단열 성능

우수한 열전도율

하이셀은 유기질 섬유질계 단열재로, 암면이나 유리면 등의 무기질(광석)계 섬유의 매끄러운 표면과는 달리, 셀룰로오스 섬유는 표면이 거칠고 섬유 자체에 미세한 기공(공기구멍, dimple)을 무수히 많이 가지고 있는 것어 공기의 흐름을 방해하는 것이 특징이며, 이러한 섬유들끼리 서로 얽혀 형성한 다중의 공기층이 효과적으로 열의 이동을 차단하여 겨울철에도 실내의 따뜻한 열을 외부로 빼앗기지 않아 적은 난방으로 오랫동안 공간을 따뜻하게 유지합니다.

탁월한 축열 성능

또한, 셀룰로오스 단열재는 35~60Kg/M3로 밀도가 높게 시공되기( R-11 등의 그라스울의 밀도는 8~9Kg/M3로 밀도가 낮음) 때문에 여름철에 외부의 열을 차단하고 단열재의 내부에 열을 저장하여 실내의 온도를 쾌적하게 유지합니다.(축열 성능)

여름철 한 낮의 열기를 밤의 시원함으로 날렸다!

하이셀을 단열재로 선택하여 지붕이나 천장 공간에 시공하였다면, 여름철에 얼마나 적절한 선택이었나 보나 확실하게 느끼실 수 있을 것입니다. 하이셀로 지붕이나 천정을 단열하면 여름에는 시원한 온도가 보다 길게 유지됩니다. 유럽 사용자들의 보고에 의하면, 셀룰로오스 단열재를 지붕이나 천정에 시공한 경우 일반적인 공간보다 통상 5℃정도 낮게 유지되었다고 하며, 적은 냉방만으로 보다 큰 효과를 보고 있음을 알 수 있습니다.

여름에는 낮과 밤의 온도 차이가 매우 크며, 여름의 강렬한 햇빛은 지붕의 넓은 표면을 매우 높은 온도까지 달궈, 지붕과 인접한 실내 공간은 너무 더운 경우가 많이 있습니다. 여름 단열의 목표는 편안하고 안정적인 온도를 보다 긴 시간 동안 일정하게 유지하는 것입니다.

특히 여름철의 단열 효과는 우리가 흔히 사용하는 열전도율이나 R-Value(열 저항값)만으로 결정되지 않습니다. 조금은 낯설 수 있는 용어입니다만, 축열 성능(thermal storage capacity) 또한 중요한 요인입니다. 축열이란 여름철의 더운 열기를 내부에 전달하지 않고 지붕, 천정, 벽 등에 이 온열을 흡수하여 전달을 지연시키며 일정한 온도를 유지하는 것입니다.

높은 축열 성능과 낮은 열전도율 – 이것이 최고의 조합입니다!

특히 우리나라처럼 사계절이 뚜렷한 곳일수록 더욱 중요한 고려사항입니다. 셀룰로오스(하이셀의 주원료)와 같이 목질 소재들은 이런 높은 축열 성능을 가지고 있습니다. 목질의 소재는유리면과 같은 규산염(Silicate) 보다 대략 2.5배 축열 성능이 우수합니다.  주택에 흔히 쓰이는 목재, 목질의 보드, 목질 섬유 보드와 셀룰로오스 단열재 모두 여름의 강한 더위로부터 실내를 쾌적하게 유지하는 데 도움이 되는 이상적인 소재들이라고 말할 수 있을 것입니다.

소재별 축열 성능 (Thermal Storage Capacity, Wh/㎡K)

아래의 그림은 네덜란드의 TNO 대학에서 97년 여름에 고밀도 그라스울(무기질계) 단열재와 셀룰로오스 단열재를 동일한 두께로 시공한 뒤 실내외의 온도차를 실험한 결과이며, 셀룰로오스 단열재가 열의 전달을 지연하는 효과가 더 좋으며, 실내의 온도를 평준화시키며 최고점의 온도도 그라스울 보다 5도 이상 더 낮추는 것을 알 수 있습니다. 이는 셀룰로오스 소재상의 특징이기도 하지만, 그라스울보다 밀도가 높게 시공되기 때문이기도 합니다.

단열재 적용
고밀도 그라스울
셀룰로오스
실험조건
단열두께
200 mm
200 mm
열관류율 (U-Value)
0.21 W/(㎡·K)
0.21 W/(㎡·K)
시공밀도
20 kg/㎥
70 kg/㎥
실험결과
열전달 지연
6 시간
11 시간
온도 변동성(고저차)
13 ℃
3 ℃

주1) 그라스울 R-11의 밀도는 8~9kg/m3로 실험에 쓰인 것의 50%도 되지 않습니다.
주2) 자료출처: 네덜란드 TNO Univ.

추운 겨울, 새는 열을 잡고 난방비는 절감!

