우리 집 냉난방비 잡아주는 단열 A to Z (3-2)

아는 만큼 보인다! 단열 기본기 쌓기
일반적으로 설계 중간 단계인 인허가 과정에서 단열재의 등급 및 두께를 결정한다. 따라서 예비 건축주라면 단열에 대해 기본 용어와 정보를 사전에 숙지해둘 필요가 있다. 기본 정보를 충분히 이해하고 시공사와 단열에 대한 의견을 나누고, 요청해야 할 사항을 꼼꼼히 챙긴다면 자신이 꿈꾸는 건강하고 쾌적한 집을 짓게 될 것이다.

글 이수민 기자
참고 자료
한국패시브건축협회 www.phiko.kr
『소규모 패시브주택을 위한 단열공법 개선에 관한 연구』 (경기대학교 건설·산업대학원 건축공학전공 서향심, 2015)
『단열성능 평가를 통한 공동주택 외벽-창 고정부위 열교 개선 방안』(이화여자대학교 대학원 건축도시시스템공학과 김경민)
『공동주택의 단열성에 관한 분석 및 단열보강 적용에 관한 연구』(공주대학교 대학원 건축공학과 박정훈, 2014)
『건축물의 단열 설계 및 시공 시스템 개발연구』한국건설기술연구원,1998~2004.

PART 02 단열재란?
단열재란 전도, 대류, 복사에 의한 열의 흐름을 크게 줄일 수 있는 단일 재료 또는 여러 재료의 조합을 말한다. 따라서 종류별로 특성과 기능을 갖기 때문에 어떠한 대상물에 어떤 종류의 단열재를 사용할 것인지는 단열·대상물의 안전 사용 온도, 주변 조건, 필요한 기계적 강도, 내화성, 내약품성, 용적, 흡음, 방습 및 결로에 대한 저항치 및 가격 등을 충분히 따져본 뒤 결정해야 한다. 단열재의 대표적인 특성은 다음과 같다.

● 열손실 및 열획득을 차단해 에너지를 절약한다.
● 공간 내 온도 변동을 줄임으로써 쾌적감을 높인다.
● 냉난방이 필요 없거나 불가능할 때 실내 기온의 변동을 줄여준다.
● 표면 온도 강하로 나타나는 표면 결로를 방지한다.
● 표면 마감 시공이 용이해진다.
● 소음이나 진동의 저감 효과를 갖는다.

TIP 알아 둘 기초 용어들
열관류율(W/㎡K) 특정 두께를 가진 재료의 열전도 특성을 나타내며, 열전도율÷두께(m)로 계산된다. 열통과율이라고도 한다.

열전도율(W/mK) 열을 전달하는 물질의 고유한 성질을 나타내는 단위로 두께가 1m인 재료에 온도차를 1 주었을 때 이동하는 열의 양을 열전도율이라고 한다.

열저항률 고체 내부의 한 지점에서 다른 지점까지 열량이 통과할 때 저항하는 정도. 복합재료의 열관류율을 구하는데 필요하다.

열교 외벽이나 바닥, 지붕 등 부위에 단열이 연속되지 않는 부분이 있거나, 건물 외벽의 모서리 부분, 구조체의 일부분이 열전도율이 큰 부분이 있을 때 열이 집중적으로 흘러 들어오거나, 빠져나가는 현상을 말한다.

결로 벽, 바닥 등의 표면 온도가 낮아져 이슬이 맺힐 수 있는 온도 이하로 되었을 때, 대기가 함유하고 있던 수분이 벽이나 바닥의 표면에 달라붙어 물방울로 맺히는 현상을 말한다.

PART 03 단열재의 종류와 특성
단열재의 종류
단열재는 종류별로 성능이 다르며, 짓고자 하는 건축물의 골조에 따라 선택이 달라져야 한다. 게다가 한번 선택하면 쉽게 바꿀 수 없으므로 처음 선택 시 신중해야 한다. 시공 전 단열재의 문제점이나 하자를 미리 확인하도록 한다. 시공 중 단열재의 문제점을 알게 되면, 벽을 뜯어내야 하는 대공사가 이루어질 수 있고, 그럴 경우 공사 기간은 늘어나고, 건축비는 증가할 수밖에 없는 상황이 발생된다. 따라서 단열재는 단열성, 내구성, 불연성, 방충성, 경제성을 모두 따져보고 선택하도록 한다. 또 건축물의 장소에 따라 선택의 방향이 달라질 수 있다.

