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기사명, [특집] 단열재의 종류 및 특성. 저자명, 이숭주. 발행사, 한국냉동공조기술협회. 수록사항, 냉동공조기술(한국냉동공조기술협회지) , v.13 n.3(1996-03).

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Date Published: 12/18/2021

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단열재의 종류와 특성 – 월간전원주택라이프

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Date Published: 8/27/2022

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Date Published: 1/7/2022

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• Date Published: 2020. 7. 3.
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단열재의 종류 및 특성

단열재의 종류 및 특성

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자료출처 : 한국 패시브 건축협회

1. 비드법 보온판

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가. 비드법 1종 보온판 (EPS)

통상 EPS로 통용되는 단열재로써 스티로폴은 특정회사의 상호명이므로 도면에는 비드법 단열재 혹은 EPS 단열재로 기재되어야 한다. 비드법 단열재는 그 밀도에 따라 등급을 구분할 수 있으며 통상 30kg/㎥이 가장 단단하며 열전도 특성도 가장 뛰어나다. 유럽에는 더 높은 밀도의 제품도 있다.

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비드법 단열재는 “비드”라고 하는 것을 발포시켜 만들기 때문에 주어진 이름이다. “비드”는 제조사가 별도로 있고 대게는 다국적기업에서 생산을 한다. 비드법 단열재의 밀도는 결국 이 “비드”를 어떤 크기로 발포를 하느냐에 달려있다. 아래 사진은 동일한 “비드”를 각기 다른 크기로 발포한 모습니다. 우리나라 기준으로 비교하자면 왼쪽부터 비드법 2종 4호, 3호, 2호 정도의 크기라 보여 진다. 사진에서 유리접시에 담겨져 있는 것이 원재료인 “비드”이다.

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<"비드"의 발포 크기별 비교 사진, 출처 : BASF>

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​비드법 단열재의 장점은 현장에서 절단 등의 가공이 쉽다는데 있으며 시공방법에 따른 단열성능의 오차가 적다는데 있다. 단점은 주의점은 흡수율이 약 2~4%대로 상대적으로 흡수율이 높으며 이에 따라 단열성이 급격이 저하될 수 있으므로 직접 물에 닿는 부위에 시공은 불가하다. 그러므로 주로 지상층 외벽에 적용 되어야 한다.

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또 주의할 사항은 아래의 비드법 2종 단열재와 마찬가지로 “제조 후 숙성과정”이 없으면 휨 현상이 발생할 수 있다. 이는 비드법 계열 단열재의 공통된 현상이라고 보여진다. 다만 비드법 1종에 비해 비드법 2종이 그 현상이 조금 더 나타나는 것으로 현장에서 이야기 되고는 있으나 현재 실험을 통한 연구논문이 전무하고 또한 실험을 하더라도 그 실험조건이 매우 광범위하여 쉽게 결론이 나리라고 판단되어지지 않는다. 다만, 외단열 미장공법에서 주어진 표준을 지켜서 시공한다면 문제는 없을 것으로 보고 있다.

외단열 미장마감공법처럼 단열재위에 바로 마감재가 붙는 경우 아래 하자 사진처럼 이 휨 현상에 의한 배부름하자가 발생할 확율이 높다. 숙성은 최소 7주 이상 되어야 한다.

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<비드법 보온판의 휨 현상에 의한 배부름 하자사례>

나. 비드법 2종 보온판 (탄소보강EPS) ​ ​ ​ <비드법 보온판의 셀구조 - 비드법 1종과 2종은 동일한 구조임 - 출처 : Basf.com> ​ EPS처럼 통상적인 영문 명칭이 아직 없으나 해외에서는 Grey EPS, 즉 g-EPS로 불리는 정도이다. 법적으로는 “비드법 2종 보온판”이라는 이름으로 확정되었음으로, 본 협회에서는 법정명칭인 “비드법 2종 보온판” 또는 “비드법 2종 단열재” 라 칭한다. 네오폴, 에너포르, 제로 폴 등의 이름은 특정회사의 상호명들이므로 도면에는 비드법 2종 보온판으로 기재되어야 한다. 비드법 2종 보온판은 비드법 단열재에 탄소를 함유한 합성물질인 그라파이트를 첨가하여 제조한 것이다. 이론적으로는 복사열에 대한 축열 능력에 보강하여 단열성을 높힌 제품으로 시장에서의 타겟은 아래쪽에 설명이 나오는 압출법보온판(XPS)를 대체하기 위해 나왔다. 물론 압출법 만큼의 단열성은 나오지 않으나 XPS는 시간에 따른 경시현상(단열성저하)가 있기 때문에 설득력이 있을 것으로 보고 있다. ​ 단열성이 동일한 밀도의 EPS단열재에 비해 약 9%내외 정도 높다는 것외의 통상적인 특징은 EPS와 같다. 즉, “숙성”이 필요하다는 것이다. 이 숙성이라는 것의 의미는 공장에서 생산한 후에 7주 정도 자연상태에 그대로 노출시켰다가 시공을 해야 한다는 것이다. 이러한 숙성이 없으면 이 1종과 마찬가지로 휨 현상이 발생할 수 있다.  제조업체에서 제공하는 정확한 데이타가 없어 (아직 실험 데이타가 없을 수도 있다) 두께와 길이에 따른 휨 정도의 정확한 데이타를 가지고 있지는 못하나, 비록 약간의 휨일 지라도 단열재사이에 틈이 생길 수 있으며, 이는 단열성능 저하로 직결되고 외단열미장 마감공법에서는 아주 약간의 휨도 외관상 쉽게 드러나기 때문에 문제가 될 수 있다. 

숙성과정을 거치면 휨 현상을 현저히 줄일 수 있으므로 공장생산 후 바로 사용은 피해야 한다. 그러나 문제는 비드법 단열재의 부피가 무척 크기 때문에 제품을 자연상태에서 숙성할 공간이 현장에는 없다는데 있다. 그렇다고 공장에서 숙성한 후에 현장으로 가져와 달라고 할 수도 없다. 공장에는 숙성할 공간이 더더욱 없기 때문이며, 제대로 된 기간 동안 숙성을 하는지도 확인할 방법이 없기 때문이다. 이 시간에 따른 휨 현상도 앞으로 연구자들이 다루어야할 중요한 숙제가 될 것이다.

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2. 압출법보온판



통상 약어로 XPS로 불리우며 아이소핑크 역시 특정회사의 상표이므로 도면표기 시 주의하여야 한다. 여타의 특징은 비드법 단열재와 같으나 통상적으로 흡수율이 거의 없다. 그러므로 직접 물에 닿는 부위에 적용하여도 단열성능을 보장받을 수 있으므로 지하층 외벽에 적용이 가능하다. 단. 지하층의 외 단열로 사용될 경우 바닥판은 1호, 측벽은 2호 규격 이상을 사용토록 한다. (압축강도를 고려) 통상의 경우 동일한 밀도의 비드법 보온판보다 단열성능이 높다. 그래서 벽체두께를 줄이거나 동일한 두께로 단열을 더 신경쓰는 건축주의 경우 비용이 더 들어라도 압출법 보온판으로 외벽의 단열을 원하거나 설계에 반영하는 경우가 있다. 그러나 압출법 보온판에서 한 가지 매우 중요한 사실이 있다. 이 압출법 보온판은 시간이 경과하면 단열성능이 떨어진다는 것이다.

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<출처 : 이승언, 강재식, 정영선, 최현중, 환경 및 시간경과에 따른 건축용 단열재의 열전도율 변화에 관한 실험적 연구, 대한건축학회논문집 19권 12호, 2003년 12월> ​ ​이 그림에서 보시다 시피 압출법 1호 두께 50mm 로 335일 동안 실험체에서 시험을 한 결과 약 60일이 경과를 한 시점에서 법이 정한 단열성능이하로 떨어지는 것으로 실험되었다. 335일 이후의 변화는 알 수 없지만 분명한 것은 단열성능이 다시 올라가지는 않을 것이라는 것은 쉽게 예측이 가능하다. ​ 이를 숫자로 표현하면 다음과 같다. 통상적으로 비드법 보온판의 단열성능(열전도율)은 약 0.034W/mk 내외 이다. 상기 실험에 사용된 압출법 보온판은 실험 초기의 열전도율이 약 0.0238W/mk 정도이다. (0.05/2.1=0.0238) 이는 통상적인 압출법 보온판 1호의 열전도율인 0.027W/mk보다 많이 높은 값이다. (원래 초기성능을 높게 생산하는 것이지 실험체만 특별히 높은 것인지는 확인할 방법이 없다.)  이 단열재가 약120일 경과한 후의 열전도율은 0.05/1.4=0.0357W/mk 로 기록된다. 즉, 동일한 두께 비드법 보온판과 성능이 같아진 것이다. 문제는 앞으로 이 그래프는 더 지속적으로 내려갈 것으로 보이는 것이다. 즉, 성능저하가 상기 지점에서 멈춘 것이 아니라는 것이다. 그래프의 하락선이 안정화될 때까지 실험을 지속했으면 하는 바램이지만 더 이상의 추가 논문은 없는 것으로 알고있다.  압출법 보온판은 셀속의 기체가 아주 서서히 빠져나가면서 단열성이 떨어지는 것이다. 60일이면 건물수명에 비해 아주 짧은 시간이다. 겨우 60일이 지났는데 법적 성능이하로 떨어지는 것은 분명 문제가 될 수 있기 때문이다. 제도적으로 보완될 필요가 있다.

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<출처 : 같은 논문>

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압출법 보온판 특호의 경우는 하강속도가 조금 덜한 것으로 실험되었지만 결국 성능이 법적 성능 이하로 떨어지는 것은 동일하다. (아마 밀도가 높아 기체가 빠져나오는데 시간이 더 걸렸을 것이다.) 특호의 경우 약100일이 경과하면 법적성능이하로 떨어진 것으로 실험되었다. 

압출법 보온판 특호는 열전도율이 시험시작점에서는 0.0208 W/mk 이고, 100일이 경과한 시점에서는 0.0278 W/mk, 130일이 경과한 시점에서는 0.0294 W/mk 이고, 물론 법적 성능이하이다. 또한 하락그래프가 진행형인 것도 동일하다.



협회에서의 바램은 시간경과에 따른 단열성능의 저하가 안정화될 때까지 지속된 실험과 역시 시간경과에 따른 흡수율의 변화도 연구자가 다루어주었으면 하는 바램이다. 압출법 보온판의 경우 흡수율이 낮기 때문에 지면에 별다른 방수 대책없이 사용한다고 이야기를 했는데 시간이 경과하면서 흡수율이 높아진다면 공허한 이야기가 될 것이기 때문이다. 

동일한 논문에서 비드법 보온판과 글라스 울을 동일한 조건, 동일한 기간동안 실험을 했는데 두 제품은 시간경과에 따른 단열성능에 변화가 없는 것으로 실험되었다. 파주 동패리 패시브 주택의 지하층에는 비드법 보온판 외부에 아스팔트 쉬트방수를 하여 시공이 되었다. 그러나, 압출법을 사용한다면, 굳이 단열재 외부로 방수를 하지 않아도 무방하다. 지하층 골조외부에 방수를 처리하고 그 위에 압출법단열재를 두겹으로 덮어주면 단열에 문제가 없다.​

압출법단열재를 외단열 미장마감공법에 사용하지 못했었다. 이유는 압출법의 표면 특성상 마감미장의 접착력이 나오지 않기 때문이다. 즉, 몰탈 미장이 붙지 않기 때문에 탈락이 되었었다. 그러나, 2013년 초 기준으로 최근에 압출법단열재에도 미장이 되는 몰탈이 개발되어 일부 자재 회사에서 압출법 단열재를 외단열 미장공법에 적용이 가능하다고 광고를 하는 것을 보았다.​

이는 매우 위험한 발상임을 밝힌다. 압출법 단열재를 외단열 미장마감공법에 적용하면, 마감표면이 파열될 수 있기 때문이다. 압출법 단열재는 사용허용온도가 70℃ 이다. 이 온도를 넘기면 압출법단열재는 이른바 내부 발포재에 의해 2차 발포를 시작한다. 즉, 부풀어 오르는 현상이 생긴다는 뜻이다.

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아래 사진은 전기 온돌판넬 아래에 사용된 압출법단열재가 2차 발포를 해서 부풀어 오른 모습이다.

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사진에서 보다시피 부분적 고온으로 인해 발포가 된 모습이다. 이 발포의 힘은 대단히 커서 마루 바닥이 들떠 모두 벌어진 하자로 이어졌다.

만약 이 압출법단열재를 외단열 미장마감공법으로 사용하게 될 경우 외벽의 온도가 70℃를 넘게 되면 이와 동일한 현상이 발생하기 때문에 외벽에는 큰 하자로 이어질 수 밖에 없다. 외단열 미장마감공법의 기준에도 언급을 하겠지만, 외단열 미장마감공법의 외벽 온도가 70℃를 넘기지 않기 위해서는 반드시 흰색 또는 아주 밝은 미색 정도만 가능하다. 만약 어두운 색으로 외벽이 칠해질 경우 여름낮의 표면온도는 70℃를 넘길 수 있다. ​ 이 하자는 비드법단열재도 유사한데 비드법단열재도 역시 허용 사용온도는 70℃이다. 다만, 비드법단열재는 발포가 아닌 단순 휨 현상이 나타나는 것이라 접착력이 제대로 확보되어져 있다면 이와 같은 하자가 발생하지는 않는다. 독일에서는 외벽의 온도를 낮추기 위해 일정 밝기 이하의 어두운 색에는 자외선반사재를 섞은 도료를 사용한다. 그러므로, 압출법단열재에 아무리 잘 붙는 몰탈을 개발한다고 하더라도 경시현상이나, 2차발포 등을 고려해 볼 때, 외단열 미장마감공법에 쉽게 사용될 수 있는 소재는 아니다. ​ ​ 3. 글라스울 보온판 글라스울은 폐유리를 고온에 녹인 후 섬유처럼 뽑아내어 만든 단열재이다. (우리나라에서 사용되는 명칭은 “그라스 울”인데, 공식용어임에도 불구하고 발음의 표기에 맞지 않아 협회에서는 “글라스 울”로 통칭한다.) 이 때문에 맨 손으로 만지면 많은 따가움을 느끼게 된다. 이로 인해 한동안 (물론 지금까지도) 인체 유해성에 대한 논란의 중심에 서 왔다. ​ ​

​<글라스울 보온판 사진, 출처 : http://catforehead.wordpress.com/tag/glass-wool/>

결론적으로는 글라스 울의 섬유크기가 호흡기로 들어가기에는 큰 구조이기 때문에 인체에 접촉하여 아픔을 줄 수는 있으나, 체내에 유입되지는 않기 때문에 국제적으로 아직까지는 인체에 유해하다는 증거를 찾지 못하였다. 이 표현은 공식적인 의학적 견해이다. 또한 유입되더라도 체내에서 용해되어 배출된다.

