단열재란?(유리섬유(인슐레이션)의 여러 의문점들)

[농목수-윤세웅]

단열재 GLASSWOOL의 특성 및 단열 효율성

열효율이 높은 주택이 되려면
- R Value(열저항) 기준치 준수
- 주택의 기밀을 충실하게
- 남향배치
- 열효율 높은 자재 및 공법을 사용
- 열효율높은 냉난방 기구를 사용

주택에서의 에너지 손실(%)
- 지붕 : 30 ~ 40
- 벽체 : 20 ~ 30
- 창 : 10 ~ 15
- 通氣, 배기 : 10 ~ 15
- 바닥 : 10 ~ 15
** 일반적인 경우이며 기후, 주택 조건에 따라 다소 상이

단열재의 역할
- 환경보호
- 열손실 및 열획득 차단으로써 에너지 절약
- 결로방지로써 습기조절
- 온도변화를 줄임으로써 쾌적감 증대
- 흡음 및 진동을 흡수하여 쾌적감 증대

단열재 선택시 고려사항
- 단열성능 (R Value)
- 불연성, 내습성, 내구성
- 경제성
- 시공성 (다양한 제품, 압축포장, 가공 및 시공용이 등)
- 흡음성능
- 친환경성

\'R\' VALUE (열 저항치) 란 ?
- 열의 흐름에 저항하는 능력을 표현하며 높은 R Value는 높은 단열능력을 나타냄
- 열저항 (R) = 재료두께 / 재료의 열전도율
두께 = ft 혹은 m
열전도율 = Btu/(Hr.ft.F/ft ), Kcal/(Hr.m . C/m)
- 한국은 열저항치와 그의 역수인 열관류율을 단열기준치로 사용

GLASS WOOL이란 ?

제조방법: 모래, 장석, 석회석 등과 같은 유리 용광물을 창유리, 병유리 등에서

재활용한 유리와 혼합하여 용융후 원심 공법으로 5~7.5 크기의 미세 섬유를 만들어서

유기질 바인다로 결합 시키어 섬유와 섬유 사이에 미세한 공기층을 형성시킨 단열재이다.

특징: 우수한 단열성능, 경제적 가격, 불연성, 친환경성, 가공용이및 압축포장 가능하므로

작업편의 우수, 내습및 흡음성능 우수

소음방지: 벽구조체의 량을 증대, 진동경로차단, 흡수공간 설치

Vapor Barrier (방습지)

- Vapor Barrier는 내부의 습기가 외기의 차가운 벽체와 접촉시 결로되어

단열재의 성능저하, 목재부후가 생기는 것을 방지하기위하여 그라스울 표면에 부착됨

- 종류 : 아스팔트본딩된 크라프트지, PE 필름,은박지

- 국내에서는 방습지가 난방공간쪽으로 향하도록 시공

- 미국의 CA와 AZ등 건조하고 따뜻한 지역에서는 방습지의 불사용도 가능하며

그 외의 지역은 필히 사용, 캐나다와 같은 혹한지역은 단열재 시공후 벽

전체를 Plastic Film(비닐)으로 방습시공함

TIPS (시공)

- 설계도면과 지역기준에 따른 R Value를 확인한다

- 단열재는 습기 흡수시 성능저하되므로 우천에 영향받지 않도록 단열공사 실시

- 규정된 제품두께보다 압축시공시 성능저하됨

(R19*6.25　를 3.5　에 시공시 R13으로 저하 )

