서 론
분석방법 및 대상 소개
기밀성능측정 방법
기밀성능측정 대상
결과 및 고찰
일반건축물과 저에너지건축물의 기밀성능 차이분석
기밀성능 취약 부위
노후건축물의 기밀 리모델링 사례
결 론
서 론
기후변화 대응으로 탄소중립은 지속 가능한 발전을 위한 가장 중요한 과제 중 하나이다. 건축 부문은 에너지 소비에 따른 탄소 배출에서 큰 비중을 차지하며, 그중에서도 건축물의 기밀성능은 건축에서 에너지사용과 관련하여 중요한 요소로 인식되고 있다. 따라서 기밀성능 향상은 탄소중립 달성에 중요한 요인으로 고려되고 있다. 이러한 기밀성능과 관련하여 단열성능이 제시되어있는 건축물 에너지 절약설계기준과 같은 국내기준은 부재한 실정이다. 다만 국내에서 제시하고 있는 기준 중 하나로 (사)한국건축친환경설비학회의 건축물 기밀성능 기준에서는 일반 건물 5.0 h-1회 이하, 에너지절약 건물 3.0 h-1회 이하, 제로에너지 건물 1.5 h-1회 이하로 제시하고 있다. 해당 기준을 제외하면 법적 규제나 지침이 부족하여 건축물의 기밀성능 관리에 한계가 있다. 이로 인해 건축물의 기밀성능 현황을 정확히 파악하고 체계적인 개선을 통해 건축물의 에너지 저감, 나아가 탄소중립을 달성하는 방안 마련에 어려움이 존재한다.
국내 및 해외에서 건축물의 기밀성능 측정 연구는 최근 다양한 건축 유형과 규모를 대상으로 활발히 진행되고 있다. 먼저, Bae and Choi (2020)는 국내 비주거 건축물에 대한 기밀성능을 통해 ZEB 구현을 위한 기밀 시공가이드 라인을 제시하였고 Jeong and Lee (2023)은 신축 공동주택의 기밀성능 현황을 확인하였다. Kang et al. (2019)는 공동주택의 건설방식에 따른 기밀성능을 분석하였고 Bae et al. (2017)은 슬라이딩 창호에 기밀자재등을 활용하여 기밀성능을 약 29% 향상 시킬 수 있는 것으로 나타났다. Foroushani (2022)은 캐나다의 145채 단독 및 공동 주택에 대한 기밀성능 측정 결과를 분석하여 2030 제로에너지 건축 전환을 위한 방안 마련을 제시하였고 Ünlütürk and Özbalta (2024)은 지중해성 기후대의 43채 주택의 기밀성능을 측정하여 건물 외피에서 기밀성능에 영향을 미치는 설계 인자로 창호종류 및 면적이 가장 큰 요인인 것으로 분석하였다. Ji et al. (2024)는 중국의 저에너지 건축물 8채를 대상으로 기밀성능 취약부위를 확인하고 개선방안을 실험적으로 도출하였다. Ji et al. (2016) 등은 다수의 공동주택 단위세대에서 기밀측정을 수행, 누기 부위가 창틀, 배관 관통부, 벽체 접합부에 집중됨을 밝혔고, Park et al. (2022)의 개선 사례에서는 이런 취약 부위 보완으로 기밀성능이 현격히 향상되는 점을 확인하였다. Hwang and Park (2025)은 아파트 단지를 대상으로 기밀성능과 에너지 소비 간 상관성을 분석한 결과, 우수한 기밀성능이 난방 및 냉방 에너지 절감에 크게 기여함을 입증하였다. Kim et al. (2021)은 저에너지 건물의 기밀성능 실측을 통해 누기 발생 주요 부위를 파악하고, 시공 가이드라인을 제시하여 건물의 기밀성 향상을 위한 방안을 도출하였다.
