[2월호 특집] 02. '단열재' 선택이 아닌 필수

‘단열재’ 선택이 아닌 필수

셸터(피난처)에서 출발한 주거 공간 개념은 이미 낡은지 오래됐다. 이제는 주거 공간에서 중요하게 다루는 건 쾌적함이다. 적당한 온도, 습도, 환기장치는 집을 완성하기 위한 기본 요소가 됐다. 이 가운데 쾌적한 주거 공간의 첫 번째 요소는 적당한 실내 온도 유지다. 실내 온도는 냉·난방 시스템과 실내외로 열의 흐름을 막는 단열로 제어한다. 이때 단열 성능이 높으면, 냉·난방 시스템 규모와 가동 시간이 줄어 지속적으로 비용을 절감할 수 있다.

단열의 역할

단열이란, 겨울엔 실내에서 실외로 손실되는 열을 잡고, 여름엔 실외에서 실내로 들어오는 열을 막는 것을 말한다. 단열 성능이 좋은 주택이 겨울에 따뜻하고 여름에 시원한 이유다.

단열하는 목적은 첫째, 실내 환경을 개선해 쾌적감을 높이는 데 있다. 내벽의 표면 온도를 실내 온도와 비슷하게 조절해 불쾌감을 없애고, 외벽으로 외기 변화와 햇빛에 의한 영향을 줄여 쾌적감을 높이는 것이다. 둘째, 에너지 절약으로 내·외부의 열 이동을 차단해 에너지 사용량과 냉·난방 설비 시설의 용량을 줄이는 데 있다. 셋째, 내벽의 표면 온도를 이슬점 온도 이상으로 유지해 결로를 방지하는 데 있다.

단열 성능을 높이기 위한 간단한 방법은 단열재를 두껍게 시공하는 것이다. 그러나 단열재가 아무리 두꺼워도 열전도율은 ‘제로’ 값을 가질 수 없고, 일정 두께 이상이면 효율성이 급격하게 떨어진다. 예컨대, 70㎜ 단열재 열관류율을 0.1W/㎡k 낮추려고 할 때 단열재를 약 40㎜를 추가하면 되지만, 단열재 두께가 150㎜일 땐 약 180㎜나 추가해야 같은 효과를 얻는다. 또한, 단열재는 재료 특성에 따라 열전도율과 밀도가 달라 같은 단열 성능을 내기 위해선 두께를 다르게 적용해야 한다.

※열전도율: 어떤 물질의 열전달을 나타내는 수치[W/mK]

※열관류율: 특정 두께를 가진 재료의 열전도를 나타내는 수치[W/㎡K]

사용 재료에 따른 분류

성형 단열 공법_구조체를 시공한 뒤에 성형 단열재를 접착제로 접착하거나 구조체와 동시에 시공하는 공법이다. 성형 단열재는 발포 폴리스틸렌 보드, 암연 펠트 등 여러 형태의 제품이 있다. 이 공법은 구조체와 동시에 타설할 수 있고 가격이 저렴한 편이다. 하지만, 접합부가 많아 습기가 침입하기 쉽고, 구조체로부터 단열재 탈락을 방지하려고 사용하는 핀에서 열교·냉교 현상이 발생할 수 있다. 따라서 결로를 방지하고 구조체를 보호하려면, 습기와 열교·냉교에 대한 보완이 필요하다.

현장 발포 공법_구조체를 시공할 때 구조체 내에 중공 부위를 만들고, 그 부위에 단열재를 발포하는 공법이다. 단열재로 요소 발포 보온재(우레아 폼), 우레탄 발포 보온재 등을 사용한다. 간단한 발포 장치를 사용해 복잡한 모양의 공간에 골고루 주입할 수 있으며, 표면 마무리가 양호하고 시공이 간편하다. 단, 조적조는 벽돌 사이의 모르타르 시공이 부실하면 완벽하게 단열재를 채우기 어렵다. 또한, 충진 재료가 건조되는 과정에서 발생하는 수축에 의한 틈새를 막기 위해 수축률이 적은 재료를 선택해야 한다.

