서 론
저에너지, 제로에너지 건축물을 구현하기 위해 패시브 및 고효율 설비에 대한 세부 기준과 법규는 향상되고 있으며, 건축물의 냉,난방 부하의 최대 40%까지 영향을 미치는 기밀성능이 더욱 중요해지고 있다(Kang, 2017). 저에너지 주택의 기밀성능 관련 연구는 2010년대 초반 에너지 성능 기준 강화에 따라 활발하게 진행되었으며, 단독 주택을 대상으로 진행된 연구를 조사하였다. 국내 건축물의 기밀성능 기준은 (사)한국건축친환경설비학회에서 일반 건물 5.0회/h이하, 에너지절약 건물 3.0회/h이하, 제로에너지 건물 1.5회/h이하로 제공하고 있다(KIAEBS, 2013). Park et al. (2007)의 연구에서는 기밀시공관리에 따른 기밀성능을 비교하였으며, 기밀시공 및 관리된 주택의 경우 0.67회/h, 기밀시공 유경험자가 시공한 경우 1.37회/h, 일반 건축물은 3.74회/h로 기밀성능이 나타났다. Kwon et al. (2010)의 연구에서는 신축과 일반 건축물의 기밀성능을 측정하였으며, 측정 결과 신축 1.8~3.8회/h, 기존 건축물은 9.0~12.9회/h로 나타났다. Ahn et al. (2013)의 연구에서는 독일과 국내 주택의 기밀성능 현황을 비교 분석하였다. 분석 결과 신축 공동주택의 경우 1.96회/h, 10년 미만의 아파트의 경우 2.33~7.87회/h, 국내 저에너지 주택의 경우 0.7~1.0회/h로 나타났다. 기존의 연구에서는 단기간 측정된 기밀성능을 비교하였으며, 장기간 측정된 기밀성능을 분석한 연구가 부족하다. 따라서 10년 동안 측정된 저에너지 단독주택의 기밀성능의 현황을 분석할 필요가 있다.
분석방법
건축물의 기밀성능 테스트란 외기와 접해있는 개구부에 팬을 설치하여 실내외 기압차를 발생시켜 침기량을 측정하는 방법을 말한다. 기밀테스트의 목적은 외피의 침기/누기 부위를 찾아내어 보수 및 개선하고, 성능검증을 통하여 의도하지 않은 침기로 인한 공기 열손실을 낮추는데 있다. 본 연구에서는 2011년도부터 2020년까지 (사)한국패시브건축협회의 패시브하우스 인증을 받은 연면적 500 m2 이하의 저에너지 단독주택을 대상으로 135건의 기밀성능 테스트 수행 결과를 분석하였다. Figure 1은 감압테스트, 연기테스트, 가압테스트, 결과보고서를 나타내고 있다. 기밀테스트는 DIN EN 13829 (2001)에 따라서 진행되었으며, 준공 시점에 사용자가 거주하는 조건에서 가,감압 테스트 평균 기밀성능(ACH50)을 측정하였다. 측정기기는 미국 The Energy Conservatory사의 Blower door 시스템(Model 3, Duct Blaster B)을 사용하였다. 기밀성능 측정 결과는 연도별, 연면적별, 구조별로 분석하였으며, 10회 이상의 기밀 시공 경험이 있는 시공사를 선정하여 경험에 따른 기밀성능 변화를 분석하였다. 추가적으로 기밀성능 테스트를 진행하면서 확인한 주요 누기 부위 및 개선방안을 정리하였다.
분석결과
기밀성능 현황 분석
국내 저에너지 단독주택의 기밀성능을 분석하기 위하여 Figure 2와 같이 연도별 기밀성능과 테스트 수행 건수를 정리하였다. 2011~2015년도 기간 동안 측정된 기밀성능은 0.4~1.8회/h 범위에서 평균 0.8회/h로 나타나며, 기밀성능 분포가 산재하여 특정 경향을 파악하기 힘들다. 2015~2018년도 기간 동안 측정된 기밀성능은 대부분 1.0회/h 이하로 나타나며, 평균 0.6회/h로 나타난다. 이는 독일패시브협회의 기밀성능 기준 0.6회/h를 만족하고 있다. 2018~ 2020년도 기간 동안 측정된 기밀성능은 평균 0.5회/h로 나타나고 있으며, 연도별 기밀성능이 점차 향상되고 있다. 연면적에 따른 기밀성능 현황을 파악하기 위하여 Figure 3과 같이 연면적을 50~100 m2, 100~150 m2, 150~200 m2, 200~500 m2로 구분하였으나, 연면적별 기밀성능의 평균은 큰 차이가 발생하지 않는다.
구조별 기밀성능 현황을 파악하기 위하여 Figure 4와 같이 구조별로 기밀성능을 0.2회/h 단위로 구분하여 분포를 확인하였다. 135건의 기밀성능 데이터를 구조별로 분류하였을 때 목구조 84건, 62%, 철근콘크리트구조(RC) 34건, 25%, 기타 구조(경량철골조, RC+목구조 등 복합구조) 17건, 13%로 나타난다. 기밀성능의 빈도가 20% 이상을 만족하는 구간을 정리하였을 때 목구조 0.4-0.8회/h, RC 0.2-0.6회/h, 기타 구조 0.4-1.0회/h로 나타나며, 구조별 기밀성능의 평균값은 목구조 0.61회/h, RC 0.58회/h, 기타 구조 0.75회/h로 나타난다.
