[패시브하우스] 단열재만 두꺼우면 된다? 그럼 열교는?(1)

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[패시브하우스] 단열재만 두꺼우면 된다? 그럼 열교는?(1)

2016년 7월 1일 (금) 00:00:00 | 지면 발행 ( 2016년 7월호 - 전체 보기 )

단열재만 두꺼우면 된다?
그럼 열교는?(1)

CONTENTS

01 왜 패시브하우스여야 하는가!

02 독일 패시브하우스 vs 한국 패시브하우스

03 환기! 이것만큼 중요한 건 없다!

04 단열재만 두꺼우면 된다? 그럼 열교는?

05 햇빛을 활용한 선택. 향과 창 그리고 차양에 답이 있다!

06‘기밀’ 우습게보면 큰 코 다친다.

07 신재생에너지와 제로에너지

08 패시브하우스 제대로 지어보자!

글 조민구 이사 (사)한국패시브건축협회 사무국장

사진제공 (사)한국패시브건축협회 www.phiko.kr

건물의 에너지 절감을 생각하면 먼저 단열을 떠올린다. 맞다. 건물에서 필요한 에너지양을 줄이는 첫걸음이 바로 단열이다. 패시브하우스에서 단열의 의미는 열 보존 혹은 외벽체를 통한 열손실 최소화라 할 수 있다. 난방할 때 따뜻한 실내 온기를 외기에 뺏기는 것을 막아 실내 온도가 낮아지는 것을 막는 역할이 단열이다. 냉방할 땐 반대다. 외부의 뜨거운 열이 시원한 실내로 들어오는 걸 막는다.
온기(열에너지)를 외기에 빼앗기는 이유는 두 가지다(난방기준에서 본 단열 기능).
벽체 단열재를 통한 손실과 열교에 의한 손실이다. 이 가운데 많은 사람이 열교를 무시한다. 그도 그럴게 예전에는 벽체 단열이 부실해 열교를 통한 손실량 비율이 높지 않아 무시했다. 그러나 갈수록 단열의 기준이 강화되면서 열교에 의한 손실이 벽체를 통한 손실량보다 커지는 현상이 발생하고 있다.

[그림 1] 공기층을 형성한 거품. 공기는 비드법단열재보다
단열성능이 2배 가까이 좋다.

단열재 성능 좌우하는 공기층

단열재는 소재 자체 열 성능(열전도율)으로 단열성능을 높이기보다 소재 내에 다공질 공간을 만들어 공기 혹은 단열성능이 높은 기체를 채워 단열한다. 쉽게 말해 [그림 1]처럼 거품을 만들어 공기를 채운 것으로 이해하면 된다. 따라서 단열성능은 소재보다 소재가 형성한 공간 속을 채운 기체의 단열성능에 더 많은 영향을 받는다.

유기질 단열재와 무기질 단열재
단열재는 크게 유기질 단열재와 무기질 단열재로 나뉜다. 유기질 단열재는 석유에서 추출해 만든 것으로 비드법 단열재, 압출법 단열재, 폴리우레탄, 수성연질폼 등이 있으며, 무기질 단열재는 광물질 등으로 제조하는 것으로 글라스울, 암면 등이 있다. 이외에 셀룰로스, 양모 등이 있다.
유기질 단열재와 무기질 단열재는 장단점이 [표 1]과 같이 상반되는데, 서로 장점을 취하려고 열심히 경주하고 있다.

유기질과 무기질 단열재 가운데 어떤 게 가장 좋은가는 의미 없다. 각각 재료 특성이 다르기 때문이다. 그래서 특정 구법에서 최적화된 단열재가 무엇인가 고민하고 그에 맞는 단열재를 고르는 게 최선이다.

무조건 두꺼우면 좋다?

[그림 2] 단열재는 두께에 비례해 단열성능이 증가하지 않는다.

