모듈러 건축에 대하여

어떠한 건식 마감재와도 결합 가능한 다기능 복합재료 EZpan
어떠한 조립식 구조와도 호환 가능한 모듈러 조립시스템 EZsystem


듀칸(대표 이정엽)은 2012년부터 모듈러 건축기술을 연구 개발하여, 2021년 EZsystem이라는 모듈러 건축기술을 완성하였다. 한옥의 공간단위인 ‘칸’과 ‘결구식 조립공법’을 모티브로 공장에서 제작된 건축유닛을 조합하여 다양한 크기의 건축이 가능하다.
 

모듈러건축이란?

Prefeb 제작공법은 활용하여 공장에서 건축의 대부분의 공정을 건축유닛 단위로 완성한 후 제작된 건축유닛을 운송수단을 이용하여 대상지로 이동한 후 각 건축유닛을 Assembly 하여 완성하는 건축공법을 말한다.

모듈러건축의 제작공정을 간단히 설명하자면, 모듈러건축 유닛의 기본 건축구조를 완성하는 “모듈러유닛 구조체 제작 - 벽체, 바닥, 천정 패널구성 - 전기&설비 배선 배관 - 외벽방수 - 외벽단열 - 외벽마감재 부착 - 창호마감 - 내부마감” 등의 공정을 거친 후 완성된다
 

기존 벽체 구성 공정

일체형 패널 벽체 구성 공정

모듈러건축 제작기술에 있어 특히 중요한 기술은 모듈러유닛 구조체 제작기술이다. 왜냐하면, 모듈러유닛 구조체 제작기술 이외의 제작기술들은 일반적인 건축기술로 각 분야별 전문지식이 있는 업체들은 너무나 많이 존재하고 있기 때문이다.

반면 모듈러유닛 구조체 제작기술의 경우, 기존의 건축기술과는 다른 전문적인 기술 및 노하우를 필요로 하고 있어, 일반인들이나 일반건축회사들이 모듈러건축을 도전하기에는 다소 위험요소가 따른다. 또한 초기단계의 모듈러제작업체의 경우에도 상당한 비용과 시간을 투자하여야만 완성 가능한 기술이다. 이렇게 모듈러유닛 구조체 제작기술이 어려운 이유는 건축유닛을 정밀하게 제작하여 제작된 건축유닛을 이동하여 각각의 건축유닛을 Assembly 해야 하기 때문이다.
 

다기능 일체형패널

 듀칸 모듈러 접합부

모듈러유닛 구조체 제작과정에서의 변수들…

첫 번째 변수요인은 모듈러유닛 구조체를 구성하기 위해 준비되는 구조프레임 재료의 절단과정에서부터 발생한다. 아무리 정확하게 측정하여 정밀한 기계를 동원하여 절단한다 하더라도 절단과정에서 1~2mm의 절단오차는 발생하기 마련이다.

두 번째 변수요인은 절단한 구조프레임 재료의 용접 등을 활용한 조립과정에서 발생한다. 구조프레임의 주요재료로 활용되는 금속재료의 경우, 열을 가하게 되면 어떤 방식으로든 변형이 발생된다. 또한, 아무리 정확하게 각각의 구조프레임을 조립한다 하더라도 조립과정에서 1~2mm의 오차가 발생한다. 여기에서 그치는 것이 아니다.

세 번째 변수요인은 완성된 모듈러유닛 구조체를 운송하기 위해서 크레인 등을 이용하여 유닛을 들어 올리는 순간 발생된다. 제 아무리 가벼운 구조로 모듈러유닛을 완성하였다 하더라도 완성된 모듈러유닛의 중량은 최소 5ton 내외의 중량에 육박한다. 이러한 중량물이 부착되어 있는 구조체를 들어 올린다고 생각하면 어디에선가 반드시 미세한 뒤틀림이 발생하기 마련이다. 또한, 들어 올린 모듈러유닛을 운송차량에 적재하여 이동하는 경우 이동 중의 진동에서도 미세한 변형이 발생한다.

