지속 가능한 건물을 달성하기 위한 경질 우레탄폼 단열재(우레탄보드)의 역할

지속 가능한 건물을 달성하기 위한
경질 우레탄폼 단열재(우레탄보드)의 역할

 

1. 건설에서 지속 가능성이란 무엇인가?

1) 지속 가능한 개발

1987년 브룬트란트 보고서에는 지속 가능한 개발의 일반적으로 받아들여지는 정의와 가장 널리 알려져 있는정의는 “…개발 및 선진국 모두에서 경제 및 사회 발전의 지속적인 과정 즉, 자신의 요구를 충족하기 위해 미래세대의 능력을 손상시키지 않고 현재의 요구를 충족시킨다.”라고 우리에게 제공합니다. ​때때로 우리는 “세 가지 핵심”이라고 하는 환경, 경제, 사회의 지속 가능한 발전의 세 가지는 우리가 계 속 번창하고, 심지어 종족을 유지하기 위하여 매우 중요합니다.

이 논문은 단열재의 선택이 어떻게 건축물에 적용했을 때, 그리고 경질 우레탄폼 단열재(우레탄보드)가 지속가능한 단열 건물을 달성하는데 중요한 기여를 하는지 지속 가능성의 방법에 대하여 설명합니다.

 

[일반 건축물에서 경질 우레탄폼 단열재(우레탄보드)를 사용한 외부 단열]

 

2) 건축물의 지속 가능성

지속 가능한 건설은 자원 보존과 환경에 미치는 영향을 감소하고 사회적 측면(접근성과 실내 공기의 질 등)을고려하여 경제성을 구축하는 환경을 개발하는 과정으로 설명할 수 있습니다. 그것은 지속 가능성의 경제적,​환경적 측면은 주로 건물의 사용 단계에서 에너지의 사용에 의해(에너지 효율의 수준) 지배 되는 것을 인정합니다.  

​심지어 패시브주택의 높은 초기 투자비용은 10년 안에 낮은 운영 비용을 통하여 다시 회수됩니다. 환경 성능에관해서는, 태양전지패널, 삼중 유리, 및 두꺼운 단열재의 사용으로 매우 낮은 에너지건물을 향해 이동할 때 건축제품의 증가에서 구체적인 영향을 줍니다. 에너지 사용과 동시에 사용 단계동안 80~95% ​만큼 감소됩니다.

​심지어 이러한 상황에서, 사용 단계는 지배적인 라이프 사이클 단계에 남아있습니다.

 

[다른 건물 유형에서 건설 및 사용 단계에서 환경에 미치는 영향]

중요한 원칙은 이른바 Trias Energetica입니다. 이것의 적용은 에너지 발전량을 유지 또는 정말 필요한 것 이상으로 구축되지 않도록 합니다. Trias Energetica(에너지 삼위일체)는 먼저 불필요한 에너지 손실을 방지하여 건물에너지수요의 최소화를 요구합니다. ​

​나머지 에너지수요는 가능한 최대 범위까지 재생에너지에 포함되어야 합니다. 필요한 경우, 이것은 화석 연료의 효율적 사용으로 대체해야 합니다.

 

2. 어떻게 지속 가능한 건물을 위한 단열재를 선택하는가? 

➀ 너무나 자주, 단열 재료의 선택은 주어진 건물 설계에서 건물의 라이프 사이클 성능을 고려하지 않고 초기 단열재가격을 기준으로 만들어집니다.

➁ 또 하나 선택의 기준은 습관입니다.(“나는 항상 이 물건을 사용하고 있습니다.”)

➂ 마지막으로 “환경 친화적인” “지속적인” “녹색” “생태” 라고 주장하는 제품을 지정하는 경향이 존재합니다.

이와 같은 주장은 면밀하게 조사하면 종종 준수되지 않으며, 업계 전반에 걸쳐 합의된 기본 원칙을 따르지 않으며,​결국에는 반드시 환경 친화적인 건물로 이어지지 않습니다. 이 장에서는 단열재 선택이 지속 가능 한 건물을 달성하기 위한 방법을 설명합니다.

