WUFI-FAQ (4) WUFI 시뮬레이션 결과 분석 및 평가

건축부재의 함습량을 계산하기 위하여 WUFI를 사용하였습니다. 계산 된 WUFI 시뮬레이션 결과를 평가하기 위하여 어떤 기준들이 있나요? 예를 들어 어떤 재료에서는 특정 함습량을 초과하면 위험하다는 등의 기준이 필요할 것 같습니다. 

모든 경우에 적용하기 위한 일반적인 기준은 없습니다. 재료의 종류와 부재의 구성에 따라 다양한 기준이 필요합니다. 일반적으로 적용할 수 있는 공통 기준은 아래와 같습니다.

가장 중요한 기준으로는 기간이 경과함에 따라 건축 부재의 함습량이 지속적으로 상승하면 안 됩니다. 부재 내부로 습기가 유입(수증기의 전달, 빗물 흡수, 드라이빙 강수 유입) 되거나 생성(내부 결로) 되더라도, 이 습기들은 반드시 건조될 수 있어야 합니다. 만약 외피 내부의 함습량이 지속적으로 상승한다면 언젠가는 반드시 부재에서 습기에 의한 하자가 발생하게 됩니다.

<그림 1. 목조주택 벽체의 WUFI 모델링 모습>

다음의 그림 2와 3은 구조체 총 함습량에 대하여 5년간의 추세를 나타내고 있는 그래프입니다. 두 벽체는 동일한 단열성능과 동일한 지역으로 설정되었으며, 목조주택의 벽체를 구성하고 있는 재료 중에서 통기층 이전 외각측 재료만 각각 다른 것으로 설정되었습니다. (그림 2: 불투습층(Sd-Value; 100m), 그림 3: 투습층(Sd-Value; 0.5m)) 

<그림 2. 구조체 내부 습윤/ 건조 거동-습기량 상승; 하자발생 가능성 높음>

<그림 3. 구조체 내부 습윤/ 건조 거동-안정적인 상태>

반면 3번 그래프의 벽체에서는 매년 상승과 하락의 추세를 나타내며, 매년 습기 거동이 유사한 형태를 나타내고 있습니다.

자세히 들여다보면 매년 강수량이 집중하는 하절기에 벽체 내부의 습기가 빠르게 증가하고 그 이후 기간동안 벽체의 내부 습기가 점진적으로 건조되어, 안정화되는 패턴이 빠른 시간 안에(준공 후 1년 미만) 이루어지고 있으며, 매년 1.3~2.3kg/m2 의 범위에서 안정된 거동을 나타내고 있습니다. (그림 2의 그래프가 완만한 상승곡선처럼 보일 수 있으나, Y축의 수치가 다릅니다. 아래의 그래프보다 수치가 높습니다.)

이러한 경우, 1차적으로 전체적인 벽체의 습기 거동이 안정적으로 이루어지고 있다고 판단 할 수 있습니다. 하지만, 벽체의 전체적인 습기거동이 안정화상태를 나타낸다고 하더라고, 재료별로 추가적인 검토가 이루어져야 합니다.

다음 그림 4는 목재 재료층을 특정하여 3년간의 함습량 추이를 나타낸 그래프입니다.

<그림 4. 목재의 습기거동-3년간의 추세>

분석 결과 준공 초기(준공 후 1년 이내)에 목재 부위에서 일정 시간동안 함습량이 20 M%를 초과하였지만, 2차년도 이후에는 재료의 습기거동이 안정화 되어 가는 것을 확인 할 수 있습니다. 만약 설계(안)에 따라 목구조 외피를 분석하였을 때, 목재의 함습량이 20 M% 이상의 고수치로 장시간 지속되고 있다면, 목조주택에서는 부패가 발생하고 따라서 구조재로 사용된 목재의 기계적 강도가 하락되어 목조주택의 안전성을 담보 할 수 없기 때문에, 이를 개선하여 부재 설계를 진행해야 합니다.

