서 론

건물의 에너지 성능 향상을 위해서는 에너지 성능에 직접적인 영향을 미치는 주요 요소인 기밀성능의 확인이 요구된다. 기밀성능 평가는 단순한 건물 성능 확인을 넘어 에너지 관련 인증 획득 및 규정 준수의 목적에서도 활용되기 때문에, 일관성 있고 신뢰할 수 있는 값의 확보가 필요하다. 현재 제로에너지건축물 예비인증과 유관 학회에서 제시한 기준값이 존재하나, 실제 측정된 기밀성능과는 차이가 발생하므로 실측을 통한 성능 확인이 중요하다. 그러나 건물 기밀성능은 측정목적, 측정자, 측정장비, 측정방법 등 다양한 변수의 영향을 받기 때문에 정확한 성능 평가를 위해서는 이러한 변수의 영향을 최소화할 필요가 있다(Carrié and Wouters, 2012; Lee et al., 2017; Mélois et al., 2022).

본 연구에서는 기밀성능 측정값의 신뢰도 향상을 위해 현실적 문제점을 파악하고, 신뢰성 확보를 위한 필요 요건을 도출하여 개선된 측정 지침을 마련하는 것을 목표로 한다. 이를 위해 국내외 관련 제도를 조사하여 신뢰도를 보장하기 위한 체계를 검토하고, 기밀성능 측정기관을 대상으로 두 차례의 실태조사를 수행하였다. 1차 조사에서는 기관별 측정 현황을 파악하고 KS L ISO 9972 기준을 충족하지 못하는 오차 요인을 검토하여, 이를 보완한 기밀측정 세부지침서(ver. 2023)를 제시하였다. 이후 개선된 지침서를 현장에 적용한 결과를 기반으로 2차 조사를 실시하였으며, 세부지침 항목의 적용 과정에서 드러난 문제점과 측정 결과의 지속적 품질 확보 방안을 검토하여 최종적으로 기밀측정 세부지침서(ver. 2024)를 도출하였다.

건물 기밀성능 관련 국내외 현황

국외 제도

건물의 기밀성이 중요해짐에 따라 전 세계적으로 건물 에너지 관련 법규에서 기밀성능 관련 규정을 마련하고 있으며, 이를 통해 건물의 기밀성능 요구수준을 제시하고 있다. 특히 주거건물을 중심으로 의무 기준값이 규정되고 있으며, 높은 수준의 규정을 시행하는 국가에서는 건물 유형과 HVAC 시스템의 특성을 고려하여 기밀성능 수준을 세분화하고 있다. 일부 국가는 권장 수준을 제시하여 에너지 성능 향상에 유리한 기밀 기준을 도입하고, 건물 인증 참여나 인센티브 제공을 통해 더 높은 성능 달성을 유도하고 있다(Poza-Casado et al., 2020; Böhm et al., 2021; Hurel and Leprince, 2024). 건물의 기밀성능 측정은 주로 준공 후 현장에서 수행되며, 팬을 이용한 가감압법을 통해 이루어진다. 각 국가는 ISO 9972, EN 13829, ASTM E779 등의 측정표준 절차에 따라 기밀측정을 수행하고 있으며, 측정자는 팬, 게이지 등의 장비를 이용하여 규정된 절차를 따른다. 이 과정에서 측정자의 숙련도, 장비 상황, 측정 절차의 차이에 따라 결과가 달라질 수 있다(Caillou et al., 2008; Leprince and Carrié, 2014; Mélois, 2022). 측정 결과의 일관성 확보를 위해 국가 및 민간기관은 기밀측정 교육과 전문가 자격 제도를 운영하고 있으며, 자격 취득 이후에도 일정 주기로 기밀측정보고서 제출, 보수 교육, 추가 시험 등을 통해 데이터 품질 관리가 이루어진다(Hurel and Leprince, 2024). Table 1은 주요 국가에서 운영 중인 기밀성능 관련 제도를 정리한 것이다(Poza-Casado et al., 2020; Hurel and Leprince, 2024). 이러한 제도는 기밀성능 기준, 측정 절차, 측정자 교육 및 관리에 관한 구체적 규정을 통해 측정 품질의 신뢰성을 확보하고 있다.