글라스울 Glass wool 무기질 단열재
유리를 고온에 녹이고 가공해 울처럼 섬유화한 단열재다. 롤 roll형, 매트 형, 판넬 형 등이 있다. 현장에서 R 값이라 부르는 R-Value에 따라 분류한다. R-Value는 미국에서 사용되는 단열성능 기준값으로 ‘열전달 저항수치, 다시 말해 열이 전달되는 것에 대한 저항 수치를 뜻한다. R 수치가 높을수록 열이 전달되는 것을 막아 단열성능이 높아져 에너지 절감 효과가 커진다. 글라스울에서 밀도는 K로 표기한다. 12K 글라스울은 단열재를 1×1㎥ 만드는데 12㎏의 유리가 사용된 것이고, 24K 제품은 24㎏의 유리가 사용됐다는 것이다. 따라서 12K보다 24K가 단열성이 뛰어나다.

강점 형태나 재질이 울이나 솜과 비슷해, 가볍고 부드러워 재단이 쉽고, 시공이 용이하다. 화재에 강하고 유독가스가 발생하지 않는다. 자재비 및 인건비가 저렴해 금액 대비 단열성이 좋다.

약점 습기에 취약해 수분 흡수 시 골조에 영향을 줄 수 있다. 시간이 지나면 처짐 현상으로 빈 공간이 발생될 수 있어 단열성이 떨어지게 된다.

※글라스울은 석면과 다르다!
아직도 글라스울과 석면을 혼동하는 이들이 있어, 글라스울 사용을 피하는 경우가 있다. 글라스울과 석면은 엄연히 다르다. 석면은 가는 섬유상으로 찢어져 있어 폐에 들어가기 쉽지만, 글라스울은 절단되어도 굵기가 변하지 않아 폐에 침투하지 못한다. 또 석면은 발암성을 지니지만, 글라스울은 한국산업안전보건법, 미국산업안전보건청 등에 따라 발암성 없음이 밝혀졌다.

미네랄울 Mineral wool 무기질 단열재
규산 칼슘계의 광석을 고온으로 용융시켜 만든 순수 무기질 섬유다.

강점 다른 단열재에 비해 활용 범위가 넓어 건축물의 내화, 흡음과 단열은 물론 용도가 매우 다양하며, 타제품에 비해 섬유가 유연하고 복원력이 우수하다. 또한 열전도율이 낮아 에너지 절감에 적합한 자재다. 미네랄을 그 자체가 무기질이라 불에 타지 않는다. 때문에 공기 중에서 산소와 화학반응으로 연소현상이 발생하지 않아 사용 가능 범위가 넓다.

약점 내단열재로 사용하는 경우 습기를 조절할 수 있는 능력이 부족해 시간이 지나면서 보기 싫은 곰팡이에게 최적화된 환경이 될 수도 있다. 때문에 이 부분을 보완하려면 방습 포일 Foil을 추가해야 한다. 또한 시공 시 전기배선 등으로 인해 틈이 생겨 습기가 유입되지 않도록 하는 것이 중요하다. 습기 차단이 제대로 이루어지지 않으면 지하실 냄새의 원인이 되기도 하며 겨울철에는 습기가 여름철 냉방으로 인해 증발하지 못하고 더욱 심해질 수 있으니 주의가 필요하다.

우레탄폼 유기질 단열재
가장 대중적으로 사용되는 단열재다. 보드 형태도 있지만, 보드 형태는 나란히 이음매가 생기게 되는데 이 폼 형식은 분무하는 발포식이라 더욱 빈틈없는 작업이 된다. 우레탄폼은 경질과 연질로 구분한다. 경질(Closed cell)은 강한 재질의 우레탄폼으로 연질 우레탄보다 밀도가 높고 열전도율이 낮아 단열등급 ‘가’군에 속한다.

