전통주택 흙벽을 대신할 수 있는 건식벽체 성능평가에 관한 연구
A Study of Dry-Wall Performance Evaluation - An Alternative to Korean Traditional Mud Walling -
황 용 운*
Hwang, Yong-Woon
Abstract
Korea’s traditional house type, the Hanok, has been the essence of Korean domestic culture for hundreds of years.
However, Hanok, have begun to disappear as result of urbanization. Because mud walls are crude and weak in water walls are also easily broken by impact. There are further problems in that construction cost is expensive and takes more time than modern house construction, and that the maintenance of Hanok is more difficult than people sometimes predict. Despite much interest in Hanok construction, there is a lack of in younger generation. Thus seeking new ways of maintaining Korea's traditional housing culture and extending Korean traditional houses is important. This study proposes directions for creating new residential environments for the future generation of Korea. A Dry-wall alternative to the Korean traditional mud wall is particularly needed. Dry-walling, made by sustainable materials such as mud board and wood, can strengthen the advantages and make up for the weaknesses of the Korea traditional mud wall. In this study, both wall types underwent various evaluations in terms of their performance in insulation testing, freezing and thawing testing, impacting testing and weight measuring (the size of material in this experiment was 69 cm ×105 cm).
On all of these tests, findings revealed that the dry-wall alternative performed better than traditional mud wall.
Keywords : Traditional Mud Wall, Dry-Wall, Sustainable Material, Evaluation of Performance 주 요 어 : 전통 흙벽, 건식벽체, 지속가능한 재료, 성능 평가
I. 서 론
1. 연구의 배경 및 목적
최근 들어 웰빙(well-being)주택에 대한 관심이 고조되 면서 우리나라 전통주택 양식인 한옥에 관심을 가지는 일 반인들이 증가하고 있다. 이는 전통주택인 한옥이 친환경 적이며 지속가능한 건축물이며 우리조상들의 지혜가 담겨 져 있기 때문일 것이다. 특히, 이러한 장점에도 불구하고 공기단축과 저렴한 비용에 의한 패널 건축으로 우리의 농 촌주택 뿐 아니라 편리한 생활방식에 의한 아파트 문화 로 아름다운 경관이 변화하고 있다. 이는 전통주택을 건 축하고자 하는 경우 공사 기간이 오래 소요되고, 순수 수 작업으로 이루어지기 때문에 인건비 상승에 따른 전체 공 사비가 상승하게 되며, 완공 후 관리상의 문제 등과 같은 단점도 가지고 있기 때문이다. 특히 전통주택의 입면 구 성 중 가장 많은 부분을 차지하고, 전통주택의 주요 구성
요소인 외벽은 흙벽으로 시공되는데, 이는 투박하고 물에 약할 뿐 아니라, 약한 충격에도 쉽게 부서지며, 시간이 지 남에 따라 목재인 기둥과 벽의 주원료인 흙과 재료분리 현장이 일어나면서 에너지 손실과 함께 단열에 관련된 문 제가 발생하기도 한다. 이런 단점으로 인하여 전통주택을 원하는 건축주로부터 큰 호응을 받지 못하고 있는 상황 이다. 사례 연구
1)에서도 공사비의 저렴화와 균열발생의 개 선에 대한 요구가 상대적으로 높게 나타났으며, 분진발생 대비, 공사기간 단축, 유지관리비 절감, 보수의 간편화, 외 벽의 방수성능 개선 등에 대한 요구도 조사되었다. 이에 전통건축 시공과정을 단순화하고 현대화로 개선시키고 농 촌주거문화의 개선을 위한 기초단계로 벽체의 건식화와 경량화를 제안함과 동시에 기존의 흙벽 성능을 만족시킬 수 있는 건식 벽체를 개발하여 전통주거건축의 여러 단 점을 보완하고 전통건축에 대한 저변을 확대시키고 또한 변화하는 농촌경관의 새로운 모습을 모색하고자 한다. 이 에 본 연구에서는 지속적으로 관심이 높아지고 있는 전 통주택 중에서 주택을 구성하는 외벽의 흙벽을 중심으로 거주자의 욕구를 만족시키고 기존의 흙벽 시공이 가지고
*정회원(주저자, 교신저자), 동양대학교 건축실내학과 교수, 공학 박사, 건축사
이 논문은 2011년 대한건축학회의 추계학술발표대회 발표한 내용을 수정·보완한 연구임.
이 연구는 2011년도 한국학술진흥재단 연구비 지원에 의한 결과의 일부임. 과제번호: 2011-0010023.
1) Kim, J., & Jeong, J. (2006). A Study on Architectural Features and Current Status of Earth Housing. Journal of the Korean Housing Association, 17(1), p. 104.
있는 여러 단점을 보완할 수 있는 새로운 건식 벽체개발 을 제안 하고자 하는 것이다. 이와 같은 대체벽체 개발을 통하여 아파트 주거문화와 패널건축으로 사라져 가는 우 리만의 전통 주거문화에 새로운 방향을 모색하고 현대 한 국인의 라이프스타일에 적합한 주거문화를 창조하자 한다.