[그림 3] 단열재 두께에 따른 단열성능 변화 그래프

집의 단열성능을 높이기 위한 가장 단순한 방법은 단열재 두께를 두껍게 하는 것이다. 하지만 우리가 생각하는 것처럼 두께에 비례해 단열성능이 향상하는 것은 아니다.[그림 2]
실제 열전도율 0.034W/mK 단열재의 두께별 열관류율을 계산해 보면 [그림 3] 그래프로 나타난다.
[그림 3]의 그래프를 보면 단열재가 70㎜일 때, 열관류율을 0.1 W/㎡K 낮추려면 단열재 두께를 18㎜ 정도 추가하면 된다. 그러나 단열재가 150㎜일 때 열관류율을 0.1 W/㎡K 낮추기 위해선 약 117㎜나 더 두껍게 해야 한다. 즉, 단열재가 두꺼워진 것에 비례해 높은 단열성능을 바라기 어렵다는 사실이다. 이러한 이유로 7월 1일부터 시행하는 공동주택의 중부지방 외벽 법적 기준인 0.21W/㎡K보다 열관류율을 낮추는 건 효율성이 그다지 크지 않은 걸 알 수 있다. 또한, 단열재 두께가 두꺼워질수록 시공성이 떨어져 시공비가 많이 오르니, 건물 에너지 시뮬레이션을 토대로 효용성, 경제성, 시공성 등을 고려해 단열재 두께를 결정해야 한다.
그런데 왜 패시브하우스는 0.15W/㎡K까지 열관류율 기준을 낮췄을까?
이유는 두 가지로 본다. 첫째 경제성을 떠나 실내에서 열적으로 가장 취약한 부위에도 곰팡이로 인한 하자를 막을 수 있기 때문이다. 즉, 실내 위생과 쾌적성을 위한 조건이다. 둘째는 앞으로 에너지비용이 올라갈 것으로 볼 때, 경제성이 있다고 예측하기 때문이다.

단열과 기밀은 쌍두마차

단열성능을 높이는 필수 요소 가운데 하나가 기밀이다. 단열과 기밀은 떼어놓을 수 없는 보완적 존재다. 둘 중 하나가 없으면 단열은 완성되지 않는다.
그런데 단열성능을 높이기 위해 단열재를 두껍게 하는 건 이해하지만, 기밀을 언급하면 의아해한다. 예를 들어 250㎜의 두꺼운 단열재로 시공한 집에서 한겨울에 창을 열어놓는다고 가정하자. 실내온도는 어떻게 되겠는가?당연히 바깥 온도까지 떨어질 것이다. 기밀성능은 쉽게 말해 건물 외벽에 뚫린 구멍의 크기를 실제 측정에 의해 정량적으로 계산한 것이다. 구멍 크기는 건물 틈새로 생기는 것이며, 여기저기 흩어져 있는 틈새를 모아 계산한다. 틈새의 합이 문을 열어놓은 만큼 넓다면, 아무리 난방을 해도 결코 따뜻해질 수 없다. 이 때문에 단열에서 기밀은 빼놓을 수 없는 중요한 개념이다. 또한, 기밀하지 않아 침기와 누기가 다량으로 발생하는 집은 결로와 곰팡이로부터 자유롭지 못하다.

[그림 4] 내단열에서 슬라브에 의한 열교

[그림 5] 단열재 사이에 결로 발생 현상

[그림 6] 벽체 내에 습기에 의한 곰팡이 발생 피해사례

내단열과 외단열, 어떤 게 더 좋을까?

