단열 및 에너지효율 개선 가이드: 단열재의 종류
출처: http://www.tipsasa.co.za/tipa/wp-content/uploads/2018/04/Retrofit-guide_2018.pdf
5. 단열재의 종류
1) 벌크 단열재(Bulk Insulation): 벌크 단열재의 작동 원리
벌크 단열재는 건조한 공기를 가볍고 부피가 큰 재료로 포집하여 작동합니다. 정지된 공기는 열이 잘 전달되지 않으므로, 많은 양의 공기를 포집할 수 있는 부피가 큰 물질이거나 가스는 전도에 의해 전달되는 열의 능력을 감소시킬 수 있습니다. 재료가 많은 양의 연속된 공기가 아니라 포획된 공기의 작은 주머니로 구성되어 있는 경우, 대류에 의한 열을 전달하는 능력 또한 감소합니다.
섬유, 폴리에스테르, 유리섬유 및 폼 보드와 같은 벌크 단열재는 공기를 포획하고 열전달 속도를 줄임으로써 작동합니다. 각 제품에는 주어진 두께, 밀도 및 온도에 대한 재료의 R-값이 있습니다. 이것의 열 저항은 열 흐름의 방향과 관계없이 본질적으로 동일합니다.
2) 단열재의 종류
(1) 연질 단열재
① 유리섬유, 미네랄울(GMW) 배트 & 롤 단열
유리섬유, 미네랄울(GMW)은 용융 유리에서 제조되며, 수지 결합으로 코팅된 미세 섬유의 배트(batts), 롤 및 블랭킷으로 형성됩니다. 배트(batts)와 블랭킷은 가볍고 표준 지붕 들보, 스터드 공간에 적합하며, 절단 및 설치가 용이합니다. 압축하거나 축축하면 안됩니다. 모든 끝과 가장자리는 단단히 결속합니다. 신중하게 설치한 경우, 떨어지거나 무너지지 않을 것입니다.
설치하는 동안 일부 유리섬유는 눈과 피부에 자극을 줄 수 있으며, 제조업체의 안전 권장 사항을 따라야 합니다. 타입과 밀도에 따라, 최대 사용 온도 범위는 200℃~350℃입니다. 유리섬유와 미네랄 울 단열재는 불연성이며, 건물의 음향 성능을 향상시키고, 수명동안 열화되지 않으며 Zero GWP(지구온난화지수)를 갖습니다.
[미네랄울 단열재]
[유리섬유 단열재]
② 세라믹 섬유(Ceramic Fiber)
1990년대까지 세라믹 울, 또는 카오 울(kaowool, 카올린과 모직이라는 말의 합성어)이라고 알려진 고온 단열 울(HTIW)은 일반적으로 1000℃ 이상의 온도에 견딜 수 있는 여러 종류의 합성 미네랄울 중 하나입니다. 1950년대에 개발된 최초의 다양한 규산 알루미늄 섬유는 내화물 세라믹 섬유로 불렸습니다.
값비싼 생산과 미네랄울에 비해 제한된 가용성으로 HTIW 제품은 거의 고온산업 적용 및 공정에만 사용 됩니다.
[세라믹 섬유]
③ 충전단열재(Loose Fill Insulation)
충전단열재는 유리섬유, 미네랄울, 나무섬유 및 종이와 같은 다양한 재료로 제조될 수 있습니다. 예를 들어, 셀룰로오스 섬유 단열재는 미세하게 분쇄된 재생지로 만들어지며, 섬유질 매트릭스로 분쇄되어 화학적으로 처리되어 화재 및 곰팡이의 성장에 저항합니다. 입자의 크기가 작기 때문에, 셀룰로오스는 ‘흐름’으로 장애물 주위(못, 전선 및 트러스 등)에 균일하게 채워질 수 있습니다.
