열반사 단열재

[승운]

열반사 단열재의 단열효과를 다시 생각해보는 내용 임니다.

[04. 기술요소-단열]

4-04. 단열재의 종류 및 특징 - 다. 열반사단열재           

2011년 7월13일 17시 : 열반사단열재의 법적 인정 여부 추가

2011년 7월 3일 11시 : 열반사단열재의 성능에 대한 내용 추가

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열반사단열재는 특수단열재이다.

 

많은 다른 글에서 확인이 되듯 열전달의 세가지(복사,전도,대류) 중에서 복사열만을 막는데 쓰이는 것이다. 어떤 열반사단열재회사에서 주택의 열전달 중 복사열이 70% 인데. 이 것을 막지 못하면 단열이 30%밖에 되지 않는다라고 하시는 회사가 있다.

 

주택외벽에 복사열이 상당량인 것은 맞으나, 부피단열재 (EPS,XPS,글라스울)로 그 복사열을 전혀 막을 수 없다라는 말은 어폐가 있다. 단열재외부에 도달한 복사열이 결국은 전도열로 변경되기때문에 엄밀히 이야기하면 부피단열재는 복사,대류,전도에 모두 효과가 있다라고 말해야 한다. 꺼꾸로 열반사단열재가 복사열에 대한 대응 효과밖에 없다라고 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 열반사단열재의 경우는 시험성적서의 확인이외에도 열반사단열재의 작용원리를 충분히 이해하고 적용해야 한다.  세가지 열전달 중에 복사열만 대응되기 때문이다. 그러할진데 복사열조차 제대로 막지못하면 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 두겹을 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 이역시 겹쳐진 장수에 정비례하지는 않는다)

 

이는 복사열을 차단하고자하는 목적으로 개발된 열반사단열재의 특성상 단열재표면과 외장재사이에 일정 폭이상의 중공층이 존재해야 하기 때문이며 중공층의 두께는 각 열반사단열재 회사별로 지니고 있는 특기시방서을 확인하여 설계에 반영되어야 한다. (통상적으로 25mm 이상)

아래 사진같이 콘트리트면에 열반사단열재를 붙히고 조적도 깔끔하게 공간없이 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 될터이만 그렇지 않을 경우는 독이 될 수도 있다.

 

 

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

 

이러한 금속 스터드의 열교에 대한 시뮬레이션 연구도 있다.

<스틸스터드 건식벽체의 벽체 구조에 따른 단열성능에 관한 연구, 유영동, 대한건축학회논문집 계획계, v.25 n.06 (2009-06)>

http://www.auric.or.kr/User/Rdoc/DocRdoc.aspx?returnVal=RD_R&dn=226325#.VxRTVfmLRhE

  

마지막으로 열반사단열재 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 어느정도 반사율이 떨어지는 예측하기 어려우나, 알루미늄 표면에 일반 도료를 이용해서 인쇄를 했다면 열반사는 거의 기대할 수 없기 때문이다.

 

열반사 단열재는 외장재료의 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 에폭시면은 단열성능을 전혀 기대할 수 없으므로 역시 설계적용시 피해야 한다.

 

 

<실패 사례 : 열반사단열재 표면의 오염>

 

 

 

아래 사진은 열반사단열재에 석재를 취부한 모습이며 열반사단열재와 석재 사이의 중공층이 거의 없어 단열성능을 기대할 수 없게된 현장을 모습이다. 사진의 실패사례처럼 중공층의 유지가 열반사단열재의 생명이라고 볼 수 있다.

 

<실패 사례 : 열반사단열재와 마감재 사이에 공기층 누락>

 

 

하지만 결론적으로 열반사단열재만으로는 패시브하우스에서 요구하는 열관류율값을 맞출 수 없기때문에 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 이세상 최고의 단열재는 거울이 될 것이지만 실제로는 그렇지 않다는 이야기이다.

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열반사단열재의 성능  (2011년 7월 3일 11시 추가)

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 않될 제품이기 때문이다. 적극적 의견제시를 바라는 바이다.

"대한건축학회지회연합회 논문집, v.12 n.04 (통권44호) (2010-12) - 이무진, 이강국 - 기존 열반사단열재의 문제점 및 다층반사형단열재에 관한 연구"   http://www.auric.or.kr/User/Rdoc/DocRdoc.aspx?BrsDataBaseName=RDOC&PrimaryKey=245455&DBNM=RDCR#.VxRarfmLRhF

는 기존 열반사단열재의 열적 성능이 다른 비드법이나 압출법의 실험과는 다르게 단일 제품의 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 논문에서 A-1(두께10mm, C사), A-2(두께11mm, S사), A-3(두께7mm, O사), A-4(두께 6mm, C사) 로 밝히고 있다.

