용인 메이플빌리지 토브 주택의 주요 공정

고효율 에너지 절감 수퍼-E® 하우스 인증 사례

저에너지 주택에 대한 관심이 급증하면서 일반 건축주에게도 에너지 효율에 대한 개념이 낯설지 않다. 캐나다의 수퍼-E® 하우스 제도는 목조건축에 최적화된 캐나다 정부 차원의 인증 제도로 목조주택의 진화를 이끄는 제도로 평가받고 있다.

목조건축 선진국 캐나다는 연방정부 산하 천연자원부(Natural Resources Canada)에서 인증하는 정부 차원의 목조건축에 특화된 제도인 캐나다 수퍼-EⓇ 하우스 인증을 운영하고 있다. 국내에서도 활발하게 시행되고 있는 수퍼-EⓇ 하우스 인증은 성능에 기반을 둔 평가로 ‘에너지효율(Energy efficient)’, ‘경제성(Economical)’, ‘친환경성(Environmentally responsible)’, ‘거주자 삶의 질 향상(Enhances the home owner’s quality of life)’ 등 네 가지 개념에 중점을 두고 있다. 에너지 절감 주택을 지향하며 설계자와 시공자 모두에게 효과적이면서도 경제적으로 지을 수 있는 목조건축물에 최적화된 저에너지 인증 프로그램이다.

메이플빌리지(MAPLE VILLAGE)]
영동고속도로 마성IC와 3분 이내 거리에 위치한 메이플빌리지는 총 20세대가 거주 예정인 목조 타운하우스로, 패널라이징(Panelizing) 공법을 이용하여 공사 기간을 단축시키고 시공 품질을 향상한 주택 단지이다.
위치 ≫ 경기도 용인시 처인구 포곡읍 마성리 | 대지면적 ≫ 약 10,242㎡ | 지역지구 ≫ 자연녹지지역 | 구조 ≫ 경골 목구조 | 세대 수 ≫ 총 20세대

수퍼-E ® 기술표준에 근거한
주택 성능 점검

경기도 용인 메이플빌리지는 패널라이징공법을 적용한 단독주택 단지로 레벨씰(Levelsill), 건물정보모델링(BIM), 단위 모듈 설계 등의 기술이 적용되었다. 단지의 개발과 설계, 시공, 분양까지 맡은 (주)케이스 종합건축사사무소는 단국대학교 산학협력단 기술 지주 자회사이다. 국내 최초로 단지 전체 세대에 수퍼-EⓇ 하우스를 조성할 예정으로 캐나다우드 한국사무소와 협력하고 있다.

인증 절차는 캐나다 수퍼-EⓇ 사무국과 (사)한국건축시공학회가 해당 건물이 기술표준에 준하여 설계, 시공되었는지 과정에 따라 체크한 후 수퍼-EⓇ 하우스로서의 적합 여부를 결정한다. 블로어 도어 테스트의 기밀성 시험, 쾌적한 공기질 유지를 위한 환기장치의 TAB(시험ㆍ조정ㆍ평가), HOT-2000 소프트웨어로 에너지 소비량을 분석하는 시뮬레이션, 지붕 및 외벽 등 외피에 대한 성능 기준을 통과하면 공식적인 인증서를 발급받게 된다. 이런 가운데 메이플빌리지 단지 내 수퍼-EⓇ 하우스 인증을 통과한 토브 주택을 통해 저에너지 주택 요소를 어떻게 적용하고 시공하였는지 주요 공정을 짚어보고자 한다. 시공과정에 대한 소개는 시계열에 따른 공정 순서가 아닌, 수퍼-EⓇ 표준에서 요구하는 카테고리를 기준으로 정리하여 설명한다.

1. 지붕ㆍ외벽ㆍ바닥의 단열 및 기밀

수퍼-E® 하우스 표준에서 요구하는 단열성능을 충족하는지 검토하기 위해 단열재뿐만 아니라 목재까지 고려한 유효 열저항값(Effective RSI)을 산정하여 기준값과 비교한 후, 단열재 스펙을 설정하였다. 경골목구조는 벽식구조로 스터드라고 하는 구조재 사이에 단열재가 설치된다. 정확한 단열성능을 구하기 위해서는 반드시 유효 열저항값을 산정해야 한다. 이러한 검토과정을 거쳐, 본 주택의 외벽 단열재 시공은 TLFI(Two Layer Foam Insulation)방식을 적용하였다. 주택이 위치한 기후 지역은 International Climate Zone으로 분류하면, 난방도일(Heating Degree Days ; 건물의 온도를 올리는 데 필요한 에너지를 계산한 값)이 3,000을 넘는 지역이다. 따라서 외벽의 경우 방습에 대한 고려가 필요했다. 이에 단열성능뿐만 아니라 방습의 기능(Vapor retarder 1등급, Vapor barrier)을 가질 수 있는 HFO 경질폼 단열재 50㎜ 이상을 외벽에 1차적으로 시공하였다.

