R.C.조 패시브하우스 동절기 실내 습도 관리

[IFREE]

WINTER BRIEF(Ⅱ)

Ⅰ. R.C.조 패시브하우스 난방에너지 소비량과 비용

Ⅱ. R.C.조 패시브하우스 동절기 실내 습도 관리

Ⅲ. R.C.조 패시브 하우스 동절기 실내온도 관리

Ⅳ. R.C.조 패시브하우스 태양열을 저축하는 재주를 부리다. 

이 죽일 놈의 습기

R.C. 조로 패시브하우스를 짓고자 한다면 습도를 이해하여야 한다.

건축가든, 시공사든, 건축주든 습도를 이해하지 않고 패시브하우스를 지면 예상치 못한 고통에 직면하게 될 것이다.

람다하우스는 2014년 10월10일에 준공되었다.

이사하고 나서 집 정리를 대충 하고 부터는 온습도계를 3개를 구입해서 실내 온도와 습도를 기록해 왔다

측정위치는 일층 거실, 일층안방, 이층 계단실 끝 복도 이렇게 3곳의 지점을 설정하였다.

하루를 3개 구간으로 나눠서 아침 7시 오후 3시 밤 11시에 기록하였다.

2014년 10월 29일 부터 시작했으니까 어느듯 4개월째 접어들고 있다.

집을 짓기 전에 R.C조 건물의 경우 준공 초기에 결로 곰팡이 사고가 빈번하게 발생하는 것으로 정보를 접했기에 나름 신경을 많이 쓰기도 하였다.

난방배관을 하고 방통을 타설한 후에도 제습기를 이용하여 40일 이상 강제 제습을 한 후에 마루바닥을 시공하였다.

관측하기로는 제습기를 가동하는 상태에서도 방통 타설 후 20일 동안은 실내 상대습도가 80% 이하로 내려가지 않았다.

마지막으로 제습기가 55% 값을 가르키는 것을 보고 마루바닥 마감재를 시공하였다.

이정도면 왠만큼은 한것이다.

그러나 한다고는 했지만 습기 부하는 여전히 만만치 않다. (요기를 클릭하면 높은 해상도의 그래프를 볼 수 있습니다.)

중간에 여러 색깔로 꼬물락 거리는 선이 실내 상대습도 관측 기록선이고 그 위에 빨간색은 실내온도 및 습도 조건에서 붙박이장이 설치되어 있는 벽체의 표면에 상대습도가 80%가 되어지는 실내 상대습도값을 계산하여 표시한 것이다.

결로는 상대습도가 100%가 되어야 발생하지만 곰팡이는 이보다 낮은 80% 상태에서도 생긴다.

즉, 실내 상대습도가 저 빨간선을 계속해서 넘어가면 곰팡이가 핀다는 말이다.

관측 기간 내 위험한 상황이 발생하지는 않았지만 이는 패시브하우스가 제공한 당연한 결과는 아니었다.

쥔장 손발이 바빴기에 가능했던 것이고 관리의 승리였다는 말이다.

실내 상대습도가 빨간선에는 닿지 않았지만 자주 60% 선을 넘나들고 있다.

단 3개의 관측 지점만 가지고 건물 내 모든 실내 환경이 모니터링 된다고 볼 수 없기에 경우에 따라서는 사각지대의 경우 부분적으로는 관측되는 값보다 안좋은 상태가 있을 수 있기 때문에 완전히 안심할 수는 없는 상태다.

관리를 하지 않으면 아무리 패시브하우스라도 곰팡이가 생길 위험은 결코 낮지 않다.

항상 그렇다는 것은 아니고 준공 후 초기 한두번의 겨울이 좋지않고 특히 첫번째 겨울이 고비다.

콘크리트 수분이 건조되는데 까지 시간이 걸리기 때문이다.

이에 관하여 설계자인 홍도영건축가가 보내준 자료가 아래 있다.

우선 기초 부위에 대한 열교 시뮬레인션 자료인데, 결로 조건 분석과 좀더 가혹한 곰팡이 발생 조건 두가지 조건을 검토한 것이다.

실내는 20℃ 에 상대습도 55% 외기는 -5℃ 를 기준으로 한 결과 값이다.

첫번째 그림은 기초 부위 열교 해석 데이타인데 열교 분석시 표면 온도는 19.0℃이다.

