1. 목 적

본 보고서의 목적은 설계, 전문 서비스, 시공 및 품질관리 분야에서의 다양하고, 난해하며, 상대적으로 고수익이 가능한 수동적 온도측정 작업을 사용하여 지속가능한 건설사업의 일자리 창출의 기여 가능성을 살펴보기 위함이다. 역사적으로 볼 때 에너지 소비로 인한 비용은 다른 부분에 비하여 그다지 크지 않았기 때문에 좀 더 에너지 효율이 높은 건물을 설계 및 건설하거나 또는, 대형 고층빌딩에서 작은 주거용 주택에 이르기 까지 기존 건물의 에너지 효율을 개선할 수 있는 많은 기회를 무시하여 왔다. 그러나 현재의 시대는 건설분야, 자산관리 분야, 투자자그룹 및 납세자 연맹 등의 압력단체에 의해서 즉각적이고 연속적인 가치를 창조하기 위해 각 분야에서의 녹색 일자리를 창조하여야만 하는 시점에 와 있다. 이에 적외선 온도측정에 대한 확립된 지식과 기술을 바탕으로 이 적외선 온도측정기술은 국가 전체의 전 산업분야에 즉각적이고 영속적인 가치를 부여할 수 있는 진정한 녹색건설을 가능하게 한다.

녹색 건설에는 건물의 건축 및 운영에 있어서 적절한 온도성능을 만족하는 것에 대한 필요성을 인지하는 것이 중요하다. 적외선 온도측정은 대단히 비용 효율이 뛰어난 방법이며, 현 시점에서 제반 산업의 중심을 에너지 효율 중심의 사업구도로 재편하는 데 효과적인 수단이다. 효율적인 에너지 사용 이라는 수사적인 용어는 품질 중심의 건설시장에 대한 블루요션을 활짝 열도록 하였으며, 정보전달 매개체로서의 적외선 스캔 및 측량에 대한 적외선 온도측정업체와의 계약수행을 담당하는 자산 운용 의사결정권자의 등장에도 일익을 담당하고 있다. 적외선 온도측정장치는 비파괴해석 즉, NDE 및 비파괴시험 또는 NDT에 적용되며, 검증된 점검 데이터를 제공할 수 있는 많은 기회와 함께 빠른 주기로 여러 단계의 실시간 해석 및 기록을 제공할 수 있다.

지난 10년 이상동안 산업의 단기적인 목표는 정해진 예산 내에서 정해진 시간 내에 설계 및 건설을 완료하는 것이었다. 이에 대해 많은 사례를 통해 다리가 3개 있는 우유통 유사이론을 근래의 턴키 건설사업에 비유할 수 있다고 할 수 있다. 대부분의 사업의 품질은 언급조차 되지 않고 있고 현실적으로 전혀 그 중요성을 인정받지 못하고 있지만 바로 이 우유통의 3번째 다리가 사업의 품질이라는 사실을 모두가 인지하고 있지 못한데 문제점이 있는 것이다. 모든 사람들이 다리가 2개 있는 우유통은 자립해 있을 수 가 없다는 사실을 잘 알고 있으며 돈으로서 해결하거나 완화 시킬수 있는 건설분야의 문제점들은 그리 많지 않다는 사실을 잘 알고 있다. 비즈니스는 오직 비용과 시간에만 너무 집중을 하고 품질에는 등한시 한다. 부디 이 글로 인해 적외선 온도측정분야의 양질의 일자리가 많이 생기고 그 업무에 종사하는 독자들은 이러한 품질관리에 좀 더 집중해 주기를 바란다. 건설분야는 아직 진정한 녹색화가 되지 않았으며 만일 계획, 설계, 건설, 운영 및 보수보강 등 건물의 생애주기 전체를 통한 적절한 품질관리개념을 도입하지 않으면 지속적인 성장을 기대하기 어렵다.

