제로 에너지 주택과 최소 연료로 하우스 재배를 실현할 수 있는 단열재

[휴맨]

대구 엑스코에서 열린 제 12회 건축자재전을 참관했는데 나는 건축 자재들 중 친환경 자재와 단열재에 대한 관심이 많다. 에너지 제로 주택에 근접하는 패시브 하우스의 열관류율은 ㅇ.15w/m2 k 이하다. 스티로픔 260mm 두께에 해당되는데 우리네 주택 법규로 천정에는 100mm,벽체에는 50mm 이상이면 허용되니 패시브 하우스에 해당되는 단열재 두께에 비하자면 절대 미달되는 두께이다. 그렇지만 260mm 두께를 사용하게되면 벽체가 너무 두꺼워지니 내부 면적이 줄어들게되고 마감 공사 등에 문제가 발생되므로 두께가 얇은 고성능 단열재가 필요한 시점이다. 주택용 단열재로 사용되는 단열재 중류를 보면 1.가장 널리 이용되는 스티로픔 2.아이소 핑크 3.주로 목조 주택에 이용되는 유리솜(그라스 울)과 암면(미네랄 울, rock wool) 4.주로 상가나 빌딩의 외벽 단열재로 이용되는 열반사 알루미늄 단열재 등으로 나눌 수 있다.

단열재란 전도,대류,복사 방식으로 물체를 통한 열의 이동을 차단하거나 이동량을 줄여주는 역활을 담당하는데 어떤 단열재라할지라도 사실 열의 이동을 지연시킬 뿐 완벽하게 열을 차단시킬 수는 없다고 본다. 스티로픔의 경우 앞서 건축법 상 규제하는 지붕 100mm,벽체 50mm는 패시브 하우스 단열성에 비하자면 지붕은 160mm, 벽체는 210mm나 미달되는 두께인데 그나마 스티로픔의 밀도로 분류할 때 1호에서 4호까지 있지만 이에 대한 규제가 없다보니 건축업자로서는 그 중 단열성이 높은 1호는 비용 문제로 잘 사용하지 않는다.

여름날 모래 위에 50mm 스티로픔을 땅바닥에 깔고 낮잠을 즐기고 일어나게되면 등이 젖게 되는데 이는 스티로픔이 통기성, 투습성으로 인해서 지면의 습기가 체온이있는 열원쪽으로 이동하는 까닭으로 이해한다. 단열재의 통기(通氣)는 공기 대류를 뜻하는 바 대류로 인한 열관류가 진행됨을 유추할 수 있다. 공기 흐름은 단열재 내부에 습기 형성을 막을 수 없다는 뜻인데 이런 원리로 생각하면 습기로해서 복사열과 전도열에도 취약하다고 볼 수 있다. 또한 스티로픔의 각 틈새를 같은 원리로 이해해보면 가로90cm, 세로 180cm 쯤의 스티로픔으로 벽체를 단열할 때 이어지는 부분을 내구성이 있는 톄이프로 공기 흐름을 차단하지 않는다면 스티로픔 틈새로 복사,대류와,전도에 의한 모든 열관류가 일어나서 실내의 전체적 단열성을 크게 떨어뜨릴 수 있는데 이를 보완하는 방법으로 3*6 규격보다는 4*6 규격인 가로 120cm, 세로 240cm쯤의 4*규격을 사용해서 이어지는 틈새를 줄이고 세밀한 테이핑을 해야한다. 4*8 규격은 시중에 흔치않고 업자에게 요구해도 잘 응하지 않으므로 건축주가 스티로픔 생산공장에 미리 주문하면 되는데 이때 밀도가 높은 1호 짜리를 선택해야할 것이다. 하지만 스티로폼 자체가 지닌 투습,통기 등의 물성으로 인한 열관류는 어쩔 도리가 없으니 그로해서 패시브 하우스 수준에 접근하려면 스티로폼이 엄청 두꺼워질 수 박에 없다.

