【HOUSING TRENDS】 과학적인 기밀 성능 평가

기사 분류 > 전원주택 > 건축정보

【HOUSING TRENDS】 과학적인 기밀 성능 평가

2022년 7월 5일 (화) 00:00:00 | 지면 발행 ( 2022년 7월호 - 전체 보기 )

과학적인 기밀 성능 평가

저에너지 목조주택의 시공 품질을 과학적으로 검증

집 짓기에서 기밀은 두말할 나위 없이 중요한 문제다. 무엇보다 열과 습기의 이동을 막아 무더위에는 시원하고 추위에는 따뜻한 내부 공간을 조성하기 위해서다. 이는 바로 냉난방 설비를 운용하는 데 드는 비용과 직결된다. 따라서 건축을 계획하고 시공하는 단계에서부터 기밀 성능은 신중하게 고려돼야 한다. ㈜케이스종합건축사사무소 박정로 연구소장의 글을 통해 주택의 기밀 성능의 의미와 시공, 테스트 등 중요한 문제점을 살펴보았다. <편집부>

글 ㈜케이스종합건축사사무소 박정로 연구소장

취재협조 캐나다우드 한국사무소 02-3445-3835 www.canadawood.or.kr

목조주택에 최적화된 저에너지 인증 프로그램인 캐나다 ‘수퍼-E 하우스’와 같은 저에너지 목조주택 구현을 위한 요소는 단열, 기밀, 창호, 환기장치 등 다양한 요소들이 있다. 이러한 개별 요소들이 하나의 시스템으로 거동되어야 저에너지 목조주택이 제대로 운용될 수 있다고 할 수 있다. 건축물의 성능은 계획단계에서 에너지 시뮬레이션과 단열 성능 산정이 있고, 시공단계에서는 시공 품질 확인 등이 있으며, 유지관리 단계에서는 고지서를 통한 전기나 가스 사용과 같은 에너지 사용량 확인 등이 있을 것이다. 하지만 보다 실제적, 정량적으로 객관적인 건축물의 성능을 평가해 볼 수 있는 방법은 무엇보다 기밀 성능(Air tightness)이다.

건축물 기밀의 경우, 저에너지나 넷제로에너지 목조주택에서는 필수적인 정량평가요소다. 북미나 유럽 쪽에서는 기밀에 대한 인식이나 기밀 성능 평가가 대중화되었지만, 국내에서는 아직은 생소하게 느끼는 건축주나 건축가, 시공자들이 많다. 하지만, 최근에는 저에너지나 넷제로에너지 건축물에 대한 관심이 높아지면서, 기밀이라는 용어에 대해 알고 있는 건축주들이 나타나고 있다. 하지만 아직도 대부분의 건축주들은 건축 예산의 한계도 있겠지만, 집 짓기에서 건물의 기밀까지는 고려하지 못하는 것이 현실이다.

기밀도라는 용어는 얼마 전 “JTBC 서울엔 우리 집이 없다”라는 집방 프로그램에서도 이슈가 됐다. 국내 최대 포털사이트 실시간 검색 순위에서 7위를 차지한 용어이지만, 국내 건설시장이나 건축주들에게는 생소한 주택 성능 요소이긴 하다. 쉽게 말하면, 기밀도는 주택 내에 바람이 새어들어 오거나, 바람이 새어나가는 정도를 수치화한 것으로, 한 시간 동안 주택 내에 공기 순환이 몇 회가 되는지를 나타낸다. 즉, 기밀도 값이 낮으면, 공기 순환이 덜 되었기 때문에, 주택의 기밀성능이 우수하다고 볼 수 있다.

▲ 기밀하게 시공된 주택에서는 쾌적한 실내에서 외부 조망을 즐길 수 있다

적정 수준의 기밀 성능은 왜 중요한가?