•기밀성능 기준: 건물에너지 규정, 기밀성능 요구조건, 기밀 측정 표준, 측정장비

•기밀 측정: 측정조건, 측정준비, 측정과정

•기밀성능 측정자: 측정자격, 측정교육, 측정자격 관리, 측정기관

각 국가에서는 건물 에너지 관련 규정에 따라 요구되는 기밀성능을 충족하기 위해 건물 유형, 기후대, 환기 시스템에 따라 구분된 기준을 적용하여 기밀측정을 시행하고 있다. 영국은 권장 기밀성능인 5 m³/h·m²보다 완화된 값을 요구 조건으로 규정하고 있으며, 벨기에는 측정을 활성화하기 위해 에너지 성능에 상대적으로 불리한 기밀성능 값을 권장값으로 제시하고 있다. 기밀측정은 ISO 9972와 EN 13829를 기반으로 한 표준 및 가이드라인에 따라 이루어지며, 측정장비의 교정은 장비업체의 권장 주기를 따르고 있다. 또한 측정 자격은 국가 승인을 받은 인증기관이나 민간기관에서 교육을 이수한 후 부여되며, 프랑스·영국·벨기에에서는 기밀측정을 위해 반드시 자격을 보유해야 한다. 자격은 이론 교육, 실습 및 시험을 통해 발급되며, 자격 유지 과정에서 일정 주기의 측정보고서 제출, 보수 교육 이수 또는 재시험을 통과해야 한다.

국내 제도

건물에서의 탄소중립 정책 및 제로에너지건축물 인증 범위의 확대에 따라 주로 주거건물을 대상으로 한 기밀성능 측정이 증가하고 있다. 국내에서는 법적으로 규정된 기밀성능 기준은 제시되어 있지 않으며 제로에너지건축물인증과 한국건축친환경설비학회의 기밀성능 기준(KIAEBS C-1:2013 건축물의 기밀성능 기준 ; KIAEBS, 2013)을 참고하고 있다. 기밀성능 표준은 KS L ISO 9972를 따르며 측정기관의 본 인증 평가 수행 시 한국에너지공단의 현장 측정 매뉴얼(KEA, 2016)에 따라 기밀측정을 수행하고 있다. 측정자들에게 자격을 요구하지는 않고 있으나 학회와 협회에서 운영하는 기밀 교육 프로그램을 통해 기밀측정 자격을 획득할 수 있다. 국외 제도와 비교한 경우 제도적 규정 사항이 전반적으로 부족한 상태로 확인되었다. 기밀성능 기준, 측정장비, 측정자와 관련된 상세 체계가 마련되어 있지 않은 현재 상태에서는 기밀성능의 신뢰성을 보장할 수 없다. 따라서, 건물의 기밀성능 측정에서의 품질 확보를 위해서는 건물 기밀측정에서 발생하는 오차 요인과 현실적 문제점이 보완된 기밀성능 측정 지침 마련이 필요하다.

건물 기밀성능 측정 실태조사

국내 기밀측정 현황을 파악하기 위해 기존 지침을 검토하는 서면조사와 현장 측정 과정을 검토하는 현장조사를 1차와 2차로 구분하여 실시하였다(Figure 1). 1차 조사는 2023년 8월에 수행되었으며, 기존 매뉴얼 검토, 1차 서면조사, 1차 현장조사의 세 단계로 진행되었다. 먼저, 기존 매뉴얼 검토에서는 현장에서 적용 중인 한국에너지공단의 기밀측정 현장실사 매뉴얼과 국제 기밀측정 표준인 ISO 9972:2015 (ISO 9972, 2015)의 항목 및 내용을 비교·검토하였다. 이어서 1차 서면조사를 통해 측정기관의 인력, 장비, 측정방법 현황을 조사하였으며, 1차 현장조사에서는 실제 현장에서의 기밀측정 절차를 확인하였다. 1차 조사 종료 후 확인된 오차 요인들은 ISO 9972 측정절차를 바탕으로 제작된 기밀측정 세부지침서를 통해 보완되었으며, 보완된 지침서는 측정기관에 배포하여 측정에 적용하도록 하였다. 2차 조사는 2024년 7월에 수행되었으며, 1차 조사에서 마련된 지침서의 현장 적용 결과를 검토하는 것을 목적으로 하였다. 이를 위해 2차 서면조사를 통해 측정기관의 인력 및 장비 현황을 다시 확인하였고, 2차 현장조사에서는 실제 측정 과정을 재검토하였다.

Figure 1.

