단 열 설 계

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단 열 설 계

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1. 단열설계

1.1 단열설계의 모델

출처 : 건축환경공학; 김재수저; 서우; 2008; p 104

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1.2 단열의 목표

• 건물에서 표면적이 가장 넓은 벽과 지붕을 통한 열손실은 전체의 60%를 차지함.

• 건물에서 쾌적한 실내온도를 일정하게 유지하기 위해서는 건물과 주위환경과의 열에너지 교환을 억제

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• 단열재가 갖추어야 할 성질

① 열전도율이 작을 것

② 흡수율이 작을 것

③ 투기성이 낮을 것

④ 비중이 낮을 것

⑤ 가공, 접착 등 시공성이 좋을 것

⑥ 내화성 또는 난연성일 것

⑦ 기계적 강도, 탄력성

⑧ 내약품성일 것

⑨ 시공 후 유독성 가스가 발생하지 않을 것

⑩ 균일한 품질일 것

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2. 단열재의 종류

2.1 저항형(기포형)

• 무수한 기포로 구성된 다공질, 섬유질의 기포성 재료

• 밀도가 작고 기포가 많은 특징, 열전도율이 매우 낮다.

• 종류

Flake(얇은 조각), Fibrous(섬유질), Cellular(세포성 단열), Granular(과립상)

• 열전달 매카니즘 단열재  공기  단열재 : 열전달의 시간이 많이 소요됨

출처 : 건축환경공학; 김재수 저; 서우; 2008; p 107

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2.2 반사형 단열재

• 열 방사에 대해 낮은 방사율을 가진 재료(복사 열에너지를 반사)

• 복사 형태로 열전달이 이루어지는 공기층에 유효

• 반사율이 높고, 흡수율과 복사율이 낮은 표면에 효과

• 반사공간이 필요하고 불연성이고 뛰어난 습기차단재

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• 반사형 단열재의 장점

- 구조 : 0.5mm 정도의 얇은 보온 단열재

- 열반사 : 복사열선을 95% 차단하여 여름철 열기, 겨울철 냉기를 효과적으로 차단

- 축열 : 열을 저장하지 않고 반사하여 여름철 일몰후에 실 내가 더워지는 현상 방지

- 방수 : 방습, 방수효과가 뛰어남

- 보온성 : 반사형 단열재 1장은 벽돌 12장과 동일한 단열 성을 갖음

- 난연성

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2.3 용량형 단열재

• 벽돌, 콘크리트 : 열용량이 높으나 열전달 능력이 낮음 유리섬유 : 열전도 억제 능력은 매우 크나 열전달 지연

능력은 극히 작음.

• 용량형 단열재의 결정요소

- 열관류율 : 열저항이 클수록 외부기온에 대한 실내의 열 환경 변화가 적어진다.

- 열지연효과(Time-lag)

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2.4 무기질과 유기질 단열재

구 분 무기질 유기질

종류

섬유형 유리섬유, 락울, 석면

기포형 발포 폴리스티렌 발포 폴리우레탄

페놀 다공형 석고보드, 질석

기포형 발포유리

장단점 열에 강하다.

흡습성이 크다. 열에 약하다.

흡습성이 적다.

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3. 단열재의 특성

3.1 단열성

- 무기계 섬유질 단열재 : 0.030 ~ 0.040kcal/mh°C - 유기계 발포질 단열재 : 0.022 ~ 0.034kcal/mh°C

- 열전도율이 0.006kcal/mh°C인 프레온 가스를 발포제로 사용 하여 생산하는 경질우레탄폼은 열전도율이 0.022 ~

0.025kcal/mh°C로 단열재 중에서 단열성이 우수

3.2 내압축성

- 구조재가 아니므로 물성에 대한 요구사항은 적다.