1) 사용에 대한 적합성

 

[단열재 종류 구분]

모든 단열재에서 성능 값은 통일된 시험방법으로 제시되어야 합니다. 오늘날 많은 다른 종류의 단열재가 존재합니다. 단열재는 재료의 근원(광물, 석유화학 또는 재생 가능한 자원) 및 물리적 특성(섬유 또는 세포 구조)에따라 그룹화 할 수 있습니다.  

경질 우레탄폼 단열재(우레탄보드, PUR/PIR)과 같은 일부 단열재는 모두 최종 제품으로 적용하여 사용할 수있습니다. 각 단열재별로 장점과 단점이 있습니다. ​

장재와 두께에 따라, 경질 우레탄폼 단열재(우레탄보드)는​0.022W/m·K에서 0.028W/m·K의 낮은 열전도율을 달성할 수 있습니다.  

이것은 시장에서 가장 일반적으로 사용되는 효율적인 단열재입니다. ​다른 단열재와 비교했을 때, 경질 우레탄폼 단열재(우레탄보드)는 훨씬 낮은 두께로 동일한 수준의 성능을 얻을 수있습니다. 따라서 경질 우레탄폼 단열재(우레탄보드)는 무엇보다도 매우 낮은 에너지건물에서 지속 가능한 건물사용에 대한 적합성 측면에서 현재까지 단열재 중에서 제일 우수합니다.

 

구분	경사진 지붕	보행 가능한 평면 지붕	벽	바닥
경질 우레탄폼 단열재(우레탄보드)	O	O	O	O
비드법 보온판	O	O	O	O
압출법 보온판	O	O	O	O
그라스울(유리면)	O	×	O	O (제한적)
락울	O	O	O	O
셀룰로오즈	O	×	O	×

[단열재별 사용에 대한 적합성]

 

또한 아래에서 입증한 바와 같이, 경질 우레탄폼 단열재(우레탄보드)는 또 다른 주요 장점을 제공합니다.

 

[단열재 두께와 열전도율 값의 영향]

  

2) 내구성

단열재는 사용에 대한 적합성이 설정되면, 다른 단열재는 건물의 수명 주기를 통해 제시된 성능 값의 유지 여부를 확인해야 합니다.

(1) 열 성능의 노화

경질 우레탄폼 단열재(우레탄보드)의 열적 성능은 시간의 경과와 생산자에 따라 변화함으로 장기적인 열적 성능 값을 제시해야 합니다.

구분	년수	1년전 제시된 열전도율 값(W/m·K)	현재 열전도율 값 (W/m·K)
경사진 지붕	28	0.030	0.0292
평면 지붕	33	0.030	0.0272

[FIW에서 실시한 열전도율 시험 결과]

 

내구성이 뛰어난 고성능 단열재 및 공급업체의 신뢰 구축에 대한 시장의 요구에 응답할 목적으로, PU ​유럽은기존 건물에서 수십 년 된 경질 우레탄폼 단열재(우레탄보드) 시편을 평가하기 위해 FIW에서 시험을 하였습니다. 시험은 채취된 경질 우레탄폼 단열재(우레탄보드) 시험편이 손상, 구멍이 없음, ​기포, 동공이나 다른불균일성이 없음을 입증하였습니다. 경질 우레탄폼 단열재(우레탄보드)는 여전히 모든 제시된 성능 값과성능을 유지하여 사용하기에 완벽하게 적합하였습니다.

 

(2) 열 성능에 습도의 영향

물이나 습기의 유입은 일부 단열재의 열전도율을 크게 증가시킬 수 있습니다. 부피 기준에서 약 1%의 수분함량에서, 특정 섬유 재료의 열전도율은 약 85%로 급격하게 상승합니다. 이것은 경계선 또는 지붕과 같은적용에서 단열층을 통해 상당히 높은 열전달을 초래할 수 있습니다.

[Jespersen에 따른 수분 함량의 함수로서 열전도율
​(암면: 78kg/㎥, 유리섬유: 62kg/㎥, 확장 코르크: 110kg/㎥)]

경질 우레탄폼 단열재(우레탄보드)는 폐쇄된 셀 구조로 거의 물이나 습기에 의해 영향을 받지 않습니다. ​그것은 물을 흡수하거나 이동하지 않습니다. 경질 우레탄폼 단열재(우레탄보드)의 성능은 물에 저항하고,​과도한 습기에 노출 된 후 신속하게 이전의 성능으로 되돌릴 수 있습니다.

