단열 및 에너지효율 개선 가이드: 열 단열
출처: http://www.tipsasa.co.za/tipa/wp-content/uploads/2018/04/Retrofit-guide_2018.pdf
Ⅴ. 열 단열
1. 단열재
건물 외장을 통해 열손실이나 열 획득을 줄이기 위해 단열재가 설치됩니다. 단열은 열 흐름에 장벽을 제공하며, 겨울에 열 손실을 줄여 집과 건물을 따뜻하게 유지하거나, 여름에 열 획득을 감소시켜 집과 건물을 시원하게 유지합니다. 부적절한 단열 및 공기 누출은 가정에서 열 손실의 주요 원인입니다.
[대략적인 겨울철 열 손실과 여름철 열 획득]
단열재를 설치하는 가장 경제적인 시기는 시공 중입니다. 개조는 적용에 따라 더 어렵고 비용이 더 많이들 수 있습니다.
천장과 바닥에 단열재를 설치할 수 있습니다. 주요 선택 사항은 다음과 같습니다.
① 건물의 여러 부분에서 사용되는 단열 판(블랭킷, 경질 또는 연질 채움, 반사 장벽) 및 재료(반사 호일막, 유리섬유, 셀룰로오스 섬유, 울, 폴리에스터 등)
② 원하는 R-값(즉, 원하는 수준의 열 저항)을 얻기 위한 지정된 양
명시된 형식 및 재료는 고객의 선호도, 건축 유형 및 건물 외장의 어느 부분에 단열이 되어있는지에 달려있습니다. 단열재를 지정할 때, 주요 고려 사항은 건물의 수명동안 재료의 열 성능입니다. 또한 단열 재료의지속 가능성, 즉 제조와 관련된 배출량을 고려해야합니다.
또한 제품이 화재안전 요건을 준수하는지 확인합니다. 모든 단열 제품은 화염확산 시험을 해야 하며, 화재 시험보고서가 있어야합니다.
2. 단열재 작동 원리
천연, 광물 또는 석유화학 제품에서 파생된 여러 종류의 단열재가 있습니다. 단열은 전도, 복사, 대류 또는이들 조합에 의한 열전달/열 흐름의 억제제로서 작용하며, 겨울철에 열 손실을 줄여서 집과 건물을 따뜻하게 유지하고 또는 여름철에 열을 감소시켜 집과 건물을 시원하게 유지합니다.
전도 및 대류 유형의 열은 벌크 단열재를 사용하여 처리됩니다. 이러한 종류의 단열재는 일반적으로 갇힌 공기 포켓(열을 잘 전달하지 못함)을 포함하는 저밀도 재료로 만들어집니다.
복사열은 반사될 수 있으며, 이것은 호일 장벽과 같은 반사 단열이 자체적으로 발생하는 것입니다. 반사 단열(복사 장벽)은 종래의 벌크 단열 재료와는 다른 개념으로 복사에 의한 열전달을 감소시킵니다.
단열 시스템의 기초가 공기 또는 가스를 가두는 것을 이해하는 것은 개조 계획에 단열재를 설계하거나 설치 할 때 기본적입니다. 단열재가 최저의 성능을 발휘하려면 단열재 표면 사이, 주변 또는 표면을 가로지르는 (열 우회라고도 함) 공기 이동을 줄이는 것입니다.
건물의 구조에 따라, 단열 제품은 지붕 요소 및 바닥, 기존 벽의 내부 및 사이, 외부에 장착됩니다. 벽의 경우, 이것은 이중 벽 단열, 외벽 단열(EWI) 또는 외부 단열 복합시스템(ETICS) 및 내부 벽 단열(IWI)로 알려져 있습니다. 그것이 위치하는 곳은 지정자 또는 설치자에 의한 사전 설치 평가를 필요로 하는 여러 외부 요소에 따라 달라집니다.
