[한국목재신문=한국목재신문 편집국]

목조건축 단열에서 중요한 Framing factor 개념

지난 기사에서는 재료 선정이나 시공과 관련되어 목조건축에서 사용되는 단열재 종류와 시공시 유의사항들에 대해서 다루었다. 이번 기사에서는 목조건축의 단열 계획에 있어 많이 놓치고 있는 부분이지만, 정말 중요한 부분에 대해 다루고자 한다.

목조건축의 단열 계획에 있어, 타 구조형식(철근콘크리트조, 철골조 등)과 다르게 검토해야 하는 것은 Framing factor에 대한 부분이다. 경골목구조 벽체의 경우, 벽식 구조이기에 대부분 외피의 단열재는 외벽 스터드 사이나 지붕 서까래 사이에 계획하게 된다. 물론, 저에너지나 넷제로 에너지 건축물을 고려할 경우, 내단열이나 외단열을 추가적으로 계획하게 되기도 하지만, 주요 단열재는 중단열로 계획하게 된다.

이러한 경우, 벽체 단면을 끊어보면, 하나의 선상에 연속적인 단열재(Continuous Insulation)로 구성된 것이 아닌, 단열재-목재-단열재-목재 순으로 병렬식으로 배열이 된다. 물론, 목재라는 재료가 콘크리트나 철에 비해 열전도율이 낮긴 하지만, 단열재는 아니므로, 이렇게 병렬식으로 배열이 된 경우에는 단열재 뿐만 아니라, 골조 (Framing)와 단열재의 비율에 따른 유효 열관류율(Effective U-value)을 산정하여 반영해야 한다. 국내 단열기준은 고시인 건축물의 에너지 절약설계기준에서 다루고 있지만, 주로 연속적인 단열재가 외단열 및 내단열로 시공되는 철근콘크리트구조 위주로 설정되어 있어, 2″×6″(38×140㎜) 스터드를 16″ (406㎜)간격으로 시공할 경우, 골조에 대한 비율과 단열재를 설치할 수 있는 중공층(Cavity)에 대한 비율을 어떻게 산정해야 하는지 기준이 마련되어 있지 않다.

이러한 상황에서 참고할 수 있는 객관적인 자료는 ‘Table for Calculating Effective T her ma l Resist a nce of Opaque Assemblies’가 있다. 이 기준은 캐나다 저에너지 주택 인증 프로그램인 수퍼-EⓇ 하우스에서도 사용하고 있는 기준으로 캐나다 천연자원부(Natural Resources Canada)에서 발간한 자료이다.

이 기준에 의하면, 국내에서 주로 적용하고 있는 중부 2지역 외벽의 경우, 다음과 같이 유효 열관류율을 산정할 수 있다. 2″×6″ 스터드를 16″간격으로 시공할 경우, 골조 비율은 23%, 단열재 비율은 77%이며, 중부 2지역에서 주로 사용하는 R23 단열재(열관류율 값 0.24W/㎡K)를 사용하게 되면, 스터드에 대한 유효 열관류율값은 다음과 같이 산정할 수 있다. 열저항값(RSI)은 2.61 ㎡K/W로 열관류율값은 0.38 W/㎡K이다.

참고로 단열재만의 열관류율 값은 공칭 열관류율(Nominal U-value)이라고 한다.

지붕의 경우, 2″×10″(38×235㎜) 서까래를 24″(610㎜) 간격으로 시공할 경우, 골조 비율은 10%, 단열재 비율은 90%이며, 중부 2지역에서 주로 사용하는 R38 단열재 (열관류율 값 0.15 W/㎡K)를 사용하게 되면, 유효 열관류율 값은 다음과 같이 산정된다. 열저항값(RSI)은 5.42㎡K/W로 열관류율값은 0.18W/㎡K이다.

국내에도 보다 정확한 유효 열관류율 산정을 위해 골조에 대한 비율을 5%, 8%, 10% 등으로 적용하는 사례들은 있으나, 앞선 기준과 비교하여 객관적인 기준을 반영 했다고 보기는 어렵다. 이렇게 지붕과 외벽에 대한 골조와 단열재에 대한 비율을 반영한 것이, 경골목구조 벽체 및 지붕의 특성인 Framing factor를 반영한 유효 열관류율 값이 진정한 단열 성능 값이라고 할 수 있다.

건축물의 에너지절약 설계기준에서 요구 하는 단열 기준을 만족하기 위한 3가지 방식 중 단열재 등급에 따른 두께 기준으로 만족시키는 경우들이 많지만, 일부 허가권자의 경우, 목재에 대한 열교부분을 반영한 유효 열관류율 산정을 요구하는 경우들도 있고, 목조건축에 대한 올바른 단열 성능값 산정의 기준 정립을 위해 유효 열관류율을 산정하는 방식에 대한 고민이 필요할 것으로 생각된다.