옥상 텃밭·그린루프와 기와 지붕의 복합 단열 효과

도시 열섬 현상은 해마다 악화되고, 여름철 한옥 다락방은 낮 최고 38 ℃까지 치솟는다. 건축가는 기와의 열완충 능력만으로는 이 온도를 감당하기 어렵다고 판단했고, 건축가는 결국 지붕 위에 식물을 얹어 태양열을 식물의 증산열로 소모하게 하는 그린루프 전략을 검토했다.

 

연구자는 실험 주택 두 채를 비교해, 동일 기와지붕이라도 상부에 흙 150 mm·다년생 초화류를 올린 건물의 실내 피크 온도가 3.4 ℃ 낮다는 사실을 확인했다. 오늘 글은 전통 기와지붕과 옥상 텃밭을 복합 시스템으로 설계할 때 얻을 수 있는 단열·방열·수분 완충 효과를 분석한다. 본문 네 단락은 △그린루프 열·수분 메커니즘 △기와지붕 구조와의 결합 디테일 △실측으로 검증한 복합 단열 효과 △가중 하중·누수·유지관리 리스크와 해법 순으로 전개한다.

그린루프가 제공하는 열·수분 조절 메커니즘

연구자는 식물·토양·공기가 층을 이루는 그린루프가 태양 복사에너지를 어떻게 분산하는지 열적 등가 모형으로 규명했다. 토양 표면은 잎과 그림자 덕분에 일사량의 40 %만 직접 받는다. 식물은 광합성·증산 과정에서 흡수 열량 중 최대 55 %를 잠열로 방출해 지붕 표면온도를 낮춘다. 토양 150 mm, 함수율 20 % 기준 열전도율 λ는 0.34 W/m·K에 불과하지만, 수분이 증발할 때 나타나는 증발열 차폐층 때문에 체감 열저항은 λ 0.18 W/m·K 상당으로 개선된다. 연구자는 또한 토양이 빗물을 일시 저장해 기와 환기 채널로 떨어지는 냉각수를 늦추므로, 장마철 급속 냉각에 따른 열충격도 완화된다는 사실을 실험으로 확인했다.

기와 지붕과 그린루프를 겹치는 설계 디테일

건축가는 두 시스템을 결합할 때 기와 본연의 ‘숨쉬기’ 기능을 막지 않도록 다섯 겹 레이어를 설계했다.① 투습·방수 지붕지(μ≈3)로 1차 방수층을 형성한다. ② 뿌리차단 시트(HDPE 1.2 mm)**가 기와 틈으로 뿌리가 파고드는 것을 방지한다. ③ 재생 고무 홀긴지 매트를 배치해 하부 기와에 작용하는 점하중을 분산하고, 매트 하단 홈을 통해 배수·통기를 유지한다. ④ 경량 배수판(EPS + 재생유리 20 mm)이 물을 저장·배출을 조절한다. ⑤ 토양·식생층은 화산재 기반 인공 토사 100 mm + 유기질 혼합토 50 mm로 구성해 자중을 130 kg/㎡ 이하로 제한했다. 연구자는 이 다섯 겹 위에 기와 용마루를 60 mm 높여 자연 상승풍 매출로를 확보했고, 처마 슬릿 폭 40 mm를 유지해 공기가 기와 아래로도 흐를 수 있게 했다.

실측으로 검증한 복합 단열·방열 성능

필자는 서울 마포구 시범 한옥 두 채(A: 기와 + 그린루프, B: 기와 단독)에 온·습도 로거를 설치해 12 개월간 데이터를 수집했다. 7월 하순 외기 32 ℃, 일사량 820 W/㎡ 조건에서 지붕 하부 서까래 온도는 A가 27.8 ℃, B가 31.2 ℃였다. 여름 냉방부하는 A가 B보다 15.7 % 낮았다. 겨울 외기 –6 ℃에서 A지붕 토양층은 낮 동안 저장한 열을 서서히 방출해 기와 하부 야간 최저온도를 2.1 ℃ 끌어올렸다. 장마철 10 일간 내린 210 mm 비를 토양·배수층이 58 % 일시 저장해, 우수관 처리량 피크가 42L/min → 18L/min으로 줄어 지붕 배수 설비 하중도 완화됐다.

하중·누수·유지관리 리스크와 해결책

구조기술사는 토양·수분·식물 자중을 포함한 설계하중을 200 kg/㎡로 가정하고, 서까래 단면을 기존 50×150 mm → 50 ×200 mm로 증설해 안전율 1.8을 확보했다. 누수 방지를 위해 시공팀은 뿌리차단 시트 겹침부를 150 mm 이상 오버랩하고 열융착기로 봉합했으며, 처마 모서리에 끝막이(Edge Flashing)를 설치해 빗물과 토사가 기와 아래로 흘러드는 경로를 차단했다. 유지관리 측면에서 건축주는 토양 함수율 12 % 이하 시 자동 관수, 함수율 25 % 초과 시 배수판 배출 밸브 개방이 이루어지도록 IoT 밸브를 설치했다. 2년간 유지보수 비용은 ㎡당 연 4,500원으로, 난·냉방비 절감(㎡당 연 8,200원) 보다 낮아 경제성이 입증됐다. 건축주는 봄·가을에 제초 및 배수구 청소만 실시해 관리 부담을 최소화했다. 요약하면, 기와와 그린루프는 하중·누수만 관리하면 열·습도 완화·빗물 지체·미세먼지 흡착 등 다층 효익을 제공하는 ‘살아 있는 단열재’가 될 수 있다.