KIEAE Journal

현재 국내 주거환경 기밀성 연구 동향을 살펴보면, Blower door를 이용한 국내 주거용 건물에 대한 기밀성 평가 연구로서 주상복합, 공동주택, 단독주택 연구¹⁾, 초고층 주거건물에서의 기밀성 평가²⁾, 충청지역 단독주택 기밀성 평가³⁾, 고기밀 고단열 주택의 기밀성 평가⁴⁾ 등의 연구가 수행되었다.

공동주택을 비롯하여 단독주택에 대한 연구가 진행되었으며 주거의 기밀성 수준이 과거에 비해 개선 정도, 외국 수준과의 비교를 하고 있으며, 현대 주택이 성능 개선 여부를 분석하는데 초점이 맞추어져 있다. 그러나, 국내 주거양식중 하나인 한옥에 대한 연구는 수행된 바 없는 것으로 파악되었다.

따라서, 대중화를 목표로 보급되는 국내 신한옥을 대상으로 현장 기밀성 평가를 실시하여 신한옥의 기밀성능이 다른 주거 형태와의 차이를 파악해 보고자 한다. 특히, 한옥은 기밀성능에 대한 별도의 평가기준이 없고 구법을 고려할 때 고기밀화를 장담할 수 없으므로 본 연구에서는 최근 시공되는 신한옥의 성능수준을 가름하고 그 전체적인 경향 분석을 연구의 범위로 하였다.

이와는 별도로 현재 실의 기밀성능에 영향을 미치는 부위에 대한 기여도 분석을 위해 표준 한옥 모델로 개발중인 실험한옥(Mock-up)을 구축하여 기밀성능을 평가 중에 있다. 동시에 목재 변형에 따른 물리적 영향을 분석하기 위해 건축연도별 기밀성능 평가 연구를 진행하고 있으며, 향후 추가로 구축될 실험한옥을 통해서도 이 부분에 대한 연구를 진행하여 한옥 성능 개선에 필요한 요소를 중점적으로 조사할 계획이다.

본 연구에서는 기밀성능 압력차 측정방법인 가압/감압법으로 Blower door tester 시스템을 이용하여 측정을 실시하였다. 측정기기는 캐나다 CGSB 149.15(1996)에서 제시하는 기밀도 측정방법에 따른 상용 Blower door 시스템으로 미국 Energy Conservatory사의 Minneapolis Fan Model 3을 사용하여 매뉴얼⁷⁾에 따라 진행하였다. 블로어도어를 제어하기 위한 소프트웨어로는 TECTILE Express(version 4.0.10.0)를 사용하였다.

동시에 블로우 도어를 이용한 기밀성 측정과정에서 측정의 신뢰성을 유지하는데 필요한 권장 외기 온도와 풍속 조건을 준수하였다. CGSB 149.15 기준에 따르면, 온도조건은 외기온도가 5℃이상, 외부 풍속이 5.56m/s 이하의 조건에서 15～60Pa 범위에서 가압/감압하도록 제시되어 있다, 따라서, 실측 조건을 만족하는 조건에서 측정을 진행하였다.

측정 가압/감압 조건은 15～50Pa 범위로 하여 팬 풍량을 5Pa 간격으로 낮추면서 각 압력차에서의 누기량을 측정하였다. 실제 누기면적 EqLA 또는 ELA를 측정하기 위해서는 10Pa과 4Pa에서의 누기량을 측정하여야 하나, 블로우도어를 이용하는 경우 이렇게 낮은 압력에 대한 누기량을 측정하는 것은 주변 기후 환경의 영향으로 측정이 어렵다. 따라서 10Pa과 4Pa에서의 누기량은 통계적 분석을 통해 추정으로 구하고 있다. 측정 50Pa부터 5Pa 간격으로 낮추어 가압/감압하면서 제시된 통계 그래프로부터 구할 수 있다.

다만, 한옥의 기밀성능을 측정하기 위해서 단위 세대 공간 개념으로 주출입구인 현관에 블로어 도어 팬을 설치하여 측정을 실시하려고 하였으나, 한옥 건축의 구조적 및 재료적 특성의 영향으로 현관에 팬을 설치하여 측정할 수 없는 실험 여건이 조성되었다. 그 이유로는 한옥의 경우 주요 건축구조재인 목재와 지붕 하부의 서까래, 높은 목조 천장 마감, 회벽마감 등의 재료적 특성으로 인해 현관에서 블로어 도어를 가동할 경우 평상시에는 육안으로 들어나지 않던 목재톱밥 가루와 실내 공간을 메우는 현상이 발생하였다.

