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외장용 마감층과 페인트
외단열에 있어서 마감재 stucco, rendering 혹은 coating과 외부 최종 마감 paint의 선택이 입면의 내구성과 오염 그리고 여러가지 환경적 문제를 줄일수 있는 중요한 역활을 한다. 외단열이 아닌 경우에도 합당한 페인트와 마감재의 선택이 중요하지만 외단열은 특히 습기와 관계해서 그리 좋은 물리적 성질을 가지고 있지 않기에 섯부른 선택이 재시공으로 이어진다 던가 아니면 불과 한번의 겨울을 지나고 더러워진 표면 문제로 건축주나 시공사의 골칫거리가 되기도 한다.
먼저 외단열이 건축 물리적으로는 좋은 시스템이지만 단점으로는 낮의 태양열을 저장할수 있는 축열능력이 다른 구조체 즉 단열재가 내부에 있는 경우보다 떨어지기에 겨울철의 표면온도가 일반구조체에 비해서 더 내려간다. 즉 노점온도로 떨어지는 시간이 더 많다는 얘기이다. 다른 이유는 단열재로 인한 내부의 열이 밖으로 절달되는 것이 많이 차단 되었기 때문이기도 하다.
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그림 1 외부의 표면온도 변화, 열관류가 향상된 외단열의 구조와 단열이 안된 U=1,1 W/m콻의 비교. 녹색은 노점온도 표시, 출처: IBP Franuhoferinstitut, Holzkirchen germany
위의 표에서 볼수 있듯이 10cm의 EPS 로(보통의 스치로폴) 구성된 외단열의 경우는 새벽 2시30분경서 부터는 노점온도 이하가 되고 아침 해가 뜨고난 8시 이후 부터 표면온도가 노점온도 이상이 된다. 반면 단열이 되지 않은 구조의 경우는 외부 표면온도가 노점온도 이하로 떨어지지 않는것을 볼수가 있다. 물론 단열이 없는 모든 구조체가 그런것은 아니다. 즉 이 시간에 생긴 결로수는 다시 증발을 해야하는데 일반적인 페인트 생산업체들이 말하는 수증기 증발계수(evaporation)는이곳 독일의 경우는 영상 23도 에서 측정된 것이므로 실질적으로 온도가 내려간 겨울철의 결로수의 증발의 경우를 고려하면 사실상의 값과는 거리가 있다. 그래서 “방수효과가 우수하고 투습효과가 좋다”라는 표현은 사실 애매모호한 표현이라 말할수가 있다. 즉 습기가 많아진 외단열 구조는 첫째 작은 미세먼지가 응집되기가 쉽고 심한 경우는 곰팡이가 서식 하기에 좋은 조건을 만들게 된다. 즉 먼지가 양분이 되기 때문이다. 그래서 개개의 재료의 수분흡수율 (water absorption coefficient), 증발계수(evaporation) 그리고 diffusion 저항계수 Sd의 정확한 기입이 필요하다. 더 나아가서 노점온도 이하의 표면온도는 결로수 외에 결빙을 반복할 경우 구조적인 문제와도 연결이 되어 있기에 외단열의 내구성에 직접적인 영향이 있다. 정확한 기입이 후에 하자가 있을 경우 누구의 잘못인가가 확연히 들어나게 되는 것이다. 하자나 부실은 정확한 언급이 없고 또 도면이나 시방서에 대충 써 있을때 부터 시작하는 것이다. 부실을 줄이려면 종이를 채우는 것이 아니라 먼저 정확한 데이터를 기록 해야 한다.
이러한 이유에서 특히 표면이 쉽게 더러워 지는 외단열의 문제를 해결하고자 건축가나 건축주는 특히 방수효과 높고 세정능력이 높다는 더불어 투습효과 우수하다고 하는 silicone emulsion계열의 페인트를 선택하려 한다.