현재 건설분야에서 의욕이 넘치는 다방면의 전문가와 다수의 일자리가 창출되고 있는 LEED 건축 등급 설계와 같은 특정분야와 연계하여 에너지 효율을 높이기 위한 여러 가지 사업의 인도조건 등의 도입을 통해서 활동적이고, 비파괴적이며, 수동적인 적외선 강화 품질을 염두에 둔 사업 발주체제를 개발해야 한다. 이러한 요소 들은 설계자, 시공자; 전문서비스, 자산 관리 및 건물 소유주에게 적외선 온도측정 서비스를 제공하여 눈에 보이지 않는 습기의 침투, 부재의 부식, 피로 및 파괴 그리고 온도분포를 파악함으로서 건물의 에너지 손실을 발생시키는 공기의 흐름을 파악하여 인지할 수 있도록 해 준다. 재래적 방식의 적외선 온도측정 기법은 정량적 및 정성적인 적외선 온도분포를 사용한다. 정성적 온도분포 방법은 온도분포를 발견하고, 시각화 한 후 보고서를 작성하는 과업으로 구성되어 있으며, 정량적인 온도분포 방법은 앞서의 방법을 모두 포함하고 거기에 추가적으로 대상 건물의 표면온도를 측정한다. 상대적으로 저렴한 비용, 비 파괴적인 측면 및 구조물의 손상 및 시공단계의 진행 작업에의 영향을 최소화 하는 측면과 상대적으로 빠른 업무 처리속도 등으로 인하여 건물의 생애주기의 모든 단계에 효과적으로 적용이 가능한 방법으로 여겨지고 있다.

정기적으로 적외선 온도측정 방법을 사용하는 것은 예를 들어 시공불량 등으로 인해서 즉각적 혹은 장기적인 손상을 방지하는 효과가 있는데, 그 이유는 손상 부위의 제거 및 교체는 장기적으로 대단히 비용이 많이 소요되고 힘든 작업이기 때문이다.

적절한 품질을 확보하기 위해서는 적절한 계획과, 적절한 문서화, 조기 의사소통 및 빈번한 제 3 의 전문지식 집단에 의한 검토 및 조사가 보수 보강 및 신규 건설의 각 단계별로 필요하다. 적외선 온도감지기를 통해서 얻을 수 있는 온도 경향을 바탕으로 능동적으로 시설물의 품질에 대한 문제점을 찾아낼 수 있으며, 새로운 건설분야의 품질 확보를 용이하게 한다. 또한 정확하게 문제점을 찾아서 접근하는 비용 효율적인 접근방법을 가능하게 하고 손상에 대한 정확한 보수 및 보강방법의 적용을 가능하게 한다. 이러한 에너지 효율 및 지속가능성이 중요시 되는 성공적인 녹색 건설에서는 설계변수, 일정계획, 비용분석, 시제품 및 품질보증 노력 등의 사업 필요성의 충족이 그 무엇보다도 중요하다.

매일 단위로 수행하는 가장 중요한 적외선 온도감지기법의 적용분야는 전기적인 흐름에 의한 구조물의 손상부위 및 문제점을 알아내는 방법으로 작게는 주택의 전기 휴즈나 두꺼비집 등부터 크게는 발전소 및 대중교통 시설 등의 전기시설에 적용하는 방법이다. 이러한 시설에 능동적으로 적용하여 초기에 결함을 발견함으로서 대규모의 손상 보수비용이나 치명적인 손상을 방지할 수 있는 이러한 적외선 온도감지기법은 비용 효율적인 방법을 통해서 문제점을 발견하고 해결할 수 있도록 해주는 아주 효율적인 검사 방법이다. 많은 산업분야의 대규모 전기사용 시설을 고려해 볼 때 이러한 적외선 온도감지기법을 사용한 조기의 시설물의 문제점 및 손상 등을 발견하는 기법은 대단히 발전 가능성이 많은 사업분야가 될 것이다. 단지 이 온도감지기법의 에너지 효율성만이 이 기법의 저변확대에 기여하는 장점은 아닐 것이고 가장 중요한 것은 적외선을 통해서 시설물의 문제점을 찾아내는 기법에 있을 것이다.

온도 분포는 미소하고 민감한 영역에서부터 많은 사람들의 안전을 확보하고 시설물의 기능수행 정지등을 예방하는 대규모의 기법 등 다양하게 분포한다. 시설물의 누전 등을 조기에 발견하게 되면 대규모의 참사 및 무고한 인근의 생명을 구할 수 있다. 예를 들어 가장 정교한 적용기법 중의 하나로서 최근의 폭발적인 증가세에 있는 스마트폰, PDA 및 휴대폰 사용의 증가에 대하여 이 적외선 감지기법은 많은 사람들이 모여 있는 대규모의 시설에서 그 진가가 발휘되는 기법이다. 이 적외선 감지기법을 적용하면 각 층별로 온도의 상승분을 감지하고 각 전기적 연결부의 온도를 감지하여 냉각장지의 문제점이나 덕트 등의 밀실상태를 감지할 수 있다.