단열재는 제조업체의 권장 밀도 및 두께가 충전되지 않는 경우, 시간이 지남에 따라 정착되어 의도된 R-값의 달성 및 유지가 어렵습니다. 충전 취입된 셀룰로오스는 다양한 특별히 설계된 강화된 인테리어 시트 제품을 사용하여 수직 벽의 빈 공간에 설치될 수 있습니다.
[충전단열재]
④ 암면(Rock Wool)
용융된 선업용 슬래그로 섬유화로 제조되고, 기름 및 바인더로 처리되어 먼지를 억제하고 형태를 유지합니다. 이것은 유리섬유와 질감 및 외형이 유사하지만 유리섬유보다 밀도가 높기 때문에 단위 두께 당 R- 값이 높습니다. 암면은 슬래그 대신 천연 암석을 사용한다는 점을 제외하고는 비슷한 방식으로 제조됩니다. 암면을 제조하는 데 사용된 다른 특허 기술은 단섬유와 장섬유를 혼합하여 만들어집니다.
고밀도 단열재는 내화성이 높기 때문에 일반적으로 산업용으로 사용되고, 최대 사용 온도는 200℃~850℃입니다. 또한 불연성이고, 음향 성능을 향상시키며 수명동안 저하되지 않으며 Zero GWP(지구온난화지수)를 갖습니다. 일반적으로 암면 단열재는 유리섬유보다 비쌉니다.
[암면 단열재]
⑤ 폴리에스테르 섬유(Polyester Fiber)
폴리에스테르 섬유(재생 PET 병 포함)로부터 폴리에스테르 섬유가 연질 배트(batts)로 방사됩니다. 블랭킷으로 사용할 수 있습니다. 절단 및 설치가 용이하며, 과민성이 없고 물리적 또는 건강상의 위험이 없습니다. 화염에 직접 노출되면 녹고, 화염에 멀리 있으면 수축될 수 있습니다. 최대 사용 적정 온도는150℃입니다.
[폴리에스테르 섬유(Polyester Fiber)]
⑥ 폴리에스터 섬유 배트(Polyester Fiber batts)
폴리에스터 섬유 배트 또는 천정 패널은 열적으로 결합된 재생 가능한 식물 섬유인 혼합되지 않은 제품 및 재생 폴리에스테르 섬유를 혼합하여 생산합니다. 독성이 없으며 유해하지 않은 저 VOC(휘발성 유기 화합물)제품입니다. 밀도는 24~100kg/m³ 배트 또는 50~300kg/m³ 보드 제품 사이에서 다를 수 있습니다.
[폴리에스터 섬유 배트]
(2) 경질 벌크단열재(일반적으로 보드 단열재)
① 발포 폴리스티렌(EPS)
발포폴리스티렌 보드는 가볍고, 폴리스티렌 고체 비드 안에 소량의 펜탄 가스가 갇힘으로써 만들어지는 플라스틱 폼 단열재입니다. 펜탄 가스는 스팀 열의 작용에 의해 팽창되고, EPS 셀에 완벽하게 닫힌 폼을 형성합니다. 이 셀은 원래 폴리스티렌 비드의 약 40배의 체적을 차지합니다. 그런 다음 EPS 비드는 3개의 표준 밀도로 보드나 블록으로 성형합니다. EPS는 뛰어난 내열성, 내습성 및 환경 친화적인 수명 내구성을 제공합니다. EPS는 설치가 쉽고, 무독성이며 CFC나 HCFC가 들어있지 않으며 재활용이 가능합니다. 사용 제한 온도는 100℃입니다.
[발포 폴리스티렌단열재]
② 압출법보온판(Extruded Polystyrene, XPS)
압출 폴리스티렌은 폐쇄 셀 폴리스티렌 경질 폼 보드로, 습기 전달에 고유의 내성으로 인해 높은 압축 강도와 우수한 장기 내열성을 제공합니다. 압출법보온판은 바닥 슬래브 아래, 이중 벽, 퍼린(purlin) 위나 서까래, 역 지붕 및 단열된 천장 적용을 포함하여 대부분의 주거용, 상업용, 농업용 및 산업용 단열 요구 사항에 맞게 다양한 길이와 두께로 제공됩니다. 압출법보온판은 지속적으로 자외선에 노출되면 열화되며, 용제에 용해됩니다. 모든 수성 접착제 및 도료에 적용 가능하고, 제한된 사용 온도는 100℃입니다.
