3. ZEB 달성 관련 기술
3.1 계획부문
1) 단열성능 향상
주택의 단열수준과 관련된 법적 기준은 1979년 9월 『건축법시행규칙』제25조
“건축물의 열손실 방지를 위한 조치”에 처음 등장하여 지속적으로 지역에 따른 부위별 열관류율표를 제시하여 왔으며, 현재는 『건축물의 에너지절약설계기준 (2018.09.01)』에 지역별 건축물 부위의 열관류율, 단열재의 두께, 창 및 문의 단열 성능을 별표로 제공하고 있다. 초창기 단열성능과 관련된 내용은 거실 외 벽이나 바닥에 대한 단순한 열관류율 또는 단열재 두께로 제공하였으나, 현재는 지역별, 부위별, 건물 유형별, 외기 직간접 여부 등을 세분화하여 단열 성능에 대한 수치를 제시하고 있다. 중부지역 기준으로 시기별 단열성능의 변화를 살펴 보면 표 2-5와 같으며, 불투명 외피의 단열성능은 약 2배, 투명외피의 경우 약 3배 가까이 강화되었다. 우리 공사의 경우 정부 정책에 따라 주택기술처에서
『“건축물의 에너지절약 설계기준”개정에 따른 주택 설계기준 개정(안)』과 같 이 주택부문 설계수준에 대한 검토 및 기준을 제시하고 있으며, “제로에너지건 축물인증”에도 대응하기 위하여 2020년 기준을 미리 검토하여 제시하고 있다.
시행연도 지역
부위별 열관류율 (괄호 : 간접면)
외벽 최하층
바닥
최상층
지붕 측벽 창호14)
1979년 9월 구분없음 1.047 1.744 1.0467 - 2.56
1980년 12월 구분없음 0.581 1.163 0.581 - 3.49
1984년 12월 제주도
이외 0.581 0.581 0.581 0.465 3.49
1987년 7월 중부 0.581 0.581 0.407 0.465 3.37 2001년 1월 중부 0.47(0.64) 0.35(0.52) 0.29(0.41) 0.35 3.84(5.47) 2008년 11월 중부 0.47(0.64) 0.35(0.52) 0.29(0.41) 0.35 3.00(4.30) 2010년 11월 중부 0.36(0.49) 0.30(0.43) 0.20(0.29) 0.27 2.10(2.80) 2013년 9월 중부 0.27(0.37) 0.23(0.35) 0.18(0.26) 0.27 1.50(2.20) 2015년 1월 중부 0.21(0.30) 0.18(0.26) 0.15(0.22) 0.21 1.20(1.60) 2018년 9월 중부2지역 0.17(0.24) 0.17(0.24) 0.15(0.21) 0.17 1.0(1.50) LH 2020년 중부2지역 0.15(0.24) 0.15(0.24) 0.15(-) 0.17 0.9(1.20)
[표 2-5] 연도별 단열기준 및 LH ZEB인증제 대응 단열기준(중부지역)
연도별 단열기준의 변화를 살펴보면 그림 2-8과 같다. 건축법시행규칙에서 초 기 단열기준의 등장 이후 에너지절약 설계기준까지 지속적으로 강화되어 왔으 며, 제로에너지건축물 인증제 직전에 중부2지역 외벽 기준 0.17 W/㎡K 수준으 로 낮아졌다. LH에서는 2022년까지 0.15 W/㎡K까지 강화할 예정이다.