이처럼 모듈러유닛을 구성하기 위한 동반되는 공정단계인 “절단 - 조립 - 양중 - 이동” 과정에서 발생하는 각종 미세오차는 결국 합산되어 모듈러건축 유닛의 Assembly 단계에서 각각의 건축유닛이 계획대로 조합되지 못하는 결과를 초래하게 된다.

 

모듈러 양중 사진

모듈러유닛의 골조부분을 완성하기 위해서는 모듈러건축 구조체를 완성한 후 벽체, 바닥, 천정 패널 구성단계를 거쳐야만 모듈러 건축물의 기본구성이 완성되는 것이 가능하다.

이 중 외벽에 해당하는 모듈러건축 제작공정에 대하여 살펴보면, 각종 발생 가능한 변수를 극복하고 모듈러유닛 구조체를 완성하고 외벽 및 내벽 패널을 고정하기 위하여 별도의 하지틀을 구성하여야 한다. 외벽 및 내벽에 사용되는 패널 폭의 규격이 대부분 1M 내외이기 때문에 이들을 연결하기 위해 반드시 패널부착용 하지틀을 필요로 한다. 하지틀을 구성하여 외벽 패널을 부착하고, 외벽 패널에 방수기능이 포함된 방수지를 부착하는 단계를 거친다.

경우에 따라 패널 부착용 하지틀 내부에 단열재를 충진하는 경우도 있으나, 하지틀로 인해 내부로 전달되는 열교현상(Cold-Bridge)을 고려하여, 외벽패널 외부에 외장마감재 부착을 위한 외장마감재 부착 하지틀을 추가로 구성하여, 외장마감재 부착 하지틀 내부에 추가적으로 단열재를 충진 하는 경우가 일반적이다.

위에서 언급한바와 같이 모듈러건축의 외벽체의 구성은 “패널고정 하지틀” - “중 단열재 충진” - “OSB 합판” - “방수지 부착” - “외장마감재 부착 하지틀” - “외 단열재 충진” - “외장마감재” 등의 제작공정으로 구성된다.


 

다기능 일체형패널

 일체형패널

여기에서 중요한 부분은 ‘단열재 충진’에 따른 문제이다. 단열재의 종류는 크게 비드법, 압출법과 같은 판재형식과 글라스울 및 종이 등으로 구성된 울 형식, 우레탄폼과 같은 발포형식 등으로 구분 가능하다.

판재형식의 단열재의 경우 비교적 습기에는 강하나, 기밀하게 시공하는 것이 매우 어려워 기밀시공에 문제점이 있고, 울 형식의 단열재의 경우 초기에는 기밀시공이 가능하나 울 제품 특정상 시간이 경과되면 자체무게 및 습기 등에 의하여 하부로 쏠림현상이 발생된다. 이로 인해 단열성능은 크게 저하됨은 물론이다.

발포형식의 단열재의 경우, 기밀시공이 가능하고 시간이 경과됨에 따른 처짐 현상은 발생되지 않겠지만, 일정한 단열두께로 시공하는 것이 매우 어려울 뿐만 아니라, 우레탄폼의 시공단계 또는 화재 시 발생되는 가스는 인체에 매우 유독한 가스로 인체에 매우 치명적인 가스가 발생되어 주의가 필요하다.

모듈러건축에 있어 단열성 확보는 매우 중요한 부분이지만, 기밀성능 또한 단열성능에 못지않게 중요하다. 예로 들어 지붕 방수를 위해 아무리 방수제를 두툼하게 시공한들 기밀하게 시공하지 않으면 하나마나 일 것이다. 기밀성능도 마찬가지이다. 단열재를 아무리 두툼하게 충진 한들 기밀하게 시공하지 않으면 결국 실내에 유입되는 외기는 상당할 것이기 때문이다.

