단열공사는 유리섬유, 암면, 폴리스티렌 폼(Poly Styrene Form), 폴리우레탄 폼, 단열 모르타르 등 각종 단열재를 사용하여 건축물의 바닥, 벽, 천장 및 지붕 등으로 빠져나가는 열을 차단하고자 시공하는 건축의 한 공정이다. 단열공사는 구조물의 형태와 외장재의 종류, 시공 부분의 특성에 따라서 단열재가 달라져야 한다. 즉 건축물의 구조와 물성이 적합한 단열재를 선택해야 한다.

글 이재헌 <㈜UNI건설 대표>

단열이란 열의 이동을 방지하거나 열을 필요한 장소에 보존하고 불필요한 열을 필요로 하는 장소로 방출하는 것이다. 이러한 단열을 통하여 직접적으로 열 손실을 방지하여 연료비의 절약, 실내의 쾌적성 확보, 결로 방지, 배수관의 동파 방지 등을, 간접적으로는 에너지의 절약과 보존 및 효율적 에너지의 이용 등을 기대할 수 있다.

건축주는 단열공사 시 각종 재료의 틈새, 단열재 이음 부분 결속 정도, 단열재 누락 여부 등을 천장까지 꼼꼼히 살펴보아야 할 것이다. 그러나 건축주 입장에서는 현장을 계속 지켜보기란 여건상 한계가 있으므로 일반적으로 시공자가 단열공사 완료 후 건축주 확인을 받고 다음 공정을 진행한다.

단열공사에 충실하면 냉·난방 부하 절감에 직접적인 영향을 주어 냉·난방비를 절약하고 실내 환경을 쾌적하게 만든다. 또한 창문은 실내 환기에 유리하도록 그 형태와 크기를 고려하여 효과적으로 배치하고 단열 성능을 확보하여 결로를 예방한다.

1. 전열이론

단열공사를 효과적으로 시행하려면 기본적인 환경 이론과 단열재의 물성을 파악해야 한다. 이를 위해서 먼저 기초 전열 이론을 이해해야 하므로 간략하게나마 필요한 용어를 설명하고자 한다. 열은 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하며 주로 전도(Conduction), 대류(Convection), 복사(Radiation)의 방법에 의한다.

열전도(Conduction) : 물질의 이동 없이 온도가 다른 일정한 물체 사이에서 고온의 분자에서 저온의 분자로 열이 전달되는 형태이다. 즉 물질을 통한 분자 운동의 전파이다.
열전달(Heat Transfer) : 열전도는 물체의 내부에서 열이 전해지는 현상이지만, 실제로 건축벽체의 경우 공기 ⇒ 벽 ⇒ 공기와 같이 바람에 의하여 열이 전해진다. 이와 같이 유체와 고체 사이의 열 이동을 열전달이라고 한다. 이러한 열 이동에 유체의 대류도 있고, 유체에서의 복사도 있으므로 복잡한 대류인 것이다.

열관류(Air to Air Transmission) : 열관류란 벽체를 중심으로 실내외 공기 온도에 차이가 날 때, 고온 유체(공기)로부터 저온 고체 표면으로 열이 전달되고 벽체 내부 전도를 거쳐 다시 고체 표면에서 저온 유체로 열이 전달되는 과정을 말한다. 벽체 구성재 및 사용 단열재 성능에 따라 열관류율(Thermal Transmittance, K값)은 달라지는데 열관류율이 낮을수록 단열성이 우수한 것이다. 열관류율의 역수를 열관류저항(Air to Air Resistance, R값)이라 하며 현장에서 단열재를 선택할 경우는 지역별 및 건축 부분별 성능에 적합한 K 또는 R 값을 검토해야 한다.

2. 결로

대기 중에 존재하는 공기가 함유한 수증기를 '습공기(Mist Air)'라 하고, 여기에 대하여 수증기를 함유하지 않는 공기를 '건조 공기(Dry Air)'라 한다. 공기가 한계적으로 수분을 함유하는데, 더 이상 수분을 함유할 수 없는 상태의 공기를 '포화공기(상대습도 100%)'라고 한다. 불포화 습공기를 서서히 냉각시키면 공기 속 수분은 수증기 형태로는 존재할 수 없는 한계에 도달하는데 이때 온도가 '노점온도'이다. 이것을 더욱 냉각시키면 수증기의 일부가 작은 물방울로 변하여 공기 속을 떠도는데, 이 물방울이 '김'또는 '안개'이다. 주변에 비교적 낮은 온도의 물체가 있을 때 공기 중의 김 또는 안개가 흡착하여 물방울로 변하는데 이것이 바로 '결로'이다.