이 적외선 온도감지기법은 이미 일반사람들에게는 건물의 지붕 처리장치 및 건물의 방수공법 등에서 열의 발산이나 보존 등을 파악하는 기법으로 잘 알려져 있는데, 이는 태양광으로 인해 외부의 열이 건물 내부로 보존이 되는 지 아니면 내부의 열원으로 인해 시설물 인근으로 열이 방출되고 있는 지를 판단하는 기법이다. 여기서 많은 양의 수분이 발견되는 경우는 많은 에너지 보존기능과 시설물 내부에 숨겨진 수분의 양이 많다는 의미를 내포하고 있다. 즉 보다 열 흡수가 뛰어난 지붕시스템과 방수 시스템을 가질수록 시설물의 온도특성은 보다 명확하게 드러나게 되는 데 이는 이 시설물 내부에 분포된 수분에 의한 영향 때문이다. 이 적외선 온도감지기법은 시설물의 가장 적절한 온도 분포 이미지를 가지고 있고 이를 디지털 이미지로 출력할 수 있도록 프로그래밍 되어 있다. 따라서 이러한 이미지 및 조사결과를 바탕으로 시설물의 단열 및 방수공법 전문가들은 시설물의 보수나 자재의 교체 등을 적절한 시기에 수행하는 것이 가능하도록 도와주게 된다.

일반적으로, 건물에 대한 포괄적인 자문이나 지붕 방수공법에 대한 전문적인 지식을 얻기 위해서는 건물의 전반적인 요구조건 및 LEED 필요조건 등이 정립되어야 하며, 이들은 기계공학자이나 기타 시설물의 방수 및 마감공법 전문가 등 시설물의 장기적 성능과 관련된 전문가들에 의해서 공표되어야 한다. 최근의 계약조건들에서 나타나는 요구조건들은 분석해보면 이러한 적절한 수분침투에 대한 문제점을 다루는 부분이 미흡하기 때문에 많은 부분 즉, 업무 대리인 프로그램 담당자, 일반 시공자, 지붕공사 전문가, 건물 방수공법 및 지붕공사 자문단 등에 의해 적외선 온도감지 기술자들의 고용이 혁신적으로 증대되어야 할 필요성이 보인다. 건물 소유주는 수분 침투 가능성을 확인함과 동시에 방수 및 지붕공사 전문가들의 정확한 진단을 통해서 미래의 수분침투나 이로 인해 발생할 수 있는 심각한 건물의 피해를 미리 방지할 수 있다.

시설물의 지붕구조에 적용되는 적외선 온도감지장치의 사용은 시설물의 완공 전에 설치되어 수분의 침투 가능성을 사전에 탐지하게 되면 대단히 유용하게 사용될 수 있으며, 이로 인하여 주기적으로 수분침투에 의해 손상된 부재를 교체하거나 보수하게 되어 시설물의 건전도 유지에 매우 도움이 될 수 있다. 또한, 추가적인 이러한 적외선 온도감지기법 수행 시기는 이상기후 발생 후나 다른 시공적인 손상이 발생했을 경우에 적용하면 된다. 추가적으로, 이러한 지붕 적외선 감지장치로 인해 시설물의 외벽마감공사에 의한 누수 및 손상에 대한 책임한계를 명확히 하는 효과도 있다.

또한 이러한 적외선 온도감지기법을 통해서 정확한 시설물의 누수지점 및 발생 가능한 누수영역을 지정하게 되면 이러한 지붕구조물공사 및 보수에 필요한 상당한 경제적인 손실을 방지하고 대단히 많은 비용을 절약할 수 있다. 적외선 감지결과 및 상세 지붕구조 CAD 평면계획을 통해서 지붕공사 전문업체는 정확하게 부분적으로 손상부위를 절게 및 교체함으로서 시설물의 원래의 온도 저항시스템 및 습기방지 성능을 복구할 수 있다.

일반적으로 기존의 손상부위의 수리나 자재의 교체에 대한 하자보수 기준은 모호한 보증 서류 및 지붕 전문업체의 작위적인 판단에 의해서 이루어져 왔다. 따라서 만일 문제점이 발견되면 이러한 시스템에 의해서 보고서가 작성되고 주기적으로 보수작업이 수행되는데, 건물의 외장업체들은 이러한 문제점의 책임을 지붕공사의 책임범위에 포함되는 것으로 떠 넘기는 경우가 많다.

