흔히 목조나 경량스틸주택에는 글라스울계통이나 양모단열재를 사용한다.

이는 스터드간격에 따라 단열재를 넣기 좋게 제품이 나오기 때문이며, 구조의 특징상 고형단열재보다 더 치밀하게 넣을 수 있다는 장점이 있기 때문이다.

 

이 글라스울 계통의 단열재는 보통 R11, R19, R30 으로 불리우는데 여기서 R이라는 것은 아래 글에서 설명한 열저항이다.

 

이 수치는 잘못 알면 글라스울 매우 성능이 좋은 것으로 착각할 수 있다.

 

R19의 두께를 140mm 라고 본다면 같은 두께의 비드법1호 단열재 (열전도율 0.036 W/mk)의 열저항은 0.14/0.036 = 3.89 (㎡k/W) 가 나오기 때문이다.

열저항은 숫자가 클수록 성능이 좋으므로 숫자만 받아드린다면 글라스울이 비드법의 약 5배의 성능인 것이다.

 

그러나, 글라스울의 R19는 미국식 표현이다. 즉, 단위가 1ft⌒2*Ｆ*h/BTU 이다.

 

단위가 복잡하니 환산계수만 알면 될 듯 하다. 미국식열저항 나누기 5.678 하면 미터법으로 환산이 된다.

 

즉 R19 = 19 ft2*Ｆ*h/BTU = 19÷5.678 ㎡k/W = 3.346 ㎡k/W 과 같다.

 

 

 

결론은 R19 = 3.346 ㎡k/W 인 것이다. 즉, 위 쪽의 비드법1호 140mm의 열저항이 3.89 ㎡k/W 이므로 비드법 1호보다는 성능이 떨어진다는 이야기이다.

(비드법1호의 경우 대게의 시장제품이 법적성능보다 성능이 높다. 즉 시장에서 구할 수 있는 대부분의 비드법1호단열재가 0.034 W/mk 의 열전도율을 가진다)

 

이 R19의 열전도율을 알아보자.

열전도율은 K / m = U  이므로,   

K = U x m = m / R, 

그러므로,   0.14 ÷ 3.346 = 약 0.042 W/mk 로 계산되어진다. 그러나 실제로 시험성적서를 받아보면 대게의 글라스울의 열전도율은 0.046 W/mk 정도로 되어져 있다.

 

실제 R19를 계산한 것보다 시험성적이 더 안좋게 나오는 것이다.

(그래서 협회에서 하는 에너지요구량계산에는 시험성적서를 근거로 한다.)

 

아래는 국내에서 목조 또는 스틸주택에 들어가는 글라스울 단열재를 생산하는 회사의 시험성적서이다. R11, R19, R30에 대한 시험을 하였고, R11, R19는 결과값이 0.046W/mk으로 같고, R30이 0.044W/mk로 조금 더 좋게 나왔다. (이는 두께의 차이로 인해 단열재 표면가까이 습도가 올라가서 생긴 현상이라 예상된다. 상대적으로 두꺼운 R30은 내부에 습기가 침투하지 못해 단열성능이 조금 올라간 것이라 예상한다)

 

(현재는 회사명을 삭제하였다. 이 점 역시 우리나라에서만 있는 슬픈 현상인데 시험성적서라는 것은 말 그대로 객관적 성능증명서이며 자재를 파는 회사의 입장에서는 이 것이 공개되고 이야기되는 것을 당연히 받아드려야 하는데 이상하게도 국내 자재회사는 이것을 회피하고 있다. 불필요한 다툼을 피하고자 이 시험성적서에서도 회사명을 알 수 있는 정보는 삭제하였지만, 옳바른 방법은 아니다.)

 

 

 

 

 

그러나 흔히들 목조주택 2x4인치 구조벽체가 중부지방 열관류율 제한에 적합하다고 이야기가 가끔 나오는데 이는 잘못된 표현이다.

 

중부지방 외벽 열관류율의 법적제한이 0.47 W/㎡k 이하인데, 2x4인치 벽체에 들어가는 R11 을 계산하면 약 0.484 W/㎡k가 나와서 기준미달이다. (글라스울 두께를 95mm로 계산하였고, 내외장재의 열저항을 합하면 기준에 들어올 수 도 있다. 또한 남부지방은 2x4인치 벽체로 법적 열관류율이 충분히 나온다.)

 

즉 국내 중부지방의 법적 단열규정을 만족하기 위해서는 2x6인치 구조 시스템으로 해야 하는 것이다.  이 2x6인치 구조 시스템으로 할 경우 열관류율은 0.328W/㎡k가 나오므로 법적단열조건을 넉넉히 넘는다.

 

여기서 글라스울 R19와 동일한 성능을 내기위한 EPS1호 단열재의 두께를 알아보고 실재로 중부지방의 현장에서 적용되는 EPS1호 단열재 제한 규정과 비교해 보자

콘크리트조의 경우 각 부위별 두께규정을 따라가기 때문에 (그게 계산없이 편하기 때문이다) 목조회사나 스틸주택회사에서 RC조의 주택보다 따뜻하다고 선전하는 이유가 여기 있다.

 

콘트리트구조에 사용하는 부피단열재는 법적으로 중부지방 열관류율인 0.47W/㎡k에 가까운 값으로 단열재 두께를 맞추어 놓은 것이다. 그러나 두께가 제품별로 정해져 있는 목조나 스틸주택의 경우 여유가 있다고 해서 단열재 두께를 줄일 수 없기 때문에 상대적으로 외벽의 열적 성능이 좋게 나오기 때문이다.

 

단순히 단열재만 비교해 보면 목조나 스틸주택이 콘크리트주택보다 약 32% 이상 단열성능이 좋다.  조금 더 정확히 하자면 여기에 열전도율이 떨어지는 각재나 스터드에 대한 보정이 필요하다.

