[경질우레탄폼 단열재의 지속 가능성: 건물과 건물 구성 수준의 성능 평가]
정책 입안자, 산업계, 비정부기구 및 최종 사용자는 설계와 건설 산업이 보다 지속 가능한 건축 개념과 설계로
나아갈 필요성에 모드 동의합니다. 그러나 이 분열된 질문은, 이 지속 가능성을 어떻게 평가할 수 있는지, 그리
고 도구를 통해 건축가, 지정자, 설계자 또는 정책 결정자가 정보에 입각한 재료의 선택을 하도록 안내하는 데
어떤 도구가 사용될 수 있는지에 대한 분명한 질문이 있습니다.
대부분의 전문가들은 건설 제품의 지속 가능성은 건물 단위 또는 적어도 건물 구성 요소인 기능 단위 수준에서
만 평가할 수 있다는 것을 알고 있습니다. 이 접근법은 특히 건물의 지속 가능성 평가에 관한 유럽의 표준 조
화 개발을 담당하는 유럽 표준위원회 CEN의 TC 350이 지원합니다. 또한 지속 가능한 건물은 단순히 소위 녹
색 제품을 조립함으로써 달성될 수 있다는 믿음으로 재료 자체 또는 건축 자재에 대한 필요한 성능 요구 사항
을 보다 선호합니다.
이것은 건설 제품에 대한 친환경 조달 기준과 대부분의 에코 라벨의 개발 및 건축 자재의 선택에 영향을 미치
는 즉시 사용할 수 있는 가이드의 확립과 같은 관점에서 사용됩니다.
PU 유럽은 저에너지 건물 설계에서 경질우레탄폼단열재를 사용하는 전반적인 환경 및 경제적인 비용을 정량화
하기 위해 폴리우레탄 단열재 생산자를 대표하는 영국의 건축 연구기관인 BRE(Building Reserch Establishme
nt)에 위탁했습니다. 이 연구는 단열재의 지속 가능성이 시스템 수준 즉, 미래의 CEN 표준에 명시된 전체 건물
또는 구성 요소 수준에서 가장 잘 평가된다는 것을 입증했습니다.
이 연구는 높은 수준의 단열재를 사용하는 것이 효과적이라고 결론지었습니다. 또한 경질우레탄폼단열재가 저
에너지 건물 설계에서 우수한 수명주기 환경 및 비용 성능을 달성할 수 있음을 입증하였습니다. 이것은 지속
가능성에 대한 재료 선택이 건물의 맥락에서 분리될 수 없고, 단열재 선택 및 결과로 나타나는 구성 요소 두께
의 연쇄적인 효과가 환경 및 비용 효율적인 성능 측면에서 상당히 중요할 수 있음을 분명히 보여줍니다.
이 연구는 또한 평평한 지붕과 같이 특정 기계적 특성에 도달해야하는 경우 경질우레탄폼단열재의 사용이 환경
성능의 향상과 비용 효율성을 가져올 수 있음을 보여주었습니다.
1. 지속 가능한 건물 설계에서 폴리우레탄 단열재의 역할
지속 가능성(sustainability)이란 용어는 다양한 제조업체, 정책 입안자, 환경 및 소비자 그룹에 의해 다른
의미로 사용됩니다. 지속 가능성을 바라보는 많은 출판물이 재료 선택을 정당화하기 위해 초기 가격 또는
1kg당 1차 에너지 함량에만 초점을 맞춥니다. 건물의 지속 가능성에 관한 미래의 유럽 조화 표준에 표현된
원칙에 따라, 지속 가능성 자격은 기능 단위, 즉 건물의 수준에서만 평가할 수 있으며 환경적, 경제적 및
사회적 영향에 대한 균형 잡힌 시각을 통합해야합니다.
이전에 기능 단위 수준에서 수명주기 접근법을 적용할 때, 경질우레탄폼단열재는 단열 해법을 선택할 때
두 가지 가장 중요한 측면을 충족시켜 지속 가능성에 기여할 수 있습니다.
① 열전도율이 낮기 때문에 최적의 두께로 높은 열 저항을 얻을 수 있습니다.
