Contact us now
031.403.8424
031.405.8425

주택에서 단열재 적용 및 특징(1)

출처: https://www.unido.org/sites/default/files/2017-09/House_Insulation_v_5.8_EN_0.pdf

모든 건축자재에는 일종의 환경 비용이 따릅니다. 이 비용을 줄이기 위해 지속 가능한 재료 및 건축시스템을 선택하는데 도움과 지침을 제공하기 위해 여러 가지 원칙을 사용할 수 있습니다. 재료의 결합 방식을 포함하여 신중한 분석과 재료의 합리적인 선택은 주택의 편안함과 비용 효율성을 크게 개선하여 수명주기 환경 영향을 크게 줄일 수 있습니다.

 

시공과 설계에서 건물을 쉽게 개조하고 재사용 및 해체할 수 있는 접근을 통합하는 것이 또한 중요합니다. 내구성이 높고 낮은 유지보수 재료를 선택은 건물의 수명동안 새로운 재료와 마감재의 필요성을 최소화할 수 있습니다. 높은 지진 활동과 추운 기후를 가진 국가에서 건축자재 및 설계의 다른 측면을 선택하는 것 외에도 주택이 내구성이 있고 에너지 효율적인 경우 내진 설계 및 단열에 특별한 주의가 필요합니다.

 

오늘날 많은 합성 및 천연 재료 단열재가 시장에서 판매되고 있습니다. 대부분의 경우, 주택 건축 산업은 쉽게 구할 수 있고 비용 효율적인 단열재를 선택합니다. 그러나 현지에서 공급되고 재료로 생산되는 환경 친화적이고 비용 효율적인 단열재를 식별, 배포 및 사용해야합니다. 천연섬유로 만든 이러한 재료는 처음에는 비싸 보일 수 있지만, 사용하면 일자리 창출을 통해 사회에 도움을 줄 수 있습니다. 천연이고 현지 제품은 인공 단열재에 비해 장기적으로 환경적 이점을 제공합니다.

 

UNIDO 프로젝트에 따라 양모 단열재가 도입되었습니다. 양모는 자연스럽고 지속 가능하며 재활용 가능한 재료로 생분해가 가능하고 구현에너지가 낮습니다. 사람의 건강이나 환경에 해를 주지 않으며 유리섬유와 달리 설치자가 개인보호 장비를 착용할 필요가 없습니다. 양모는 매우 효과적인 단열재로 수분을 흡수하고 방출할 수 있기 때문에 성능이 향상됩니다. 이 기술 매뉴얼은 특성, 적용 분야, 전 세계 판매 및 특허를 포함하여 단열재의 다양한 측면을 다룹니다.

 

1. 서론

 

    단열재는 주택에서 에너지를 절약하는 가장 효율적인 방법 중 하나입니다. 다락방 및 이중벽 단열재를 설치한 결과, 일반적인 3개의 침실 2가구 연립 주택은 연간 최대 400달러의 에너지 비용이 절감되는 것으로 추정됩니다. 단열재는 연중 내내 원하는 온도로 주택의 온도를 유지하여 겨울에는 추위와 여름에는 과도한 열로부터 보호합니다.

 

   우리가 태양 전지판, 태양열 온수기, 열펌프 또는 주택의 기타 녹색 에너지의 다른 에너지원에 대한 투자를 고려할 때, 가장 먼저 주택의 단열재를 개선하는 것입니다. 천연 에너지원의 사용으로 에너지낭비 없이 극대화할 수 있음을 확신합니다. 이 단계를 무시하면, 매우 열악한 주택의 에너지 요구를 충족시키기 위해 매우 강력한 시스템을 구입하는데 많은 비용을 소비할 것입니다.

 

   단열재는 주택에서 에너지를 절약하는 가장 효과적인 방법에 하나입니다. 일반적으로 3개의 침실 2가구 주택에서 다락방 및 이중벽 단열로 년간 약 400달러 에너지 비용이 감소할 것으로 추정합니다. 단열재는 연중 내내 원하는 온도로 주택을 유지하는데 도움을 주고, 여름에는 과도한 열과 겨울에는 추위로부터 보호합니다. 단열재는 소음 감소 이점도 있습니다. 단열이 잘되는 주택은 에너지 효율성이 높으며 추가적인 난방과 냉각이 거의 필요하지 않습니다.

