[해가패시브 칼럼 12편] MRT부터 열용량·시간지연까지 — 건물이 열을 저장하고 흘리는 원리

2026.08.21 · 조민구 건축사 · 해가패시브건축사사무소

오늘은 체감 온도를 좌우하는 평균복사온도(MRT)와, 재료가 열을 저장하고 늦게 전하는 원리를 알아보겠습니다. 겨울에 실내 온도를 22도로 맞춰 두었는데도 어떤 날은 한기가 들고 어떤 날은 포근…

오늘은 체감 온도를 좌우하는 평균복사온도(MRT)와, 재료가 열을 저장하고 늦게 전하는 원리를 알아보겠습니다. 겨울에 실내 온도를 22도로 맞춰 두었는데도 어떤 날은 한기가 들고 어떤 날은 포근하게 느껴집니다. 온도계의 숫자가 같아도 몸이 느끼는 온도가 다른 것은, 실내의 열이 공기 온도 하나로 설명되지 않기 때문입니다. 집을 이루는 재료가 열을 어떻게 받아들이고 저장하고 내보내는지 이해하는 것이 쾌적한 집을 만드는 출발점입니다.

1. 온도계의 숫자만으로는 쾌적함을 설명할 수 없습니다

공기 온도 말고도 몸에 큰 영향을 주는 것이 주변 벽과 창과 주고받는 복사열입니다. 건축물리에서는 이를 평균복사온도, 즉 MRT로 설명합니다. 주변 표면의 면적이 넓거나 거리가 가까울수록, 그리고 그 표면의 온도가 실내 공기 온도와 차이가 클수록 몸이 느끼는 온도는 크게 달라집니다. 겨울에 큰 창 옆에 서면 바람이 없어도 서늘한 것은 차가운 유리 표면으로 몸의 열을 빼앗기기 때문입니다. 반대로 여름에 옥상 표면의 색이 어두우면 햇빛을 많이 흡수해 표면 온도가 크게 오르고, 흰색이나 빛을 반사하는 재료를 쓰면 표면 온도를 낮게 유지할 수 있습니다. 재료가 햇빛을 흡수하는 비율과 열을 내보내는 비율에 따라 표면 온도가 크게 달라지는 것입니다. 제가 직접 시험해 보니 20~40도 가까이 차이가 났습니다.

2. 열의 흐름과 열을 담는 그릇

열은 언제나 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐릅니다. 물이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르는 것과 같습니다. 이때 열이 흐르는 방향과 빠르기를 정하는 것은 두 곳의 온도 차이입니다. 그리고 흘러드는 열을 재료 안에 머물게 하는 능력을 열용량이라고 합니다. 열용량은 열을 담는 그릇의 크기와 같습니다. 공기는 그릇이 아주 작아 열이 조금만 들어와도 온도가 금방 오르지만, 물이나 콘크리트 같은 무거운 재료는 그릇이 커서 많은 열을 담을 수 있습니다. 낮 동안 두꺼운 콘크리트 구조체가 열을 흡수해 실내 온도가 오르는 것을 늦추고, 밤에 서늘한 바깥 공기와 밤하늘로 열을 내보내는 원리가 여기서 나옵니다.