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<글라스 울 현미경사진, 출처 : Ultrasonic measurements of the two characteristic lengths in fibrous materials, Naoki Kino> ​

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<글라스 울 다른 현미경 사진, (a)Cerafiber; (b)Superwool; (c)Rock wool; (d)Glass wool. 출처 : The thermal transformation of Man Made Vitreous Fibers (MMVF) and safe recycling as secondary raw materials (SRM), A.F. Gualtieri> ​ 비록 호흡 등을 통해 인체 내에 들어가지는 않으나 매우 단단한 유리조직이므로 맨손에 만지거나, 피부에 직접 닿을 경우 오랜 시간을 고생할 수 있으므로 피하는 것이 좋다. 특히 현장에서 글라스울이나 암면(Rock Wool)을 이용한 작업을 할 경우 반드시 보호장비(장갑, 의류, 마스크)를 착용하고 작업하는 것이 옳다. 단기간만을 접하는 건축주나 일반인에게는 무해할지 모르나, 오랜 세월에 걸쳐서 노출이 되는 작업자의 경우, 인체 유해여부는 아직 의학적 견해가 없기 때문이다. ​ 일부 사용자 중 석면과 혼돈하시는 분이 계신데, 석면은 완전히 다른 물질이다. 석면은 천연광물섬유이고, 글라스 울과 암면은 인조광물섬유로써 그 성분도, 크기도 다르다. 석면은 인체에 유입 시 융해되지 않고 축척된다. 석면에 대한 자세한 글은 http:// ko. wikipedia.org/wiki/ 석면 을 참조 바란다. ​ 특히 우리나라 현장에서 가장 아쉬운 것이 작업자가 사용하는 마스크인데, 본인의 불편함 때문이기도 하지만, 주변에서 어느 누구도 마스크를 사용해야 한다고 권고하지 않는다는데 문제가 있다. 본인의 건강은 스스로 챙겨야 한다고는 하지만 온갖 먼지 속에 작업을 해야 하는 작업자에게 방진마스크를 착용케 하는 것은 건축주나 혹은 주택시공사의 입장에서도 당연한 의무이다. 현장에서 방진마스크를 자주 보았으면 좋겠다. ​ 글라스 울은 성분과 그 가공방식으로 인해 불연단열재에 속한다. 물론 고온에 녹기는 하나 자체 발화를 하지는 않는다. 즉, 유리와 동일한 결과를 보인다. 대게의 경우 무기질 단열재(글라스 울, 암면) 등은 불연단열재이다. 이 성질 하나만으로도 고성능의 유기단열재 사이에서 무기단열재가 살아남은 충분한 이유가 된다. 단열성이 좋은 무기단열재와 불연성이 있는 유기단열재. 이 두 가지 목표가 단열재가 가진 오랜 목표 중 하나이다. ​ 다만, 알아두어야 할 것은 불연이 모든 온도에서 유효한 것은 아니라는 것이다. 글라스 울의 상태유지의 한계온도는 약 350℃ 다. 대부분의 화재 시 온도는 이 온도를 넘어 가므로 결국 글라스 울도 화재가 확산되면 녹아내리게 되며, 녹는 순간부터 화재 억제 능력이 없어진다고 보아야 한다. 이러한 성질 때문에 화재 등급은 자가 소화성만 보는 것이 아니라, 연소의 확산성/유지성을 보아야 한다. 그런 의미에서 글라스 울은 아주 좋은 내화성을 가지지는 못한다. 암면의 허용온도는 약 600℃ 이다. ​ 우리나라에서도 글라스울이 사용된 지는 오래 되었다. 특히 고온의 배관용 단열재로써는 지금도 뽀족한 대안이 별로 없기 때문에 높은 시장점유율을 보이고 있는 형편이다. 건축에서 배관용 단열을 제외하고 순수 건축용 단열재로써도 많은 판매를 보이고 있지만, 우리나라의 건축용단열재 시장은 유기단열재가 압도적으로 점유율이 높다. 흥미로운 것은 유럽의 시장점유율과는 정반대의 현상을 보이는 것이데, 이에는 여러 가지 이유가 있겠지만, 유기단열재(EPS, XPS)가 일단 저렴하기 때문이다. ​ 거기에 더해서 아직 우리나라는 단열재의 불연성 여부에 대해 유럽만큼 강력한 법의 제재가 없다는 것이 이유가 된다. 외 단열 설명글에도 있지만, 독일의 경우 22m를 넘는 건축물은 100% 불연 단열재만을 사용토록 하고 있다. 이 글에서는 불연성능 등에 대한 타 단열재와의 비교 등에 대한 내용은 생략하기로 한다. ​ 글라스 울은 소형주택 중에서 주로 목구조나 경량스틸 등 건식구조에 많이 사용되는 단열재이다. 이는 스터드와 스터드 사이에 단열재를 끼워 넣어야 하는 구조의 특성상 탄성이 있는 단열재를 사용해야 했기 때문이다. 비록 유기단열재도 탄성이 있기는 하나 웬만큼 정밀하게 재단하지 않는 이상 스터드 사이에 끼워서 넣기란 불가능에 가깝기 때문이다. ​ 문제는 지금까지 우리나라의 건식구조에 사용되던 글라스 울은 그 밀도가 너무 낮은 것이 사용된 점이다. 목조주택에 사용되는 글라스 울의 밀도는 대부분 9kg/㎥을 사용하고 있는데, 이 밀도를 정성적으로 표현하면 놀이동산의 솜사탕과 비슷한 밀도이다. ​ 이 낮은 밀도는 여러 가지 문제점을 야기할 수 있는데, 가장 두드러짐 점은 습기가 침투해 들어갈 경우 단열재가 젖고, 젖은 단열재는 무거워져서 이른바 주저앉는 현상이 생길 수 있다는데 있다. 추후 습기가 다 증발하여도 주저앉은 글라스 울은 다시 원상복구 되지 않는다. 즉, 단열에 결손이 생길 수 있다는 뜻이다. ​

<10kg/㎥ 밀도의 글라스울 단열재 사진 - 출처 http://www.hiwtc.com> ​

단열재 회사에서는 이를 방지하고자 여러 가지 노력을 하였는데, 그 결과가 아래의 사진처럼 비닐에 포장된 저밀도 글라스울이다. 즉, 저밀도 글라스 울에 습기가 침투하는 것을 막기 위해 단열재를 비닐로 포장을 한 제품인데, 문제는 비록 단열재는 보호했지만 더 중요한 것을 간과한 제품이다. (물론 작업자가 따가움을 느껴 글라스 울의 사용을 꺼려한데도 이유가 있다.) <비닐로 포장된 글라스 울 – 사진처럼 네모 반듯 하지는 않다.> ​ 목구조 혹은 경량철골조의 스터드나 OSB 등이 비닐과 직접 맞닿아 있다는 문제점이 생긴 것이다. 이 경우 습기가 비록 단열재에 들어가지는 않으나, 실내의 습기가 그렇다고 사라지는 것은 아니기 때문에 타 부재로 스미게 되고, 결국 투습이 되지 않는 비닐과 닿아 있는 부재가 장기적으로 부식되는 문제가 생길 빌미를 주었는데 즉, 집을 위한 단열재이어야 하는데, 단열재를 위한 집이 된 것이다. ​ 이를 그림으로 그려 보면 다음과 같다. 비닐포장 된 글라스 울을 스터드에 고정을 하는 방식인데, 발상은 좋았다. 실내 측에서 방습층 역할도 할 수 있고, 단열재가 처지는 것도 막을 수 있으니 일석이조의 제품이라고 할 만하다. 그러나, 여기서 한 가지 간과한 점은 수증기가 작은 틈새로도 쉽게 침투할 수 있다는 점이다. <비닐포장 된 글라스 울 단열재의 설치> ​ 즉, 아래 그림처럼 타카로 고정된 단열재 사이로 습기가 침투해 들어가면 결국 다시 빠져나오지 못하고 스터드와 단열재의 포장비닐 사이에서 장시간 경과를 하게 되는 것이다. 물론 이 습기가 측면을 넘어 반대편으로 갈 경우 낮은 온도로 인해 동절기 결로의 위험도 함께 내포하게 된다. 투습이 생명이 건식구조에 비닐의 사용은 이처럼 복잡한 문제에 직면하게 된다.​ <비닐포장 된 글라스 울로의 습기 침투> ​ 그래서 글라스 울은 누드상태로 사용하거나 작업자의 작업성을 고려하여 생산된 한쪽에 투습이 되는 종이가 붙혀진 글라스 울을 사용하는 것이 옳다. ​ ​





























<정상밀도 글라스 울 시공사진, 사진제공 : 풍산우드 홈> ​ 그러나 이런 문제를 떠나서 현재 우리나라에 지어지는 많은 목조주택이 이러한 고정조차 제대로 하지 않고 있다는 게 더 큰 문제이다. (물론 고정해도 위와 같은 문제가 있지만) 저밀도 글라스 울은 운송비를 절약하기 위해 압축이 된 상태에서 현장에 들어오게 된다. ​ 이 단열재를 현장에서 다시 부풀어 오르게 한 다음 시공이 되어야 하는데, 그 모든게 비용이라 압축된 상태에서 고정도 하지 않고 그냥 손으로 스터드 사이에 밀어 넣게 되는데 이런 모든 부분이 하자로 이어질 수 있다. 이러게 시공하는 이유는 단 하나이다. “싸게” 즉, 아래 그림에서 왼쪽의 그림이 건축주가 상상하거나, 기대하는 스터드 사이의 단열재 모습이다. 그러나 실제는 오른쪽의 그림처럼 시공이 된다. 이것은 당연히 단열 결손으로 이어진다.

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<건축주가 기대하는 단열재 삽입그림> <실제의 단열재 시공> ​ 아래 실제 공사 현장 사진을 보면 이 글을 쉽게 이해할 수 있으리라 생각된다. ​

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<목조주택의 글라스 울 단열재 시공 사진>

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이런 주택이 따뜻하길 바라는 것은 “낙타”와 “바늘”을 다시불러 내는게 민망할 정도다. 우리나라에서 글라스 울의 단열성능은 R11, R19 등으로 불렸다. 이는 다른 글에도 설명이 있지만 반복하는 것도 나쁜지 않을 듯하여 다시 설명을 옮긴다. 이 단위는 미국식 표현이다. 즉, 단위가 1ft⌒2*Ｆ*h/BTU 이다.

이 단위를 우리가 현재 사용하는 SI단위로 변환하면 다음과 같다. 미국식열저항 나누기 5.678 하면 미터법으로 환산이 된다.

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즉 R19 = 19 ft2*Ｆ*h/BTU = 19÷5.678 ㎡k/W = 3.346 ㎡k/W 과 같다. 이를 열관류율로 변경하면 0.30 W/㎡k 로 나타내 진다. 얼핏 좋게 느껴지지만, 이 숫자에는 허수가 있다. 아래 표는 R11~R30 까지의 단열재를 SI의 열관류 율로 변경한 표이다.

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구분 구조목두께(mm) 열저항 (㎡K/W) 열관류율 (W/㎡K) 동일성능의 비드법2종3호 단열재 두께 비교 (K=0.034W/mK) R11 89 1.94 0.52 65mm R19 140 3.35 0.30 113mm R30 235 5.28 0.19 179mm

이렇게 보면 그래도 꽤 성능이 좋아 보인다. 그러나 위의 사진처럼 스터드사이를 모두 채우지 않으면 위의 표에 해당하는 성능은 결코 나오지 않는다. 사실 저밀도 글라스 울의 제품을 이용해서 단열재를 빈틈없이 채운다는 것은 불가능에 가깝다. 이는 작업을 해 보신 분들이라면 충분히 이해를 하실 것으로 믿는다.

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우리나라 경량구조 주택은 시작부터 단열성능을 일정 부분 포기하고 들어가는 것과 다름 아니다. 이런 많은 이유로 이제는 글라스울이 고밀도로 올라가야 한다. 워낙 낮은 저밀도제품이 있으니 24K 제품이 고밀도로 불리 우는데, 사실 24K가 정상밀도라고 해야 맞다. 아래 표는 글라스울 밀도별 열전도율의 KS값이다. 실제 제품은 이 값보다 조금씩 좋다. 24K 제품은 통상적으로 약 0.036W/mK 정도의 열전도율을 갖는다.

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글라스울 밀도 구분 열전도율 (W/mK, 20 ℃) 64K~120K 0.034 48K 0.035 32K 0.036 24K 0.037 9K (KS에 규정없음) 0.046 (제조사 제공)

불행한 이야기이지만 우리나라 법적으로 건축용 보온판에서 9K 밀도의 글라스 울을 승인해 준 적이 없다. 글라스 울과 관련된 KS 규정인 KS L 9102 인조광물 섬유단열재의 내용에도 최저 밀도는 24K로 되어져 있고, 건축물의 설비 등에 관한 규칙에 글라스울은 “나”등급에 속해져 있는데 이 역시 최저 밀도는 24K이다. 즉, 현재 시장에서 건축용 보온판으로 사용되는 9K 밀도의 제품은 그 자체로 법에 저촉된다는 뜻이다.



경량구조의 단열재가 정상밀도의 글라스울이나, 셀룰로우즈, 혹은 멜라민 폼으로 바뀌어야 할 때가 된 것이다.

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<암면 보온판을 이용한 목조주택 외 단열 시공사진, 사진제공 : 권희범> ​

<셀룰로우즈 단열재 샘플사진> ​ <멜라민폼 단열재 사진> ​ ​ 4. 폴리우레탄폼, 수성연질 폼, 우레아 폼, PUR, PIR 폴리우레탄의 사용처에서 단열재가 차지하는 것은 매우 작은 편에 속한다. 폴리우레탄은 인간이 발견한 화학소재 중 가장 그 응용의 범위가 넓은 소재 중 하나인데, 의류부터 시작해서, 안경테, 카메라몸체, 가구, 신발, 건설자재(단열, 방수, 몰딩), 심지어 우주공학과 모형, 피규어 분야까지 그 사용범위가 깊고 넓다. 아직도 수많은 폴리우레탄 응용제품이 새롭게 개발되고 있고, 앞으로도 그러할 것이다. 건축분야에서는 절연재로써 그 역할을 하고 있는데, 밀도가 비교적 낮은 제품은 이른바 보드형태 또는 스프레이 형태의 단열재로 사용되고 있고, 밀도와 강도가 높은 제품은 알루미늄창호의 절연재로도 사용되고 있다. 제품을 분류하자면 아래 그림과 같다. ​ ​ 우선 우리나라의 KS M 3809 경질 폴리우레탄 폼 단열재 (THERMAL INSULATION MATERIAL MADE OF RIGID URETHANE FOAM)의 기준을 따르고 있는데 이 기준에서 경질 폴리우레탄 폼은 1종과 2종으로 나누어지고 있고, 그 구분은 아래 그림과 같다. ​ ​ 즉, 1종은 표면에 아무것도 없는 누드 폼이고 2종은 패브릭(천) 또는 알루미늄 박막으로 표면이 처리된 것을 의미한다. 이 종류가 밀도에 따라서 1호~3호까지 구분되어 진다. 또한 각 종류별 성능 기준치는 같은 규정에 의해 다음과 같다.