측정 대상 한옥이 모두 집주인이 거주하는 살림집인 특성을 고려할 때 거주자들이 측정을 거부하는 상황도 발생함에 따라 단위 세대 공간에 대한 평가는 현실적으로 불가능하였다. 반면, 침실 공간은 천장 구조가 외부로 들어나지 않도록 현대식 천장을 취하고 있고, 온열환경 조건에서 매우 중요한 공간이라는 판단에 측정 대상 공간을 침실로 한정하여 측정을 진행하였다. 따라서, 블로어 도어 팬은 거실과 침실로 통하는 침실문에 설치하여 외피로 새어나가는 누기량을 측정하고자 하였다.

<그림 1>은 기밀성 측정 장면과 단위 세대 측정에 제약이 된 거실 천장 모습을 나타낸 것이다.

그림 1.  
기밀성 측정 장면

측정 대상이 된 신한옥은 전라남도 행복마을 한옥 중에서 선정하였다. 2007～2010년 완공된 한옥 중 총 517동에 대한 도면 분석과 현장 방문을 통해 전통한옥에 가까운 유형보다는 거실 중심의 신한옥 유형의 한옥을 선정하고자 하였다. 그 과정에서 마을 추진위원장을 통해 마을 전체 한옥 조성 계기와 전체적인 조성 현황 및 주요 건축마감재료 등에 대한 설명과 함께 거주자 직접 면담을 통해 측정 대상 한옥을 선별하는 작업을 진행하였다.

대상 한옥 선별은 다음과 같다.

① 거실에서 침실로 직접 통하는 거실 중심의 평면

② 거주인의 지속적으로 기거하는 생활 한옥

③ 이중창 이상의 창호 구조 시공 한옥

④ 현관 출입구가 있는 한옥

총 9개 한옥마을 중 16동을 선정하였다. 우선 측정 대상한옥의 경우 주목할 사항으로는 행복마을 한옥의 경우 조성과정에서 한옥마을 외부 전경의 통일성을 부여하기 위해 전라남도청에서 한옥 시공업체를 지정하여 시공하되, 한옥마을 조성과정에서 추진위원장을 중심으로 비교적 동일한 평면 및 벽체 구조 형식을 띈다는 것이다. 거주인의 성향에 따라 개인차가 있겠지만 마을별로 어느 정도는 일관성 있는 모습을 갖도록 시공하는 추세이므로 측정 대상으로 선정된 한옥은 대상 한옥마을의 한옥을 어느 정도는 대표한다고 볼 수 있다.

본 연구에서 필요로 하는 침실 공간의 건축적 요소를 분석하고 그 내용은 <표 2>에 정리하였다. 침실 중에서도 기밀성능 측정에 영향을 줄 수 있는 요소를 배제하기 위해 가구가 적고 취침 행위가 발생하는 공간을 선택하였다. 그결과, 대부분의 한옥이 평균 2～3개 정도의 침실을 두고 있으나, 측정 세대에 따라 침실 개수가 조정되었다.

바닥면적은 침실 공간의 실제 바닥 표면적을 산정하였고, 외표면적은 침실 공간을 중심으로 외벽, 내벽, 천장, 바닥 모든 면적을 합산하여 산정하였다. 그 이유로는 한옥의 경우 목재 구조재와 각 벽체의 이질재 접합부의 특성이 감안되어야 하기 때문이다. 실체적은 실내 안목 높이치수를 직접 실측하여 산정하였다.

목구조 노출 여부는 주요 구조부인(보, 기둥, 도리 등)의 부재가 실내로 노출된 경우와 노출하지 않고 천장재와 벽지 등으로 마감하여 비노출한 경우로 구분하였다<그림 2>. 벽 마감 재료는 대부분의 경우 벽지를 사용하고 있으며, 일부 세대에서는 미장 마감재를 노출한 공간도 확인되었다. 천장 마감은 벽지를 활용한 경우와 편백나무를 활용한 경우로 확인되었다. 침실 공간에 딸린 부속실에 대한 분류는 화장실 출입문이 있는 경우, 천장 다락 출입구, 옷장으로 활용되는 반침(붙박이장)이 있는 경우를 부속실이 있는 경우로 간주하여 분류하였다<그림 3>.