 

    주택을 단열시켜 절약할 수 있는 비용은 주택의 크기 및 단열재의 종류와 같이 다양한 요소에 달려있습니다. 또한 건축 연도에 따라 단열에 알맞게 계획 허가가 필요할 수 있지만, 대부분의 주택에는 그러한 허가가 필요하지 않습니다. 장기적으로 단열재는 모든 초기 지출을 회수하며 항상 현명한 투자로 간주됩니다.

 

    현대 주택은 일반적으로 매우 우수한 단열 표준으로 건축되지만, 오래된 주택은 종종 이 점에서 많은 작업이 필요합니다. 다행히 오래된 주택의 에너지 효율을 개선할 수 있는 선택이 많이 있습니다.

 

    열은 추운 날씨에서 모든 방향으로 주택으로 잃을 수 있으며, 거주자는 열이 열을 적절히 유지하기 위해 전체 단열을 고려해야합니다. 현명한 선택은 지붕, 바닥, , 창문 및 문을 단열하는 것입니다.

 

    이것 중 가장 중요한 것은 벽으로 전형적인 주택에서 열손실의 30~40%를 차지하기 때문입니다. 다음올 열손실의 약 25%를 차지하는 것은 지붕, 그 다음은 창문과 문을 통해 10~20% 손실이 되며, 마지막으로 바닥을 통해 열이 손실됩니다.

 

    주택에서 단열 요구는 다양한 천연 또는 합성 재료로 충족됩니다. 생산 공정과 적용은 주택의 특별한 설계 및 관련된 특정 구조에 따라 다릅니다. 재료의 에너지 요구 사항은 생산, 운송 및 적용 분야에서 소비되는 에너지 측면에서도 다양합니다. 건물 단열은 광범위한 용어로, 건물 내에서 모든 목적을 위해 단열에 사용되는 모든 물체를 가리킵니다.

 

    건물 내에서 단열의 대부분은 열 목적을 위한 것이지만, 이 용어는 또한 방음 단열, 방화 단열 및 충격 단열(산업에서 진동을 완화해야 하는 경우)에도 적용됩니다. 종종 단열재는 이러한 기능을 한 번에 여러 가지 수행이 가능하기에 선택됩니다.

 

    단열에는 지능적인 계획이 필요합니다. 겨울에는 주택이 따뜻할 뿐만 아니라 여름에는 더 시원하게 유지할 수 있습니다. 여기에서 원리는 보온병 동일하며, 액체와 외부 공기 사이에 단열층을 제공하여 뜨겁거나 차가운 음료를 유지할 수 있습니다.

 

    공기는 열의 열악한 전도체이며 단열재 안에 갇혀있는 작은 공기주머니로 주택 안팎으로 열이 전달될 수 있는 양을 최소화합니다. 이것은 겨울에는 열이 주택 안에 있고, 여름에는 열이 밖에 있다는 것을 의미합니다. 다른 유형의 단열재는 다른 특성을 가지므로 결과적으로 건물의 다른 영역에 적합합니다.

[주택 단열을 위한 열손실 및 예방 영역]

 

[전 세계 가정용 전력 사용(kWh/)]

[1인당 주거용 전력 사용량(kWh/)]

2. 단열재의 특성

 

    대부분 일반적인 단열재는 전도성 열 흐름을 느리게 하고, 더 적은 범위에서 대류 열 흐름으로 작동합니다. 단열 제품으로 분류되지 않는 복사 장벽과 복사 단열시스템은 열 이득을 줄임으로써 작동합니다. 효과적이려면 반사 표면은 공기 공간을 향해야합니다.

