기밀도의 개념[한국건축기밀협회]

건물 기밀도와 다양한 응용

우리나라 속담에 바늘구멍 황소바람이란 말이 있다. 오픈 시스템인 한옥구조가 여름에는 시원하고 습하지 않아서 좋지만 겨울철에는 바닥만 엄청뜨겁고, 실내 공기는 외기와 같이 차고, 또 한지 창이나 문사이로 조그만 틈에서 바람이 불어들어 와서 너무 한기가 크게 느껴지니 한 표현이 아닐까 한다.
쉽게 애기해서 기밀도란 웃풍의 량을 건물별 상대 비교가 가능하게 실내 거주공간의 체적으로 나눈 값을 기밀도(값)으로 N50 또는 ACH50이라고 표기한다.

1.기밀도와 습환경

건물외피에서 침기가 심하면 대류현상 등에 의하여 데워진 공기는 그림1처럼 위로 올라가면서 틈새로 지속적으로 에너지가 세어나가서 난방을 가동하여도 세어나가는 량에 비례하여 또 찬공기가 다양한 틈새로 또다시 들어오니 실내공기는 온도 편차가 크고, 추워서 실내 주거환경의 쾌적도는 떨어지고, 또 춥고 건조한 우리나라 기후에 과도한 난방은 상대습도를 떨어뜨려 건조한 대기기후에 더 건조하게 만들어 기관지가 건조하여 지고, 더 오랜시간 이와 같은 환경에 노출이되면 천식, 심지어 아토피등을 유발하는 유발인자로도 발병하니... 쾌적한 주거 환경을 위해서는 고기밀, 고단열로서 침기가 줄어들게되면 실내에서는 하루에 많은량의 습기(4인가족이 하루 호흡으로 생성되는 수분량은 16L)가 발생하므로 확실하게 상대습도가 높아져서, 쾌적한 주거환경으로 바뀌게 되니 건강한 삶이 가능한 주거환경이 될 수 있는 것이다.

실험을 하여보면, 보통 아파트에서 온도 1도를 올리면 1%이상의 상대습도가 떨어지므로 대기습도가 20~30%대의 우리의 겨울철 건조한 상황에서 몇도 온도 높게 설정함으로 그 이상의 상대습도가 줄어들게 되어, 더욱더 건조한 환경으로 인체가 불유쾌하거나 건강하지 않은 환경이 되는데 건물 외피의 단열 기밀도가 높아지면 과도한 난방을 안하게 되고 실내 습 관리가 되어서 에너지뿐만 아니라 쾌적도 향상으로 주거환경이 개선된다.

2.기밀도 개념

그림2와 같이 건물 외피에 블러도어를 설치하여 측정을 하게 되면 50pa 압력에서 침기량과 건물의 실내체적과 비교하여 시간당 환기횟수로 나타내는 것이 기밀도이다(N50,ACH50).
자연 환기 량과는 구별되는데 이는 자연상태에서 실내에서 발생하는 침기량을 나타내는 것으로, ACH로 주로 표기하고, ACH50, 50pa 압력에서 측정한 기밀값을 일정한 값으로 나누어서 자연 환기량으로 환산하여 사용하기도 한다.
에너지효율등급제도 에서는 ACH50값을 20으로 나누어서 ACH,즉 자연 환기량으로 환산하여 사용하기도 하고, 미국 등에서는 몇 가지 인자를 상수로 만들어 나누어서 사용하기도 한다.
자연환기량은 특수한 가스를 터뜨린후 일정시간 지난후에 가스농도를 측정하여 자연환기량을 따로 측정하기도 한다.
블러도어로 기밀도를 측정하여 자연환기량을 환산하는 방식으로는 다음과 같다.

