제로에너지 건축물 구현을 위한 열교 저감의 필요성 및 열교 차단 특수 자재

제로에너지 건축물 구현을 위한 열교 저감의 필요성 및 열교차단 특수 자재

오대석 건축사(정온건축사사무소)

두 번째 순서는 설계 실무에서 알아두면 에너지 절감 및 하자를 줄일 수 있는 열교에 대해서 언급하고자 한다.

열교란?

“Thermal bridge is a localised area of the building envelope where the heat flow is different (typically increased) compared to surrounding areas due to geometry or material changes.”

→ “열교란 건물 외피에서 주변 부위와는 다른(보통은 증가된) 열 흐름이 발생하는 국부적인 영역으로, 이는 구조의 형상 변화 또는 자재 변화로 인해 발생한다.”

 ISO 10211에 따르면, 열교는 다음과 같이 분류된다. 1)

열교를 왜 줄여야 하는지 어떤 부분에서 주로 발생하는지 알아보자?

먼저 왜 열교를 줄이는 설계를 해야 하는가?

첫째는 결로나 곰팡이 발생 등의 하자를 예방하기 위해 필요하다.

결로나 곰팡이 등의 하자는 열이 빠져 나가면서 표면 온도가 낮아지면서 발생한다. 습공기선도표로 분석해 보면 상대습도 50% 20℃ 공기가 12.6℃가 되면 상대습도 80%가 되면서 곰팡이가 발생하고, 9.27℃가 되면 상대습도 100%가 되면서 결로가 발생한다.

위 시뮬레이션에 의하면 외기가 –10℃, 실내가 상대습도 50% 20℃인 조건에서 내단열 비드법 보온판 1종3호가 150㎜ 설치된 벽체나 슬라브가 관통되는 부위에서는 열교로 온도가 낮아지면서 결로나 곰팡이가 발생될 수 있는 것으로 분석된다.

하지만 현행 건축물의 에너지절약설계기준에서 열교 방지가 의무 사항이 아니다 보니 많은 건축사 분들이 검토하지 못하는 부분이 많다.

공식적으로 참고할 만한 규정은 열교라는 명칭이 들어간 것은 아니지만 ‘공동주택 결로 방지를 위한 설계기준‘ 내용에 내단열이 적용되는 공동주택에서 결로 및 곰팡이 발생을 저감 시키기 위해 열교 부위를 어떻게 단열 보강을 해야하는지를 규정하고 있으며, 국토교통부에서 제작한 ’공동주택 결로 방지를 위한 상세도 가이드라인’에는 부위별 적용해야할 단열재의 두께 및 폭 등을 도면 및 시뮬레이션 결과를 함께 제시하고 있어, 공동주택이 아니라도 도서 작성 시 최소의 기준으로 참고하면 좋을 것 같다.

☞ 공동주택 결로 방지를 위한 상세도 가이드라인

그리고 건축물의 에너지절약설계기준 [별지 제1호서식] / 에너지절약계획 설계 검토서 / 에너지성능지표 항목 건축부문에 점수를 획득할 수 있는 항목이 있으며, 별표 11 외피 열교부위별 선형 열관류율 기준 표도 기준이 될 수 있을 것 같다.

둘째는 외피의 단열성능이 높아질수록 열교를 통해 손실되는 에너지 비율이 급격하게 커진다는 것이다.

연구결과에 의하면 패시브하우스, 제로에너지 수준만큼 외피 단열 성능이 우수할 경우, 상대적으로 열교의 영향도 커지며, 열교를 고려하지 않을 경우 실제 난방 에너지요구량은 최대 37%까지 과소 예측될 수 있다고 한다.

외피의 단열 성능이 낮은 과거에는 건물 외피 전 부위에서 고르게 많이 열이 손실되면서 열교 부위의 손실 비율이 크기 않았지만 외피의 법적 단열성능이 패시브하우스 수준까지 상향된 지금은 열교로 손실되는 에너지를 잡지 못하면 실질적인 제로에너지 건축물 구현이 불가능한 상황이다.

열교를 고려하지 않은 단열계획은 몇백만원이 넘는 패딩코트를 입었지만 여기저기 구멍이 많아 전혀 따뜻하지 않은 상황과 같다.

하지만 현재 일정 규모 이상의 건축물에서 의무적으로 받게 되어 있는 제로에너지건축물 인증(건축물에너지효율등급이 통합됨)을 위해 사용하는 ECO2 프로그램에서는 내단열, 외단열만 구분하여 일부 보정계수를 반영하는 수준에서 평가하고 있기 때문에 공사비 증액요소가 되는 부위별 구체적 열교 저감 방식은 현장에서 반영되기 어려운 것이 현실이다.

대표적인 열교 발생 부분은 크게 구조체를 통한 열교와 외장재를 고정하기 위한 철물 등을 통한 열교를 들 수 있다.

구조체를 통한 열교 부위 검토는 단면이나 평면에서 단열재가 설치되어 있는 구간만 형광펜으로 그어보면 생각보다 끊겨 있는 부분이 많이 있음을 알 수 있다.