목조주택의 단열 성능 ④
목조주택의 단열 성능 ④
  • 나무신문
  • 승인 2009.02.19 00:00
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

- 경골 목구조체를 중심으로

<지난호에 이어>

경량 철골 구조체에 대한 유효 RSI 값은 동일한 단열재로 채워진 목조 구조체 보다 훨씬 낮다. 경량 철골 구조체는 포상물질 덮개가 없는 목조 벽과 동일한 유효 RSI 값을 얻기 위하여 외부 포상물질 덮개로부터 높은 열저항을 필요로 한다. 이는 동일한 성능을 얻기 위해 비용의 증가를 초래한다.
HOT2000은 캐나다천연자원부에서 개발한 주택 건물용 에너지 분석 프로그램이며 www.buildingsgroup. nrcan.gc.ca에서 볼수 있다. 이 프로그램은 설계자로 하여금 다양한 건물 설계에서의 에너지 사용을 평가할 수 있게 한다.

현장 측정과 모델링

현장 보고서는 실제크기가 철골조 주택의 단열 성능이 앞서 토의된  실험실 측정치 보다 떨어짐을 보여준다.

실험실에서 사용한 표본은 표준 시공에서 볼 수 있는 교차점, 창문틀 또는 문틀과 같은 이형이 없는 “공”벽이었다. 이러한 실험실 테스트들은 또한 지붕 골조나 토대와 같은 구조의 다른 부분들로부터 단열 측면에서 격리된 벽 부분에 국한되었다. 다음 테스트는 성능이 실제로 산정되는 철골조 주택에서 수행되었다.

온도기록 테스트
적외선 온도기록은 전통적인 목조 벽과 비교하여 경량 철골이 건물 외부로부터 많은 열 손실을 초래하고, 강재 트러스를 목재 트러스로 바꾸면 다락방의 단열 성능을 크게 향상시킴을 보여준다. 강재 스터드 지점에서 측정한 온도는 사이 공간 지점에서 측정한 것보다 4℃가 낮았다.
오리건주 포틀랜드의 본느빌 전력공사(Bonneville Power Administrati-on)가 경량철골 주택에 대해 실시한 온도기록 테스트는 합판 덮개와 18.5㎝ 포상물질 덮개를 지닌 벽들이 단열 측면에서 동일함을 보여주었다.

공간 단열재와 RSI 1.1 덮개를 갖춘 140㎜ 벽의 적외선 온도기록에 의하면 외부 온도가 4.4℃일때 강재 스터드 위의 실내벽 표면 온도는 7.3℃였다. 이 연구는 열이 강재를 통해 아래로는 기초와 위로는 강재 지붕 구조까지 이동했음을 보여준다.
미국철강협회(AISI)가 실시한 실험실 테스트는 2.5㎜ 포상물질 덮개가 강재 스터드와 공간의 기온차를 1.6℃ 아래로 유지시킨다고 결정을 내렸다. 실제 주택에 대한 온도기록 현장 테스트에 의하면 강재 스터드와 공간의 기온차는 50㎜ 포상물질을 사용한다해도 2.3℃였다. 현장 성능을 실험실에서 측정한 성능보다 크게 떨어지는 것으로 나타났다.

공기 침입
델라웨어주 윌밍턴의 에너지서비스그룹(Energy Service Group)은 ‘에너지 디자인 업데이트(Energy Design Update)’ 1995년 8월호에서, 주택에 있는 경량 철골 벽의 측정된 침기율은 목조 벽의 침기율보다 약 50% 높다고 언급했다.

이는 강재 벽 시공에서 상단과 하단 플레이트에 사용된 채널에 있는 구멍 때문이다. 이는 다락방으로 가는 수많은 침기점을 제공해 준다. 공기 침입의 증가는 또한 열교현상과 소음 전달을 줄이기 위해 사용되는 “햇(Hat)” 채널에 기인한다. 채널의 사용은 다락방에서 벽 전체 길이의 홈 구멍을 만들어 증가된 공기 흐름을 허용하게 된다.
실험실과 현장 테스트의 결과 차이때문에, 테네시주 오크리지의 오크리지국립연구소에 있는 연구원들은 실제 창문, 문 및 기타 건물요소들의 교차점이 공벽 실험실 테스트에 미친 영향에 대해 조사하게 되었다.