모듈러건축에 있어 외벽체의 필요 요구 성능은 기본적으로 벽체로써의 내구기능, 단열기능, 방수기능, 기밀기능 및 모듈러건축 외장재로 주로 쓰이는 건식마감재의 부착기능이 필요하다. 쉽게 말하자면 외벽으로써 튼튼함과 기밀한 단열 및 방수, 어떠한 건식마감재도 부착할 수 있는 부착성이 있으면 되는 것이다.

현재 외벽에 사용되는 대부분의 샌드위치패널의 경우, 외벽으로써의 튼튼함, 단열 및 방수, 외장마감재 부착성 등은 확보 가능하지만, 샌드위치패널 폭의 경우 생산규격이 1M 내외로 샌드위치패널을 조합하여 연결해야 하는 경우가 대부분이다. 이 경우 앞서 언급했듯이 연결로 인한 별도의 하지틀 구성이 추가적으로 필요하고, 샌드위치패널의 연결부위가 많음으로 인한 기밀성이 확보되기가 매우 어렵다.

일체형패널의 성능


샌드위치패널 대부분의 연결부위는 실리콘을 활용한 코킹 시공하는 경우가 대부분이나, 시간이 경과함에 따라 시공된 코킹이 경화되는 현상이 발생하고 결국 누수의 원인이 된다. 또한, 대부분의 샌드위치패널의 중량이 상당하고, 가공성 또한 매우 떨어지기 때문에 제작공정이 늘어나 결국 비용절감 효과가 떨어지게 된다.

어떠한 건식 마감재와도 결합 가능한 다기능 복합재료 EZpan
어떠한 조립식 구조와도 호환 가능한 모듈러 조립시스템 EZsystem

듀칸모듈러는 위에서 언급한 문제들을 해결하기 위해 각종 발생 가능한 오차에서도 모듈러건축 유닛의 제작과 조합이 용이한 모듈러유닛 제작기술과 복합소재를 활용하여 기존의 샌드위치패널을 대체할 수 있는 다기능 일체형 패널을 연구 개발하여 특허를 획득하였다.

또한 다기능 일체형패널과 호환 가능한 특허기술 기반의 모듈러유닛 구조체 접합부로 어떠한 구조프레임 또는 다기능 일체형패널과도 용이하게 조립 가능하게 계획되었으며, 제작 시 일정 오차가 발생하더라도 원활하게 각각의 모듈러건축 유닛이 Assembly 되도록 계획되었다.

개발된 다기능 일체형패널의 경우 매우 가벼운 중량으로 최대 3M x 12M 까지 생산 가능한 규격에 비해 매우 경량인 소재로 소수의 인력을 통하여도 운반이 용이하고, 목공용 절삭공구(톱)로도 절단이 가능하여 가공성이 매우 향상된 제품이다.

넓은 제품 규격으로 패널간 접합부가 최소화되어 기밀성이 확보되었으며, 패널 제작 시 공장에서 매우 촘촘하게 부착되는 단열재로 열교현상(Cold-Bridge)이 발생될 확률은 매우 적으며, 복합소재의 방수성능으로 방수기능 또한 매우 탁월하다. 다기능 일체형패널에 포함된 보강재의 기능으로 어떠한 건식마감재도 부착 가능한 결합성능을 확보하여 다양한 모듈러건축의 외관의 변화 또한 가능하다.

 

듀칸모듈러 조립 예시

모듈러 구조틀 예시

이러한 기술을 바탕으로 듀칸에서는 일체형패널 및 구조프레임 조립 시스템인 EZsystem과 다기능 일체형패널인 EZpan의 명칭으로 제품을 출시하여, 개발된 성과를 본인이 직접 주택을 완성하고 싶은 DIY를 희망하는 일반인, 일반건축회사 및 모듈러제작업체들과 기술을 공유함으로 모듈러건축시장 활성화에 보탬이 되기를 희망하고 있다.

 

취재. 김창규 기자
자료. 듀칸 www.ducan.kr 1800-0045 / 010-9001-3899 경기도 양주시 천보산로 176-90 101(회암동 185-60)

기사출처 : 월간창과문