”이라는 개념이며, 우리에게는 생소한 방식이지만, 유럽에서는 이미 수십년  전부터 해오던 방식이다.

 역전지붕이라는 단어는 단열과 방수가 역전되어져 있다는 의미이다.

콘크리트 평지붕에서의 열교없는 단열 

지붕의 경우 아래에서 구성순서가 “콘크리트 - 방수층 - XPS단열재 - 배수판 - 쇄석 등의 마감” 이 된다.

대부분의 우수는 단열재 위에 있는 배수판 레벨에서 배수가 된다.

아래 사진은 이 방식으로 실제 시공된 사례는 아래의 링크에 자세히 나와 있다.

http://www.phiko.kr/bbs/board.php?bo_table=z10_02&wr_id=115 

http://www.phiko.kr/bbs/board.php?bo_table=z10_02&wr_id=119