건물의 단열계획 및 결로 방지대책

 

구조체의 단열계획

단열은 건물 외피와 주거 환경 간의 열류를 차단하는 역할을 하며, 저항형, 반사형, 용량형의 세 가지 형태의 단열 메커니즘이 있다. 이 중에서 저항형과 반사형 단열은 순간적인 효과가 있는데 반해 용량형 단열은 시간의 함수로서 작용하는 것이 특징이다. 1973년 에너지 파동 이후 사용된 단열재는 상대적으로 값이 저렴하고 내구적이며, 여름철과 겨울철 모두 유용하기 때문에 널리 사용되고 있다. 그러나 단열재의 두께를 증가한다고 해서 열손실이 비례적으로 감소하는 것은 아니므로 기후조건과 에너지 절감 효과에 따라 단열재의 최적 두께를 결정해야 한다. 

열관류율

여러 가지 재료로 구성된 구조체를 통한 열전달을 계산할 때, 전도, 대류, 복사의 복합적인 형태에 의한 열전달의 모든 요인들을 혼합하여 하나의 값으로 나타내면 매우 편리하다. 이것을 ‘열관류율' 또는 'K값이라고 한다. K값이란 어느 특정한 두께의 벽, 지붕, 바닥 등을 통하여 전달되는 열류율을 판단할 수 있는 계수이다. 이 계수는 1m²인 구조체를 사이에 두고 온도차가 1°C일 때 구조체를 통한 열류의 흐름을 의미한다. 또한, 구조체의 전체 열저항은 구조체를 구성하고 있는 각 재료의 열저항 값의 합과 같다. 

구조체의 온도구배

실내외의 온도차로 인해 벽체나 지붕 등의 구조체 내에서는 따뜻한 곳으로부터 찬 곳으로 점진적인 온도의 변화가 생김으로써 일정한 온도 구배를 보이며, 특히 이질 재료로 구성된 구조체의 온도구배는 달라진다. 열저항이 큰 재료층에서는 가파른 온도구배를 보이고, 열저항이 낮은 재료층에서는 완만한 온도구배를 보인다. 따라서, 단열재가 사용된 재료층에서는 열전도를 최대한 억제함으로써 양측 표면 간의 온도차가 매우 크다. 즉, 구조체 내에서의 온도 변화 비율은 각 재료층에 대한 열저항의 비율에 비례한다. 

단열의 종류

단열은 크게, 저항형 단열, 반사형 단열, 용량형 단열로 구분한다. 

저항형 단열 : 재료의 열저항 값에 의해 전체 구조체의 열관류 성능을 고려하여 적정 두께를 결정한다. 열저항이 큰 재료일수록 구성 원자들이 멀리 떨어져 있고 다공질이며 밀도가 낮은 것이 대부분이다.

반사형 단열 : 방사율이 낮은 재료로서 복사열을 반사시킴으로써 단열 작용을 하는 경우를 말한다. 약 60%의 열전달이 복사에 의해 이루어지는 중공벽이나 약 50~70%의 열전달이 복사에 의해 이뤄지는 다락이나 마루에서와 같이, 복사의 형태로 열전달이 주로 이루어지는 공기층에서 매우 유용한 단열 방법이다. 반사형 단열은 한 면 또는 양면에 복사막인 호일을 설치하여 공기층을 형성하며, 이때 호일은 복사열에 대해 낮은 방사체이며 흡수체여야 한다. 반사형 단열재는 여름철 높은 고도의 태양복사열을 차단하기 위한 지붕의 단열에서 유용하게 쓰일 수 있다. 지붕의 서까래 밑에 반사형 단열재를 설치했을 경우 지붕을 통한 여름철의 태양복사열이 약 40% 정도 감소될 수 있다.