                                         (외부 OSB 합판, 내부 난연성 스티로픔)

너비 91cm 길이 182cm 규격으로 제작된 OSB 스티로픔 패널, 패널 제작과 보관 이동 및 설치에 소용되는 경제적 과부하,,,

간극이 많아질 수 밖에 없지만 스티로픔 밖으로 합판이 있음으로해서 간극을 테이핑 할 수도 없을 뿐 아니라 압출판 단열재인 스티로픔 자체의 투습 및 통기성으로 인한 태생적 문제 뿐 아니라 그 틈으로 열교환이 발생됨으로써 단열단열 문제 및 시공성 등 비경제적이고 저효율적 단열방식으로 생각합니다. 또한 외부의 합판으로인한 스티로픔 간의 밀착 시공이 방해받을 수 있을 것으로 추측합니다.

부피 단열재인 스티로픔, 아이소핑크와 열반사 단열재의 동일한 단열성에 대한 두께 비교

패널간 요철 구조로해서 맞물려서 시공되는 샌드위치 패널

 공장 내 공간 구획에 이용한 스티로픔 판넬

내부 단열재를 합판으로 보호된 1평 이하로 토막난 살둔 패널에 비해서 맞닿는 부분으로의 대류열을 저지시키기에 유리한

더 넓고 훨씬 더 길게 제작된 샌드위치 패널,,, OSB 합판 패널에 비해서 친환경적이진 않지만 대류열 저지에는 보다 효과적이지요.

압출법 보온판이라는 용어로 분류되는 아이소 핑크는 IC 인더스트리란 회사에서 개발했는데 국내에서는 (주) 벽산에서 생산하는 단열재로서 스티로픔과 같은 형태이지만 스티로픔처럼 작은 알갱이를 발포 후 숙성시키는 방식이 아니라 재료를 녹여서 압출 생산방식으로 전체가 하나의 판으로 이뤄져서 스티로픔에 비해서 투습계수가 낮고 압축강도가 높은 단열재로서 각각의 알갱이로 이뤄진스티로픔과는 달리 기밀성으로해서 공기 흐름이 낮다보니  대류열로 인한 열손실이 스티로픔에 비해서 훠씬 적다. 대부분의 사람들이  비드법 보온판이라고 하는 스티로픔(발포 폴리스티렌 보온판)은 알지만 아이소 핑크에 대해서는 잘 모르는데 단열이란 열의 이동을 줄이고 지연시키는 것이 목적인데 공기가 흐른다는 것은 곧 열의 흐름을 뜻하는 것으로 가능하면 이러한 대류열이 일어나지않는 기능이 반드시 필요하다고 볼 때 아이소 핑크가 스치로픔보다 단열성능이 뛰어나고 시험성적서에도 나타나 있다.

목재 주택에 사용되는 단열재로 유리와 모래에서 추출하는 유리솜과 암석에서 추출하는 암면이 있는데 이들과 유사한 모양을 한 석면 역시 암석에서 추출한 제품이지만 폐에 축적되면 어떠한 물질대사도 일으키지 않고 폐암 등을 유발하는 발암 물질로 규명되었고 지금은 제조 금지되어있다. 유리솜과 암면은 경량 목조주택을 건축할 때 구조재로 세워지는 두께 2인치에 넓이 6인치 목재 기둥들 30cm 쯤의 공간을 충진시키는 솜과 같은 형태의 인공 섬유 사이에 공기층이 유지되는 단열재인데 이 섬유와 공기층 사이로 공기가 흐른다. 장작불에 15cm 두께의 경량단열블럭인 ALC 블럭을 올려두고 손바닥을 누르고 있어도 그리 열을 느끼지 못하는데 시멘트 블럭이라면 삼겹살이 구워질 것이다. 그런데도 20cm 두께의 ALC 브럭을 사용해서 집이 완공된 후에 지내보면 실내가 추운 느낌이 들 정도로 업체들 홍보와는 결과가 많이 다름을 느낄 수 있는데 역시 통기성으로 인한 단열성 저하의 결과로 본다.