이러한 연구에도 불구하고, 국내에서 많은 부분을 차지하고 있는 노후화되고 일반적인 건물을 대상으로 한 체계적인 기밀성능 측정과 분석이 충분하지 않은 실정이다. 이에 본 연구는 그동안 누적된 기밀측정 데이터를 분석함으로써 현재 국내 건축물의 기밀성능 현황을 분석하고자 한다. 또한, 건물 기밀성능에 영향을 주는 주요 원인을 다각도로 검토하며, 이를 개선하기 위한 실질적인 해결방안을 고찰하고자 한다.
분석방법 및 대상 소개
기밀성능측정 방법
기밀성능 측정 방법에는 크게 Blower Door Test와 가스 추적법이 있으며, 본 연구에서는 Figure 1과 같이 Blower Door Test 방식을 활용하여 기밀성능을 측정하였다. Blower Door Test는 개구부에 팬을 설치하여 실내를 인위적으로 가‧감압하여 일정한 압력차를 발생시키고, 팬을 통과하는 유량을 측정하여 건물의 기밀성능을 정량적으로 평가하는 시험방법이다. ISO 9972을 기준으로 건축물의 압력차를 10 Pa이상의 서로 다른 압력조건에서최소 5번 가‧감압하여 측정을 진행하였다. 측정을 진행한 후 50Pa의 감압조건에서 기밀성능취약부위를 확인 하기 위해 풍속계와 스모그머신을 통해 기밀 취약부위를 확인하였다.
기밀성능측정 대상
분석 대상 건축물은 222채 저에너지건축물의 기밀성능 데이터와, 기밀성능 측정을 희망하는 일반건축물 61채의 기밀성능 측정값을 대상으로 분석을 진행하였다.
저에너지 건축물은 건축단계에서 저에너지건축물 인증 획등을 고려하여 기밀성능을 고려한 설계와 시공이 진행되었으며, 일반건축물은 저에너지건축물 인증획득을 고려하지 않은 설계와 시공이 진행된 것으로 확인되었다. 건축물 유형에 따른 차이점은 다음의 Table 1과 같다. 기밀성능을 반영한 설계의 차이로 인해 시스템 창호의 적용 여부, 창호프레임의 개스킷 설치 여부, 프레임과 외벽 틈새의 팽창형 PU 폼 충진, 개구부 기밀처리의 공정 등이 다소 상이한 것으로 파악되었으며, 또한, 추가적으로 목구조 건축물에서는 실내외 방습층 및 투습방수지와 같은 같은 멤브레인의 적용 유무에서도 차이가 나타는 것으로 확인하였다.
Table 1.
Comparison of low-energy and Conventional Bldg. based on applied elements
결과 및 고찰
일반건축물과 저에너지건축물의 기밀성능 차이분석
측정 대상 건축물들을 분류기준에 의거하여 일반건축물과 저에너지건축물로 분류하여 건축물 간의 기밀성능을 비교 분석 했을 때 아래의 Figure 2와 같은 결과가 나타났다.
일반건축물의 경우 ACH50@50pa 값이 넓은 분포를 보이며, 최저 0.56 h-1회에서 최대 24.81 h-1회로 건축물 별 편차가 상당히 큰 것으로 확인되었다. 0.56 h-1회의 기밀성능이 좋게 나타난 일반건축물의 경우, 저에너지건축물 인증을 고려한 건축물은 아니지만, 건축주의 요구사항으로 시스템창호가 설치되었으며, 개구부 주위와 배관에 기밀 시공이 이뤄진 건축물로 확인되었다. 나머지 일반건축물은 각 건축물의 상황에 따라 기밀성능 편차가 크게 나타났으며, 그 이유는 다음과 같이 나열 할 수 있다. 목창호, 알루미늄 혹은 PVC의 창호 프레임의 상이, 슬라이딩 창호의 모헤어 불량유무 및 방풍제품의 사용 유무, 실내외를 관통하는 배관부위의 개수 및 면적 차이, 해당부위에 대한 기밀 작업 부재 등으로 인해 기밀성능의 차이가 발생하는 것으로 파악되었다. 이는 일반건축물에서는 건축주의 특별한 요구사항이 없는 한, 보편적으로 기밀에 대한 고려가 전혀 되고 있지 않으며, 설계 및 시공 과정에서도 기밀성 확보를 위한 체계적인 관리나 기준이 부재하다는 것을 의미한다.
