압력테스트, 기밀테스트 (Blower Door Test) Part 01

패시브하우스의 여러 중요한 체크요소 중에서 기밀층의 형성이야 말로 가장 중요하고 필수적이라 볼 수가 있으며 단지, 에너지 절감면에서 보면 이는 건물의 계획시 여러 요인으로 인해 단열을 두껍게 하지 못한다거나 창호의 성능이 좀 떨어진다던가 아니면 건물의 방향이 그리 겨울철 패시브한 태양광을 효과적으로 사용할 수 없는 경우에는 기밀층의 성능을 높이게 되면 어느 정도 상쇄되는 효과가 있다.

 물론 이런 상관관계를 처음부터 이용하는 것은 올바른 접근은 아니다. 더불어 많이 오고 가는 얘기중에 건물이 이렇게 기밀하면 답답해서 어떻게 살수가 있는가? 아니면 건물이 숨을 쉬어야 건강한 건물이 아닌가? 하는 그럴듯한 말이 있지만 결론적으로 잘못된 접근이다.

 숨을 쉰다는 개념은 습기조절능력에 대한 혼동에서 온 것이며 그런 건물은 현대의 건축에서는 우리를 더 병들게 할 뿐이다(참조: 전원속의 내집 2009년 1-3월호).

기밀층의 형성은 열교환기가 장착된 공기조화기의 성능이 100% 보장이 되는 것과 직접적인 연관이 있고(흔히 열교환율이 90%이상이 되는 공조기를 설치하더라도 실제 시공후에는 70%정도 하는 이유가 바로 건물의 침기 즉, 기밀층이 제대로 형성되어 있지 않은 경우에 해당된다.) 더불어 에너지 절감외에 건강한 실내환경의 조성면에서 고려한다면 침기로 인한 쾌적성의 하락, 습기로 인한 문제, 소음 문제 이러한 여러 문제를 느낄 수 있는 정도로 줄이는 중요열쇠이기도 하다.

 이 처음의 칼럼(Part01)에서는 기밀층의 중요성을 이미 인지하고 있다는 것과 그 중요성을 알고 실제 현장에서 적용을 하고 있다는 것을 바탕으로 과연 어느 정도 기밀하게 과연 시공을 했는지 어떤 방식으로 어느 기준에 따라 어떻게 측정하는 것이 맞는지의 기준에 관한 내용을 언급하려 한다.

 Blower door test 혹은 기밀 테스트라 불리는 이것을 패시브하우스에 직, 간접적으로 접한 이들은 잘 알고 있는 테마이다. 그래서 좀 더 자세하게 그 뒷 배경을 논하려고 한다.

(Blower Door는 처음에는 Blower Window로 그 어원이 있으며 1977년 스웨덴에 처음 적용이 되었고 1979년에 이 아이디어를 미국으로 수출하면서 Blower Door라고 말이 변화가 되었는데 이 이유는 창문보다는 미국에서는 문이 규격화 되었기에 더 쉽게 일괄적으로 적용하기가 쉬웠기 때문이다. 북미에서는 Minneapolis Blower Door, Infiltec 그리고 Retrotec이 대표적인 기밀테스트기 제조 업체이고 독일에서는 Woehler BC21 Blower Check이 생산 공급되어진다. 독일에서는 최초로 1986년과 87년에 저에너지 건물인 Schrecksbach에 독일 헤센주 환경부의 지원아래 다름슈타트의 IWU연구소가 가담했고 엔지니어 사무실인 eboek의 Johannes Werner와 튜빙엔 대학의 협조아래 처음으로 이루어 졌으며 이때 테스트기는 자체제작한 것을 사용하였다.)

 Part 02에서는 기밀테스트에서 사용되는 기본 수치와 방법 A에 따라 검사하는 경우에 어디를 막고 어디를 닫는지에 대한 구체적인 언급이 있을 것이고 검사오차에 대한 내용과 좀 더 침기를 더 확실히 보여주는 열화상 카메라의 이용등을 구체적으로 언급하려 한다.

기밀층 테스트 혹은 압력테스트는 2000년 중반부터 유효한 DIN EN 13829에 근거해 이루어진다. DIN EN 13829가 다루는 내용은

1. 측정기술에 대한 요구사항

2. 주변조건

3. 측정

4. 여러 가지 중요계수

5. 테스트 보고서

6. 측정오차에 대한 계산

 

 

등이며 모든 압력차이를 근거로 두고 있는 기밀테스트는 이 기준에 의해 측정을 하고 이 기준에 따른 결과치 만이 보편적으로 인정된다고 보면 무리가 없다.

