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[랜선 집짓기] 한 번은 짚고 가야 할 단열에 대한 이해

seamoonbizmaka

최종 수정일: 2022년 5월 5일



안녕하세요. 진진입니다.

오늘은 어렵지만, "단열"에 대해 이야기하도록 하겠습니다. 다음 순서대로 이야기해 볼게요.

1. 용어정리 2. 열이동 - 전도, 대류, 복사 3. 이슬점 Due Point 4. 열교



용어 정리 단열을 이해하는 데 있어 제일 중요한 것이 용어입니다. 그래서 가장 많이 듣는 용어들 위주로 최대한 쉽게 서술해 보겠습니다.


1. 열전도율 2. R 값 3. 열관류율



전도 말 그대로 "하나"의 물체가 열을 전달하는 값입니다. 열전도율이 높을수록 단열에 나쁘고, 낮을수록 좋습니다. 라면의 면발을 쫄깃하게 먹으려고 쇠젓가락으로 면을 휘휘 젓다가, 계란을 넣어야 해서 깜박하고 끓는 냄비에 젓가락을 잠시 놓은 체 다시 잡으려다가 손을 데었어요. 그 잠깐 사이에 전도율이 높은 쇠젓가락은 끊는 물의 온도를 그대로 받은 겁니다. 만약 열전도율이 낮은 나무젓가락이었다면, 아무런 문제도 없었겠죠. 쇠젓가락이 열을 나무젓가락 보다 훨씬더 잘 전달 합니다. 즉 열전도율이 높다고 말을 할 수가 있는 것이지요. 예를 들면 공기의 경우 0.025 W/mK입니다. 인터넷 자재몰에서 가장 흔히 볼 수 있는 글라스울의 열전도율이 0.036W/mK이므로, 공기가 이 글라스울보다 열전도율이 훨씬 더 좋네요. (움직이지 않는 공기 이어야 합니다.) 그러고 보면 어렸을적에 매년 쪼그라든 솜이불의 솜을 튼다고 (저희동네에서는 그렇게 불렀어요) 어머니가 동네 이불집에 맡기셨던 기억이 나네요. 그럼 새롭게 부풀어 올라 포실포실한 솜이불이 더 따뜻했던 이유가, 솜 사이로 열전도율이 낮은 공기를 더 많이 머금고 있어서 그런게 아닌가 하는 생각이 듭니다. 이것이 Batt Insulation (글라스울 등등 솜처럼 생긴 단열재들)의 기본 원리 입니다. 그러니, 이런 종류의 단열재를 시공하면서, 두께를 확보하지 않고 우구려 넣으면서 제대로된 성능을 기대해서는 안되겠죠.



 

여러분이 기억할 것

1. 하나의 물체에 대한 물성 이다. 낮을수록 좋다 2. 열전도율은 물체 고유의 성질로 변하지 않는다.


 

R 값 단열재 고르려면 꼭 등장하죠? 단연 최고로 많이 듣는 용어입니다. R 값은 "열저항" 을 이야기합니다. 열저항이 높을수록 열전달이 잘 안되겠죠? R 값의 사전적 의미는 "하나"의 물체의 열전도율 X 두께로 어떤 물체로 만든 어떤 특정 제품의 열저항값입니다. 똑같은 글라스울이이라도 두께가 다른 제품이 있고, 두께가 두꺼운 제품일수록 열저항값은 높습니다. 그러니, 상식적으로 물체가 두꺼우면 두꺼울수록 열전달이 잘 안됩니다. 우리나라 사람들은 수학을 잘하니까 열전도율과 두께만 가지고 파박~ 계산을 해 내는데, 미쿡 사람들은 그냥 귀찮아서 R 값을 제품에 표기합니다. 그래서 보통 단열재 포장지에 R19, R32 이렇게 표기되어 있죠? 그리고 저 값이 높을수록 두께는 두껍고 비쌉니다.



출처: https://www.rockwool.com/


위 그림에 R 38이라고 쓰여있는 것을 확인하실 수 있습니다. 저것이 저 락울이라는 자재의 열전도율과 두께 등을 고려해서 나온 열저항값, 즉, R 값입니다.

그런데,

여기서 체크 포인트!!! 우리가 흔히 보는 이 R 값은, 우리가 자주 쓰는 "미터법" 표기가 아닙니다. 이는 미국에서 쓰는 단위 개념 (Imperial units)입니다. 이 R 값을 우리가 알고 싶은 최종 보스 국토교통부가 고시한 "열 관류율" 을 얻기 위해서는, 우리나라가 쓰는 미터법 Metric (SI) 값으로 바꾸어 계산해야 합니다.

R-value (in I-P) = RSI-value (in SI) × 5.678263337

RSI-value (in SI) = R-value (in I-P) × 0.1761101838

그래서 우리가 쓰는 열저항값은 R 값이 아닌 RSI 값입니다. 이 RSI 값을 이용해 열관류율을 계산해야만 제대로 된 열관류율을 얻을 수가 있습니다.