목조주택과 ALC 주택의 강점으로 숨쉬는 주택이라는 건강적 측면을 내세우지만 나는 건물의 단열면을 두고 볼 때 공기 흐름은 단열이란 원래의 목적과 완전 배치된다고 생각한다. 해당 업체에서는 유리면이나 암면을 비닐 커버로 밀봉했으니 먼 말이냐하겠지만, 또한 ALC 블럭 역시 단위 블럭 1장에 해당되는 재료의 단일 단열 시험성적서를 내세워서 이의를 제기하겠지만 완성된 건물에 숨어있는 시공의 함정을 모르거나 애써 외면해서이다. 비닐로 밀봉된 유리솜은 단연 단열성이 우수하고 ALC 블럭 역시 그리 나쁘다할 수 없겠지만 유리솜의 경우 목재 기둥들 양측과 아래 위의 틈과 기둥으로 30cm 정도의 간격으로 2인치 두께에 6인치 넓이로 서 있는 목재기둥 자체의 전도열에 의한 열의 이동과 기둥과 유리솜 사이의 공기 흐름으로 인한 대류현상이 발생된다.

ALC 블럭의 경우 블럭의 규격이 세로 30cm에 가로 60cm로서 일반적인 주택의 경우 높이로 보통8장 반 정도가 층층으로 조적된다. 다시말하자면 9장 사이마다 블럭을 고정시키는 접착제로서 몰탈이 사용되는데 높이와 넓이로 조적되는 과정에서 아무리 정교한 시공일지라도 수직과 수평 문제로 미세한 틈들이 발생하게 된다. 또한 접착용 몰탈에는 블럭처럼 미세 공기층이 없다보니 이것이 전도열 이동의 매개체가 됨으로써 주택의 전체적 단열성을 떨어뜨리는 것으로 짐작된다. 또한 독일에 비해서 연간 강우량이 배 이상되는 국내 기후로 볼때 흡습성이 강한 ALC 블럭은 외벽 마감재에 방수처리가 되지 않으면 비에 젖게 되면서 단열성이 크게 떨어지는데 시공에 특별한 관리가 필요하지만 대개 방수를 생략하는데 이럴 경우 동절기에는 물에 젖은 벽면이 동파되어서 벽면 박리 현상이 발생됨으로 ALC 건축에서 방수는 필수라 하겠다.

일본의 석탄재를 수입해서 시멘트 원료에 섞어 쓸 뿐 아니라 환경부의 허락으로 폐 윤활, 절삭유에 폐 페인트 락카 폐 타이어 슬러지 슬러그,,, 온갖 산업 폐기물을 기업에서는 폐기물 처리 비용의 반값으로 시멘트 회사에 처리하고 시멘트 생산업체들은 이 산업 폐기물들을 소성로의 연료로 이용하고 그 잔여물들을 시멘트에 사용하다보니 무기질인 석회가 주원료가 될 시멘트에서 휘발성 유기물이 검출되고 인도나 중국 시멘트에서는 미미하거나 전혀 검출되지도 않는 발암무질이 무려 100ppm이나 농축된 국내산 시멘트는 중국이나 인도산에도 비할 수 없는 반건강적이다. 그런데 미국에서는 오래된 시멘트 건축물에서 발생되는 라돈가스로해서 숨지는 사람이 매년 21.100명으로 집계 발표하는데 우리네 시멘트 건물은 라돈가스 외 그 보다 더한 여러 독성들이 가득 혼재되어있을 것으로 추측되기에 개인적으로 ALC 건축을 반기지만 단열성 면에서 좀 더 보완시공하면 좋겠다는 생각이다. 그 보완책으로써 여러 장을 조적하는 것 보담 30cm 두께의 판넬을 사용해서 한 쪽 벽면 전체를 세운다거나 조적조일 경우 이중 조적으로 중간에 단열재를 필히 삽입하든가 아니면 내부 마감재 안에 열반사 단열재를 시공하는방법을 적용하면 원래 광물질로 제조하던 무기질 시멘트에서 산업용 쓰례기를 소각한 잔여물을 혼합해서 제조하다보니 무기물 시멘트에서 유기 화합물이 검출되는 반건강적 시멘트 위험에서 벗어날 듯 하다고 생각한다.