경질 폴리우레탄폼 단열재에 표면이 있는 것은 그 제조 과정상 필요한 필수적인 것으로써 오히려 1종 처럼 누드로 만드는 것이, 표면이 붙어 있는 결과물에서 표면을 제거하는 후속 공정이 따라야 하므로, 2종보다 1종이 더 비싸다. 그러므로 현재 우리나라 시장에서는 2종의 판매가 주종을 이루고 있다. ​ ​ <경질폴리우레탄폼 1종> ​ ​ <경질폴리우레탄폼 2종> ​ 2종 중에는 아래와 같이 알루미늄으로 싸여진 제품도 있다. ​ ​ <폴리우레탄폼 2종, 출처 : http://poliuretanos.com/en/productos/ laminados/ pur-al.html > ​

우리나라에서는 경질 폴리우레탄 폼이라는 단일 이름으로 불리우고 있지만, 이 우레탄폼은 크게 PUR(polyurethane)과 PIR(polyisocyanurate)로 나뉜다. PUR과 PIR은 비록 같은 통칭으로 불리 우고 있고, 같은 PU계열이기는 하나, 분자구조가 다른 물질이다. 아래에 자세히 나오겠지만, PIR은 기존 PUR의 특성에 난연성을 높이려고 개발한 제품이다. 그러므로, 이 글에서는 폴리우레탄폼의 일반적 특성부터 설명하고 PIR만 별도로 나누어 특징을 열거하는 방법으로 서술하도록 한다. 시장에는 경질폼, 연질폼 등으로도 나뉘어져 있는데, 본질적으로는 모두 PU 계열이다. 연질폼은 자동차시트, 신발밑창 등에 많이 사용된다. 어려운 원재료의 이름 또는 화학변화에 대한 내용은 이 글을 보시는 분과 상관없을 것으로 판단되므로 언급하지 않도록 하겠다. 그럼에도 불구하고, 정의를 제대로 알고 싶은 분을 위해서 위키의 링크를 적는다. 아래는 한글로 된 폴리우레탄의 위키 내용이다. http://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%8F%B4%EB%A6%AC%EC%9A%B0%EB%A0%88%ED%83%84 아래 링크는 비록 영문이기는 하나, 항상 그렇듯이 매우 잘 정리가 잘 되어져 있다. http://en.wikipedia.org/wiki/Polyurethane 폴리우레탄은 주원료 두 개와 몇 개의 첨가제를 반응시켜 발포를 한 결과이며, 발포의 과정은 아래 그림에서 잘 볼 수 있다. 발포는 현장발포와 공장발포로 나뉘어 지는데, 우리가 흔히 보는 보드형식의 단열재는 모두 공장제작이다. ​ ​ <폴리우레탄의 발포과정, 출처 : http://brufma.co.uk/what-is-pirpur/> 폴리우레탄폼(경질우레탄보드)의 사용처 ​ 아래 사진은 폴리우레탄의 전자현미경 사진이다. ​ ​

<폴리우레탄폼의 현미경사진, 출처 : http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/ S0141391002000344 >

사진에서 보다시피 Close Cell 이긴 하나 완전체는 아니기 때문에 흡수과 투습이 작게나마 기록된다. (Close Cell 비율이 90% 이상) 아래 표는 비드법, 압출법, 폴리우레탄폼의 KS규격에 명기된 흡수율과 투습성능을 서로 비교하기 쉽게 표로 만들어 놓은 것이고, 투습성능은 다시 Sd값으로 변환시켜 놓았다.

구분 밀도 (kg/㎥) 흡수량 (g/100㎠) 투습성능 (ng/㎡·s·Pa) Sd값 (두께 100㎜) 비고 비드법1호 30 1.0이하 146 이하 5.372 이상 비드법2호 25 208 이하 3.772 이상 비드법3호 20 250 이하 3.136 이상 비드법4호 15 1.5이하 292 이하 2.688 이상 압출법특호 35 – 146 이하 5.372 이상 압출법1호 30 압출법2호 25 압출법3호 20 폴리우레탄폼 1종1호 45 3.0이하 145 이하 5.408 이상 폴리우레탄폼 1종2호 35 185 이하 4.24 이상 폴리우레탄폼 1종3호 25 225이하 3.484 이상 폴리우레탄폼 2종1호 45 40 이하 19.608 이상 폴리우레탄폼 2종2호 35 폴리우레탄폼 2종3호 25

(시험성적서 결과를 보면 한계값의 절반 이하로만 나타난다. 보통 0.5~1.5g/100㎠ 내외) 경질우레탄보드도 비드법과 마찬가지로 물이 직접 닿는 부위에의 사용은 불가능하다. 아래 그림은 EN 12087 규정에 의해 28일간의 흡수율을 측정한 그래프이다. 28일 후 체적의 약 1.3% 흡수를 하는 것을 볼 수 있고, 1m x 1m x 0.1m 의 폴리우레탄 단열재에 약 1.3kg의 물이 흡수된다는 뜻이므로 작은 양은 아니다.

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<폴리우레탄폼의 흡수율시험, 출처 : Thermal insulation materials made of rigid polyurethane foam, Bing>

다만, 폴리우레탄폼 2종의 경우 표면의 마감재 때문에 흡수량이 측정되지 않는데, 이 것이 표면에 부직포 등이 붙어 있기 때문이다. 숫자상의 결과는 흡수량이 없으나, 결국 측면의 노출부위로 흡수가 되기 때문에 물이 직접 닿는 곳에 사용될 수 없는 것은 동일할 것이다. 비록 밀도가 매우 높게 올라가면 흡수율이 극히 낮아져 무시할 정도가 될 것으로 예상되나, 가격이 급격히 올라가게 되므로 결국 XPS 와의 가격 경쟁력이 없어지므로 의미가 없어진다. 그러므로 현재까지 물과 직접 접하는 부위의 단열은 XPS 외에는 별 다른 대안이 없다.

경질폴리우레탄폼 스프레이폼의 목조건축물 사용 가능성

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Sd값이 100m를 넘어가게 되므로 완전불투습 자재로써, 목조건축물에는 사용될 수 없다. 특히 투습성이 좋지 않은 OSB와 역시 투습성능이 없는 경질폴리우레탄폼과의 상성은 매우 좋지 않다. 이는 경질폴리우레탄 스프레이폼이 경화한 후에 (온도에 따라 다르지만) 미세하게 수축을 하게 되고, 시간이 지나면 접착력이 약한 부분이 벌어지게 되는데 이 틈으로 들어간 수분은 재료의 불투습성 때문에 빠져나오지 못하게 되므로 구조체의 손상으로 이어질 수 있기 때문이다. 또한 현재 목조주택에 사용되는 다른 제품과 비교해 볼 때 가격경쟁력도 많이 낮다.

폴리우레탄 스프레이 방수제

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경질폴리우레탄을 지붕(주로 체육관 등) 외부에 뿌려 단열성능을 높이고, 방수성능을 가지게 하는 공법이 있다. 경질폴리우레탄스프레이 후에 우레아폼 등으로 마감과 함께 UV코팅 처리를 하게 된다. 방수제로 사용되는 폴리우레탄은 폼의 발포율을 줄여서 흡수율을 낮춘 제품이 사용되며, 상부 코팅이 주로 방수성능을 담당한다.

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<폴리우레탄방수,출처 : http://www.sunvekroofing.com/foam_roofing.htm>

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<폴리우레탄방수, 출처 : http://commercialroofinglosangeles.wordpress.com/tag/ spray-foam/ > 표면의 코팅은 강도를 높이고, 방수성능 향상의 목적으로 혼용된다. 다만, 이 때 주의할 사항은 폴리우레탄폼의 작업온도가 5~55도로 정해져 있는데 철판 지붕의 온도는 여름에 대부분 이 온도를 넘어가게 되며, 한 겨울에는 천공복사에 의해 매우 낮은 온도를 유지할 수 있다. 그러므로 현장의 표면 온도에 주의하여 사용되어야 한다. 또한 공기 중의 습기와 반응하여 경화하므로 상대습도 85% 이상인 외부에서의 작업도 허용되지 않는다. 조기경화로 인해 원하는 성능이 나오지 않기 때문이다. ​ 우리나라 여름철에 상대습도가 85%를 넘는 날은 매우 많으므로 주의해야 할 부분이다. 허용온도나 습도를 벗어나면, 제대로 된 흡착이 되지 않고, 수축/팽창율이 허용치를 벗어나면서 하자의 직접적 원인이 될 수 있다. 이를 정리하면 다음과 같다. 폴리우레탄폼 작업 불가 환경 ​ – 밀폐된 공간 – 용접 등 인화의 원인이 될 수 있는 작업이 진행되는 공간 – 4℃ 이하 – 55℃ 이상 – 상대습도 85% 이상 ​ 창호 틈새의 폴리우레탄 충진 ​ 현장에서 기밀성/단열성 향상을 목적으로 창호틈새를 폴리우레탄으로 충진하는 것을 많이 볼 수 있는데, 이는 그리 좋은 방법은 아니다. 기밀성능 편에서도 언급을 했지만, 경질 폴리우레탄 폼은 완전히 경화한 후에도 수축을 하기 때문에 결국 언젠가는 접착 면이 탈락을 하게 되고 이 틈으로 누기가 발생되면서 하자가 따라 온다. 그러므로 충진의 효과를 100%내기 위해서는 반드시 전용 기밀 테잎으로 마감을 해주어야 한다. ​ 또한 작업의 순서에도 주의해야 한다. 창호의 한쪽 면에 기밀 테잎을 미리 붙혀 놓으 면 추후 폼을 충진하면서 이 기밀 테잎을 밀면서 부풀어 오르게 되므로 후속 작업에 난항을 겪게 된다. 그러므로 반드시 충진을 먼저 한 후, 내외부 기밀 테잎을 붙혀야 한다. 작업 순서를 그림으로 표현하면 다음과 같다. ​

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<창호의 폴리우레탄과 기밀 테잎 작업순서> 최근에 경화되지 않는 연질폴리우레탄 스프레이도 나오므로 창호 틈새 등의 충진은 연질폴리우레탄폼을 이용하는 것이 여러모로 유리하다. 그리고, 폴리우레탄은 발포 시 최소 80℃ 이상의 발열반응이 나타나므로 PVC창틀에 사용할 경우 PVC의 변형도 올 수 있으므로 넓은 틈에 다량의 폼을 동시에 채우는 일은 지양해야 한다. 폴리우레탄폼의 단열성능 경시변화 ​ 폴리우레탄의 단열성능은 상기 KS규정에 나와 있지만, 단열성을 제대로 논하기 위해서는 두 가지 관점에서 이야기가 되어야 하는데, 첫 번째는 역시 경시변화이다. 압출법 단열재와 마찬가지로 폴리우레탄폼 단열재도 내부의 단열가스가 공기와 서서히 치환되면서 단열성능이 떨어지는 일이 발생한다. 단열재별 실험시작 후 365일이 경과한 시점의 단열성능 변화는 다음과 같다. ​ ​ <단열재별 경년변화, 출처 : 건축단열재의 장기 경년변화에 따른 열전도율 변화에 관한 실험연구 II, 최현중외 4인, 대한건축학회 학술발표논문집, 2003> 연구에 따르면 경질우레탄폼은 비록 압출법 보온판의 변화에는 미치지 못하나 약 21% 의 단열성능 하락이 관측되었다. 폴리우레탄보드의 시험성적서를 보면 KS에 의한 표준값과는 다르게 대게 0.018~0.019 W/mK를 보이는데, 이것이 약 1년 정도 경과하면 KS에서 정한 값으로 변화가 있다는 뜻이니 패시브 하우스를 제대로 계산하기 위해서는 시험성적서가 아닌 KS값으로 에너 지 해석을 하면 추후에도 무리가 없을 것이다. ​ 법적으로는 시험성적서의 결과를 따를 수 있게 되어 있기 때문에, 스스로 열전도율을 높혀서 계산하지 않는 한 불행히도 업체에서 이 연구결과를 반영할 의무는 없다. 이 경년변화에 대한 내용은 해외문헌에서도 볼 수 있다. ​ ​ <폴리우레탄보드의 열전도율 경년변화, 출처 : Thermal insulation materials made of rigid polyurethane foam, Bing> ​ 아래 발포제별 특성에서 다시 언급하겠지만, 국내 논문의 시작점은 0.019W/mK 이나, 해외문헌은 0.022W/mK에서 시작되는데, 이는 내부 단열가스의 종류가 달라서 생기는 차이이며, 본질적으로 다른 제품은 아니다. 여기서도 초기값에 비해 약 17% 정도 단열성능이 저하됨을 할 수 있다. ​ 이런 이유로 협회에서 인증을 받는 건물에 경질폴리우레탄 단열재를 사용했다면, 시험성적서와는 상관없이 열전도율을 시험성적성 보다 20% 높힌 약 0.024 W/㎡K 로 계산을 한다. 경질폴리우레탄보드를 사용하고자 하시는 분들은 참고하시길 바란다. 폴리우레탄의 발포제별 단열특성 ​ 폴리우레탄의 단열성능은 내부에 담고 있는 기체가 약 50%를 넘는 비율로 성능을 결정한다. 나머지 50%는 분자의 구조와 원재료의 특성인데 이는 거의 동일하다. 즉, 내부에 어떤 가스가 채워져 있는가가 폴리우레탄의 단열성능을 좌우한다고 이야기할 수 있는 것이다. ​ ​ <폴리우레탄폼의 단열성능 결정인자, 출처 : 미쯔이 화학 카달로그> 이 가스는 별도로 주입하는 것이 아니라, 발포를 위한 가스가 우레탄이 발포되면서 내부에 머물러 단열성능을 높이는 역할을 하고 있다. 아래 표는 대표적 발포제별 열전도율을 표기한 표이다. 구분 끓는점(℃) 기체열전도율 (mW/mk ＠ 10℃) 공기중 인화 한계농도 (vol.%) ODP(오존 파괴지수) GWP(지구 온난화지수) CFC-11 24 7.4 none 1.0 1000 HCFC -141b 32 9.7 5.6 ～17.7 0.11 713 시클로 펜탄 49 11 1.5～8.7 0 25이하 HFC -245fa 15.3 14(40℃) none 0 1020 CO2 -79 16.3 none 0 1 ​ 현재 우리나라는 냉장고를 제외하고 모두 HCFC-141b를 발포제로 사용하고 있는데, 비교적 열전도율이 낮아 단열성능이 높게 측정된다. ​ 그러나, 문제는 상기 표 오른쪽의 오존파괴지수(ODP, HCFC-11과 상대 비교한 값)와 지구온난화지수(GWP, CO2와 상대 비교한 값)이다. 이 두 가지 값 때문에 CFC-11의 사용이 전 세계적으로 금지되어져 있고, HCFC-141b도 선진국은 이미 사용금지에 들어갔으나, 우리나라는 개도국의 지위로 아직까지 시장에서 대부분 사용되고 있다. 하지만, 올해(2013년) 녹색건축물인증기준이 변경되면서, 이 두가지 지수의 기준이 선진국 수준으로 강화될 전망이다. 즉, 지구온난화지수(ODP)는 0.1이하, 지구온난화 지수(GWP)는 100이하인 단열재를 사용해야 만 단열재 항목을 통과할 수 있다. 물론 이 부문의 점수를 받지 않더라도 다른 부문에서 점수를 획득하면 되므로, 매우 격한 변화를 기대하기는 어려우나, 폴리우레탄단열재 시장의 미묘한 변화가 예상된다. 다음 후보는 CO2이다. CO2는 표에서 보다시피 시클로펜탄보다 열전도율이 높다. 그러므로 이를 발포제로 사용하는 것은 경질폴리 우레탄폼의 열전도율을 더욱 높이는 결과를 초래하기 때문에 업계로써는 난색을 보일 수밖에 없다. 그러나, 시클로펜탄보다 더 환경친화 적 제품에 가까워질 수는 있다. 경질폴리우레탄폼의 난연성 ​ 이른바 경질폴리우레탄폼 중에서 PUR로 분류되는 제품은 난연제를 첨가한다고 하더 라도 난연성이 있다고 말할 수 없다. 이 난연 부분은 아래 PIR에서 추가적으로 설명 된다. ​ 시험성적서 중 아래와 같은 내용을 가진 제품이 있으나, 가스유해성시험을 통과하는 것은 모두 PIR 뿐이다. 그러므로 시험성적서에 있는 시험체 명이 그냥 “폴리우레탄폼” 이라고 적혀 있더라도 이는 폴리우레탄폼 중 PIR에 대한 시험성적서라고 이해해야 한다. (한가지 짚고 넘어갈 것은 아래 시험성적서를 우연히 인터넷에서 검색한 것인데.. 재미있는 사실은 전화를 한 6개 폴리우레탄 회사에서는 가스유해성시험을 하지 않았 으니, 시험성적서를 줄 수 없다고 이야기하고 있다는 것이다. 그러므로 아래 시험성적 서는 출처가 불분명하니 그저 참고로만 이해하시면 좋겠다. 이 글을 보시는 폴리우레 탄회사 중에 가스유해성시험을 하시고, 이를 밝힐 용의가 있으신 회사에서는 협회로 연락을 주셨으면 좋겠다.) 그러므로, PUR은 내단열재로 사용되어서는 안된다. ​ 또한 PIR 이라 하더라도 다른 유기단열재와 마찬가지로 유해가스가 나오지 않는 것은 아니기 때문에 그 역시 내 단열재로의 사용은 피하는 것이 좋다. ​