그림 2 외부표면을 10배 확대 한 경우, 표면의 수분이 골고루 퍼져 있는 것이 아니라 방울처럼 모여 있는 것을 볼수 있다. 출처: Dahlberg-Institut f. Diagnostik u. Instandsetzung hist. Bausubstanz e.V., germany
이런경우를 표면이 hydrophobic 되었다고 말한다. 즉 방수의 효과를 가졌다고 보면된다. 처음 이런 그림을 보게되면 건축가나 건축주의 입장에서는 좋은 해결책을 찾았다고 생각하지만 정확한 투습계수나 위에 언급한 것을 고려하지 않으면 하자는 이미 예정된 것이다.
그림 3 건물입면의 습기로 인한 영향, 결로수와 비로 인한 습기의 정도 표시,
grafik: Dr. Uwe Erfurth IfB Institut Diplom-Chemiker출처: IBP Franuhoferinstitut, Holzkirchen germany
그림3 에서 보면 건물외부의 습기나 수분으로 인한 영향은 우리가 생각하는것과는 반대로 우수로 (driving rain) 인한 것보다 결로수로(surface condensation) 인한 영향이 더 큰것을 볼수가 있다. 즉 습기는 표면에 모이는 것이 아니므로 최대한 빨리 증발할수 있는 마감층이 필요하다는 말이 된다. 23도의 영상에서 테스트한 증발속도나 투습계수의 값은 그러므로 온도가 상대적으로 낮은 겨울철의 결로수의 증발과 관계해서는 사실상 의미가 없고 정확한 값을 기입해야한다. 즉 들어오는 양보다 증발되는 양이 적다면 그 결과는 외장의 더러워 짐과 단열성능의 저하등 기타 여러가지 문제를 일으키는 것이다. 위의 결로수와 강수와의 비교는 그 시간을 고려한 것이지 그 양을 비교한것은 아니다. 즉 강수로 인한 표면의 습기 상태는 결로수 보다는 훨씬 적은 시간이지만 그 양으로 보면 결로수보다 많다.
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그림 4 세종류의 외벽 페인트를 분석한 결과, 비가오고 난후(driving rain) 표면의 수분의 양, 출처: IBP Franuhoferinstitut, Holzkirchen germany
위의 그림4는 자세히 살펴볼 필요가 있다. 녹색은 emulsion이 조금 첨가된 규산 즉 silicate 걔열의 미네랄로 구성된 페인트이고 빨간색은 소위 세정 효과가 좋다고 하는 실리콘 계열의 페인트이다. 세번째는(파란색) 소위 기적을 악속한다는 연꽃효과를 지녔다는 silicone계열의 hydrophobic 화된 페인트이다. 빨간색의 그래프는 그 방수성의 효과로 표면에 수분이 많은것이고 파란색의 페인트는 말 그대로 물방울의 형태로 중력에 의해서 밑으로 떨어지기에 상당히 적은양의 수분을 볼수가 있다. 그런데 이 수분이 얼마나 오랫동안 외벽에 있느냐가 사실은 더 중요하다. silicate의 페인트는 약 1시간 후에 그 수분이 없어졌지만 빨간색으로 표시된 silicone 페인트는 3시간이 지나도 표면에 있음을 알수가 있고 세번째 연꽃의 성질을 이용한 페인트는 그 수분의 양은 적지만 2시간 이후에 사라진 것을 볼수가 있다. 즉 문제는 페인트의 성능과는 상관없이 표면에 수분이 있으면 먼지가 모이게 되는 것이고 그러면 결국에는 곰팡이도 살게되는 것이다. 즉 그 페인트 위의 먼지가 토양을 제공하는 셈이 되는 것이다. 이 경우는 결로수의 증발과도 같은 이치이다. 내부에 생기는 결로수는 외부로 증발하는 속도가 중요한다. 오염의 정도가 심한 도시의 경우는 특히 그 위험성이 크다고 볼 수가 있다. 투습효과가 있다고 하더라도 첫번째의 silicate의 페인트 하고는 비교가 되지 않는다. 문제는 외벽에 크랙이 있을 경우는 더 심각해 진다고 볼수가 있다. 고층의 건물의 경우는 이 틈으로 (보통은 0,3mm 이상의 균열의 경우) 바람의 영향에 따라 우수시 많은 양의 빗물이 유입이 되며 상대적으로 투습이 억제된 경우는 증발이 그만큼 어려워 지고 결국은 표면의 색이 어두워 지거나 단열성능의 저하로 이르게 되는 것이다. 나아가서 외단열의 경우 발코니 부분의 단열이 끈어져서 국지적인 열교를 보이게 되면 이부분의 결로수 문제는 더욱 심각하게 되고 후드를 이용한 환기나 화장실의 강제 기계환기가 이루어 지지 않는 경우 창문 윗 부분에 어두운 부분이 생기게 되는 것이고 창문에 물 끈기용 창대가 없으면 단열재와 마감재 사이로 들오가는 수분으로 인해 문제는 더 가중되게 되는 것이다.