- Header, Corner등은 Framing시 단열토록 사전준비

- 시공시 Stapling 실시요함

- 단열재가공시 Stud간의 공간치수보다 약1/2 ~1를 크게 가공하여 Tight하게 시공요함

- R Value가 표시되지 않은 제품을 사용시는 필히 공인된 열전도율과

사용두께를 계산하여 기준치에 적합한지를 확인후 시공한다

- 굴뚝, 매립형 등기구는 3 inch 이상 띄우고 단열

- 천정의 Vent Space는 1 inch 이상

- 외기와 접한 벽체 내의 파이프는 동파 및 결로방지 위하여 외기쪽을 단열하며

소음방지위하여 내부쪽도 단열실시

- 열손실방지를 위하여 단열재의 길이를 최대한 자르지 않고 시공하되 맞댈 경우는

Tight하게 시공

- 천정부에 겹침 시공시는 교차하여 시공

- Stud중앙을 관통한 전기줄이 있는 경우는 전기줄이 긴장되지 않도록 단열재를 가공하여 시공

- Floor 밑쪽이 개방되는 곳은 Wire Mesh 혹은 Nylon Mesh로 단열재를 Holding할 것

글라스울 단열에 관한 의문점들

Q. 한국주택에 왜 미국기준의 단열규정을 쓰는가?

A. 국내기준치는 벽체전체에 준한것이며 미국기준치는 Stud간 삽입되는 단열재의

기준치이고 고에너지 효율의 주택에 부합하는 기준치이기 때문이다.

Q. 분홍색과 노란색 글라스울은 성능이 다르지 않나?

A. 이는 메이커나 제품에 따라 염료를 다르게 쓸 뿐이지 제품에 차이가 있는 것은 아니며

 중요한 것은 설치부위의 기준치에 부합하는 \'R\' Value(열저항치)이다.

Q. 목조나 스틸하우스에 글라스울이 아닌 다른 단열재를 사용하여도 되는가?

A. 가능하다. 단, 단열재 선택시 고려사항을 필히 참조하여 결정한다.

글라스울의 안전에 관한 의문점들

Q. 만지면 따가운데 건강에 해가 되지 않는지?

A. 따가움은 가는 유리섬유가 광물이어서 피부에 접촉시 일과성거부감에 의한 것이므로

보호장구 착용하고 긁지 않을 때 무해합니다.

Q.글라스울은 흡입하여도 괜찮나?

A. WHO의 정의에 의하면 폐내에 흡수가능한 섬유의 크기는 3미크론, 길이는 9미크론

이하입니다만

 글라스울 분진은 크기가 4~8미크론, 길이는 10미크론 이상이어서 공기중의

분진상태에서도

바로 낙하하며 흡입하더라도 코와 기관지에서 거의 제거되어

체내에 흡입될 확률은 걱정할 수준이 아닙니다.

 

글라스울 시공시 안전위한 작업지침

- 꽉 끼지 않는 옷, 상의는 긴팔을 착용

- 보안경 착용

- 피부를 긁지말것, 작업복은 분리세탁

- 작업장소를 청결하게

- 먼지비산을 방지할것

VENTILATION & ICE DAM

- 더운 날씨의 Ventilation역할

- 추운 날씨의 Ventilation역할

ICE DAM의 발생원인 및 예방시공

현상
- 눈내린후 지붕누수 

발생원인

- 단열부족, Attic내 열원
- 배기불량
- 방수불량
- 기타

배기되는 지붕과 배기되지 않는(Ice Dam) 지붕의 차이

예방방법

- 단열 : 천정의 \'R\' Value 기준치 준수

다락내 열원제거, 천정속의 닥트등에 열원을 단열

배기

자연배기 : 단열재와 천정사이 1 INCH 이상 배기를 위한 공간확보 및 Baffle로써 격막설치

동력배기 : 온도센서로써 자동으로 배기작동

- 기타

Skylight 설치시 결로 및 Vent 유의

복잡한 지붕형상 피함

Heating Cable설치

※ 비록 목재의 단열성능이 콘크리트나 철보다는 매우 높지만 2X4 주택의 구조체

내부를 보면

벽 두께가 작아 단열성능이 높은 단열재를 사용하여야만 만족할만한 단열성능을

 얻을 수 있다.