3. 열이 늦게 전해지는 시간 지연 효과

벽체의 성능을 평가할 때 단열 성능을 나타내는 열저항 값만 보는 경우가 많습니다. 그러나 하루 동안 바깥 온도가 계속 변하는 실제 환경에서는 무게가 있는 재료의 시간 지연 효과가 중요합니다. 단열 성능이 같은 가벼운 목재 벽과 두꺼운 콘크리트 벽이 있다고 해 보겠습니다. 바깥에서 강한 열을 받으면 가벼운 목재 벽은 열용량이 작아 열이 실내로 빨리 전해집니다. 반면 두꺼운 콘크리트 벽은 들어온 열의 상당 부분을 벽 자체를 데우는 데 쓰기 때문에 실내까지 열이 전해지는 데 오랜 시간이 걸립니다. 이를 시간 지연이라고 합니다. 사막처럼 일교차가 큰 지역에서 두꺼운 흙집이나 콘크리트 집이 한낮의 더위를 막고 밤에 그 열을 내보내며 서늘함을 유지하는 것이 이 원리입니다. 하지만 덥고 습한 여름을 가진 우리나라는 이런 방식으로 바깥의 열을 막기 어렵습니다. 습한 기후는 낮과 밤의 온도 차이가 크지 않기 때문입니다. 중부유럽은 한낮의 기온이 우리와 비슷해도 밤에는 20도 아래로 뚝 떨어집니다. 그래서 밤에 창을 열어 구조체를 식히고, 낮에는 그 식힌 구조체로 냉방에 도움을 받을 수 있습니다. 그러나 우리나라는 열대야가 많아 밤에도 덥고, 기온이 내려가 봐야 23~24도 정도에 상대습도까지 높아 밤공기로 쾌적해지기 어렵습니다. 그래서 유럽의 패시브하우스와 우리나라의 패시브하우스는 원리는 같아도 작동 방식에 차이가 있습니다. 저는 이 차이를 분석하고 해석해, 우리나라에 맞는 패시브하우스를 늘 고민하고 구현하려고 노력하고 있습니다.

4. 에너지를 쓰는 방식과 재료에 담긴 에너지

건물에 필요한 에너지를 만들고 쓸 때도 물리 법칙의 제약을 받습니다. 질 좋은 에너지인 전기를 단순히 난방용 열로 바꾸는 것은 효율이 떨어질 수 있습니다. 화력발전소에서 전기를 만들어 집까지 보내는 과정에서 원래 에너지의 70% 정도가 버려지기 때문입니다. 그래서 건물에서 전기를 만들면서 나오는 폐열을 난방과 급탕에 다시 쓰는 열병합 발전이나 수소 연료전지가 주목받고 있습니다. 나아가 건물을 지을 때 자재의 생산과 운송, 시공에 드는 내재 에너지도 따져야 합니다. 알루미늄이나 목재처럼 재료마다 만드는 데 드는 에너지가 크게 다르므로, 만드는 데 에너지가 적게 드는 자재를 쓰거나 기존 건물을 고쳐 다시 쓰는 것이 때로는 가장 친환경적인 건축이 됩니다.

실내에서 느끼는 포근함은 온도계의 숫자 하나로 정해지지 않습니다. 주변 표면의 평균복사온도, 구조체의 열용량, 하루 동안 흐르는 열의 시간 지연, 그리고 건물의 생애 전체에 걸친 에너지 흐름까지 함께 작용합니다. 해가패시브건축사사무소는 이런 건축물리의 원리를 감이나 경험으로 어림잡지 않습니다. 에너지 계산 프로그램으로 벽체의 구성과 열용량, 시간 지연 효과, 계절에 따른 복사열의 변화를 계산해 숫자로 확인합니다. 계산하고, 계산대로 시공해 알맞은 실내 환경을 만드는 것, 그것이 '데이터로 증명하는 건축가의 책임'입니다.

이 글이 만들어진 과정

이 연재는 Norbert Lechner의 『Heating, Cooling, Lighting』을 교재로 삼습니다. 책의 챕터 순서에 따라 다룰 주제를 나누고, 각 주제를 패시브하우스의 설계·시공과 연결해 글의 얼개를 구성합니다. 그 얼개를 바탕으로 한 초벌 원고 작성에는 생성형 AI의 도움을 받으며, 최종 원고는 필자가 내용을 검토하고 실무 경험을 더해 다듬은 것입니다. 이번 글은 책의 3장 「기본 원리: 열의 과학」의 3.11~3.24절 내용을 정리한 것입니다.

조민구 · 해가패시브건축사사무소