특집. 성큼 다가온 패시브 하우스 시대 3. 고단열

적당한 온도와 습도를 유지할 때 우리는 쾌적하고 상쾌한 기분을 느낀다. 하지만, 단열 성능이 낮은 주택이라면, 냉·난방에 소요되는 비용이 부담스러워 쾌적한 실내 환경을 유지하는 게 고민이다. 고단열은 이러한 문제를 해결한다. 외부 기후에 크게 방해 받지 않고 오랫동안 실내 온도를 유지하기 때문에 늘 쾌적한 실내 환경을 유지한다. 1년간 등유 1.5ℓ의 에너지만 사용하는 패시브 하우스. 그 시작은 단열에서 출발한다.

글 백홍기 기자 자료 월간 전원주택라이프 DB, (사)한국패시브건축협회

패시브 하우스의 조건
고단열

겨울철 난방하는 주택의 외벽은 외부 온도보다 높게 나타난다. 외피로 손실되는 열은 실내와 실외 온도가 같아질 때까지 지속된다. 실내 온도를 유지하기 위해선 손실된 열만큼 지속적으로 난방에너지를 소비해야 한다.

효율적인 단열재 적용
단열 성능을 높이기 위해 단열재가 두꺼워야 한다는 사실은 당연한 이치다. 그렇다고 무한정 두껍게 할 수는 없는 노릇이다. 단열재가 두꺼워진 만큼 실내 공간이 좁아지고 비용이 증가하기 때문이다. 무엇보다 단열재는 어느 일정한 두께 이상이면 효율이 떨어지는 게 문제다. 단열재 열전도율은 단열재가 아무리 두꺼워져도 ‘제로’값을 가질 수 없기 때문이다.
예컨대, 70㎜ 단열재를 사용할 때 열관류율 0.1W/㎡k를 낮추기 위해선 단열재 두께를 18㎜를 추가하면 되지만, 단열재가 150㎜ 상태에선 약 117㎜의 단열재를 추가해야 같은 효과를 얻는다.

※열전도율 : 어떤 물질의 열전달을 나타내는 수치 [W/mk]
※열관류율 : 특정 두께를 가진 재료의 열전도를 나타내는 수치 [W/㎡k]

단열재 종류 및 특징
비드법 단열재
비드법 단열재(스티로폼으로 통용)는 ‘비드’라는 구슬 모양의 폴리스틸렌(PS) 원료를 발포시켜 단열 판을 만들거나 압출해서 성형한 제품이다. 제조 후 숙성과정(최소 7주 이상)을 거치지 않으면 휨 현상이 발생할 수 있다. 이 때문에 공장에서 제도된 제품을 바로 사용하는 것은 피해야 한다.폴리스틸렌 발포 과정

·비드법 1종 보온 판(EPS)은 1호가 가장 단단한 30㎏/㎥의 밀도를 가진다. 현장에서 가공해서 사용하기 쉽고 단열 성능에 관한 오차가 적다. 단점은 2~4% 정도의 수분 흡수율을 가지기 때문에 단열성이 급격하게 저하될 수 있어, 물이 직접 닿지 않는 외벽에 주로 사용한다.
·비드법 2종 보온 판(탄소 보강 EPS)은 비드법 단열재에 탄소를 함유한 합성물질인 그라파이트를 첨가해 제조한 것이다. 복사열의 축열 능력을 보강해 단열 성능을 높인 제품이다. 이 제품은 시간이 흐르며 경시현상(단열 성능 저하)을 보이는 압출법 보온 판(XPS)을 대체하기 위해 개발됐다.

