출처: https://www.nrcan.gc.ca/kthi
https://www.nrcan.gc.ca/sites/www.nrcan.gc.ca/files/canmetenergy/pdf/housing/KeepingtheHeatIn.pdf
Ⅱ. 주택 작업의 방법(How your house works)
개보수 작업을 시작하기 전에 주택이 어떻게 작동하는지 이해하는 것은, 그 작업은 기대를 충족시키고 오래
된 것을 해결하는 동안 새로운 문제를 발생시키지 않을 것입니다. 이 장에서는 건물의 과학 원리가 열, 공기
및 수분의 흐름을 제어하는 데 도움이 되는지, 그리고 이러한 요인을 함께 고려해야하는 이유를 설명합니다.
1. 주택 성능의 기본
우리는 주택이 튼튼하고 내구성이 있고, 피난처를 제공하며 따뜻하고 편안하게 지낼 수 있길 기대합니다.
이러한 요구를 충족하기 위해 함께 작용하는 몇 가지 요소에는 건물 외장, 기계적 시스템 및 사용, 거주자가
포함됩니다. 이 책은 주로 건물 외장의 성능 향상에 대한 내용입니다.
1) 건물 외장(The building envelope)
건물 외장은 지하실, 바닥(기초), 최상층 벽, 지붕, 창문과 문을 포함하는 건물의 껍질입니다. 외장은 우리의
외부 날씨와 내부 환경을 구분합니다. 실내 환경을 유지하기 위해 외장은 내부에서 외부로의 열, 공기 및 수
분의 흐름을 제어해야합니다.
2) 외장과 열 흐름(The envelope and heat flow)
열은 온도 차이가 있는 곳이라면 어디든 이동합니다. 많은 사람들은 뜨거운 공기가 상승하기 때문에 대부분
의 열 손실은 천장을 통과할 것이라고 생각합니다. 반드시 그런 것은 아닙니다. 열은 따뜻한 곳에서 차가운
곳으로 이동하는 한, 열은 위, 아래 또는 옆으로 어떤 방향으로든 이동합니다.
[열은 모든 방향에서 집 밖으로 이동]
[열의 전도, 대류 및 복사에 의한 이동]
3) 열은 어떻게 흐르는가?(How dose heat flow?)
열은 세 가지 방식으로 흐릅니다. 예를 들어, 벽에서 열은 한 번, 두 번 또는 세 번에 동시에 움직일 수 있습
니다.
(1) 전도(Conduction)
열은 서로 부딪치는 분자에 의해 물체의 한 부분에서 다른 부분으로 직접 전달될 수 있습니다. 예를 들어,
프라이팬의 열이 손잡이로 전달되어 결국 손으로 전달됩니다. 일부 재료는 구조에 따라 다른 재료보다 열
을 잘 전달합니다. 단열은 상대적으로 열전도가 나쁜 작은 공기 주머니로 열 흐름을 감소시킴으로써 작용
합니다.
(2) 대류(Convection)
공기 또는 물과 같은 유체의 움직임은 열을 전달할 수 있습니다. 보온되지 않은 벽 공간에서는 공기가 벽의
따뜻한 면에서 열을 받아 차가운 벽으로 순환하여 열을 잃습니다. 따뜻한 공기와 차가운 공기의 혼합은 또
한 약간의 열을 전달합니다. 차가운 대류 흐름은 종종 창문 주변의 공기 누출로 잘못 해석됩니다.
(3) 복사(Radiation)
모든 물체는 태양이나 화재가 발생하는 것과 같은 방법으로 열을 발산합니다. 차가운 창문 앞에 서 있으면,
실내 온도가 높을지라도 사람은 창문에 열기를 방출하여 차갑게 느껴집니다. 대부분의 가정에서 복사는 열
손실의 10% 미만을 차지하며, 그 손실의 대부분은 창문과 관련된 것입니다. 열 손실의 주요 원인은 전도
및 대류입니다. 주택이 누출될 때, 대류가 주요 원인입니다. <!–[endif]–>
(4) 외장과 공기 흐름(The envelope and airflow)
외장을 통한 제어되지 않는 공기 흐름(즉, 누출)은 열 손실에 주요 원인이고 다른 문제를 유발할 수 있습니
다. 따뜻한 공기는 다량의 수증기를 운반할 수 있기 때문에, 공기 흐름은 수분을 외장으로 운반하는 주요
수단입니다.