건물에서 적정 수준의 기밀 성능 확보는 크게 ⑴ 건물의 열 손실을 줄이고 ⑵ 거주자에게 쾌적한 실내 공기 질을 확보해 주기 위해 매우 중요하다고 볼 수 있다. 건물에서 외피의 역할은 수분의 이동을 차단(Moisture barrier) 하고, 공기 이동을 차단(Air Barrier) 하며, 열의 이동을 차단(Thermal barrier) 하는 역할을 한다. 만일 외피의 기밀 성능을 확보하지 않을 경우, 누기되는 경로를 통해 겨울철에는 실외의 차가운 공기가, 여름철에는 실외의 따뜻하고 습한 공기가 실내로 들어오게 된다. 이렇게 열손실이 발생하게 되며, 여름철에는 실내의 습도가 올라가게 된다. 실내 습도가 최적 구간(약 40~60% 정도)보다 낮거나, 높아질 경우, 실내 공기 질을 악조건으로 만드는 세균 및 바이러스 활동이 나타날 수 있다. 물론, 실내 습도와 더불어 실내 온도 관리도 함께 병행해야 하지만, 기밀 성능을 확보하면 외부 환경에 의해 실내 습도가 올라가는 것을 막을 수 있을 것이다. 앞서 말한 바와 같이, 건물에서의 적정 기밀 성능을 확보하면 열손실을 줄이고, 건강한 실내 환경을 조성할 수 있다.

▲ 내부 기밀막을 이용한 기밀 시공

▲ 자착식 투습방수지를 이용한 기밀 시공

▲ 캐나다산 스프레이폼을 이용한 기밀 시공

▲ 단투습방수기능을 가진 OSB합판과 이음새의 테이프 시공을 통한 기밀 시공

기밀 성능에 대한 기준은?

기밀 성능에 대한 기준을 표현함에 있어, ACH50이라는 단위를 대표적으로 사용하고 있다. ACH50은 ‘Air Changes per Hour’를 나타낸 것으로, 건물의 전체 공기량이 50 파스칼의 압력차에서 1시간 동안 몇 번이나 바뀌는지를 나타낸 수치이다. ㈔한국건축친환경설비학회의 기준에 따르면 국내의 경우, 모든 건물의 기밀 성능 기준은 5.0 ACH50 이하, 에너지절약 건물은 3.0 ACH50 이하, 제로에너지건물은 1.5 ACH50 이하로 하고 있다. 목조건축에 특화된 저에너지 인증프로그램인 수퍼-E 하우스 인증에서의 기밀 성능 기준은 1.5 ACH50 이하이고, 수퍼-E 넷제로/넷제로 레디 기준에서는 1.0 ACH50 이하로 하고 있다. 참고로 독일 패시브하우스 인증 기준은 0.6 ACH50이다.

이런 기밀도 수준은 개인 및 기관마다 다른 견해와 기준을 가지고 있다. 필자의 경우, 과도하게 높은 기밀 성능을 달성하기 위해 애쓰지 말라고 권하고 싶다. 물론, 저에너지 목조주택에 대해 시공 성숙도가 유지되면서, 자연스럽게 높은 기밀 성능이 나오는 경우는 예외일 것이다. 수퍼-E 하우스 인증 기준과 수퍼-E 하우스 인증에서 활용되는 HOT2000 에너지 시뮬레이션을 통해 살펴보면, 적정 수준(1.5 ACH50)으로 기밀 성능이 올라가게 되면, 더 이상 연간 에너지 소비가 급격하게 절감이 되지 않기 때문이다. 또한, 과도하게 높은 기밀 성능은 오히려 거주자의 쾌적성을 해칠 수 있다고 보는 견해가 있다.

▲ 수퍼-E 하우스 인증의 기밀도 기준

▲ 시공 중 기밀 테스트 모습

기밀도 측정은 어떻게 하는가?

기밀 성능을 나타내는 기밀도를 측정하는 방법은 기밀 테스트 또는 ‘블로어 도어 테스트’Blower Door Test라고 한다. 테스트 이름처럼 주로 현관문이나 기타 외피에 면한 문에 송풍팬, 송풍팬의 풍량을 체크할 수 있는 측정 게이지 등을 설치해 테스트를 하기 때문에 블로어 도어 테스트라고 한다. 이 테스트는 송풍팬 설치 후, 강제적으로 바람을 실내에서 실외로 불어주며 실내의 압력을 낮추는 감압(Depressurization) 테스트, 실외에서 실내로 송풍팬을 가동해 실내의 압력을 높이는 가압(Pressurization) 테스트 등을 통해 기밀도를 측정한다. 기밀도를 측정하는 방법은 유럽 표준과 캐나다 표준 등이 있으며, 저에너지 목조주택의 경우, 목조건축에 특화된 수퍼-E 하우스 표준이나 캐나다 표준인 CAN/CGSB-149.10-M86에 따라, 감압 테스트만을 진행하게 된다. 이 표준에는 기밀 테스트를 위한 조건들이 명시되어 있다.