강점 단열 부위에 분무하는 발포식 단열재로 팽창력과 접착력이 좋고, 차음성과 기밀성이 우수해 현장에서 많이 쓰는 효과적인 단열재다. 열전도율이 우수하고, 단열성능도 좋고, 내구성이 양호하다. 부착 성능이 우수하고, 강도가 높아 외단열이나 중단열에 많이 쓰인다.

약점 가연성이라는 단점이 있다. 일부 난연성 제품이 판매되고 있지만 불에 약한 것을 인정할 수밖에 없다. 또한 시공 후 일정 기간 유해한 냄새에 노출될 수 있고, 해충이 접근하여 번식 장소로 이용할 수 있어 해충 접근을 철저히 차단해야 한다. 영하에서도 시공이 가능하지만, 양생시간이 1~2시간 필요해 겨울철에는 시공이 쉽지 않다. 또 분무 발포식의 경우 작업자의 숙련도에 따라 품질의 차이가 생길 수 있다.

※수성 연질폼
최근에 개발된 뿜칠형 단열재로 열전도율이 0.039W/mk다. 일반 우레탄폼 단열재와 비슷하지만, 물을 베이스로 한 단열재이기에 친환경적이다. 열전도율 측면이나 기존 섬유 단열재의 문제점인 열교 현상을 방지하는 최신 공법이다. 기포 구조로서 재료는 1%에 공기 99%로 이루어진 단열 기포 형상이다. 스프레이 분사로 100배의 팽창효과를 지닌다. 난열 제품으로 화재 시 유해가스가 발생하지 않으며 매끄러운 면에도 잘 접착되는 장점을 지녔다. 다만 재료가 고가며 별도의 기계장치가 필요하다는 단점이 있다.

비드법 보온판 EPS 유기질 단열재
대중화되어 있는 경제적인 단열재다. 스티로폼 단열재로 주로 비드법 또는 발포 폴리스티렌 EPS(Expanded Poly Styrene)라고 부른다. 비드라고 부르는 구슬 형태의 아주 작은 폴리스틸렌 알갱이에 발포제를 첨가해 기포 형태의 플라스틱으로 융착 성형한 단열재다. 주로 지상층 외벽에 사용한다. 색으로 구분하면 흰색과 회색으로 나뉘는데, 흰색은 비드법 1종, 회색은 비드법 2종이다. 비드법 1종은 현장에서 잘라 쓰기가 용이하며, 성능도 좋은 편이다. 비드법 2종은 비드법 1종에 탄소를 함유한 합성물질인 흑연을 첨가해 축열 능력을 높인 제품이다. 네오폴, 에네포르, 제로폴 등의 브랜드가 있다.

강점 가격이 저렴하며 현장에서 바로 잘라 쓰기 용이해 시공도 쉽다. 발포 크기와 밀도에 따라 1~4등급으로 나누는데, 발포한 입자의 크기가 작은 것일수록 밀도가 높고, 열전도율이 뛰어나다. 소재의 90%가 공기로 이루어져 열전도율이 낮고, 차음성이 좋다. 시멘트와 부착성이 뛰어나고, 가볍고 탄성이 좋아 시공하기도 용이하다.

약점 불이 나면 쉽게 번지며, 유해가스를 방출해 내단열재로 사용하면 안 된다. 또한 흡수율이 약 2~4%대로 습기에 취약해 물에 닿는 부위의 시공은 불가하다. 수분을 머금게 되면 단열성이 급격히 저하될 수 있고, 숙성되지 않은 단열재를 사용할 경우 휨 현상에 의한 배부름하자나 이음새 부분의 균열이 발생할 수 있다.

압출법 보온판 XPS 유기질 단열재
통상 ‘XPS’라고 하고, 제품명인 아이소핑크라고도 부른다. 폴리스티렌을 발포제와 난연재를 압출기에 혼합해 발포시켜 판재 모양으로 성형해 만든다. 동일한 밀도의 비드법 보온판보다 단열성능이 높아 벽체 두께를 줄이거나 동일한 두께로 단열을 더 신경 쓰는 건축주의 경우, 비용이 더 들더라도 압출법 보온판으로 외벽의 단열을 요청하기도 한다.