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경질폴리우레탄폼의 외 단열 가능성

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외단열 미장마감공법은 자재의 변형이 거의 없어야 하는 것이 중요한 요구사항이다. 이른바 온도에 의한 신축율이 높거나, 휨 특성이 크다면 외단열 미장마감공법에 사용되어서는 안된다. 폴리우레탄폼은 밀도가 높을수록 신축율이 적어지고, 휘어지려는 특성이 작아져 높은 밀도일수록 사용가능성이 높아지는데, 경질폴리우레탄폼 중 PUR은 PIR에 비해 성능이 떨어진다.

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그러므로 PUR을 외단열 미장마감공법에 사용하기 위해서는 밀도가 50kg/㎥은 넘어야 할 것으로 예상하고 있으며, PIR은 30kg/㎥을 넘기면 사용될 수 있을 것으로 보고 있다. 이는 ETAG-004 규정에 의해 외단열 미장마감공법에 사용 가능한 경질폴리우레탄폼은 PIR 중 밀도 30kg/㎥ 이상이어야 한다는데 근거한 추론이다.

PUR이 50kg/㎥을 넘기면 가격이 많이 올라가기 때문에 결국 PUR을 외단열미장마감공법에 사용할 일은 없을 것으로 보고 있다. PIR을 외단열 미장마감공법에 사용할 경우 허용크기는 1,000 x 500mm 이내이다.

수성연질(폴리우레탄 스프레이)폼

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수성연질 폴리우레탄폼은 재료의 비율을 조절하여 발포율을 매우 높힌 제품으로, 밀도가 낮은 반면(약 10kg/㎥이내)에 큰 체적으로 부풀어 오르고, 경화 후에도 일정한 탄성을 유지하고 있는 것이 특징이며, 경질폴리우레탄폼과는 다르게 Open Cell 구조로 되어져 있다.

수성연질 폼에 “수성”이라는 이름이 붙은 것은 폴리우레탄을 생성하는데 있어서 발포가스를 CFC계열이나 펜탄계열을 사용하는게 아니라, 물(H2O)를 발포제로 사용한다. 하지만 엄밀히 이야기하면 물로 발포되는 것이 아니라, 물이 원료와 화학반응을 일으켜 생성되는 CO2를 발포제로 사용한다고 설명되는게 맞다.

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<수성연질폴리우레탄폼, 출처 : http://www.ci.bellaire.tx.us/index.aspx?NID=917 >

상기 발포제별 특성표에서 볼 수 있듯이 CO2는 ODP와 GWP 지수면에서 매우 우수 하다. 또한 물을 매개로한 발포를 하기 때문에 위험도도 매우 낮다. 이 물을 매개로 한 CO2발포는 그 첨가제의 비율로 발포율을 조절해서, 고밀도발포를 하면 수성경질 우레탄폼이 되고, 저밀도발포를 하면 수성연질 우레탄폼이라고 불린다. (우리나라는 “우레탄”이라고 하는 명칭이 친환경 이미지를 만드는데 걸림돌이라고 판단 을 하셨는지, 대부분의 제조회사에서 “수성연질 폼”으로 불리우기를 희망하고 있다.)

모든 특징은 경질폴리우레탄폼과 같으나, 상기 가스 특성표에서 보다시피, 폼의 단열 성을 대부분 결정하는 발포가스가 CO2를 사용하는데, 가스 자체의 열전도율이 많이 높기도 하지만, Open Cell 구조라서 CO2는 빠른 시간 내에 공기와 쉽게 치환된다. 즉, 공기로 단열성을 가지게 되므로 기타 무기질단열재와 거의 같은 0.038~0.04W/mK 정도의 높은 값을 갖는다.

또한 CO2가스가 방출되므로 밀폐된 공간에서의 작업은 (당연하겠지만) 해서는 안되며 복장도 확실히 갖추어야 한다. (경질폴리우레탄 스프레이 폼의 현장발포는 인화가 되는 휘발성물질을 용제로 사용하기 때문에 밀폐된 공간에서의 작업을 더더욱 불가능하다.)

만약 경질폴리우레탄폼의 발포가스가 ODP 지수 등의 규제로 인해 CO2를 사용하게 된다면 수성폴리우레탄폼과 밀도 외에는 다를 바가 없게 되어 (Close Cell 이라 할지 라도) 열전도율은 지금 보다 많이 올라가게 되므로, 폴리우레탄폼 제조사의 고민이 깊어 질 수밖에 없다. 여기에 가스의 누출로 인한 경년변화까지를 고려한다면 더욱 그러하다.

** 수성연질폴리우레탄 스프레이 폼은 Open Cell로써 발포와 동시에 이미 공기와 치환이 되므로 경년변화가 없다.

수성폴리우레탄폼은 열전도율은 높고, 가격은 경질우레탄폼과 거의 같으므로 시장에서 는 크게 환영받지 못하고 있으나, 녹색건축물 등에서 요구하는 조건을 따지게 되면 시장은 확대될 것으로 전망하고 있다.

** 정리하자면 현재의 CFC-141b (9.7 mW/mK) 의 사용에서 시클로펜탄 (11 mW/mK) 으로 넘어가느냐, CO2 (16.3 mW/mK)으로 넘어가느냐의 문제인데, 예상되기로는 현재 의 매우 낮은 열전도율로 시장의 확대를 열어온 우레탄업계의 입장에서 비록 더 환경 친화적이긴 하지만 열전도율면에서 매우 불리한 CO2로 넘어가는 것은 어려울 것으로 전망된다. 물론 다른 대체 발포제의 대한 연구도 계속되고 있으므로 섣부른 예상은 아직 이르다.

** 우리나라 경질폴리우레탄폼의 열전도율이 대게 0.018~0.019 W/mK이지만, 유럽에서 생산되는 경질폴리우레탄폼의 열전도율이 대게 0.024~0.028 W/mK을 나타낸 다는 것 은 이미 유럽에서 CFC-141b를 사용하지 않는다는 것을 알 수 있다.

수성폴리우레탄 스프레이 폼의 목조 건축물 사용 가능성

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수성연질폴리우레탄 스프레이 폼의 수증기 투과성에 대한 시험성적서 샘플은 다음과 같다. 물론 특정 회사의 제품이라 설계/시공자는 각 회사별로 이를 확인해야 한다.

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30mm 두께의 수증기투과성이 54.2ng(m*s*Pa) 이므로, 이를 Sd-값으로 변환하면 0.12m 이고, 2×6 목구조에 이 제품이 전부 채워진다면 Sd-값은 0.51m 이므로, 이론상 투습이 잘되는 소재라고 볼 수 있으므로 이는 목구조에 적용할 수 있음을 의미한다. 그러나, 아래 내용과 같이 난연3급의 제품을 목구조에 적용할 수 있을지에 대한 진지한 논의가 필요하다. ​ 수성연질폴리우레탄폼의 난연성 ​ 시험성적서로는 난연3급에 해당한다. 업계에서는 경질폴리우레탄폼과는 다르게 유해가스가 전혀 나오지 않는다고 이야기하고 있다, 그러나 유기화합물의 특성상 불가능하며, 이에 대한 증거로써 아래 수성연질우레탄폼의 난연3급에 해당하는 가스유해성시험과 독성가스 시험성적서를 첨부한다. ​

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<수성연질폴리우레탄폼의 가스유해성시험성적서>

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<수성연질폴리우레탄폼의 독성가스지수 시험성적서> 참고로 독성지수는 전체 가스 중 기준치에 대한 발생량의 비율을 나타낸 것으로써 기준치보다 높으면 1.0 보다 큰 숫자로 표기된다. 일부 회사에서 주장하듯 “전혀 안나오고” 있지 않다. 또한 1.0보다 낮다고 해서 완전히 안전한 것도 물론 아니다. 유기단열재는 항상 화재에 대한 고려를 해야 한다. 그러므로 목조주택에 이를 사용할 경우에는 화재 확산을 막도록 석고보드를 반드시 두겹 이상 사용해야 한다. ​ 그러나, 그럼에도 불구하고 유기화합물의 단열재를 목구조에 사용하는 것에는 여러모로 권하고 싶지 않다. 이런 것은 국가가 확실하게 가이드라인을 제시해 주어야 할 것으로 보인다. (무기단열재를 사용해도 화재 시 구조체의 안전을 위해 석고보드 두 겹의 시공은 필수적이다.) 목구조가 내화구조(한시간)로 인정받은 것을 보면 12.5t 석고보드 두 장을 사용한 결과로 인정받은 것을 인지해야 한다. PIR ​ PIR은 Polyisocyanurate 에 배합재료를 달리해서 분자구조를 더욱 안전화 시킨 폴리우레탄폼이다. (개인적으로는 PUR과 PIR을 모두 폴리우레탄폼이라고 부르는 게 이해가 되지 않는다. 특성이 다르므로 업계에서는 미래 시장을 위해 다른 이름으로 정해야 하는 것이 맞지 않을까 하는 생각인데, 화학분야는 전혀 모르고 있고, 또 안다고 하더라도 명칭은 전문가의 영역이라 뭔가 이유가 있어서 같은 이름으로 부르고 있다고 생각할 뿐이다. 그래도 만약 이름을 달리한다면 “폴리이소시안 우레이트”는 너무 길어 결코 외우지 못하므로 “폴리이소시안폼” 또는 “개량폴리우레탄폼”이라고 하는 것은 어떨까 한다. – 관계자분께서는 애교로 보아주셨으면 한다. ) 이 소재를 좀 더 자세히 알고 싶은 분을 위해 영문이기는 하나 링크를 옮긴다. http://en.wikipedia.org/wiki/Polyisocyanurate PIR과 PUR의 분자구조 차이는 아래와 같다. ​

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보면 PIR이 환형의 안정적 형태를 취하고 있어 난연성, 온도 변형성 등에서 PUR보다 나은 결과를 보여준다고 한다. 열전도율도 동일한 가스를 사용하더라도 더 낮게 측정된다. (약 0.002 W/mK 정도 차이) 이는 참고한 문서에서도 언급되고 있지는 않지만 환형구조의 특성상 열전달 경로가 길어져 열전도율도 더 낮은 것이 아닌가 추측한다.

** 분자구조가 안정적이라서 제품 안정적이라하니… 화학의 세계도 참으로 아름답고 신비스러운 면이 있는 것 같다. 이 PIR은 최근 몇몇 국내 회사에서도 마케팅에 공을 들이고 있는 것을 쉽게 찾아 볼 수 있다. 그러나, 역시 동일한 회사에서 PUR도 만들고 있고, PUR의 사용이 아직은 많으므로 강력하게 PUR을 비판하고 있지는 않고 있다.

어찌되었건 여러 가지 면에서 PUR보다는 특성이 우수하다. 물론 가격도 더 비싸다. PIR의 특성 중 중요한 것은 난연성의 향상이며, 열에 의한 변형율도 적다. 그러므로 외단열 미장마감공법으로 사용될 수 있으나, 역시 유기질이므로 독일 규정에 의하면 다른 유기질과 마찬가지로 22m를 넘는 높이의 건물에는 사용될 수 없다. 난연3급이지만, 수성연질폴리우레탄폼과 마찬가지로 유해가스가 완전히 안나오는 것은 아니니 역시 사용에 주의해야 한다.

가장 큰 문제는 난연등급의 시험성적서를 제시하고 실제 현장에 들어오는 제품은 난연이 아닌 제품을 납품하는 회사도 있으니 개탄할 일< http://knnews.kr/news/articleView. php?idxno=625164 >이다. 무조건 싼 것만을 찾는 이 현상이 언제까지 지속될 것이지 궁금할 뿐이다. 다 함께 망하는 최단의 지름길로 달려가고 있다는 생각뿐이다.

그리고, PIR은 그 특성상 발포에 더 높은 온도를 필요로 해서 사실상 현장발포가 불가능하다. 그러므로 현장에서 스프레이 폼으로 발포 사용하는 모든 폴리우레탄폼은 PUR이라고 보아야 한다. 이는 현장폼이 모두 난연 등급을 받지 못한 제품임을 뜻한다.

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우레아 폼

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우레아 폼은 우레탄 폼과는 완전히 다른 물질이다. 이 물질은 수지계열이며 정식 명칭은 우레아-포름알데히드 폼(Urea-formaldehyde foam) 이다. “포름알데히드”라는 명칭은 많이 들어보았을 것이다.

이 폼은 1970년 이전에 서양에서 많이 사용을 하였으나, 수축이 심하고 경화 후에 부서져 내리는 많은 문제를 야기해서 사용이 중단되었다. 물론 그 뒤로 수축 율을 2~4%로 줄인 제품이 개발되었으나, 가장 큰 문제는 발포 시 다량의 포름알데히드를 방출했다는 것이다. 그러므로 제품의 개선을 떠나서 이제는 주거시설에 우레아 폼을 사용하는 것은 금지되어 있다.