2. 연구의 범위 및 방법
연구범위는 전통주택 입면의 이미지에 가장 많은 영향 을 미치는 외벽 중에서 전통시공 방식인 흙벽(심벽)에 대 체될 수 있는 건식 벽체개발과 시공적용단계까지 한정하 였다. 이를 위하여 단열, 동결융해, 중량측정, 충격에 관 한 실험결과를 비교 평가하였으며, 기존의 전통적인 흙벽 의 시공방식이 가지고 있는 단점을 보완할 수 있고 동시 에 전통 흙벽이 가지고 있는 장점을 수용할 수 있는 개 량형 건식 벽체를 제안하고자 하는 것이다. 이러한 조립 화를 통하여 순수 흙으로만 이루진 벽체의 단점인 관리 상의 문제와 단열성의 문제 그리고 재료분리 현상을 보 완하여 목조 기둥과 일체화된 벽체로서 기밀성을 유지하 기 위하여 벽체와 기둥의 접합부를 향상시켜 최종적으로 벽체의 시공성을 현대화하고자 하였다. 연구방법은 기존 전통 흙벽과 흙벽의 단점을 보완한 개량형 건식 벽체를 실제와 같은 방식으로 제작한 실험체를 만들고 각 실험 에 적합한 실험기기를 사용하여 단열시험, 충격시험, 동결 융해시험, 중량측정 등 다양한 테스트를 실시하여 두 벽 체간의 성능을 비교 평가하는 방식으로 이루어졌다. 그리 고 다양한 성능 테스트 결과를 통하여 기존 전통방식의 흙벽과 이에 대체될 수 있는 개량형 벽체의 성능의 우수 함을 상호 비교 평가한 후 실제 시공에 적용하는 단계까 지 진행하였다.
II. 기존 흙벽의 이론적 고찰
1. 기술개발의 필요성
현재 우리민족의 전통주거 양식인 한옥은 현대건축에 비해 공사단가가 높고
2)장기간의 공사기간이 필요하기 때 문에 일반인들이 거주하기 위하여 건축하기에는 부담이 된다. 뿐만 아니라 전통 한옥 보다 저렴한 콘크리트조, 벽 돌조 건축이나 최근에는 경량 패널 주택 등에 밀려 우리 전통건축은 민속촌이나 관광지에서만 볼 수 있는 것이 현 실이다. 특히 경향 패널 방식의 국적불명 주택은 전통농 촌의 주거문화를 바꾸고 있다. 그 뿐만 아니라 차후 우리 자손들은 전통건축 방식의 우수함과 우리건축의 지혜로움 을 잊어버리고 국적 불명의 주거공간에서 삶을 영위하게 됨에 따라 정체성의 혼란을 가져올 수 있을 것이다. 특히 현대건축의 유해한 화학물질에 의해 발생되는 여러 증상 들을 예방하고 건강한 삶과 공간을 우리국민에게 제공할
필요성이 증가하고 있는 시점에서 본 연구를 통한 기술 개발이 적실히 필요하다고 할 수 있다.
“ 지속가능한 한옥 개발 및 보급을 위한 수요자의식 조 사연구”(Kim, 2008)에서 ‘한옥을 지을 경우 예상되는 어 려움’에 대한 설문조사 결과에서 건축비(27.1%), 거주의 불편함(26.6%), 건축 후 관리 및 보수(25.0%) 순으로 건 축비에 대한 비중과 관리 보수 등에 대한 어려움이 절반 이상으로 높게 나타났다<Table 1>. 그리고 우리사회에 한 옥을 계승하지 못한 가장 큰 원인이 무엇인지에 대한 설 문조사에서도 응답자의 23.4%가 건축비 때문이라고 응답 했을 정도로 전통 주택인 한옥 보급에서 가장 큰 단점은 단위공사비가 높다는 것이라 할 수 있을 것이다. 이는 전 통건축의 시공이 대부분 수작업에 따른 시공기간의 장기 화 때문이라 할 수 있다. 반면에 한옥을 현재 및 미래에 도 지속성이 있는 주택으로 인식하는 응답자가 전체 80.4%
로 굉장히 높게 조사되었고 가능성이 없다고 응답한 비 율은 6.7%로 극히 낮게 나타나고 있었다. 이는 조사자 대 부분이 우리나라 전통주택을 단순히 전통을 계승하고 옛 것에 대한 향수로서의 공간이상으로 인식하고 있음을 의 미하고 있다.
2. 국내 흙벽 시공 현황
대부분 흙벽은 흙벽돌, 흙블럭 등을 사용하여 벽체를 쌓 아 올리거나, 현장 제작으로 흙을 건축재료를 이용하여 다짐 또는 타설하여 벽체를 만들거나, 볏짚단을 압축하여 벽체를 만들거나, 흙보드 등을 붙여 벽체를 구성하는 공 법 등이 있다. 이 중 국내 흙집 시공에서 가장 많이 쓰 이는 공법으로는 흙벽돌공법(earth brick), 흙다짐공법 (rammed earth (A)), 볏짚단공법(B) (straw bale)을 들 수 있다<Figure 1>. 흙벽돌공법은 국내에서 가장 대표적으로 사용되는 공법이다. 기존 연구(Kim and Jeong)에 따르면 국내에서 흙 건축재료로 시공된 주택 중 흙벽돌을 주로 사용한 주택은 77.1%에 해당하는 것으로 나타났다. 한편 흙집에서의 내부 마감은 흙미장(27.1%) 또는 흙미장 및 벽지(62.7%)를 사용한 경우가 가장 많은 것으로 나타났 다. 흙다짐 공법은 현장에서 흙과 물을 적절하게 배합한 뒤 거푸집에 채워 넣고 다져서 벽체를 만드는 방식으로 벽체의 두께는 400~450 mm 정도로 구성된다. 대부분의 흙다짐 주택에서는 벽체를 그대로 노출하여 적용하거나 내부에 한지로 마감하기도 한다. 바닥 및 지붕의 구성은 흙벽돌공법을 적용한 주택과 유사하다. 볏짚단 공법은 압 축된 볏짚단을 벽돌처럼 쌓고 볏짚단 표면에 볏짚과 흙 이 적절하게 혼합된 흙을 발라서 벽체를 만든다. 총 두께 는 600 mm 정도로 이루어지며 단열재를 사용하지 않고 벽체를 구성한 사례이다. 이와 같이 전통흙벽의 단열성에
2) 황용운(2006). 전통 한옥짓기, 1,500만원/평으로 일반주택에 비해2-3배 소요되는 것으로 기술하고 있다. 서울: 발언 p. 16.