 목조주택에 사용되는 단열재로는 현재 석면(asbestos)은 전혀 사용되지 않으며 

(법적으로 규제를 받음)

유리섬유(glass fiber, glass wool, mineral fiber, mineral wool)가 주로 사용되고 있다.

 단열재는 포상(batt, blanket), 판상(board, sheet), 분무형(loose fill) 등의 형태로 사용되며

그 중에서 시공 및 취급이 용이한 포상의 형태로 가장 많이 사용되고 있다.

석면은 주로 모래가 변환된 사암을 녹여서 공기와 함께 불어줌으로써 가는 섬유형으로

제조되는데 입자가 작기 때문에 호흡 시에 인체에 흡입되어 폐에 건강상의 문제를 일으킨다.

 그러나 유리섬유는 유리를 녹여서 섬유상으로 제조되며 매우 긴 형태로 제조되기

때문에 인체에 흡입되어 문제를 야기 시키지는 않는다.

이외에도 천연의 재료들은 사용 중에 인체에 암을 유발할 수 있는 방사선(라돈)을 방출하기

때문에 건강상의 문제를 유발할 수 있는데 석면의 라돈발산량이 8.63(Bq/m3)인 것에 비하여

유리섬유 또는 암면은 0.25(Bq/m3)으로서 목재(0.1(Bq/m3))의 약 2.5배에 해당하나

세멘트(2.5(Bq/m3))의 1/10에 불과하다.

특히 목조건축에 사용되는 유리섬유는 포상으로 제조되고 수분차단지로 포장되어

출하되기 때문에

목조주택 거주자들에게 건강상의 문제를 야기할 가능성은 거의 없다.

유리섬유는 가장 구하기가 쉽고 널리 사용되는 단열재라는 특징 이외에 화재 시에 내화성능이

 좋으며 (화염전파속도 등급(flame spread)이 15 (25 이하면 양호)) 연기가 발생하지 않는

이점 (연기발생 등급(smoke development) = 0)이 있다.

유리섬유에 비하여 스티로폼(polystyrene form board)은 단열성능이

양호(R값이 1인치 두께당 4.00)하나 연결부위의 측면에 대한 완벽한 단열처리가 힘들며

불에 약하고 (화염전파속도 등급 = 200, 연기발생 등급 = 500) 화재 시에 유독가스가

발생하는 단점이 있다.

단열재의 종류와 특징

단열재의 종류

단열재는 원료의 종류, 형태 및 사용용도에 따라 구분할 수 는 있으나 일반적으로

재질에 따른 분류가 가장 많이 쓰인다.

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 내화

                          단열재로 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 우수

하지 못해 벽체에는 시공하기가 힘들다는 것이다.

2. 유기질 단열재

유기질 단열재는 화학적으로 합성한 물질을 이용하여 단열재로 사용하는 것

으로 흔히 ‘스티로폼’으로 불리는 발포폴리스티렌, 발포폴리우레탄, 발포염화

비닐, 기타 플라스틱 단열재 등이 있다. 유기질 단열재는 흡습성이 적고 시

공성이 우수하지만 열에 약한 것이 가장 큰 단점이다. 그러므로 독자적으로

사용되지는 못하고 다른 재료와 복합적으로 사용되어야 한다.