최근에는 이 대체품으로 멜라민수지가 개발되어져 있다. 이 모든 내용은 위키 사전에 있는 내용을 그대로 옮긴 것이다. 아래 사진은 1970년대 이전의 우레아폼을 사용한 목조주택의 내부를 해체한 사진이다. 폼이 모두 수축되어 부서진 것을 볼 수 있다.



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<우레아품의 사용한 주택의 내부, 출처 : http://en.wikipedia.org/wiki/File:Urea-formaldehyde_insulation.jpg >

발포 과정이나 결과를 육안으로 보면 경질폴리우레탄과 거의 흡사하여 구분하기 어려 우나, 경화 후 만져보면 경질폴리우레탄 보다 더 경질이고, 그래서 쉽게 부서지는 것이 다르다. 앞서 이야기를 했듯이 체육관 지붕 등의 단열/방수 방법으로 경질폴리우레탄 폼을 뿌리고 그 위에 방수성능과 경도를 높이는 코팅제로 우레아 폼을 사용하는 경우 가 있는데, 포름알데히드는 대표적인 발암물질이므로 다량의 포름알데히드를 방출하는 우레아 폼의 작업 시 작업자는 반드시 방독면을 쓰고 작업을 해야 하며, 비록 법적 규제를 받지는 않지만 도심지에서의 작업은 금해야 한다.

이에 대한 내용은 아래 링크에서도 확인할 수 있다. http://buildipedia.com/knowledgebase/division-07-thermal-and-moisture-protection/07-20-00-thermal-protection/07-21-00-thermal-insulation/urea-formaldehyde-foam-insulation-material

앞 선 글의 폴리우레탄(PUR, PIR) 부분 에서 수성연질 폼을 짧게 다룬 바 있으나, 최근 목조주택에서 수성연질 폼을 사용하는 예가 늘어나서 이를 위해 별도의 섹션으로 분리하였다.

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5. 수성연질 폼

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기본적인 사항은 앞선 글에 있으므로 이 글에서는 개별적인 특성에 집중한다.

수성연질 폼의 특성은 아래의 물성에서 비롯된다.

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– 폴리우레탄의 일종이며,

– 오픈셀 구조이며,

– 밀도가 6~9 kg/㎥ 으로 매우 낮다.

– 발포제로 지구온난화물질을 사용하지 않는다.

– 난연3급이다.

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참고로 연질 폼과 경질 폼의 차이를 소재의 배합비에서 결정된다. 즉, 배합되는 소재 중에 “폴리올”이라는 소재가 있는데 이 물질이 폴리우레탄폼의 최종 물리적 성질을 결정한다. 연질에 사용되는 폴리올은 분자량이 3,000~8,000 정도 되는 상당히 긴 분자를 사용하고, 경질폼은 폴리올의 분자량이 200~1,000 정도되는 분자를 사용한다. 분자길이가 긴 소재를 많이 포함하고 있는 연질폼은 탄성이 있고, 발포비율 이 높지만, 경질은 그 반대의 성질을 가진다.

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<경질폴리우레탄폼, 출처 KPX Chemical co., LTD> ​ ​ ​ ​

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<연질폴리우레탄폼, 출처 KPX Chemical co., LTD>

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그럼 위에서 언급한 다섯 가지 내용으로 특성을 살펴본다.

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폴리우레탄폼의 일종

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소재의 근본적 구성은 폴리우레탄과 같다. 같은 계열이기 때문이다. 이는 화학적으로 매우 안정되어 있다는 뜻이다. 그러므로 건축용 소재로 사용되는데 무리가 전혀 없다. 또한 스프레이 폼 형식이라 구석구석 밀실하게 채워진다는 장점이 있다. 그러므로 자연스럽게 건축물의 기밀성능을 올릴 수 있다.

연질(딱딱해 지지 않음)이기 때문에 어느 정도의 탄성은 있으나, 눌린 후에 형태가 복원되지는 않는다.

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그러므로 작업 시 실수로 눌리지 않도록 주의해야 한다. 특히 단열 시공 시는 문제가 없으나, 석고보드 등 후 공정이 작업할 때 종종 이를 누르는 경우가 발생한다. ​ 오픈셀 구조 ​ 오픈셀이라고 하는 것은 Sd 값이 낮다는 의미이다. 이는 앞선 글에도 있는데.. 이를 다시 옮기면 다음과 같다. “30mm 두께의 수증기투과성이 54.2ng(m*s*Pa) 이므로, 이를 Sd-값으로 변환하면 0.12m 이므로, μ-값은 약 3.65 가 된다. 그러므로 140mm 두께의 2×6 목구조에 이 제품이 전부 채워진다면 Sd-값은 0.51m 이다.” ​

​<출처 : http://www.smartenergysprayfoam.com/spray-foam-insulation>

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문제는 이 낮은 Sd-값에 기인한다. 

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비록 폴리우레탄 자체가 부패하거나 하지는 않겠고, 곰팡이가 생길 수 있는 환경이 늦게 발현되겠지만, 문제가 사라지는 것은 아니다. 특히 심한 경우 내부에서 결로 수가 동결되었을 경우 그 늘어난 수분의 부피로 인해 셀 내부에 공극이 생기며, 이 공극은 다시 복원되지 않는다. (이 점이 글라스 울과 가장 큰 차이이다.) 복원되지 않는 공극의 수는 지속적으로 늘어나며 상황은 점점 더 악화된다. 즉, 시간이 갈 수록 내부의 하자가 커진다는 것이며, 이는 “집이 해가 갈수록 추워질 수 있다”는 의미이다. ​ ​ ​

또한 수성연질 폼은 그 구조상 “모세관현상”이 없다. 모세관현상이 없다는 뜻은 스스로 물을 빨아드리지 않는다는 의미이며, 이는 내부에 만약 결로 수가 생겼다면 내부에서 퍼지면서 증발하는 것이 아니라 지속적으로 흘러나온다는 뜻이기도 하다. ​ 그러므로 수성연질 폼을 내 단열재로 사용할 경우는 글라스 울과 마찬가지로 “실내 측에 방습층”을 형성해야 한다. 물론 “가변형 방습층”을 형성하면 더 좋다. 이는 선택사항이 아니다. 특히 목조 주택에서는 지속적 결로현상으로 인해 구조체에 손상이 갈 수 있기 때문에 방습 층없이 사용될 수는 없다. ​ “셀룰로우즈” 단열재에서도 다루기는 할테지만, 셀룰로우즈 단열재와 수성연질폼이 가장 크게 다른 특성은 “모세관현상”의 유무에 있다. 셀룰로우즈 단열재의 경우 단열재 내부에서 응축수가 발생할 경우 모세관현상으로 인해 그 수분이 단열재 내부에서 넓게 퍼지면서 서서히 증발하게 된다. 즉, 하자 발생 확율이 낮아지게 되는 것이다. 물론 포화수분까지 올라가지 않는 환경 하에서만 그렇다. ​ 밀도 8 kg/㎥ 내외 ​ 폴리우레탄이 밀도가 낮다는 의미는 그 만큼 접착력이 낮다는 의미이다. 그러므로 비록 시각적으로는 완전히 접착되는 것처럼 보일지라도 경질폴리우레탄의 접착력에는 한참 모자르다. 그러므로 천장에 내 단열로 사용될 경우 너무 두꺼우면 자중에 의해 탈락될 수 있다. 이 탈락이 되지 않는 최대 두께는 각 제조사에서 정보를 얻을 수 있다. ​ 또한 낮은 밀도로 인해 열전도율이 높다. ​ 인터넷의 어떤 글에서는 수성 연질폼이 0.034 W/mK 라고 주장한 글을 보았는데.. 아마도 둘 중의 하나일 것이다. 첫번 째는 의도적이든 실수든 단위를 잘못 기재한 경우이다. 즉, 0.034 kcal/m·h·℃ (≒ 0.040 W/m·K) 인데, 이를 W/m·K 로 오기한 경우이다. 오픈셀 구조의 단열재가 EPS와 열전도율이 같다면 EPS 는 모두 사업을 접어야 한다. ​ 두번 째는 내부에 CO2가 남아 있을 때 시험을 한 경우가 있을 수 있다. 이 경우 열전도율이 낮아 질 수 있다. 두 가지 경우를 제외한다면 오픈셀 구조의 수성연질폼은 0.039~0.040 W/m·K 의 성능을 가진다고 보아야 한다. 하지만, 역시 낮은 밀도 때문에 흡음성능이 뛰어나다는 반대 급부도 있다. ​ 발포제로 지구온난화물질을 사용하지 않는다. ​ 물을 기반으로 CO2 만 생성된다. 하지만 이는 수성연질폼만의 특성은 아니다. 모든 폴리우레탄 계열이 물을 발포제로 사용할 수 있기 때문이다. 즉 PIR 도 물을 발포제로 사용할 수 있다. 다만 열전도율이 올라갈 뿐이다. ​ 주의해야 할 사항은 CO2 만 나온다는 점이다. 이는 다른 발포제를 사용하는 단열재에 비해 지구온난화 예방에는 도움이 될지 모르나, 작업자에게는 매우 좋지 않다. 그러므로 다시 한번 당부 컨데, 수성연질 폼 생산사는 작업자의 복장과 착용 장비에 주의를 기울이고, 항상 교육을 해야 한다. 재료만 팔면 다가 아니다. ​ 난연3급이다. ​ ​가장 어려운 문제인데, 이 난연3급이 무엇을 의미하는지를 알아야 한다. 단어의 어감상은 “불이 잘붙지 않는 재료 중 3급” 이라는 뜻으로 들린다. 우리나라 법제가 조금 어렵게 되어져 있는데,, 화재와 관련된 소재의 등급에 대해… 건축법에서는 “불연, 준불연, 난연” 으로 구분하고 있으나, KS 시험규정에서는 “난연1급, 난연2급, 난연3급”으로 구분되고 있다. ​ 즉, 이를 같은 등급으로 구분하면 난연1급=불연, 난연2급=준불연, 난연3급=난연이다. 여기서 난연3급 (건축법상 난연재료)은 “6분 동안 가열(235℃) 후 잔류 불꽃이 없고(30초 미만), 그 재료의 연소가스 속에 방치된 쥐가 9분 이상 활동하는 재료” 이다. 여기에서 수성연질 폼을 내 단열재로 사용하는 것이 맞는가 맞지 않는가를 다 따질 수는 없을 듯 하며, 어떻게 하면 사용할 수 있는가? 에 집중해야 할 듯 하다. The International Building Code (IBC) 와 the International Residential Code(IRC) 에 의하면 Spray Polyurethane Foam (SPF) 이 사용될 경우 실내 마감재는 12.5mm 이상의 석고보드로 마감되어야 한다고 되어 있다. ​ 참고자료 및 사이트 ​ http://www.greenmaltese.com/2013/09/17/spray-foam-basics-for-the-fire-service-2/ http://inspectapedia.com/interiors/Foam_Insulation_Identification.htm http://www.greenbuildingadvisor.com/blogs/dept/green-building-blog/open-cell-foam-beats-closed-cell-foam http://www.pu-europe.eu/fileadmin/documents/Factsheets_public/Factsheet_22_Differences_between_closed-cell_and_open-cell_spray_polyurethane__PU__foam.pdf ​ ​ 6. 열반사단열재 ​ 열반사단열재는 특수단열재이다. 많은 다른 글에서 확인이 되듯 열전달의 세 가지(복사, 전도, 대류) 중에서 복사열만을 막는데 쓰이는 것이다. 어떤 열반사 단열재회사에서 주택의 열전달 중 복사열이 70% 인데. 이것을 막지 못하면 단열이 30%밖에 되지 않는다 라고 하시는 회사가 있다. 주택외벽에 복사열이 상당량인 것은 맞으나, 부피단열재 (EPS, XPS, 글라스울)로 그 복사열을 전혀 막을 수 없다 라는 말은 어폐가 있다. 단열재외부에 도달한 복사열이 결국은 전도열로 변경되기 때문에 엄밀히 이야기하면 부피단열재는 복사, 대류, 전도에 모두 효과가 있다라고 말해야 한다. 꺼꾸로 열반사단열재가 복사열에 대한 대응 효과밖에 없다 라고 이야기를 해야 옳은 이야기일 것이다. 그리고 열반사단열재가 첨단우주공학에서 개발된 것도 옳은 표현이긴 하다. 우주비행선이 300도가 넘는 고온의 복사열에서 기체를 보호하기위해 복사열이 97%이상 차단되는 열반사단열재를 개발한 것이고 물론 효과도 입증되었다. 그러나 한가지 소비자가 간과하는 것이 있다. 우리 생활환경은 진공이 아니라는 것이다. 즉, 열전도 물질이 전혀 존재하지 않는 우주공간과 지구 생태계의 상황은 한참 다르다는 것이다. 기체의 외부를 그냥 싸기만 하면 되는 진공상태의 우주공간과는 다르게 우리 주변엔 공기도 있고, 습기도 있고, 때도 탄다. 그러므로 열반사 단열재의 경우는 시험성적서의 확인이외에도 열반사단열재의 작용원리를 충분히 이해하고 적용해야 한다. 세 가지 열전달 중에 복사열만 대응되기 때문이다. 그러할 진데 복사열조차 제대로 막지 못하면 그냥 한장의 얇은 스폰지에 불과할 뿐이기 때문이다. 대게의 열반사단열재는 여타의 부피단열재처럼 여러 겹을 겹쳐 사용한다고 하여 그 특성이 배가 되는 것이 절대로 아니다. 어느 시공회사의 홈페이지를 들어가 보면 “복사열 차단에 탁월한 열반사단열재를 두 겹을 겹쳐서 사용하여 단열성을 2배로 극대화한…..”이라는 글을 볼 수 있다. 명백히 잘못된 표현이다. 두장이든 세장이든 네장이든 복사열의 차단은 거의 동일하다. (물론 각 열반사단열재의 단면 형상에 따라 단열성능이 조금씩 올라갈 수도 있다. 하지만 이 역시 겹쳐진 장수에 정비례하지는 않는다) 이는 복사열을 차단하고자하는 목적으로 개발된 열반사단열재의 특성상 단열재표면과 외장재사이에 일정 폭이상의 중공층이 존재해야 하기 때문이며 중공 층의 두께는 각 열반사단열재 회사별로 지니고 있는 특기시방서을 확인하여 설계에 반영되어야 한다. (통상적으로 25mm 이상) ​ ​ 아래 사진같이 콘트리트 면에 열반사단열재를 붙히고 조적도 깔끔하게 공간 없이 붙혀버린 경우이다. 시공성은 좋겠지만 효과는 없다. 말했듯이 단열성능은 전혀 기대할 수 없으며 그냥 5mm 스폰지를 넣은 것과 같을 뿐이다. ​ ​ <실패사례> 아래 그림처럼 바닥 슬라브와 온돌사이에 열반사단열재를 넣는 회사가 종종 있는데. 시공비의 여유가 많아서 그러신게 아니라면 그냥 돈을 버리시는 거라고 생각하시면 된다. 열반사단열재 회사에서도 현장에서 이런 용도로 주문을 하는 시공사가 있다면 구매를 말리셔야 한다. 그래야 시장의 신뢰가 올라간다. 또한 대게의 열반사단열재의 경우 투습이 전혀 되지 않는 구조로 되어 있으므로 사용 부위에 따라 통기성이 요구되는 부위에 사용할 경우 내부 습기가 배출되지 않아 문제가 발생될 수 있으므로 주의하여야 한다. 또한 알루미늄 2장 사이에 연질 폴리에스틸렌의 구조로 공기층을 둔 열반사단열재 제품도 있으나, 주의하여 할 것은 열반사 단열재 중 제대로 된 성능이 나오지 않는 제품일 경우 표면 온도상승에 따른 내부의 온도가 급격히 올라갈 가능성이 있으며 이는 여름철에 오히려 악영향을 줄 수도 있다. 즉, 제대로 만들어진 열반사단열재라면 내부 중공층이 단열에 도움이 될터이지만 그렇지 않을 경우는 독이 될 수도 있다. ​

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또한 스터드 등에 의해 표면에 직접 부재가 닿을 경우 단열 성능을 거의 기대할 수 없으므로 부분 결로에 의한 곰팡이 발생 우려가 있으므로 주의하여야 한다.