 

(3) 평면 지붕에서 상시 인파의 영향: 보행성

평면 지붕에 태양 전지 패널의 사용 증가로 이러한 문제를 넣었습니다. 평면 지붕은 종종 동적 기계 ​하중,​예를 들어 보행자 또는 작은 차량에 노출됩니다. 이러한 하중은 건물의 건설 중 또는 지붕의 ​설치를 정기적으로 유지 보수하기 위하여 발생합니다. 약간의 하중을 가하게 되면 일부 단열재는 압축 강도를 잃어버리는 경향이 있습니다.

 

[평면 지붕 손상의 예]

예를 들어, 평면 지붕에 보행 및 차량 이동으로 움푹 패인 형상은 결과적으로 방수를 저해하는 요인입니다.​방수에서 응력은 패인 형상이 가까이 있는 경우, 방수의 기계적인 해결을 통해 침투되거나 균열로 이어질 수있습니다. 따라서 단열재 및 방수성은 새는 지붕의 결과로 크게 손상될 수 있습니다.  

​일부 섬유단열재와는대조적으로, 경질우레탄폼단열재(우레탄보드)는 일반적으로 유지하는 과정에서 발생하는 보행성 및 하중에 영향을 받지 않습니다.

 

[평면 지붕에서 경질 우레탄폼 단열재(우레탄보드) 시공]

3) 환경 성능

​

​(1) 환경성능 기준

세 번째 단계에서 단열재는 재료의 선택이 전체 수명주기를 통해 어떻게 건물의 환경성능에 영향을​주는지​EN 15978 “계산방법(건물의 환경성능 평가)을 이용한 건설의 지속 가능성”을 사용하여 수립되어야 합니다.​건축 제품 제조업체는 EN 15942 및 EN 15804을 기초로 전 과정 평가 데이터 또는 환경제품선언(EPDs)을제3자 보증을 제공해야 합니다. 합의된 일반적인 계산과 소통 양식은 결과의 비교가능성을 보장할 수 있습니다.

(2) 단열재의 환경 성능

유럽 연합(EU)에서 공공기관은 공개적으로 “자연”과 “생태”를 근거로 천연 단열재를 선호하고 있습니다.​이러한 주장은 심각한 라이프 사이클 분석(LCA)의 모든 원리에서 무시되지 않으며, 그것은 또한많은 경우현실에 모순됩니다. 유럽 연합(EU)은 건축물의 보수를 포함하여 다양한 최종 사용에서 여러단열재의 환경성능을 평가하기 위하여 영국 건축연구소(BRE)에 시험을 하였습니다. 소위 천연 단열재는 포함할 수 없었으며, BRE는 좋은 품질의 LCA 데이터에 접근할 수 없었습니다.

그러나 이 연구는 유용성을 입증하고, 다음과 같이 그 결과로 요약될 수 있습니다.

➀ 건물의 환경 부하에서 단열재의 전반적인 영향은 저에너지 건물에서도 매우 작습니다. ​

그러나 건축 자재는산성화, POCP(광화학 오존생성지수), 부영양화로 일반적인 지배 영향을 받습니다.

 

[표준화된 데이터 – 에너지사용, 건축 재료와 단열재]

➁ 일반적으로, 기능단위로부터 독립적인 건물수준에서 측정한 단열재의 환경성능은 유사합니다.

○ U-값이 고정되면, 경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드) 층은 다른 단열재보다 얇습니다. ​건물 요소는얇고경량이며 따라서, 전체적인 물질의 사용은 감소될 수 있습니다.

○ 단열층의 두께가 고정되었을 때, 리모델링의 경우, 경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드)는 다 른 단열재보다건물의 실제 사용 시간동안 많은 에너지를 저장합니다.

➂ 평지붕에서 보행성과 같은 특정한 기계적 특성이 필요할 경우, 경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드)의사용은전반적으로 낮은 환경적 영향을 발생할 수 있습니다.