겨울철엔 실내는 따뜻하고 외부는 춥기 때문에 실내의 따뜻한 열이 외부로 전달되게 되는데, 이러한 열의 전달(손실)을 막기위해서 벽면, 천정과 바닥 등에 다양한 형태와 소재의 단열재를 설치합니다. 단열재의 대부분은 공기층을 이용해 열의 흐름을 막게 됩니다.

하이셀은 유기질 셀룰로오스 단열재로, 암면이나 유리면 등의 무기질(광석)계 섬유의 매끄러운 표면과는 달리, 셀룰로오스 섬유는 표면이 거칠고 섬유 자체에 미세한 기공(공기구멍, dimple)이 무수히 많이 있어 공기의 흐름을 방해하며, 이러한 섬유들끼리 서로 얽혀 형성한 다중의 공기층은 효과적으로 열의 이동을 차단합니다.  때문에 겨울철에도 실내의 따뜻한 열을 외부로 빼앗기지 않아 적은 난방으로 오랫동안 공간을 따뜻하게 유지합니다.

하이셀의 열전도율은 0.040 W/m·K으로 R-11인 그라스울의 열전도율인 0.046 W/m·K과 비교해도 매우 우수함을 알 수 있습니다. 열전도율은 낮을수록 좋은 것이고, R-Value값는 높을 수록 좋은 것입니다.

소재
열전도율1)
두께별 R-Value2)
3.5″ /89mm
6.25′” / 159mm
9.5″ / 241mm
셀룰로오스
0.040 W/(m·K)
13
23
34
그라스울
0.046 W/(m·K)3)
11
19
30
  • 주1) 열전도율: 재료의 열전달 특성의 정도를 나타내며, 값이 낮을수록 우수함
  • 주2) R-Value(열저항값): 열에 저항하는 정도를 나타내며, 값이 높을수록 우수함
  • 주3) R-11을 환산한 값으로 셀룰로오스(하이셀)가 약 18% 정도 더 우수함

또한, 그라스울 단열재는 겨울철에 실내와 외부의 온도차가 커질수록 열 성능이 떨어지지만, 셀룰로오스 단열재는 열 성능의 변화가 거의 없습니다. 아래는 미국 오크리지 국립연구원의 연구에 의한 자료로, 그라스울은 온도차가 15℃ 이상 벌어지기 시작하면 급격하게 열저항값이 떨어지는 것을 알 수 있습니다. 그와는 달리 셀룰로오스의 열 저항값은 변동이 없습니다.

실내공간을 일정하게 유지하는 셀룰로오스 단열재가 적은 비용으로 겨울을 따뜻하게 유지할 것입니다.

단열 성능의 진실은?

단열재의 성능을 비교할 때 일반적으로 R-Value(값)이나 열전도율을 많이 검토하지만, 이것만으로는 단열재의 성능이 얼마나 좋은가를 평가하기에는 부족할 뿐만 아니라 중요한 정보가 누락되어 있기도 합니다.

1. R-값이나 열전도율은 틈새로 새는 열을 측정하지 않습니다.

R-값이나 열전도율은 단열재를 통해 이동되는 열의 전도만을 측정합니다. 그렇지만, 실제적으로는 공기의 이동에 의한 열 전달(대류)로 인해, 틈새가 많으면 단열성능이 최대 50%까지 떨어질 수 있습니다.

[기존 단열재 설치시 발생한 틈새 사례]

[사진설명] 콘센트 때문에 단열재를 채우지 못하고 빈 공간으로 남겨둠 (이 부분은 단열재가 누락된 부분으로 열이 새어나가는 부위가 되어 열손실과 결로를 일으킬 수 있음)

[사진설명] 단열재를 칼로 재단하여 설치하다보니 길이가 짧을 때는 빈 공간이 생기고 길 때는 접혀서 단열 두께가 줄어들었습니다. 스터드의 옆면이 보인다는 것은 꽉채우지 못하고 보이는 만큼 두께가 얇아진 것을 의미합니다.

셀룰로오스 단열재(하이셀)로 시공된 사진을 보면 배관 등의 요철 부위까지 틈새 없이 기밀하게 작업이 이루어진 것을 알 수 있습니다. 기밀한 시공은 난방비를 절감하고 결로를 방지해 주택의 내구성을 증가시킵니다.

[사진설명] 배관 주변까지 틈새 없이 기밀 시공이 이루어졌을 뿐만 아니라 목재와 목재의 좁은 틈새까지도 정확한 두께로 충진되었습니다.

2. R-값이나 열전도율은 최적의 조건하에서 측정됩니다.

단열재가 눌리거나 누락되면 단열 두께가 줄어 이곳으로 열손실이 집중적으로 일어나 (열교현상) 단열 성능이 떨어집니다. 특히 기존 단열재의 경우 현장에서 칼로 재단하여 설치하기 때문에 공간이 작거나 복잡하면 정확하게 자르는 것이 어려우며 이는 열 손실과 결로 문제를 야기합니다.