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아래 그림은 스터드 부위의 열교 모습을 시뮬레이션한 결과 이다. 가운데 스터드가 있는 부위에서 단열이 약화되어 있는 것을 볼 수 있다.

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<출처 : 송승영, 대한건축학회논문집 계획편 제25권 제6호, 2009년 6월>

마지막으로 열반사 단열재 표면에 상호를 크게 인쇄한 경우는 인쇄면의 반사율이 떨어지며 그에 따라 단열성능도 저하된다고 볼 수 있으므로 가급적 피해야 한다. 국내에서 아직 제품명 인쇄면의 반사율에 대한 데이타를 제시하고 있는 회사가 없기 때문에 어느 정도 반사율이 떨어지는 예측하기 어려우나, 알루미늄 표면에 일반 도료를 이용해서 인쇄를 했다면 열반사는 거의 기대할 수 없기 때문이다.

열반사 단열재는 외장 재료의 선정에도 숙고를 해야 하는데 특히 조적 마감과 같이 습식마감의 경우 모르타르 타설시 열반사단열재 표면을 자주 오염시켜 단열성능을 기대할 수 없게 되므로 가급적 건식 마감재에 사용하여야 하며 건식마감재라 할지라도 석재의 경우는 브라켓 고정을 위해 에폭시본드를 사용할 경우 열반사단열재 표면에 붙은 에폭시 면은 단열성능을 전혀 기대할 수 없으므로 역시 설계적용 시 피해야 한다.

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실패 사례 : 열반사단열재 표면의 오염>

아래 사진은 열반사 단열재에 석재를 취부한 모습이며 열반사단열재와 석재 사이의 중공 층이 거의 없어 단열성능을 기대할 수 없게된 현장을 모습이다. 사진의 실패사례처럼 중공 층의 유지가 열반사단열재의 생명이라고 볼 수 있다

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<실패 사례 : 열반사단열재와 마감재 사이에 공기층 누락> 하지만 결론적으로 열반사단열재만으로는 패시브 하우스에서 요구하는 열관류율 값을 맞출 수 없기 때문에 타 단열재와 혼용해서 사용해야 한다. 마지막으로 열반사단열재에 대해 고려할 사항은 표면의 반사정도가 곧 반사율을 나타내지 않는다는 것이다. 만약 열반사단열재가 외기에 직접 노출되어져 있다면 단파의 반사를 염두해야 하나, 모든 경우에 마감재로 가리워져 있기 때문에 마감재를 통해 들어오는 장파에 대한 반사율을 고려해야 하기 때문에 가시광선의 반사율은 큰 의미가 없다. 즉, 표면의 반사도가 높아 보이는 것과 실제 복사열의 반사기능과는 등가관계가 아니라는 이야기이다. 시야로 보이는 표면의 반사정도가 척도가 된다면 이 세상 최고의 단열재는 거울이 될 것이지만 실제로는 그렇지 않다는 이야기이다. ​ 열반사단열재의 성능 ​ 그럼 실제 열반사단열재의 성능은 과연 얼마나 될 것인가? 가 시장에서 가장 궁금해 하는 내용이다. 실제로 국내 주택과 근생을 비롯하여 병원, 업무시설 등 수많은 건물에서 열반사단열재가 시공되고 있다. 아래의 글의 내용은 열반사단열재 회사에서 제시하는 시험성적서와는 아주 큰 성능차이를 보이고 있다. 이 글을 보시는 해당 회사에서는 내용 중 오류나 이견이 있을 시 활발히 의견을 제시하였으면 하는 바램이다. 그렇지 않으면 우리가 흔히 보는 단층형 열반사단열재는 결코 사용해서는 않 될 제품이기 때문이다. 적극적 의견제시를 바라는 바이다. ​ 아래의 내용은 대한건축학회논문집 12권4호(통권44호) 2010년 12월 – 이무진, 이강국 – 기존 열반사단열재의 문제점 및 다층반사형단열재에 관한 연구 – 논문이다. 이 논문에서는 기존 열반사단열재의 열적 성능이 다른 비드법이나 압출법의 실험과는 다르게 단일품의 열적성능을 평가한 것이 아니라, 벽체 구성 속에 넣어서 실험하였기 때문에 그 결과치가 다른 단열재와 형평성이 떨어진다고 판단하였다. 이 실험논문은 챔버속에 열반사단열재만을 넣어서 그 자체 성능만을 측정한 의의가 있다. ​ 실험에 사용된 열반사단열재는 다음과 같다. 논문에서는 A-1(두께10mm, C사), A-2(두께11mm, S사), A-3(두께7mm, O사), A-4(두께 6mm, C사) 로 밝히고 있다. ​ ​ ​<출처 : 이무진, 이강국, 기존 열반사단열재의 문제점 및 다층반사형단열재에 관한 연구 - 대한건축학회논문집 12권4호(통권44호) 2010년 12월> ​ 이 시편을 양측 온도차 30℃로 하여 측정했을 때, 열관류 율은 다음과 같이 실험되었다.

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<출처 : 동일 논문> ​ 아래가 실험 결과 치이다. 괄호안의 표현의 현행(2011년 6월기준) 중부지방 외벽의 법정 열관류율인 0.36 W/㎡k 과 비교한 단열 성능이다. ​ A-1 : 2.3 W/㎡k (법정 기준의 15.6%), A-2 : 1.88 W/㎡k (법정 기준의 19.1%), A-3 : 2.19 W/㎡k (법정 기준의 16.4%), A-4 : 3.13 W/㎡k (법정 기준의 11.5%) ​ 단층 형 열반사단열재를 한장 사용하는 것은 법정단열의 11~19% 정도 밖에는 성능을 내지 못하고, 이를 조금 더 극명하게 표현하면 열반사단열재와 동일한 두께의 비드법단열재보다도 단열성능이 떨어지는 것이다. 즉, 두께 10mm의 열반사단열재는 동일 두께 10mm의 비드법단열재 보다도 성능이 안나오는 것이다. ​ 또한, 벽체 내부에서 장기적인 먼지쌓임 등의 오염으로 반사성능의 저하를 고려한다면 더욱 심각한 결과를 낳을 수 있음을 경고하고 있다. ​ 이어서 다층 형 열반사단열재의 가능성에 대해 언급을 하고 있다. 다층형이란 다수의 열반사단열재를 중간중간에 공기층을 두고 간격을 일정하게 유지하고 있는 형태를 말하는데, 단면으로 표현하면 다음과 같다. ​ ​ 각각의 알루미늄 박판을 10mm 간격을 유지하도록 100mm 간격으로 격리재(5mm x 10mm)를 설치한 시편이다. 이 단열재 4종의 측정 성능은 다음과 같다. ​ ​ <출처 : 같은 논문> ​ 괄호 안은 역시 현행(2011년 6월기준) 중부지방 외벽의 법정 열관류 율인 0.36 W/㎡k 과 비교한 단열 성능이다. ​ C-1 : 두께 20mm : 0.8 W/㎡k (법정 기준의 45.0%), C-2 : 두께 30mm : 0.53 W/㎡k (법정 기준의 69.9%), C-3 : 두께 40mm : 0.36 W/㎡k (법정 기준의 100%), C-4 : 두께 50mm : 0.23 W/㎡k (법정 기준의 156.5%) ​ 이는 동일 두께 비드법단열재의 약 2배~3배에 달하는 성능이다. ​ 즉, 열반사단열재는 반사 층을 형성하는 알루미늄 박판이 다층형 열반사단열재처럼 앞뒤로 모두 공기층과 직접 닿아 있어야 비로소 성능을 낼 수 있다는 뜻이다. 지금까지 한쪽면만 알루미늄박판으로 구성되어져 있고, 다른 한쪽은 구조체나 벽체에 직접 닿아서 시공을 하는 경우는 전혀 성능발휘를 할 수 없다는 것이 결론이다. ​ 이 실험에 사용된 시편의 조건도 눈여겨 볼 필요가 있다. 간격을 유지하기 위한 간격재의 크기와 위치이다. 실험에 사용된 실험체의 간격 유지재는 아래 그림과 같은 구조를 지닌다. (600mm x 600mm 공간에 시험과 동일한 간격재를 배열한 모습니다.) ​ ​ ​ 즉, 열반사단열재의 박판 사이에 간격재가 매우 드문드문 들어가 있는 구조인 것이다. 이 간격재의 크기가 커질수록 반사면이 축소되는 것을 의미하는 것이니, 다층형 열반사단열재라 할지라도 간격재의 면적을 면밀히 따지고, 공인 시험성적서와 비교하여 사용을 해야 하는 것이다.           사실 이 정도 분포의 간격재로 실제 제품에 적용될 수 있는지도 의문이긴 하다.  열반사단열재의 성능에 대해서 위의 실험과 결과가 거의 동일하게 나타난 다른 논문도 있다. 전현석, 최경석, 강재식, 이승언 <저방사율 박막단열재의 겨울철 열저항 특성에 관한 연구, 대한건축학회 학술발표대회 논문집 계획계 제29권 제1호(통권 제53집), 2009. 10.23> 이 그것이다 이 논문에서는 다음과 같은 실험체로 실험을 하였다. ​

















즉, 구조체 표면에 열반사단열재를 붙히고, 중간에 중공 층을 20mm와 50mm 두가지로 하고, 외부 마감으로 대리석을 두었다. 그리고, 대리석 상하부에 개폐가 가능하도록 하고 각각의 경우 열관류 율을 측정한 것이다. 겨울철 특성에 촛점을 맞추어서 온도 조건은 실내 20℃, 실외 0℃ 조건이다. ​ 결론은 다음과 같다. 괄호안은 역시 현행(2011년 6월기준) 중부지방 외벽의 법정 열관류율인 0.36 W/㎡k 과 비교한 단열 성능이다. (주의할 것은 이 시험 결과치는 콘크리트와 대리석을 모두 합한 열관류 율이어서 단열재만의 열관류 율보다 조금 더 좋게 결과가 나온 것이다.) ​ 1. 중공 층 20mm 가. 상하부 폐쇄 시 열관류율 : 1.47 W/㎡k (법정 기준의 24.5%) 나. 상하부 개방 시 열관류율 : 1.75 W/㎡k (법정 기준의 20.6%) ​ 2. 중공 층 50mm 가. 상하부 폐쇄시 열관류율 : 1.40 W/㎡k (법정 기준의 25.7%) 나. 상하부 개방시 열관류율 : 1.78 W/㎡k (법정 기준의 20.2%) ​ * 중공 층의 개방여부는 겨울철 기준이므로 폐쇄시에 더 좋게 나타났지만, 여름의 경우 오히려 반대의 양상이 나타날 수 있다.* ​ 결국 콘크리트와 대리석 효과를 고려하면 처음 논문과 결과가 다르지 않다. 즉, 단층형 열반사단열재는 동일한 두께의 비드법단열재와 성능이 비슷하거나 오히려 더 떨어질 수도 있다는 것이다. 그러나, 위와 같은 논란을 떠나서 법적으로 열반사단열재는 이미 예전부터 사용될 수 없었다. “건출물의 설비 등에 관한 규칙” 의 별표5의 내용을 보면 알 수 있다. [기준 별표5] 열관류율 계산시 적용되는 중공층의 열저항 공기층의 종류 공기층의 두께 da (cm) 공기층의 열저항 Ra [단위:㎡K/W] (1) 공장생산 된 기밀제품 2 cm 이하 0.086×da(cm) 2 cm 초과 0.17 (2) 현장시공 등 1 cm 이하 0.086×da(cm) 1 cm 초과 0.086 (3) 중공 층 내부에 방사율이 0.5 이하의 반사형 단열재가 설치된 경우 (1) 또는 (2)에서 계산된 열저항의 1.5배 표 맨 하부의 (3)항을 보면 방사 율이 0.5이하의 반사형 단열재가 설치된 경우는 (1) 또는 (2)에서 계산된 열 저항의 1.5배만 보도록 되어있는 것이다. 방사율 0.5이하는 모든 열반사단열재에 해당하며, (1) 또는 (2)에서 정한 열 저항 산정을 해보면, 열반사단열재는 당연히 현장시공이고, 상기 표에 1cm를 초과하면 두께에 상관없이 열저항이 무조건 0.086 x 1.5 = 0.129㎡k/W 이므로 이를 열관류 율로 바꾸어보면 7.75 W/㎡k 밖에 되지 않는다.. 즉, 단열성은 전혀 인정하지 않는다는 이야기이다. ​ 이 7.75 W/㎡k 을 비드법 1종1호(열전도율 0.034 W/mk) 로 환산하면 겨우 4.4mm 두께 밖에 되지 않는다. 다시한번 정리하자면 우리나라 현행법에 모든 열반사단열재는 비드법 1종1호 약 4mm 두께의 단열성만 인정된다는 이야기이다. 즉, 전혀 단열성을 인정받을 수 없고 사용해보았자 법적으로는 얇은 스펀지에 불과하다는 이야기이다. 시험성적서를 근거로 열반사단열재만으로 법정단열을 맞출 수 있다고 이야기하시는 분들의 의견을 듣고 싶을 뿐이다. ​ 물론 시험성적서도 우리나라의 기준이기는 하다. 하지만 열반사단열재가 시장의 신뢰를 얻으려면 우선 “건축물의 설비 등에 관한 규칙” 부터 개정될 수 있도록 명확한 근거와 논리를 제시해야 할 것이다.

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[단열재 부분] 단열재의 종류와 특성(위치별 포함)

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[단열재의 종류와 특성]

1. 단열재

단열재란 전도, 대류, 복사에 의한 열의 흐름을 크게 줄일 수 있는 단일 재료 또는 여러 재료의 조합을 말하며 이러한 재료로는 섬유질, 미립자, 막, 블록이나 공기층, 개방형 혹은 폐쇄형 셀과 또는 이들의 조합을 들 수 있다. 단열재의 유효 열전도계수는 몇 가지 특성에 의 이것은 고체물질이 상호 연결된 방법에 따라 크게 달라진다.

2 . 단열재는 열흐름의 열적 기능

1) 열손실이나 열획득을 줄여 에너지를 절약한다.