Table 1. Expected Problems in Hanok Constructing
Financial
burden
Inconvenient living
Maintenance difficulties
Rate (%) 27.1% 26.6% 25%
대한 문제를 해결하기 위해서는 자연스럽게 벽체의 두께 가 현대 콘크리트나 벽돌조의 벽두께
3)보다 두껍게 시공 되는 단점을 가지고 있다.
3. 흙벽의 문제점 고찰 1) 흙 재료의 성질
전통 건축의 벽체에 사용되는 흙은 대부분 황토로서 우 리나라 고유의 전통적 건축재료이며 환경부하를 줄일 수 있고 지속가능한 우수한 재료로 판단되지만, 황토 시공기 술이 체계적으로 정립되지 않은 상태에서 오랜 경험을 통 하여 습득한 감각으로 시공함에 따라 안전성과 더불어 시 공에 일관성이 없는 것이 현실이다. 특히 황토는 시공 후 건조·수축으로 인한 균열로 내구성의 저하 및 강도의 저 하, 그리고 균열된 틈 사이로 외기 침투 등의 문제점이 발생하게 된다. 특히 순수한 황토가 건축 재료로 사용될 경우 쉽게 물에 풀리는 점
4), 경도가 낮아 표면이 긁히는 점, 묻어나는 점 등의 취약점을 가지고 있다. 특히 흙을 주원료로 사용한 재료가 물을 다량으로 흡수하여 풀리게 될 경우 심각한 구조적 위험성, 시각적인 문제가 발생될 수도 있다. 이 때문에 흙을 주재료로 사용할 경우 물에 대한 충분한 대책이 마련되어야 한다. 다시 말해 흙은 물 의 함수 정도에 따라 그 역학적 성질이 달라지며, 흙 건 축에서 흙의 함수 상태는 재료의 시공성, 구조적 안정성 및 디자인적 요소에 중대한 영향을 미친다고 할 수 있다.
특히 흙에 석회 및 시멘트 등의 결합재를 첨가하지 않고 순수 흙 자체의 결합력만을 이용하여 건축 재료로 가공 하였을 경우 흙 재료는 보편적으로 물에 대한 내성이 약 하게 된다.
5)2) 목재와 흙의 재료 분리 현상 및 기존연구
목재와 흙은 오래전부터 우리나라 전통주택에 사용되어 온 주요 건축구성 재료이며 환경친화적인 재료이다. 흙벽 과 접합하는 목재인 기둥과 벽체의 주원료인 황토는 모 두 자연친화적 재료로 시간이 흐르고 건조되면서 수분이
증발되고 수축하게 된다. 목재는 원래 불안정한 재료로서 건습에 따라 신축하게 된다.
6)비록 건축하기 전에 건조가 잘된 목재라 할지라도 대기로부터 습기를 흡수할 때나 대 기 중에 습기를 발산할 때는 팽창과 수축이 수반된다. 그 러므로 목재의 수축과 팽창을 감소할 수 있는 최선의 방 법이란 대기조건에 알맞게 건조된 목재를 사용하는 일이 다. 이와 관련하여 대목장 신응수 선생은 “일본의 가옥은 지은 후 30년이 되면 전체적이 보수가 필요한 반면에 한 옥은 지은 후 15년이 되면 틀어짐을 바로잡아야 한다.”
7)라고 했을 정도로 목재의 수축이 전통주택의 수명에 영 향을 미치고 있음을 언급하고 있다. 그리고 두 재료는 서 로 다른 고유의 성질을 가지고 있는 이질재료이므로 시 공 후 시간이 흐름에 따라 나무로 만든 기둥과 흙벽은 건 조·수축에 따른 재료분리 현상이 나타난다.
이런 재료분리 형상에 관해 여러 실무전문가 및 학자 들이 공통적으로 언급한 내용을 살펴보면, Kim, Kim, Park(2004) “ 건조수축으로 인해 목재와의 이음부분에 틈 이 발생하여 침기에 의한 열손실 확률 증가, 열환경 개선 을 위한 창호의 개선이 필요하다.” 윤원태(2004) “벽체의 두께와 함께 목재와 흙이 접촉되는 부분에 틈새가 생기 지 않도록 하는 것이 가장 중요하다.” 황두진(2007) “이 질 재료간의 연결부위는 한옥의 내구성을 나쁘게 만드는 요인이며. 벽체의 흙과 기둥의 나무가 수축함에 따라 그 연결 부위가 벌어져 바람이 침입한다.” 황용운(2006) “흙 벽을 시공할 때 주의할 점은 목재와 흙이 만나는 부분에 서의 디테일 처리, 목재와 흙은 이질재료이기 때문에 서 로 밀착되지 않고 틈이 생길 수 있어 이 틈으로 외기 침 입에 따른 에너지 손실이 발생 한다.”
8)즉, 각 재료의 성 질이 다른 두 재료의 접합부에는 재료분리현상이 일어나 고 이로 인하여 실내 또는 외부에 부작용이 발생하게 되 므로 접합부 시공시 재료분리 현상에 대처할 수 있는 디 테일 처리가 요구되어 진다. 특히 목재와 흙은 본질적으 로 수분에 의해 변형하는 특성을 가지고 있는 재료이기 때문에 시간이 지남에 따라 서로 밀착되지 않고 재료분 리가 일어나면서 틈이 발생하게 되고 이 틈으로 외풍이 들어 올 수 있다. 이는 주택의 수명을 단축할 뿐 아니라 많은 에너지 손실의 원인이 되고 있음을 알 수 있다.