- 콘크리트 슬라브 지붕의 외단열이나 온수온돌바닥단열의 경 우에는 압축강도가 큰 것을 요구

- 경질우레탄폼, 발포폴리스티렌, 발포폴리에틸렌 순으로 우수

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3.3 불연성

- 화재시 연소가 잘 안되어야 하며 연소시 연기나 유독가스의 발생이 적어야 함.

- 무기계 섬유단열재인 유리섬유, 암면, 펄라이트 등은 불연재 로 연소하지 않으며, 화재시 연기의 발생량도 거의 없음.

- 유기계 발포단열재는 난연제를 첨가하여 자기 소화성을 부여 하고 있으나 화재시 연소하여 연기와 유독가스의 발생이 심함.

3.4 유해성

- 무기계 단열재인 유리면, 암면, 석면 등은 피부와 접촉하여 자 극을 일으킴, 석면은 폐암 유발하여 사용 금지

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- 단열재는 화재시 CO, CO2발생  치명적으로 유해하거나 질 식사의 원인

- 우레아 폼은 발암성으로 인체에 자극증세가 있는 포름알데히 드가스를 방출하여 미국, 캐나다에서 사용 금지

3.5 흡수성(흡습성)

- 수분함량은 단열성을 저하시키는 최대요인

- 무기섬유질 단열재(유리면, 석면, 질석, 펄라이드 등)가 섬유 물질의 모세관현상으로 수분흡수가 독립기포로 구성된 유기 계 단열재(스티로폼, 핑크보드, 우레아폼, 플라스틱 단열재 등) 보다 상당히 높음.

- 흡수율은 경질 우레탄폼(우레탄보드), 발포 폴리에틸렌폼, 발 포 폴리스틸렌, 무기계 단열재 순으로 우수(흡수가 잘 안 되 는 재질)

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3.6 내열성

- 고온에서 물리적, 화학적으로 안정한 정도

- 사용온도의 한계를 나타내는 최고 사용온도로 표시

- 건축, 주거용 : -50 ~ 50^oC의 온도범위에서 유기계 단열재를 주로 사용

- 산업용 : -170 ~ 300^oC의 온도범위에서 특성에 알맞은 무기 계 단열재를 주로 사용

3.7 시공성

- 가공 용이, 쉽게 파손 방지, 가벼울 것, 우수한 접착성, 보관 용이성을 종합적으로 고려

- 유기계 단열재가 무기계 단열재에 비하여 시공성이 우수

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4. 열 지연효과(Time-lag)

• 열용량이 0인 벽체내에서 발생하는 열류의 피크에 대하 여 주어진 구조체에서 일어나는 피크의 지연시간

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• Time-lag의 크기 : 건물 외피의 열용량에 좌우

• 구성재료의 밀도와 질량이 증가  Time-lag이 길어진다.

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5. 건물의 단열

5.1 내단열과 외단열

• 설치위치에 따른 분류 : 내단열, 외단열

• 단열재의 위치에 따라 벽체에서 타임랙의 변화가 생겨 벽체 내외부로의 열이동이 달라짐

• 외단열로 시공했을 경우 내단열에 비해 타임랙이 휠씬 길어진다.

• 외단열로 시공하는 것이 바람직함.

• 외단열은 연속난방에 유리, 내단열은 간헐난방에 유리

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- 실외와의 열교환 작용은 외단열이 가장 우수 - 외단열이 실내공간을 보다 효율적으로 사용

- 중단열, 내단열은 Thermal Bridge(열교)현상의 발생 가능

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5.2 단열의 취약부

1) 열교 : 높은 열전도율로 인하여 구조체의 전체 단열값을 낮추게 하는 구조체의 일부분

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2) 열교 방지 시공방법

( 1) 외벽에 접하는 부분에서 열교가 발생

(2) 모서리 기둥부분에서 열교가 발생

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(3) 창호부분에서 열교 발생

2) 얼룩무늬 현상

먼지나 티끌이 무늬를 이루어 천장 속에 감춰진 구조체 의 형상이 나타나게 하는 현상

출처 : 건축환경공학;

김재수저; 서우; 2008;

p 122