다시 말해서 공기의 온도 조건이 노점온도 이하로 떨어지면 공기 중 수증기가 응축되어 불투습성 재료일 경우 표면에 물방울이 맺히고, 투습성 재료일 경우 습기가 재료 내부에 침투되어 곰팡이류 포함 각종 균의 번식으로 불쾌한 냄새가 나며 변형에 의해 건축 재료와 구조체에 해를 끼친다.

결로 발생 원인을 찾아라

오늘날 대류 난방 방식에서 주택의 기밀성과 보온을 목적으로 환기 횟수를 낮추는 방안은 결로 위험을 증가시키는 결과를 초래했다. 특히 주거용 건물의 경우 공동주택이나 철근 콘크리트 슬래브 주택에서 결로가 더 심한 편이다. 이러한 결로의 발생은 다음 여러 현상이 복합되어 일어난다.

·실내외 온도차 : 외기 온도가 낮은 경우 실내에서 온도가 가장 낮은 표면, 단열 성능이 가장 나쁜 부위부터 결로가 발생한다. 예를 들어 창문이나 냉수 파이프 등의 표면에 먼저 발생하며 특히 창문 상인방과 같은 냉교(Cold Bridge) 발생 부분에서 일어난다.
·실내 습기 과다 발생 : 실내 공기 중에 포함된 대부분의 습기는 거주자 및 그들의 활동으로 발생된다. 주택의 경우 일상적인 호흡, 조리, 세탁 등의 활동으로 인해 많은 수증기들이 방출되며 이러한 것들이 결로 발생 원인이다.
·생활습관에 의한 환기 부족 : 추운 겨울날 건물 사용시 주간에는 실내 열손실을 막기 위해 창문은 대개 닫혀 있고 야간에는 방범상의 이유 등으로 야간의 창문 역시 닫혀 있다. 이러한 생활습관에 따른 환기 부족은 결로 원인이 된다.
·구조재의 열적 특성 : 건물 테두리 보, 슬래브지붕, 발코니 돌출 부분 등 연속해서 단열할 수 없는 취약 부위에서 결로가 발생하기 쉽다.
·단열시공 불량 : 단열시공이 불완전하면 그 부위에 결로가 발생된다. 이러한 부분이 흡습성 표면일 경우 처음에는 결로가 외부로 표출되지 않지만 나중에는 지속적인 결로에 의하여 그 부분이 오염된다.
·시공직후 미건조 상태에 따른 결로 : 시공 직후 많은 수분이 구조체 및 바닥 바탕재에 함유되는데 이것은 주로 콘크리트 및 모르타르에 사용된 물과 철근 콘크리트 구조의 경우 외기에 노출된 벽이 흡수한 습기이다. 이러한 수분은 건조 기간 중 구조체 외부로 방출되어 실내 공기 습도를 높인다. 따라서 최종 마감 전 구조체와 바닥 등에 적용된 각종 바탕재가 충분히 건조되도록 공정 및 보양 관리를 하여야 한다.

결로 발생 부분별 예방법

결로는 발생 부위에 따라서 '표면결로'와 '내부결로'로 분류된다. 또한 일시적인 결로와 지속적인 결로로도 분류할 수 있는데 구조체의 단열이 안 되어 겨울철 표면온도가 낮고 실내 습도 발생이 클 때 지속적으로 일어나는 결로가 문제를 일으킨다. 단열이 잘 되어도 통풍이 안 되는 지하 주거공간에서는 겨울과 여름철 장마 기간에 잘 발생한다. 지속적인 결로를 예방하려면 원활한 통풍을 위해 창을 효과적으로 배치하고 세심한 단열 시공 및 실내 습기 발생을 억제시켜야 한다.