Lee et al.(2008) 에 의하면 현재 이러한 재료 분리현상 과 재료분리 현상에 의한 에너지 손실을 미연에 방지하
3) 일반적으로 콘크리트조의 경우 150~180(콘크리트)+50(단열재) +100 (0.5B쌓기)=300~330 mm이며 벽돌조의 경우 100(치장벽돌 0.5B)+50(단열재)+200(1.0B쌓기)=350 mm 벽두께로 시공된다.
4) 일반적으로 한옥에서는 기단을 만들고 처마는 기단보다 길게 시 공하여 떨어지는 빗물이 기단으로 인하여 직접 벽에 닿지 않도록하 여 흙벽의 파손을 방지하고 있다.
5) Hwang, H., Kang, N., & Seo, E. (2008). A Study on the Development of Nature-friendly Water Repellents using Traditional Finishing Techniques. Journal of the Architectural Institute of Korea (Structure and Construction), 24(6), p. 44.
6) 목재의 경우 나이테(원)을 기준으로 접선반향으로 수축률이 방사 방향의 수축률보다 크며, 나무에 따라 조금씩 차이는 있지만 1.5~2 배 정도의 차이를 보인다.
7) Cho, N. (2009). Technology of Contemporary Wooden Architecture:
In case of Evolution of Hanok. Review of Architecture and Building Science, 53(9), p. 41.
8) Lee, J., Moon, H., Park, B., & Pang, S. (2008). An Analysis of the Air-Penetrating Characteritics of the Types of Joints between Wooden Columns and Earth-Finished Walls in Korean Traditional Architecture. Journal of the Architectural Institute of Korea (Structure and Construction), 24(4), (재구성)
Figure 1. Section Details of Mud Walls
기 위하여 시공할 때 기둥과 벽체의 접합부<Figure 3>를 벽체 삽입형(A), 오림목 부착형(B), 밀폐형(D)(다른 흙벽 과 달리 단열재를 사용하면서 기둥을 감싸는 경우로 외 부에는 기둥이 나타나지 않으므로 전통적인 벽체에서 기 둥이 입면의 구성요소로서 기능을 하지 못한다) 그리고 졸대 부착형(C) 등과 같이 다양한 디테일 방법들이 사용 되고 있다. 각 접합부 디테일에 대한 풍압계수를 실험한 결과에서는 접합부에 아무런 디테일이 없는 일반적인 경 우(본 연구에서 연구범위에 포함된 타입)가 풍압계수가 가 장 높게 나타나 가장 불리하였고 졸대 부착형이 가장 낮 게 나타나 가장 유리한 디테일인 것으로 실험 결과로 나 타났다. 접합부에 굴곡을 둔 디테일 타입이 에너지 손실 및 재료분리 현상이 감소하는 것으로 나타났다. 즉, 접합 부의 굴곡이 외기의 통과속도를 감소시킬 뿐만 아니라, 외기가 이동하는 통로의 길이를 늘려줌으로써 운동에너지 를 감소시키고 있었기 때문이었다.
3) 공사기간의 장기화 및 관리
전통 방식의 흙벽시공에서 가장 큰 단점 중 하나가 시 공기간이 오래 소요되며
9)관리가 어렵다는 것이다. 일반 적인 전통한옥의 외벽은 심벽으로 기둥 사이의 상·하 인 방사이에 황토의 접착력을 증가시키기 위하여 중깃대와 외를 엮고 흙으로 메워가며 시공이 이루어진다<Figire 4>.
즉 습식으로 시공이 이루어지고 한번이 아닌 여러 번의 겹쳐 바름을 통하여 완성된다. 한번 바르고 완전히 건조
될 때까지 기다렸다가 다시 재벌하고 또 건조될 때까지 기다렸다가 다시 흙손질 하는 과정을 거쳐야하기 때문에 많은 시공시간이 소요된다. 그리고 안정된 상태의 흙을 재료로 사용한 건물이 완성된 상태에서 외부로부터 기준 이상의 물을 흡수하게 되는 경우 원래의 역학적 안전성 은 깨어지고 시각적, 구조적인 문제까지 일으킬 가능성이 높아지면서 기능적인 부분에 하자가 발생하게 된다.
10)기 존의 전통한옥에서는 깊은 처마가 비와 눈을 어느 정도 막가줌으로써 하자를 방지해 주고 있지만 흙 자체만으로 건물을 시공할 경우 외부로 노출되는 부분에는 발수제 혹 은 방수제, 코팅제 등을 사용하여 물의 침투를 원천적으 로 차단하여 보호할 필요가 생긴다. 최근에는 전통한옥의 외벽을 시공할 때 순수한 황토가 아니라 강도를 내기 위 하여 어느 정도 다른 재료(백색시멘트인 마그네샤 등)를 혼합하여 사용하는 것이 일반적이다.
4) 외벽두께의 한계와 단열의 문제
생물체에게 외피는 단순한 경계면이 아니라 외부의 충 격으로부터 몸을 보호하고 외부의 이질적인 환경(온도, 수분, 공기)을 선택적으로 받아들이거나 방어하는 기능을 수행한다. 한옥의 경우는 뼈대(기둥과 인방 등)가 외부로 노출되면서 기둥으로서의 기능 뿐 만 아니라 입면의 이 미지 형성에도 큰 부분을 차지한다. 그러나 이렇게 노출 된 뼈대는 뼈대(기둥, 인방)의 폭(두께) 만큼 벽의 두께 가 초과하지 못하고 한정되는 문제점이 있다. 즉 벽을 지탱하는 기둥과 상·하 인방이 노출되기 위해서는 기 둥과 인방 두께 이상으로 벽을 두껍게 시공하지 못하는 것이다.
11)이로 인하여 벽 안에는 단열재를 넣을 수 없 고 순수 흙으로만 이루어지게 되며 그 두께로 인하여 겨 울에는 에너지 효율이 떨어지는 반면에 여름에는 시원한 환경을 조성하게 된다. 일본의 재래 공법과 북미식 경골 목조구조의 경우에는 에너지 효율감소 방지를 위해 외피 가 기둥을 감싸는 방식을 채택하고 있는 경우도 있다.