[압출법보온판]
③ 폴리우레탄 및 폴리이소시아누레이트
이 단열재는 폴리올과 작은 공기 셀(cell) 만들거나 형성하는 이소시아누레이트 사이의 화학 반응에 의해 제조됩니다. 셀에는 공기 대신 냉매 가스가 포함되어 있습니다. 폴리우레탄 보드는 일반적으로 호일로 양면 처리되거나, 또는 내부 및 외부 마감재로 접착됩니다. 폴리우레탄 보든 물이나 햇빛에 장기간 노출 되지 않도록 보호해야 하며, 내부에 사용되는 경우 건식 벽체와 같이 내화 물질로 마감해야 합니다. 폴리우레탄폼 보드 단열재는 상대적으로 높은 비용으로 인해, 사용은 일반적으로 높은 R-값을 요구하는 영역으로 제한되어, 공간이 매우 제한적입니다.
[폴리우레탄 및 폴리이소시아누레이트]
④ 페놀 폼(Phenolic Foam)
이 페놀 폼 보드는 페놀 포름 알데히드 수지로 제조되며 개방형 및 폐쇄형 셀(cell)제품으로 제공됩니다. 페놀 폼 보드는 일반적으로 한 면 또는 양면에 호일이 붙어있습니다. 다른 경질 단열재보다 가연성이 훨씬적습니다. 햇빛과 물에 장기간 노출되지 않도록 보호해야합니다. 이것은 벽 외장에 적합하지만, 위와 아래등급 모두 내장재로 사용됩니다. 사용은 일반적으로 높은 R-값을 요구하는 영역으로 제한되지만 공간이매우 제한된 경우에 한합니다.
[페놀 폼(Phenolic Foam)]
(3) 스프레이 폼 단열재
폴리우레탄폼은 일반적으로 엷은 황색의 독립 기포 폼이며, 스프레이는 다양한 분야에 적용할 수 있습니다. 이 재료는 현장에서 대규모 적용을 위해 특수한 장비가 필요합니다. 작은 응용 분야의 경우 스프레이 캔으로 사용할 수 있으며 창문, 문 등의 주변을 밀폐할 수 있습니다.
스프레이 폼은 공기 장벽 역할을 하지만, 수증기 장벽이 아니며 장시간 햇빛에 노출되지 않도록 보호해야 합니다. 스프레이 폼을 주택 내부에 사용할 때, 건식 벽체와 같은 내화 재료로 마감해야합니다.
[스프레이 폼 단열재]
(4) 복합 단열재
두 가지 유형의 일부 기능을 결합한 복합 벌크 및 반사 재료를 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 블랭킷, 배트 및 보드와 같은 벌크 단열재를 호일과 접착하여 사용합니다.
[복합 단열재]
■ 화재 안전이 최우선입니다!
복합적으로 시험하고, 그것을 그대로 사용할 수 있는지 확인하기 위한 화재보고서가 없으면, 건물의 SANS 10400-XA 에너지 사용량을 준수하기 위해 다른 종류의 단열재와 함께 단열재를 사용하지 마십시오!
4) 반사 호일 단열재
주로 복사열의 열 흐름에 대한 장벽인 반사 호일 단열재로 공기 공간과 함께 설치하여 적용될 때만 효과적입니다. 이러한 제품은 일반적으로 반사성 호일 “RFL”로, SABS 표준 SANS 1381 part 4에 따라 시험됩니다.
반사 호일 단열재의 성능이 질량 또는 벌크 유형 재료보다 더 복잡하고 다른 원리이지만, 공통 분모는 공기 입니다. 벌크, 질량 및 섬유 제품은 많은 수의 공기 또는 작은 가스 포켓을 포획하지만, 반사형 호일은 한정된 공기 공간의 분할과 생성으로, 공기 공간과 마주하는 고 반사/ 저방사 표면과 함께합니다. 반사 표면은 밝은 면이 아래를 향하도록 위치해야합니다.
