단열 및 단열계획

단열 및 단열계획 1.단열의 원리  단열(Thermal insulation)의 주된 목적은 건물로부터의 열손실이나 열취득을 억제하여 냉난방장치의 용량을 줄이고 연간 냉난방 에너지 소비량을 절약하는 것이다. 또 다른 단열의 목적은 실내측 구조체 표면을 따뜻하게 하여 결로를 방지하는데 있다. 1) 공기층의 단열효과공기층의 열전도율이 가장 높기 때문에 건축물의 외피구조체 내부에 중공층을 형성하여 구조체의 단열성능을 높인다. 이것은 공기의 비열이 다른 건축재료에 비해 현저히 낮은 점을 이용하여 구조체의 열저항을 높여주는 방법이라 할 수 있다. 이때의 공기층의 열저항은 공기층 내부에서의 전도와 대류 및 복사에 의한 열전달에 의하여 형성된다. 공기층이 기밀화 되어 있을 때 단열효과는 크지만 구조체의 균열 및 틈새에 의해 기밀성이 떨어지면 단열효과는 급격히 저하된다. 공기에 대한 기밀성의 상태와  마찬가지로 구조체내의 공기층의 두께도 공기층의 단열에 영향을 미친다. 복층유리(pair glass)이 경우 내·외의 유리사이에 공기를 충진하는 것보다 공기보다 열전도율이 낮은 아르곤 가스를 주입할 때 열관류율이 낮아지므로 단열효과가 높다. 그러나 유리창의 간격이 넓어질수록 열관류율은 낮아지나 유리창의 간격이 2㎝ 이상이 되면 거의 같은 단열효과를 나타낸다. 2) 단열재의 요건건물의 각 공간은 사용 목적에 따라 실내온도, 단열재의 사용부위를 달리하여야 한다. 또한 단열재의 선정에서 단열 대상물에 따라 단열재의 안전사용, 주변조건, 기계적 강도, 내화성, 내산성, 무게, 흡음성, 방습성, 경제성 및, 시공성 등을 충분해 고려한 후 결정해야 한다. 예를 들면 주택의 경우 침실, 거실, 부엌 등은 난방에 대한 열손실을 줄이기 위해 항상 보온이 필요하나 창고, 지붕속, 지하실, 물탱크실, 차고 등은 난방을 할 필요가 없다. 이러한 비거주 공간의 외기에 면하는 부분은 결로 및 동파를 방지하기 위한 최소한의 단열구조로 하고 오히려 난방 되는 공간과의 사이를 단열구조로 하는 것이 타당하다. 즉 비난방공간은 외부로 간주하여 난방공간과 비난방공간과의 사이에 단열 부위를 형성하도록 한다.  단열재가 갖추어야 할 일반적 요건은 다음과 같다.① 열전도율, 흡수율, 수증기 투과율이 낮을 것② 가벼우며, 기계적 강도가 우수할 것③ 내구성, 내열성, 내식성이 우수하여 냄새가 없을 것④ 경제적이고 시공이 용이할 것⑤ 품질의 편차가 적을 것   2. 단열재의 종류  1) 충진형 단열건축물에서 일반적으로 사용되는 충진형 단열재는 무기질 재료의 암면, 유리면, 질석, 퍼라이트, 규조토 등이 있으며 열에 강한 반면 흡수성이 크다. 유기질 재료로는 폴리스틸렌, 경질우레탄폼, 발포폴리에틸렌, 우레아폼 등이 있으며 흡수성이 적은 것이 장점인 반면 열에 약하다.2) 반사형 단열반사형 단열재는 보통 알루미늄막(Aluminum foil)나 알루미늄 판이 주종을 이루고 있으며, 이들의 단열성은 복사열 방지에 특히 유리하다. 단, 반사하는 표면이 다른 재료와 접촉될 때 전도열이 발생하여 단열효과는 저하된다.  3) 용량형 단열용량형 단열(Capacitive insulation)은 건물외피의 축열용량을 이용한 것으로 건물 외표면에 작용하는 복사열에 의한 온도변화와 건물 내표면에 작용하는 온도변화의 시간지연(Time-lag)을 이용한 것이다. 축열용량은 재료의 질량에 비열을 곱한 것으로 재료의 열적 보유능력을 의미한다. 건물외벽이 콘크리트조, 벽돌조와 같은 중량 구조체는 재료의 축열용량이 크므로 실내 온열환경에 많은 영향을 미친다. 축열용량이 갖는 의미란 축열용량의 유무 및 시간에 의해 열전도의 변동형태가 차이를 나타내므로 최종적인 전체 전열량에는 변화를 주지 않지만 열전도 상태를 동적으로 지연시켜 실내 공간에서 시간에 따른 온열감각을 오래 지속시킨다는 것이다. 3.