Building airtightness measurement field surveys

1차 조사: 기밀측정 매뉴얼 검토

현장에서 적용되고 있는 기밀측정 매뉴얼을 측정표준인 ISO9972와 비교한 결과 측정의 전체적인 항목에서 차이가 발생하였다. Table 2는 ISO 9972 표준의 세부 항목을 기밀측정 매뉴얼과 비교한 표이다. 측정표준에서는 전반적인 기밀측정 과정에 대한 세부 사항을 규정하고 있으나 매뉴얼에서는 일부 항목만 기술되어 있으며 특히 현장에서 고려해야 하는 세부 규정들이 기술되어 있지 않다. 예로, 측정표준의 측정 절차 항목에서는 건물에서의 준비사항 및 절차에 대해 다루고 있으나 매뉴얼에는 제시되어 있지 않다. 또한, 가감압법을 이용하여 서로 다른 압력 차에서 5회 이상 측정하게 되어 있는 표준 사항과 달리 매뉴얼에는 감압법을 적용하여 일정 압력 차에서 3회 측정에 대한 평균 결과를 적용하고 있었다. 해당 항목들을 확인하지 않으면 시스템 및 개구부 영향에 의해 건물의 측정 상태가 달라지는 것을 고려하지 못하며 측정을 통한 오차 보정이 제대로 이루어지지 않는다.

1차 조사: 측정기관 및 방법 서면조사

기밀측정 인력, 측정장비, 측정방법 및 관리에 대한 실태조사를 위해 7개 기밀측정 기관에서 각 기관 담당자 3명을 대상으로 서면조사를 실시하였다. 서면조사는 측정기관 조사와 측정방법 조사로 구분되어 실시하였으며 측정기관 조사 결과인 인력, 장비와 측정방법 조사 결과인 건물정보, 측정준비, 기후, 측정으로 분류하여 Table 3에 나타내었다.

측정기관 조사 결과 50세대 이상의 측정 경력을 보유한 인원이 다수 존재하였으나 대부분 기밀측정 전담인력을 보유하지 않았으며 자격증 및 관련 교육 이수의 미흡함을 확인하였다. 각 측정기관에서는 기밀성능 측정장비를 보유하고 있으나 일부 장비는 교정 기간이 지났으며 교정이 비교적 이루어지고 있는 게이지에 비해 팬은 대부분 이루어지지 않고 있었다. 측정방법 조사 결과 면적 산정의 적용기준, 측정방법, 실링부위, 측정 횟수 등 다양한 항목에서 측정표준과의 기준 불일치가 있었으며 기후 조건에서도 일부 항목의 확인만이 수행되었다. 또한, 기존 지침 조사에서 확인했듯이 대부분 가압과 감압 측정 대신 감압 측정만을 수행하고 있으며 다점 측정 방식(Multi-point test)이 아닌 한점 측정 방식(One-point test)을 통해 기밀성능을 계산하고 있었다. 다점 측정 방식은 여러 압력차에서 측정된 결과의 회귀식을 통해 풍량을 구하는 방식으로 기밀성능에 의해 결정되는 유체 계수인 C 와 무차원 유체 지수인 n 은 추정회귀식을 통해 자동으로 결정된다. 이에 반해 한점 측정 방식은 50 Pa의 압력차에서 측정한 값의 평균으로 풍량을 구하는 방식이기 때문에 한 점만으로는 C, n 값을 계산할 수 없다.

따라서 결정된 n 값이 아닌 설정된 n 값을 적용하기 때문에 다회 측정 방식에 비해 실제와의 오차가 크게 발생하게 된다. 앞서 실시된 기존 매뉴얼 검토 및 서면 조사 결과를 통해 측정표준에서 규정하고 있는 다양한 항목에 대한 기준이 부재하거나 적용의 미흡함이 확인되었으며 인력, 장비, 측정방법의 다양한 항목에 대한 의견 및 수행 방법의 차이로 인해 측정 결과의 일관성을 확보하기에 어려움이 있는 것으로 나타났다.

1차 조사: 현장 측정 실태조사

1차 현장 실태조사는 현장에서 적용하고 있는 기밀측정 절차를 확인하기 위한 조사로 6개의 측정기관을 대상으로 주거 시험동에서 실시하였다. 각 조사 항목은 Table 4와 같다. 조사 결과 서면조사에서 확인하였듯이 측정의 전체적인 과정에서 기관마다 서로 다른 방법으로 측정을 수행하거나 측정하지 않는 항목들이 다수 확인되었다. 측정 전처리에서는 서로 다른 개구부 유형에 대해 실링 처리를 하고 있었으며 가압과 감압의 서로 다른 압력차에서 5회 이상 측정하는 표준 지침과 달리 감압의 50 Pa 압력차에서 3회 측정을 실시하는 것이 확인되었다. 또한, 총 4회의 베이스라인을 측정해야 하는 표준 지침과 달리 1회 측정만 수행하고 있기 때문에 베이스라인을 이용한 압력 보정 절차가 적절히 이루어지지 않고 있었다.

