전통 주거환경과 온도

전통 주거환경과 온도
세계보건기구(WHO)에서는 건강을 「육체적으로도 정신적으로도 사회적으로도 양호한 상태일 것」정의하고 있다. 주거에는 사람이 건강을 누릴 수 있는 환경을 만드는 역할이 있다. 온도조절도 그 중의 하나이다. 살아가기 위해서는 난방은 불가결의 요소이다. 오늘날 건축물의 기밀화, 단열화 및 난방기구의 개발로 인하여 스스로 실온이 조절되도록 되어있다. 그렇다면 살아가는데 난방의 확보만으로 건강하고 쾌적한 주거환경이 만들어 질 수는 없을 것이다. 건강한 주거를 위하여 단순 온도만 높다고 되는 것이 아니고 신선한 공기의 확보와 두한족열(頭寒足熱), 즉 머리는 차갑고 발은 따뜻한 쾌적한 온도분포를 요구하고 있다.

우리의 주거환경은 전통적으로 두한족열의 난방방식을 채택하여 왔다. 온돌은 바닥이 따뜻하고 방바닥으로부터 원적외선을 감지하기 때문에 신발을 벗고 바닥에 앉는 좌식생활양식에 매우 적당하다. 우리가 바닥에 앉을 때 책상다리를 하는 것도 바닥과 접하는 면적을 최대한 크게 하려는 노력과 관련이 있다고 생각한다. 서양식의 벽난로는 앞면은 따뜻하지만 뒷면에서는 추위를 느끼는 분위기와는 사뭇 다른 형태이다.

최근 주거환경에서 실내온도로 가장 바람직한 열환경으로 두한족열 현상이 대두되고 있다. 일본의 경우 5000년 전부터 우리 조상들이 사용하였던 온돌기술을 도입하여 목조주택에 시공하는 곳이 많은 것으로 알 고 있다. 이들은 구들로 맥반석(바이오세라믹)을 사용한 원적외선 방사를 이용한 온수식 난방시스템을 도입하여 판매를 하고 있다. 이들의 광고문안을 보면 바이오 온돌은 인체에 친화성을 중시한 현대 감각에 맞는 건식 온돌로 초경량이며, 난방효과가 높으며 어떠한 건축물에도 만들 수 있다고 한다. 우리 조상들의 뛰어난 지혜가 이들에 의해 새롭게 재조명되고 이에 대한 결과도 이미 실험 등을 통하여 입증되고 있다.

특히 노약자를 대상으로 하고 초고령사회를 향한 일본의 사회구조에서 두한족열 현상의 실현방법으로 우리의 온돌시스템과 목조주택이 접목한 것이 가장 바람직한 주거환경이라고 판단하였기 때문이다. 우리가 조상들의 우수한 문화를 뒷전으로 하고 초고층의 콘크리트 건축문화를 선호하는 사이에 이들에게 우리 내면 깊숙한 곳에 있던 문화의 보물을 건내주는 것 같은 기분에 정말 조상들에게 면목이 없다.

일본에서 바이오온돌 시공모습

목조주택과 바이오온돌의 배치

구들을 덮은 모습

주택내 완공의 모습

온도의 감응구조
온도는 동물이 살아가는데 있어서 중요한 요소이다. 동물은 체내에서 단백질과 화학반응으로 활동에 필요한 에너지를 얻는다. 그런데 단백질은 일정한 온도범위를 벋어나면 기능을 상실한다. 이러한 화학반응을 계속하기 위해서는 체온을 일정하게 유지시킬 필요가 있다. 그러므로 동물은 외계의 온도변화에 따라서 땀을 흘리거나 오들오들 떠는 동작으로 체내의 체온을 일정하게 유지하면서 생명을 유지하고 있다.

사람의 피부표면이나 체내에는 온도를 감지하는 온점과 냉점이 있다. 온점은 더위를 냉점은 추위를 감지한다. 온점과 냉점의 분포밀도는 부위에 따라 다르지만 평균 온점은 1㎠당 0~3개, 냉점은 6~23개가 있다. 전신에는 약 3만개의 온점이 있으며, 약 25만개의 냉점이 있다고 한다. 냉점이 온점보다 훨씬 많으며 피부표면 가까이에 분포하고 있기 때문에 사람은 더위나 따뜻함보다도 추위나 차가움에 민감하게 반응한다고 한다. 또 온점과 냉점이외에도 뇌의 시상 하부에 있는 온도 수용기 등이 혈액으로부터 온도를 감지할 수도 있다.