② 폐쇄 셀의 내재된 구조적 완전성 덕분에 내열성이 오래 지속됩니다.
PU(경질우레탄폼) 단열재는 PUR(폴리우레탄) 또는 PIR(폴리이소시아누레이트)를 기반으로 하는 단열재
그룹을 의미합니다. 경질우레탄폼의 폐쇄 셀 구조 및 높은 교차 결합 밀도는 우수한 열 안정성, 높은 압축강
도 및 우수한 단열성의 특성을 제공합니다. 경질우레탄폼단열재는 열전도율이 매우 낮아 0.022W/m.K를
가지며, 다양한 응용 분야에서 오늘날 가장 효과적인 단열재 중 하나가 되었습니다.
실제로 높은 내열성이 달성되면, 조심해야 할 중요한 사항은 수명이나 시간이 지남에 따라 계속해서 단열재
성능이 얼마나 유지하는지 입니다. 결국 이것은 비용을 절약하고 환경을 보호하기 위한 투자이며, 열 성능이
지속되는 경우에만 이를 수행할 수 있습니다. 경질의 폐쇄 셀 경질우레탄폼단열재는 수증기 또는 공기 침투
에 영향을 받지 않으며, 처짐이나 꺼짐이 발생하지 않으며 짖누르기 매우 어렵습니다.
이 모든 것이 건물 수명주기 기간 동안 높은 성능을 보장합니다.
2. 폴리우레탄단열재의 환경 및 경제적 성능 평가
건축시 지붕, 벽, 바닥의 열 성능은 건물 외장 표면을 통한 열 손실량을 나타내는 ‘U-값’으로 표시됩니다.
아래 그림에서와 같이 열전도율이 낮기 때문에 경질우레탄폼단열재 층은 다른 재료와 동일한 U-값을 상당
히 얇게 만들 수 있습니다.
[단열재 두께에 대한 U-값 영향]
우리가 기후 변화를 완화하기 위해 건물을 보다 에너지 효율적으로 만들려면 매우 두꺼운 단열재가 건물에
‘연쇄적인 반응(knock-on)’ 효과를 주기 때문에, 이 문제는 실질적인 문제가 됩니다. 실제적으로 이중벽은
더 깊게 만들어 귀중한 공간을 차지하고, 고정 장치는 더 길어야하며, 지붕은 더 크고, 목재 프레임의 경우
스터드는 더 깊어야하며, 이 모든 것은 건물 비용에 추가되며, 또한 건물 전체의 환경 영향에도 영향을 미칩
니다. 대형 건물 현장에서 이 또한 현장에서 구축할 수 있는 특성의 수 또는 밀도에 영향을 줄 수 있습니다.
1) 환경 및 경제적 성과의 정량화
폴리우레탄 단열재 생산 업체를 대표하는 유럽 연합인 PU 유럽은 폴리우레탄(PU)을 사용하는 데 드는
전체 환경 및 경제적인 비용과 LCA(Life Cycle Assessment, 수명주기 평가) 및 LCC(Life Cycle Costing,
수명주기 비용) 도구를 사용하는 저에너지 건물 설계의 다른 유형의 단열재에 대해 정량화하기 위해 영국
의 BRE(Building Reserch Establishment)에 위탁했습니다.
3개의 상황은 석조 이중벽, 콘크리트 바닥 및 경사지거나 평면 지붕이 있는 3개의 침실, 5인 가족, 2층으로
분리된 저에너지 주택을 사용하여 모델링되었습니다. 3개의 상황은 Köppen 기후 분류(Köppen Climate
Classification)에서 언급된 온대성해양, 온화한 지중해와 시원한 대륙이라는 3개의 다른 기후대를 고려했
습니다.
참고(Köppen Climate Classification): http://koeppen-geiger.vu-wien.ac.at/pdf/kottek_et_al_2006_A4.pdf
① Scenario 1: 완전히 새로운 건물, 경사 지붕, 이중벽과 기능 단위를 정의하기 위해 동일한 U-값으로 단열
된 1층
② Scenario 2: 단위 기능과 같은 고정된 두께의 단열재를 사용하여 내장과 내부 벽의 개선
③ Scenario 3: 평면 지붕, 단열재의 높은 기계적 성능을 요구하며, 기능 단위로 일반적인 U-값을 달성하도
록 모델링하였습니다.