12)최근에는 흙벽으로 시공되고 있는 자연친화적인 주택의 경우 외벽 안쪽으로 다시 단열재를 시공하는 하는 경우 가 대부분인데 이런 시공방식 역시 공사단가를 증가시키 는 원인이 되고 있다.
9) 흙벽시공은 습식시공이므로 동절기 동안 공사를 할 수 없고 또한 홑벽시공 건조 후 빙열(흙벽이 건조되면서 수축하여 갈라지는 현상 을 의미함)이 생길 때까지 기다렸다가 다시 겹쳐 바르고 이를 3-4회 반복해야 하므로 공사기간이 길어질 수밖에 없다.
10) Hwang, H., Kang, N., & Seo, E. (2008). A Study on the Development of Nature-friendly Water Repellents using Traditional Finishing Techniques. Journal of Architectural Institute of Korea (Structure & Construction), 24(6), p. 44.
11) 일반적으로 인방의 두께는 약 9~12 cm 정도이고 흙벽을 시공한 후 인방이 노출되므로 흙벽의 두께는 9~12 cm를 초과 하지 못한다.
또한 단열재가 시공되지 않기 때문에 겨울철의 거주공간에 적절한 기온을 유지하기가 어려운 문제점이 생긴다. 최근에는 이러한 결점 을 보완하기 위하여 전통한옥의 흙벽내부(내단열)에 단열재를 시공 한 후 석고보드로 마감 후 벽지로 마무리하는 경우가 있다. 이런 경 우 추가적으로 공사비용이 증가하게 된다.
12) 흙다짐 벽의 단열 성능은 일반적으로 추운 기후의 지역에서 요 구되는 기준에 미치지 못한다. 30 cm 두께의 흙다짐 벽의 u값은 1.9~2.0 w/m2k 정도이다. 유럽의 많은 국가에서 요구하는 u값은 0.5 W/m2k로 이를 얻기 위해서는 1.6~1.8 m 두께의 벽이 필요하다.
Figure 2. Material Segregation of Wood (Column) and Mud (wall) -Gap, made by material segregation, is the main cause of energy loss
Figure 3. Joint Details of Column and Mud Wall
4. 흙 벽체의 구성 및 발전방향
전통주택의 외벽인 흙벽은 상·하인방 사이에 중깃과 외를 엮어 황토를 메워가며 벽을 완성하는 것이 일반적 인 시공방식이다. 흙벽은 상·하인방 사이에 외를 엮고 흙에 짚을 넣음으로써, 횡력에 약한 흙의 단점을 보완하 고, 벽체의 자중을 감소시키며 어느 정도 단열성을 증대 시키는 장점이 있는 반면에 신축율이 서로 다른 이질재 료인 나무(기둥과 인방)와 흙벽의 흙이 접하게 되므로 접 합 부위가 벌어지거나 균열이 발생하는 필연적 단점이 발 생한다.
13)이를 위하여 건식벽체 개발과 기둥과 벽체의 접합에는 이질재료가 만나는 부분을 최소화 하고 동시에 기밀성을 요할 수 있는 디테일 개발이 동시에 이루어져야 한다. 즉 건식벽체의 개발은 건식재료의 개발과 실제적용이라는 2 가지 측면이 동시 이루어지는 발전방향으로 변해가야 할 것이다.
건식재료의 개발과 적용이라는 측면에서는 한옥의 벽체 를 벽돌로 구성하는 것
14)외에, 중량을 최소화할 수 있고 환경 친화적인 재료로 구성하는 것이 유효할 것으로 보 이며, 황토를 주재료로 만들어진 패널의 상용화와 이를 적용할 때 필요한 접합기술 등 이에 대한 구체적이고 실 용적 연구가 필요하다고 생각한다.
III. 건식 벽체 개발 및 성능시험
1. 건식 벽체 제작
전통 흙벽의 성능적인 문제점을 보완하고 흙벽을 대신 할 수 있는 건식 벽체 제작하였다. 각 성능평가를 위한 실험체 크기는 흙벽과 건식 벽체를 동일한 크기(69 cm×
105 cm)
15)로 제작하였고 건식 벽체 2가지
16)와 흙벽의 여 러 문제점(단열성, 재료분리, 동결융해 등)에 대한 성능을
분석하기 위하여 기존의 전통흙벽 시공방식으로 제작한 시험체 흙벽을 1개 제작하였다<Figure 5>. 그러나 내부에 삽입된 재료를 달리한 두 건식 벽체는 실험결과가 거의 동일했기 때문에 본 연구에서 1개의 실험체를 선택하여 흙벽과 비교 실험을 실시하였다.
기존 흙벽은 기존 방식대로 상·하인방에 중깃을 사용 하여 양쪽 벽에 짚과 섞은 황토로 마감한 벽체로 제작되 었다. 건식 벽체의 경우 외부에는 CRC(Cellulose Reinforced Cement) 보드로 마감하고 주거공간의 내부에는 웰빙을 위 한 황토보드 마감을 사용하였고 내부는 순수 황토가 아 닌 미네랄 울을 단열재로 사용하여 제작하였다(CRC보드 ( 외부) + 미네랄울
17)+ 황토보드
18)( 내부)). 시험을 위한 외부 환경은 동일한 조건으로 맞추어 실험을 실시하였다.