반면에, 저에너지 건축물은 ACH50@50pa 값이 1 h-1회 내외로 매우 낮고 일정한 수준을 유지하고 있는 것으로 나타났다. 이는 저에너지 건축물의 기밀성능을 1 h-1회 이하라는 수치를 목표로 설계하기 때문인 것으로 파악되며, 기밀성능을 1 h-1회 이하의 해당 목표를 달성하지 못한 건축물의 비율은 12%로 나타나 상당히 편차가 작은 것으로 확인되었다.
다음으로는 일반건축물을 대상으로 준공연도 별 기밀성능을 분석한 결과를 Figure 3에 나타냈다. 2000년대 이전 건축물은 ACH50@50pa 값은 상당히 넓게 분포하는 것으로 나타났으며 평균 13 h-1회로 나타나났다. 이는 당시 건축물의 기밀성능에 대한 개념이 나타나기 이전이고, 해당 시기의 창 및 문 또한 기밀성을 반영하지 않은 제품이기 때문에 상당히 취약한 기밀성능이 나타난 것으로 확인되었다. 일부 노후 건축물의 경우 리모델링을 통해 창과 문의 기밀성능이 개선된 사례도 존재했으나, 대부분의 노후 건축물의 경우 취약한 기밀 부위를 그대로 방치하는 사례가 많은 것으로 확인되었다.
2000년대 이후 준공된 건축물의 경우 평균 4.61 h-1 회 이하로 나타나 2000년도 이전의 건축물과 비교하여 기밀성능이 점차 향상 되는 것으로 나타났다. 이는, 건축물의 에너지절약설계 개념, 창과 문의 기밀성능 향상 등으로 인해 기밀성능이 좋아진 것으로 판단되나, 2000년대 이후 현재까지 뚜렷한 감소세를 나타내지는 못하는 것으로 나타났다. 이는 건축자재 및 제품의 품질 개선으로 인해 약 4.61 h-1 회 정도의 기밀성능은 확보하였으나, 저에너지건축물과 비교했을 때 상당한 편차를 나타내는 수준에서 정체되어 있는 것으로 분석되었다.
이는 단순히 자재 성능의 개선만으로는 한계가 있으며, 설계 단계에서의 기밀성 고려, 시공 품질의 관리, 그리고 완공 후의 기밀성 검증 절차가 체계적으로 이루어지지 않았기 때문으로 판단된다. 따라서 향후 일반건축물의 에너지 성능 향상과 실내 환경 개선을 위해서는 기밀 시공의 중요성을 설계 초기 단계부터 반영하고, 표준화된 시공 매뉴얼 및 사후 검증 절차를 의무화하는 제도적 장치가 마련될 필요가 있다.
Figure 4는 일반건축물의 용도별 기밀성능을 나타낸 것이다. 일반건축물의 경우 아파트와 같은 공동주택유형으로 갈수록 기밀성능이 향상되는 양상을 확인 할 수 있다. 벽식구조인 공동주택의 구조적인 특성과, 공동주택 신축의 경우 창 및 문에 대한 성능이 일반건축물 대비 고성능 창과 문이 사용되는 등 에너지적으로 법적 테두리에서 관리가 되고 있기 때문에 기밀성능 또한 다른 건축물에 비해 우수하게 나타난 것으로 판단된다. 상가건물의 경우 측정된 건축물에서 준공연도가 오래된 건축물이 다소 많아 기밀성능이 상당히 저조한 것으로 분석되었으며, 특히 외부로 연결되어 있는 문이 바닥에 떠 있는 구조의 제품이 설치되어 있는 상가 건물이 많은 것으로 확인되었다.