 

여러분들이 기억할 것!

1. R 값은 열저항값이다. 이 값이 높으면 좋다! 그리고 비싸고 두껍다!

2. 보통 미국에서 온 자재들의 R 값은 미국 양반들 단위다. 우리나라식 열저항 표기는 RSI이다.

3. 열저항값은 두께에 따라 다르다. 똑같은 물체라도 두께가 두꺼우면 열저항값은 높다.

 

관류

사전적 의미의 열관류율은 모든 자재의 열저항값을 합한 값의 역수입니다.

벌써부터 짜증 나시죠..... 뭔 소리야 도대체!

위에 열저항값 (RSI) 기억하시죠.. 그 값을 합하면 합할수록 당연히 열이 잘 침투하지 못하겠죠...

예를 들어 글라스울 한 놈이 싸우는 것보다는, 스티로폼하고 연합해서 싸우면 훨씬 더 열이란 놈을 잘 물리칠 수 있잖아요

여기서 키포인트!!!!

어라! 한 놈이 싸우는 것이 아니라, "여러 놈"이 싸우네!

바로 이 "여럿"이라는 말에 밑을 쫙 그으셔야 합니다.

그래서 저는 벽이 아니라, 벽구조체 Wall Assembly라는 말을 자주 씁니다. 여러 개의 자재들이 모여서 하나의 벽체를 구성하고 이 여러 개의 자재들의 조합으로 결국은 열관류율 값을 계산할 수 있고, 이 열관류율이 국토교통부에서 정한, 건축물의 에너지 설계 기준의 척도가 되는 것입니다.

예를 들어 극단적으로 글라스울 140mm + 스티로폼 50mm로 벽체를 만들었다고 가정하겠습니다.

계산하기 쉽게 글라스울 열전도율은 0.05, 스티로폼은 0.03이라고 하겠습니다.

열관류율을 구해 보자고요.

이 벽체의 열관류율은 [글라스울 140mm의 열저항 + 스티로폼 50mm의 열저항 의 역수]입니다.

열저항은 어떻게 구할까요?

열전도율 X 두께입니다.

그래서 최종적으로 열관류율 계산식은 다음과 같습니다.

열저항의 합은 (0.05 X 140) + (0.03X50) = 8.5

열관류율은 각 자재의 열저항의 합의 역수니까...

1/8.5 = 0.117647.....입니다.


 

여러분들이 기억할 것!

1. 열관류율은 자재가 하나가 아닌 여러 개의 합입니다.

2. 열관류율은 낮을수록 좋습니다.


 

열의 이동

열의 이동에는, 전도, 대류, 복사 이렇게 세 가지가 있습니다.

우리가 단열이란 주제로 이야기를 할 때, 자주 접하는 말들과 연관 지어 보면,

열교는 전도에 관계된 말이고,

기밀은 대류와 관련이 깊으며,

열반사 단열재는 복사열과 관계가 있는 말들입니다.

예를 들어 추운 겨울날 온돌방 아궁이에 군불을 때면, 장작의 열기가, 온돌 밑의 고래를 덥히고(복사, 대류) 이 고래를 채운 열기는 구들장에 전달이 되어 서서히 구들장 위의 방바닥이 따뜻해지기 시작합니다.(전도, 구들장은 고래와 방을 연결하는 열교입니다.) 이때 누군가 나가려고 문을 열면, 방안의 온도는 순식간에 내려가겠죠 (대류). 하지만, 문을 열었다고 해서 아랫목 온돌의 열기가 바로 식어버리는 것은 아닙니다. 다시 문을 닫으면, 서서히 온돌의 복사열과, 온돌과 접해있는 공기가 덥혀져서 대류가 일어나면서 다시 방안은 훈훈해집니다. 얼마 후, 아까 방에서 나갔던 양반이 다시 들어오고 그 양반이 쓰고 있던 안경에 하얗게 김이 서렸습니다. 이는, 방안의 따뜻해서 습기를 상대적으로 많이 가지고 있던 공기가 차가운 안경이라는 물체에 닿아 순간적으로 온도가 내려가고 이때, 온도가 내려감으로 인해서 공기가 쪼그라들고 쪼그라듬과 동시에 공기 분자 사이사이 가지고 있던, 물을 토해내는 것입니다.(결로) 이걸 유식한 말로 이슬점 아래로 내려갔다. Due Point를 지나쳤다 이렇게 이야기합니다.