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그림 4 세종류의 외벽 페인트를 분석한 결과, 결로수의 변화양, 출처: IBP Franuhoferinstitut, Holzkirchen germany
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그림 5 소위 연꽃성능을 이용했다는 입면의 상태 출처:Dr. Uwe Erfurth IfB Institut Diplom-Chemiker
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그림 6, 그림5를 확대한 사진 출처:Dr. Uwe Erfurth IfB Institut Diplom-Chemiker
그림 7, 외단열 다가구 주택의 입면, 출처:Dr. Uwe Erfurth IfB Institut Diplom-Chemiker
그림 8, 습기와 수분의 증가로 인한 입의 결과 출처:Dr. Uwe Erfurth IfB Institut Diplom-Chemiker
그림7과 8의 결과처럼 빠른 수분의 증발이 보장되지 못하는 외단열의 경우는 구조의 하중증가와 단열성능의 저하로 결국에는 조금 센 바람이 오게되면 그 결과는 말할 필요가 없다고 본다.
첫째는 외단열이 중량구조가 아니기에 그 문제가 있고 또한 요즘 외단열의 마감재가 상대적으로 너무 얇다. 개인적으로는 밀도가 높은 단열재를 쓰는것이 효과적이고 접착재는 방수의 성능이 좋더라도 그 마감재는 보강메쉬와 더불어 수분과 습기를 골고루 퍼지게 할수 있는 두께로 무엇보다 capilary transport가 좋은 미네랄 재료를 쓰고 축열 능력이 조금 높은 마감재나 단열재를 사용하고 가급적이면 silicate계열의 페인트를 쓰는것이 더 효과가 있을 것이라 본다. 특히 위에서 언급한 silicone계열의 제품을 써야되는 경우에는 그 제품의 물리적 성질 정확한 데이터를 먼저 요구해야 하지 단지 “방수성과 투습성이 훌룽함”이라는 표현은 충분하지 않다. 처음서 부터 체크하는 것이 앞으로의 더 많은 시간과 경제적인 손실을 막는 길이다. 특히 우리의 대도시의 경우는 먼지로 인한 오염이 심각함으로 더 주의를 해서 선별해야 하며 아이러니 하지만 산성비로 인한 곰팡이의 증식이 사실상 억제가 되므로 입면의 수분의 증가로 인한 곰팡이의 군집은 사실상은 지금 상태에서는 그리 걱정할 문제는 아니다. 그럼에도 불구하고 입면에 곰팡이의 서식이나 미생물로 인한 피해가 보이게 되면 그 문제의 심각성은 빙산의 일각으로 보고 신중히 처리해야 할 것이다. 더불어 조적조의 외벽에 시공되는 외단열의 경우는 수증기의 전달을 막기위해 내부와 외부의 미장을(air tight) 꼭 해야하고 특히 EPS 단열재외에 방화의 이유로 미네랄 울을 창호 윗부분에 시공 할때는 특히 주의 해야 한다. 왜냐하면 미네랄 울은 수증기가 EPS 단열재에 비해 잘 통과가 되므로 외단열 마감재에 습기가 모이게 되고 경우에 따라서는 검은색의 곰팡이가 생기기 때문이다. EPS 단열재 시공시에는 단열재판이 만나는 부분에 틈이 없도록 꼼꼼히 시공해야 한다. 이는 균열방지를 위해서도 중요하다.
그림 9, 잘못된 환기 습관이 가장 큰 문제이지만 미네랄 울의 사용이나 혹은 차양 설치로 인한 열교가 있을때 발생. |