목조 주택 전용으로 유리솜과 암면만으로 생각하는 경향들이 있는데 앞서 지적했듯이 이들 단열재는 밀봉 포장되지 않은 제품도 있고 그렇다할지라도 구조상 공기흐름을 차단할 수가 없다. 목조 주택을 건축하되 건축주 소신으로 시공자의 자기편의적 갖가지 명분에 휘둘리지 말고 뒤이어 소개할 열반사 단열재를 사용한다면 패시브 하우스에 근접할 무연료 주택을 실현할 수 있다. 2*6나 2*8의 구조목이 세워지고 외부 쪽으로 OSB 합판이 마무리된 후 유리솜을 내부 기둥들 사이로 충진하고 그 다음 열반사 단열재를 한 번 더 적용하면 진정한 단열효과를 누리면서 사계절 내내 만족할 것이다. OSB 합판과 구조목 사이에 열반사 단열재를 시공하면 단열성이 보다 뛰어나겠지만 합판과 기둥의 결착력을 방해해서 구조적 안전에 문제가 있으니 아쉽지만 틈새없이 내 단열 시공으로 하면 된다. 주택의 완벽한 단열성을 원한다면 OSB  합판을 외부에 한 번 더 덧붙이면 되는데 나라면 이 방법을 택할 것이다.

열이동은 전도 대류 복사의 형태로 일어나는데 이중에서 열이동(열관류)이 가장 크게 일어나는 것이 복사열에 의한 열손실이다. 열관류 전체의 85%를 차지하고 전도와 대류에 의한 열이동은 합쳐서 15%에 불과하다. 여름날 거대한 바위 전체가 낮동안의 태양열에 의한 복사열로 밤새도록 뜨거워지고 검은색차가 복사열로 더 뜨거워지고 하우스 내 터널용 보온 덮개가 검정색인 것도 태양열을 더 많이 복사, 흡열하기 위해서다. 스티로픔이 생략된 오래된 콘크리트 집에서 밤새 무더위로 잠못이룬 경험이 있는데 낮동안 복사열로 달구어진 옥상 콘크리트가 방안으로 열을 밤새도록 방사한 까닭이다. 이때 그늘막을 설치하면 복사열을 어느정도 막게 되어 덜 더워지는데 같은 이치로 농가용 컨테이너 위에 조립식 패널을 씌우는데 그러면 그렇게 땀나던 콘테이너 내부가 많이 시원해지는데 바로 복사열을 샌드위치 판넬이 막아준 것인데 콘테이너와 샌드위치 판넬 사이에는 공간이 있어도 여름철에는 훨씬 덜 더워진다. 그렇지만 이렇게 패널이 단열 대상과 떨어지게되면 겨울에는 단열효과가 없다는 것이 이상한데 이는 복사열은 막았지만 패널이 컨테이너와 떨어져있는 탓으로, 물체와 떨어져있는 관계로 전도열 이동을 막을 수 없기 때문이다.