당연히 외단열공법이 훨씬 좋다. 그 의미는 열적 성능뿐만 아니라 재실자의 안전과 구조적인 안전을 위해서도 그렇다. 하지만, 외단열공법은 내단열공법보다 시공이 어렵고, 비용이 많이 들어 실제 현장에 적용한 사례는 적다.
내단열공법은 [그림 4]와 같이 슬라브나 발코니 혹은 파라펫에 의한 열교를 피하기 어려운데 반해, 외단열공법은 효과적으로 제어할 뿐만 아니라 바깥 온도 변화, 태양, 바람, 눈, 비 등으로부터 구조체를 보호하는 역할도 하기 때문에 구조적인 내구성이 월등히 뛰어나다.
또한, 내단열공법에서 철근콘크리트 벽체는 바깥의 차가운 냉기를 거의 막지 못한다. 겨울이면 외벽은 차갑고 단열재와 구조체 사이의 온도는 실외온도와 거의 같아져 [그림 5]와 같이 단열재 사이로 습기가 침투해 결로와 곰팡이를 유발할 수 있다.[그림 6]
하지만 더욱 중요한 것은 안전이다. 현재 우리나라에서 주로 내단열공법에 사용하는 유기질 단열재는 화재 시 유독가스가 발생해 많은 인명피해를 낸다. 이 부분을 고려한다면 근본적으로 외단열공법이 옳은 방향일 것이다.

단열재가 젖는다면?

당연히 단열성능이 떨어진다. 이로 인한 2차 피해가 발생하기도 한다. 앞서 단열재는 공기층이 있다고 했다. 공기층에 열전도성이 좋지 않은 물로 채워지니 당연히 단열성능이 떨어진다. 옥상 슬라브 외단열재나 땅 아래 기초부분 혹은 지하실 벽 외측은 물과 자주 접하는 부분이라 흡수율이 높은 단열재를 사용하지 말아야 한다. 이 부분에는 흡수율이 낮은 압출법 단열재를 사용하면 된다. 압출법 단열재는 비드법 단열재에 비해 고가지만, 수분을 거의 흡수하지 않아 지중에 많이 쓰인다. 또한, 지면과 가까이 있는 벽체 하부도 빗방울이 튈 수 있으므로 지면으로부터 높이 300㎜ 이상까지 압출법 단열재를 쓰는 게 좋다.[그림 7]
더불어 흙먼지로부터 벽체 하부 오염을 방지하고 벽체에서 떨어지는 우수 배출을 위해 외벽 주위에 자갈을 깔아두는 것도 추천한다.

단열재와 습기?

입자가 작은 습기도 단열재에 영향을 미쳐 투습과 방습의 개념도 중요한 요소로 본다. 성질이 제각각인 단열재 가운데 투습기능을 가진 건 글라스울, 암면, 수성연질폼 등이 있고, 방습기능 가진 단열재는 비드법 단열재, 압출법 단열재 등이 있다.
우리나라에서 많이 시공하는 철근콘크리트조는 벽체 자체가 기밀하고 습기 투과가 어려워 단열재의 습기 투과성은 제한적인 영향을 주는 데 반해, 경량목구조나 경량철골조 등 별도의 기밀 층이 필요한 구조는 습기 투과가 원활한 단열재를 쓰는 게 일반적이다.
겨울에는 습기가 실내부터 실외로 이동하려는 현상이 발생하는데, 경량목구조 등은 벽체 내부로 유입된 실내 습기가 차가운 바깥으로 이동하면서 벽체 내에 곰팡이와 결로를 유발해 구조체를 썩게 하고 거주자 건강을 해칠 수 있다. 그래서 경량목구조 등의 구조에서 외벽의 실내측은 방습층을, 실내측은 투습층을 설치하는 게 기본이다.
외단열 미장마감 등 외측에 방습 성질의 단열재를 쓰는 철근콘크리트조는 준공 후에도 지속해서 벽체가 마르면서 다량의 습기를 내뿜기 때문에 내측의 바탕재와 마감재는 투습이 원활한 재료를 사용해 습기에 의한 하자를 예방하는 방법이 필요하다.
지금까지 단열재의 일반적인 개념과 유의사항에 관해 설명했다. 다음 편에는 열교에 대해 자세히 설명하고자 한다.

※ 패시브하우스 심층분석 칼럼 ‘04 단열재만 두꺼우면 된다? 그럼 열교는?’은 2회에 걸쳐 연재합니다.