사람의 몸체는 추울 때에는 체내에서 열을 만들어 내고(産熱), 더울 때에는 열을 방출(放熱)함으로 신체에 출입하는 열의 균형을 조절할 수 있다. 예를 들면 추울 때에는 피부의 혈관이 수축되어 혈량이 감소하며 피부표면의 온도가 내려가므로 피부표면으로부터 달아나는 열을 억제할 수 있다. 여기에 추울 때에는 몸을 떨면서 운동을 촉진하기 때문에 체내에서 열이 만들어지며 잃어버린 열량을 보충해 준다. 반면에 더울 때에는 피부의 혈관을 확대시켜 피부표면의 온도를 높이며 체내와 피부표면의 온도차를 크게 함으로 해서 체내의 열을 방출하기 쉬운 상태로 만든다. 여기에 방열량이 부족하면 땀을 흘리게 하고 증발할 때 기화열에 의하여 체내의 온도가 탈취되기 쉽도록 해준다. 다만 공기 중의 습도가 높고 증발이 불가능할 때는 땀이 나는 것만으로 체내온도 조절에는 도움이 되지 않는다.

산열과 방열의 균형에 의한 체온조절

온도가 신체에 미치는 영향
최근에는 여름철 더위가 매년 더 기승을 부리는 것 같다. 이로 인해 일사병이나 열사병에 걸리는 사람이 늘고 있다. 이와 같이 온도는 사람의 신체에 커다란 부담을 준다. 사람의 체온조절기능이 정상적으로 움직인다는 것은 심부 체온이 35~40℃의 사이이다. 이 범위를 넘어서면 상해가 발생한다. 너무 추운 곳이나 더운 곳에서 장시간 머물면서 체온이 35℃보다 낮으면 저체온이 되며, 42℃를 넘으면 체내의 단백질이 변성되어 생명을 유지시킬 수 없게 된다. 질병 등으로 체온조절이 잘되지 못할 경우에는 온도가 신체에 미치는 영향이 커지므로 주의를 해야 한다.

일반적으로 기온이 높을 때에는 혈압이 낮으며 심박수가 증가하고, 기온이 낮을 때에는 혈압은 높아지며 심장박동수가 적어진다. 온도차가 심한 장소에 가면 급격한 혈압변화를 일으키거나 협심증, 뇌졸중의 발작이 발생하기 쉽다. 또 더위가 계속되면 체력이 소진되거나 냉방이 심하여 신경통이나 위장장해를 일으키는 등 체온조절에 의하여 각종 건강장해가 발생하기도 한다.

체온과 기능장해
더위보다도 추위에 민감하게 반응하는 인간은 냉방에 의한 영향도 받기 쉽다. 너무 차가운 환경에서는 피로나 오한, 수족 등의 신체말단 부분이 차가워져 두통, 신경통, 위장장해, 생리장해 등을 가져올 수 있다. 이러한 소위 「냉방병」은 실온을 내리기 때문이라기보다 에어콘의 냉풍이 닿는 부분이 국부적으로 차가운 것이 원인이라고 한다. 특히 주의해야 하는 것은 실외와 온도차이이다. 더운 바깥에서 갑자기 시원한 실내로 들어온다거나 역으로 시원한 방에서 바깥으로 나갈 때 스트레스를 받으며 신체에 여러 가지 증상이 발생한다.

체온과 기능장해

냉난방의 보급으로 더위나 추위에 대한 자극은 줄어들었지만 체온조절반응이 쇠퇴하여 더위나 추위에 대하여 적응이 잘 되지 못할 가능성도 배제할 수 없다. 예를 들면 여름철에는 사람은 대량의 발한으로 체온조절을 한다. 이 때 땀에 베어나는 나트륨이나 칼슘을 보완하기 위하여 혈액 중에는 수분이 증가한다. 그런데 냉방 중에 오랫동안 있으면 이 기능이 저하되어 체내 균형이 파괴될 수 있다.