뿜칠 단열 공법_단면도가 복잡한 모양도 단열재를 골고루 채울 수 있다. 뿜칠 단열재는 경질 우레탄 폼, 암면 등이 있고, 단열과 방화 측면에서 성능이 우수하다.

기타_재료 개발에 따라 구조체 자체의 단열성을 높인 신소재 출현으로 단열재를 별도로 시공하지 않거나, 재료의 모르타르화로 바르는 단열 공법 등이 있다.

시공 부위에 따른 분류

구조체를 기준으로 단열재 시공 위치에 따라 내단열, 중단열, 외단열 공법이 있다.

내단열 공법_경량 목구조나 경량 철골조 등의 구조체와 같은 면에 단열을 시공하는 방법이다. 노출 콘크리트와 같이 구조가 외부로 노출돼 실내 측에 단열을 시공해야 할 때도 내단열 공법을 이용한다. 외단열 공법에 비해 냉·난방 부하가 적지만, 단열 면적이 상대적으로 더 넓다.

중단열 공법_구조체 내부 중간에 단열재를 시공하는 공법으로 중공층을 가진 조적조와 프리캐스트 콘크리트 패널 등과 같이 공장 생산 과정에서 많이 사용한다. 가격이 비싼 편이지만, 내부 결로 위험성이 적고 특히, 공장 제품은 시공성도 우수하다.

외단열 공법_구조체 외부 면에 폴리스틸렌 폼과 같은 단열재를 부착하고 코트류로 마감하는 드라이비트, 스타코 등의 공법 그리고 구조체 외부에 열 반사 단열재와 같은 단열재를 부착하고 석재 등을 시공하는 공법이다. 보와 기둥 등의 영향을 적게 받아 단열 성능이 균일하지만, 구조체까지 포함한 냉·난방 부하로 초기 운전 시 에너지 소비가 내단열에 비해 높은 편이다.

단열재 종류

비드법 단열재

폴리스틸렌 발포 과정

비드법 단열재

일명 스티로폼이라 불리는 비드법 단열재는 ‘비드’라는 작은 구슬 모양의 폴리스틸렌 원료를 발포하거나 압출해서 성형한다. 1990년대까지 가장 흔하게 쓰인 단열재이며, 현재에도 널리 사용하는 제품으로 1종과 2종으로 나뉜다.
비드법 1종단열재는 가공하기 쉽고 단열 성능의 오차가 적지만, 2~4% 정도의 수분 흡수율 때문에 물이 직접 닿는 곳에 사용하면 단열성능이 급격하게 떨어지는 단점이 있다.

비드법 2종단열재는 탄소를 함유한 합성물질인 그라파이트를 첨가해 복사열의 축열 능력을 보강한 제품이다.

이 제품은 시간이 흐르며 단열 성능이 떨어지는 압출법 보온판(XPS)을 대체하기 위한 제품이다.

압출법 단열재

1. 시공성이 우수하나 유독가스 밸생 위험이 있는 EPS

2/3 물리적 성질은 EPS와 같지만 단열 성능이 우수한 XPS

XPS로 불리는 압출법 단열재는 비드법 단열재와 유사하지만, 수분 흡수율이 거의 없어 물이 직접 닿는 부위에 사용해도 단열 성능이 떨어지지 않는다. 이러한 장점으로 수분이 많은 지하에 사용해도 좋다. 단, 지하층의 외단열로 사용할 땐 압축강도를 고려해 바닥은 1호, 측벽은 2호 이상의 제품을 사용해야 한다. 같은 밀도의 비드법 단열재보다 단열 성능이 높다. 단점은 시간이 흐르며 단열 성능이 떨어진다는 점이다. 또한, 70℃에서 2차 발포에 의한 변형이 생기기 때문에 지붕이 없는 옥탑 천장이나 온돌 기능이 있는 바닥엔 사용해선 안 된다. 외벽에 사용한다고 해도 한여름에 외벽 온도가 70℃를 넘지 않도록 열을 반사하는 밝은 색으로 마감해야 한다.

폴리우레탄 폼

경질 폴리 우레탄 폼

수성 연질 폴리우레탄 폼 시공 현장

폴리우레탄 폼은 밀도가 낮은 보드형태의 경질 폴리우레탄폼과 현장에서 뿜칠로 사용하는 수성 연질 폴리우레탄 폼이 있다.