[평지붕: 영향의 분류에서 표준화된 환경에 미치는 영향(지붕 재료와 단열)]

연구의 결과는 단열재의 선택은 무엇보다도 건물 수준에서 최고 에너지성능을 제공하고, 그들 의 제품라이프사이클 전체에 걸쳐 지정된 성능 수준을 유지하는 능력을 기반으로 할 수 있는지 명확하게 확인하여야 합니다.

 

(3) 경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드)의 환경적 영향의 진화

건물 수준에서 평가했을 때, 미네랄 섬유를 포함한 다른 단열재의 건물은 경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드)와대등한 환경 성능을 보여주었습니다. 그럼에도 불구하고, 제조 효율, 재생 성분의 사용 및수명의 해결 측면에서 더 개선의 여지가 있습니다. 경질 우레탄 폼 단열재 ​(우레탄보드) 산업은 제품이환경에미치는 영향을지속적으로 감소하기 위하여 노력하고 있습니다.

아래의 그림은 2009년과 2012년 사이에 에너지 수요와 지구온난화 측면에서 개선된 차이를 보여줍니다.

 

[표면재 없이 단열재 1kg이 환경에 미치는 영향의 감소
​(에너지회수 없이): 2009년=100%]

개선은 주로 더 나은 폴리에스테르폴리올 및 MDI를 위한 환경 프로파일 데이터 품질 덕분에 달성했습니다.

 

[공공기관 경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드) 시공]

 

 

4) 경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드)의 비용 성능

패시브 또는 저에너지 건축물을 구축하는 것은 단열재 수준의 증가 또는 더 우수한 성능의 창​등과 같은추가적인 비용을 초래할 수 있습니다. 패시브 수준을 구성하는 추가적인 비용은 표준 ​건축물보다 0~14%​이상의범위입니다. 투자된 비용의 회수기간은 달라질 수 있지만 현재의 에너지 가격을 기준으로 십년미만으로 해야 합니다.

상승 에너지 가격과 함께 추가 투자는 미래에 더 빨리 돈을 회수할 것입니다. ​경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드)​는 오늘날 시장에서 주요 단열재 중 여전히 높은 가격으로 인식되고있습니다.이러한 맥락에서, 유럽 경질 우레탄 폼 단열재 협회는 건물 수준에서 다른 단열재 선택의 수명비용을 계산하도록​BRE에 의뢰하였습니다.

동일한 매우 낮은 저에너지 건물의 설계는 LCA의 연구에 사용되었습니다.

​경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드)는모든 시험에서 낮은 수명 비용을 제공하는 것으로 나타났습니다.​경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드)의 비용 절감은 아래의 그림과 같이 5~20%로 다양 하게 나타났습니다.

[이중벽과 온대 해양성 기후의 경사 지붕에서 LCC
(50년 누적비용, 3.5% 오차)]

고정된 U-값의 경우, 경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드)의 높은 효율은 얇은 벽, 작은 지붕과 얇은 서까래등건물에 파급효과를 주었습니다. ​

“단열재의 고정된 두께(보수)”는 기능면에서, 경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드)​는 높은 라이프 사이클에너지절감 덕분에 가장 비용 효율적입니다. 작은 건물 위치 또는 더 큰 실내에서 비용 절감 덕분에고려되지 않았습니다.

 

3. 경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드)설치 및 설계의 중요성

전술한 바와 같이, 단열재의 선택 요소는 전체적인 건물 설계에서 분리될 수 없습니다. ​주요 설계와 관련된 문제들중 하나는 건물 외형의 기밀성입니다. 이러한 문제는 설계자, 계약자, ​단열재를 생산하는 제조자등의 포함으로매우 복잡합니다. 공기투과율의 수준은 다른 단열재 사이에 크게 다르므로, 특정 시스템의 해결은 건물의 기밀성을 ​달성하기위해서는 그들은 각각 적용되어야합니다. 이것은 건물 구성 요소 사이의 밀폐를 보장하기 위해서 똑같이중요합니다.(지붕과 벽 사이, 벽과 창 사이 등)

 

​경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드)의 매우 낮은 공기투과율 덕분에, 밀폐된 건물의 설계는 쉽게 구축할 수있습니다.