Figure 5는 건축물의 연면적에 따른 기밀성능을 분석 결과이다. 건축물의 연면적을 0-50 m2, 50-100 m2, 100-150 m2, 150-250 m2, 250-1500 m2로 나누어서 분석하였다. 평균 값을 확인하면 100-150 m2 구간이 가장 좋은 기밀성능 6.82 h-1 회, 250-1500 m2 구간이 가장 취약한 기밀성능 11.97 h-1 회를 나타내었지만 이는 측정된 대상건축물의 개소 편차로 인한 것으로 판단되며, 뚜렷한 차이점을 확인하지는 못하였다. 다만, 전반적인 기밀성능을 확인했을 때, 유사한 연면적이라도 기밀성능의 편차가 많이 발생하는 것을 알 수 있으며, 동일한 연면적 범주 내에서도 건축물마다 설치된 제품의 형태, 배관 및 개구부의 개소와 개구부 주변에 대한 시공 디테일의 차이에 따라 성능 격차가 크게 나타날 수 있다는 것을 의미한다.
기밀성능 취약 부위
기밀성능 측정이 수행된 일반건축물을 대상으로, 성능 저하의 주요 요인을 파악하기 위해 50 Pa의 압력차를 형성한 후, Figure 6과 같이 풍속계와 스모그 머신을 활용하여 건축물 내 기밀 취약 부위를 정밀 분석하였다. 이러한 현장 측정은 단순한 기술적 진단을 넘어, 사용자가 체감할 수 있는 형태로 문제의 심각성을 전달함으로써, 건축주와 재실자에게 기밀의 중요성을 인식시키고 구체적인 개선 방향을 제시할 수 있다.
풍속계와 스모그 머신을 활용한 분석 결과, 건축물에서 발생하는 기밀 취약 부위는 크게 두 가지 유형으로 구분되었다. 첫째, 가장 빈번하게 나타난 취약 부위는 창호 영역으로, 특히 슬라이딩 창호 프레임의 하부와 창호와 벽체의 연결부위에서 국부적인 공기 누설이 다수 확인되었다. 다수의 현장에서 창호의 시공 정밀도 및 접합부 처리의 미흡이 기밀성능을 악화시키는 주요 원인으로 작용한 것으로 판단된다. 둘째, 설비의 외부 관통 부위 또한 주요 기밀 취약 지점으로 확인되었다. 화장실 점검구 천장 내 배관 주변부에서 공기 누설이 집중적으로 발생하였으며, 국부적으로는 배전반 및 콘센트 부위에서도 기밀층의 불연속이 관찰되었다. 이러한 결과는 건축물의 주요 관통부 및 접합부 디테일이 기밀성능 확보에 있어 결정적인 영향을 미친다는 점을 시사한다.
먼저, 창호 부위에서 확인된 주요 기밀 취약 요소를 Figure 7에 정리하였다. (a)와 (c)에 나타난 사례에서는 창호 프레임과 벽체 사이의 틈새가 충분히 충진되지 않아, 기밀층이 형성되지 않은 상태로 남아 있는 것이 관찰되었다. 이러한 부위는 폼 충진 및 프레임-벽체 간 기밀테이프 시공을 통해 빈틈을 완전히 밀폐해야 기밀성능을 확보할 수 있으나, 일반건축물 현장에서는 해당 작업이 결여된 경우가 다수로 확인되었다. 또한 (b)에서는 창호 프레임 자체에 외부와 통하는 구멍이 존재하는 사례가 관찰되었으며, 이는 자재 생산 또는 운반 과정에서 발생한 손상으로 인해 형성된 것으로 판단된다. 더불어, (d)에서 확인된 걸쇠형 여닫이 창호 방식의 경우, 2020년 이후 신축 건축물에서도 여전히 적용되고 있었으며, 이러한 구조적 특성이 기밀성능 저하의 직접적인 원인으로 작용하고 있음을 확인할 수 있었다.