하지만 이러한 단열기준의 강화에는 한계가 존재하며 이는 단열재 두께와 열관 류율과의 관계 그래프를 살펴보면 알 수 있다. 그림 3-8과 같이 단열성능이 높 아질수록 성능 개선에 필요한 추가 단열재 두께가 늘어나게 된다. 2008년 기준 의 0.47 W/㎡K과 현행기준 0.15 W/㎡K의 경우를 비교해보면, 같은 두께의 80mm를 증가시켰을 때 개선되는 열관류율은 약 0.207 W/㎡K 차이가 발생한 다. 이는 감소 비율(개선전-개선후)로 27.3%의 차이이며, 같은 비율의 감소효 과를 얻기 위해서는 추가적으로 170mm 두껍게 설치해야 한다. 즉, 일정 수준의 단열 수준이상으로는 추가적인 단열강화 효과를 얻기 힘들며 공사비의 증가로 인한 제한점이 발생하게 된다. 단열성능 개선에 추가적인 방법은 단열재의 두께 뿐만 아니라 단열재의 성능을 높이는 방법도 대안이 될 수 있다. 그림 2-9에서 점선 그래프는 기존 가등급 단열재보다 성능이 높은(열전도률이 낮은) 단열재로
[그림 2-8] 연도별 단열기준 추세 및 향후 기준 예상
열전도률이 같은 두께일 때 낮은 것을 볼 수 있다. 하지만 단열성능 수준은 2018년 수준이 중부 1지역 외벽 기준 0.15W/㎡K으로 독일 패시브하우스 기준 과 동일한 수준이기 때문에 당분간 더 크게 증가하기 힘들 것으로 예상된다. 하 지만, 시장에서는 이미 가등급 단열재에 비하여 10배 열전도율이 낮은 고성능 진공단열재 등이 개발되고 있으므로, 향후 경제성 및 기술수준의 발전에 따라서 추가적인 단열수준은 더욱 향상시킬 수 있을 것으로 예상된다.15)
[그림 2-9] 단열수준에 따른 열관류율 개선효과 변화(중부지역-외벽)
15) 한국건설기술연구원, 효율적인 에너지 운용을 위한 플러스에너지 주거단지 핵심 기술 개발 기획, 국토교통
2) 기밀성능 향상
국내 법규상 공동주택의 기밀성능은 명확한 기준이 없다고 볼 수 있다. 『에너 지 절약설계기준』에서 기밀성 창에 대한 정의(1등급~5등급) 또는 기밀 및 결 로방지 등을 위한 조치에서 “기밀하게 마감할 것”외에는 기밀에 대한 언급이 없 는 실정이다. 한편, 2013년 한국건축친환경설비학회에서 발간한 『KIAEBS C-1: 2013, 건축물의 기밀성능 기준』에서 지정한 기밀 성능은 총 3단계로 구 분되어 있으며 2020년 LH 목표 성능과 비교해보면 표 2-6과 같다. 아울러 우 리나라에서는 법적으로 기밀도 기준을 제시하고 있지 않지만, 국외의 경우 각국의 조 건에 맞는 기밀도 기준과 기밀성능 측정방법을 보유하고 있다. [표 2-7]16)
구 분 기밀성능기준 비 고
모든 건물 5.0 ACH@50 이하 기본기준
에너지절약건물 3.0 ACH@50 이하 권장사항
제로에너지건물 1.5 ACH@50 이하 권장사항(적정 환기 보장 필요)
2020년 LH 목표 3.0 ACH@50 이하
-[표 2-6] 건축물의 기밀성능 기준 및 2020년 LH 기밀성능 목표
16) 조재훈, 제로에너지건물구현을위한국가기밀도기준정립및측정방법KS개발, 국토교통과학기술진흥원 과제보고서, 2014
관련기준(국가) 기밀성능 기준 제한사항 측정결과 표현17) ASHRAE 90.1
ASTM E779-03(미국)
CFM75/ft2 값 이하 0.6~0.1
풍속 2m/s 이하, 온도 5~35℃ 이내
Handbook-Leaky/Average/Tight JIS
JIS A-1516(일본)
ACH@10Pa
0.5~1.0 풍속 5.6m/s 이하 EqLA@4Pa Canadian R-2000
CAN/CGSB 149.10(캐나다)
EqLa@10Pa≤0.7
ACH@50≤1.5 풍속 5.6m/s 이하 EqLA@10Pa, ACH@50
TNO NEN 2686(네덜란드)
ACH@10≤1.4~2.2 4
ACH@10≤0.72~1.1 5
풍속 6m/s, 자연압력차 5Pa
이하
1, 10Pa 기준 누기량
Building Regulation Part L2
BS EN 13829(영국)
<10㎥/h·㎡@50 풍속 6m/s 이하
250m·K 이하 10㎥/h·㎡
Passive house
DIN EN 13829(독일) ACH@50≤0.6 - 50Pa 기준 회/시 [표 2-7] 국가별 기밀성능 기준 및 측정결과 표현
국내 공동주택의 기밀성능을 확보하기 위한 부위별 자재는 기밀테이프, 에어베 리어 시트, 팽창밴드 및 기밀캡 등이 있으며, 이들은 내구성과 기밀성능이 우수 하지만 주로 해외에서 수입되거나 고가에 판매되므로 시공비용이 높아지는 단점 이 있다. 따라서 시공사는 공동주택의 주요 누설부위 별 누설량과 기밀보강자재 의 가성비를 비교하여 최적의 공법을 적용해야하므로 한다. 주요 누설부위의 기 밀성능 보강에 사용되는 기밀자재와 시공방법을 저비용 시공법과 고비용 기밀자 재 적용법으로 구분한 내용은 표 2-8과 같다.