독일에서는 FLiB라는 건축물의 기밀성을 다루는 전문가 단체가 있으며 이 단체에서는 인증서 그리고 DIN EN 13829을 좀 더 구체적으로 (더불어 기준에서 다루지 않은 부분을 더) 설명하는 전문 내용을 발표한다.

DIN EN 13829의 n50의 의미

50Pa은 기밀검사시에 기준이 되는 압력으로 하필 이 압력차를 선택한 이유는

첫째 자연상태에서 생기는 일반적인 압력차로는 시험을 할 수 없을 정도로 무시할 수 있는 수치이기 때문에 압력을 높혀야하기 때문이고,

둘째 건축물의 기밀층을 형성한 막의 내구성을 보기위한 압력이다. 즉  이 압력차는 건물에 어떤 문제를 야기할 수 있는 정도의 압력은 아니지만 보통 경량형의 건물에서 기밀층이나 방습층으로 설치한 막이 시험과정중에 부분적으로 뜯어지는 경우가 있는데 이는 검사로 인해 생긴 하자가 아니라  이미 접착력이나 기타 고정방법 등 내구성에 문제가 있다는 것을 드러내는 것이기 때문이다. 

n50의 압력은

 

- 50 N/㎡ = 5 kgf/㎡ (제곱미터당 5 킬로그램)

- 바람이 벽에 맞닿는 정도 33 km/m = 9 m/s로 바람세기 5에 해당

- 5 mm의 물이 고여있는 경우

- 사람이 두 개의 층을 올라갈 때 느끼는 압력차이 정도로 이해할 수가 있다.

DIN EN 13829에 따른 측정장비가 갖추어야 할 기본요소

1. 모든 압력차에서 일정한 볼륨의 공기를 공급

2. 압력측정기계 오차는 0에서 60 Pa, +/- 2 Pa 이내 (60에서 100Pa 에서의 오차범위는  +/- 3 Pa)

3. 공기량 측정기계: 정확성 +/- 7%

4. 온도계: 정확성 +/- 1K, (-20°C 에서 +50°C 측정)

5. 규칙적인 점검: 제품 생산사의 설정에 따름, 보통 2년에 1회, 각 기계에 따라 2년에서 4년

DIN EN 13829에 따른 측정범위

일반적으로 냉난방이 되는 건물이나 건물의 일부 그리고 기계적 환기가 되는 공간

 

DIN EN 13829에 따른 주변조건

측정시점: 외기에 면하는 건축물의 외피가 완공이 되어 있어야 함

내부의 최종마감재가 시공되기 바로 전에 측정

측정시 기후조건:

1. 최적의 조건은 내외부의 온도차가 적은 경우와 바람이 잠잠한 경우

 

2. 500 m·K 이하: 내외부의 온도차와 건물의 높이를 곱한 값

(예: 건물의 높이 10m, 온도차 20K은 200 m·K, 측정 가능한 조건이며 이를 초과할 경우는 실질적으로 건물내외부의 압력차이인 50Pa를 형성하기가 어려움)

 

3. 바람의 속도 6 m/s 이하 (나뭇잎과 작은 가지가 흔들리며 바람의 속도가 3.6에서 5.4m/s에 이르는 Beaufort 스칼라 3에 해당이 된다.)

검사자는 거리가 먼곳의 건물의 기밀을 측정해야 하는 경우는 사전에 해당장소의 기후를 알아보고 가는 것이 좋다.

DIN EN 13829에 따른 측정종류

DIN EN 13829에 근거를 두고 작성이 된 ISO 9972(2006년 5월)에는 또 하나의 측정종류(방법 C)가 있지만 일반적으로는 두 가지 방법이 가장 대표적이다.

(ISO 9972는 1996년에 처음 발표가 되었으며 개정판은 DIN EN 13829를 참조하여 2006년 5월에 개정이 되어 발표가 되었으며 그 내용은 DIN EN 13829와 거의 같다고 볼 수가 있으며 EN 13829는 처음 2000년에 발표가 되었고 독일판인 DIN EN 13829는 2001년 2월에 발표가 되었다. 새로나온 ISO 9972가 DIN EN 13829를 대체할지에 대한 논의도 있지만 현재 ISO 9972에 몇가지 실수와 명확지 못한 문제가 있기에 적어도 유럽권에서는 당장은 DIN EN 13829가 유효할 것으로 예상한다.)