다음으로 확인된 주요 기밀 취약 부위는 설비의 외부 관통부로, 현장에서 관찰된 대표적인 사례인 콘센트 부위와 천장 내 상·하수 배관 연결 부위를 Figure 8에 정리하였다. 벽체를 관통하는 배관 및 전기 콘센트 주변은 마감 처리가 미흡할 경우, 콘센트 개구부를 통해 외부 공기가 실내로 직접 유입되어 침기 현상이 발생한다. 이로 인해 실내 측 표면 온도가 저하되고, 국부적인 결로가 발생함으로써 누전이나 부식 등 2차적인 손상으로 이어질 위험이 존재한다. 수도관 배관 역시 벽체나 슬래브를 관통하는 구간에서 마감이 불완전하거나, 적절한 기밀 테이프 및 보강재가 적용되지 않을 경우 외기가 다양한 경로로 침입하게 된다. 특히 천장 내부의 설비 배관 구간은 시공 접근성이 낮아 기밀 시공이 누락되는 경우가 많으며, 이로 인해 광범위한 누기 경로가 형성되어 전체 기밀성능에 미치는 영향이 매우 큰 것으로 확인되었다.
이러한 설비의 외부 관통 부위에 대한 기밀성능 저하 정도를 정량적으로 확인하기 위해 추가적인 열화상 분석을 수행하여 Figure 9에 나타냈다. 분석 결과, 콘센트 및 배전반과 같은 설비 부위뿐만 아니라, 단독주택의 지붕 부위에서 기밀 처리가 미흡한 경우, 주변 벽면 대비 최대 약 6℃ 낮은 표면 온도를 나타내는 것으로 확인되었다. 이로 인해 국부적인 Cold Draft가 발생하며, 실내로의 냉기 유입이 뚜렷하게 관찰되었다.
따라서 외부와 직접적으로 연결될 수 있는 콘센트 박스, 배전반, 배관, 그리고 지붕과 벽체의 접합부와 같은 구조적 연결 부위에 대해서는 설계 및 시공 단계에서 기밀층의 연속성을 확보할 수 있는 세밀한 시공 디테일이 반드시 고려되어야 한다. 이러한 접근을 통해 공기 누설을 최소화하고, 열적 쾌적성과 에너지 효율을 동시에 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.
노후건축물의 기밀 리모델링 사례
기밀성능을 측정 및 취약부위를 확인하였을 때 주요 취약부위로 창호와 외부관통부위로 나타났다. 해당하는 부위에 대해 근본적으로 개선하기 위해서는 설계단계에서부터 구조별, 부위별 특성에 맞춘 체계적인 기밀을 고려한 설계 방안이 필요하다. 우선 창호의 경우 이음매, 틈새, 연결부의 기밀 시공 절차를 표준화해야 하며, 그 밖에도 각종 설비 및 배관 관통부 역시 동일하게 누수 경로 차단과 연속된 기밀층 확보에 초점을 맞춰야 한다.
창호의 기밀성능을 향상시키기 위해서는 Figure 10에 제시된 네 가지 단계의 절차를 체계적으로 수행해야 한다. 우선, 창호가 설치될 벽면의 바탕면을 정비하여 요철부나 이물질을 제거함으로써 기밀 자재의 접착력을 확보한다. 다음으로, 창호 프레임을 정확한 수평·수직 위치에 고정한 후, 프레임과 벽체 사이의 틈새에 연질폼을 균일하게 주입하여 단열 및 기밀 성능을 동시에 확보한다. 충진이 완료된 후에는 프레임 둘레 전체에 기밀 테이프를 부착하여 구조체와 접착 연결처리함으로써 장기적으로 안정적인 기밀층을 유지할 수 있도록 한다. 이러한 시공 방법은 준공 후 30년 이상 경과한 노후 건축물의 리모델링 현장 2곳에서 실제로 적용되었다. 기존의 단창을 철거하고 시스템 창호로 교체한 뒤, 위의 기밀 시공 절차를 적용하였다.