 

    단열이 어떻게 작동하는지 이해하려면, 전도, 대류 및 복사의 세 가지 기본 작용을 포함하는 열 흐름의 지식이 필요합니다. 전도는 커피 잔의 뜨거운 컵에 놓인 숟가락이 열을 전도하는 것과 같이 열이 물질을 통과할 때 볼 수 있는 작용으로 손잡이를 통해 열은 우리 손에 전달됩니다. 대류는 열이 액체와 기체를 통해 순환할 때 증거로 가볍고 따뜻한 공기가 상승하고, 주택에서는 차갑고 밀도가 높은 공기가 가라앉습니다. 복사열은 일직선으로 이동하며 에너지를 흡수하는 경로에 있는 모든 고체 물질을 가열합니다.

 

    대부분의 일반적인 단열재는 전도성 열 흐름을 느리게 하고 대류 열 흐름을 줄임으로써 작동합니다. 단열 제품으로 분류되지 않는 복사 장벽과 반사 단열시스템은 복사 열 이득을 줄임으로써 작동합니다. 효과적이려면 반사 표면은 공기 공간을 향해야합니다.

 

    작용과 관계없이, 더 이상 온도 차이가 없을 때까지 열은 따뜻한 곳에서 차가운 곳으로 흐릅니다. 이것은 주택에서 겨울에 모든 가열된 생활공간에서 인접한 가열되지 않은 다락방, 지하실 및 야외로 직접 열이 흐른다는 것을 의미합니다. 열 흐름은 바닥, 벽 및 내부 천장을 통해 온도 차이가 발생하는 곳이면 발생할 수 있습니다. 냉각이 필요한 계절에는 실외에서 주택 내부로 열이 흐릅니다.

 

    편안함을 유지하기 위해 겨울에 손실되는 열을 난방시스템으로 보충하고, 여름에는 발생된 열을 냉각시스템으로 제거해야합니다. 주택을 올바르게 단열하면 열 흐름에 효과적으로 저항을 제공하여 이러한 손실과 이득을 줄일 수 있습니다.

[에너지효율 주택 단열을 위한 중요한 요소]

    단열재의 중요한 특성은 단열에는 열전도 감소(다른 온도에서 물체 사이의 열에너지 전달), 열 접촉에 물체 사이 또는 복사 영향의 범위 내에서 물체 사이에 열전달을 감소시키는 것을 포함합니다. 단열은 특수하게 설계된 방법이나 과정뿐만 아니라 적절한 물체 모양과 재료를 선택을 통해 달성할 수 있습니다.

 

    열 흐름은 온도가 다른 물체가 서로 접촉할 때 피할 수 없는 결과입니다. 단열은 저온 몸체에 흡수되기 보다는 열전도가 감소되거나 열복사가 반사되는 단열 영역을 제공합니다.

 

    재료의 단열 용량은 열전도성에 의해 결정되며, 낮은 열전도성은 높은 단열 용량(R-)과 같습니다. 열 공학에서 단열재의 다른 중요한 특성은 제품 밀도(ρ) 및 비열 용량(c)입니다.

 

 1) R-

 

     전도성 열 흐름에 대한 단열재의 저항은 열 저항 또는 R-값으로 측정되며, R-값이 높을수록 단열재로서 효과가 큽니다. R-값은 단열 유형, 두께 및 밀도에 따라 다릅니다. 다층 설치의 R-값을 계산할 때에는 개별 층의 R-값을 더해야합니다. 주택에 더 많은 단열재를 설치하면 R-값이 증가하므로 열 흐름에 대한 저항력이 높아집니다. 단열 전문가는 주어진 기후에 적합한 단열 정도를 결정할 수 있습니다.

 

     단열재의 열 흐름 저항 효과는 단열재 설치방법 및 위치에 따라 다릅니다. 압축된 단열재는 전체 정격 R-값을 제공하지 않습니다. 벽이나 천장 전체 R-값은 열교 현상으로 스터드, 들보 및 기타 건축자재를 통해 더 쉽게 흐르기 때문에 단열재 자체의 R-값과는 약간 다릅니다. 또한 공기 흐름을 줄이기 위해 건물 빈 공간을 조밀하게 채우는 단열재는 대류 열 손실을 줄일 수 있습니다.

