[목조건축 자재의 종류 및 특성] 5. 목조건축용 기타 재료> 5.1 단열재

[목조건축 자재의 종류 및 특성] 5. 목조건축용 기타 재료> 5.1 단열재

 

단열재는 구조용재는 아니지만 주택의 난방 및 냉방효율을 높이기 위하여 필수적인 요소이다.
특히 현대건축에서는 주택 내의 실내 기후의 인공적인 조절을 통하여 주거에 가장 적합한 실내환경을 조성하고자 하는 경향이 강하기 때문에 거의 모든 주택에서 단열재가 사용되고 있다.
목조주택은 구조체(바닥, 벽체, 지붕 등)내에 단열재를 설치할 수 있는 공간이 확보되기 때문에 콘크리트주택에 비하여 구조체의 두께를 줄이면서 높은 단열성능을 얻을 수 있는 장점이 있다.
주택을 구성하는 재료들의 단열성능은 다음 표 1과 같다.

표 16. 각종 재료들의 단열성능

재 료	R값 (두께 1 in당)(1)
목재 (구조재, 합판)	1.25
벽돌	0.20
콘크리트	0.20
금속 ..............철 ..............알루미늄	0.0032 0.0007
유리 (단일창)	0.88
단열재	3.12

(1) R = 열저항성(Heat Resistance) = 1/C ( C = 열전도율(Heat Conductivity))

R의 단위는 열전도율 단위(Btu/ft2.hr.in)의 역수를 사용하지만 일반적으로 R값은 단위없이 두께 1인치당 열전도에 대한 저항능력을 나타내는 척도로 인정되고 있다.
R값이 클수록 높은 단열성능을 나타낸다.

비록 목재의 단열성능이 콘크리트나 철보다는 매우 높지만 2X4 주택의 구조체 내부를 보면 목재가 차지하는 비율이 작기 때문에 구조체 내부 공간에 단열재를 사용하여야만 만족할만한 단열성능을 얻을 수 있다.

건축물의 단열재로 사용될 수 있는 재료 중에서 우리가 가장 일반적으로 접촉할 수 있는 재료가 스티로폼이다.
스티로폼은 단열성능이 우수하고 가벼우면서 취급이 간편하다는 이점 때문에 콘크리트 건축물에서 많이 사용되고 있다.
그러나 스티로폼은 화재에 대하여 매우 취약하여 불이 쉽게 붙고 한번 불이 붙으면 급속도로 전파되며 또한 유독한 가스가 많이 발생하여 인명피해를 초래할 가능성이 매우 높다.
또한 고체형이기 때문에 구조체의 면이 편편하지 않고 곡명이나 불규칙한 형상일 경우에 단열처리가 어려우며 주변 구조체와 빈틈없이 꼭 맞지 않으면 그 틈으로 열 손실이 발생하기 때문에 단열성능이 저하될 가능성이 높아진다.

따라서 현재 목조주택에서는 스티로폼 같은 고체형의 재료보다는 유리섬유 계통의 단열재료가 많이 사용되고 있다.
석면(asbestos)은 현재 법적으로 사용에 규제를 박기 때문에 전혀 사용될 수 않으며 유리섬유(glass fiber, glass wool, mineral fiber, mineral wool)가 주로 단열재로 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 호흡시에 인체에 흡입되어 폐에 건강상의 문제를 일으킨다.
그러나 유리섬유는 유리를 녹여서 섬유상으로 제조되며 매우 긴 형태로 제조되기 때문에 인체에 흡입되어 문제를 야기시키지는 않는다.
이외에도 천연의 재료들은 사용중에 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 화재시에 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) 화재시에 유독가스가 발생하는 단점이 있다.

목조주택의 단열성능은 단열재의 종류 자체보다는 단열재의 시공방법에 따라서 크게 좌우된다.
구조체의 내부에 빈공간이 없도록 모든 부위를 완전히 채우는 것이 중요하며 배관, 배선 및 개구부 주변에서의 단열재 처리가 특히 중요하다.
완벽한 단열시공을 위하여는 고체 또는 판상의 단열재보다는 포상 또는 분무형의 단열재가 유리하다.
그 외에 주택의 외벽 면적을 줄이고 창을 통한 열손실이 많기 때문에 창문의 면적을 줄이는 것이 단열성능의 향상을 위하여 필요하다.

일반적으로 목조주택의 2×4 벽체에는 R-13 단열재, 2×6 벽체에는 R-19 단열재(그림 26) 지붕 구조에는 R-30 단열재 그리고 2층 바닥에는 R-19 또는 R-30 단열재를 사용하고 있다.

목조주택의 벽체 내부에 단열재를 사용하지 않은 경우에 비하여 R-11급의 단열재를 사용하면 열효율을 20% 정도 향상시킬 수 있으며 R-13 단열재는 R-11보다 2% 정도의 열손실 감소 효과가 있다.
주택의 벽체에 2X6를 사용하는 경우에는 R-19 단열재를 사용할 수 있으며 이 경우에는 R-11에 비하여 6% 정도의 열효율을 향상시킬 수 있다. 목조주택의 천정에 R-19를 사용하면 R-11에 비하여 8%의 열효율을 높일 수 있으며 R-30은 R-19에 비하여 4%의 열효율을 향상시킬 수 있다.



장상식 교수 제공
충남대학교 임산공학과