이상기후나 건설자재의 운반 등에 의해 야기된 지방구조의 손상, 마감재의 손상 및 시설물의 균열 등은 적외선 감시기술 적용을 통한 시설물의 손상여부의 판단이 필요한 사항들이다. 추가적으로 적외선 스켄을 통한 시설물 내부의 수분감지는 외장재 업무의 가장 마지막에 적용되는 보증 업무범위에 포함된다. 이러한 기법을 통해 발견된 수분침투에 대한 문제점들은 건물주로 하여금 별도의 하자보수 보증 범위에 대한 시비를 방지하도록 하는 기능이 있다. 이러한 방법과 유사한 많은 방법들이 시설물의 방수공법 및 벽체 마감공법 등에 적용되어 시설물에 누수가 발생하기 전에 문제점을 파악하여 시설물의 안전성을 향상시키도록 적용되고 있다.

국제 에너지 보존 기준, 2009, IECC 는 국내의 모든 시설물의 지붕과 벽체에 대해 온도 저항성을 대폭적으로 향상할 것을 규정하고 있다. 이러한 목적은 시설물의 에너지 효율을 향상시켜 석유자원에 대한 에너지 의존도를 줄이기 위해서 이다. DOE 는 국내 건물의 총 에너지 사용량이 전체 에너지 사용량의 66% 에 달한다고 밝히고 있으며, 이 중 42% 의 에너지가 건물의 외벽을 통한 자유 대류활동으로 인해 소모되고 있다고 밝히고 있다. 따라서 2009년 10월 30일 미 공병단 적용 연방기준을 아래와 같이 발표하였다.

1) ASTM E 2178(2003) 빌딩 자재의 공기침투 시험방법 표준, ASTM E 779 (2003) 팬 가압방법에 의한 공기 유입 측정방법, ASTM E 1827 (1997; R 2007) Orifice 송풍도어를 이용한 구조물의 밀폐도 측정방법, ISO 6781 (1983) 온도절연 - 건물 마감재료의 온도 불균형에 대한 정성적 발견방법 - 1차 적외선방법, ASTM C 1060 (1990 ; R 2009) 뼈대구조물의 마감재의 공동설치로 인한 단열재의 온도 검측에 관한 적용표준, ASTM E 1186 (2003; R2009) 공기 방지장치 및 건물마감재의 공기 누출 적용표준 및 미 육군 공병단의 공기누출 시험 표준. 이중 특히 적외선 온도감지 기법에 대한 기준은 ASTM E 1186, ISO 6787 및 ASTM C 1060 에 규정되어 있다.

2) ASTM E 1186 에는 “공기 누출 지점의 확인을 위한 적외선 스켄 방법은 신속한 측정방법으로서의 장점을 지닌다. 건설당시 특별한 건물의 온도관련 장치나 검사당시 태양광의 특이한 방출 등이 없을 경우 전체 건물 외벽 및 내벽 전체를 한번의 작업을 통해 검토할 수 있다.” 라고 규정되어 있다. 또 다른 적외선 온도감지기법으로 적용 가능한 분야는 콘크리트 구조물, CMU 또는 신더 블록으로 불리우는 콘크리트 벽체 시스템의 그라우팅이나 단열장치의 건전성을 확인하는 작업에 적용될 수 있다. 시공성, 벽체의 강도 및 예산문제 등으로 인하여 이 콘크리트 조적 벽체의 사용은 점점 증가되는 추세에 있다. 많은 재래식 조적 벽체는 대부분이 별도의 코팅 작업이 되고 있지 않은데 반하여 이러한 CMU 콘크리트 조적 벽체는 아크릴 라텍스 또는 실리콘 등으로 코팅이 되어 EIFS 또는 스투코 시스템으로 코팅되거나 시방규정에서 요구하는 방수기능의 코팅, EPS 보드 및 2중 스투코 코팅 및 금속마감재 등으로 시공되기도 한다. 이러한 스투코 시스템은 통기성의 방수자재로 시공되기도 한다. 이렇게 블록공으로 된 벽체에서 방수 또는 그라우트가 누락된 부분은 필연적으로 에너지 손실이 발생하게 된다. 만일 적외선 온도감지기법을 적용하여 건설공사 초기에 이러한 방수 및 그라우트가 누락된 부분을 발견하게 되면 추후에 발생하는 누수 및 열화에 의한 더 큰 손상을 미연에 방지할 수 있다. 구조물을 다시 해체하고 보수할 필요성을 감소시키는 것은 전체 공정관리상 대단히 중요하며 시설물의 완공, 준공 및 인도 등의 예정 스케쥴의 준수에 대단히 중요한 역할을 한다. 더욱이, 이러한 적외선 온도감지기술에 대한 경험은 일부 CMU 벽체에 대한 누수발생의 검측에도 적용이 가능하다. 구조물의 성공적인 시공여부는 벽체가 함유한 수분의 양과 적용된 EPS 보드의 두께 및 EPS 보드에 적용된 방수시스템의 적정성 등에 의해 좌우되며, 외벽의 외부로부터 벽체의 내부로 수분의 침입을 방지하는 방수처리의 유무에 의해 단열공사의 성공여부가 좌우된다.