압출법 단열 판
통상 XPS로 불리며, 특징은 비드법 단열재와 같으나 흡수율은 거의 없다. 직접 물에 닿는 부위에 적용해도 단열 성능을 보장받기 때문에 습기가 많은 지하층에 사용해도 적절하다. 단, 압축 강도를 고려해 지하층 외단열로 사용할 때 바닥은 1호, 측벽은 2호 이상을 사용하도록 한다. 동일한 밀도에선 비드법 보온 판보다 단열 성능이 높게 나타난다. 이 제품의 단점은 시간이 경과함에 따라 단열 성능이 저하되는 것이다. 또한, 70℃에서 2차 발포에 의한 변형이 생기기 때문에 지붕이 없는 옥탑 천장이나 온돌 기능이 있는 바닥엔 사용하지 말아야 한다. 외벽에 사용한다고 해도 한여름 외벽의 온도가 70℃를 넘지 않도록 열을 반사하는 밝은색으로 마감할 필요성이 있다.

열 반사 단열재
열 반사 단열재는 특수 단열재다. 복사, 전도, 대류에서 복사열만 막는데 사용한다. 열 반사 단열재는 여러 겹 겹쳐 사용한다고 해서 성능이 올라가지 않는다. 한 겹이나 두 겹이나 똑같다. 하나의 기능을 위한 제품이기 때문이다. 그만큼 시공할 때 올바른 방법을 따르지 않는다면 효과가 전혀 없다.

열 반사 단열재에서 가장 중요한 것은 단열재 표면과 외장재 사이에 일정 폭 이상의 중공층 형성이다. 일반적으로 25㎜ 이상 확보해야 하며, 스터드 등 부재가 직접 닿지 않아야 단열 성능을 발휘한다. 또한, 반사면이 오염되지 않도록 주의해야 한다. 투습이 전혀 되지 않는 제품이라 사용 부위에 따라 이에 대한 대비책을 마련하지 않으면 습기에 의한 문제가 발생할 수 있다.

글라스울
글라스울은 규사와 파유리 등을 고온에 녹인 후 섬유처럼 뽑아내 만든 단열재이다. 단열재를 대표할 만큼 가장 널리 쓰이고 있는 제품이다. 글라스울은 큰 입자를 띠고 있어 체내로 흡수 되지 않으며, 친환경자재로 평가받고 있다. 흔히, 몸에 해롭다고 알려진 석면과는 성분과 구조가 다르다.
글라스울에서 가장 널리 사용되는 제품은 다 등급의 9㎏/㎥이다. 저밀도 제품은 스터드 사이를 엉성하게 채우기 때문에 실제 열관류율에서 낮은 수치를 보인다. 글라스울은 밀도에서 단열 성능의 차이를 보이는데, 나 등급의 16㎏/㎥와 가 등급 25㎏/㎥ 등 고밀도 제품과 저밀도 제품을 비교해보면 밀도에 따른 성능차이를 확연하게 알 수 있다. 밀도대비 열전도율이 가장 좋은 건 24~32㎏/㎥이다.글라스울은 빈 공간을 채우는 충진재라 밀도가 중요하다. 엉성한 밀도의 제품은 빈틈없이 공간을 채우는 게 어려울 것이다. 이런 이유로 고밀도의 글라스울을 사용해야 한다.
현재 글라스울 사용빈도를 보면 9K 밀도의 제품을 많이 사용하는 데 최소 24K의 제품을 사용해야 한다.

폴리우레탄폼
현장에서 기밀과 단열 성능을 향상하기 위해 창호 틈새를 폴리우레탄폼으로 채운 것을 많이 본다. 하지만, 이것으로 끝낸다면 좋은 방법은 아니다. 경질 폴리우레탄폼은 경화한 후에 수축하기 때문에 시간을 흘러 접착면이 떨어지기 때문이다. 우레탄폼과 함께 창틀을 방습 테이프와 투습방수 테이프로 창틀 안과 밖을 마감해야 한다. 폴리우레탄은 가스에 의한 단열 효과가 50%를 차지하기 때문에 사용하는 가스에 따라 다른 단열 성능을 보여준다. 2013년 녹색건축물인증기준이 변경되면서, 오존 파괴 지수와 지구 온난화 지수를 선진국 수준으로 강화하면서 ODP(오존 파괴지수) 0.1 이하, GWP(지구 온난화 지수) 100 이하로 기준을 낮췄다.