기밀 시공 경험에 따른 기밀성능 분석
기밀 시공 경험에 따른 기밀성능을 비교하기 위하여, 기밀시공 및 기밀테스트를 10회 이상 경험한 시공사를 선정하였다. Figure 5는 이를 만족하는 시공사의 준공순서별 기밀성능을 나타내고 있다. 해당 주택의 구조는 대부분 목구조이며, 시공사 A의 2번째 건물은 RC, 7, 8번째 건물은 복합구조이다. 두 시공사 모두 초기 (1,2번째) 시공 시 1.0 ~ 1.5회/h의 기밀성능이 나타났으며, 초기 시공에도 이와 같은 결과가 나타난 이유는 기밀 시공 전문가 교육과정을 이수하여, 기밀에 대한 이해와 적절한 시공 방법이 적용되었기 때문이다. 또한, 3번째 시공 이후 경험에 따른 숙련도가 높아지면서 기밀성능이 1.0회/h 이하로 나타나고 있다.
주요 누기 부위 및 개선방안
저에너지 단독주택의 기밀성능 테스트 수행 과정에서 발생했던 주요 누기 부위를 정리하였다. 누기 부위는 감압 조건에서 실,내외 압력차를 50 Pa로 설정하여 구조체 접합 부위, 외부 창 및 문, 설비 관통 부위 등에 연기 발생기를 사용하여 확인하였다. 누기 부위를 확인하는 것은 실,내외 마감이 시공되지 않은 상태에서 수행해야 발생 원인과 개선방안을 검토할 수 있다.
Figure 6은 구조체별 주요 누기 부위와 구조에 관계없이 공통적으로 발생한 누기 부위 사례를 정리하였다. (a) RC구조의 경우 콘크리트를 이어치기 한 부위에서 누기가 확인되었다. (b) 목구조의 경우 기초(철근콘크리트)와 외벽(목재) 접합 부위에서 누기가 확인되었다. 또한, 앞서 분석한 구조별 기밀성능에서 RC구조보다 목구조에서 누기량이 높게 나타나는 이유는, 기밀층이 시공되고 나서, 창호, 설비, 환기 등 이후 공정에서 기밀층이 파손되어 누기량이 증가된 것으로 확인되었다. (c) 기타 (복합) 구조의 경우 AAC (ALC) 블록의 조인트 부분, (d)철골 구조에서 실내외로 연결된 각파이프, 외벽(철근콘크리트)과 지붕(목재) 접합 부위에서 누기가 확인되었다. 주요 누기 부위 구조별 공통사항은 (e) 코너 창 부위, (f) 창호와 구조체 접합 부위에서 골조 먼지 등으로 인해 기밀테이프의 접착력 저하 또는 기밀테이프 누름작업 누락으로 인한 탈락 부위, 시스템 창호의 시공 불량(가스켓 뒤틀림, 유리 접합 부위 마감 불량 등), (g) 외벽(기밀층)을 관통하는 설비 배관(가스배관, 전열교환 환기장치 급기, 배기구, 외 부 전선 및 전기 계량기 등) 등에서 누기가 확인되었다.
이를 해결하기 위해 목구조 또는 복합구조의 경우 기초, 외벽, 지붕에 가변형방습지가 끊김없이 적용되어야 한다. 구조에 관계없이 누기가 거의 없는 고성능 PVC 시스템 창호(3중 유리) 적용, 창 및 문과 구조체 접합 부위에 기밀테이프를 적용 및 꼼꼼한 마감처리, 관통 부위 및 콘센트용 기밀 자재 적용이 필요하다. 이에 대하여 설계 단계에서는 주요 누기 부위의 상세도 작성이 필요하며, 시공 단계에서는 설계에 따라 올바른 기밀 자재를 적용하고, 꼼꼼한 시공, 현장 확인이 필수적이다. 추가적으로 설계 변경 시에도 기밀에 대한 검토 및 시공이 고려되어야 의도하지 않은 누기를 개선 할 수 있다.
결 론
본 연구는 저에너지 단독 주택을 대상으로 2011년도부터 2020년도 까지 측정된 기밀성능 현황을 분석하였다. 저에너지 단독 주택의 기밀성능을 분석한 결과, 2011년 평균 0.76회/h에서 2020년도 평균 0.46회/h로 향상되고 있는 것을 확인하였다. 연면적별 기밀성능은 큰 차이가 발생하지 않으며, 구조별 기밀성능은 철근콘크리트 구조 0.4~0.6회/h, 목구조 0.6~0.8회/h, 기타 복합구조 0.6~1.0회/h 순으로 나타났다. 기밀 시공 유경험자의 경우 초기 시공(1, 2번째) 의 경우 1.0~1.5회/h 이하의 기밀성능이 나타났으며, 3번째 이후 1.0회/h 이하로 성능이 향상되고 있는 것을 확인하였다. 기밀테스트를 수행하면서 시공현장에서 발생했던 주요 누기 부위(구조체 접합부위, 구조체와 창호의 접합부위, 창 또는 현관의 시공불량, 설비 배관 관통부위) 사례를 정리하였으며, 이에 대한 개선방안을 정리하였다.
본 연구는 저에너지 주택의 10년 동안의 기밀성능 현황을 분석한 것이며, 향후 연구는 기밀성능 측정 방법에 따른 기밀성능을 비교하여 기밀성능 차이에 대하여 분석할 계획이다.