기존 지침 조사와 1차 현장 실태 조사 결과 측정표준을 바탕으로 측정 과정에서 발생하는 오차 요인을 확인하였다. 오차 요인의 대부분은 매뉴얼의 규정 미비와 측정 인력의 상세 기준의 불일치로 확인되었으며 이에 따라 측정장비부터 측정 결과 계산까지 기밀측정과 관련된 전 과정에서 오차가 발생하고 있었다. 오차 요인들의 개선안은 기밀측정 방법 개선 지침(Table 7)으로 제시되었으며 측정표준 기반의 기밀측정 세부지침서로 작성되어 측정기관의 전반적인 측정절차를 보완하도록 하였다.

2차 조사: 측정 기관 및 현장 측정 실태점검

2차 현황조사는 기밀측정 세부지침서 적용 후의 실태점검을 목적으로 하여 1차 측정 실태조사와 동일 항목을 대상으로 점검을 수행하였다. 6개의 측정기관, 기관별 3인에 대해 서면조사를 통한 측정기관의 인력, 장비 현황을 조사하였으며 실제 주거세대를 대상으로 기밀측정 과정을 검토하였다. Table 5는 ISO 9972의 측정표준을 바탕으로 한 1차 및 2차 현장조사 결과를 나타낸 표이다. 인력 부분에서는 기밀측정 교육을 이수하고 자격을 보유한 측정자가 증가하였다. 장비 부분에서는 블로우 도어 팬의 교정에 어려움이 있었으며 이는 국내에서의 교정이 제한적이기 때문에 시간과 비용 부담이 크게 나타난 것으로 확인되었다. 측정방법에서는 세부지침이 마련된 측정절차, 계산기준, 보고 및 검토 항목이 전체적으로 1차 조사 결과에 비해 개선된 것을 확인할 수 있었다. 다만, 측정 준비사항에서는 실링처리를 해야 하는 개구부의 항목에 대한 불일치가 지속적으로 확인되었으며 추가적으로 실제 현장 상황에 따른 장비 설치 위치, 세대 면적 계산을 위한 기준선 확인, 바람 등 환경 변화와 같은 현장 상황에 대한 대응의 어려움이 확인되었다.

건물 기밀 측정품질 개선 지침

기밀성능 품질 오차 요인 분석

기존 기밀측정 방법을 검토한 1차 결과와 기밀측정 매뉴얼을 보완한 2차 결과를 비교하였을 때 항목에 따른 개선 정도의 차이가 확인되었다. Figure 2는 각 기관의 1차, 2차 평가 항목에 대한 달성률을 나타낸 결과로 모든 기관이 해당 항목을 100% 달성한 경우 1, 18명 중 9명이 달성한 경우 0.5로 나타내었다. 인력 및 장비 부분에서는 1차 결과와 비교 시 약간의 개선 정도가 확인되었으나 다수 항목에서 지침대비 절반 수준의 달성이 확인되었다. 이와 달리 측정방법에서는 개구부 처리를 제외한 다수의 항목에서 표준에서 제시된 지침 수준을 달성한 것이 확인되었다.

인력 부분에서 발생하는 오차를 개선하기 위해서는 측정자에 대한 일정 수준의 객관성을 확보할 수 있는 숙련도 평가가 필요하다. 같은 매뉴얼을 적용하더라도 사람마다 실제 측정을 하는 과정이 다르게 확인되었기 때문에 일정한 자격요건과 훈련을 통해 각 측정자가 동일한 방식으로 측정 및 대응하도록 보장할 필요가 있다. 장비 부분에서의 오차 개선을 위해서는 장비에 대한 교정 및 교정서류 확인이 요구되어야 한다. 미교정된 장비 사용은 측정값 자체를 신뢰할 수 없으므로 인증된 검교정 기관을 통해 장비별 정확도 조건을 만족시키도록 관리하여야한다. 다만, 인력과 장비 부분은 1, 2차 비교 결과에서도 확인할 수 있듯이 측정 지침 적용만으로는 개선이 어려우며 제도적 요건을 통한 보완이 필요하다. 측정방법은 지침 보완을 통해 전반적인 측정 과정에서 다수 항목의 기준을 일치시킬 수 있었으나 개구부 처리와 같이 현장에 따라 상황에 차이가 발생하는 항목의 경우 개선 정도가 낮게 나타났다. 따라서, 세대선정, 면적 계산, 환경 대응과 같이 현장 상황에 따라 적용의 차이가 발생하는 항목에 대해서는 세부 상세 규정 및 예시 마련이 필요하다. 이에 따라 인력, 장비, 측정방법의 3가지 항목의 보완을 위해 측정기관 요건 및 기밀성능 측정 품질관리 지침을 마련하였다.