실험을 위한 건식벽체의 제작 과정은 ① 53 mm×30 mm 각재를 이용하여 552 mm×922 mm의 내부 격자 형틀을 제작 하였다. ② 완성된 형틀에 외부에는 CRC보드와 열 반사단열재 부착 후 완성된 형틀에 고정하고 외장재는 내 부 형틀보다 12 mm 작게 제작하였다. ③ 친환경소재인 미네랄-울을 내부단열재로 사용하여 내부 틀에 밀실하게
13) Hwang, H. (2008, March). Eco-Architecture Technology utilized Traditional Building Materials. Review of Architecture and Building Science, 52(3), p. 44. (전통건축 수리보수에서 서까래가 지 붕의 물매를 잡기 위해 사용하는 황토와 접하는 부분이 가장 많이 썩게 된다. 이유는 황토에 포함된 수분이 나무와 만나면서 서까래(나 무)를 썩게 만들기 때문이다.)
14) 흙벽은 중깃이 흙의 무게 감소시키는 역할을 하고 있지만 벽돌 로 벽체를 구성하는 경우 벽돌을 고정시켜주는 장치가 없기 때문에 하인방이 벽돌의 무게로 인하여 처지는 경우가 발생할 수 있다.
Figure 4. Constructed small reinforcing post inside wall to improve adhesion of mud and waiting until dry after fill with mud
15) 실험에 사용한 동결융해기 크기는 1,100(L)×500(W)×740(H)에 넣어 실험할 수 있는 크기를 고려하여 시험체를 제작하였음 16) A형: crc보드(외부)+미네랄울+황토보드(내부)
16) B: crc
보드(외부)+e-보드+황토보드(내부)두 실험체는 내부의 재료를 달리하여 실험하였다. 그러나 실험결과 가 거의 동일했기 때문에 본 연구에서는 A형을 선택하여 비교 기술 하였음.
17) 친환경건축자재로 인증(HB318G05-02)받은 재료를 사용사였음 18) (주)황토의 재품으로-환경경영시크템인증서와 ISO 14001:2004 를 등록 승인했고 제조방법 또한 특허청으로 특허권을 받은 제품사용
Figure 5. Dry-wall Design and Details
단열재를 채워 넣었다. ④ 내장재는 황토를 사용한 친환 경재료인 황토보드를 사용하였고 내장재의 경우에도 외장 재와 같이 열반사단열재를 부착 후 내부 형틀 보다 12 mm 작게 제작 부착하였다(기둥과 인방역할을 하는 외부 형틀 에 끼워 넣은 방식으로 제작-외기의 침입을 줄이기 위해).
⑤ 93 mm×105 mm의 각재를 사용 외부 틀을 제작(기둥 과 인방 기능 대신)하였고, 틀 내부에는 철(凸)자형의 홈 을 파서 재료 분리 현상 등으로 인하여 에너지를 손실되 는 것을 방지하였다. 그리고 내부틀이 외부틀에 삽입될 수 있게 제작하였다. ⑥ 마지막으로 외부 틀과 조립벽체 를 서로 장부 맞춤하여 완성하였다.
2. 단열성능 실험
건식 벽체와 전통흙벽 시험체의 단열 실험을 위하여 내·외부 환경 조건을 동일하게 조성한 뒤 ‘열화상카메라 500DX’ 를 사용하여 1시간 간격으로 5시간 동안 두 시험 벽체의 단열 성능을 비교하였다<Figure 6, 7>. 그 결과는
① 건식 벽체와 흙벽의 단열 측정을 시작한 1시간까지는 벽체 외부의 표면온도가 같은 증가 값을 보였다. ② 실험 실시 1시간 이후부터 건식 벽체의 표면온도는 약 15
oC 를 유지하는 반면에 흙벽의 표면온도는 계속 증가하다가 4 시간 이후부터는 약 25
oC 까지 증가하였다. ③ 1시간 이 후부터 건식 벽체와 흙벽의 외부 온도 차이는 점점 커지 고 4시간 후부터는 약 9
oC 의 온도격차가 발생하였으므로 건식 벽체가 전통 흙벽보다 우수한 단열 성능을 보임을 알 수 있었다. 이와 같이 흙벽의 내부온도가 상승함에 따 라 외부온도가 상승하는 현상은 건조된 황토가 내부열을 전달하는 매개체 역할을 하게 됨으로써 내부의 열을 외 부로 전달하는 열전도율이 높게 나타나고 이로 인하여 단 열효과가 떨어지는 것으로 분석되었다. 반면에 건식 벽체 는 내부에 들어있는 단열재와 열반사재로 인하여 외부로 열을 전달하는 열전도율을 낮추어 단열 효과가 우수한 것 으로 나타났다.
3. 동결융해 및 중량측정 시험
건식 벽체와 전통 흙벽이 시간이 지남에 따라 벽체에 어 떠한 변화가 발생하고 어떠한 영향을 미치는지를 분석하기 위하여 동결, 융해실험을 실시하였다. 분석실험을 위하여
‘HJ-3525 동결 융해 시험기(1,100(L)× 500(W)×740(H))’를 사용하여 건식 벽체와 흙벽을 동결융해시험기에 넣고 동 결융해 주기를 이용하여 3회 반복하였다. ① 1주기는 겨 울과 여름의 1사이클로 보고, 3년의 시간 흐름으로 가정 하여 3회 반복 실시하였다. ② 건식 벽체와 흙벽을 동결 융해시험 실시 전·후 두 실험벽체의 균열양상을 균열측 정기 및 육안관찰 통하여 비교하였다.
