TDR

왜 배우는가: 공동주택 결로는 곰팡이와 실내 공기질 저하로 이어져 준공 후 하자 분쟁의 주요 원인이다. 단열·기밀 성능이 높아진 현재 건물에서는 벽체접합부처럼 열이 새는 부위의 결로 방지 성능을 설계 단계에서 수치로 확인해야 한다. TDR은 이 확인을 외기 조건과 무관하게 비교하는 지표라서 기술사 시험에 반복해 나온다.

출제 이력: 제129회 2교시 2번, 제118회 1교시 12번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

온도차이비율(TDR)은 실내외 온도차에 대한 실내와 적용 대상 부위 실내표면의 온도차 비율로, 0~1 사이의 단위 없는 결로 방지 성능 지표다.

• 온도차이비율(TDR)
• 실내표면온도
• 실내외 온습도 기준
• 결로 방지 성능
• 벽체접합부
• 노점온도

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 TDR은 "바깥이 추울 때 벽 안쪽 표면이 실내 공기보다 얼마나 덜 차가운가"를 비율로 나타낸 값이다. 값이 작을수록 표면이 실내 온도에 가까워서 결로가 생기기 어렵다.

정식 정의는 「공동주택 결로 방지를 위한 설계기준」 제2조에 따른다. 실내와 실외의 온도차에 대한 실내와 적용 대상 부위의 실내표면 온도차를 표현하는 상대적인 비율이며, 단위가 없는 지표로서 그 범위는 0에서 1 사이의 값으로 산정된다.

식은 다음과 같다.

$TDR = \frac{T_i - T_s}{T_i - T_o}$

• T_i: 실내온도(25℃ 기준)
• T_s: 적용 대상 부위의 실내표면온도(℃)
• T_o: 실외온도(℃, 지역별 기준값 적용)

실내외 온습도 기준은 결로 방지 성능을 판단하기 위해 정한 표준 조건이다. 실내는 온도 25℃, 상대습도 50%의 실내조건으로 두고, 실외는 별표1의 구분에 따른 실외온도(중부1 -20℃, 중부2 -15℃, 남부 -10℃) 조건을 적용한다.

계산 예를 들면 다음과 같다. 가상의 예로, 실내 25℃, 실외 -15℃(중부2), 벽체접합부 실내표면온도 5℃라고 하자.

• 분자: T_i - T_s = 25 - 5 = 20 ℃
• 분모: T_i - T_o = 25 - (-15) = 40 ℃
• 결과: TDR = 20 / 40 = 0.5 (단위 없음)

결과 0.5는 0~1 범위 안에 있으므로 상식 범위다. 이 값을 별표1의 해당 부위 기준값과 비교해 적합 여부를 판단한다.

벽체접합부는 외기에 직접 접하는 벽체와 세대 내 천장 슬래브 및 바닥이 만나는 부위다. 열이 집중적으로 빠져나가 표면온도가 가장 낮아지므로 TDR 평가의 핵심 대상이 된다.

노점온도는 공기 중 수증기가 응축되기 시작하는 온도다. 표면온도가 노점온도 이하로 떨어지면 결로가 발생한다. TDR은 이 조건을 실내외 온도차의 비율로 바꾸어 놓은 지표로 이해하면 된다.

3. 등장 배경과 필요성

공동주택은 단열 강화와 기밀 시공이 진행되면서 실내 수증기가 외부로 빠지지 못하고 표면에서 응축되는 문제가 늘었다. 특히 열교가 생기는 모서리와 접합부는 주변보다 표면온도가 낮아 결로와 곰팡이가 먼저 나타난다. 입주 후 결로는 실내 공기질과 위생에 영향을 주고 하자 분쟁으로 이어진다.

이에 따라 「주택건설기준 등에 관한 규정」 제14조의3은 500세대 이상의 공동주택에 대해 벽체의 접합부위와 난방설비가 설치되는 공간의 창호가 국토교통부장관이 고시한 기준에 적합한 결로 방지 성능을 갖추도록 정했다. 세대 내 거실과 침실의 벽체와 천장 접합부, 최상층 세대의 천장부위, 지하주차장과 승강기홀의 벽체부위 같은 결로 취약부위에는 결로 방지 상세도를 설계도서에 포함하도록 했다. 이 조문은 2016년 8월과 10월에 개정된 내용을 포함한다.