Figure 2.

Results of airtightness measurement field surveys: achievement rates for the first and second

측정기관 요건 지침

기밀측정은 측정기관의 측정자가 장비를 이용하여 측정을 수행하기 때문에 일정한 품질의 결과 확보를 위해서는 측정자를 대상으로 체계적인 자격 교육과 자격 검증을 위한 숙련도 시험이 필요하다(Table 6). 측정자 교육에는 실태조사에서 문제 요인으로 파악되었던 항목을 보완한 기밀측정 세부지침서 해설 및 현장 이슈를 반영한 이론 교육 및 실습이 수행되어야 한다. 숙련도 시험은 ISO/IEC 17025의 숙련도 시험 기술표준을 고려하여 자격을 획득한 측정자들의 지속적인 품질확보를 위해 수행되어야 하며 일정 주기를 기준으로 동일 시료에 대해 수행된 기밀측정 결과값을 검토하여야 한다. 측정 자격 취득자는 자격 갱신을 위해 기밀측정 절차에 따라 숙련도 시험을 수행하여야 하며 결과값에 대한 오차 검토를 통해 자격을 평가하게 된다.

기밀성능 측정 품질관리 지침

기밀성능 측정 품질관리 지침은 ISO 9972 측정표준 항목을 바탕으로 하여 기존 측정 매뉴얼에서 명시되어 있지 않거나 상세 설명이 필요한 항목에 대해 Table 7과 같이 보완되어 제시되었다. 장비 항목은 설치 상세, 모델명, 검교정 일자가 포함된 장비 검교정 성적서 제출을 지침에 명시하였다. 측정방법은 표준에 규정되어 있으나 매뉴얼에 적용되지 않은 항목에 대한 요건을 추가하고 측정자마다 적용 기준이 달랐던 항목에 대해 세부 기준을 보완하는 방법으로 개선되었다. 특히, 현장 상황에 따라 차이가 발생하는 측정 대상 선정, 면적 및 부피 계산, 개구부 처리, 측정 순서 및 횟수 항목은 상세 지침 및 주의사항 제시를 통해 보완되었다. 개선이 적용된 지침 결과는 2023년 작성된 기밀측정 세부지침서를 바탕으로 보완되어 2024년 기밀측정 세부지침서에 적용되었다.

결 론

건물 기밀성능의 중요성이 높아짐에 따라 각국에서는 기밀성능 제도, 기준, 측정방법, 측정 자격 등 다양한 분야에서 신뢰성을 확보하기 위한 노력을 강화하고 있다. 본 연구에서는 국내 기밀성능 측정값의 신뢰성 확보(품질 확보)를 위해 2년에 걸친 실태조사 결과를 요약하고, 신뢰성을 저하시키는 주요 요인을 개선하기 위한 세 가지 필요 요건을 도출하여 기밀성능 측정 지침을 개선하였다. 1차 실태조사를 통해 측정표준과의 불일치 요인 및 개선점을 확인하였고, 이어서 개선된 세부지침서의 현장 적용을 검토한 2차 실태조사에서는 추가적인 개선 사항을 파악하였다. 최종적으로 기밀성능 측정의 신뢰성 강화를 위해서는 측정자의 숙련도 향상, 장비 관리 강화, 세부 규정 마련이 필수적인 필요 요건으로 도출되었으며 ‘측정기관 요건’과 ‘기밀성능 측정 품질관리 지침’에 구체적으로 규정하였다. 이러한 개선을 통해 측정자, 장비, 매뉴얼에 의한 오차를 최소화하고 측정을 통한 기밀성능 값의 품질을 향상시킬 수 있을것으로 기대되며, 장기적으로의 기밀성능 품질 향상을 위해서는 필요 요건의 수준을 보장하는 제도적 체계 마련이 필요할 것으로 예상된다.