개요
단열재는 건축물이나 설비에서 열의 이동을 줄여 실내외 온도차로 인한 열손실 또는 열취득을 감소시키는 재료를 말한다. 주택·건축물의 외벽, 지붕, 바닥, 배관과 냉난방설비 등에 사용되며 냉난방 에너지 사용량과 실내 온열환경에 큰 영향을 준다.
건축물에서는 외기에 직접 또는 간접 면하는 벽·지붕·바닥 등에 단열조치를 적용하며, 건축물의 에너지절약설계기준은 지역과 건축물 부위에 따라 열관류율 기준과 단열재의 성능·두께 등을 정하고 있다.
단열의 원리
열은 전도, 대류, 복사 등의 방식으로 이동한다. 단열재는 특히 고체 내부를 통한 열전도와 재료 내부 공기의 이동을 줄여 열의 이동을 억제하는 역할을 한다.
많은 단열재는 내부에 미세한 기포나 섬유층을 형성해 열전도율이 낮은 공기를 가두는 구조를 이용한다. 같은 조건이라면 열전도율이 낮은 재료일수록 열이 덜 전달된다.
그러나 실제 건축물의 단열성능은 단열재 자체뿐 아니라 두께, 시공상태, 접합부, 구조체의 열교, 수분 침투 등에 따라 달라질 수 있다.
열전도율
열전도율은 재료가 열을 얼마나 쉽게 전달하는지를 나타내는 값이다. 일반적으로 열전도율이 낮을수록 같은 두께에서 단열성능이 높다.
건축물의 에너지절약설계기준에서는 단열재를 열전도율에 따라 분류하고 있으며 설계에서는 해당 자재의 성능과 적용 부위에 맞는 두께를 확인해야 한다.
단열재를 비교할 때는 단순히 제품 두께만 보는 것이 아니라 열전도율과 실제 시공 조건을 함께 고려해야 한다.
열저항과 열관류율
열저항은 재료가 열의 흐름을 방해하는 정도를 나타내며 일반적으로 단열재가 두꺼워지거나 열전도율이 낮아질수록 증가한다.
열관류율은 벽이나 지붕과 같은 건축물 구성체의 한쪽에서 다른 쪽으로 열이 얼마나 쉽게 통과하는지를 나타내는 값이다. 열관류율은 낮을수록 단열성능이 좋다.
실제 외벽의 열관류율은 단열재 하나의 성능만으로 결정되지 않는다. 콘크리트나 석고보드 등 구성재료의 열저항과 실내외 표면 열전달저항 등을 함께 고려해 계산한다.
대표적인 단열재 종류
건축용 단열재에는 여러 종류가 있으며 재료의 성질과 사용 위치에 따라 선택한다.
비드법 발포폴리스티렌 단열재는 작은 발포 입자를 성형한 재료로 흔히 EPS라고 부른다. 비교적 가볍고 가공하기 쉬워 건축물의 벽과 바닥 등 다양한 부위에 사용된다.
압출법 발포폴리스티렌 단열재는 XPS라고 하며 독립된 기포구조를 가지고 있어 수분에 대한 저항성이 비교적 높은 편이다.
경질우레탄폼이나 페놀폼은 비교적 낮은 열전도율을 이용해 제한된 두께에서도 높은 단열성능을 확보하는 데 사용될 수 있다.
글라스울과 미네랄울 등 무기질 섬유계 단열재는 섬유 사이에 공기를 포함하는 구조로 단열하며, 불연 또는 준불연 성능이 요구되는 부위에도 사용된다.
내단열과 외단열
단열재를 건축물의 구조체 안쪽에 설치하면 내단열, 구조체 바깥쪽에 설치하면 외단열이라고 한다.
내단열은 실내 측에서 비교적 쉽게 시공할 수 있지만 기둥이나 슬래브와 외벽이 만나는 부분에서 단열층이 끊기면 열교가 발생할 수 있다.
외단열은 건축물 외부를 연속적으로 단열하기 때문에 구조체를 감싸는 효과가 있고 열교를 줄이는 데 유리할 수 있다. 다만 외장재와 단열재의 화재안전, 내후성, 접합부 시공 등을 함께 고려해야 한다.
열교
열교는 건축물의 특정 부분에서 주변보다 열이 쉽게 이동하는 현상을 말한다. 기둥, 보, 슬래브와 외벽이 만나는 부분이나 단열재가 끊기는 접합부에서 발생하기 쉽다.
열교가 심하면 해당 부위의 표면온도가 낮아져 결로와 곰팡이가 발생할 가능성이 커지고 건축물의 전체적인 단열효율도 떨어질 수 있다.
따라서 단열재는 단순히 충분한 두께로 설치하는 것뿐 아니라 가능한 한 단열층이 연속되도록 시공하는 것이 중요하다.
결로와 수분
단열이 부족하거나 열교가 발생하면 겨울철 실내의 따뜻하고 습한 공기가 차가운 벽체 표면에 접촉하면서 결로가 생길 수 있다.
단열재 내부에 수분이 침투하면 종류에 따라 단열성능이 저하될 수 있고 벽체 내부의 곰팡이나 재료 손상을 유발할 수도 있다.
따라서 단열설계에서는 단열재의 성능과 함께 방습층, 방수층, 환기조건과 벽체의 수분 이동도 함께 고려해야 한다.
화재안전
단열재는 건축물 화재의 확산과 연기 발생에 영향을 줄 수 있기 때문에 열적 성능뿐 아니라 화재안전 성능도 중요하다.
건축법령에서는 건축물의 용도와 높이, 사용 위치 등에 따라 불연재료·준불연재료 등 일정한 화재안전 성능을 갖춘 단열재와 외벽 마감재료를 사용하도록 규정한다.
외벽에 사용하는 일부 단열재는 품질관리 대상이며 제품 표면에 관련 정보를 표시해야 하는 경우도 있다. 실제 시공에서는 설계도서에 지정된 난연성능과 시험성적서, 제품의 동일성 등을 확인하는 것이 중요하다.
건축물 에너지성능과 단열재
건축물의 에너지절약설계기준은 건축물의 열손실을 줄이기 위해 외기에 면하는 거실의 벽, 지붕, 바닥 등에 일정 수준의 단열조치를 하도록 정하고 있다.
필요한 단열수준은 지역과 건축물 부위, 외기에 직접 면하는지 또는 간접 면하는지 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 동일한 단열재라도 모든 지역과 모든 부위에 같은 두께를 적용하는 것은 아니다.
단열재를 적절하게 설계하고 시공하면 겨울철 난방열 손실과 여름철 외부 열 유입을 줄여 냉난방 에너지 사용을 낮추고 실내 표면온도를 안정적으로 유지하는 데 도움이 된다.
선택과 시공 시 주의점
단열재를 선택할 때는 열전도율과 필요한 두께뿐 아니라 압축강도, 흡수율, 내구성, 화재안전성, 적용 위치 등을 함께 검토해야 한다.
바닥이나 지하처럼 수분이나 하중의 영향을 많이 받는 부위와 외벽·지붕처럼 화재와 외부 환경의 영향을 받는 부위는 요구되는 성능이 서로 다를 수 있다.
또한 틈새나 누락 없이 연속적으로 시공하고 배관·창호 주변과 구조체 접합부의 단열을 정밀하게 처리해야 설계한 단열성능을 실제 건축물에서도 확보할 수 있다.