용량형 단열 : 구조체의 열전달을 억제하는 성질은 벽체의 단열성능, 열전달을 지연시키는 성질은 구조체의 축열 성능으로 표현된다. 용량형 단열은 이러한 구조체의 축열 성능에 의한 재료의 열적 지연 효과를 이용한 것으로 단열 효과와 유사한 특성을 지닌다. 이 성능은 구조체가 지니는 열용량에 의해 타임랙으로 설명될 수 있다. 외기온이 가장 높은 시각으로부터 실내 기온이 가장 높은 시각까지의 시간차를 타임랙이라 부르며, 이것은 구조체의 열용량에 의해 외부의 열적 충격을 실내에 전달하는 과정에서 시간적인 지연 현상이 발생하기 때문이다. 또한, 이러한 구조체의 영향 때문에 실내 기온의 변화폭은 외기의 변화폭에 비해 상대적으로 작아지게 되는데 이는 구조체의 열관류율 및 감쇠 효과(decrement factor)의 영향 때문이다. 따라서, 축열 구조체를 사용하여 건물 내부로 전달되는 열의 유입을 낮춤으로써 열획득을 줄일 수 있으며, 이는 건물의 각 방위별로 서로 다른 시간대에 열획득이 이루어지므로 벽체나 지붕에 따라 서로 다른 열적 지연 효과가 요구된다.

건물 부위별 단열 설계 

벽, 천장, 바닥 등 건물 구조체의 열저항은 각각을 구성하고 있는 재료층의 열저항값의 합이며, 각 구성요소의 열적 특성은 열저항값의 역수를 취한 K값에 의해 결정된다. 단열재가 끊기지 않고 건물 전체를 에워쌀 수 있도록 설치하는 것이 좋으며, 지면에 면한 슬라브의 경우에는 외부 모서리 부분에 동결선 이하까지 단열재를 설치해야 한다. 

내단열, 중단열, 외단열 

건축물에 설치된 단열재는 구조체를 통한 열손실에 따라 영향을 줄 뿐만 아니라 단열재의 유형과 구조체 내에서의 단열재 위치에 따라 실내 기온 및 구조체 내부의 온도에 영향을 미친다. 단열재의 시공 방법에는 단열재의 설치 위치에 따라 내단열, 중단열, 외단열로 구분된다.

단열재의 위치에 따라 벽체의 타임랙은 달라질 수 있으며, 이것은 벽체를 사이에 두고 실내외 조건의 변화에 따른 열 이동이 달라지기 때문이다. 단열재를 설치하지 않았을 경우에 비해 내단열을 설치했을 경우, 구조체의 열류가 상당 부분 차단된다. 그러나 결합 부위에서 열교(thermal bridge)가 발생하여 열이 빠져나가고 있다. 외단열은 일체화된 시공이 가능하므로 거의 열이 빠져나가지 않으므로 열교도 발생하지 않는다. 

결로 방지대책

결로 발생의 여러 가지 원인들에 대한 대책으로는 환기, 난방, 단열에 의한 방법이 있다.

환기는 실내가 냉각될 때 결로를 발생시킬 가능성이 있는 습한 공기를 제거하는 것이 가장 좋은 방법이긴 하나, 창을 통한 환기 시 열손실을 최대로 억제할 수 있는 구조를 갖춰야 한다. 따라서, 취사 및 빨래 건조 등의 수증기 발생원에 대하여 국부적인 환기를 통한 습기 제거가 매우 중요하다. 건물을 난방하면 실내 표면온도는 상승하여 실내공기의 노점온도보다 높게 유지되므로 결로를 방지할 수 있다. 이 방법에 의해 결로를 방지하고자 할 경우에는 일반적으로 높은 온도로 단시간 난방하는 것보다는 낮은 온도로 장시간 난방하는 것이 결로방지에 유리하다. 

단열을 통하여 벽체에 흐르는 열손실을 줄일 수 있으며, 이로 인해 실내 표면 온도를 노점온도 이상으로 유지할 수 있으므로 결로를 방지할 수 있다. 구조체의 표면 결로는 단열시공을 통해 구조체의 내표면 온도를 노점온도 이상으로 유지시킬 경우 효과적으로 방지할 수 있다. 반면에 벽체의 연결부위인 모서리진 곳과 웃인방 등의 열교 부위에서는 열손실로 인한 내표면 온도가 낮아짐으로써 표면 결로 발생이 우려되므로 이곳의 단열이 누락되지 않도록 세심한 주위를 요하여 시공해야 한다.