해당 리모델링 현장에서는 외부로 관통하는 배관부위에 대해서도 Figure 11과 같이 기밀시공이 이루어졌다. 먼저, 관통부 주변의 여유 공간은 우레탄 연질폼 재료를 이용하여 빈틈 없이 충진함으로써 단열확보와 공기 침투 가능성을 최소화하였다. 그 후, 관통 자재와 벽체의 접합부에는 고성능 기밀테이프를 적용하여 연속적이고 안정적인 기밀층을 형성하였으며, 현재 사용하지 않는 벽체의 관통부위도 모두 폼 충진과 기밀작업이 이루어졌다. 또한, 분전반을 통과하는 전기배선에서도 전용 기밀 캡을 활용하여 기밀성능을 향상시키기 위해 노력하였다. 이와 같은 시공 방식을 통해 관통부 주변에서 발생하던 공기 누설이 현저히 감소하였으며, 외피의 전체 기밀성능 향상에도 직접적인 효과가 있는 것으로 확인되었다.
리모델링 전후 기밀성능을 분석한 결과, 기존 6.23 h-1 회와 8.17 h-1회의 기밀성능을 나타내었던 건축물이, 리모델링 이후 기밀성능은 3.62 h-1회와 3.02 h-1회로 기밀성능이 향상된 것으로 확인되었다. 이를 통해 노후 건축물에서도 기밀작업이 포함된 리모델링을 통해 건축물의 기밀성능이 높아질 수 있음을 실증적으로 확인하였다.
결 론
본 연구는 국내 약 280채를 대상으로 블로어도어 테스트를 통한 기밀성능 측정을 진행하며 다양한 건축물의 기밀성능을 정량적으로 분석하고, 저에너지건축물과의 비교를 통해 국내 건축물의 기밀성능 수준 및 주요 취약부위를 도출하였다.
분석 결과, 일반건축물의 기밀성능은 0.56~24.81 h-1회 범위로 편차가 매우 컸으며, 대다수의 일반건축물에서는 기밀시공이 결여되어 있는 것으로 확인하였다. 2000년도 이후에 건축된 일반건축물도 기밀성능이 상당부분 개선되어 약 4.5 h-1회 의 기밀성능을 나타내었지만, 건축물간의 기밀성능 편차가 상당히 큰 것으로 파악되었으며, 저에너지건축물과 비교할 때 상당한 격차가 발생하고 있는 것으로 분석되었다.
결론적으로, 국내에서 기밀성능을 고려하지 않고 지어진 건축물의 일반적인 기밀성능은 상당히 열악한 것으로 나타났다. 이러한 건축물의 기밀성능을 개선하기 위해서는 설계단계에서부터 부위별 기밀계획을 수립하고, 외부 관통부위에 대한 표준화된 시공지침을 마련하고 적절한 기밀자재를 적용해야한다. 나아가 시공 후 검증 절차를 체계화 및 모니터링 함으로써 일반건축물에서도 저에너지건축물 수준의 기밀성능 확보가 가능할 것으로 판단된다.
일반건축물의 기밀성능 저하의 주요 원인으로는 창호 주변부와 설비 외부 관통부가 확인되었다. 이에 따라 본 연구에서는 노후 건축물의 리모델링 현장에서 기밀시공을 적용한 사례를 통해 그 개선 효과를 검증하였다. 시스템창호의 적용과 개구부위와 배관부위의 기밀 시공을 병행한 결과, 노후 건축물에서도 기밀성능이 현저히 향상될 수 있음을 확인하였다.
따라서 일반건축물의 기밀성능을 근본적으로 개선하기 위해서는 기밀 시공을 포함한 체계적인 리모델링 전략의 수립이 필요하다. 기존 건축물은 설계 단계에서 기밀성능이 충분히 고려되지 않았기 때문에, 단순한 창호 교체나 단열 보강, 설비 교체와 같은 일반적인 리모델링 방식만으로는 근본적인 성능 향상을 기대하기 어렵다. 이에 더해, 기밀층 형성에 대한 통합적 설계 개념을 리모델링 프로세스 전반에 반영하고, 창호·관통부·외피 접합부 등 주요 취약 부위에 대해 표준화된 기밀 시공 디테일을 적용하는 것이 필수적이다. 이와 같은 접근은 단순한 에너지 절감 효과를 넘어, 건축물의 열적 쾌적성 향상과 실내환경의 질적 개선, 나아가 탄소중립형 도시 전환을 위한 기반 조성에 크게 기여할 수 있을 것이다.