두번째 그림은 같은 조건에서 곰팡이 발생 검토를 한 것인데, 열교 시물레이션을 하더라도 곰팡이 발생 검토를 할 때는 더 높은 내부표면저항을 가정하여 가혹한 조건에서 하기 때문에 일반적인 열교 분석시 표면 온도는 19.0℃ 보다 낮은 16.82℃ 로 나온다.

일반적으로 결로가 생겨야 즉, 상대 습도가 100% 일 때부터 곰팡이가 생긴다고 생각하지만 이는 잘못된 가정이다. 실제로는 80% 이상이 되면 눈에 보이는 결로는 없어도 곰팡이가 생길 확율이 높다.

본 시뮬레이션 결과에 의하면 16.82℃ 이므로 노점온도인 10.7 ℃ 보다 6℃ 이상 높기때문에 충분히 안정권에 들어간다는 것을 의미한다.

다음은, 더 중요한 습환경분석 프로그램인 Wufi 시뮬레이션 자료인데, 이것은 분량이 상당함으로 따로 소개하기로 하고 추후 요기에 링크 정보를 올리겠다.

암튼 패시브하우스란 통박으로 때려맞춰 짓는 집이 아니라는 점을 강조한다.

색다른 해석

습도 조심하라는 경고는 할만큼 했으니 관측된 데이타를 가지고 조금 더 지능적인? 해석을 해보기로 하자.

상대습도라는 것이 일반인이 피부로 와닿기 쉽지않다.

습도값만 보고 높다 낮다 할 수 없는 것이 말그대로 '상대'적이기 때문이다.

실내온도 25℃ 에 상대습도가 50% 인 경우와 실내온도 20 ℃에서 상대습도가 55% 중에 어느쪽이 수분량이 많을까?

당연히~~~~~~~~

많은 쪽이 많겠지만 습도 테이블 갖다 놓고 디다 보기 전에는 알기가 어렵다.

그렇기 때문에 위에 수많은 데이타를 포함하고 있는 그래프를 보고 있다해서 이기 뭔 소린지 어떤 의민지 필자도 사실 잘 모른다.

특히 외부 대기 중 상대습도 값은 뭣이 왔다갔다 하는데 도통 뭔 의미인지 감을 잡을 수가 없다.

그냥 화려하게 장식 한번 해 본 셈으로 칠까?

아쉬우면 고딩 때 기억을 되살려서 좀 디다 보자.

이상기체방정식(PV=nRT)에서 증기밀도를 구하는 식이 유도될 수 있다.

좀 다른데? 라고 생각되시는 분은 문과 출신의 한계라고 직시하시고 그런게 있다 정도로 넘어가자.

시방 화학시간 아니다.

RD : 증기의 개별기체상수 461.51 (j/kg.K)

e(Pa)   : 0° bis 100°C 경우 3167 × RH% × 0.01

             -40° bis 0°C 경우 4023 × RH% × 0.01

T(K) : 절대온도(K)

예를들어 실내온도가 25 ℃, 상대습도가 55% 한다면 공기 중의 수증기량(밀도)는

= 0.0127 kg/㎥ = 12.67 g/㎥ 이다.

공기 1입방미터에 12,67g의 수분이 존재한다는 말이다.

이제 새로운 세계를 볼 수 있게 되었다.

이 방식으로 위 그래프의 상대습도 관측 값을 증기밀도값으로 변경하여 그래프에 표시하면 아래와 같이 된다.

아래 그래프는 위에 표기된 상대습도값을 절대밀도값으로 변경하여 도시한 것이다. (요기를 클릭하면 해상도 높은 그래프 나옴 )

아래쪽에 황토빛 선명한 선이 위 그래프에서 암 뜻도 없이 아래위로 왔다 갔다했던 대기중 상대습도값을 정량값으로 표시한 것이고 위에 하늘색 선은 실내공기중 상대습도를 평균한 다음 정량량으로 환산하여 표시한 값이다.

이걸 보면 좀 덜 답답해진 기분이 든다.

아하!   대기 중 수분량이 4 ~ 12 g/㎥ 선에서 왔다갔다 하고 실내 수분량은 8 ~ 10 g/㎥ 선에서 유지되는구나!

그림에 보면 그래프의 왼쪽에 황토빛 선이 하늘색 선에 근접하거나 돌파한 곳이 부분적으로 나타난다.

대기온도가 15 ℃를 넘는 상태에서 비가 계속내려 대기 중 상대습도가 80%를 넘는 상태가 이어지는 구간인데 이런 상태에서는 공조기에 의한 환기만으로는 실내 상대습도를 안전선 아래로 관리할 수 없다.

