공동주택 가변 평면구조를 위한 고차음성 경계벽 개발 연구

Abstract

최근 삶의 질이 향상됨에 따라 수요자의 다양한 라이프싸이클 및 라이프스타일 등의 지속적인 변화에 능동적으로 대응할 수 있는 가변적 융통성을 갖는 새로운 주거개념이 필요하게 되었다. 이와 관련하여 “장수명 공동주택”이라는 신개념의 공동주택이 대두되었으며 최근 정부에서는 녹색성장을 범국가적인 정책으로 설정하고 이를 실현하기 위해 건설자원의 효율적인 사용과 건설부품 산업의 활성화를 구현할 수 있는 지속가능한 공동주택에 대한 지원을 가속화하고 있다. 이와 더불어 최근 서울시에서는 건축물 수명 연장을 통한 저탄소 그린시티 실천과 가변형 공간계획으로 다양한 주거유형 창출을 위해 “사람과 집이 함께 100년”이라는 슬로우건 아래 리모델링이 쉬운 지속가능한 공동주택 건립에 대해 추진방안을 마련하고 2010년 1월부터 단계적으로 시행하기로 하였다. 이러한 공동주택의 기본 구성체계는 고정요소(Support)와 가변요소(Infill)로 분리되는데 고정요소는 내구성이 요구되고 가변요소는 건식화함으로써 가변 및 교체가 용이하여야 한다. 또한 구조체의 내구연한과 거주자의 공간변화 수요에 따른 가변요소의 교체주기를 예상하여 공동주택의 공간에 대한 각 요소들의 선택기준 및 시공방법이 달라져야 하는데 이를 위해서는 각 부문별 제품이 표준화 되어야 하며 그에 따른 부품 또는 시스템 개발이 시급하게 이루어져야 한다. 그러나 현재 국내 공동주택에서 시공되고 있는 경계벽은 일반적인 벽식구조의 경우, 콘크리트 180mm 이상으로 하고 있으며, 라멘구조 또는 복합구조에서는 1B 벽돌쌓기에 양면 모르타르로 마감을 하거나, 경량중공이중패널 또는 일본 등에서 수입하는 건식패널을 사용하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구의 목적은 향후 리모델링시 수선 및 교체가 쉽고 공간의 가변성에 충분히 대응할 수 있는 고차음성의 경계벽을 개발하고자 하였으며 이를 통해 지속가능한 공동주택의 Infill system을 구현하고자 하였다. 본 연구를 통해 얻은 주요 결론은 다음과 같다.

1) 경계벽의 고차음성 확보를 위해 밀도 및 Young's modulus 변화에 따른 차음성능 분석한 결과, 밀도가 2배 증가하면 Young's modulus는 약 8배 증가하고 이에 따라 벽체의 차음성능은 단일수치평가량(Rw)으로 2dB 증가하는 것으로 분석되었다. 구조재의 중공층 변화에 따른 차음성능의 측정·분석 결과, 압출성형콘크리트패널 75mm 26∅ 에서는 단일수치평가량(Rw+C)은 40dB, 75mm 44∅ 는 39dB로 나타나 동일한 두께에서 중공층이 커진 경우 약 1dB 감소하는 것으로 분석되었다. 100mm 68∅ 의 경우, 저주파에서 coincidence frequency에 의해 차음성능이 저감되었으나 250Hz 이상에서 향상되어 차음성능(Rw+C)이 40dB로 분석되었는데 이는 질량법칙에 영향을 받는 주파수 대역에서 차음성능이 향상된 것으로 사료된다.

2) 내부공기층 변화에 따른 차음성능 분석 결과, 공기층이 없는 경우 단일수치평가량(Rw+C) 값으로 41dB로 평가되었으며 공기층이 20mm 인 경우는 44dB, 공기층 40mm는 46dB, 공기층 60mm는 49dB, 공기층 80mm는 50dB, 공기층 100mm도 50dB로 측정되었다. 결론적으로 차음성능 실험과 시뮬레이션에 의해 공기층이 차음성능에 미치는 영향을 분석한 결과, 이상적인 공기층 두께는 약 80mm를 확보하는 것이 가장 효과적이나 실질적으로 벽체의 두께가 상승되기 때문에 25mm 이하에서 최적의 공기층 두께는 약 10mm에서 20mm 사이로 확보하는 것이 가장 실용적일 것으로 판단된다.

3) 접합부 시공방법에 따른 차음성능 영향을 분석한 결과, 접합부 시공을 안 한 경우 단일수치평가량(Rw+C)값으로 19dB로 분석되었으며 발포 PVC로 충진한 경우에는 23dB로서 약 4dB 향상되는 것으로 분석되었다. 폴리에스터 흡음재(24K)로 시공한 경우에는 단일수치평가량(Rw+C)으로 25dB로 분석되었고 실리콘 충진 후 측정한 결과 32dB로 분석되어 실리콘 충진이 미시공에 비해 최대 13dB 이상 차음성능이 향상되어 접합부 시공방법에 따라 최대 13dB이상 향상시킬 수 있는 것으로 분석되었다.

4) 붙박이장 설치에 따른 차음성능 영향 분석 결과, 흡음재를 100% 수납한 붙박이장을 경계벽 양쪽에 설치한 경우 차음성능이 단일수치 평가량으로 최대 9dB 향상되는 것으로 분석되었다. 따라서 현재 「친환경건축물 인증제도」「주택성능등급 표시제도」등 벽체 차음관련 성능평가 등에서 1등급 상향조정하기 위하여 건축 계획적인 측면의 붙박이장을 설치하는 방안을 제안하고자 한다.

5) 차음성능 확보방안을 적용하여 기본설계 1(안), 2(안)에 대해 개선모델을 도출하였으며 개선모델의 차음성능에 대하여 시뮬레이션 분석 및 실험실 실험을 실시한 결과, 단일수치평가량(Rw+C)으로 각각 62dB, 64dB로 평가되어 차음성능 1등급의 고차음성을 확보한 것으로 분석되었으며 이를 지속가능한 공동주택 구현을 위한 경계벽의 최종모델로 제시하였다.

최종모델은 「방화석고보드 12.5mm+압출성형콘크리트(석고계) 50mm + 공기층 12.5mm + 글라스울 단열재 50mm + 공기층 12.5mm + 압출성형콘크리트(석고계 50mm + 방화석고보드 12.5mm」, 「CRC 6mm + 석고보드 12mm + PET 흡음재(25K) 25mm + 공기층 12.5mm + 압출성형콘크리트 패널 75mm(26∅ ) + 공기층 12.5mm + PET 흡음재(25K) 25mm + 석고보드 12mm + CRC 6mm」로 각각 구성된다.

본 연구를 통해 개발된 두 개 타입의 경계벽은 차음성능 1등급(Rw+C 62dB, 64dB)을 확보하고 있으며 내화성능, 난연성능 등도 모두 우수한 것으로 검증되었다. 또한 자재의 재활용이 가능하고 시공이 단순하기 때문에 공기단축 효과가 우수할 것으로 판단된다. 향후 벽체의 차음성능이 가장 취약한 벽과 바닥이 접하는 부위, 벽과 천장이 접하는 부위 등의 접합부에 대해서 interface system 개발 등의 지속적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.