높은 단열 및 기밀 구조가 만들어지면, 적절하고 공기를 제어할 수 있는 쾌적한 실내 환경을 유지하고,​습도 형성을방지하는 데 필수적입니다. 다시 말하자면, 경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드) ​의 낮은 공기투과율은 결로의 형성을피할 수 있고, 결과적으로 곰팡이 관련 문제를 해결할 수 있는 중요한 장점을제공합니다.

 

[안산현장 경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드)
내부 및 외부 시공사례]

 

 

4. 경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드)에 대한 유럽의 활동

​

​PU 유럽은 유럽과 국가에서 사용하기 위한 과학적인 자료를 지속적으로 제공할 것입니다.

​그들은 “열전도율, 기밀성, 지속 가능성, 및 비용의 관점에서 저에너지 건물의 설계의 요구 조건

을 충족시키는 현대적이고 혁신적인 단열재”로 경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드)를 제시하는

것을 목표로 하고있습니다.

 

현재와 미래의 PU 유럽의 활동은 다음의 우선 순위에 초점을 두고 있습니다.

 

➀ 경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드)를 사용하는 모든 주요 단열재의 성능에 대하여 일반적이

고 최신의환경정보를 제공합니다. 이것을 위하여, 경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드)와

스프레이 폼을 위해​EPDs는 개발되었습니다. 현재 EPDs는 경질 우레탄 폼 단열재 샌드위치

판넬용으로 개발되었고, 기존​EPDs는 EN 15804​및 EN 15942의 최종 버전을 준수하도록

조정되고 있습니다. 또한, MDI에 대한 새로운 LCI 데이터가 포함되어 있습니다.

 

➁ 새로운 LCA/LCC 연구는 최종 사용에서 서로 다른 나무섬유를 포함한 여러 가지 단열재의 환

경 성능을 평가할준비를 하고 있습니다. 새로운 경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드)의 EPDs

​가 사용됩니다.

 

➂ PU 유럽은 건물 구성요소 간의 연결과 건물의 기밀성에 단열재의 미치는 영향을 연구하고

있습니다.​다른 단열재를 사용할 경우 기밀성을 달성하기 위한 비용도 검사하고 있습니다.

 

[경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드) 외벽 시공]

5. 결론

유럽의 건물은 오늘날 총 에너지 사용의 40% 및 CO2 배출량의 35%를 차지하고 있습니다. 유럽 ​연합(EU)은​80% ​의 건물 에너지수요의 감소 없이는 2050년 기후 목표를 달성할 수 없습니다. ​지속 가능한 건설은 먼저,​건물 사용단계에서 에너지 수요를 최소화하고, 제2단계에서 재료의 사용을 최적화하는 목적을 달성하기위하여 중요한 도구입니다. PU 유럽은 건물의 지속 가능성 평가를 위한 통일된 유럽 체계를 지원합니다.

​경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드)는지속 가능한 건물을 위한 단열재 선택을 만드는 우수한 성능을 제공합니다. 이러한 장점은 시장에서 더 공격적으로전달 될 필요가 있습니다.

➀ 모든 곳에 일반적으로 사용되는 단열재 중 최저 열전도율

➁ 수십 년 동안 성능 특성의 내구성

➂ 낮은 공기투과율은 건물의 밀폐를 가능하게하고 곰팡이 발생을 피할 수 있음

➃ 많은 다른 단열재보다 경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드)의 낮은 수명주기 비용

➄ TC350 기준에 따라 측정했을 때, 경쟁 단열재와 유사 환경 성능 

한편, 경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드) 산업은 유럽에서 “녹색”, “생태” 또는 이와 유사하지 않은 수준의제품선택에 확산을 강하게 배격해야 합니다. 단열재의 선택은 아래의 단계를 수행해야 합니다.

➀ 사용에 대한 적합성

➁ 내구성

➂ 건물 구성 요소 수준에서 지속 가능성 평가

단열재의 환경성능은 합의된 유럽 표준을 기초로 최종적인 사용에서 확립될 수 있습니다. 공공기관 및개인 고객에게 이 개념을 설명하는 것은 앞으로 경질 우레탄 폼 단열재(우레탄보드) 산업의 주요 과제가될 것입니다.