2) 표면온도 강하로 나타나는 표면결로를 방지한다.

3) 난방이나 냉방이 필요없거나 불가능할 때 실내기온의 변동을 줄여준다.

4) 공간내의 온도 변동을 줄임으로써 재실자의 쾌적감을 증진시킨다.

5) 방화재로서의 가치를 높이는 것도 있다.

3. 단열재의 부가적인 기능

1) 벽, 천정, 바닥 등의 구조적 강도를 증진시킨다.

2) 표면 마감의 용이성을 제공한다.

3) 침기와 투습을 방지한다.

4) 화재나 추운 온도조건 등으로부터 구조체의 피해를 막거나 줄여준다.

5) 소음이나 진동을 줄인다.

4. 단열재의 분류

1) 무기질 단열재

무기질 단열재는 유리질, 광물질, 금속질, 탄소질 등으로 나눌 수 있다.

– 유리질 단열재 : 유리면

– 광물질 단열재 : 석면, 암면, 펄라이트 등

– 금속질 단열재 : 규산질, 알루미나질, 마그네시아질 등으로 고온용 내화단열재로 사용

– 탄소질 단열재 : 탄소질 섬유, 탄소분말 등으로 성형

무기질 단열재의 일반적인 장단점은 열에 강하고 접합부 시공성이 우수하나 흡습성이 크고 암면, 유리면 등은 성형된 상태에서의 기계적인 성질이 우수하지 못해 벽체에는 시공하기가 힘들다는 것이다.

2) 유기질 단열재

유기질 단열재는 화학적으로 합성한 물질을 이용하여 단열재로 사용하는 것으로 흔히 ‘스티로폼’으로 불리는 발포폴리스티렌, 발포폴리우레탄, 발포염화 비닐, 기타 플라스틱 단열재 등이 있다. 유기질 단열재는 흡습성이 적고 시공성이 우수하지만 열에 약한 것이 가장 큰 단점이다. 그러므로 독자적으로 사용되지는 못하고 다른 재료와 복합적으로 사용되어야 한다.

5. 단열재의 세부종류와 특성

1) 유기질 단열재

1-1 EPS( Extended Polystyrene Sheet ) / 비드법 단열재, 스치로폴 ,발포 폴리스틸렌

그 밀도에 따라 등급을 구분할 수 있으며 통상 30kg/㎥이 가장 단단하며 열전도특성도 가장 뛰어나다. 장점은 현장에서 절단 등의 가공이 쉽다는데 있으며 시공방법에 따른 단열성능의 오차가 적다. 단점은 열에 취약하고 화재 시 인체에 해로운 가스를 발생시킬 수 있으므로 내단열재로의 사용은 피해야 한다. 주의점은 흡수율이 약 2~4%대로 상대적으로 흡수율이 높으며 이에 따라 단열성이 급격이 저하될 수 있으므로 직접 물에 닿는 부위에 시공은 불가하다. 그러므로 주로 지상층 외벽에 적용 되어야 한다. 그러나 미네랄 울보다 함수율이 적으므로 고온다습, 호수주변, 겨울철 일교차가 큰 지역에서 사용가능하다. 접착 모르타르 사용 시 단열재의 40% 이상 사방으로 돌아가며 접착제를 붙이고 중간에 몇 군데 더 첨가하여 공기층을 없애야 한다.

1-2 XPS( Extruded Polystyrene Sheet ) / 압출법 보온판 ,아이소 핑크

통상적으로 흡수율이 거의 없다. 그러므로 직접 물에 닿는 부위에 적용하여도 단열성능을 보장받을 수 있으므로 지하층 외벽에 적용이 가능하다. 동일한 밀도의 비드법 보온판보다 단열성능이 높으므로 벽체두께를 줄이거나 동일한 두께로 단열효과를 더 필요시 외벽 단열에 사용 할 수 있다.

1-3 폴리우레탄 폼 ( Polyurethane Foam )

폴리 우레탄폼은 POLYOL 와 ISOCYANATE 를 주제로하여 발포제 , 촉매제 , 안정제 , 난연제등을 혼합시켜 얻어지는 발포 생성물로서 , 주로 고성능 단열재로 사용되고 있으며 , 특히 보냉용 단열재로 전 산업에 걸쳐 사용 되고 있다 .

폼의 겉보기 밀도(bulk density)를 비교적 자유롭게 조절할 수 있으며, 아울러 어디에서나 현장에서 간단히 발포시킬 수 있다. 사용하는 원료 글리콜의 종류에 따라 폴리에테르폼과 폴리에스터폼으로 나눌 수 있는데, 앞의 것은 유연성이 좋고 뒤의 것은 공업용 폼으로 쓰기에 알맞게 딱딱하다. 따라서 이와 같이 만들어지는 폼은 초연질(超軟質)·연질·반경질(半硬質)·경질 등의 여러 가지 굳기를 가진다.

1-4 수성 연질 폼

최근에 개발된 뿜칠형 단열재이다. 일반 우레탄폼 단열재와 비슷하지만 물을 베이스로 한 단열재이기 때문에 친환경적이다. 열전도율 측면이나 기존 섬유단열재의 문제점인 열교현상을 방지하는 최신공법이나 별도의 기계장치가 필요하고 재료가 고가인 단점을 갖고 있다. 수성 연질 폼은 기포구조로서 재료는 1%에 공기가 99%로 이루어진 단열기포 형상 Spray 분사로 100배의 팽창 효과를 지닌다. 난영성 제품으로 화재시 유해가스가 발생하지 않으며 매끄러운 면에도 접착성이 우수하다.

1-5 우레아 폼

요소수지를 경화제와 공기를 사용하여 현장에서 발포시켜 시공부위에 주입 또는 분사시키는 단열재로서 폴리우레탄폼이 석유수지계 원료인데 비하여 우레아 폼은 요소수지계 원료이므로 가격이 저렴하고 내열성도 다소 높은 편이다. 우레아 폼은 분사식 단열재의 일종으로서 현장시공이 편리한 제품이다. 우레아 폼과 폴리우레탄 폼과의 구별은 요소수지계 원료인 것과 석유수지계 원료인 것의 차이가 있을 뿐 단열, 방음의 성능을 발휘하는데에는 큰 차이가 없다. 현장에서 사용할 때는 폴리우레탄 제품과 크게 구분을 하지 않고 사용한다.

1-6 네오 폴 ( Neopor )

흑연 함침공법에 의한 재료를 사용해 복사에 의한 열에너지의 투과를 막아주는 기능을 한다. 기존 단열재보다 15 – 20 % 얇은 두께로 시공이 가능하고 화석연료 사용을 50% 가량 줄여 준다고 한다.

1-7 에너포르

신개념 비드법 2종. 건축법상 가 등급 단열재 – 종래의 발포 폴리스틸렌에 흑연을 첨가하여 결정구조상 복사열흡수 개념을 도입했다. 동일비중의 단열재에 비해 열전도율이 10 – 20% 향상된 시술제품이며 열을 흡수하는 흑연을 첨가하여 동일기준의 기존 단열재에 비해 단열 성능이 20% 향상된 고효율 단열재이다. 높은 단열 성능으로 공간적, 경제적 최소화로 보다 향상된 에너지 및 자원의 절감 효과를 주는 친환경 제품이고 독립된 미세한 기포구조로 이루어져 습기, 곰팡이 등으로부터 영향을 받지 않는 웰빙 제품이다.

1-8 폴리에스터 흡음 단열재 ( T – MAX )

P0lyester 100%를 열압착 시켜 제조. 항균 및 방취효과가 우수하며 건물의 벽, 천장, 바닥 등의 흡음 단열 내외장재이다.

2)무기질 단열재

2-1 그라스 울 ( Glass Wool )

원료로 규사, 장석, 석회석 등을 1,500 – 1,600 도에서 용융하여 원심분리공법으로 섬유화한 후 Binder를 첨가하여 집면, 경화 제품화한 단열재이다. 불연성으로 불에 강하고, 단열, 흡음성이 양호하며 특히 화재의 위험이 있는 곳에는 무기질 제품사용이 필요하여 점차 사용이 확대되고 있다. 수분흡수로 인한 단열성 저하와 압축침하로 인한 유효두께 감소가 우려되므로 사용에 유의해야한다.

2-2 미네랄 울 (Mineral Wool ) / 암면

원료로 현무암, Slag, 안산암의 내열성이 높은 규산칼슘계의 광물을 1,500 – 1,700도C의 고열로 용융액화 시켜 고속 회전 원심분리 공법으로 만든 순수 무기질 섬유로 인체에 유해한 석면재질과는 전혀 다른 제품이다. 사용온도의 범위가 내열도 650도로 불연재로서 일반건축, 칸막이, 내화벽, 기타 산업용으로 널리 쓰인다. 내단열재로 사용 할 시는 습기를 조절하는 능력이 떨어져 시간이 지나면서 곰팡이의 서식지가 될수 있으므로 추가로 보통 방습 Foil 사용하며 시공 시 전기배선 등의 틈이 생겨 습기가 유입되지 않도록 철저한 차단이 필요하다. 대부분의 아파트에서 지하실 냄새의 원인이 되고 있으며, 겨울철 습기가 여름철 냉방으로 인해 증발하지 못하고 더욱 심해질 수 있어 주의가 필요하다. Glass wool이나 미네랄 울의 방습능력을 보충하는 자재를 추가로 사용하기도 한다.

2-3 나무섬유 제품 (황토 접목 ) – PAVACLAY

열전도율이 낮고 열축적능력이 높으며 습기로부터의 위험을 줄일 수 있다. 온도의 변화가 천천히 이루어 진다. ( 밀도와 관계가 있다) 황토는 습기조절능력과 복사열 반사능력이 탁월하여 내장재로 적합하다.

2-4 섬유질 단열재 (셀룰로오스 화이버)

종이 재활용 단열재. 폐지와 전분, 수지를 혼합하여 수증기로 발포, 압출 성형하는 발포 단열재이다. 열이나 소리를 거의 전달하지 않으며, 또 목질섬유 특유의 흡· 방습성에 의해 적당한 습도를 유지하는 작용이 있다. 1940년에 미국에서 생산을 시작했으며 70년대 오일쇼크 시 주택의 천정 블로우잉용 단열재로서 생산이 증가하는 등 구미에서 수요가 급속히 확대되었다. 천연 소재라는 점, 리사이클 제품이라는 점, 제조시 고온의 에너지를 사용하지 않는다는 점(省에너지), 단열효과가 크다는 점 등이 큰 특징으로서 최근의 고기밀·고단열 주택에 대한 요구 상승에 따라 주택 메이커 등에서도 기대를 걸고 있는 재료가 되고 있다.

[단열재의 종류와 위치별 특성]

1. 내단열

내단열은 일반적으로 아파트 거실이나 방에 있는 플라스틱 창호 주변입니다.

창호를 주위로 상부 (내부측)천정, 좌우(내부측) 벽면, 바닥등에 설치되는 단열재입니다.

천정에는 (천정내부에 있어서 보이지는 않습니다.) 보통 두께10MM의 판상 단열재를 설치합니다. 발코니와 외기로 부터 내부의 열을 보호합니다.

내부측 좌우 벽면에는 단열재를 설치하는 경우도 있고, 단열몰탈을 시공하는 경우도 있습니다.

바닥은 기포콘크리트라고, 일반 몰탈에 공기방울을 발생하는 약품을 첨가하여 다공성 바닥 콘크리트 설치합니다. 이 공기방울이 단열층을 형성합니다.

2. 외단열

외단열은 일반적으로 빌라, 저층 오피스, 오피스텔등의 건물에 많이 사용됩니다. 철근콘크리트 벽체 외부에 단열재를 설치하고, 보강메쉬를 부착하여 드라이비트 라는 외장재를 도포합니다. 외부에 단열재를 설치하다 보니 외장까지 고려해야 하므로 드라이비트라는 외장재를 많이 사용합니다.

가끔 빌라의 벽체를 손으로 두드려보면 “퉁,퉁”하고 물리는 소리가 날것입니다.

둘이 아니고 드라이비트라는 외장재로 시공한 것입니다. 다른 마감재에 비해 가격이 저렴하고, 시공이 간편합니다. 색상도 자유로이 표현할수 있어서 시공초기에는 매우 아름답습니다. 하지만 2~3년 정도 지나면 때가 타기 시작한다는 단점이 있습니다.

3. 중단열

중단열은 시멘트벽돌 사이에 단열재를 설치하는 공법입니다.

일반적으로 학교, 공장, 관리사무실, 노인정등에 주로 사용합니다.

단열재의 양면에 다른 마감재가 설치되므로 단열재를 위한 특별한 마감을 고려하지 않아도 된다는 장점이 있으나, 마감벽체의 두께가 두꺼워 진다는 단점이 있습니다.

여기서 단열재의 종류에는 일반적으로 스치로폴(스치로폴, 스티로폼-상표 이름입니다.)과 유리섬유, 단열몰탈 등의 재료가 있습니다.

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단열재의 종류,원리, 특징은?

단열재란? / Building insulation

글라스울은 석면의 대체 단열재로 저렴하고 효과가 좋다!

▶ 단열재란 일정한 온도가 오랫동안 유지되고 외부로부터 열손실, 열의 유입을 적게 하기 위한 재료를 말합니다. 공기의 열전도율은 0.025W/m·k로, 웬만한 단열재보다 매우 성능이 좋지만, 공기는 유동적이기 때문에 단열재 역할을 하지 못합니다. 그렇기 때문에 공기는 기본적으로 밀폐돼 있어야 하며, 밀폐된 상태에서 단열의 효과를 발생시킬 수 있습니다. 하지만 건축물에서 완전 밀폐란 거의 불가능하기에 복층 유리 사이의 공기층 등을 제외하고 단열성을 갖지 못합니다. 따라서 대부분의 단열재는 특정 물질의 구성재로 공기층을 가두는 방으로 만들어 지는 것이 특징입니다.

▶ 단열재를 사용 온도 따라서 구분해보면 ① 100℃ 이하의 ‘보냉재’, ② 100∼500℃의 ‘보온재’, ③ 500∼1,100℃의 ‘단열재’, ④ 그리고 1,100℃ 이상의 ‘내화단열재’로 나눌수 있습니다. 단열재는 되도록 열전도율을 낮게 하기 위해서 다공질이 되도록 만드는 것을 원칙으로 합니다. 여기서 다공질이란 재료에 작은 공기구멍이 있기 때문에 단열에 효과적인 구조를 말합니다. 단열재의 종류는 다양하며 각각의 단열재가 갖는 열전도율값을 서로 차이가 있습니다. 단열성능에대한 시험성적서를 확인하고, 단열재마다 취급방법이 다르기 때문에 이를 충분히 숙지하고 공사를 진행해야 합니다.

무기질과 유기질/단열재 재질에 따른 분류

비드법 1종 / 저렴하고 사용,취급이 편하다.

▶ 무기질 단열재는 열에 강하지만 흡수성이 큰 재료의 단열재를 말합니다. 접합부 시공성이 우수하며 암면, 유리면 등은 성형된 상태에서의 기계적 성질이 낮기 때문에 벽체에는 시공하는게 힘든게 단점입니다. 유리질, 광물질, 금속질, 탄소질 등이 있습니다.