 

 

이 열관류율을 비드법1호단열재로 환산하면 두께가 약 102mm가 나온다. 중부지방 기준 비드법보온판1호의 두께규정이 75mm 이므로 이보다 목구조가 약 26% 정도 단열성이 좋다고 할 수 있다.

이 평균 열관류율을 열전도율로 역산하면 약 0.049 W/mk 정도가 나온다.

 

 

경량 스틸주택은 어떤지 계산해 보자. 스틸이라는 특성상 스터드의 열전도율은 목재의 약 300배에 달한다. 아연도강 스터드의 두께를 1mm로 하고, 스틸면이 OSB 판재에 닿는 전도특성은 무시하고 계산해 보았다.

 

 

이 경우 평균 열관류율이 목조주택의 약 93% 수준으로 나왔다. 비드법1호의 두께로 환산하면 약 95mm정도 이다. 이 역시 중부지방 기준을 상회한다.

이 평균 열관류율을 열전도율로 역산하면 약 0.053 W/mk 정도가 나온다.

 

하지만 앞에서도 이야기 했듯이 아연도강판의 열전도율이 높기 때문에 스터드부위가 취약부위가 되서 열교에 의한 결로가 생기므로 경량스틸주택에서 외단열은 필수적으로 적용을 해야 한다.

 

외기온도가 -10℃이고 실내온도가 +20℃일 때 단열재 내부의 온도를 약 +8℃의 온도구배가 나오도록 하는 외단열조건을 계산해 보았다. (외장재료는 포함시키지 않았다.)

 

결론과 같이 약50mm이상의 XPS단열재(열전도율 0.027W/mk이하)를 보강 해야 단열재내부온도 구배가 +8℃를 맞출 수 있다. 이 처럼 경량스틸 구조가 불리할 듯 하지만 그림처럼 외단열을 보강했을 경우 전체 벽체의 열관류율을 따져보면 그렇지도 않다..

 

전체 벽체의 열관류율은 약 0.222 W/㎡k 가 나오므로 경량목재벽보다 성능이 좋게 나온다. 즉, 경량스틸주택은 철의 높은 열교에 의한 단점을 보완하는 목적으로 외단열을 해야하지만 그것이 전체적인 단열성능을 올려주는 순기능을 하기 때문이다.

 

이런 이유로 목조주택이나 스틸주택회사에서 콘크리트 주택보다 단열성능이 좋다고 이야기하는 것이 틀린 이야기는 아닌 것이다.

 

또한 목구조나 경량스틸주택의 경우 콘크리트구조 보다 대게의 경우 더 정밀한 시공이 가능하기 때문에 체감으로 느끼는 단열성능은 25% 이상이 될 지도 모르지만, 모든 예측이 그러하듯이 이 역시 위험한 예상일 뿐이다. 

 

다만 한가지 확실한 것은 단열을 줄이고 싶어도 줄일 수 없는 목조나 경량스틸 주택과는 다른게 콘크리트건물의 경우 시공자가 마음만 먹으면 단열재의 단열성능이 낮은 제품을 시공할 수 있기 때문에 실제 차이는 더 벌어질 수 있다. (위에서도 이야기했듯이 비드법1호단열재의 중부지방 규정두께로 75mm 만큼해야 하는데 현장을 둘러보면 많은 수의 현장이 비드법3호등으로 규정 두께를 맞추고 있는 경우가 비일비재하기 때문이다.)

 

큰 건물은 도면중에 단열계획도라는 것이 있어서 부위별 단열재의 종류와 두께를 표시하도록 되어있지만, 대부분의 주택도면에는 단열계획도라는 것이 없다. 그냥 단면도 등에 "단열재 몇 mm" 라고만 표시할 뿐이다. 반드시 단열재의 종류를 같이 명기해야 한다. 그래야 현장에서 실수가 없는 것이다.

 

단열관련하여 설계도서에 해주었으면 하는 것은 

 

1. 도면에 "비드법1호 90mm (열전도율 0.034W/mk)" 와 같이 종류, 두께, 성능을 같이 명기

2. 노트란에

    "부피형 단열재는 틈새없이 밀착시공할 것",

    "부피형단열재를 열반사단열재로 교체하지 말것"

    혹은 "열반사단열재를 부피형단열재로 교체하지 말것"
3. 도서에 단열재의 시험성적서를 첨부

 

** 설계자가 제품을 추천하는 것은 극히 정상이다. 예를 들면 같은 비드법1호 단열재라 할지라도 제품마다 열전도율이 조금씩 차이가 난다. 그리고 밀도는 체감적으로도 확인이 가능하다. 즉, 제품을 만드는 공장별로 조금씩 밀도에서 차이가 나며, 이 밀도차이가 단열성능의 차이인 것이다. 물론 시험성적서로도 확인이 가능하다. 같은 가격에 더 나은 제품을 만드는 회사를 알고 있다면 당연히 건축주가 사용토록 추천해야하는 것이 설계자의 의무인 것이다. 

 이를 두고 설계자가 자재사와 모종의 관계가 있다고 생각하는 시장의 분위기도 문제이지만, 설계자가 제품 확인을 평소에 게을리하니 어쩌다가 한번 제품을 추천하면 관계를 의심받는 것이 어쩌면 당연한 현상일지 모른다.

 

대형건물이나 관에서 발주하는 공사 같은 경우에는 제품의 품질을 확인하는 감리자가 따로 있다. 그러나 주택같은 작은 건물의 시장에서는 설계도면이 마지막 보루인 것이다.  

 

<출처 : 한국패시브건축협회, www.phiko.kr>