그림 2.  
목구조 노출 여부

그림 3.  
부속실(화장실, 반침 등)

그림 4.  
창호 모습

a) 곡성 금의-1	b) 여수 봉림-1
c) 여수 봉림-1	d) 보성 삼정-1
e) 보성 대은-1	f) 보성 대은-2
g) 영암 산정-1	h) 영암 산정-2
I) 영암 모정-1	j) 영암 모정-2
k) 강진 월남-1	l) 강진 월남-2
m) 강진 안풍-1	n) 강진 안풍-2
o) 장성 자풍-1	p) 장성 자풍-2

실의 기밀성능에 많은 영향을 미치는 개구부로서의 창의 종류는 창호의 개폐 유형(미서기(서), 여닫이(여), 미닫이(닫))과 창호 부재 틀의 재질(PVC, 목재), 창호 재질(복층유리, 판유리, 창호지, 플라스틱)에 따라 분류하여 정리하였다. 현재 가장 많이 사용되는 방식은 내측부터 pvc 복층 유리 미서기창에 창호지와 띠살, 판유리 순으로 부착된 목재 여닫이창이 함께 시공된 이중창 구조로 확인되었다. 그외에도 pvc 판유리(서)+pvc복층유리(서) 이중창 구조, 목재 창호지(서)+pvc 복층유리(서), 목재 판유리(서)+pvc 복층유리(서), 목재 창호지(닫)+목재(창호지+유리)(여) 구조로서 모두 이중창 구조의 창호이다.

개구부 수는 침실 경계 면에 존재하는 출입문, 창호, 반침, 다락 등의 모든 수를 합산하여 기록하였다.

<표 3>은 측정이 실시된 각 신한옥의 평면도와 침실 위치를 나타낸 것이다. <표 2>에 기술한 번호순에 따라 도면에 표시하였다. 장성 자풍의 경우에는 평면이 같은 두 집을 측정하게 되어 한 평면도에 함께 표시하였다.

신한옥 침실 공간의 침기등급 평가를 실시하였다. 비록대상 한옥 공간이 단위세대가 아닌 침실 공간이므로 다음에 제시하는 침기등급 결과가 한옥 전체의 기밀성능을 보여주는 것이 아니지만, 침실은 한옥 내부에서 가장 개인적이고 기밀성을 요하는 공간이므로 기밀성 향상을 위해 필요한 분석이라 판단하였다<표 7>.

분석 결과, 표준침기 LN은 0.42～3.92까지 매우 넓은 범위의 값이 도출되었다. 등급별로는 침실 대부분 공간 중 최상위 등급은 F 등급으로서 1곳(4%)이며, 과반에 해당하는 13곳(50%)이 최하위 J등급 이상으로 분류되었다. 현대주택과 한옥 주택의 구축 방식이 다르므로 직접적인 비교는 어려우나, 평균 NL인 1.87로서 국내에서 측정된 단독주택에 관한 연구 결과⁹⁾인 평균 0.82와 주거용 건물 단독주택 연구 결과¹⁰⁾인 0.65와 비교하면 높은 값을 보이고 있어 기밀성이 상대적으로 취약한 것으로 나타났다.

그림 10.  
침기등급 분포

ASHRAE에서는 각 등급별로 A(airtight, 매우 기밀, 전반적인 기계 환기가 필요한 수준), B&C(quite tight, 상당히 기밀, 환기시스템 필요), D&E(leaky, 공기 누설이 있는 상태, 약간 환기가 필요), F&G(sufficiently leaky, 상당히 누설이 있는 상태, 기계 환기 불필요) 수준으로 판단하고 있으며, H등급(환기 필요 없음, 기밀성 향상 필요) 위로는 비용 대비 효율이 높은(cost-effective) 기밀성 향상이 필요한 등급으로 제시하고 있다¹¹⁾. 이러한 측면에서 볼 때 대상 한옥 침실은 전체적으로 기밀성능 향상이 필요한 공간이라고 할 수 있다.

