9-0. 열교 차단의 이해

열교(Heat Bridge)란 건축물의 어느 한 부분의 단열이 약화되거나 끊김으로 인해 외기가 실내로 들어오는 것을 의미한다.

단열의 방식은 내단열, 중단열, 외단열 등으로 구분할 수 있으나, 열교 현상을 최대한 억제하는 방법은 외단열의 채택이다.

내단열은 대부분 특정한 부분의 열교 현상을 피할 수 없는 부분이 불가피하게 발생하고, 구조체를 축열체로 사용할 수 없기 때문이다. 중단열은 디테일 구성 방법에 따라 외단열만큼은 아니라도 어느 정도 열교를 차단할 수 있을 것으로 보인다.

아래는 내단열과 외단열을 시뮬레이션한 결과이다. 그림만으로도 외단열이 얼마나 안정적인가를 알 수 있다.

조건은

구조체 : 콘트리트

외기: -5℃, 내부 20℃

단열재 : 비드법1호 75mm

내부 : 9.5t 석고보드 두겹

사용프로그램 : Therm 6.0

으로 한 것이다.

외기를 -5℃ 로 한 것은 DIN 규정에 의하면 외기 -5℃일 때, 내부 벽의 표면온도가 12.6℃ 이하로 떨어지면 안된다는 규정때문이다. 그 이하로 떨어지면 내부에 결로로 인한 위험이 존재하기 때문이다.

그림의 노란색라인이 약 12.6℃의 라인이다.

<내단열 시뮬레이션>

<외단열 시뮬레이션>

열교에 관하여서는 인터넷에서도 많은 글을 만날 수 있으므로 특별히 언급을 길게 할 필요는 없을 듯 하다. 단열을 아무리 두껍게 해도 열교부위가 많으면 아무 소용이 없게 되고, 오히려 아이러니하게도 단열이 강화될수록 열교는 큰 문제가 될 수 있다.

겨울에 실내에 발생하는 벽면 곰팡이발생의 원인인 결로(이슬맺힘)현상은 단열을 강화하면 줄어드는데, 결로가 준다고 해서 실내습기가 어디 가는 것이 아니므로 단열이 강화된 실내에 열교부위가 있다면 그 곳이 습기의 주 공격 대상이 되어서 부분적 결로가 더 심하게 된다. 물론 에너지손실도 막대함은 물론이다. 현재 우리나라의 공동주택의 경우는 내단열을 사용하게 됨으로써 필연적으로 열교를 피할 수 없게 된다. 실제로 우리나라 공동주택을 리모델링하려고 내단열재를 뜯었을 때 단열재와 구조체 사이에 무수히 많게 곰팡이가 핀 것을 어렵지 않게 볼 수 있다.

그러한 이유로 패시브하우스에서는 열교부위를 막기 위한 디테일을 무엇보다 중요하게 생각할 수밖에 없다.

대게의 경우 내단열만 열교가 문제가 되는 것처럼 이야기를 하는데 불행하게도 외단열도 열교로부터 완전히 자유롭지는 못하다. 아래 그림은 내단열과 외단열 공히 대표적인 열교부위를 나타낸 것이다.

내단열의 경우 슬라브와 슬라브 사이의 열교를 피할 수가 없게 되므로 주의하여야 한다. 아래의 그림은 공동주택의 층간과 발코니 열교부위를 나타낸 것이다.

<출처 : 건물에너지 사용실태와 문제점 - 이화여대 송승영교수>

열교의 차단방법은 여러 가지가 있고 이미 인터넷에서도 쉽게 그 방법을 찾을 수 있으므로 자세한 설명은 생략하고, 옆사진은 주택에서의 결로부위와 그로 인해 발생한 곰팡이균의 사진이다.  우리나라 주택은 대부분 천장이 있기 때문에 천장속의 모습을 잘 알지 못한다. 보이는 천정이 깨끗하다고 사진의 모습이 남의 이야기가 아닌 것이다.

<출처 : BINE informationsdienst>

또한 위의 사진처럼 동일한 단열은 하더라도 모서리에 결로가 몰리는 이유는 바로 기하학적 열교 탓이다.

즉, 벽면은 외기와 내부가 1:1로 대응을 하지만, 모서리 부분은 외기와 내부가 2:1 혹은 3면이 만나는 부위는 3:1까지 대응이 되므로, 열손실이 더 많아 지게 되어 겨울철에 온도가 주변보다 더 떨어지게 된다. 이러한 현상을 기하학적 열교라고 한다.