본 주택에 적용한 단열 방식은 2중 단열 개념이다. 외벽 스터드 2″×6″ 내측에 가로로 2″×2″ 가로상을 대었고, 그로 인한 나머지 중공층 90㎜와 2″×2″ 가로상 두께인 38㎜, 총 128㎜에는 연질폼 단열재를 2차로 시공하였다. 또한, 상대적으로 단열에 취약할 수밖에 없는 부위인 외벽 코너의 경우에는 HFO 경질폼 단열재를 스터드 사이에 꽉 채워지도록 시공하였다. 기밀막에 대한 재료와 방식은 캐나다주택협회에서 발간한 <Builders’ manual>에도 서술되어 있다. 막 재료뿐만 아니라 구조재, OSB, 투습방수지 등 다양한 재료들을 소개하고 있는 가운데, 폼 단열재 역시 우수한 기밀성능을 확보할 수 있는 재료 중의 하나로 꼽고 있다. 폼 단열재는 단열에 대한 요구사항은 물론 캐나다 수퍼-E® 하우스에서 요구하는 기밀값인 1.5 ACH50 이하를 충족해 내기 위한 기밀재료로 선택된 이유도 있다.

한편, 지붕은 일반적으로 유리섬유 단열재로 시공하고 환기층을 두는 게 일반적이다. 그런데 International residential Code 2018에 따르면, Climate 지붕 수성연질폼 단열재 시공 Zone 4A 지역에서 환기되지 않는 지붕(Unvented roof)을 적용하고자 할 경우에는 기밀성능이 있는 단열재를 시공하게 되면, 환기층을 두지 않아도 된다는 기준이 있다. 이러한 기준과 캐나다 수퍼-E® 사무국의 검토를 거쳐, 서까래 사이에 수성연질폼 단열재 235㎜를 시공하였다. 바닥 단열재의 경우에는 비드법 보온판(EPS) 단열재 150㎜를 사용하였다.

2. 창문과 문

창문과 현관문은 제품 자체의 성능이 기본적으로 중요하지만, 현장에서 어떻게 시공하는지에 따라 단열성능과 기밀성능에 영향을 미치게 된다. 이에 창문 또는 현관문과 골조 사이의 틈인 개구부(rough opening)에 폼 단열재를 충진하고, 기밀과 수분 침투 방지를 위해 외부와 내부에 테이핑 처리를 하였다. 창문은 열관류율 0.77 W/㎡k와 0.891 W/㎡k 성능을 가진 창문을 설치하였다.

3. 수분관리

목조주택은 OSB 합판 면에 투습방수지를 일반적으로 시공한다. 본 주택에서는 패널라이징 공법 적용을 용이하게 하기 위해 OSB 합판 위에 투습방수 기능이 부착된 LP社의 웨더 로직(Weather Logic)을 사용하였다. 참고로 LP Weather Logic은 기밀막 자재로도 활용되었다.

본 주택의 외벽 마감재로는 벽돌타일이 적용되었다. 수분관리를 위해서는 캐나다 수퍼-E® 하우스 표준에 따라 레인스크린이 필수적으로 설치되어야 한다. 레인스크린 재료로는 두께 10㎜ 이상의 방부목을 사용하였고, 스터드 간격대로 시공하였다. 특히 레인스크린과 개구부 사이에 상하좌우 10㎜ 이상의 이격을 두었다. 이는 개구부 주변 레인스크린에 물이 고여 썩는 문제를 방지하고 통기를 원활하게 하기 위함이다.

수퍼-E® 하우스 표준에서는 건물의 내외부 마감재가 시공되기 전에 골조용 규격재의 함수율을 19% 이하로 규정하고 있다. 본 주택의 함수율은 습기에 취약한 북쪽 1층 하단부를 기준으로 측정했으며, 평균 13% 정도의 함수율을 보였다.

4. 기계 시스템

수퍼-E® 하우스와 같은 저에너지 건축물은 높은 기밀성을 요구한다. 따라서 강제적인 환기가 수반되어야 실내 쾌적성을 확보할 수 있다. 이에 본 주택에서는 수퍼-E® 표준에 따라 HVI(Home Venilation Institute)와 PHI(Passive House Institute)에서 인정받은 환기장치를 적용하였다. 또한 국내 기후 자체가 여름에는 습한 환경이기 때문에 실내 습기 조절이 가능한 에너지 회수 환기장치(Energy Recovery Ventilation, ERV)를 적용하였다. ERV 설치 후에는 시험조정평가(Testing, Adjusting and Blancing)를 통해 각 실에 요구되는 환기량을 맞추어 연속적이고 효율적인 환기를 유지하게 하였다.