3. 단열재의 또다른 유형

아티론/아이스그란/퍼라이트/질석을 이용한 단열재/셀룰로스 단열재/

요소발포단열재/염기성 탄산마그네슘 단열재/코르크판/광재면/다포유리 등

출처 : 주택건축자재백과

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단열재의 종류

1. 폴리스틸렌

1-1. 발포 폴리스틸렌 보온재
KS M 3038 (Foam Polystyrene Thermal Insulation Material)
폴리스티렌수지에 발포제를 넣은 다공질의 기포플라스틱(foam plastic)
스티로폴(styropor)이라고도 하는 발포계 단열재로 단열효과 높고 경량으로 운반, 시공성 우수. 최고안전사용온도 70℃로 고온, 자외선에 약하고 화재시 착화나 유독가스의 발생 위험
종류
비드법 발포 폴리스틸렌(1차발포/2차발포)과 압출법 발포 폴리스티렌(연속 압출 발포)이 있으며 보온판과 보온통은 열전도율을 기준으로 다음과 같이 구분된다.
보온판 : 열전도율 기준 - 1호(0.033이하), 2호(0.034이하), 3호(0.036이하), 4호(0.039이하)
보온통 : 열전도율 기준 - 1호(0.033이하), 2호(0.033이하), 3호(0.034이하)

1-2. 압축발포 폴리스틸렌판(Extruded Foam Polystyrene Board)
스티롤수지 원료에 난연재, 발포제 등을 가하여 압출기에서 용해혼합후 발포시킨 판상단열재. 물리적성질은 폴리스틸렌폼과 유사하나 단열성이 우수하며 어느정도의 투습저항을 갖고있다.

1-3. 고발포폴리스틸렌
폴리스틸렌수지에 발포제를 혼합하여 5~40배로 발포시킨 단열재
열전도율 작아 단열성 우수하며 방수성, 내약품성, 내후성도 우수


2. 유리면

KS L 9102 (Thermal Insulation Material Made of Glass Wool)
규사, 석회석, 장석, 소다회 등 유리계광물질이 주원료
유리섬유사이에 밀봉된 공기층이 단열층으로 단열성외에 불연성 , 흡음성, 시공성, 운반성 우수. 압축이나 침하에 의한 유효두께 감소, 함수에 의한 단열성 저하 우려
투습저항이 없으므로 별도의 방습층 필요
(종 류)
유리면 2호, 3호 : 유리를 섬유화한 것
보온판 2호, 3호 : 유리면에 접착제를 사용하여 판모양으로 성형한것, 필요에 따라 외피를 붙이거나 표면을 피복.
블랭킷 2호 : 유리면 2호를 판모양으로 성형한것. 필요에 따라 종이, 천, 메탈라스등의 외피로 보강
보온대 : 보온판 2호를 일정한 나비로 자르고, 이것을 세로로 하여 종이, 천 등을 한쪽면에 발라서 다듬질 한 것
보온통 : 유리면2호에 접착제를 사용하여 원통모양으로 성형한것. 필요에 따라 적당한 외피를 붙일수 있다.


3. 암면

KS F 4701 (Thermal Insulation Material Made of Rock Wool)
고로슬래그 및 현무암 등의 광석원료로 만든 단열재로 물리적 성질이나 특성은 유리면과 거의 같음
(종 류)
암면 : 석회, 규산을 주성분으로 하는 내열성 광물을 용융하여 섬유화 한것
보온판 : 암면에 접착제를 사용하여 판모양으로 성형한것. 필요에 따라 적당한 외피를 붙이거나 표면을 피복
펠트 : 암면에 접착제를 사용하여 탄력있는 펠트모양으로 성형한것. 필요에 따라 적당한 외피를 붙이거나 표면을 피복
보온통 : 암면에 접착제를 사용하여 원통모양으로 성형한것. 필요에 따라 적당한 외피를 붙이거나 표면을 피복
보온대 : 층모양의 암면 또는 보온판을 일정한 나비로 끊어 이를 세로로 놓고 인장강도 20N/m이상의 종이, 천등을 한면에 붙여 마무리 한것
블랭킷 : 층모양의 암면, 보온판을 철망 또는 메탈라스등의 외피로 보강하여 성형


4. 발포폴리에틸렌

Foam polyethylene Thermal Insulation Material
열사용기자재형식승인기준(통산산업부고시83-14호)
1호(밀도 0.05 g/cm3 이상) ~ 4호(밀도 0.02 g/cm3 이상 0.03 g/cm3 미만)
폴리에틸렌수지에 발포제 및 난연제를 배합하여 압출발포시킨 후 냉각한 판상의 발포제
적층 열융착하여 자기소화성을 갖춘 보온판, 보온통으로 제조
평균온도상의 열전도율 0.039 kcal/mh℃이하, 최고안전사용온도 80℃