오래 전에 호주에서 수입되는 열반사 단열재를 농가의 축사 강판 지붕 아래에 덮혀있는 것을 봤는데 바로 복사열을 차단하기 위해서다. 콘크리트 벽이 태양열로 뜨거워지고 그 열이 콘크리트를 통해서 내부로 전도되는데 이를 콘크리트나 벽돌벽 외부에서 차단하는 단열재로 스티로픔 아이소 핑크 유리면이나 암면 등이 있는데 거울의 원리처럼 열을 반대로 반사시키지는 못한다. 그렇다면 하나의 단열재가 복사,전도,대류열을 방해하는 기능을 가졌다면 여름과 겨울에 구분없이 효율적일텐데 이러한 복합적 기능을 고려해서 개발된 단열재가 열반사 단열재라고 하겠다. 월간 건축에서 호주산 열반사 단열재에 오래 전에 형성된 정보로해서 그동안 무심했던 열반사 단열재였지만 연속되는 공기층으로 이뤄진 구조에 호기심이 생겼다. 그 옛날 보일러 방열관이 깔리는 바닥층 아래에 지금은 발매금지된 석면을 사용하는 시행착오를, 순전히 말릴 수 없는 호기심으로 사용한 적이 있는데 생각해 보라. 벽면처럼 공간 형성이 되지 않는 방바닥에 솜으로 깔았으니 몰탈 무계로 납작해지고 그로해서 공기층이 앏아지니 어찌 단열성이 유지되랴!  그렇지만 단 한 번 시공착오로 끝냈답니다.

전체 열관류의 85%에 해당되는 복사열을 차단하기 위해서 단열재 표면에 알미늄으로 피막 코팅했는데 이 알루미늄 위 특수 피막이 공기 중에 적외선 상태로 이동하는 복사열을 흡수하거나 흡수해서 반대면으로 방사,방출하지 않고 고반사 저방사 원리에 의해서 복사열을 차단한다고 한다. 저방사라는 표현을 두고 볼때 복사열을 100% 방사하지는 않겠지만 여타 단열재가 갖지 못한 특별한 기능으로 본다.이러한 단열재 제품으로 토이론과 아티론이 있는데 이날 내가 확인햇던 로이 단열재 제품처럼 알루미늄 박막 위에 각종 유해물질들과 시멘트 벽의 알칼리에 의해 부식을 방지하는 부식방지처리를 햇는지는 알수 없다. 정보를 접하는 대로 본 내용을 보완 수정할 생각이다. 박막 단열재 표면이 반짝거린다고 해서 고반사 저방사(열 반사 후의 미량열 통과로 이해함:본인 주) 기능이 발휘되는 것이 아니고 알루미늄 표면 방사율이 0,005 이하가 되어야 한다는데 그만큼 반사열량이 높아야 내부로 발산될 방출열이 적을 것(저방사)으로 알아 듣는데 제대로 풀이한 것인지는 잘 모르겠다. 건축자재에 관심이 많다보니 당시로선 생소했던 수입 열반사 단열재에도 관심이 있었지만 당시 확인햇던 것은 열반사 단열재는 반드시 열을 반사할 수 있는 공간이 필요하다였는데 그로인한 열반사 단열재에 대한 오랜 선입견에서 지나치려다 부피 단열재들과 비교 전시된 샘플을 보면서 관계자에게 질문이 많아졌다.

몰탈의 무게를 이기지 못하고 압착되는 석면을 바닥에 시공했던 이십여년 전의 시공착오처럼 공기층이 형성되지 못하는 건물의 외벽에 시공해도 복사,전도,대류열을 차단하는 복합 기능을 가진 로이 단열재가 흥미로왔는데 복사,전도,대류열 모두를 파악해서 복합적인 재료들에 공기층을 유지시키는 쉘 구조 등 복합 기술들이 적용되었음을 알게 되었다. 부피 단열재가 통기성으로 대류열에 취약하기에 알루미늄 표면과 특수 코팅으로 밀폐성과 열반사 기능을 적용했고 아울러 내부 공기층은 전도열을 차단하는데 스티로픔의 경우 복사열을 반사시키지 못해서 복사열에 대한 한계가 있고 투습성으로해서 대류열을 완벽하게 차단할 수 없다고 한다. 일반 열반사 단열재가 복사열 차단 능력은 있지만 전도열과 대류열에는 취약하다는데 전도와 대류열을 차단하기 위해서는 부피 단열재와 병행 사용해야한다고한다.