Figure 6. The Graph of Temperature Changes Dry-wall and Traditional Mud Wall in Insulation Testing
Figure 7. As time passes, the surface temperature of both walls.
changes - You can clearly confirm the temperature difference on the surface of both walls after 4 and 5 hours
Figure 8. The Surface of Dry- wall
Figure 9. The Surface of Traditional Mud Wall
Figure 10. Crack Measurement
동결·융해시험 및 중량측정 결과: 동결·융해시험을 3 회 실시한 후 건식 벽체와 흙벽의 균열상태를 균열측정 기 및 육안관찰을 실시하여 비교한 결과는 <Figure 9, 10> 에서 보이는 것과 같이 전통 흙벽의 경우 미세한 균 열을 발견할 수 있었다. 반면에 건식 벽체에서는 변화를 발견할 수 없었다. 3회 이상 동결융해 사이클을 증가시켜 장기적 시험을 하는 경우 기존의 흙벽과 기둥은 수축정 도가 증가하게 될 것이고 이로 인하여 재료분리 현상이 뚜렷할 것으로 판단되었다. 이는 건식 벽체에 사용된 재 료의 경우 이미 제작과정에서 균열 등에 대한 성능이 보 강되어 제작된 건식 재료인 반면에 흙벽의 경우 현장제 작으로 이루어지는 습식재료 이기 때문에 건축·수축에 대한 영향을 직접 받고 있기 때문인 것으로 판단된다.
그리고 똑 같은 크기의 두 실험체의 중량을 측정한 결 과, 건식 벽체가 25.20 kg(34.76 kg/m
2) 인 반면에 흙벽은 58.50 kg(80.69 kg/m
2) 로 흙벽이 건식 벽체의 약 2배 이상 무거운 것으로 나타났다. 이런 벽체 중량의 과부하는 벽 체의 무게를 지탱하는 상·하인방에 무리를 주게 되는 결 과를 가져와 주택의 수명을 단축시킬 수 있다.
4. 충격 시험
흙벽의 경우 주재료인 황토가 시간이 지남에 따라 건조 되면서 강도가 약해지므로 계속적인 유지관리가 요구되어 진다. 이런 이유에서 동결·융해 실험을 거친 두 벽체에 충격시험을 실시하였다. 실험은 벽체에 충격을 가했을 때 얼마나 충격을 흡수하고 충격지점에 파괴되는 정도는 어 느 정도인지를 측정해 보기 위해 각 벽체에 대하여 충격 추(3 kg)를 1M, 2M, 3M 높이에서 자유 낙하시켜 각 높 이의 충격에 따른 벽체의 균열 상태와 충격정도를 측정하 였다. 측정은 ‘진동계(모델명: TYPE 3144)’를 사용하여 각 실험체의 낙하지점 20 cm 정도 떨어진 곳에서 측정하였 다. 실험결과 건식 벽체의 경우 벽체 전면에는 충격의 흔 적만이 보일 뿐 큰 파괴의 흔적은 없었고 벽체 후면의 경 우에는 실금이 확인되었다. 반면에 흙벽의 경우에는 외부 에 접하는 벽체 부분의 충격지점은 충격 부분 부근이 파 괴되었고, 내부에 면하는 후면의 경우에는 많은 부분이 파 괴 되었다. 이는 흙벽의 경우 내·외벽이 같은 흙으로 이 루어져 있기 때문에 외부 벽의 충격이 내부로 전달되면서 내벽의 파괴가 크진 것으로 분석되었다<Table 2>.
5. 실험결과에 의한 건식 벽체 적용
건식 벽체 적용 단계로 이제까지 이루어진 성능실험을 통 하여 우수함이 인정된 건식 벽체를 실제 현장에 적용하기 위하여 실제 규모로 제작하여 시공에 적용하였다. 건식 벽 체를 적용하기 위한 전통주택 규모는 정면 2칸 × 측면 1칸 의 크기로 시공과정을 재현하였다. 건식 벽체를 실제시공단 계에 적용하는 가장 큰 목적은 1) 재료분리를 위한 최소화 하기 위한 디테일 처리를 점검하고 2) 중량을 최소화하면서 단열효과를 증대시키고 3) 건식 벽체의 조립방식을 통하여 공기를 단축함과 동시에 인건비를 최소화하는 목적으로 이 루어졌다. 일반적으로 벽체시공은 공사현장에서 골조가 완 료된 후에 이루어지는 것일 일반적이고 습식 공법으로 인 하여 많은 시간이 요구되었지만 본 건식 벽체의 경우 도면 에 의해 골조와 벽체가 동시에 제작 가능하였고 이로 인하
Figure 11. Freezing andThawing Testing Cycle of Dry-Wall
Figure 12. Freezing and Thawing Testing Cycle of Traditional Mud Wall
Table 2. Impacting Testing Result of Dry-wall and Mud Wall
Testing result The number of
vibrations (m/s
2)
Drywall
A little flaw was formed on the surface of the Dry-wall, but there are no big cracks on it when it free fell down from a height of 1m, 2m and 3m. Micro crack arose on the other side but bigger crack didn't arise because insulations (mineral-wool) cushioned the impact.
1M 24.6
2M 22.9
3M 26.9
Traditional mud wall
A mass of iron set into the mud wall when it free fell down from a height of 1M. The impacted surface of mud wall was broken by a mass of iron when it fell down from a height of 2m or 3m. The other side of the mud wall was completely broken by the mass of iron because impact of the front delivered to the other side.
1M 71.7
2M 27.8
3M 16.3
* ‘M’ is to impact height
Figure 13. Surface of Dry-wall after Free Fall of 3 m - Even though a micro crack was found on the surface but there are none on the back side
Figure 14. Broken Traditional Mud Wall after Free Fall of 3 m - Place of impact was partially broken and the back side was totally broken
여 많은 공기를 단축할 수 있었을 뿐 아니라 벽체 시공의 건식공법으로 인하여 공기를 추가적으로 단축될 수 있었다 (2 칸×1칸 규모의 경우 6일 소요되었다). 그리고 이에 따른 인건비 부분도 많이 절약할 수 있었음을 확인할 수 있었다.
그 외 벽체와 기둥부분을 제작 후 현장으로 이동하므로 인 해 현장에서 공사를 위한 많은 공간이 필요하지 않았다.