5. 폴리우레탄폼 (Polyurethan)

KS M 3809
폴리올(polyol), 폴리이소시아네이트(polyisocyanate) 및 발포제, 난연성을 위한 첨가제가 주원료
폴리우레탄폼을 발포성형한 유기발포체(독립기포구조)의 단열재
경질의 폴리우레탄폼이 사용되며 판상, 통상형의 생산품과 현장발포 시공방식이 있다.
내열성(최고안전사용온도 100℃)보다는 단열성이 우수하여 냉동기기등의 보냉재로 적합
시공후 부피가 줄고 열전도율이 저하되는 단점
성형, 가공이 자유롭고 자기접착성과 기밀성으로 냉동창고나 설비기기 및 시공이 곤란한 개소에 적합


6. 질석(Vermiculite)

KS F 3702
운모계 광석으로 1000℃ 소성한 유공형의 무기질
비중 0.2~0.4, 흡수율 90% 정도
단열, 보온, 불연, 방음, 결로방지


7. 퍼라이트(Perlite, Pearl stone)

화산석으로된 진주석을 900~1200℃로 소성한후 분쇄하여 소성팽창한 것
내부에 미세공극을 가지는 경량구상형의 작은입자로 구성되어 경량골재 및 단열재료로 이용
단열, 보온, 흡음등의 목적으로 사용되며 충진재, 몰탈, 플라스터의 골재로도 사용
합성수지에 퍼라이트, 운모, 색소 등을 혼합하여 스프레이 코팅재로 사용
백색, 회백색이며 비중 0.04~0.2, 공극율 90%로 경량
내화성(최고사용온도 600℃), 흡음성(흡음율30~50%)이 있으나 흡수성이 있어 외부마감재로는 부적합
Perlite는 점성의 화산용암이 지표의 호수로 흘러들어 급격한 냉각에 의해 형성됩니다.
진주처럼 납빛을 가지며 보통 회색 혹은 푸르스름하나 갈색이나 청색 혹은 적색도 있습니다.
Perlite라고 불리워지는 광물에는 Obsidian(흑요석), Perlite(진주암), Pitch stone(송지암)등이 있으며, 이런 구분은 화학성분, 외관 및 함유휘발분의 양에 의해 구분됩니다.
또한 일정온도 이상으로 가열하여 팽창시킨 expanded Perlite도 Perlite라고 하며 통칭 Perlite란 이러한 expanded Perlite(팽창퍼라이트)를 말합니다.
퍼라이트원광-[분쇄]->퍼라이트정석-[소성]->팽창퍼라이트
팽창원리
Perlite는 휘발성분을 3 ∼ 4%이상 함유하고 있습니다. 이러한 성질을 가진 Perlite를 미세하게 분쇄하여 갑자기 열을 가하면 함유한 휘발성분이 내부에서 팽창하여 내부기공이 형성되며 본래 부피의 약 10 ∼ 20배 정도로 팽창하게 됩니다. 이 때문에 퍼라이트의 특징중에 하나인 극히 가벼운 비중을 가지게 되는 것입니다.
팽창퍼라이트의 형상
팽창퍼라이트는 팽창의 방법 및 조건에 의하여 크게 3가지의 형상을 만들어 낼 수 있습니다.
그 형태를 살펴보면 open cell, close cell, balloon등으로 각 형태에 따른 팽창퍼라이트의 물리적 성질이 차이를 가지고 있습니다.
(1) open cell
Perlite를 팽창할 때 최대한의 cell 팽창을 유도한 완벽한 개기공 cell을 말합니다.
이러한 용도로서는 수분과의 관계(보수성, 투수성 등)가 많은 제품에 유용하며 대체로 농원예 용 상품에 적용하는 것이 적절합니다.
(2) close cell
Perlite 팽창에서 쉽지 않은 기술로 cell의 팽창을 극대화시키고 이를 다시 표면의 폐기공화로 유도하기 위하여 자화시킨 cell(완벽한 밀폐구조라기 보다는 open cell의 반대되는 개념으로 인지하여야 함)을 말합니다. 이러한 용도로서는 흡수를 배제시켜야 하는 상품에 유용하며 대체로 건축자재, 보온 보냉재 의 상품에 적용되는 것이 적절합니다.
(3) balloon
Perlite 팽창기술의 꽃이라고 할 수 있는 것으로 cell의 팽창은 최대로 유도하되 비누거품방울 같이 밀페기공을 가진 중공체제품을 말합니다. 미국의 Grefco, Silbrico 등에서 생산되며 이러한 balloon 제품들은 고부가가치 상품으로서 분쇄에 의한 기존의 미분화 filler의 최대약점인 비중의 한계를 넘어설 수 있는 대체품으로서 filler 시장에서의 신장율이 괄목할만한 상황입니다.
퍼라이트의 특징
1) 경량성
* 단위 용적 중량 0.03 ∼ 0.25 g/ℓ
* 무수한 기공을 함유함으로서 체적대비중량이 작음
* 초경량으로서 특히 고층건물등의 하중을 줄일 수 있으며, 적용 제품의 비중을 낮출수 있음
2) 단열성
* 열전도율 0.03 ∼ 0.05 kcal/mh ℃
* 무수한 다공질로서 분체간 점접촉으로 연결되어 퍼라이트 자체의 고체전도는 매우 적고 퍼라이트 입자간의 공극에 미립자가 충진되어 대류를 방지함은 물론 퍼라이트입자가 백색으로 복사 에 대한 단열도 뛰어남
3) 무독성
* 화학적으로 중성(pH = 6.5 ∼ 7.5)
* 불연성 무기질로 화재시 유독가스의 발생위험이 전혀 없고 식품 첨가물 허가가 승인된 재료임
4) 사용온도의광범위성
* - 250 ∼ 1,000
* 보온, 보냉등 사용영역이 어떤 재료보다 광범위함
5) 불연성
* 무기물로만 되어 있는 광물질로 불연성 재료임