3) ASTM C 1060 (1990; R 2003) 에는 “이 규정은 적외선 이미지 시스템을 건물의 지붕, 벽체, 천장 및 바닥의 목재 또는 철제 재질의 자재 사이에 단열재를 포함하고 있는 구조에 대해 적절한 정성적인 적외선 조사를 시행하는 방법을 기술한 내용이다. 이 방법은 단열시공이 부적절하게 수행되거나 누락되어 발생한 공동의 발견 및 적절히 수행된 단열위치 등의 발견이 가능하게 한다. 이 기법은 신뢰성 있는 단열 누락 검침방법으로서 부분적인 단열 부족위치의 파악 및 단열재의 손상 부분에 대한 파악도 가능하게 한다. 단열재의 누락부분 및 기능에 문제가 있는 부분에 대한 검증은 제 3 자의 검토를 통해서 이루어져야 한다. 이러한 검증방법은 육안조사 또는 현장 R 수치 측정법 등과 같은 방법으로서 이 지침의 영역을 벋어나는 주제이다. 이 지침은 비록 적외선 온도감지기법이 모든 건물형식에 적용이 가능하지만 뼈대 건축물로만 제한한다.” 라고 규정되어 있다. 에너지 손실과 수분침투 감지기법에 적외선 온도감지기법의 적용이 주로 녹색건축을 지향하는 주거, 상업, 산업 및 정부기관 분야에서 빠르게 증가되고 있다. 이러한 적외선 감지기술을 통해서 공기층 뿐만 아니라 수분 증기층의 발견 및 모니터링 역시 수행이 가능하다. 벽체구조, 부적절한 창문구조, 상점의 전면 및 커튼벽체 등의 수분침투는 온도 패턴에 의해 감지되며, 결과적으로 이러한 수분침투에 의한 단열성능의 저하를 나타내게 된다. 또한 특별한 위치에서의 수분침투나 균열 등이 발견되지 않은 상황에서도 적외선 온도패턴은 많은 부분에서의 수분의 이동경로를 발견하게 되어 진정한 수분침투의 원인을 밝히기도 하고 에너지 손실에 대한 진정한 원인규명이 가능하여 정확한 보수방법을 문서로 제시하고 이를 통한 보수계획을 CAD 로 작성할 수 있어 작업의 상세, 예산, 입찰, 공사수행 및 모니터링 까지 완벽하게 보조할 수 있도록 해 준다.

4) ISO 6781 (1983) 규정에는 “적외선 검측방법을 건물마감재의 온도에 대한 불 균질성을 정성적으로 검측하는 방법으로 규정한다. 이 방법은 온도특성의 다양한 방법으로 적용이 가능하며 이는 건물의 외벽 마감재의 공기 밀실도 측정 등도 포함된다. 그러나 건물의 밀실도 및 단열의 등급을 측정하지는 못한다.” 라고 규정되어 있으며 적외선 온도감지기법은 교량 및 건축물의 콘크리트 및 강재 구조물의 손상 감지에서도 성공적으로 적용되어 왔다. 이러한 감지기법 적용 시 재래적으로 사용되어온 응력-변형율 검토방법이 손상되거나 피로상태의 콘크리트 및 강재에 적용된다.

5) 특별히 콘크리트 교량의 경우를 살펴보면 콘크리트의 특성파악을 위해 비파괴 및 비접촉 적외선 감지기법이 적용되는데 (1) 콘크리트 강도측정, (2) 최적 설계수치 (3) 품질확보 방안 등에 적용된다. 전국의 노후된 기반시설물에 대한 건전도 평가에 이러한 적외선 기법을 적용하는 것은 국가적으로 한정된 예산을 감안할 때 매우 비용 효율성이 높은 방법이 틀림없다. 세라믹 타일의 분리 손상을 정확하게 감지하는 것은 적외선 온도감지기법의 경제성을 극대화할 수 있는 분야이며 이 기법을 사용하여 탄소섬유 보강 폴리머, 즉 CFRP 의 숨겨진 충격 손상을 찾아내는 등의 장점은 앞으로 이러한 항공기에 적용된 경량의 고강도 재료들이 녹색건설 추세와 맞물려 건설재료로 각광을 받게 될 것을 예상해 볼 때 적외선 온도감지기법은 구조물의 손상감지 및 보수보강에 매우 유용한 기법이 될 것이다.