구 분 고비용 기밀자재 저비용 시공방법 창호 기밀테이프 및 에어베리어 시트 백업 충진 + 실란트 시공 파이프, 덕트, 루버 기밀테이프 및 팽창밴드 백업 충진 + 실란트 시공
바닥, 천장 에어베리어 실란트 실란트
PD/AD 기밀테이프 및 에어베리어 시트 미장 마감
콘센트, 전선 콘센트 기밀캡 콤파운드 씰
[표 2-8] 기밀성능 확보를 위한 부위별 고비용 자재 및 저비용 시공방법
또한『건축물의 기밀성능 기준』에서도 부위별 시공주의사항에 대한 가이드라인 을 제공하고 있는데 요약하면 다음과 같다.
A B C D
[표 2-9] 『건축물의 기밀성능 기준』기밀화 가이드라인 1
(A) : 기밀층은 외피(난방공간의 외벽)를 기준으로 하나의 경계층으로 연속되어 형성되어야 한다. 기밀층은 공기를 통과시키지 않아야 하며, 지속적이고 내구성이 있어야 한다. 기밀화 건물에서는 적정환기를 보장하기 위한 기 계 환기 설치를 고려하여야 한다.
(B) : 기밀층용 비닐과 비닐의 이음부는 면밀하게 밀봉해야 한다. 특수 기밀막 등은 접착제, 접착 테이프와 침투방지 실링으로 연결한다.
(C) : 창문이나 문의 프레임 주변 틈새를 막아야 한다. 팽창 폼을 사용하는 경 우 시공 후 수축을 고려하여 마감 실링재를 활용해 기밀화 한다.
(D) : 문 또는 창문 프레임과 테두리 벽의 접합부, 틈새도 접합제/실링을 적용한다.
E F G H [표 2-10] 『건축물의 기밀성능 기준』기밀화 가이드라인 2
(E) : 개방창과 외부연결문의 개폐 접합부에 Weatherstrip을 설치하며 모서리에 유의 한다.
(F) : 천장 개구부와 외기가 연결될 수 있는 곳인 경우 Weatherstrip을 설치한다.
(G) : 배수구, 가스 파이프, 보일러 퓨즈, 전선 케이블 등 외벽을 통하는 홀 주 위를 실링한다.
(H) : 천장의 전등 등을 위한 홀 주위를 실링한다.
I J K
[표 2-11] 『건축물의 기밀성능 기준』기밀화 가이드라인 3
(I) : 건식 라이닝의 경우 누기가 심하므로 설치 전, 벽체 표면을 칠하고 외벽과 연결되는 경우 기밀 실링제가 하나로 연결되도록 시공한다. 또한 실링된 보드 사이의 접합부를 모두 기밀하게 하여야 한다.
(J) : 바닥 슬래브 또는 공조실 바닥자재의 이음새 부분을 실링한다.
(K) : 천장과 외벽사이의 접합부를 실링한다.
이러한 기밀성능 향상 요소 등을 적용하여 LH에서는 2022년까지 ACH@50 3회 수준으로 기밀성능을 향상시킬 예정이며, 이는 KIAEB의『건축물의 기밀성능 기 준』에서 제시하는 에너지절약건물 수준에 해당한다. 하지만 아직 『건축물의 기밀성능 기준』의 제로에너지건물 보다 높고 독일의 패시브하우스 인증기준에 도 미치지 못하는 수준이다.[그림 2-10] 국내의 고층 공동주택 실측 연구결 과18)에 따르면 2011년~2014년 준공 487세대의 ACH@50 분포는 1.12~4.81 회/시 이며, 평균은 2.59 회/시로 나타났는데, 측정 시점을 고려해 보았을 때 기 밀성능의 기준을 더 강화해야 할 것으로 판단된다.