이 요구를 설계로 증명하려면 결로 성능을 수치로 나타낼 방법이 필요하다. 외기 온도는 지역과 계절에 따라 달라지므로 표면온도만으로는 기준을 세우기 어렵다. TDR은 실내외 온도차를 분모로 두어 외기 조건의 영향을 정규화하기 때문에 서로 다른 지역과 부위를 같은 기준으로 비교할 수 있다.

또한 설계 기준은 단열재 두께나 창호 성능 같은 개별 요소가 아니라 결로가 실제로 생기는 부위의 표면온도를 평가한다. 그래서 TDR은 설계 검토와 성능 평가, 그리고 하자 판정에서 같은 잣대로 쓰인다. 하자 판정기준에서도 설계도서에 제시된 부위별 TDR 값이 설계기준에서 정한 값보다 클 때 하자 여부를 판단하는 방법이 함께 정해져 있다.

결국 TDR은 설계 단계에서 결로를 예측하고, 준공 후에는 하자 여부를 가리는 공통 지표로 필요해졌다.

4. 구성요소·원리·절차

TDR은 세 가지 온도로 계산한다. 각 요소의 의미와 설계에서 보는 관점은 다음과 같다.

실내표면온도는 실내온도보다 낮아질수록 실내 온도차가 커진다. 분자가 실내온도와 표면온도의 차이이므로 표면이 실내 공기와 가까울수록 TDR은 작아진다. 분모는 실내와 실외의 온도차라서 지역이 추운 곳일수록 같은 표면 상태에서도 TDR이 작게 나온다.

원리는 표면 온도가 노점온도 아래로 내려가면 결로가 생긴다는 데 있다. TDR은 실내 공기 상태에서 표면 온도가 노점 이하로 떨어지는지를 상대 비율로 나타낸 지표다. 그래서 TDR이 작을수록 결로 위험이 낮다.

$TDR = \frac{T_{ri} - T_{si}}{T_{ri} - T_{o}}$

여기서 T_{ri}는 실내온도(℃), T_{si}는 적용 대상 부위의 실내표면온도(℃), T_{o}는 실외온도(℃)다. 값은 단위가 없고 0에서 1 사이로 산정된다. T_{si}가 실내온도와 같으면 TDR은 0이고, T_{si}가 실외온도와 같으면 TDR은 1이다.

평가 절차는 다음 순서로 진행한다.

• 실내외 기준을 정한다. 실내는 25℃, 상대습도 50%로 하고 실외는 별표1의 지역 구분에 따른다.
• 평가 대상 부위를 고른다. 출입문, 벽체접합부, 창이 해당한다.
• 대상 부위의 실내표면온도를 KS F 2295 시험 방법 또는 컴퓨터 시뮬레이션으로 산정한다.
• 산정한 값으로 TDR을 계산한다.
• 별표1의 부위별 기준값과 비교한다. 기준을 넘으면 단열과 상세를 보완하고 다시 산정한다.
• 평가기관에서 성능평가를 받고 성능평가결과서를 사업계획승인권자에게 착공신고 때 제출한다.

벽체접합부는 예외가 있다. 제5조제3항에 따라 제4조제2호에 따른 벽체접합부를 제9조에 따른 「공동주택 결로 방지 상세도 가이드라인」의 벽체접합부 상세에 따라 설계하는 경우에는 성능평가를 하지 않을 수 있다. 따라서 설계자는 상세도 적용 여부를 먼저 정하고 평가 범위를 줄인다.

5. 관련 법령·기준·표준

결로 방지 성능은 「주택건설기준 등에 관한 규정」 제14조의3에서 위임받아 「공동주택 결로 방지를 위한 설계기준」(국토교통부고시)으로 정한다. 규정 제14조의3제1항은 500세대 이상 공동주택의 벽체 접합부위와 난방설비 공간의 창호에 고시 기준에 맞는 결로 방지 성능을 요구한다. 설계기준은 이 위임에 따른 세부 사항을 정한다.

표의 기준값은 부위별로 별표1에서 정한다. 출입문과 벽체접합부, 창의 값이 다르므로 대상별로 따로 확인하고 적용한다. 실외 조건은 지역 구분에 따라 달라지므로 같은 단열 구조라도 중부1과 남부의 TDR 판정 결과가 달라질 수 있다.

규정 제14조의3은 결로 취약부위의 결로방지 상세도를 설계도서에 포함하도록 정한다. 대상 부위는 거실과 침실의 벽체와 천장 접합부, 최상층 세대의 천장, 지하주차장과 승강기홀의 벽체 등이다. 이 규정의 개정 기록에는 2016년 8월 11일과 2016년 10월 25일이 표시돼 있다.