그림2에서 보다시피 기밀도는 ACH50만 따지는 것이 아니라 침기위치 파악하는 것 자체도 기밀도인 것이다.
이 침기가 생기는 위치도 파악하고 조치를 취할 수 있게 되어야 한다. 그래서 대다수 기밀도 측정을 위한 규격에서는 측정대상 건물에 조치를 취할 수 있는 내용 등을 세세히 규정하고 있고 침기가 있는 위치등등을 세세하게 기록 보고하게 한다.
이렇게 함으로서 기밀도 진단에 객관성과 재현성을 부여하기 위함이다. 결과값이 다르게 나온다 하더라도 이런 세세한 기록들을 검토하면 건물외피가 달라져서 결과값이 다른지 아니면 블러도어 설치위치가 다르든지, 생각지 못한 구조체에 다른 변화가 생겨서 그런지 등등 그 원인의 유추가 가능하게 하여 정밀성,재현성등을 확보하기 위한 차원이다.
이점 명심하여야 할 사항이다.

3.기밀도 진단 규격별 기밀 기준방식:

1)체적과 비교한 N50 =침기량V50/체적(㎥)
2)외피면적과 비교한 기밀도=침기량V50/외피총면적
3)바닥면적과 비교한 기밀도=침기량V50/바닥면적

침기량을 상대 비교가 되게끔 어떤 기준과 비교를 하여야 하는데 그 기준들이 체적 또는 건물 외피의 총면적, 또는 바닥면적과 비교하게 되면 상대적인 평가가 가능하게 된다.
침기량이 얼마라고만 하면 큰집과 작은 집등 차이가 있으므로 비교 가능하게 기준이 될 수가 없기 때문이다.
우리나라는 KS ISO9972를 표준으로 삼고 있지만 ISO규정을 표준으로 번역만 하여두고 있지만 주로 1) N50인 체적과 비교한 데이터를 주로 사용 하는데, 에너지효율등급제도등에서도 이 기준을 단순하게 사용하고 있다.
감압과 가압 방식의 두 가지 측정값을 평균하여 사용하는 규정인데 주로 감압 측정치만 간단히 사용하고 있다. 향후 국내 건축 환경에 맞는 기밀도 규격을 만들어야 한다. 이것이 우리협회의 과제이기도 하다.

4.건축 설계 기밀도 응용

1) A/V Ratio(외피면적/실내체적 비율)

기밀도 기준방식에서 총 외피면적과 비교한 자료에서도 나타나듯이 동일한 체적을 만들기 위하여 외피면적은 다양한 설계가 가능한데, 저에너지나 패시브 설계시 외피면적이 적게 설계하는것이 동일한 조건에서 에너지효율을 높이는 방법이고 동일한 조건에서 외피를 한번더 꺽는구조로 설계하면 외피 면적이 10%늘어날 때 에너지는 20%손실이 생기고, 20% 늘어날때는 40%의 에너지 손실이 생기므로 동일한 효율을 내기위해서는 더 두꺼운 단열과 기밀로 보강하든지 재생에너지를 활용하여야 함으로 건축비가 더 늘어날수밖에 없다. 단조로운 외피가 싫다면 외피일부를 열적으로 분리하여 설계하면 되지만 이때도 결로등의 문제점들을 사전에 검토하여 설계하면 유용할 듯 하다.

2)건물 외피 기밀면 관리

설계 시 부터 외벽에 대한 정립을 하고 외벽의 단열과, 기밀면이 끊어짐이 없이 하나로 연결되게 설계 시공되어야 한다는 사실이다.
통상 우리네 시공에서는 천정 속에 들어가는 외피의 내부마감에 미장이 없이 시공되는 경우가 많은데 이런 내부마감을 꼼꼼히 미장만 하나로 연결되게 잘 되어도 이것이 외피 기밀 관리의 시작이다.
실제 천정속의 외피 내부 면만 미장하였는데 총 기밀량을 반으로 줄인 적이 있다.
비용 줄이려 건축주에게 보이지 않은 천종속의 미장을 빼는 것이 얼마나 큰 냉난,방 수요를 증가 시킨다는 사실을 알아야 한다. 설비는 수명이 10년이지만, 구조체는 수명이 수십 년이다. 어느것이 더 효율적이고 경제적인지 국민들이 하루빨리 깨달아야 한다.