[그림 2-10] 주요 기밀성능 지표 비교
18) 지경환 외, 다중회귀분석을 통한 국내 공동주택 단위세대의 기밀성능 예측, 한국건축친환경설비학회, 11(6), 2017
3) 단지 내 건물배치 및 인동간격 (1) 단지 내 건물 배치 및 인동간격 규정
단지 내 건물배치 및 인동간격에 대한 법규는 『건축법 시행령 제86조』에서 다루고 있는데, 설계 실무에서는 인동간격이라고 흔히 불리고 있는 채광방향에 대한 동간 이격거리가 이에 해당되며 각 지역별 조례에 따라 인동간격의 규정이 존재한다. 1980년대 주택보급 촉진을 위한 목적으로 용적률과 함께 인동간격은 완화되었으나, 이후 1992년 지방자치단체 조례를 통한 자율성을 높이는 방향으 로 변화하였다. 건축법 시행령에서는 1973년부터 인동간격에 관한 규정이 처음 등장하여19) 건축물 높이의 1.0배에서 지금의 0.5배(16층 이상 고층 기준)까지 인동간격이 줄어들게 되었다. LH에서는『설계지침(주택단지계획)』을 통하여 인 동간격을 제시하고 있지만 현행 법규의 내용과 크게 다르지 않으며 향후 개정 방향 또한 건축법 시행령을 준수하는 수준으로 예상된다.[표 2-12]
기준연도 '73~'89 '90~'91 '92~'99 '99~'04 '05~'08 '09년~현
재 LH
인동간격 D≥1.0H
D≥1.0H (D≥0.8H)
*
D≥1.25H D≥0.8H D≥1.0H D≥0.5H
건축법 시행령
동일 [표 2-12] 일조 관련 인동간격 기준 변화
( * : 탑상형 16층 이상인 경우)
한편,『건축물의 에너지절약설계기준 제7조』배치계획에서는 [“가. 대지의 향, 일조 및 주 풍향을 고려하여 배치하며, 남향 또는 남동향 배치를 한다.” “나. 공 동주택은 인동간격을 넓게 하여 저층부의 일사 수열량을 증대시킨다.”] 라고 권 장하고 있으며, 이는 단순히 인동간격 규제 상한선에 맞는 간격으로는 저층부의 일사 수열량을 확보하지 못하기 때문에 제정된 내용이라고 볼 수 있지만 명확한 수치를 제시하고 있지는 않고 있기에 에너지성능지표 검토서에서 추가적으로 대 향동의 높이에 대한 인동 간격비를 검토 하도록 하였다. 마지막으로,『녹색건축
인증기준』에서도 방위별 인동간격비 가중치를 주어 세대 내 일조 확보율에 대 한 성능 등급을 제시하고 있지만 법적인 구속력은 없다. 현행 제도를 종합하여 살펴보면 규정에 의거한 인동간격은 최소 또는 권장되는 인동간격을 제시하고 있으므로 제로에너지건축물 달성에 필요한 신재생에너지 적용에는 적합하지 않 다고 볼 수 있다. 따라서 일사 분석을 통해 적절한 단지 배치 및 인동간격을 고 려해야 한다.
(2) 단지 내 건물배치 및 인동간격 현황 및 고려사항
전술한 인동간격은 단지의 배치 형태 및 주동형상에 따라 변화하게 되는데, 일반적인 주동형상은 판상형, L자 판상형, 타워형으로 분류하고 단지배치 형태는 一자형 평행/
엇배치, 중정형 배치, 탑상형 배치, ㄱ자형 배치, 클러스터 배치20) 등으로 분류한다.
一자형 평행배치 一자형 엇배치 클러스터 배치
중정형 배치 탑상형 배치(대각배치) ㄱ자형 배치
[표 2-13] 단지 배치 형태의 일반적인 분류
20) L자 및 一자 판상형 등으로 조합되어 3면 이상이 둘러 싸여 있는 형태의 배치