표면 결로 : 건물 표면 온도가 접촉하고 공기 노점온도보다 낮을 때 그 표면에 발생한다. 욕실 거울 위에 서리는 김, 난방된 실내에서 창문 표면에 생기는 물기 등은 그 예이다. 표면 결로가 발생하게 되면 표면 재료가 불투습성일 경우 결로수 낙수현상이 초래되어 바닥재에 나쁜 영향을 미치며 누수로 오인되기도 한다. 표면 재료가 투습성인 경우 결로수가 벽과 바닥, 하부 층 천장에 이르기까지 침투하여 표면재질의 오염, 곰팡이류 번식 등으로 실내 환경을 불결하게 만든다.
내부 결로 : 실내 습도가 외부보다 높고 벽체에 투습력이 있으면 벽체 내 수증기압 구배가 생긴다. 또한 외부 온도가 실내온도보다 낮으면 벽체 내에 온도 구배가 생긴다. 벽체 내 수증기압 구배 노점온도가 온도 구배의 건구온도보다 높으면 벽체는 계속 습기를 흡수하여 벽체 내에서 수증기가 응결되는데 이것을 내부 결로라고 한다. 조적조 및 철근 콘크리트구조에서 외부 치장벽돌을 적용할 경우 잘 발생하는 단면구조로 이를 예방하려면 열교(Heat Bridge)를 방지하는 세심한 단열시공은 물론 치장벽돌 사이에 환기용 부속과 하단부 결로수 방출을 위한 부속이 시방에 따라 잘 시공되어야 한다. 목구조나 경량철골조 구조에 외부 치장벽돌을 적용하는 경우는 부속류와 함께 하우스 랩과 같은 방습층 시공으로 내·외부 재료를 습기로부터 차단해야 한다.

외단열 공법
구조체의 외부 면에 단열재를 시공하고 마감하는 공법으로 보 및 기둥 등의 영향을 적게 받으므로 단열 성능 균질성이 높다. 반면에 구조체를 포함한 냉·난방 부하로 초기 운전 시 에너지 소비가 내단열에 비해 높다. 구조체에 폴리스티렌 폼과 같은 단열재를 부착하고 코트류로 마감을 하는 드라이비트 공법과 구조체 외부에 온도리와 같은 단열재를 부착하고 석재 등을 시공하는 공법은 외단열 공법에 속한다.

내단열 공법
목구조와 경량 철골조와 같이 구조체와 같은 면에 단열 시공을 하는 공법과 노출 콘크리크와 같이 구조가 외부로 노출되어 구조면 실내 측에 단열 시공을 하는 공법은 내단열 공법에 해당된다. 외단열 공법에 비해 냉·난방 부하는 적게 적용되나 단열 시공 면적은 상대적으로 더 넓다.

기타 단열 공법
ALC 블록을 이용한 조적 방식은 구조재이면서 마감 바탕재인 블록 자체가 단열 성능을 가지므로 앞에서의 분류에 적합하지 않다. 적합한 두께의 ALC 블록을 이용한 주택의 경우 단층은 구조 보강을 하지 않아도 되지만 벽체 상단 테두리 보 시공에 주의 하여야 하며 여기에서 단열상 취약부가 발생하기 쉽다. 또한 다층 구조에서는 테두리 보 및 슬래브 연결 부분에서 단열상 취약점이 더욱 잘 발생하므로 내단열을 통해 보강해야 한다.

각종 재료의 종류별 특성과 열전도율
단열공사를 하려면 주로 사용되는 각종 단열재의 분류별 특성 및 단열 성능을 파악해야 한다. 또한 단열재의 열전도적 특성은 물론 일반적으로 많이 사용되는 각종 재료의 열전도율을 알면 복합적인 단열 성능 확보에도 도움이 되므로 다음의 표를 참고로 한다.

글쓴이 이재헌은 주식회사 UNI건설(前 유니홈즈) 대표이사이며 일반건축은 물론 '유니홈즈' 브랜드로 전원주택사업에 주력하고 있다. 1991년부터 '산내들전원주택' 실무책임자로 시작하여 '동신 훼미리하우스', '에스엠루빌'에 이르기까지 전원주택 분야에서 설계 및 현장소장, 사업 기획, 건축, 토목 총괄 팀장 등을 담당한 건축공학 전공 엔지니어로서 일반 건축 경력 이외 주택업계에서만 15년 이상 한길로 매진하여 왔다. 031-766-8930 www.unihomes.com