이런 기하학적 열교 때문에 구석에 특히 곰팡이가 피는 것이다.

그러므로 모서리는 특히 단열이 반드시 연속되도록 처리를 하여야 하며, 단열재와 단열재사이의 틈도 생기지 않도록 주의를 기울여야 한다. 또한 발코니의 열교를 막기위해 최근 국내에 아래와 같은 제품도 수입되고 있다. 열교차단재 사이에 철근을 넣어 시공하여 켄틸레버 발코니의 열교를 차단하는 제품이다. 국산이 아닌게 아쉬울 뿐이다.

또한 외장 마감재의 선택에 따라 부분적 열교가 발생할 수 있다.

아래의 시뮬레이션 그림을 보면 석재 마감을 위해 단열재 사이에 브라켓을 달았을 경우 안정적인 외단열이 얼만큼 열적으로  요동칠 수 있는 가를 보여주고 있다. (특히 모서리부분은 아주 취약해진다)

그러므로 패시브건축물은 가급적 단열재가 온전히 이어질 수 있도록 부속철물이 최소화되거나 철물이 아예 필요없는 외장재를 선택하는 것이다.

물론 에너지성능이 높은 업무용건물이나, 저에너지건축물을 만드는데 있어서 외장재까지를 가혹하게 제한한다면 외장재에서 선택할 수 있는 것이 거의 없어지게 된다. 그러므로 이를 결코 강제할 수도 없고, 그렇게 될 수도 없는 노릇이다.

다만 1.5리터 패시브하우스(주거시설)를 목표로 한다면 이러한 열교는 문제가 될 수 있다. 패시브하우스에 대해 선형열교에 대한 제한규정은 있지만 설계를 하는데 있어서 일일이 다 시뮬레이션과 계산을 병행할 수도 없기 때문에 재료의 선택에 있어서 제한을 둘 수밖에 없는 것이다.

시뮬레이션 조건은

구조체 : 콘트리트

외기: -5℃, 내부 20℃

단열재 : 비드법1호 75mm

내부 : 9.5t 석고보드 두겹

사용프로그램 : Therm 6.0 (이차원 해석이라 철재브라켓 깊이에 대한 입력치가 없어 해석결과는 실제보다 과장될 가능성이 있음)

건강한 주택은 뜬구름 잡는 말로 이루어지는 것이 아니다. 더욱이 패시브하우스는 기초적 지식으로 이루어진 세밀한 계획과 그 실천방안이 수립되어야 실현될 수 있다.

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건축가 홍도영님과 하단 댓글로 오고간 내용을 조금 더 알기 쉽게 올립니다.

실내습기가 특정 온도의 물체와 만나면 물로 변하는데 (결로현상), 결로가 발생하는 온도보다 건축물에서 특히 주거시설에서 더 중요한 포인트는 결로이전에 곰팡이가 먼저 발생할 수 있다는 점이고, 이를 독일에서 정리한 것이 DIN 4108-2에 DIN EN 13788 이다.

아래 그림으로 이해를 하면 빠를 듯 하다.

실내의 온도가 20℃, 상대습도가 50%일 때, 즉 그림에서 상대습도 50%의 파란색 라인과 20℃에서 출발한 직선 "C라인"이 만나는 점에서 왼쪽으로 수평이동을 하면 상대습도 80%인 하늘색선과 만나게 되는데.. 이 만나는 점에서 아래로 내려와서 읽혀지는 온도("B")인 12.6℃가 곰팡이 발생온도이다.

우리는 지금까지 대부분 결로발생온도만 신경써왔던 것이 사실이다. 결로발생온도는 앞서의 수평선을 더 왼쪽으로 진행하면 상대습도 100%인 노란선과 만나게 되는데.. 이 만나는 점의 아래 온도("A")를 노점온도(결로발생온도)이다.

그러나, 아래의 대화를 보면 알 수 있듯이 결로이전에 곰팡이가 먼저 발생을 하며, 그 시점이 물체표면의 상대습도가 80%가 되는 온도인 것이다. 그러므로 우리가 이제껏 이야기했던 결로발생온도 보다 더 높은 온도로 실내측 표면온도를 관리해 주어야 하는 이유인 것이다.

바꾸어 이야기를 하면 결로가 생겼다면 이미 곰팡이는 발생한 후라는 이야기이다.