방법 A:

측정시기가 건물이 완공이 되어 입주가 가능한 상태

방법 B:

외기에 면하는 건물의 외피를 검사하는 경우가 있으며 법적으로 인정이 되는 방법은 A로 이때 n50 값을 측정하여 건물의 기밀정도를 수치로 표현한다.

 

 방법 B는 단지 시공중에 실내외의 압력차를 50Pa로 맞추고 실내를 저압의 상태로 만들어 외피를 통해 유입되는 침기의 위치를 찾아내어 보수 및 개선하는 것이 그 근본목적이다. 그래서 방법 A와B에 따라 어디를 막고 어디를 단지 닫는지가 서로 다르다.

 

 경우에 따라서는 건물이 완공되지 않은 상태에서도 차후의 공정이 기밀층 훼손의 위험이 적다고 판단이 되면 독일의 에너지 절약법인 EnEV(Energieeinsparverordnung)에 따라 그 측정값이 인정되어질 수가 있다.

 

 문제는 모든 공사가 완료된 이후 방법 A에 따라 측정을 했는데 법적으로 명시한 값을 훨 넘을 경우는 이는 누구에게 그 책임이 있느가가 바로 따르기에 건축주나 관련 시공업자에게는 경제적으로 그리고 시간적으로 그리 반가운 일은 아니다.

 

 특히 패시브하우스의 경우나 폐열교환기가 설치된 공기조화기가 있는 경우는 이 두 가지 방법을 경제적으로 부담이 되더라도 다 하는 것이 차후의 더 큰 문제를 사전에 예방할 수가 있다. 현재는 법적장치가 없기에 그리 문제 될 것이 없다. 그러나 계약서나 법적으로 규제가 되어지는 경우에는 다른 얘기가 된다.

 

 시공업자의 경우는 단지 공정 후에 방법 B를 통하여 침기를 체크하고 차후 n50값은 (방법 A) 공인된 혹은 DIN EN 13829에 경험이 있는 시공자가 아닌 제 3자가 검사를 하는 것이 투명성을 위해 좋고 앞으로는 시간적 경제적으로 더불어 현장의 상황을 고려하면 기밀층 시공을 주로 하는 업체에서 간단하게 50Pa을 형성하는 기계를 빌리거나 장만하는 것도 좋은 방법이라 본다.

기밀테스트에 관련된 개인적인 의견은 조만간 이 모든 것이 법제화 된다고 본다. 특히 폐열회수장치가 제 성능을 다하기 위해서 더불어 실내의 환경을 높이고 습기로 인한 문제를 최소화하기 위해서는 더불어 환기로 인한 에너지 손실을 줄이기 위해서는 미루거나 돌아갈 수가 없는 길이라고 본다. 물론 다른 테마이기는 하지만 열교도 이에 해당된다.

열교와 기밀에 관한 확실한 법적언급이 없이 에너지 총량제를 논하는 것은 사실 눈가리고 아웅하는 것과 같다.

검사를 위한 준비

1. 검사대상이 되는 건물은 하나의 압력형성시 하나의 존이 되어야 한다.

 

2. 설비

 

- 실내공기를 사용하는 보일러는 꺼야 한다.

 

- 기계적 공기 조화기 작동중지

 

- 외기와 연결되는 배기 및 흡입구는 막아야 하며 혹은 중앙기계의 배관을 막는다. 자연적인 환기구는 방법 A의 경우는 단지 닫기만 하고 방법 B의 경우는 기밀하도록 막아야 한다.

 

- 화장실의 배기구, 부엌의 후드는 DIN EN 13829에서 명확히 언급이 되지는 않았지만 FLiB의 부록에 따라 방법 A에서는 작동을 멈추되 기밀하게 밀폐하지는 않는다. 방법 B의 경우는 기밀하게 합당한 테이프 등으로 막는다.

 

- 개폐조작이 불가능한 승강기의 환기구등은 방법 A에서는 그대로 열려져 있고 방법 B 에서는 침기를 찾아야 하므로 기밀하게 합당한 테이프로 밀폐한다.

3. 벽난로가 있는 경우는 사용을 중지하고 재를 제거해야 함

 

4. 실내의 문은 활짝 열어 놓은 상태로 만일을 위해 물건으로 고정시킨다.