3)구조체별 단열기밀 설계 반영

모든 건물재료는 그림과 같이 대류와 열전달로 인한 에너지손실이 95%를 차지한다. 열전달로 인한 손실은 외피 전체에 해당되지만 대류현상으로 인한 손실은 심각하게 영향미치는 부위는 지붕이다. 지붕천정의 개선이 없는 리모델링에서 에너지효율이 생기지않은 이유도 여기에 있다. 참고로 통상 미국 중서부 단열기준은 지붕이 Rvalue-38, 바닥 value-19, 벽체 Rvalue-11을 기준으로 삼는다. 그만큼 지붕의 단열 두께가 벽체의 3배가 넘고 , 바닥, 그다음이 벽체순인 것을 참고 하면 그림5가 쉽게 이해될 것이다.
참고로 열관유율은 R값의 역수이다.(=1/R )

5.다양한 기밀도 진단 

1)패시브하우스 진단

다용도로 사용가능한 측정 유량 용량 변화가 가능한 모델에 있어서는 팬속도만 조절 하는 것이 아니고, 링의 교체로 원하는 용량을 만들 수 있는 경우 용량이 아주 적은 Ring D 또는 E 교체로 손쉽게 패시브 하우스 진단이 가능하다.
기밀도가 높은 패시브하우스에서는 측정 프로그램에서 fan adjust rate를 0.1~0.2로 조정하면 쉽게 목표치에 도달하여 정확히 기밀도를 측정가능하다.
실제 사용에서는 다양한 주택도 진단하여야하고, 때로는 아파트, 주택, 대규모빌딩, 리모델링, 현장 문(창호)진단 등 다양한 용도를 하나의 기기로 가능한 모델이 더 유용할 수 있을 것이다.
한가지 주의할 것은 우리네 전기는 230V 60Hz이다보니, Voltage나 Hz가 다른 제품의 경우 이것이 우리네 실정과 맞는지 사전에 확인하여야 한다는것이다.
나라별 전기가 다르므로 우리실정에 맞는 제품이 아니거나 전용제품이 아니면 작동이 되지않거나 아니면 그 결과값이 다르게 나타난다.
단순이 바람을 일으키는 팬이아니고, 기밀량을 측정하기 위한 측정기이므로 꼭 우리나라 기준과 맞는 제품으로 측정을 하여야 한다.

2)일반저에너지주택(APT,EnEv)

가장 많이 사용되는 용도인데, 저에너지 주택, 일반주택, 리모델링 등등 팬링의 교체로 다양한 침기량 변화가 가능한 모델이 편리하다. 통상 세팅되어있는 fan adjust rate를 1.0정도에서 측정하면 빠르게 정확히 프로그램에서 자동 기밀량이 측정이된다.
가능한 기밀도 진단은 프로그램으로 진행을 하게되면 초보자도 쉽게 가능하고, 또 측정시 실수를 하게되어도 사전에 걸러지게 되고, 대기 압력보정, 온도편차에 따른 밀도 계산등이 자동으로 진행되어, 정확하게 진행되었는지에 대한 통계처리되어 상관관계 계수까지 알수있다.
즉 측정결과 보고서만 봐도 제대로 측정한 데이터인지, 잘못된것인지에 대한 판단이 가능하다는 것이다.
따라서 점차 우리나라 에너지효율등급제도등 인증제도에서나 앞으로 생길 기밀도 진단 기준 등에서는 필히 이런 프로그램으로 기밀도를 측정하고 인증 등급을 부여하는 시스템으로 되어야 한다. 그래야 객관성과 공정성, 재현성이 가능하다는 사실이다.

