이번에도 역시 지속 가능한 건축의 바이블이라 불리는 노버트 레크너(Norbert Lechner) 교수의 저서 "heating_cooling_lighting"을 바탕으로 풀어내는 세 번째 환경 공학 이야기입니다.

지난 시간에 우리는 집을 따뜻한 보온병처럼 만들고, 창문을 통해 햇살을 가두는 원리를 살펴보았습니다. 벽을 두껍게 치고 좋은 창호를 달아 집이 따뜻해졌다면, 이제 우리는 눈에 보이지 않는 거대한 손님을 맞이해야 합니다. 바로 '습도(Humidity)'와 겨울철 건축주의 가장 큰 적인 '결로(Condensation)'입니다.

새집을 지었는데도 벽지가 눅눅해지거나 구석진 곳에 검은 곰팡이가 피어 피눈물을 흘리는 건축주님들이 의외로 많습니다. 왜 집이 스스로 눈물을 흘리듯 물방울을 맺어내는지, 공학적 데이터를 통해 그 비밀을 아주 쉽게 풀어드리겠습니다.

1. 공기라는 이름의 신기한 '스펀지'

우리 눈에는 보이지 않지만, 실내를 채우고 있는 공기는 언제나 물을 머금고 있는 '투명한 스펀지'와 같습니다. 이 스펀지에는 아주 재미있는 성질이 하나 있는데요. 온도가 높을 때는 물을 엄청나게 많이 빨아들일 수 있는 '거대 스펀지'가 되었다가, 온도가 낮아지면 물을 조금밖에 머금지 못하는 '미니 스펀지'로 크기가 줄어든다는 점입니다.

건축 공학에서 말하는 '상대습도(Relative Humidity)'가 바로 이 스펀지의 크기 대비 물이 얼마나 차 있는지를 나타내는 비율입니다. 예를 들어 실내 온도가 27°C(80°F)일 때 공기 스펀지에 물이 절반쯤 차 있다면 상대습도는 50%가 됩니다.

그림1. 습공기선도 (Psychrometric Chart)




2. 미니 스펀지가 비명을 지를 때, '노점온도(Dew Point)'

자, 이제 이 상태에서 보일러를 끄거나 실내 공기가 급격하게 식는다고 상상해 보겠습니다. 온도가 떨어지면 거대했던 공기 스펀지가 점점 작아지기 시작합니다. 스펀지 안에 들어있는 물의 절대적인 양은 그대로인데, 스펀지 자체가 작아지니 물이 차지하는 비율(상대습도)은 60%, 80%로 점점 높아지겠지요.

그러다 어느 순간 온도가 더 떨어지면, 스펀지가 너무 작아져서 더 이상 물을 붙잡지 못하고 밖으로 뚝뚝 흘러넘치게 됩니다. 이처럼 공기가 수증기를 더 이상 품지 못하고 100% 포화되어 물방울로 변하기 시작하는 순간의 온도를 공학에서는 '노점온도(Dew Point Temperature)'라고 부릅니다. 여름철 차가운 얼음컵 표면에 송골송골 물방울이 맺히는 현상이 바로 이 노점온도 때문에 일어나는 대표적인 일상 속 예시입니다.

3. 집이 우는 진짜 이유, '열교(Heat Bridge)'를 잡아라

겨울철 외부는 영하 10도인데 실내는 보일러를 틀어 20도 이상이라고 가정해 봅시다. 만약 집의 단열이 연속되지 않고 끊기거나, 유리가 부실하다면 실내 벽면이나 창틀의 온도가 뚝 떨어지게 됩니다.

실내 공기 스펀지가 방 한가운데서 따뜻하게 노닐 때는 아무 문제가 없다가, 온도가 뚝 떨어진 차가운 벽면에 닿는 순간 어떻게 될까요? 스펀지가 그 차가운 표면 온도에 맞춰 순식간에 '미니 스펀지'로 쪼그라들고, 결국 감당하지 못한 수증기를 물방울로 뿜어내며 벽을 적십니다. 이것이 바로 건물이 슬프게 우는 현상, 즉 '결로'의 실체입니다. 결로가 지속되면 집의 뼈대가 상하는 것은 물론, 호흡기 질환을 유발하는 곰팡이의 온상이 됩니다.

따라서 패시브하우스의 핵심은 건물 외벽 전체를 단열재로 빈틈없이 감싸 차가운 냉기가 실내 벽면으로 전달되는 통로인 '열교(Heat Bridge)'를 완벽하게 차단하는 것입니다. 실내 어떤 벽면이나 창틀을 만져보아도 온도가 노점온도 이하로 떨어지지 않게 설계해야 집이 울지 않고 건강하게 유지됩니다.

결로와 곰팡이 없는 건강한 집, 해가패시브의 과학입니다

건축주님, "이 정도 단열재 쓰면 결로 안 생깁니다"라는 현장 작업자의 경험담이나 막연한 확신에 평생 살아갈 소중한 집을 맡기시겠습니까? 실내 습도와 온도의 유기적인 변화, 지역별 겨울철 기후 데이터, 그리고 자재 고유의 열저항 성능을 정밀하게 계산하지 않는다면 결로는 언제든 시한폭탄처럼 아늑한 삶을 위협할 수 있습니다.

"데이터로 증명하는 건축가의 책임"

저희 해가패시브건축사사무소는 철저히 검증된 물리 법칙과 공학 데이터를 기반으로 집을 설계합니다. 건물에너지해석 프로그램인 Energy#, 열교해석프로그램인 Heat2, 벽체내의 온습도해석프로그램인 Wufi 를 통해 사계절 실내외 온도 변화에 따른 벽체 내부의 습도 거동과 각 부위의 노점온도를 나노 단위까지 정밀하게 계산합니다.

단 하나의 열교도 허용하지 않는 정밀한 3D 디테일 설계와 현장 오차 없는 엄격한 기밀·단열 시공을 통해, 시간이 흘러도 결로와 곰팡이 걱정 없이 가족들이 쾌적하고 안전하게 숨 쉴 수 있는 완벽한 보금자리를 숫자로 증명해 보이겠습니다.

공기 스펀지까지 다스리는 해가패시브의 똑똑한 건축 공학 이야기, 다음 편에서는 사계절 내내 신선한 공기를 무상으로 공급받는 '열회수환기장치'의 대반전 이야기로 찾아오겠습니다. 건축주님의 소중한 꿈, 데이터로 안전하게 지켜드리겠습니다. 감사합니다.

이 글이 만들어진 과정

이 연재는 Norbert Lechner의 『Heating, Cooling, Lighting』을 교재로 삼습니다. 책의 챕터 순서에 따라 다룰 주제를 나누고, 각 주제를 패시브하우스의 설계·시공과 연결해 글의 얼개를 구성합니다. 그 얼개를 바탕으로 한 초벌 원고 작성에는 생성형 AI의 도움을 받으며, 최종 원고는 필자가 내용을 검토하고 현장 경험을 더해 다듬은 것입니다.

조민구 · 해가패시브건축사사무소