 

5. 검사대상이 되는 건물의 내부의 압력차는 형성되는 전체 압력의 10%이상을 초과해서는 안 된다. (소규모의 건물에서는 문제가 되지 않음)

 

6. 계획상 존재하는 창호나 기타 개구부는 닫는다.

 

7. 화장실의 배수구가 아직 물로 채워지지 않았을 경우는 해당되는 관을 막는다.

 

8. 건물의 상태를 꼼꼼히 기록을 해야 함 (창호, 외피, 임시적으로 설치한 기밀층 그리고 그 외에 검사를 위해 취한 모든 사항을 가급적이면 자세하게 기록. 테스트기의 설치 위치도 이에 속함)

사전 검사

- 측정하려고 하는 층의 가장 아랫부분에 송풍기를 기밀하게 설치

 

- 검사시에 책정된 가장 높은 압력하에서 건물내에 설치되지 않은 기밀층이나 기타 침기위치를 물기가 묻은 손으로 혹은 연기를 발생시키는 장치 혹은 풍속을 측정하는 장치로 검사

검사진행

1. 외부의 풍속을 측정을 하거나 혹은 Beaufort의 바람세기의 특성에 따라 추정해서 기입 (바람세기 3이상은 시험금지)

 

2. 건물의 기본 데이터 입력

 

- 내부공간 볼륨 (실제 내부면적에 높이를 도면을 통해 검사자가 사전에 게산을 하거나 아니면 조사를 의뢰한 건축주가 계산해서 기입하는 경우가 있으며 누가 하는가에 따라 오차계산에 연관이 됨. 특히 난방이 되는 공간이라 하더라도 천정(일반적인 석고보드)이 있는 경우는 바닥에서 천정하부까지의 높이가 볼륨산정에 포함이 된다. 더불어 외기와 연결되어 있는 보일러실의 경우는 볼륨계산에 포함이 되지 않으며 이때 문과 창문은 닫는다.)

 

- 가구등의 볼륨은 포함이 되지 않음

- 실내 면적

- 외기에 면하는 외피의 면적

- 검사방법의 선택 (방법 A혹은 B)

- 기타 설비 특히 공기조화기에 대한 정보 입력

- 건물 높이

- 건물의 연도

 

검사를 위해 기입하는 데이터의 정확도와 설정의 정도에 따라 검사결과는 많은 차이가 있기에 주의를 기해야 한다.

 

3. 내외부의 온도측정

 

4. 절대공기압력의 측정

 

- 송풍기의 유입구를 뚜껑으로 막은 뒤에 3 x 30s동안 내외부의 자연적인 압력차이를 측정한다. 이때 평균값이 5 Pa을 넘으면 측정이 불가능하며 유효한 검사치가 될 수가 없으며 이에 대한 내용은 반드시 검사보고서에 기록을 해야 함.

 

측정

- 압력과 볼륨공기를 10Pa에서 시작해서 10Pa간격으로 측정을 한다. (최소 5번의 측정치)

- 가장 높은 압력은 50 Pa보다 높아야 함

- n50 값은 고압과 저압의 측정치가 있어야 함

 

(방법 B에서는 저압으로 체크해도 되지만 방법 A를 통해 n50값을 얻기 위해서는 반드시 한번은 저압으로 다음은 고압으로 테스트를 해야 하는데 이유는 간단하다. 예를들어 창호의 열리는 방향을 보면 저압일 경우는 창문이 내부로 열리게 되면 들어오는 공기의 양은 당연히 더 많다. 그러나 창문이 외부로 열리는 경우에는 그 값이 더 낮다. 그래서 평균값이 필요한 것이다.

 

참고적으로 틈새바람을 체크할 때 경우에 따라서는 방법 B라고 하더라도 저압이 아닌 실내를 고압으로 만들어 테스트하는 경우가 있다. 이유는 여름에 내외부의 온도차가 심하지 않아서 열화상카메라로 촬영을 하여도 침기지역이 확연히 들어나지 않는 경우가 있어서 이런 경우는 내부에 디스코 텍에서 사용하는 연기를 틀어서 외부에서 그 틈을 알수 있기 때문이다. 단, 이방법을 사용시 해당지역 소방서와 미리 협의를 하는 것이 불필요한 비용 지출을 막는 길이다.)

물론 규모가 큰 건물의 경우는 약간의 예외사항도 있지만 이는 다음 기회로 미루기로 한다.