유입되는 공기의 수분량 자체가 이미 높기 때문에 환기가 습도를 낮추는 역할을 하지 못한다.

실제로 해당 구간에서는 제습기를 이용해서 강제로 제슴을 하여 실내 상대습도를 낮추었다.

람다하우스의 현재 상태는 외부 습도가 8 g/㎥ 을 넘어서면 자체 조절 능력을 벗어나기 때문에 제습기 대기 모드로 들어가야 한다.

공조장치에 의해서 외부에서 공급되는 수분량에 비해서 실내 공기 중의 수분량이 높게 유지되는 이유는 생활 수분과 콘크리트 건조 수분에 원인이 있다.

각각의 인자가 차지하는 비율이 어느정도인지에 관한 추적을 해본 적이 있고 나름 추정치가 있으나 현 단계에서는 공개하기에 미흡한 점이 있다.

람다하우스에 설치되어 있는 Zehnder 공조기(ComfoAir 550 VL Luxe Enthalpy)의 습기회수효율값(Eff. Enthalpy 0.63) 표시사양과 위에서 계산한 대기 중의 수분량과 실내 수분량 값을 이용하면 실내로 공급되는 공기(Supply Air)의 수분량을 알 수 있다.

X1 : Fresh Outside

X2 : Supply

X3 : Extract

X4 : Exhaust

nlt : 0.63(Eff. Enthalpy)

따라서 외부 공기 중 수분량(X1)과 실내 공기 중 수분량(X3)만 알면 공조기에서 공급되는 공기중의 수분량(X2)와 바캍으로 배출되는 공기 중 수분량을 모두 알 수 이다.

위에 이미 X1,X3 값은 계산이 되어 있다.

이 같은 방식으로 관측 기간(2014.10.29~2915.2.28.) 중 해당인자의 수분량(g/㎥)을 계산해 보면 아래 표와 같다.

위 표에 따르면 Zehnder 공조기에서 4.08 g/㎥의 외부공기와 9.57 g/㎥의 실내 공기 중 습기를 회수하여 다시 실내로 7.54 g/㎥의 수분을 함유한 공기를 공급하고 6.11 g/㎥ 수분을 함유한 공기를 대기 중으로 배출하였다.

공조기가 항상 습기를 회수하는 것은 아니고 고온다습한 여름철에는 자동으로 바이패스한다.

고온다습한 여름에도 실내습기를 되돌리면 더워 디진다.

숫자가 많아서 눈돌아 가는 분들이 몇몇 보이는데 겁먹을꺼 없다 하나하나 찬찬히 디다보면 기실 간단한 산술 문제일 뿐이다.

 △X3,X2 값이 2.03±0.57 g/㎥ 인데, 이 값은 공조기에서 실내로 공급되는 공기 중 수분량과 실제 실내 공기 중 수분량의 차이값이다.

공급되는 수분량보다 실내 공기 중 수분량이 많은 이유는 그 많큼 즉, 2.03±0.57 g/㎥ 만큼의 수분이 실내에서 발생하기 때문이다.

좀 더 가보자. 대체 그 양이 하루에 몇 Kg 정도일까?

관측기간동안의 공조기의 풍량은 150 ㎥/h 였다. 사실 수분회수 기능이 있는 피드백 시스템의 물질 평형은 쬐매 복잡하기는 한데, 여가 무신 논문쓰는 자리는 아니니까 조금 오차가 발생하더라도 단순한 산술평균식을 사용하기로 한다.

하루에 7.308 Kg/day 의 수분이 실내에서 발생하고 있다는 뜻이다.

대충보면 글타는 것이니 너무 따지지는 마시라.

실내 습기의 공급원은 생활 습기와 콘크리트 건조에 의한 증발 습기로 다시 나눠진다.

이 두가지를 정확하게 분리하는 것은 정말 어렵다.

2년 정도 시간이 경과한 후 콘크리트 건조가 어느정도 균형을 이룬 후에 측정한 값을 현재값과 비교해 보면 보다 정확한 추정이 가능할 것이다.

감성적으로는 실내 습도가 준공한지 오래된 건물에 비해서 상당히 높은 것 등으로 미루어 볼 때 상당한 량의 수분이  콘크리트 건조에 의해서 실내로 습기를 공급하고 있는 것으로 짐작하고 있다.