겨울철 거실간의 온도차가 극단적으로 클 경우 뇌혈관질환의 발병원인이 된다고 한다. 요즈음은 일반적으로 건강관리를 잘하기 때문에 반드시 그렇다고 볼 수 없지만 인간은 60세가 넘으면서 급속히 체력이 쇠퇴된다. 체력의 저하는 추위나 더위에 저항하는 능력에서 차이를 느낄 수 있다고 한다. 난방이 된 방에서 차가운 복도로 나갔을 때 온도차이나 바닥의 차가움이 원인이 되어 혈압이 올라가거나 뇌졸중으로 쓰러지는 경우도 있다. 또 신체가 극단적으로 위쪽 공기는 따뜻하고 아래쪽 공기는 차가운 두열족한(頭熱足寒)의 온도차가 있는 콘크리트 아파트와 같은 환경에 노출되는 것도 좋은 현상이지는 않다.

발이 차가우면 추위를 더 느끼는 이유는 발목의 발열량과 온도감수성에 있다. 발에는 차가움을 감지하는 신경이 다른 부위보다 많이 모여 있다. 지금 생각하면 어릴 때 얼음썰매를 타다가 집에 들어와 아랫목의 이불속에 발부터 먼저 집어넣는 이유도 이와 무관하지 않을 것으로 생각한다. 피부의 표면에서 상실된 열량은 신체의 표면적과 체적 비에 의해서 정해지며, 체적에 비해서 표면적이 큰 손과 발은 다른 부위보다 열을 많이 잃게 된다. 손의 피부온도는 20℃이하가 되면 불쾌한 차가움을 느끼고, 15℃이하가 되면 극한의 차가움을 10℃이하에서 아픔을 느낀다고 한다. 반면 발은 손보다 3℃ 낮은 온도에서 같은 반응을 느낀다고 한다. 발은 신체의 어떠한 부위보다도 차가움에 대하여 민감한 반응을 나타낸다고 한다. 그러므로 頭寒足熱의 상태로 발을 따뜻하게 관리하면 사람은 보다 쾌적감을 느끼게 된다.

실제 실험에서도 발목부분보다 머리부분의 온도가 약간 낮을 경우에는 불쾌감이 사라지고 학습 등 정신적 작업능율도 향상된다는 보고가 있다. 최근 이러한 이론에 근거하여 에어콘의 냉방에 발목부분이 보다 따뜻한 제품도 일본에서는 출시되고 있다.

신체에 따라서 쾌적감을 느끼는 온열조건은 성이나 연령, 인종 등에 따른 개인차는 없다. 그러나 지역의 기후나 생활습관에 따라서 후천적으로 획득한 능력이나 감수성에 의한 차이는 있다. 우리나라는 좌식문화로 옛날부터 온돌을 통하여 난방을 해오는 두한족열의 주거환경이다. 최근 축조되는 아파트 등의 난방구조는 실내공기의 대류현상에 의해 따뜻한 공기는 상승하고 차가운 공기는 하강하기 때문에 같은 실내에서도 온도차가 있다. 바닥보다 방 위쪽의 온도가 상승하기 때문에 노약자나 장애인들에게 가장 중요한 발목부분은 차갑다는데 문제점이 있다.

목재는 섬유 직교방향의 열전도율이 0.1~0.2 kcal/mh℃정도로 180.6 kcal/mh℃의 알루미늄이나 0.67 kcal/mh℃의 판유리, 1.2 kcal/mh℃의 콘크리트 등과 같은 건축 재료보다 훨씬 낮다. 열방사율은 0.9이상이면 매우 높은 재료로 평가되고 있다. 목재바닥 이외에 이와 같이 높은 수치를 나타내는 재료는 카펫이지만 장애인이 목발을 집고 다니거나 휠체어를 타고 다니는 데는 카펫의 경우 내구성의 문제가 있다. 또 위생적이지 못하다는 점도 지적되고 있다. 이러한 점을 감안한다면 노약자나 장애인 시설 및 유치원이나 유아원의 바닥과 건물 등도 목재시설로 바뀌어야 함은 당연하다고 생각한다. 이러한 작은 배려가 복지국가 실현의 밑거름이 아닌가 생각한다.