유리질 단열재 : 유리면

광물질 단열재 : 석면, 암면, 펄라이트

금속질 단열재 : 규산질, 알루미나질, 마그네시아질 등으로 고온용 내화 단열재로 사용함

탄소질 단열재 : 탄소질 섬유, 탄소분말 등으로 성형

▶ 유기질 단열재는 열에 약하지만 흡수성이 낮은 재료의 단열재를 말합니다. 그렇기 때문에 독자적으로 사용하지 않고 다른 재료와 복합적으로 사용해야 합니다. 화학적으로 합성한 물질을 이용해 단열재로 사용하는 것으로 흔히 ‘스티로폼’으로 불리는 발포폴리스티렌, 발포폴리우레탄, 발포염화 비닐, 기타 플라스틱 단열재 등이 있습니다.

▶ 다른 형태의 단열재로는 아티론/아이스그란/퍼라이트/질석을 이용한 단열재/셀룰로스 단열재/ 요소발포단열재/염기성 탄산마그네슘 단열재/코르크판/광재면/다포유리 등이 있습니다.

단열재의 특성은?

아이소핑크는 열전도가 가장 낮고 습기에 강합니다.

① 열전도율

단열재에서 가장 중요한건 역시 열전도율입니다. 열전도율 값(숫자가 작을수록 성능이 좋음)은 단열재의 사용 온도에 의해 변하는 경우가 있습니다. 따라서 두 종류 단열재의 열전도율 값을 비교할 때에는 반드시 몇 ℃의 온도에서의 열전도율 값인지 확인해야 합니다. 또 열전도율 값은 단열재의 밀도와 관계가 있습니다. 같은 원료와 구성의 단열재라도 밀도가 작으면 열전도율 값은 작아지게[ 됩니다. 단열재는 본래 내장된 기체, 공기에 의해 단열 성능을 발휘합니다. 따라서 단열재는 내장된 공기와 구성 재료와의 체적비에 따라 열전도율 값이 다르게 나오는 것이입니다.

② 화학적 특성

화학적 특성의 경우 단열재가 다른 재료와 접촉할 경우, 그 자체가 화학적인 작용을 일으켜서 침식할 수도 있습니다. 대부분의 단열재는 화학적으로 안정적이기 때문에 위험성이 낮은 편이지만 비드법/스티로폼 단열재의 경우에는 화학적으로 약한 편이기 때문에 접착제 사용 시 침식될 수 있으니 주의해야 합니다.

③ 물리적 특성

물리적 특성은 단열재의 역학적 강도에 대한 문제를 말합니다. 대부분의 단열재는 역학적 강도가 취약하기에 구조체를 겸할 수 없습니다. 단열재는 일반적으로 다기포의 구성을 가진 연한 재료로 운반 또는 시공 중 파손되지 않도록 주의하도록 합니다.

④ 흡수성

단열재에서 공기층이 단열 효과를 갖게 한다. 이 공기층에 공기 대신 물이 찬다면, 물의 열전도율 값으로 바뀌므로 단열 효과는 떨어질 수밖에 없습니다. 특히, 물과 접촉하는 유기질 단열재는 그 자체가 부식되고 내장재와 외장재 등에 심각한 손상을 입힐 수 있습니다.

⑤ 불연성

건축용 단열재는 불연성에 대해 특히 신경을 써야 합니다. 단열재가 연소성이 있으면 화재가 발생했을 경우, 그 부분이 불길 역할을 하기 때문입니다. 유기질 단열재와 플라스틱 계열의 폼 단열재는 불연성 소재가 아닙니다. 이러한 단열재는 제조 과정에서 자기 소화성을 갖도록 난연 처리를 한 것입니다. 원료가 광물질인 글라스울이나 암면 단열재는 일반적으로 불연재에 속합니다..

⑥ 시공성

시공성은 단열재의 취급 용이성을 말합니다. 이는 공사 현장까지 운반뿐만 아니라 건축공사 시 가공 및 설치도 용이해야 한다.

단열재의 원리는?

단열재의 원리는 크게 저항형 단열과 반사형 단열이 있으며, 최근에는 두 가지를 혼합해서 사용하기도 한다.

▶ 저항성 단열재란 가장 보편적으로 널리 사용되는 원리로 비드법 등의 단열재를 사용합니다. 스티로폼과 같이 내부에 무수한 공기주머니가 열의 전달을 방해해 단열성능을 갖는 것이 원리입니다. 비드법, 글라스울이 저항성 단열재 원리로 만들어지며 부피에 비해 그 무게가 아주 가벼운게 특징입니다. 같은 무게에서 최대한 부피를 크게 하면 내부에 공기층이 많이 생기게 되는 원리로 만든 것이 바로 스티로폼(비드법)입니다.

▶ 반사형 단열재란 열의 분자를 반사시켜 단열을 하는 원리의 단열재 입니다.거울처럼 반짝이는 금속성 재질의 얇은 막을 이용해 햇빛과 열을 반사시켜 단열하는 방법입니다. 단열재의 부피나 두께가 얇고 중량이 가벼우며 건축물의 벽 두께를 줄일 수 있습니다. 하지만 공기층을 확보하지 않으면 단열 효과를 거두기 어렵기 때문에 시공 시 각별한 주의가 필요합니다.

단열재 소재의 종류와 특징은?

무기질 단열재의 종류와 특징 유기질 단열재의 종류와 특징

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건축 단열재 종류 및 특징

건축에 있어서 단열은 매우 중요한 부분을 차지 하고 있습니다.

건축 단열재 선택 방법에는 단열성, 내구성, 불연성, 방충성, 경제성을 모두 고려해 선택해야 하며건축물의 장소, 규모및 용도에 따라 선택의 방향은 달라질 수 있습니다. ​건축을 하면서 여름에는 시원하고 겨울에는 따뜻하게 만들어주는 가장 큰 역할을 하고 있는 것은 단열재 이므로 단열이 제대로 되지 않았을 경우에는 여름에는 온기가 겨울에는 냉기가 실내로 그대로 들어오면서 실내가 쾌적하지 않고 냉난방 에너지가 증가합니다. 그렇게 되면 냉/난방비가 증가하면서 경제적 손실 또한 늦따르게 됩니다.

단열재 종류

01. 경질우레탄폼 단열재 우레탄폼

우레탄폼 단열재는 단열부위에 분무하는 발포식 단열재로 팽창력과 접착력이 좋고, 차음성과 기밀성이 우수해 현장에서 많이 쓰는 효과적인 단열재입니다. 우레탄폼은 경질과 연질로 구분합니다. 경질(Closed cell)은 강한 재질의 우레탄폼으로 연질우레탄보다 밀도가 높고 열전도율이 낮아 단열등급 ‘가’군에 속하죠. 일정부분의 두께로 시공하면 방수기능을 얻을 수 있습니다. 열전도율이 우수하며, 단열성능도 좋고, 내구성이 양호합니다. 무엇보다 부착성능도 우수하고, 강도가 높아 외단열이나 중단열에 적합합니다.

하지만 우레탄폼 단열재는 가연성이라는 약점이 있습니다. 일부 난연성 제품이 판매되고 있지만 불에 약한 것은 분명하고, 유독가스 배출이 여전히 문제입니다. 시공 후 일정기간 유해한 냄새에 노출될 수 있고, 해충이 접근하여 번식장소로 이용할 수 있어 해충접근을 철저히 차단해야 합니다. 영하에서도 시공이 가능하지만, 양생시간이 1~2시간 필요해 겨울철에는 시공이 쉽지 않습니다.

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02. 연질우레탄폼 단열재 연질우레탄폼

연질(Open cell)은 경질에 비해 강도가 약한 우레탄폼으로 열전도율이 경질보다 높지만, 내구성이 좋고, 흡음성과 습도조절기능이 경질보다 우수합니다. 양생시간이 10초 이내로 짧고, 냄새도 경질보다 적습니다. 재질이 유연하고, 충진성도 양호해 균열이 없기 때문에 친환경 내단열 자재로 인기가 높습니다.

하지만 밀도가 경질우레탄보다 낮고, 열전도율이 경질의 60% 수준에 머물며, 방수기능도 없습니다. 따라서 내단열에 적합하나, 경질 수준의 단열성능을 확보하려면 일정부분 두께를 높여야 합니다. 강도가 낮아 어느 정도 강도가 필요한 곳에는 사용하기 어렵지만, 오히려 낮은 강도로 인해 못질이 가능하다는 장점을 얻습니다. 그래서 실내시공에 적합합니다.

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03. 발포폴리스티렌 단열재 비드법단열재

일명 스티로폼단열재로 불리며, 폴리스티렌 수지에 발포제를 첨가해 기포형태의 플라스틱으로 융착성형한 단열재입니다. 소재의 90%가 공기로 이루어진 반면, 밀도가 높아 열전도율도 낮습니다. 가격이 저렴하고, 차음성이 좋으며, 시멘트와 부착성이 우수합니다. 무게가 가볍고, 탄성이 좋아 시공성이 뛰어나기 때문에 대중화되어 있는 경제성 좋은 단열재입니다.

하지만 좋은 단열효과에도 불구하고, 70도 이상의 고온과 자외선에 약하며, 수분에 변형이 다소 있을 수 있습니다. 판을 부착하는 과정에서 이음매가 발생됩니다. 가연성은 우레탄폼보다 높습니다. 유독가스 방출도 많습니다. 과거 단열재에 대한 규정이 미흡한 시절에 조립식 판넬주택의 단열재로 사용되는 등 활용도가 높았으나, 다른 단열재에 비해 화재에 취약하다는 평입니다. 최근 난연성 제품이 판매되고 있습니다.

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04. 압축스티로폼 단열재 압출법단열재

일명 아이소핑크라 불리며, 폴리스티렌을 가열 융용하여 연속적으로 압축발포시켜 성형한 단열제입니다. 밀도가 발포폴리스티렌보다 높고, 열전도율도 낮아 단열등급 ‘가’군에 속합니다. 발포폴리스티렌과 비슷하지만 원료에 발포제와 난연재를 압출기에 용해혼합해 발포시킨 판상보드로써 단열성과 방습성이 더 뛰어납니다. 저비용에 무게가 가볍고, 시공성이 용이해 많이 사용됩니다. 수분을 적게 흡수해 세균이나 곰팡이에 강합니다.

하지만 발포폴리스티렌보다는 양호하지만, 여전히 고온과 자외선에 약하고, 판부착과정에서 이음매가 발생되며, 가연성과 더불어 화재시 유독가스를 방출합니다. 물을 흡수하지 않아 발포폴리스티렌보다는 장점이 있어 주거용 건축의 외부, 내부에 두루 사용됩니다만, 콘크리트 타설에는 어려움이 있습니다. 압출법단열재는 초기 경시변화(經時變化: Aging)가 심해 내구성이 약화되면서 단열성능이 낮아지기 때문입니다.

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05. 유리섬유 단열재 그라스울, 인슈레이션

그라스울(Glasswool) 혹은 인슈레이션(Insulation)이라고 불리우는 유리섬유는 용융유리를 섬유성질로 만든 단열재입니다. 최근 단열성을 인정받아 클라이밍부츠나 스키부츠에도 사용됩니다. 무기질 재료이기 때문에 고온과 화재에 안전합니다. 그래서 절연재로도 사용됩니다. 압축정도에 따라 밀도가 가장 높은 단열재로 제작될 수 있어 열전도율도 연질우레탄폼 수준까지 낮출 수 있습니다. 가격이 저렴하고, 불연성이기 때문에 방화 용도로 광범위하게 사용됩니다.

하지만 무겁습니다. 유리섬유 자체는 흡습성이 없지만 단열메트가 습기를 머금을 수 있어 시공 후 시간이 지나면 밑으로 쳐지는 등 단열메트 구조가 변형될 경우 기밀성과 단열성이 떨어집니다. 시공과정이나 시공후 외부충격으로 외부보호막이 훼손될 경우 유리섬유가 노출될 수 있습니다. 유리섬유는 인체와 접촉하면 피부염, 호홉기관질환을 야기할 수 있다는 의학보고가 있습니다.

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06 .미네랄울 단열재 암면 단열재

미네랄울(Mineral Wool)은 규산칼슘의 광석을 고온으로 용융시켜 만든 암면을 내심재로 사용하여 불에잘대 차지않으며 내열성이 높아 700도의 고온에도 변함이 없어 완벽한 방화성능을 지니게 됩니다. 뛰어난 단열성은 물론 흡음성, 완벽한 불연성능 까지 지니고 있습니다. 암면(Rock Wool)단열재라고도 합니다.

하지만 공기중에 장시간 노출시 풍화 발생되며 습기에 유리섬유 단열재와 함께 습기에 취약합니다.

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07. 셀룰로오스 단열재 셀룰로오스

셀룰로오즈(Cellulose)는 목재나 식물의 섬유소를 말합니다만, 목재를 가공한 단열재가 아니고, 목재로부터 만들어지는 종이를 재활용하여 난연재를 첨가해 제조합니다. 셀루로오즈는 목재 사이에 충진재 방식으로 충전되면서 시공됩니다. 빈틈만 없다면 밀도가 높아 단열성, 차음성, 기밀성이 좋습니다. 패시브하우스나 에너지절감주택에 시공되는데, 목조주택의 축열기능을 향상시키는데 효과가 좋고, 유리섬유보다 친환경적이어서 각광을 받습니다. 화재시 유독가스가 적어 유럽 등 전세계 주택에 다양하게 사용됩니다.

하지만 문제는 습기입니다. 종이가 원재료이므로 흡기를 먹으면 밑으로 처지면서 단열성이 현저히 떨어집니다. 붕산계열의 난연재를 첨가하지만 불연이 아니기에 화재가 발생하면 화염이 구조체에 전달될 수 있습니다. 시공시 블로우인공법으로 합판을 설치한 후 셀루로우즈는 타설하는데 압력으로 배가 불러올 수 있어 적합한 밀도유지를 위해 합판을 튼튼하게 설치해야 합니다.

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08. 페놀폼보드 단열재 PF보드

PF보드는 400~500℃ 내화성을 갖춘 열경화성 수지를 90% 이상의 독립기포율로 발포시킨 고성능 단열재입니다. 압출스티로폼 단열재보다 밀도가 높고, 경질우레탄폼에 유사한 낮은 열전도율을 자랑합니다. 글라스울, 에어크리트보다는 불연성을 갖추지는 못했으나, 준불연성으로 유독가스도 최소화되어 외장단열에 인기가 높습니다. 경시변화가 거의 없어 장기성능 유지에 유리합니다. 시공가격대비 단열성이 좋아 냉난방비 절감에 유리하며, 흡음성도 좋고, 친환경발포가스를 사용해 친환경성도 갖췄습니다.

하지만 판부착식으로 이음매가 발생될 수 있고, 현장시공시 기능공이 필요합니다. 특히 시공시 알루미늄호일 코팅부분을 난연성능이 필요한 바깥 방향으로 시방서에 따라 정확히 시공해야 합니다. 수분에 의한 성능저하에 취약할 수 있습니다.

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