[사진설명] 복잡하고 좁은 구조로 인해 단열재를 정확하게 재단하여 설치하지 못하고 꺽이고 눌리며 단열 두께가 많이 감소했음을 보여줍니다.

[사진설명] 단열재를 구겨 넣으며 단열 두께가 많이 감소했으며, 심지어 꺽여 올라간 공간에는 빈틈까지 생긴 것이 보입니다. 열 손실과 결로 문제가 발생할 가능성이 높습니다.

셀룰로오스 단열재(하이셀)은 작은 입자로 강한 공기의 압력을 이용해 충진하므로 눌리거나 누락되는 부분없이 의도하는 단열 두께로 일정하게 시공됩니다.

[사진설명] 창문 옆의 작은 공간까지도 설계시 의도한 두께가 100% 반영되어 기밀하게 시공되었습니다.

 3. 여름철의 단열은 축열 성능이 좌우합니다.

여름철에는 지붕의 온도가 50℃ 이상으로 올라가기 때문에 이 열기가 실내로 전달되는 것을 막기 위해서는 열의 전달을 지연하는 우수한 소재의 선택이 요구됩니다만, 이러한 축열 성능은 단열재의 열전도율 측정만으로는 알 수 없습니다.

셀룰로오스 단열재는 그라스울이나 우레탄폼 등 보다 월등한 축열 성능으로 여름철 한 낮에도 실내의 시원함을 오래동안 유지합니다.

자세한 내용은여름철엔 시원하게 페이지를 참고해주시기 바랍니다.

 

단열재 선정시 고려사항!

효과적인 벽체 단열을 위해서는 단열 성능, 축열 성능, 틈새 없는 시공, 결로 방지, 흡음 성능 등 다양한 사항을 검토 후 적절한 선택을 하고 시공해야 합니다.

단열 성능은 R-Value값이나 열전도율 등을 통해서 쉽게 알 수 있는 사항입니다. 일반적으로 사용되는 R-11 유리면 단열재의 열전도율은 0.046W/m·K이며, 셀룰로오스 단열재의 열전도율은 0.040W/m·K이며 이를 R-Value값으로 환산하면 R-13입니다. R-Value는 높을수록 좋은 것이고 열전도율은 낮을수록 우수한 것임을 나타냅니다.

사계절이 뚜렷한 우리나라의 경우에는 여름철의 단열은 겨울철의 단열과는 다른 고려할 사항이 있습니다.  바로 축열 성능입니다.

한 낮의 지붕 표면의 온도가 얼마나 높을 지 생각해보십시오. 이 열기를 지붕이나 천장의 단열재에 축열(thermal Storage)하고 내부공간으로 전달을 지연하면 보다 적은 냉방으로 시원한 생활이 가능하겠지요.  셀룰로오스는 유리면 보다 2.5배 이상 뛰어난 축열 성능을 나타냅니다.

틈새 없는 시공이 실제적인 효과면에서는 가장 중요한 요소일 것입니다. 여름이나 겨울철에 냉난방을 하며 창문 하나를 열어 놓고 있다고 생각해보십시오. 창문은 집 전체에 비하면 작은 것 같지만, 이곳에서 일어나는 열 손실은 엄청 납니다.  일반적인 주택의 열 손실이 일어나는 부분이나 공간(프레임 연결부의 틈새, 문과 창문의 틈새, 배관, 파이프, 콘센트 등의 주변, 단열재와 벽체의 틈새 등)을 합한 것은 창문 하나 정도와 비슷한 면적일 것입니다.

셀룰로오스 단열재로 단열 시공을 한다면, 이런 열 손실을 효과적으로 방지할 수 있습니다. 셀룰로오스 시공 시에는 강한 공기의 힘으로 셀룰로오스를 시공부위에 충진하기 때문에 불규칙한 모양의 공간이라도 틈새 없는 시공이 이루어집니다. 콜로라도 대학의 연구 보고서의 따르면, 셀룰로오스로 단열한 구조물과 그라스울(Glasswool)로 단열한 동일한 구조물을 비교한 결과, 셀룰로오스 단열재 사용시 공기 누출이 36~38% 감소하고, 난방비로26.4%가 적게 사용되었습니다.

또한, 미국 에너지부 (U.S.  Department of Energy)의 단열재 소개에도 다음과 같이 기술하고 있습니다.

‘셀룰로오스로 충진 할 때  공기 누출(열 손실)을 줄일 수 있고 소음차단 효과도 높아진다’

강화된 단열규정

고유가와 탄소 저감 등의 환경 친화적 움직임에 따라 다음과 같이 단열 규정이 강화되었습니다.

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건축물의 에너지 절약 설계기준은 2010년 7월 1일부터 시행한다. 다만, 단열재의 두께 기준은 2011년 2월 1일부터 시행한다. 이 기준 시행 당시 이미 건축허가를 신청 중인 경우와 건축허가를 받았거나 건축신고를 하고 건축 중인 경우의 에너지절약설계기준 등에 관하여는 종전의 규정에 의한다.