이 단열 방법을 단순히 반사성이라고 정의하는 것은 잘못된 명칭이며, 반사 호일 단열재의 성능을 결정하는 원칙은 방향, 흡수, 전도성에 기반을 두고 있으며, 가장 중요한 것은 고 반향 표면의 능력이 동반 공기 공간 으로 흡수되는 열의 3~5% 사이의 작은 비율만을 방출한다는 것입니다. 따라서 단열 시스템 내 또는 방수막 아래의 공기 공간과 결합된 고도로 연마된 표면은 전도 열 전달을 감소시킴과 동시에 방출 복사열을 감소시 키는 데 중요합니다.
반사 단열은 겨울철 열 손실을 줄이는 것보다 여름철 열 발생을 줄이는 데 효과적이며, 설계 단계에서 고려 해야합니다. 반사 단열의 열 저항은 열 흐름의 방향 즉, 수직, 수평 또는 경사, 공기 공간의 수 및 공기 공간 의 두께에 따라 달라집니다. 또한 공기 공간이나 공간을 향한 밝은 표면은 적어도 하나의 표면은 오염되지 않습니다.
반사 호일의 시스템 R-값은 겨울이나 여름으로 번갈아가며 위 또는 아래로 표시됩니다. SABS 표준 SANS 1381 part 4에 따라 평가할 때, 주어진 공기 공간 두께와 공기 온도에서 시험됩니다. 사용자는 제조업체가 제공한 시스템 값이 특정 적용과 관련이 있는지 확인해야합니다.
R-값 저항 또는 k 값 전도도는 그 자체로 막/적층 물에 주어질 수 없습니다. 열전달 계수, 열 투과율 또는 “U”값은 재료와 함께 공기 공간의 두께와 방향에 따라 시스템에 주어집니다. 이 지침에서 언급된 “R”-저항 또는 “U” 값은 지붕 마감재를 향한 윗면을 기준으로 하며, 먼지가 쌓이면 반사율이 감소하므로 R-값이 감소 합니다.
반사 호일 단열재는 보강 가닥 또는 저밀도 폴리에틸렌 버블이 있는 알루미늄 호일 박판으로 롤로 공급되는 호일에 박판으로 된 공기로 캡슐화됩니다. 열 성능 이외에도 효과적인 방진, 방수 및 공기 장벽뿐만 아니라
천공, 파열 인장 저항, U.V 안정화와 같은 물리적인 특성면에서 SABS 표준 SANS part 4를 준수해야합니다.
표면에 과도한 심한 주름, 긁힘, 천공 구멍 또는 구멍과 같은 손상은 성능을 저하시키고 수리하거나 잘 만들 필요가 있습니다. 반사 호일은 성능 개선을 위해 벌크 단열재와 함께 사용할 때 유용합니다.
[반사 단열재]
■ 반사 열 장벽/반사 단열재를 사용하는 이유?
남아프리카 대부부의 지역은 일년 평균 2천500시간의 일조량을 나타내며, 일일 평균 일사량은 4.5~6.5 kWh/m²입니다. 사실 남부 아프리카 지역은 아프리카 전역에 걸쳐 일 년 내내 일조량이 있습니다. 남아프리카의 경우 연간 24시간 태양 복사 평균은 약 220W/m²이며, 미국의 경우 약 150W/m²이고 유럽과 영국의 경우 약 100W/m²입니다. 이것은 남아프리카 지역 자원을 세계에서 가장 높은 국가 중 하나가 되게 합니다.
[서까래 위에 설치하는 반사 호일 단열재]
SANS 10400-XA에 따라 기후 구역 1, 2, 4 및 6의 모든 기와지붕은 기와 밑받침 및 복사 장벽을 설치하고 조인트는 밀봉되어야합니다.