 

     필요한 단열 또는 R-값은 기후, 난방 및 냉방시스템의 유형 및 단열해야 할 주택의 부분에 따라 다릅니다. 공기 밀봉 및 습기 제어는 주택의 에너지 효율성, 건강 및 편안함에 중요합니다.

 

 2) 열전도율(λ, k)

 

     열전도율은 열이 단열을 통해 전달되는 주요 방법인 전도에 의해 열이 재료를 통과할 수 있는 용이성을 측정합니다. 열전도율은 종종 λ 또는 k 값으로 지칭되며, 수치가 낮을수록 단열성능은 더 좋습니다.

     간단히 말해서, 이 값은 물질이 질량을 통해 열을 전도하는 능력의 척도입니다. 다른 단열재 및 다른 유형의 단열재의 절연체로서 효과를 측정할 수 있는데 사용할 수 있는 특정 열전도율 값이 있습니다. 열전도율은 단위 온도 차이가 있을 때, 단위 면적 및 단위 두께의 재료를 통해 단위 시간에 수행할 수 있는 열/에너지 양(kcal, Btu 또는 J로 표시)으로 정의할 수 있습니다. 열전도율은 kcal/m·, Btu/ft·SI 단위로 W/m·로 나타낼 수 있습니다.

 

 3) 수증기 투과성

 

     증기 투과성은 물질이 물을 통과하도록 허용하는 범위입니다. 지정된 온도 및 습도 조건에서 두 특정 표면 사이의 증기 압력 차이에 의해 유도되는 단위 두께의 평평한 재료를 통한 증기투과율로 측정됩니다. 단열은 일반적으로 증기투과성 또는 비 증기투과성으로 특성화됩니다. 종종 통기성이 좋은 건축이라고 잘못 언급되는 벽과 지붕은 건물 내부에서 외부로 수증기를 옮기는 능력이 있어 결로 위험이 줄어듭니다.

 4) 비열 용량

 

     비열 용량은 재료 1kg에 온도를 1K(또는 1) 올리는데 필요한 열량입니다. 좋은 절연체는 비열 용량이 더 높기 때문에 실제로 가열(온도 상승)하고 흡수한 열을 전달하기 전에 더 많은 열을 흡수하는 데 시간이 걸립니다. 높은 비열 용량은 열 질량 또는 열 완충을 제공하는 재료의 특징입니다.

 

 5) 밀도

 

     밀도는 재료의 단위 부피당 질량을 말하며 kg/m³ 단위로 측정됩니다. 고밀도 재료는 전체 무게를 최대화하여 높은열 확산 및 높은열 질량 재료의 특징입니다.

 

 6) 구체화된 에너지

 

     단열재의 열 성능에 요소는 아니지만, 내재된 탄소는 단열재에 의해 절약되는 배출물과 단열재를 생산할 때 발생하는 온실가스 배출량의 균형을 유지하는 데 있어 핵심 개념입니다. 구현된 탄소는 일반적으로 공장에서 출고될 때까지 원료의 추출과 제조에 필요한 에너지를 생산하는 데 사용하는 화석 연료에서 나오는 가스로서 방출되는 탄소의 양으로 간주됩니다. 실제로 구현된 탄소 범위는 이것보다 훨씬 존재합니다. 여기에는 제품을 사용할 장소로 운송 및 설치에 사용되는 에너지, 철거 및 폐기에 요구되는 에너지가 포함됩니다. 구체화된 탄소와 관련된 과학은 여전히 발전하고 있으며, 결과적으로 확실하고 신뢰할 수 있는 데이터를 얻기가 어렵습니다.

 

 7) 열 확산

 

     열 확산성은 열 에너지를 저장할 수 있는 재료의 능력에 비례하여 열 에너지를 수행하는 능력을 측정하며, 단열재는 열 확산성이 낮습니다. 금속은 열 에너지를 빠르게 전달하는 반면 목재는 느리게 전송합니다. 구리의 열 확산율은 98.8mm²/s인 반면 목재의 열 확산율은 0.082mm²/s입니다. 위에서 설명한 변수는 열 확산율(mm²/s)=열전도율/밀도×비열 용량과 같은 공식으로 연결됩니다.