8. 기타

라이톤 시공물, 셀단 시공물, 미네스통 시공물, 인크로톤 시공물, 팝라이트시공물, 열반사단열재(Thermal reflective Insulation), 마스틱 (MASTIC)
우레아폼, 셀룰로오즈보온재, 연질섬유판, 페놀폼
[우레아폼(Ureafoam)]
내열성, 시공성이 우수한 분사식 단열재로 요소수지계 원료사용(폴리우레탄폼은 석유수지계)
비료공장 생산되는 요소와 포르말린(formalin)에 의해 만들어지는 요소수지를 경화제와 공기를 사용하여 현장발포시켜 시공부위에 주입, 분사하는 단열재
[셀룰로오즈(Cellulose)보온재]
재생된 식물성 섬유 셀룰로즈화이버에 난연재등의 첨가재를 첨가하여 공기를 주입하거나 부어넣을 수 있는 상태로 제조
[연질섬유판(Soft Fiber Insulation Board)]
KS F 3201
비중은 0.4 미만으로 내장, 흡음, 단열, 보온재로 사용
A급은 침엽수가 주원료이며 비중은 0.3 미만이고 흡음, 보온, 수장재로 사용되고 아스팔트를 처리한 Sheathing Board는 지붕과 외벽에 사용
B급은 단열성, 흡음성이 우수하여 천장재로 사용
[페놀폼]
페놀수지를 발포하여 경화시킨 유기발포계의 판상단열재
주택, 공장 등의 단열재, 내장재로 많이 사용