결로란, 공기 중에 포함된 물이 어떤 물체를 만나 공기의 온도가 이슬점 아래로 내려가면 공기에 더 이상 머물러 있지 못하고 물체에 응결해 버리는 현상입니다. 그리고 이물의 양은 "상대습도" 가 많으면 많이 생기고 적으면 적게 생깁니다. 여름철에 냉장고에서 꺼낸 콜라캔에 물방울이 겨울철보다 많이 맺히는 것 역시 여름철 "상대습도"가 많기 때문입니다. 여기서 상대란 말을 잘 보셔야 합니다. 즉 공기는 온도에 따라서 상대적으로 물을 포함할 수 있는 양이 다릅니다.

그럼 이 세가지, 전도, 대류, 복사 중에서 가장 열 손실이 쉽게 일어나는 것은 어떤 것일까요? 당연, 대류입니다.

그러니 온돌을 이용하는 우리의 난방 장치와, 대류를 이용하는 외국의 난방장치의 효율은 어떤 것이 좋을까요? 당연 온돌이겠죠. 하지만, 시간이 오래 걸린다는 단점 또한 존재합니다.

열교 - 전도

경량목조주택은 나무로 된 스터드를 세우고 그 사이사이에 단열재를 넣어 단열을 합니다. 그럼 그 스터드 있는 부위는 단열재를 넣은 부분과 비교하여 단열이 안되기 때문에, 모든 열이 그 나무를 통해 들어오거나 나가거나를 하게 됩니다. 물론, 나무가 철이나 콘크리트에 비해 열전도율이 낮기 때문에 나무로 된 목조주택이 훨씬 단열이 잘 된다는 주장에 이해는 갑니다.

하지만 주택에서 단열을 이야기할 때는 단열재의 조합으로 이야기해야 하지, 구조체 자체를 가지고 이야기하기에는 무리가 있어 보입니다.

그래서 이 열교를 끊어내기 위해서 스터드를 적게 사용하거나, 스터드를 외기에 닿지 않도록 외단열을 추가하는 방식이 점점 더 많이 채택되고 있는 실정입니다.

기밀 - 대류

위에 설명드린 대로 열의 이동이 가장 빠르고 많이 일어나는 것은 단연 대류로 인한 열의 흐름입니다.

즉 열이 공기를 타고 이동을 하는데 기온차가 많이 나면 날수록 대류의 움직임 또한 빨라져 순식간에 애써 가둬뒀던 열기가 빠져나가게 됩니다.

그렇기 때문에 단열의 완성은 기밀에 있다는 말이 생겨나는 것입니다.

이 기밀을 위해 하우스랩을 설치할 때 기밀 테이프로 틈새를 밀봉해 주어야 하며, 모든 구멍, 예를 들면, 전기 콘센트 박스나, 파이프가 관통하는 부분 역시 기밀 테이프로 세심하게 작업해 주어야 합니다.

* 목구조 기밀작업에서 가장 힘든 부분이 지붕의 서까래와 벽체의 윗부분이 만나는 지점 입니다. 그래서 제 모델에서는 메인 서까래 작업시 처마를 하나도 만들지 않고, 웸루프 만들어 주면서 처마를 만들어 주는 방식을 도입 했습니다.​


위 그림의 붉으색 동그라미가 그려진 부분을 보면, 서까래가 처마를 내기 위해 밖으로 나와 있지 않고, 벽체의 선과 일렬로 맞춰져 있습니다. 이렇게 되면, 벽체의 판넬과, 지붕의 판넬이 일자형태로 만나게 되면서 그 위에 씰링테이프로 (Zip Tape) 이음매가 없는 기밀 작업이 수월해 집니다. 복사열-열반사 단열재 열반사 단열재를 설치할 때는 열이 반사될 수 있는 공간 확보가 제일 중요합니다. 즉 열반사 단열재위에는 반드시 공기층이 있어야 그 역할을 잘 수행한다고 볼 수 있습니다.


 

보통 단열을 이야기하면, 두께만 강조하시는 분들이 많습니다.

하지만, 위의 열흐름 세 가지를 전부 컨트롤할 줄 알아야 하고, 이러한 일들을 하기 위한 자재들과 공법들을 예산에 맞게 최대한 효율적으로 잘 사용하는 것이 단열 설계의 핵심입니다.

그리고, 단열과 결로는 같은 개념(열교)으로부터 출발합니다. 많은 집들을 인스펙션해 보면, 물을 컨트롤하지 못해 발생하는 하자가 대부분입니다.

그나마 우리 눈에 보이는, 예를 들면 파이프 누수나, 지붕에서 비가 샌다든지 하는 문제는 눈이 보이니까 바로바로 대처를 할 수 있지만, 이 결로로 인해 생기는 문제는 대부분 눈에 보이지 않고 구조체 안에서 충분한 문제를 일으키고 난 후에야 우리 눈에 보이게 됩니다.

단열을 이해하고, 결로가 생길 환경 자체를 만들어 주지 않는 설계와 공법을 선택하시길 바라겠습니다.

CopyRight © 진진




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