이 연구에서 보고된 벽 시스템의 경우, 전체 벽에 대한 경량 철골 벽의 유효 RSI 값은 공벽의 값보다 19%가 낮았다. 전체 벽에 대한 목조 벽의 유효 RSI 값은 공벽의 값보다 9%가 낮았다. 전체 벽을 고려할때, 경량 철골 벽의 유효 RSI 값은 목조 벽의 유효 RSI 값보다 40%가 낮았다.
요약하자면, 이 보고서는 창문, 문, 벽의 교차점과 지붕 및 토대와의 연결부와 같은 시공 특성들의 영향은 경량 철골 벽의 단열 성능을 목조 벽에 비해 더 많이 떨어뜨렸다는 결론이다. 목조 건축은 전체적인 단열 성능 측면에서 분명히 뛰어나다.

낮은 단열 성능의 영향

강철 스터드의 벽의 얼룩
강재 스터드 벽의 얼룩(Ghost Marks on Steel Stud Walls)
얼룩은 보기싫고 어두운 수직의 자국으로 외벽의 안쪽 표면 위 골조에 나타난다. US Steel이 1971년에 발표한 보고서에서 인용한 “얼룩(ghost marks)”은 주택 시장에서 강재 스터드에 대한 일반적인 수용을 저해하는 가장 큰 단일 미해결 기술 문제로서 강재때문에 나타나는 것이다. 강재 스터드의 설계는 바뀌지 않았고 얼룩은 문제로 남아있다.

일반적인 믿음과는 반대로, 얼룩은 수분 응축으로 초래되는 것이 아니며, 심지어 완벽하게 건조한 환경에서도 발생할 수 있다. 얼룩은 떠다니는 먼지 입자때문에 발생하는데 이는 사방으로 끊임없이 움직이며 차가운 벽에서보다 따뜻한 공기에서 더 빠른 속도로 에너지를 흡수한다. 그 결과, 먼지 입자는 차가운 벽 표면쪽으로 밀쳐진다.

목조 벽과 같이 균일한 표면 온도를 가진 벽에서, 축적된 먼지는 벽 표면에 고르게 펼쳐 있으므로 눈에 띄지 않는다. 그러나 경량 철골 벽과 같이 냉점을 갖는 벽에서는, 먼지가 냉점 위에 더 빨리 쌓이고 얼룩으로 눈에 띄는 것이다.
US Steel은 1970년대 초에 일련의 실험을 수행하여 얼룩을 초래하는 조건을 조사했습니다. 발견 사항은 다음과 같다.
쪾얼룩은 벽 온도차가 1.8℃이상 바뀔 때마다 생겼다.
쪾심각한 변색은 강재 스터드의 온도가 공간보다 4.5℃ 이상 차가울 때 발생했다.

실내 공기질
열고지점에 국부적인 냉점이 생기는 것을 피하려면 강재 스터드 같은 높은 전도성을 지닌 골조 재료로 다르게 시공하는 것이 중요하다.
한 캐나다 연구원은 환경 건축 뉴스(Environmental Building News) 1995년 9/10월호에 보낸 서한에서 강재 스터드 상의 열교지점에 생기는 곰팡이 성장이 가져오는 건강문제에 대해 주의를 주었다.
곰팡이는 대부분의 주택에 있어 주요 실내 오염원이다. 습도가 높은 주택에서 국부적인 차가운 표면은 추운  몇개월이 지난 후 심각한 곰팡이 성장을 초래한다.
이 연구원은 곰팡이 성장 가능성과 건강에 대한 나쁜 영향을 줄이기 위해 경량 철골 부재의 외부에 단열재를 설치하여 냉점을 감소시키는 것의 중요성에 대해 반복하여 언급했다.

시공 비용 증가
경량 철골은 목조 시스템과 동일한 열저항을 얻기 위해 외부에 별도의 포상물질 단열재를 필요로 한다.

<다음호에 계속>