실내온도와 열
실내의 온도는 무엇에 영향을 받고 있을까? 실내온도는 야외에서 전해지는 열과 실내에서 발생되는 열의 영향을 받고 있다. 여기에는 태양으로부터 복사열, 벽이나 천장에서 전해지는 열, 문틈이나 환풍기에 의해 이동하는 열, 실내의 대류나 전도에 의해 전달되는 열, 사람의 방열이나 조명기구, 냉난방기에 의한 열 등이 있다. 여기에 실내에 축적되어 있던 열의 영향도 무시할 수 없을 것이다.

태양광선에는 가시광선이나 자외선 등의 여러 가지 다양한 파장의 범위를 갖는 것이 있다. 이 중에서 열효과를 가지는 것은 적외선이다. 적외선은 지구에 도달하는 태양광의 59%를 차지한다. 주거생활에서는 개구부로부터 들어오는 일사(태양광)에 의하여 실내의 바닥이나 벽이 따뜻해지며, 실내온도가 상승한다. 툇마루나 베란다에서 햇볕을 쪼이면 따뜻함을 느끼는 것은 태양광의 복사열에 의한 것이다.

주거에서 열환경

A: 태양으로부터 복사열, B: 벽이나 천장에서 전해지는 열, C: 문틈이나 환풍기에 의해 이동되는 열, D: 실내의 대류나 전도에 의한 열, E: 사람의 방열이나 조명기구, 냉난방기구에 의한 열

여름철에 주차장에 세워 둔 차의 표면은 프라이팬의 표면처럼 뜨겁지만 지면이나 수목은 그렇게 뜨겁게 느껴지지 않는다. 철판의 열용량에 비하여 흙이나 수목의 열용량이 크기 때문이다. 일반적으로 물이나 공기를 포함하고 있는 물질은 열용량이 크고 표면온도가 잘 올라가지 않는 성질이 있다. 열용량이 큰 물질로 구성된 건축물일수록 표면온도가 올라가기 어렵고 일사 등의 외적요인을 받기 어려운 건물이 된다. 흙집이 대표적인 예가 된다.

실내의 벽 표면이나 유리 표면으로 이동된 열은 실내온도를 상승시킬 뿐만 아니라 복사에 의하여 직접 인체에 온도를 전달한다. 복사에 의한 온도에는 실내온도와 거의 같은 효과가 있는 것으로 보고 되고 있으며, 방 주위의 벽의 온도를 평균 1℃올리면 실내 온도를 1℃올리는 것과 동등한 체감효과를 느낀다고 한다. 온돌과 같이 바닥 난방을 하면 다른 난방기구보다도 낮은 실내온도에서 따뜻하게 느껴지는 것도 이 원리에 의한 것이다.
실내의 온열환경은 기후조건, 벽체 소재의 두께, 조명기구나 조리기구, 냉난방기구 등 여러 가지 요인에 의해 형성되어 진다. 인간에 대하여 가장 적당한 온열환경을 만드는 것은 냉난방기구에만 의존하지 말고 건물전체의 열 收支를 고려하여 가급적 열용량이 큰 목재와 같은 건축재료를 선택하는 것이 바람직할 것으로 사료된다.

쾌적한 실내조건과 인간의 방열구조
인간이 느끼는 추위와 더위에 대한 감각은 일반적으로 기후변화에서 오는 자연현상이라고 느끼고 있지만 우리가 살고 있는 주거환경의 재료에서 오는 요인도 무시할 수 없다. 사람이 느끼는 더위와 추위에 대한 감각은 온도는 물론 습도, 기류속도, 복사 등의 영향이 종합된 결과로 보아야 한다. 여기에 소음, 색채나 명암 등의 영향도 결코 무시할 수 없을 것이다. 이러한 요소가 최적의 상태가 되도록 조절하는 것이 쾌적한 주거공간을 탄생시킨다고 보아야 할 것이다.
 