아래가 이 논문의 실험 결과치이다. 

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이하 같은 논문에서 인용

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%)

여기까지 인용

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단층형 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 다층형 열반사단열재의 가능성에 대해 언급을 하고 있다.

다층형이란 다수의 열반사단열재를 중간중간에 공기층을 두고 간격을 일정하게 유지하고 있는 형태를 말하는데, 단면으로 표현하면 각각의 알루미늄 박판을 10mm 간격을 유지하도록 100mm 간격으로 격리재(5mm x 10mm)를 설치한 시편이다.

이 단열재 4종의 측정 성능은 다음과 같다. 

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이하 같은 논문에서 인용

괄호안은 역시 현행(2011년 6월기준) 중부지방 외벽의 법정 열관류율인 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.

여기까지 인용

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즉, 열반사단열재는 반사층을 형성하는 알루미늄박판이 다층형열반사단열재처럼 앞뒤로 모두 공기층과 직접 닿아 있어야 비로서 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 간격유지재는 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 커질 수록 반사면이 축소되는 것을 의미하는 것이니, 다층형열반사단열재라 할 지라도 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.

http://www.auric.or.kr/User/Rdoc/DocRdoc.aspx?BrsDataBaseName=RDOC&PrimaryKey=237744&DBNM=RDCR#.VxRaZfmLRhE

이 논문에서는 내측부터 [콘크리트 150mm - 저방사율 반사형단열재 7mm - 중공층 20 & 50mm - 대리석 30mm] 로 실험을 하였다.

즉, 구조체 표면에 열반사단열재를 붙히고, 중간에 중공층을 20mm와 50mm 두가지로 하고, 외부 마감으로 대리석을 두었다. 그리고, 대리석 상하부에 개폐가 가능하도록 하고 각각의 경우 열관류율을 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 시험결과치는 콘크리트와 대리석을 모두 합한 열관류율이어서 단열재만의 열관류율보다 조금 더 좋게 결과가 나온 것이다.) 

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이하 같은 논문에서 인용

1. 중공층 20mm

   가. 상하부 폐쇄시 열관류율 : 1.47 W/㎡k (법정 기준의 24.5%) 

   나. 상하부 개방시 열관류율 : 1.75 W/㎡k (법정 기준의 20.6%) 

2. 중공층 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%) 

여기까지 인용

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* 중공층의 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.

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그러나, 위와 같은 논란을 떠나서 법적으로 열반사단열재는 이미 예전부터 사용될 수 없었다.

 

"건출물의 설비 등에 관한 규칙" 의 별표6의 내용을 보면 알 수 있다.

 

[기준 별표6] 열관류율 계산시 적용되는 중공층의 열저항

공기층의 종류	공기층의 두께 da (cm)	공기층의 열저항 Ra [단위:㎡K/W]
(1) 공장생산된 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) 중공층 내부에 방사율이 0.5이하의 반사형 단열재가 설치된 경우	(1) 또는 (2)에서 계산된 열저항의 1.5배

 

표 맨 하부의 (3)항을 보면 방사율이 0.5이하의 반사형 단열재가 설치된 경우는 (1) 또는 (2)에서 계산된 열저항의 1.5배만 보도록 되어있는 것이다.

 

방사율 0.5이하는 모든 열반사단열재에 해당하며, (1) 또는 (2)에서 정한 열저항 산정을 해보면, 열반사단열재는 당연히 현장시공이고, 상기 표에 1cm를 초과하면 두께에 상관없이 열저항이 무조건 0.086 x 1.5 = 0.129㎡k/W 이므로 이를 열관류율로 바꾸어보면 7.75 W/㎡k 밖에 되지 않는다.. 즉, 단열성은 전혀 인정하지 않는다는 이야기이다.

이 7.75 W/㎡k 을 비드법1종1호(열전도율 0.034 W/mk) 로 환산하면 겨우 4.4mm 두께 밖에 되지 않는다.

 

다시 한번 정리하자면 우리나라 현행법에 모든 열반사단열재는 비드법1종1호 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.

출처 : 사단법인 한국패시브 건축협회 자료실 > 기술자료 > 04. 기술요소-단열

 

[어허(천안)]

이론은 어떻한지 모르지만 노후된 농촌주택에 벽면 천정 5m시공하면 우풍이란놈 완전이 보냅니다

[이장하 (원주)]

좋은 정보 감사합니다.