단열재는 건물의 열 성능에 매우 중요한 요소이지만, 유일한 것은 아닙니다. 주택이 잘 단열되어 있다고 하더라도, 열교에서 설명한 바와 같이, 공극, 창문, 단열재 틈새 그리고 프레임과 같은 건물 요소를 통해 열이 빠져 나갈 수 있습니다. 건물의 열 성능은 함께 작동하는 건물의 모든 요소에 따라 달라집니다.
[단열재는 건물 내부 및 외부로의 열 흐름을 방지]
3. R-값이란 무엇인가?
단열재는 열전달을 제한하는 성능을 평가합니다. 이것은 열 저항으로 알려진 R-값으로 표현됩니다. R-값은 절연체로서의 성능에 대한 지침입니다. R-값이 높을수록 단열재(열 흐름에 대한 저항력)가 우수합니다.
R-값은 미터법 단위의 m².K/W를 사용하여 표시합니다.
① m²는 특정 두께의 재료를 1m 제곱한 것을 의미합니다.
② K는 재료를 가로 지르는 1° 온도 차이(켈빈 또는 섭씨)를 나타냅니다.
③ W는 재료를 가로 지르는 열의 양을 와트로 나타냅니다.
성능을 결정하기 위해 단열재 포장에 나와 있는 공칭 R-값을 사용합니다. 동일한 R-값을 갖는 벌크 단열재는 올바르게 설치되었다고 가정하면, 서로 동일한 단열 효과를 제공합니다. R-값이 높을수록 단열 효과가 높아집니다. 제품은 제조업체의 설치 사양에 따라 설치해야합니다.
반사 단열은 인접한 또는 밀폐된 공기 공간의 열 저항을 높이기 위해 낮은 방사율 표면을 사용합니다. 방사율은 표면이 열에너지를 방출하는 효율의 척도입니다. 반사 재료 또는 조립의 열 저항은 재료 또는 조립된 반사 경계에 인접한 공기 공간에 의한 기여로 인해 발생하는 결합된 열 저항 시스템 R-값(Rsys)으로 표현됩니다.
반사 단열은 매우 낮은 방사율 값 “E-값”(일반적으로 0.03~0.05, 대부분의 단열재는 0.90)을 가지며 방사에 의한 열전달을 크게 줄입니다.
제품 시험 자료 및 표시에는 사용할 수 있는 정보 R-값이 포함되어야합니다. 단열재가 특정 용도에 적합한지 확인합니다. 성능 보장 및 또는 시험 인증서를 사용할 수 있는지 확인합니다. R-값은 제품을 통한 열류 방향에 따라 다를 수 있습니다. 차이는 일반적으로 벌크 단열재에 대해서는 한계가 있지만, 반사 단열에 대해서는 분명합니다.
① 업(up) R-값은 열 흐름 위쪽에 대한 저항을 나타냅니다.(‘겨울’ R-값이라고도 함)
② 다운(down) R-값은 열 흐름 아래쪽에 대한 저항을 나타냅니다.(‘여름’ R-값이라고도 함)
건물의 단열 성능은 단열재뿐만 아니라 지붕 마감재, 창문 틈새 등과 같은 다른 요소의 단열 성능에도 영향을 받습니다. 석재, 콘크리트 및 벽돌과 같은 고밀도 재료는 우수한 열 질량을 제공하지만 낮은 R-값을 가 지므로 열악한 단열재입니다. 성형된 강재 외장 및 섬유 시멘트와 같은 얇은 금속 또한 낮은 R-값을 가지며, 따라서 열악한 단열재이기도 합니다.
■ 총 R-값과 R-값 사이의 차이점
R-값은 재료의 열 저항, 즉 제품에만 해당됩니다. 총 R-값은 지붕, 천장 조립, 벽 및 바닥에서 제공되는 열 흐름에 대한 시스템의 총 열 저항을 나타냅니다.(모든 재료와 공기 필름 포함) 이 값은 단열재를 포함하여 각 구성 요소의 열 저항을 추가하여 계산합니다. 총 R-값은 단열재가 일반적으로 건물 외장 내에서 가장 많은 기여를 하며, 성능을 나타내는 가장 좋은 지표입니다.