인간의 몸이 요구하는 최적의 온습도 조건은 여름철에는 21~25℃의 온도에 50~60%의 습도조건이다. 또 겨울철에는 18~20℃의 온도에 40~50%의 공중습도이다. 인간의 몸에서는 꾸준하게 체온을 방열하고 있다. 방열될 때 발생하는 벽이나 천장의 열량의 차이가 작을수록 사람의 마음은 따뜻함을 느끼게 되어 있다.

목재는 이러한 조건을 다른 어떤 재료보다 충족시키고 있다. 지난 호에 설명하였듯이 목재는 조습작용을 하므로 주위의 습도가 자신이 갖고 있는 습도와 같은 조건이 될 때까지 쉬지 않고 습기를 빨아들이고 또 배출하기도 한다. 건조된 목재는 인간이 쾌적감을 느끼는 습도의 조건과 유사한 환경을 만들려고 하는 작용이 있기 때문에 인간생활에서 방출되는 습기를 목재가 흡수해 준다. 그러므로 목조건축물에 들어가면 쾌적감을 느끼게 되는 것은 당연하다.

인체의 방열구조

복사열(輻射熱)과 체감온도
체감온도, 다시 말해서 인간이 「덥다」「춥다」를 느끼는 감각은 단순히 실온만으로 결정되는 것은 아니다. 실제로 복사열이나 실내온도, 기류속도 등이 복합된 결과에서 얻어지는 감각이다. 복사열이란 벽이나 천장 등의 모든 물질에서 나오고 있으며, 이러한 열을 받아들이는 면에서 열이 발생하는 것을 말하는데 체감온도를 결정하는 커다란 요인에는 바로 이 복사열이 작용하고 있다.

복사열과 체감온도

체감온도의 계산은 실내온도와 주거재료의 복사온도를 합한 것을 둘로 나눈 온도를 말한다. 그러니까 실온이 30℃일 때 벽의 온도가 20℃이면 체감온도는 25℃가 된다. 사람이 마음 편하게 따뜻함을 느끼는 것은 바닥, 벽, 천장에서 방열되는 복사열에 의한 영향이 크고, 이 복사선(열)을 받고 따뜻함을 느낄 때 비로소 인간은 「쾌적감」을 얻을 수가 있다.

주거재료에서 차가움을 느끼는 냉복사(冷輻射)는 실내온도가 낮기 때문이 아니고 바닥이나 벽, 천장의 표면온도가 낮기 때문이다. 이로 인해 신체에서 각 주거재료의 표면을 향하여 열방사(복사)가 일어나게 되고 열을 빼앗기는 방열이 발생하기 때문이다. 그러므로 실내 난방을 높여도 금방 따뜻해짐을 느끼지 못하며 발목이 시리거나 오싹오싹한 한기를 느끼게 된다. 이것은 난방비의 부담을 키워줄 뿐만 아니라 쾌적감을 얻을 수 없는 주거환경이 된다.

복사열(바닥, 벽, 천장 등의 표면온도)이 높아지면 실온은 낮아도 신체적으로 느끼는 온도는 높아진다. 복사열이 높아지면 실온이 20℃정도라도 충분히 따뜻함을 느낄 수 있으며, 난방을 그렇게 강하게 할 필요가 없다. 그러므로 낮은 실내온도에서도 「쾌적감」을 얻을 수 있다.

지난 호에 이미 논한 바 있으나 콘크리트 상자의 쥐는 냉복사에 의해 체온을 빼앗기기 때문에 스트레스가 쌓인 것이 원인이라 판단된다. 또 콘크리트와 금속에는 조습기능이 전혀 없기 때문에 어린 쥐가 땀을 흘려도 흡수하지 못한다. 이로 인해 상자 안은 축축하고, 피부도 끈적끈적하면서 차갑게 된다. 아마 이러한 환경적 변화가 어미 쥐의 포육이상을 유발하는 심리에 영향하지 않았을까 생각한다. 콘크리트 건물에는 「냉복사(冷輻射) 작용」이 있다. 「냉복사」란 추운 겨울에 기온이 떨어지면 벽면 등의 표면온도도 떨어지게 되는데 이 때 방안에 있는 사람도 차가운 벽면으로부터 몸의 열을 빼앗기게 되는 현상을 말한다. 콘크리트 건물에 들어가면 차갑고 으스스한 감을 느끼는 것도 이 때문이다.

