신한옥 지붕의 열교 현상을 고려한 열 성능 비교 평가 및 개선 방안

Abstract

전통한옥에 비해 열 성능이 강화된 신한옥은 다양한 주체에 의해 보급되고 있는 새로운 주거 형태이다. 신한옥은 열 성능이 크게 향상되었다는 점이 강조되고 있지만, 대부분 단열재가 시공되었다는 사실 외에 정량적인 열 성능에 대한 값이 제시되지 않거나, 1차원적인 열전달 계산법에 의한 근삿값만 제시되고 있다. 접합 부위가 많고 3차원의 복잡한 형태를 갖는 신한옥 지붕은 창호와 벽체 등과 달리 열전달 특성 또한 복잡하여 열 성능 수준이나 열교 발생 여부 등을 판단하는 것에 어려움이 따른다. 이에 따라 본 연구는 신한옥 지붕의 정량적인 열 성능을 다른 형태의 주택 지붕과 비교 평가하고, 열 성능 저하 원인을 분석하여 열 성능 개선 방안을 제시하는 것을 목표로 진행되었다. 신한옥과 전통한옥, 현대 주택, 패시브하우스 지붕의 정량적인 열 성능을 계산하기 위하여 전열해석 방법을 이용하였다. 신한옥 지붕의 열전달에 대한 정성적 분석을 반영한 전열해석을 통해 신한옥과 전통한옥, 현대 주택 및 패시브하우스 지붕의 열 성능을 정량적으로 비교, 분석하였다. 분석 결과를 바탕으로 신한옥 지붕에서 추가적인 열손실이 발생하는 열교 부위와 발생 원인을 규명한 뒤, 신한옥 지붕의 열 성능을 향상시키기 위한 열교 부위의 단열 개선 방안을 제시하였다.

본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.

1) 신한옥과 전통한옥, 현대 주택, 패시브하우스 지붕의 전열해석 결과, 신한옥 지붕의 전체적인 열 성능은 전통한옥에 비해서는 대폭 개선된 것을 확인하였다. 그러나 비슷한 단열 수준을 가진 현대 주택이나 패시브하우스에 비해서는 여전히 개선될 필요가 있다. 2) 지붕의 부위 별 열유속을 비교하여 전체 열손실 중 열교에 의한 열손실의 비율을 확인한 결과, 신한옥은 전체적인 열 성능이 더 낮음에도 열교에 의한 열손실 비율이 더 높게 나타났다. 신한옥의 지붕은 열교 부위의 열 성능 저하가 일반적인 주택에 비해 더 큰 것으로 나타났다. 3) 신한옥 지붕은 단열재를 관통하여 시공되거나 단열이 시공되지 않는 모든 부재에서 열교가 발생하였다. 위치에 따라 열교에 의한 영향 정도는 상이하지만, 대부분 전통한옥의 형태를 그대로 따르기 때문에 발생하는 부재 간 간섭에 의해 발생하는 것으로 파악되었다. 신한옥 지붕의 열교 발생 부위에서 단열재가 연속하여 시공될 수 있도록 단열의 개선 방안을 적용한 결과, 열 성능이 개선된 신한옥 지붕은 현대 주택보다 높은 열 성능을 보였으며, 패시브하우스의 지붕과 비슷한 수준까지 열 성능이 향상되었다. 열교가 상대적으로 많이 발생하는 신한옥의 지붕도 부위 별로 개선이 이루어진다면 충분히 현대 주택 이상의 열 성능을 확보할 수 있는 것을 확인하였다.