기밀 테스트를 위해서는 도면에서 체적(Volume), 바닥면적(Floor area), 외피면적(Surface area)을 산정하여, 기밀 테스트 소프트웨어에 입력을 하게 된다. 앞서 말한 기밀도 값인 ACH50은 체적에 의해 기밀도 값이 산정되므로, 누기가 적은 건물의 체적이 크면 기밀 성능은 우수하게 산정된다. 참고로 수퍼-E 하우스 인증에서는 체적 대비 기밀도를 측정하는 방식뿐만 아니라, 체적이 작은 건물은 기밀도에 불리한 측면이 있어 외피면적 대비 기밀 성능의 기준도 함께 명시되어 있다.

또한, 기밀 테스트를 진행하며 기밀도를 측정하지만, 그와 함께 진행되는 것은 누기를 찾아서 시공자에게 보완할 부분을 제시해 주는 것이다. 이때는 송풍팬을 틀어 놓고, 열화상 카메라나 펜타입의 풍량계 등을 활용해 누기되는 부분을 찾게 된다. 열화상 카메라는 주로 실내외 온도 차이가 10℃ 이상 되는 겨울철에 진행하며, 블로어 도어 테스트 장비와 열화상 카메라를 동시에 사용하면 누기되는 부분을 시각적으로 확인할 수 있다. 열화상 카메라 등을 통한 누기 체크는 기밀도 측정만큼이나 시공 품질을 개선할 수 있는 중요한 행위라고 볼 수 있다.1)

▲ 기밀도 값의 산정 방식

▲ 기밀 테스트 현장 교육 및 시연 모습

기밀 테스트 사례

앞서 언급한 것처럼, 기밀 성능 기준에 대해서 수퍼-E 하우스의 인증기준은 1.5 ACH50이하이다. 하지만 1.5라는 수치가 어느 정도인지 체감하는 것은 쉽지 않다. 그래서 일반적으로 알고 있는 아파트나 빌라 등의 사례를 통해 간접적으로 살펴보면 다음과 같다.

저에너지 목조주택이라는 목표를 설정하지 않은 일반적인 목조주택의 경우, 필자의 테스트 경험으로는 2.5~5.0 ACH50 정도로 측정되었다. 물론, 지붕 및 외벽 단열재를 기밀성이 우수한 스프레이폼 단열재로 시공한 경우, 2.0 ACH50이하로 나온 경우도 있다. 그리고 2021년 완공한 신축 아파트의 경우, 기밀도는 1.0에서 1.8 ACH50 정도로 측정되었다. 반면, 완공 후 약 50년 정도 된 서울 지역의 노후 단독주택의 경우, 기밀도는 14.04 ACH50, 완공 후 약 20년 정도된 빌라의 경우, 기밀도는 6.82 ACH50으로 측정되었다.

▲ 다양한 기밀막 재료

▲ 《시공자 매뉴얼》(Builders’ manual, 자료: Canadian Home Builders’ Association)

기밀 자재는 어떤 걸 사용해야 할까?
저에너지 목조주택의 기밀성능 확보를 위해서는 다양한 재료로 기밀막을 형성할 수 있다. 기밀막이나 에어배리어 Air Barrier라고 해서, 투습방수지 등과 같은 막 형태만을 얘기하는 것은 아니다. 캐나다의 저에너지 목조주택에 대한 교과서라고 할 수 있는 캐나다주택시공자협회(Canadian Home Builders’ Association)에서 발간한 《시공자 매뉴얼》(Builders’manual)에 따르면, 기밀막 시스템(Air barrier system)은 기밀막 재료에 따라 다양하게 계획 및 시공할 수 있다. 이런 기밀막 재료는 구조재, OSB합판, 석고보드, 투습방수지 등 건축가나 시공자의 방향에 따라, 다양하게 활용할 수 있다.

