건축설계업계 종사하고 있는 직장인으로서, 건축 자재, 전문용어 등 기록하여 기억이 나지 않을 때 꺼내보기 위함으로 정리해 놓으면 좋을 것 같다는 생각으로 하나씩 차근차근 정리하고자 합니다.
단열재는 건축물의 온도를 일정하게 유지하기 위해 바깥쪽(외단열)이나 안쪽(내단열)에 설치하여 외부로의 열 손실이나 열의 유입을 최소화 하려는 목적으로 설치하는 건축 자재입니다.
이번 포스팅에서는 건축에서 많이 사용되는 저항형 단열재(ex:스티로폼 등)를 기준으로 단열재 설계기준을 알아보도록 하겠습니다.
사진1의 지역별 건축물 부위의 열관류율표를 보시면 지역별로 필요로 하는 열관류율(단위:W/㎡·K)의 값을 명시하고 있습니다. 열관류율이란 쉽게 말해 열의 투과율이라고 생각하시면 될 것 같습니다. 따라서 열의 투과율이 낮을수록 기밀하고 열의 손실을 최소화 할 수 있다고 생각하시면 되겠습니다.
예를 들어보면, 중부1지역과 남부지역의 외기의 직접 면하는 거실의 외벽(공동주택)의 경우, 중부1지역(강원도,경기도 등)은 0.150 이하, 남부지역(부산광역시, 대구광역시 등)은 0.220 이하입니다. 우리나라의 기후 상 남부지방이 더 따뜻하기 때문에 열관류율 기준이 북쪽에 비해 남쪽이 더 완화된 것을 볼 수 있습니다. 따라서, 열관류율은 낮을수록 단열성능이 좋습니다.
사진2는 단열재의 등급 분류에 따라 '가'등급부터 '라'등급까지 분류해 놓은 표입니다. 열전도율(W/mK)을 기준으로 '가'등급에서 '라'등급으로 갈수록 숫자가 높아지는게 보이시나요? 열전도율이 높다는 뜻은 단열재가 기밀하지 못하여 열의 손실이 많다는 뜻으로 보면 됩니다. 따라서, 법으로 제시하는 열관류율을 맞추기 위해서는 두께가 두꺼워져야겠죠.
열관류율을 구하는 공식은 아래와 같습니다.
열관류율(W/㎡K) = 열전도율(W/mK) ÷ 두께(m)
그렇다면, 단열재의 두께는 어떻게 산정할 수 있을까요?
사진3, 3-1과 같이 지역별, 부위별 단열재의 두께 선정에 대한 기준표가 있습니다. 최소로 적용해야 하는 단열재의 두께의 기준을 정해놓았으므로, 열관류율을 구하는 산식에 별표2,3번의 내용을 토대로 적용하여 산출 할 수 있습니다.
현재 진행중인 프로젝트를 예시로 열관류율을 산정해보도록 하겠습니다.
*산정기준은 외기에 직접 면하는 경우의 외벽 콘크리트(200mm), '가'단열재 135mm 입니다.
1) 해당 프로젝트의 지역에 대한 열관류율 기준을 확인합니다.
현재 진행중인 프로젝트는 중부 2지역이며, 공동주택이 아닌 일반 건축물입니다.
따라서 중부 2지역의 열관류율 0.240 이하인 것을 확인할 수 있습니다.
2) 단열재의 등급을 선정합니다. 제가 맡은 프로젝트의 경우는 대부분 '가'등급의 단열재를 사용하였기 때문에,
열전도율 0.034이하로 선정하겠습니다.
3) 별표3의 중부2지역의 단열재 허용두께에 대한 내용입니다. 별표2에서의 내용과 같이 '가'등급의 단열재의 두께는 최소 135mm 확보해야 함을 알 수 있습니다.
별표1~3까지의 내용을 토대로 콘크리트 벽체와 '가'단열재의 열관류율을 구하기 위해서는 열전도저항에 대하여 짚고 넘어가야 합니다. 열전도저항과 열관류율은 역수의 관계이기 때문에, 열전도저항을 구하는 산식은 아래와 같습니다.
열전도저항(㎡K/W) = 두께(m) ÷ 열전도율(W/mK)
열전도저항(㎡K/W) = 1 ÷ 열관류율(W/㎡K)
그럼 각 자재별 열관류율을 산출한 다음, 역수를 취해 열전도 저항값을 구해보도록 하겠습니다.
(1) 콘크리트 : 1.600W/mK ÷ 0.2m = 8W/㎡K → 0.125㎡K/W
(2) '가'단열재 : 0.034W/mK ÷ 0.135m = 0.252W/㎡K → 3.970㎡K/W
마지막으로 열관류율 계산 시 적용되는 실내 및 실외 측의 표면 열전달저항의 값을 반영하여 최종 열관류율이 산정됩니다. 표면 열전달저항은 벽체의 열이 외부 및 내부로 이동할 때 저항이 발생하는 값입니다. 따라서, 열관류율 계산 시 적용시켜야 합니다.
최종적으로 중부2지역의 공동주택이 아닌 시설의 외기로부터 직접적인 영향을 받는 벽체의 열관류율을 구하는 산식은 아래와 같습니다.
(1) 실외 표면 열전달 저항 : 0.043㎡K/W
(2) 콘크리트 : 0.2m ÷ 1.600W/mK = 0.125㎡K/W
(3) '가'단열재 : 0.135m ÷ 0.034W/mK = 3.970㎡K/W
(4) 실내 표면 열전달 저항 : 0.110㎡K/W
열전도저항의 총 합계 : 0.43+0.125+3.970+0.110 = 4.635
열저항의 역수(열관류율) = 1 ÷ 4.635 = 0.215W/㎡K
최종적으로 별표1의 중부2지역의 외기에 접하는 외벽의 경우, 0.240W/㎡K보다 낮으므로 적합하다고 판단할 수 있습니다.
이번 포스팅에서는 단열재 공사에 대한 설계기준에 대하여 알아봤습니다. 단열재의 성능, 두께, 열관류율 등 단열계획도를 작업할 경우, 꼭 숙지하고 진행해야 하는 사항입니다. 다음 포스팅에서는 단열재의 종류에 대해서 알아보고자 합니다. 불연재, 준불연재 등 화재에 어떤 성능을 가진 단열재가 있는지 알아보도록 하겠습니다.
저의 포스팅이 도움이 되셨다면, 공감과 댓글 부탁드립니다. 또한 기타 궁금하시거나 문의사항, 수정해야하는 내용이 있는 경우 댓글로 알려주시면 감사하겠습니다.
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