수성 연질(폴리우레탄 스프레이)폼
소재는 폴리우레탄과 같다. 화학적으로 매우 안정된 제품이다. 수성 연질폼은 밀도가 6~9㎏/㎥으로 낮은 반면, 큰 체적으로 부풀어 올라 뿜칠로 구석구석 빈틈없이 채울 수 있다. 단단하게 굳은 후엔 일정한 탄성을 유지한다. 물(H2O)을 발포제로 사용하는 수성 연질폼은 물과 화학반응을 일으켜 CO2를 생성해 부풀어 오르게 한다.
그런 면에서 ODP와 GWP 지수면에서 매우 우수한 제품이다. 또한 물을 매개로 발포하기 때문에 위험도도 낮다. 첨가제 비율로 발포율을 조절해 고밀도 발포를 하면 수성 경질 우레탄폼이 되고, 저밀도 발포하면 수성 연질 우레탄폼이 된다. 특징은 경질 폴리우레탄폼과 같지만 사용하는 가스가 다르다. 열전도율도 0.038~0.04W/mK 정도의 높은 값을 갖는다. Sd값이 낮아 두께 140㎜ 2″×6″목구조에 수성 연질폼을 채우면 Sd값은 0.51m이다. 수성 연질폼을 내단열재로 사용할 때 필히 방습층을 형성해야한다.

시공 방식
성형 단열 공법
구조체를 시공한 뒤 성형 단열재를 접착제로 붙이거나 구조체와 동시에 시공하는 공법이다. 성형 단열재로는 발포 폴리스틸렌 보드, 암면 펠트 등이 있다. 구조체와 동시에 타설할 수 있고 가격이 저렴하다. 하지만 접합부가 많아 습기가 침입하기 쉽다. 구조체로부터 단열재가 탈락하는 것을 방지하기 위해 고정한 핀 부분에서 열교가 발생할 수 있다. 구조체를 보호하려면 습기와 열교, 냉교에 대한 보완이 필요하다.

현장 발포 공법
구조체 내에 중공 부위를 만들고 그 부위를 발포재로 채우는 공법이다. 요소 발포 보온재, 우레탄 발포 보온재 등을 사용한다. 복잡한 모양의 공간을 빈틈없이 채우면서 시공이 간편하다. 수축이 되는 특성을 고려해 수축률이 적은 재료를 선택하는 게 관건이다.

뿜칠 단열 공법
복잡한 모양의 단면도 골고루 시공할 수 있다. 뿜칠 단열재는 경질 우레탐폼, 암면 등이 있다. 단열과 방화 측면에서 성능이 우수한 편이다.

시공 부위에 따른 단열 공법
내단열 공법
경량 목구조나 경량 철골조 등 구조체와 같은 면에 단열을 시공하고, 노출 콘크리트와 같이 외부로 노출된 구조에선 실내 측에 시공하는 공법이다. 외단열 공법에 비해 냉난방 부하가 적지만, 단열 면적이 상대적으로 넓다.

중단열 공법
구조체 내부 중간에 단열재를 시공하는 방법이다. 중공층을 가진 조적조와 프리캐스트 콘크리트 패널 등과 같이 공장 생산 과정에서 많이 사용한다. 고가이지만, 결로 위험이 적고 시공성이 우수하다.

외단열 공법
구조체 외부 면에 단열재를 부착하고 마감하는 드라이비트 또는 스타코 공법이다. 구조체 내부에 열 반사 단열재를 부착하기도 한다. 단열 성능은 균질하지만, 구조체까지 포함한 냉난방 부하로 초기 운전 시 에너지 소비가 내단열에 비해 높은 편이다.

단열규정
건축물 에너지 절약 설계기준<개정 2012. 11. 30, 시행 2013. 9. 1>

패시브 하우스 정략적 요구조건
난방에너지 요구량 : 15kWh/㎡·a 이하
1차 에너지 소요량 : 120kWh/㎡·a 이하(냉방, 난방, 조명, 급탕, 환기, 콘센트)
최대 난방 부하(중부/상부 유럽) : 10kWh/㎡·a 이하
최대 냉방 부하(남부 유럽) : 10kWh/㎡·a 이하