▲ 기밀 테스트 중 창문 누기 부분 체크-1

▲ 기밀 테스트 중 창문 누기 부분 체크-2

▲ 기밀 테스트 중 내부 기밀막 누기 부분 체크

기밀 테스트를 통해 얻을 수 있는 효과

기밀 테스트를 통해서 얻을 수 있는 효과를 정리해 보면 다음과 같다. 먼저, 본인이 목표로 한 저에너지나 넷제로에너지 인증 기준에 부합하는지 테스트를 통해 확인이 가능하다. 다음으로 기밀 테스트 측정 방법에서도 다루었지만, 이를 통해서는 기밀도를 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 창문을 제대로 시공해 누수나 누기가 발생하지 않을지, 단열재를 제대로 시공했는지 등의 시공 품질을 다양하게 확인해 볼 수 있다.

실제로 수퍼-E 하우스 인증에서는 시공 중에 기밀 테스트를 진행한다. 이때 기밀도를 측정하는 것뿐만 아니라, 시공 품질에 대한 체크도 진행하고 있다. 이렇게 시공 품질을 체크할 수 있다는 장점 때문에 인증과는 무관하게 건축주나 시공자의 주도로 일반적인 목조주택에도 기밀 테스트를 진행하는 사례가 늘고 있다. 결국, 시공 품질을 향상시킴으로써 건축주들이 민감해하는 준공 후의 하자를 최소화할 수 있어 기밀 테스트에 대한 관심은 점점 더 커지고 있다.

마지막으로 시공자는 건축주에게 시공 품질에 대한 신뢰를 더 줄 수 있다. 기밀 테스트는 마치 시공중인 목조주택에 엑스레이 촬영을 하는 느낌이라고 할 수 있다. 그 정도로 시공자가 많은 부담을 느낀다. 실제로 수많은 기밀 테스트를 진행해왔지만, 기밀 측정을 할 때 제일 긴장을 많이 하는 사람은 현장소장이고 그다음으로는 시공사 대표였다. 이러한 긴장된 상황을 건축주에게 직접적으로 보여줌으로써, 시공 품질에 대해서는 안심을 하게 되지 않을까 생각된다.

▲ 캐나다 현지의 수퍼-E 전문가와 함께 진행되고 있는 기밀도 테스트 모습

건축주의 입장에서 건축 상담을 진행해 보면, 대부분의 시공사들은 집 잘 짓는다고 할 것이고, 우리는 집을 잘 짓지 못한다고 홍보하고 안내하는 시공사들은 드물 것이다. 시공사의 역량을 알지 못하는 상황에서 건축주는 어떻게 시공사를 선정해야 할까? 따라서 시공사 선정의 기본 조건으로 기밀 테스트 또는 수퍼-E 하우스 인증과 같은 저에너지 인증 프로그램을 진행하는 것은 권장할 만하다.

건축주나 건축가가 시공 품질과 관련해 객관적이고 과학적으로 검증할 수 있는 최선의 방법은 시공 중 혹은 완공 후에 기밀 성능을 측정해 보는 것이다. 물론, 가장 좋은 선택은 건축주가 건축가나 시공자가 아닌 공인된 전문기관과 같은 제3자에게 공식적인 인증 프로그램을 직접 신청해서 인증 전문가가 시공 품질을 체크하는 것이 바람직하다. 하지만, 제한적인 건축비로 인해 인증 진행이 어렵다면 기밀 테스트를 의뢰해 시공 품질을 체크하는 방법을 권장한다.

1)이러한 기밀 테스트에 대한 자세한 설명과 시연 등은 캐나다우드 한국사무소에서 진행하는 저에너지 목조주택 전문가 과정을 통해 교육받을 수도 있다. ㈔한국건축시공학회(02-745-5547)로 문의하면, 기밀 테스트 의뢰나, 기술 자문 등을 받을 수 있다.

박정로(공학박사, ㈜케이스종합건축사사무소 연구소장)

건축대학원에서 건설관리를 전공하며 친환경 BIM, 건물에너지, 시공자동화, 공동주택 하자에 대한 연구를 진행했다. 한국목조건축협회에서는 ‘목조건축 5-Star 품질인증’과 ‘한국 수퍼-Eⓡ’ 하우스 인증 업무를 진행하며, 전국의 약 140여개 목조건축 현장의 구조 검토, 감리 업무, 기밀 테스트, 에너지 시뮬레이션 등의 업무를 수행했다. 현재, 목조건축에 대한 구조, 에너지, 품질에 대한 실증기반의 연구를 진행하고 있으며, 현장 실무자 및 대학생 교육 등도 병행하고 있다.
josephpark@case-archi.com
www.case-archi.com