6. 실험 결과 종합
우리나라 전통 한옥의 흙벽(심벽)의 장점을 취하고 단 점을 보완할 수 있는 건식 벽체에 대한 단열실험, 동결·
융해실험, 중량측정실험, 충격실험 등 여러 성능을 시험한 결과 흙벽을 대신할 수 있는 건식 벽체가 전통 흙벽보다 성능적인 측면에서 우수함을 증명할 수 있었다. 비록 성 능적인 우수함이 증명되었다 할지라도 자연친화적 재료인 흙에 대한 우리 정서를 극복하기에는 부족함이 있을 것 이라 판단된다. 그러나 이러한 시도를 통하여 우리 전통 주택을 좀 더 폭 넓게 수용할 수 있고 보급할 수 있는 시도는 계속적으로 이루어져야 할 것이라 사료된다. 위 여러 실험 결과를 종합하면 <Table 3>과 같다.
IV. 결 론
우리의 전통주택은 우리가 보전해야할 우리의 문화임은 틀림없다. 그러나 서양의 다양한 주택문화의 영향, 특히 도시를 가득채운 아파트 주거문화로 인하여 우리만의 전 통적인 주택문화가 상실되어가고 있을 뿐 아니라 우리전 통 문화가 남아 있는 농촌주택마저 국적불명의의 패널주 택에 의해 아름다운 경관이 변해가고 있다. 이에 좀 더 쉽게 우리의 전통주거문화를 이해하고 접근할 수 있는 방 안의 한 부분으로, 전통주택에서 가장 많은 부분을 차지 하고 있는 흙벽을 대체할 수 있는 방안으로 건식 벽체를 제안하게 되었다. 이런 의미에서 건식 벽체를 제안하는 주된 목적은 크게 2가지로 나누어 볼 수 있다. 첫째 넓 은 의미로는 전통한옥의 시공기간과 단가를 낮추면서 현 재 생활인이 아무런 불편이 없이 생활할 수 있는 우리만 의 공간을 창조하고 정통성을 보전하자는 것이다. 둘째는 좁은 의미로는 비록 전통한옥의 전 시공과정을 다루지는 못했지만 한옥에서 많은 부분을 차지하는 벽체의 시공방 법을 개량화, 성능개선, 조립화를 통하여 시공의 표준화와 보편화로 개선하여 일반인들에게 한옥에 대한 욕구를 만 족시켜주고, 한옥의 보급화 계기를 우리만의 주거문화를 재창조하는 계기를 마련 하고자 하는 것이다. 또한 이러 한 개선은 건강건축, 지속가능한 건축에 대한 관심의 증 가에 따른 저렴한 전통건축의 파급효과에 큰 영향을 줄 수 있을 것이며 또한 아직 전통적인 관습이 남아 있는 농 촌의 주거문화에 새로운 변화를 줄 수 있을 것이다. 그리 고 흙벽의 파손과 관리상의 문제가 해결됨으로 인해 한 옥의 수명을 연장하는 효과도 있을 것으로 기대된다. 본 연구의 결과를 종합하면, 비록 건식 벽체에 대한 실험이 몇 가지에 한정하여 이루어졌지만 그 결과 건식 벽체가 흙벽에 비해 성능적인 면에서는 우수함이 입증되었다. 또 한 실제적인 조립화 과정에서 건식 벽체 제작을 위한 작 업라인이 구축되지 않아 수작업으로 만들어 지기는 했지 만 시간적 단축 뿐 아니라 시공의 편리함과 조립의 단순 화를 충분히 경험할 수 있었다. 분명, 이것만으로 건식 벽 체가 흙벽을 대신할 수 있을 것이라 단정하기에는 무리 가 있을 수 있을 것이다. 그러나 이러한 개선방향의 제시 는 전통건축의 다른 개선부분까지 확대될 수 있는 계기 를 마련할 수 있을 것이라 생각한다.
본 연구에서 제안된 사항 외에 향후 지속적인 연구 보 완되어야 할 사항으로는 본 연구에서 실행된 실험 외에 황토에 대한 원적외선, 방음, 탈취, 항균 비교 실험 등에 대한 비교와 mock-up 테스트가 아닌 실제 완공된 주거에 서의 실험 결과도 보완·개선되어야 할 것이다. 그리고 전통 주택에서는 벽체 뿐 아니라 전통주택을 이루고 있 는 다른 구성재 역시 현대화를 위한 연구가 이루어져야 할 것이다. 예들 들어 한옥의 형태에 있어 가장 중요한 부분을 차지하는 지붕에 대한 시공공법 개선방식, 가구(架 構)재 치목을 위한 자동화와 모듈화로 시공성을 개선할
Table 3. The Result of Testing of Dry-wall & T. Mud WallClassify of
tests Dry wall Traditional mud wall
① Insulation testing
Insulation effect was excellent because of low
thermal conductivity
Insulation effect was poor because the mud works as a thermal conductivity medium
② Freezing
& thawing testing
Nothing changed in the dry-wall surface
Had a microcrack in the traditional mud wall face
③ Weight measuring
25.20 kg (69 cm ×105 cm)
58.50 kg (69 cm ×105 cm) K.T.W is more than double
the weight of P.W.
④ Impacting testing
Absorbing power of impact is good (place of impact
was not broken)
Absorbing power of impact is inadequate (place of impact
was broken)
* K.T.W=Korea traditional mud wall
Figure 15. The Mock-up Process of Dry-wall
수 있는 방식, 그리고 현대인의 편리함을 도모하기 위한 화장실 등 위생공간을 한옥 공간 내에 접목시킬 수 있는 다양한 방향이 모색되어야 할 것이다. 마지막으로 주택 내에 여러 설비라인(전기, 가스, 통신라인 등) 설치에 대 한 문제점 등 향후 연구되어야 할 많은 것들이 남아 있 다고 사료 된다.
REFERENCES