궁극적으로는 제로 에너지 하우스가 모든이들의 로망이긴하지만 TV나 컴퓨터 냉장고 개스렌지 등 가전 제품에서 발생되는 열만으로 다른 에너지가 필요없는 패시브 하우스의 열관류율은 0.15이하인데 로이 단열재 100mm 즉 10cm에 해당되는 두께이다. 매월 발생되는 연료비를 생각한다면 새집을 건축한다거나 주택 보수를 계획한다면 망설임없이 적용하기를 권한다. 업체 측 말로는 20mm 두 겹, 그러니까 두 개체 합쳐서 4cm 두께의 열반사 단열재를 구조쳬와 함께 시공하면 0.14 이하의 열관류 수치를 나타낸다고하니 패시브 하우스 수준이다. 4cm 한 겹에 비해서 2cmm 두겹이 더 뛰어난지는 알 수 없지만 제로 에너지를 꿈꾼다면 적극 적용해야될 건축 자재 단열재 부문 중 최상의 가치로 생각한다.

그동안 공기층이 연속되어있고 독립 공기층 구조인 쉘 형태의 로이 열반사 박막 단열재는 사용해보지 않고 일반적인 열반사 단열재를 신축 건물과 리모델링에 사용해봤지만 일반적인 알미늄 피막이 아니고 직사열 뿐만 아니라 공기 중 적외선 상태로 침투하는 복사열까지 방어하고 또한 전도열에 대한 방어력 등 모든 형태의 열이동에 탁월하게 기능하는  로이 열반사 단열재에 대한 확신을 갖게 되었다. 입김을 보온덮개에 불어넣자 손바닥으로 그대로 통과되는 보온덮개가 지닌 단열성 한계를 알고부터 하우스 내 저온기 작물 보온 용도로 카시미론 보온덮개 이상의 보온력을 가진 로이 단열재를 사용할 것을 궁리하던 중에 2012년 4월 19일 상주에서 개최된 농기계 박람회에 갔다가 농업용으로 개발된 제품들을 보게 되었다.

송풍기로 공기층을 풍선마냥 부풀린 측면용 열반사 단열재와 천정에 설치할 수 있는 스크린식 단열재를 보면서 고유가 시대에서시설 하우스영농인이라면 적극 적용해야할 연료 절감용 우수 농용 단열재라고 생각했다. 옆밭 참외농가에서 모종 육묘용 사용한 얼마전 아이소 핑크를 봤는데 사용하고난 50mm 두께의 부피 단열재 뒷정리가 부산스럽다 생각하면서 그 보다 두께가 얇으면서 이음매없이 바닥과 벽면까지 일체로 단열시킬 수 있는 알루미늄 열반사 단열재를 터널용 보온덮개를 대신해서 같이 사용하리라 생각했다.

무화학 농법을 고집하는 내겐 해당될 일이 아니지만 카시미론 보온덮개의 두께와 무게 그리고 하우스 안에 유황 등 병충해 방제 물질을 살포하는 대부분의 하우스에서 카시미론 이불들이 약해로 인한 망가짐을 방지하기 위해서 하우스 밖으로 배출했다가 다시 설치하는 수고를 보면서 보온덮개가 밀봉 되면 좋을 것이라는 생각을 접었다. 노지에서 비와 습기에 노출되고 구멍들 틈새로 빗물이 들어가면 더 무거워져서 아예 다루지 못할 것으로 생각한 것이다.무연료 하우스 가온을 꿈꾸는 나로서는 가벼워서 노동력이 절감되지만 무엇보다도 뛰어난 단열 성능으로해서 로이 단열재가 태양열을 이용한 축열과 방열 시스템으로 무연료 재배를 실현하는 데에 큰 역활을 할 것이라는 기대를 갖고 있다.

계속해서 자료 사진 첨부하고 본 내용도 수정 보완하겠습니다~