겨울 조건에서는 내부 공기가 건물 외장을 통해 열과 습기를 운반하고, 유입되는 대체 공기는 통풍과 건조한
겨울 공기를 가져옵니다. 건물 외장의 한쪽에서 다른 쪽으로 공기가 이동하려면 외장에 구멍이 있어야 하고,
내부와 외부 사이에 공기 압력의 차이가 있어야합니다. 공기 압력의 차이는 바람의 어떤 조합에서도 발생할
수 있으며, 온도 차이로 인해 주택에서 스택 효과(굴뚝 효과, stack effect)가 발생할 수 있으며, 연소 기기나
배기구 팬에서 발생할 수 있습니다.
① 바람 효과(Wind effect)
바람이 주택에 불어오면, 바람이 불어오는 쪽에 높은 압력이 생겨, 주택 안으로 공기를 밀어 넣습니다.
내부 공기가 강제로 빠져 나가는 바람이 부는 방향(때로는 다른 면)에는 저기압 영역이 있습니다.
[바람효과]
② 굴뚝 효과(Stack effect)
난방된 주택의 경우, 밀도가 낮은 따뜻한 공기가 상승하고, 팽창하여 주택 상단 근처에 높은 압력의 지역이
생깁니다. 공기는 천장의 상층부 주변과 벽의 균열 및 천장의 구멍을 통해 빠져 나갑니다. 상승하는 공기의
힘은 주택의 바닥 근처에 낮은 압력을 발생시키고, 그것은 균열과 개구부를 통해 외부 공기를 끌어 들입니
다. 스택효과는 큰 누설과 높이가 높은 건물 및 외부 온도와 내부 온도가 큰 차이로 인해 증가합니다.
[스택효과]
[rim joist space]
③ 연소 및 환기 효과(Combustion and ventilation effect)
목재, 석유, 천연 가스 또는 프로판가스를 사용하는 연료 연소 장치는 공기를 지원해야하고, 굴뚝의 통풍을
제공하기 위해 공기가 필요합니다. 개방된 벽난로와 굴뚝은 많은 공기를 배출하여 주택의 압력을 줄입니다.
이 공기를 교체해야하기 때문에, 외부 공기는 외장의 누출을 통해 흡입됩니다.
[연소 및 환기 효과]
(5) 외장과 습기(The envelope and moisture)
물은 모든 상태에서 건물 손상의 주요 원인이며 내구성에 영향을 미칩니다. 수분은 콘크리트가 부서지거나
나무가 부패하거나 껍질을 벗길 수 있습니다. 석고에 손상을 입히고 카펫을 파손시키며 곰팡이 발생을 조장
할 수 있습니다. 수분은 고체(얼음), 액체 또는 가스(수증기)로 나타날 수 있습니다. 이것은 지표 유출수,
지하수, 얼음, 눈, 비 또는 안개와 같은 건물 외부에서 기인할 수 있습니다.
주택에 거주자가 만들어 내는 수증기와 세탁, 청소 요리와 같은 실내 활동과 실내 식물, 수족관 및 가습기
와 같은 직접적인 원인으로 내부에서 유래할 수도 있습니다. 수분은 또한 배관 누수, 개방된 기름 통 및
습기가 있거나 새는 구멍이 있는 기초에서 발생할 수 있습니다.
다양한 형태로 수분은 여러 가지 방법으로 외장을 통해 이동할 수 있습니다.