환기장치 설치 시 주의할 점은 급기구 및 배기구의 위치다. 급기구와 배기구가 인접해 있다면, 주택 내부에서 오염된 공기가 배출된 후 급기구를 통해 다시 실내로 들어갈 수 있다. 이를 감안해 둘 사이 이격거리를 두고 급기구와 배기구의 방향이 90도로 떨어지도록 설치해 교차오염을 방지하였다. 이는 실내 급기 디퓨저와 배기 디퓨저에도 동일하게 적용하였다. 한편, 보일러는 효율이 우수한 콘덴싱 보일러를 설치하였으며, 연료는 LPG가 적용되었다.

[환기 시스템]
수퍼-E® 하우스는 기밀성이 우수한 건축물로 실내 공기질을 고려해 강제적으로 실내 환기를 해줄 수 있는 환기장치가 필요하다. 환기장치란 외부의 공기(OA 외기)를 필터(F7 등급)를 통해 미세먼지 및 알레르기 반응 요소를 제거하여 실내로 공급(SA 급기)하고 버려지는 실내공기(RA 흡기)의 열에너지를 회수하여 외기에 열에너지만 공급하여 실내(SA 급기)로 공급하는 시스템이다. 환기장치에는 열회수 환기장치와 열에너지뿐만 아니라 습도 관리가 가능한 에너지회수 환기장치가 있다.

5. 조명 및 수전

수퍼-E® 하우스 표준에 따르면 조명의 경우 한국에너지공단의 에너지소비효율등급 1등급 제품을 전체 조명 개수의 90% 이상 사용해야 하거나, 외부 고정 조명장치를 설치하도록 되어 있다. 본 주택에서는 LED 등이 장착 가능한 디자인의 외부 고정 조명장치를 설치하여 기준을 충족하였다. 수퍼-E® 하우스 표준에서는 물 절약을 위해서는 양변기와 샤워헤드, 욕실 수전으로 나누어 기준을 제시한다. 본 주택에서는 절수형 양변기와 샤워헤드 등 욕실 수전을 사용하여 물 절약 기준을 충족하였다.

6. 캐나다산 자재

수퍼-E® 하우스는 캐나다에서 인정하는 인증 프로그램이므로, 기본적으로 캐나다산 자재에 대한 최소한의 사용기준이 있다. 국내에서 주로 적용할 수 있는 자재로는 골조와 관련된 목자재이며, 본 주택에서는 벽체 스터드, 바닥 및 지붕 골조 장선, 바닥 합판 등이 사용되었다.

수퍼-E ® 하우스 인증 결과

수퍼-EⓇ 하우스 인증에서 필수적으로 요구되는 기밀도 측정 시점은 완공 후이지만, 본 주택에서는 시공 중과 완공 후 2번의 기밀테스트를 진행하였다. 최종적인 기밀도 값은 0.26 ACH50으로 측정되었다(수퍼-EⓇ 하우스의 기밀도 기준은 1.5 ACH50 이하다). 또한, 에너지 시뮬레이션 결과, 동일 규모의 수퍼-EⓇ 하우스 참조 모델(Reference House)보다 약 15%의 에너지를 절감할 수 있는 것으로 나타났다. 이러한 시공과정과 제출된 인증 서류들이 검토되어, 최종적으로 수퍼-EⓇ 하우스 인증을 취득하게 되었다.

건축주가 참관한 시공 중 기밀테스트 모습. / 완공 후 기밀테스트 시 캐나다 전문가 온라인 참석.

[ACH50 단위의 의미]
기밀성능을 테스트하기 위해 건물 내외부에 50Pa 압력 차를 주었을 때, 시간당 환기 횟수를 말한다. 1 ACH50는 1시간 1회 전체 공기 교체를 의미한다. 수퍼-E® 하우스에서 기밀도 기준 1.5 ACH50이 어느 정도의 기밀도인지를 상대적으로 살펴보면 다음과 같다.

일반적인 목조주택→ 2.5 ~ 5.0 ACH50 | 서울 단독주택(완공 후 약 50년)→ 14.04 ACH50 서울 빌라(완공 후 약 20년)→ 6.82 ACH50 | 양평 RC조 단독주택(완공 후 5년)→ 5.5 ACH50 남양주 아파트(완공 후 16년)→ 7.5 ACH50

글_ 박정로 (주)케이스건축 기업부설연구소 소장

취재협조_ 캐나다우드 한국사무소 02-3445-3835, www.canadawood.or.kr

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