한옥의 특성을 고려하여 기밀성능 결과를 분석하면 침실보다 체적이 훨씬 크고 지붕 하부 서까래를 비롯한 당골막이, 목재와 창호 등 주요 구조부의 노출이 심한 거실을 포함하는 단위 세대 공간의 기밀성능을 평가 결과를 예상한다면 침실의 기밀성능보다 더 저하할 것으로 판단되며. 침기등급 F～H인 경우도 단위 세대에서는 더욱 저하할 것으로 예상된다.

측정 결과로부터 비교적 상위 등급을 확보한 실과 등급내(I등급)의 결과를 얻은 실의 특성을 비교하기 위해 열화상 분석을 통해 실간 비교를 진행하였다.

그림 11.  
열화상 분석 예(R4)

가장 상위 등급인 F등급을 확보한 R4의 경우 목재 노출 및 부속실이 없으며, pvc 복층유리 미서기 내창의 조건으로 타 조건의 침실에 비해 기밀성 측면에서는 가장 나은 성능을 보이는 공간이다. 실 공간 내에서 침기가 가장 많이 발생할 수 있는 위치 분석을 실시하였고, <그림 11>은 R4 침실의 촬영된 침기 부위에 대한 사진이다.

2면 모서리와 3면 모서리 부위에서 타 부위에 비해 상대적으로 낮은 표면온도 분포를 보이고 있다. 결로 발생가능성 평가인 내표면 온도차 비율¹²⁾로 평가를 해 보았을 때 0.43으로 “매우불량”에 해당하는 평가값을 확인할 수 있다. 표면 온도가 낮게 나타나는 것으로 단열설계 측면에서 충분한 열적 성능을 확보하지 못하였기 때문이기도 하지만 외벽 부재 및 천장 부재가 기밀하지 시공되지 않았기 때문이기도 하다. 오히려 벽체와 창호 접합부의 경우 높은 내표면 온도를 보이는 것으로 분석되었다. 창호의 경우에는 두짝 미서기가 서로 겹치는 부위에 틈새가 있으며 이 부위를 통해 침기가 발생하는 것으로 분석되었다.

침기등급 중 J등급을 제외한 가장 하위 등급인 I등급(27ACH, 31%)에 해당하는 8개 침실 중 한 군데인 R22의 열화상 분석 내용을 <그림 12>에 나타내었다.

그림 12.  
열화상 분석 예(R22)

전체적으로 2면 모서리와 3면 모서리 부위가 매우 낮은 표면 온도를 보이며 침기 및 결로 발생 가능성이 높은 것으로 확인되었다. 창호의 경우에는 두짝 미서기가 겹치는 부위에서 온도가 저하하는 것을 확인할 수 있다.

열화상 분석 대상이 된 R4, R22는 침기등급 내로 평가받은 침실 공간으로 목구조를 노출하지 않은 공간으로 각 수평부재와 수직부재 접합부를 비롯한 실내를 벽지로 마감한 공통된 특징이 있다. R22가 R4에 비해 창호의 수가 1개, 부속실(반침)이 더 있다는 점이 상대적으로 실의 기밀성능이 저하하고 있다는 것을 확인할 수 있다.

침실의 조건이 모두 상이하므로 모든 실의 직접적인 비교를 할 수 없으나, 공통된 특징으로는 2면, 3면 모서리 부위와 창짝 접합 부위가 열류의 이동이 많이 발생하는 위치로 확인되었고, 기밀성능 향상이 요구되는 부위라 할 수 있다.

현대인들의 주택에 대한 성능 요구 수준을 고려할 때 기밀성이 취약하다는 것은 건물의 열교 문제로 인한 단열 조건 개선에 대한 요구가 필요할 수밖에 없는 엄연한 사실이다. 특히, 겨울철 연료비에 대한 부담을 고려한다면 한옥의 기밀성은 여러모로 개선되어져야 할 부분이 많다고 판단된다.

이와 관련하여 국내의 많은 연구자들이 한옥의 성능 개선을 위해 목조 구조 부재 뿐만 아니라 벽체, 창호, 바닥, 지붕 등을 비롯한 각종 요소 부재에 대한 연구를 진행하고 있다. 특히, 접합부 시공성 확보는 기밀성능 및 단열성능을 향상시키는 데 매우 중요한 요소라 할 수 있다. 따라서, 오랜 시절 우리의 전통 건축 양식으로서 명맥을 유지해 온한옥이 향후 현대인들에게 보급형 한옥으로 서 대중성을 갖기 위해서는 성능 개선 연구가 지속되어야 할 것이다.