(1) 수명주기 환경 성능
이 세 가지 사례 연구의 결과는 다음을 보여줍니다.
① 전체 건물 성능이 고려되는 경우, 더 얇은 구조와 경질우레탄폼단열재 균형 사용으로 인한 건축 자재의
수요 감소 및 초기에 경질우레탄폼단열재에 높은 충격 증가. 모든 결과는 서로 20% 범위 내에 있으므로,
LCA 관점과 크게 다르지 않습니다.
② 단열재의 두께가 U-값이 아니라, 고정되어 있는 경우, 경질우레탄폼단열재를 사용하면 에너지절감 효과
가 더 커지므로 경질우레탄폼단열재 자체의 초기 환경 영향이 상쇄되므로, 모든 해법에서 비슷한 환경
성능을 나타냅니다.
③ 평면 지붕에서 높은 압축강도와 같은 특정 기계적 특성이 요구되는 경우, 저밀도 폴리우레탄폼은 더 나은
환경 성능과 유사하게 달성합니다. 예를 들어, 폴리우레탄폼은 지구온난화 가능성이 가장 낮으며, 발포폴
리스티렌보다 43%, 암면보다 57% 낮습니다.
이것은 기능적인 동등성을 달성하기 위해 단열재의 무게 즉, 경질우레탄폼단열재의 경우 4.8kg/m³,
발포폴리스티렌의 경우 7.6kg/m³, 암면의 경우 33kg/m³로 설명할 수 있습니다.
(2) 수명주기 비용 성능
수명주기 비용 평가의 결과는 전체 건물 또는 구성 요소 수준의 상황을 고려할 때, 경질우레탄폼단열재는
재료 사용 감소로 인해 수명주기 비용이 가장 낮습니다. 비용 개선의 범위는 평면 지붕의 경우 2.5%에서
더 깊고 훨씬 비싼 서까래가 필요한 경사 지붕의 경우 거의 20%에 이릅니다.
수명주기 비용 연구는 대형 건물 현장의 특성 수에 미치는 영향과 토지 사용 요구의 측면에서 덜 효과적
인 단열재에 의해 요구되는 증가된 벽 두께의 효과를 정량화하는 것을 고려하지 않았습니다.
그러나 보고서는 최악의 상황을 확인하였으며, 이는 각 건물에 대해 8m² 추가가 차지하는 공간은 외부
벽이 더 얇고, 지붕이 넓은 지역으로 확장되지 않는 경우 10개를 수용할 수 있는 지역에 9개만 설치할 수
있음을 의미합니다.
3. 결론
LCA(Life Cycle Assessment, 수명주기 평가) 및 LCC(Life Cycle Costing, 수명주기 비용) 사례 연구에
따르면 단열재의 지속 가능성은 전보에 입각한 선택을 위해 미래의 CEN 표준에 명시된 대로 전체 건물
또는 구성 요소 수준과 같은 시스템 수준에서 가장 잘 평가됩니다.
이 접근법은 높은 수준의 단열재를 사용함으로써 환경적 이점을 증명합니다.
또한 이 접근법은 신축 및 개보수 모두, 저에너지 건물 설계에서 경질우레탄폼단열재의 우수한 비용 성능과
매우 좋은 수명주기 환경을 입증합니다. 지속 가능성에 대한 재료 선택은 건물 상황과 연결을 끊을 수 없으
며, 건물의 전체 환경과 수명주기 비용 성과에 대한 단열재 선택은 도미노 효과가 중요할 수 있으며, 최적의
재료 선택이 무엇인지에 대한 인식을 수정할 수 있음을 분명히 보여줍니다.
이 연구는 단열재의 밀도 및 열전도율이 LCA 및 LCC 평가를 수행하는 데 고려해야할 중요한 특성임을
명확히 보여주었습니다.
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