3)대형빌딩의 건물외피 진단 시스템

대형건축물은 체적이 크고 외피가 커서 패시브하우스나 일반 주택진단용으로는 진단할 수가 없다. 주택용으로 사용하는 일반기기를 대형빌딩에서는 많은 기기를 측정시스템으로 하나로 묶는 통신시스템으로 많은 블러도어 측정기를 한 대 측정하는 것처름 한 꺼번에 대형빌딩을 진단하여 기밀도 진단 및 리모델링 설계에 반영하거나 에너지 효율등급평가 등 다양한 용도에 쉽게 사용이 가능하다.
대형건물에서의 에너지 절감은 월등히 커서 우리나라에서도 하루빨리 일정 규모이상 외피기밀진단이 의무화가되면 Co2감축에 도움이 될것이다.
5만Toe이상 건물에 의무화된 에너지진단 제도(설비위주만 진단)와 더불어 시행하게 되면 건물외피 기밀도 향상과 설비효율 향상으로이어질 것이다. 건물외피 기밀도 향상만으로 에너지절감은 우리와 유사한 미국의 주같은 경우는 45%이상 절감이 가능하다고 한다.

4)현장 창호(문)침기도 측정및 평가(하자 진단)

국제적으로 대다수 나라들이 에너지이용 합리화 법 같은 것이 있어서 건축기자재는 사전에 연구소 같은 인증기관에서 인증등급을 받고 이를 바탕으로 소비자에게 판매를 하고 있다.
실증이 뒷 밭침이 되고 제조물 배상 책임법이 정착된 나라에서는 실험실 인증받은 성능과 실제 소비자가 설치한 창호나 문의 성능이 기준치 이내로 들어오고 또 거의 유사하다.
하지만 우리나라 경우에는 인증기관 기밀 측정치와 국민이 창호나 문을 사서 시공한 창호는 전혀 다른 성능의 제품이 되는 현실이다.
이는 제도등이 정확히 정착되지 못한 이유도 있겠지만 더 큰 원인은 국민이 이에 대하여 잘 알지 못하여 생긴 것이 아닌가 한다.
스스로 주권을 찾으면 이런 류의 잘못된 점은 생길수가 없는 것이다.
저희 협회가 현장 실증과 검증등을 하여 보면 상당한 차이가 나고 있고, 또 이런 기밀차이는 바로 창호나 문의 열관유율 값도 차이가 난다는 것이다.
하루빨리 관계 기관이나 메이커들이 정신을 차리고 바르게 정비되지 않으면 제조물 배상 책임법등 법적인 문제로 비화되지 않으리란 법이 없을 듯 하다.
국제적인 성능 차이도 너무 크게 나고 있다. 우리나라 같이 건축 여건이 나쁘고 더 신경을 쏱아 시공하여야 할 지역이고 보면 하루빨리 국제 수준의 창호(문)와 성능 차이를 극복할 수 있게 성능기준도 바뀌길 기대한다.

그림은 현장의 창호 침기량을 창호면적 또는 창호 둘레 길이기준으로 인증기준과 현장 실측 자료의 비교이다.
빨간 로그 그래프 이내로 들어오면 인증기관 인증기준에 현장 측정치가 들어온다는 것을 뜻한다.
현장 창호의 하자점검은 이 블러도어와 창호(문)진단 기기 뿐만아니라 창호의 내측 유리표면온도, 프레임 내측 표면 온도, 실내 온도 등 로깅을 통한 실측으로 보완 실증이 가능하다.
창호 프레임이나 유리의 내부 표면 온도가 일정온도 이하로 내려가든가 실내 온도와의 온도차가 일정이상 벗어나면 당연한 결로로 이어지는 관계로 현장에서 얼마든지 하자 점검이 가능함으로 시공자나 건축주 모든 건축 관계인들이 이제는 형식에서 벗어나 시공과 실측을 통하여 한발 더 에너지 절약 시공이 되게끔 습관을 바꿔 나아가야 하자로 인한 소송 등에 휘말리고 불신으로 이어지는 사태를 피할 수 있을 것이다.

5)기타 활용도

방제구역 실측
민방공 시설 검증
클린룸 에너지효율 진단
에너지효율등급제도
환기횟수 측정
덕트 누기량 측정
주택에너지효율화사업(Weatherizaation)
에너지효율 리모델링사업
LEED인증
ASTM(FD)미군부대 인증
기타

자료출처 : 한국건축기밀협회 http://koreaairtightness.com/xe/about1