① 중력(Gravity)
창문 유리 아래로 흐르는 응축수 또는 지붕 아래로 흐르는 물은 중력이 물을 아래쪽으로 이동하는 방법을
보여줍니다.
② 모세관현상(Capillary action)
물은 모세관현상에 의해 옆으로 또는 위로 이동할 수 있습니다. 모세관현상은 콘크리트 또는 토양과 같은
다공질 재료 또는 중첩된 측면과 같은 매우 좁은 공간의 존재에 의존합니다. 종이가 물을 흡수하는 것과
동일합니다.
③ 확산(Diffusion)
수증기는 확산에 의해 물질을 통해 직접 이동할 수 있습니다. 확산은 수증기 압력의 차이와 이 압력에 대한
재료의 저항에 의존합니다.
④ 공기 이동(Air movement)
수증기 형태의 수분은 예를 들어, 주택 외장에 개구부가 있는 곳에서 공기를 이동시켜 이동합니다.
건물 재료를 통한 확산보다는 외장의 작은 구멍을 통해 공기 흐름을 통해 훨씬 더 많은 수분을 이동할 수
있습니다.
(6) 결로(Condensation)
수증기가 액체로 응축되면 문제가 됩니다. 이것은 상대습도 100%(이슬점이라고 함)의 지점에서 발생하며,
공기가 더 이상 수증기를 유지할 수 없는 경우입니다. 따뜻한 공기는 찬 공기보다 더 많은 수증기를 포함할
수 있습니다.
창문에 응축이 전형적인 예입니다. 차가운 창문에 공기가 접촉할 때, 공기는 열을 손실합니다. 그러면 공기
는 더 이상 모든 수증기를 수용할 수 없으며, 일부는 창문 표면에 응축됩니다. 창문이 매우 차가우면 결로는
서리로 나타납니다. 결로는 부엌, 욕실 및 일부 지하실과 같이 습기가 많은 지역에서 발생할 가능성이 더
큽니다.
[건물 외장에 구멍으로 습기 유입]
(7) 시스템으로서의 주택(House as a system)
주택은 시스템으로 작동합니다. 환경, 외장, 기계 시스템과 같은 주택의 모든 요소는 거주자 활동은 서로
영향을 미치며, 그 결과는 전체적인 주택 성능에 영향을 미칩니다. 문제를 피하는 방법은 이러한 관계를
이해하는 것입니다.
예를 들어, 공기 누출을 줄이면 거주자에게 더 편안함을 제공하고 수분 손상으로부터 외장을 보호하지만,
수증기가 배출될 수 없기 때문에 주택 내부에 습도가 증가합니다. 이것은 창문에 결로가 증가할 수 있음을
의미합니다. 이러한 단계까지 주택이 기밀하면 더 많은 환기가 필요합니다.
여기에서 한 가지 교훈은 주택의 한 구성 요소를 변경하면 다른 구성 요소에 즉각적으로 영향을 미칠 수 있
다는 것입니다. 시간이 지나면서 많은 작은 변화가 시스템의 균형에 영향을 미칠 수 있습니다.
개보수 작업을 시작하기 전에 관련된 내용을 검토하고, 주택의 다른 측면이 영향을 받을 수 있는지 이해하
는 것이 좋습니다. 주요 개보수 작업의 경우 난방시스템 또는 주택 환기장치의 변경 필요성을 예상하고,
이러한 변경 사항을 작업 계획에 포함해야 할 수 있습니다. 시간이 지남에 따라 늘어나는 소규모 계획을
수행할 때, 각 계획이 끝난 후 주택을 모니터링하여 변경의 영향을 평가합니다.
예를 들어, 창문의 응축, 탁한 공기, 악취가 있는 정체된 냄새와 같이 상대 습도가 높은 징후가 있는지 확인
합니다. 어떤 시점에서, 시스템을 적절하고 효율적으로 작동시키려면 난방시스템과 환기 장치를 조정해야
할 것입니다.
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