경질 폴리우레탄 폼은 표면처리 하지 않은 1종 누드폼과 알루미늄 박막으로 표면 처리한 2종으로 나뉜다. 열전도율이 낮아 높은 단열 성능이 필요한 곳에 사용하면 좋지만, 압출법 단열재와 같이 시간이 흐르며 단열 성능이 떨어지는 단점이 있다. 최대 20%까지 단열 성능이 떨어지니 이 점을 참고해 에너지효율을 계산한 뒤 시공해야 한다.

수성 연질 폴리우레탄 폼은 물을 원료로 화학반응을 일으킬 때 생성되는 이산화탄소를 발포제를 이용해 스프레이로 분사하는 방법이다. 10㎏/㎥로 밀도가 낮지만, 크게 부풀면서 구석구석 꼼꼼하게 채워 기밀하게 시공할 수 있는 게 특징이다. 최초 열전도율은 0.034W/mk 수준이지만, 열려있는 셀 구조 안의 이산화탄소가 빠져나가면서 단열 성능은 0.04W/mk까지 떨어질 수 있다. 또한, 투습성 제품이라 별도로 투습기능을 추가해야 수성 연질 폴리우레탄 폼을 시공한 면에 습기가 맺히는 현상을 방지할 수 있다. 난연3급인 점도 고려해야 한다.

글라스울

글라스울은 규사와 유리 등을 녹여 섬유 형태로 가공해 만든 단열재다. 단열재를 대표할 만큼 최근에 가장 널리 사용하는 제품이다. 유리섬유라고 하지만, 인체에 해로운 석면과는 성분과 구조가 다르다. 또한, 글라스울은 입자가 크기 때문에 체내로 흡수되지 않아 친환경 자재로 평가받는다. 글라스울의 단열 성능은 밀도에 따라 구분하지만, 충진 형태의 단열재라 엉성하게 공간을 채우면 사용한 제품의 열관류율보다 단열 성능이 떨어질 수 있다. 그래서 글라스울은 밀도가 높은 24K의 제품을 사용하는 게 좋다.

열 반사 단열재

열 반사 단열재는 복사열을 막는데 사용하는 특수 단열재다. 이 제품은 여러 겹을 사용한다고 해서 성능이 올라가지 않는다. 오로지 올바른 방법으로 시공해야만 제 기능을 한다. 시공할 땐 단열재 표면과 외장재 사이에 25㎜ 이상 거리를 띄워 공간을 확보해야 한다. 스터드 등 부재가 직접 닿지 않아야 하며, 반사면이 오염되지 않도록 주의해야 한다. 투습 기능은 없어 사용 부위에 따라 습기에 대한 대비를 해야 습기에 의한 문제가 발생하지 않는다.

셀룰로오스

셀룰로오스 원료

셀룰로오스는 종이를 재활용한 제품이다. 열전도율 0.04W/mK의 충진형 제품이라 필요에 따라 단열층에 맞게 채우면 된다. 고밀도(60㎏/㎥)로 시공하기 때문에 제품의 처짐 현상이 없어 시공의 완성도가 높고 단열 성능도 뛰어나다. 또한, 풍압에 잘 견디고 소음도 차단하는 효과도 있다. 원료는 종이지만, 제조 과정에서 난연재를 첨가하기 때문에 화재에도 강하다. 글라스울을 셀룰로오스와 같이 고밀도로 시공하면 셀룰로오스가 저렴하지만, 실제 현장에 사용하는 글라스울 24K 제품과 비교하면 셀룰로오스가 약 2배 이상 높다.

양모

양모는 천연소재인 양털을 사용하기 때문에 인체에 해로운 성분이 전혀 없다. 또한, 열전도율 0.035W/mk로 단열 성능이 뛰어나면서 차음 성능도 갖췄다. 단백질 성분의 양모는 화재 시 불이 닿는 부분만 응결되면서 화재가 잘 번지지 않고 유독 가스도 발생하지 않는다. 모든 단열재 가운데 가장 이상적인 성능과 기능을 갖췄지만, 가격이 비싼 게 흠이다.

김경한 기자 이 기자의 다른 기사 보기