4. R-값 요구 사항 수립방법
단열재는 에너지 구역에 따라 추가로 요구되는 최소 R-값을 준수해야합니다.모든 단열재는 각 롤의 포장 또는 대량의 묶음에 다음 정보를 포함하여 포장 안에 안전하게 붙어있어야 합니다.
① 제조자의 이름, 상호 또는 상표
② 제품 유형 식별
③ 배치 식별 또는 제조일자
④ 재료의 공칭 길이(m), 너비 및 두께(mm)
⑤ m² 단위의 공칭 면적
⑥ 재료의 공칭 열 저항(R-값), 단위: m².K/W
⑦ 해당 재료가 수증기 장벽으로 사용하기 가능한지의 적합성
⑧ SANS 428에 따른 화재성능 분류
⑨ 해당 재료가 ‘가연성’ 또는 ‘비가연성’의 표시
⑩ 단열재의 취급 및 설치 중 건강 및 안전에 관한 주의사항을 언급한 경고
설치 지침과 데이터 시트는 올바른 사용과 설치를 위해 재료 공급업체로부터 구해야합니다. 합리적인 설계 옵션을 고려하지 않는다면 건물의 설계 단계에서 건축주가 다음과 같은 규칙을 적용해야합니다. 건물 외장의 일부인 지붕 또는 천정은 열 흐름 방향에 대해 아래 표에 지정된 총 R-값을 얻어야합니다.
[지붕 및 천정의 최소 총 R-값]
[표]에서 열 흐름의 방향은 건물 사용 시간동안 열 흐름의 주된 방향으로 간주됩니다. 낮 시간보다 야간 시간에 주택의 더 높은 사용하는 비율이 고려됩니다. [표]에서 ‘아래쪽’이 지정되면, 이것은 주요 중요성으로 여름 더위(건물로의 아래쪽 열 흐름)를 나타냅니다. 하향 및 상향 요건을 합한 것은 여름과 겨울(난방과 냉방)이 매년 비슷한 수준의 에너지 사용량을 가짐을 의미하며, 상승 흐름은 겨울동안 건물에서의 열 손실을 주요 중요성으로 표시합니다.
[일반적인 단열재의 전형적인 데이터 및 인정된 두께(mm)]
1) 화재 안전
단열재의 선택 및 사양은 항상 SANS 10400-T의 화재 예방에서 제시된 화재안전 요건과 함께 결합되어야 합니다. 단열재는 다음 중 하나이어야 합니다.
① SANS 10177-5에 따라 시험하여 불연성이며, 모든 사용 등급에 설치할 수 있습니다.
② SANS 10177-5에 따라 가연성 등급의 재료는 적절한 사용 및 적용을 위해 SANS 428 규정에 따라 시험 되고 분류되어야합니다.
[SANS 10400-T 화재 예방에 적용 가능한 규정 A20 등급]
■ 사용을 위한 분류 기준
“화재”번호 1은 불연성 물질만 사용해야하며 제한이 없음을 나타냅니다. 목록의 “화재”번호 2~4는 동일 하거나 더 우수한 분류의 제품도 적합함을 의미합니다. 2층 이상의 건물의 경우 모든 지붕과 천정 구조물은 불연성이어야 합니다.
■ 단열 제품 및 시스템을 위한 화재시험
단열재, 복합 단열재 및 복합 패널은 최대 코어 또는 단열재 두께로 시험해야합니다. 함께 추가된 여러 유형의 제품의 조합이 화재시험을 거치치 않는 한, 건물에서 SANS 10400-XA 에너지 사용량을 준수하기 위해서 “값싼 선택”으로 다른 단열 타입과 함께 단열재를 사용해서는 안됩니다. 화재 등급은 시험성적서에 표시된 두께 이하의 재료 두께에 적용되어야 합니다.