- 일반적으로 미네랄계 건축재료는 일반적으로 습기에 의한 하자로부터 안정적입니다.
- 목재는 함습량이 20 M%를 초과해서는 안 됩니다. 이 이상에서는 부패가 발생합니다. (예외적으로 함습량이 증가하더라도, 부패균이 성장할 수 있는 온도보다 주변 온도가 매우 낮다면 발생하지 않을 수 있음)

또한 WUFI는 add-ons (Thermal Transmission; 함습량에 따른 부재의 열적성능 평가, Bio; 곰팡이 분석, Corr.; 철근 부식 분석) 등의 프로그램을 추가적으로 제공하고 있으며, 습기로 인한 건축재료의 곰팡이 생성이나 철근 부식과 같은 하자를 분석하도록 도와주고 있습니다. 그림 5는 그림 2에서 명시한 벽체에 대한 WUFI-Bio의 결과 그래프입니다. 장시간 습윤한 상태로 인하여, 벽체 내부의 OSB 표면에서 곰팡이 발생 가능성이 상당히 높은 것을 알 수 있습니다. Mould Index는 6을 나타내고 있으며, OSB 표면 전체에 곰팡이 발생 가능성을 보여주고 있습니다.

 
<그림 5. WUFI-Bio 결과 그래프-2번 그림 벽체>

그림 6은 그림3에서 명시한 벽체의 WUFI-Bio 결과 그래프입니다. 2번 그림의 벽체보다는 곰팡이 발생 가능성이 낮아진 것을 알 수 있으나, 곰팡이로부터 완전히 자유로운 상태는 아닌 것으로 판단되지만, Mould Index의 수치가 1이하로, 육안으로 확인되지 않는 수준으로 곰팡이가 생성/ 소멸이 이루어지는 상태인 것으로 분석되었습니다.

하지만 보다 쾌적하고 안정한 벽체를 구현하기 위해서는 추가적인 개선방안이 필요함을 알수 있습니다.

<그림 6. WUFI-Bio 결과 그래프-3번 그림 벽체>

<표 1. Mould Index의 수치와 곰팡이 발아 상태>

 또한, WUFI는 재료 표면에서 발생하는 결로를 직접적으로 보여주는 기능은 없지만, 아래와 같은 방법을 통해 결로 발생 여부를 판단 할 수 있습니다.

 예를 들어 단열재 표면에서 결로 평가를 한다면, 단열재 표면에서 매우 얇은 층을 분리시켜줍니다. 단, 여기서 분리된 얇은 층과 분리하고 남은 두꺼운 층의 합은 원래 단열재의 두께와 같아야 합니다. 만약 다량의 결로수가 발생할 경우, 분리하는 층의 두께를 더 두껍게 해주어야 합니다. 그렇지 않을 경우, 발생한 결로가 분리된 층에 모두 함습되지 않기 때문입니다. 일반적으로 실측된 함습성능을 가진 건축재료의 경우 1 mm를 분리하고, WUFI 기본 함습성능을 가진 건축재료의 경우 10 mm를 분리하여 결로 평가를 합니다.

WUFI 결과에서 시뮬레이션 기간 중에 함습량이 최대가 되는 점을 기준으로 합니다. 먼저, 1 mm를 분리시켜 준 레이어의 경우 함습량이 최대가 되는 점과 재료의 실측된 wf값를 비교합니다. 만약 시뮬레이션 결과에서 최고점의 함습량이 wf값을 초과 했다면, 초과한 양만큼 결로가 발생 한 것입니다.

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<그림 7. 재료의 함습 성능 곡선>

<그림 8. Wf 값 비교를 통한 결로량 확인>

다음으로, 10 mm를 분리시켜 준 경우에는 실측된wf값이 없기 때문에 독일 DIN 기준을 바탕으로 결로 판단여부를 분석해야 합니다. DIN EN ISO 13788에서는 생성된 결로수가 흘러가지 않기 위하여 결로량을 200 g/m2 미만일 것을 명시하고 있습니다. 그러므로 최고점의 함습량과 기준에서 명시하고 있는 200 g/m2을 비교하여, 생성된 결로량을 평가할 수 있습니다.