내단열과 외단열  단열재의 시공방법에는 내력벽을 기준으로 단열재가 설치된 위치에 따라 내단열, 중단열, 외단열로 분류된다. 단열시공은 원칙적으로 불연속되는 곳이 없도록 밀실하게 시공하는 것이 가장 중요하다. 현재 벽체의 단열은 경제성 시공공법상의 어려움 등으로 대부분이 내단열 또는 중단열로 시공되고 있다. 그러나 단열 부위의 불연속면 때문에 생기는 열교현상(heat bridge)과 내부결로를 방지하기 위해서는 외단열이 주거용 건축물의 단열공법으로서 가장 바람직하다 4.열교현상과 얼룩무늬현상1) 열교현상외벽이나 바닥, 지붕 등의 건물부위에 단열이 연속되지 않는 부분이 있을 때 또는 건물외벽의 모서리부분, 구조체의 일부분에  열전도율이 큰 부분이 있을 때 열이 집중적으로 흐르게 되는 이러한 현상을 열교(Thermal bridge)현상이라 한다. 즉 열교는  열교환이 높은 열전도율로 인하여 구조체의 전체 단열값을 낮추게 하는 구조체의 일부분을 의미한다. 이러한 구조체의 열적  취약부위로 인하여 열손실이라는 측면에서 냉교(Cold bridge)라고도 한다.① 발생부위열교는 구조체의 여러 형태로 발생하는데 단열구조의 지지 부재들, 중공벽 내의 연결철물이 통과하는 구조체, 벽체와 지붕 또는  바닥과의 접합부위, 창의 상·하인방, 창틀 등에서 열교가 발생한다. 열교현상이 발생하는 부위는 표면온도가 낮아지며 표면결로가  발생하므로 쉽게 발견할 수 있다.② 발생으로 인한 손실열교현상이 발생하면 단열성능이 떨어져 에너지 소비가 증대되며 표면결로가 발생할 수 있다.  ③ 방지대책열교현상을 방지하기 위해서는 구조체 접합부위의 올바른 단열설계와 단열재가 불연속됨이 없도록 철저한 단열시공이 필요하다.  콘크리트 라멘조나 조적조의 건물에서는 근본적으로 단열이 연속되기 어려운 점이 있으나 가능한 외단열과 같은 공법으로 열적  취약부위를 감소시키는 설계 및 시공이 요구된다.  2) 얼룩무늬현상천장의 얼룩무늬현상(Pattern staining)은 실내의 먼지에 의한 열전달에 의해 천장속에 있는 구조체의 형상이 나타나 천장이 더러워지는 것으로 열교의 특수한 결과라 볼 수 있다. 그림과 같이 천장속에 장선이 연결되지 않는 부분은 단열값이 낮아 그 주변보다 열이 잘 전달되므로 대류로 인한 공기중의 먼지가 이 부위표면에 더 많이 부착되어 발생하므로 외형상 얼룩무늬가 생긴다.  이러한 현상은 천장을 재치장하기 전에는 없어지지 않는다. 얼룩무늬현상을 방지하기 위해서는 두면의 표면온도 차이가 1℃ 이하가 되도록 단열의 설계 및 철저한 단열시공이 필요하다. 5.건물부위별 단열계획  1) 벽체의 단열벽체는 건축공간을 구성하는 주요 구조부 중 가장 많은 면적을 차지한다. 따라서 벽체를 통하여 손실되는 열량도 전체의 35%정도로 다른 부위에 비해 가장 크므로 단열에서 가장 먼저 고려해야 할 곳이 벽체의 단열이라 할 수 있다. 2) 지붕 및 천장의 단열일반적으로 지붕과 천장을 통한 열손실은 전체 열손실의 약 25%를 차지한다. 지붕에 단열재를 시공하는 것은 천장 위, 지붕 속의 공간까지 냉·난방 하는 결과가 되어 에너지 낭비를 초래하므로 천장을 단열 하는 것이 효과적이다. 즉 천장 위를 단열 하면 여름에는 환기구를 통해 지붕속의 열기를 외부로 방출할 수 있으며, 겨울에는 수증기압이 낮은 저온의 외기가 도입되어 지붕 내부의 표면 결로가 방지될 수 있다. 천장 단열재는 모포형, 경입자형 및 판형 단열재 등이 사용된다.3) 기초 및 바닥의 단열콘트리트 기초벽을 단열하기 위해서는 압축 폴리스틸렌 같이 투습저항이 좋고 견고한 단열재를 사용하여야 한다. 기초벽의 단열은 동결선 아래나 기초상부까지 기초벽의 외부에 단열재를 부착시키는 방법과 슬래브 하부의 기초벽 내부에 설치하는 방법 등 두 가지가 있다. 기초와 슬래브의 모서리는 기초를 통해 발생되는 열교현상 때문에 단열재를 기초벽의 외부에 위치시키는 것이 효과적이다.