반면 목재는 조습작용에 의해서 주위의 습도가 높으면 습도를 빨아들이고 건조하면 자신이 갖고 있는 수분을 밖으로 방출하기 때문에 목재로부터는 따스함을 느끼고 축축한 감은 전혀 느끼지 못한다. 목재는 수분을 흡습하면 조금 발열하므로 피부 표면을 뽀송뽀송하면서 따스하게 만든다.

최근 초등학생들이 과거에 비해 저체온 현상이 증가하고 있다고 한다. 이러한 현상이 우리의 아파트, 콘크리트 학교교실과 같은 건축 재료와 관계가 없는지 보다 구체적인 확인이 필요할 것으로 사료된다.

생태학적인 실내기후
최근 주택이나 아파트에서는 계절에 관계없이 쾌적한 실내 기후를 만들기 위해 냉난방기, 공기정화기 등의 설비를 갖추고 인공기후조절을 하고 있는 곳이 늘어나고 있다. 이는 일반적으로 냉방병으로 알려져 있지만 이외에도 밀폐된 실내에 많은 사람들이 있기 때문에 공기의 오염, 떠돌아다니는 분진에 의해 남자는 위장병이나 설사, 여자는 생리불순, 두통 등을 일으키는 것도 이에 포함된다.

쾌적한 환경은 건강한 신체와 정신을 만들어 준다.

사람은 같은 온도에서도 습도가 높으면 피부로부터 호흡이 곤란해지기 때문에 훨씬 더위를 느끼게 된다. 주택내의 습도가 너무 높으면 집먼지진드기, 곰팡이, 벌레 등이 발생하기 쉬우며, 결로(結露) 등의 습해의 원인이 된다. 또한 습도가 낮은 상태로 오랫동안 지속되면 피부의 생리적인 작용에 영향을 주어서 내장병의 원인이 되며, 또 코의 인두점막에 염증을 유발시킨다.

「획일화된 온도설정」이나 「강제 송풍」에 의한 인공기후조절기능은 빌딩 병의 원인이 되고 있다. 공조가 「일정한 조건의 제공」이 되어야 한다는 고정 관념을 버리고, 인간이 쾌적감을 느끼는 환경이 되기 위해서는 주거환경 재료의 선택에 대한 폭을 넓힐 필요가 있다. 이 때 인간이 자연을 소재로 한 재료에 쾌적감을 느낀다는 데 주목할 필요가 있으며, 가능한 한 자연의 요소를 도입하는 것이 바람직하다. 실내는 꼭 막힌 상자가 아니라 주위의 환경에 해방된 공간이라는 점을 상기할 필요가 있다. 늦었지만 지금부터라도 「생태학적 실내기후」가 실내 환경에 도입해야 한다고 생각한다.

인간은 자연의 영향을 받으면서 변화하는 기온에 적응하고 있다. 자연의 사이클과 멀어져서는 결코 쾌적한 환경이 될 수 없다. 대형 빌딩의 중앙집중식 공조시설은 연간 온도변화가 거의 없는 상태로 연중 냉난방을 의식할 수 없을 정도로 쾌적한 실내환경을 만들어 주고 있다. 그런데 이러한 환경이 현대병의 원인이 되고 있다. 즉 획일화된 온도설정에 의한 난방과 냉방에서는 자연환경의 온도 사이클을 완전히 무시하고 있다. 복사와 자연대류에 의한 자연에 가장 가까운 실내기후가 인간에게는 필요하다. 「생태학적 실내기후」는 자연환경의 기후를 실내에 만드는 기술이다. 동물과 식물이 원기 왕성하게 살아갈 수 있는 환경이 바로 인간이 살아갈 수 있는 환경이다. 그러므로 자연소재를 건축 재료로 최대한 활용하여 생태학적 실내기후를 만들어 줄 필요가 있다.

<글·그림 국립산림과학원 이동흡>