강점 비드법 단열재와 비슷하지만 단열성과 방습성이 더 뛰어나 건축의 내·외부에 두루 사용한다. 지하층에 사용해도 좋다. 비드법 단열재보다 밀도가 높고, 열전도율도 낮아 단열등급 ‘가’군에 속한다. 무게가 가볍고, 톱이나 칼 등으로 자유롭게 잘라 사용할 수 있다.

약점 비드법 단열재보다는 양호하지만, 여전히 고온에 약하다는 단점이 있다. 따라서 온돌 바닥이나, 지붕 없는 옥탑 천장 시공은 피한다. 또 시간이 흐르면 단열성능이 떨어지고, 판 부착 과정에서 이음새 부분의 열교 현상이 발생될 수 있다.

PF보드 유기질 단열재
내열성과 내구성이 우수한 열경화성 수지를 90% 이상의 독립기포 (Closed Cell)로 발포시킨 ‘준불연 고성능 페놀폼 단열재’다. 친환경 발포 가스를 사용하므로 친환경성 단열재다.

강점 압출스티로폼 단열재보다 밀도가 높고, 경질 우레탄폼 정도로 열전도율이 낮다. 글라스울, 에어 크리트보다는 불연성을 갖추지는 못했으나, 준불연성으로 유독가스도 최소화되어 외장 단열에 인기가 높다. 경시변화가 거의 없고, 시공 가격 대비 단열성이 좋아 냉난방비 절감과 흡음성에도 효과를 볼 수 있다.

약점 판 부착식으로 이음매가 발생될 수 있고, 시공 시 기능공이 필요하며 난연성능이 필요한 바깥 방향으로 시방서에 따라 정확히 시공해야 한다. 포름알데히드 검출 논란이 있었으나, 한국건축가협회 인증기관인 FITI, KOTITI 시험 연구원의 실험 결과, 실내는 물론 실외 기준에 적합한 것으로 확인된 바 있다. 흡수율이 높아 물기가 닿는 부위 사용에는 적합하지 않다.

셀룰로오즈 Cellulose 유기질 단열재
종이를 재활용해 만드는 친환경 단열재다. 난연재를 첨가해 만든다. 우리나라에는 2010년 후반쯤 패시브하우스, 저에너지하우스 등이 주목받게 되면서 고효율 에너지주택에 쓰이는 단열재로 사용되고 있다.

강점 목재나 경량 철골 스터드 사이에 불어넣는 방식으로 시공되므로 비교적 밀실하게 시공되며, 밀도가 높아 단열성, 차음성, 기밀성이 좋다. 목조주택의 축열 기능을 향상시키는데 효과가 좋고, 시공 편의성이 높아 사용 빈도가 높아지고 있다. 게다가 화재 시 유독가스가 적어 유럽 등 전 세계 주택에 다양하게 사용되고 있다. 또 습기를 조절해 주는 조습성능이 있어 목구조의 구조체를 보호하는데 효과적이다.

약점 붕산계열의 난연재를 첨가하지만 불연이 아니기에 화재가 발생하면 화염이 구조체에 전달될 수 있다. 목구조에 주로 쓰이는 글라스울에 비해 가격이 높은 편이다.

열 반사 단열재
열전달의 세 가지(복사, 전도, 대류) 중 복사열만을 막는데 쓰이는 특수 단열재다. 열 반사 단열재는 알루미늄 은박으로 만들어진 특수 단열재로 복사열을 90% 이상 차단해 주로 건물 내외벽에 사용된다.

강점 훨씬 얇은 두께로 동일한 효과를 내 공간을 더 확보할 수 있다. 단열효과가 뛰어나 열 소모율을 감소시킴으로써 연료비를 절감하며, 항균 방습 처리로 인한 인체 무해한 친환경 단열재다.

약점 열 반사 단열재는 공간을 띄워줘야 단열 효과를 발휘한다. 따라서 공기층 확보가 필수다. 반드시 시공 전 공간 체크가 필요하다. 그밖에 다른 단열재에 비해 가격이 높은 편이다. 전도로 손상되는 열에 취약하다.

단열재 소재에 따른 분류