목섬유 단열재의 축열, 조습, 열교 성능 평가

Abstract

국 문 초 록 최근 온실가스 배출량 증가로 인한 기후변화는 전 세계의 공통적인 문제 점으로 대두되고 있다. 이러한 기후변화 문제에 대응하여 건축분야를 포함 한 다양한 산업분야에서 온실가스를 줄이기 위한 방안들을 연구하고 있다. 2009년도 국내 건축분야의 온실가스 추정치는 국가 온실가스 추정치의 19.8%에 달하며, 온실가스를 줄이기 위해 고단열·고기밀 시공 등에 관한 연구가 진행되고 있다. 이러한 흐름에 맞춰 국내에서도 다양한 친환경 단열 재를 개발하고 있으며, 최근에는 독일에서 목섬유 단열재를 수입하여 사용 하고 있다. 목섬유 단열재는 나무를 원재료로 사용하여 친환경적인 요소가 충분하고, 단순 폐기 처분하거나 화목보일러의 원료로 사용되고 있는 재선 충병(소나무 재선충에 감염되어 소나무류가 고사하는 병)에 걸린 소나무를 보다 유용하게 활용할 수 있다는 점에서 그 활용가치 더 크다. 목섬유 단열재는 밀도와 비열이 높아 축열체로 사용하기에 적합하다. 이 는 연간 기온차가 크고 여름철 고온다습한 국내 기후에서 쾌적한 실내환경 을 조성하는데 효과적일 것으로 예상된다. 하지만 목섬유 단열재의 성능은 물성치를 기반으로 한 예상된 결과일 뿐 국내에서는 면밀한 성능 검증이 이루어지지 않은 상태이다. 따라서 연간 기온차가 크고 여름철 고온다습한 국내 기후에서 효과적으로 쾌적한 실내환경을 조성하는지에 관한 목섬유 단열재의 성능 검증이 필요하다. 이러한 배경 하에 본 연구의 목적은 실내·외 온·습도를 모니터링 하여 잠 재적 활용가치가 높은 목섬유 단열재가 국내 기후에 적합한지에 대한 성능 을 검증하는 것이다. 성능검증을 위해 단열재의 종류를 제외한 모든 조건을 동일한 조건으로 실물 사이즈 Mock-up 두 개를 구축한 후 Moc k-up의 실내 온·습도와 외 - II - 부 온·습도를 모니터링 하였다. 모니터링 결과를 통해 단열재별 실내 온열 환경 조절 성능 및 실내 습도 조절 성능을 검증하였다. 추가로 Mock-up 실내에서 열화상 카메라 촬영을 통한 열교 발생 여부를 확인하여 이중 단 열로 인해 열교 발생이 얼마나 줄었는지 확인하였다. 본 연구의 결과는 다음과 같다. 1) 온도 분석 결과 목섬유 단열재의 높은 밀도로 40mm를 시공했음에도 높은 열용량 값을 나타냈다. 이러한 물성치를 근거로 예상한 것과 달리 실제 모니터링한 온도 데이터는 목섬유 단열재 Moc k-up의 평균 실내 온도(가을철 : 18.18℃, 겨 울철 : 11.80℃)가 암면 단열재 Moc k-up의 평균 실내 온도(가을철 : 16.39℃, 겨울철 : 11.70℃) 보다 높게 나왔지만 시간 지연효과 및 온도 변 화폭을 비교해봤을 때 목섬유 단열재의 축열 성능은 특별히 우수하다고 볼 수 없었다. 이러한 실험 결과는 단열성능을 맞추기 위해 외부 ESB 합판과 유리섬유 단열재 사이에 공기층이 형성되었는데, 공기의 낮은 밀도와 비열이 원인인 것으로 밝혀졌다.(독일 DI N 축열 성능 기준 산출식 근거) 따라서 축열 계획 시 공기층을 고려해야 한다. 2) 습도 분석 결과 원활한 투습이 이루어지는 등가공기층 두께 값과 높은 표면 흡수량의 물 성치를 가졌음에도 불구하고 목섬유 단열재 Mock-up의 가을철 평균 실내 습도는 71.49%, 겨울철 평균 실내 습도는 67.33%로, 암면 단열재 Moc k-up의 겨울철 평균 실내 습도(55.94%)가 가을철 평균 실내 습도 (65.94%)에 비해 많이 낮아진 것에 비해 목섬유 단열재 Mock-up의 평균 - III - 실내 습도는 두 계절 모두 높은 수치를 유지하고 있었다. 목섬유 단열재 Moc k-up의 실내 습도가 높게 나타난 결과를 보다 더 구 체적으로 분석하기 위해 절대습도 값, 등가공기층 두께, 표면 흡수 용량을 구하여 비교하였다. 절대습도 값 역시 목섬유 단열재 Mock-up의 절대습도 값이 암면 단열재 Moc k-up의 절대습도 값보다 높게 나타났으며, 두 Mock-up의 등가공기층 두께 값(목섬유 단열재 Mock-up : 0.64m, 암면 단열재 Mock-up : 0.8m) 모두 투습이 원활하게 이루어지는 범위인 것으로 밝혀졌다. 단열재별 흡수량을 비교해본 결과 목섬유 단열재는 6.8g/㎠ 로 유리섬유 단열재와 목섬유 단열재의 흡수량(2g/㎠) 보다 약 4배 이상 높았다. 습기의 이동은 평형을 이룰 때까지 이동을 하게 되는데, 목섬유 단열재 Mock-up 의 실내 습도가 과포화 상태가 되어 실내 습기가 외부로 이동할 때 유리섬 유 단열재의 흡수량이 포화상태가 되어 실내에서 실외로 투습이 원활하게 이루어지지 않은 것으로 판단된다. 따라서 상대적으로 흡수량이 높은 목섬 유 단열재에 많은 습기량이 머물러 있었고 이러한 이유로 목섬유 단열재 Moc k-up의 실내 습도가 높게 측정된 것으로 생각된다. 3) 열화상 카메라 측정을 통한 열교발생 여부 확인 열화상 카메라로 각 Moc k-up의 접합부위(벽체와 벽체, 벽체와 반자, 벽 체와 바닥)와 향별 벽을 촬영한 결과 두 Mock-up 모두 바닥과 벽체, 반자 와 벽체, 벽체와 벽체가 만나는 부위와 창호주변에 열교현상이 가장 두드러 지게 나타났으며 암면 단열재 Mock-up의 경우 벽체에도 ESB 합판 경계선 을 따라 열교현상이 발생되었다. 따라서 이중단열이 열교현상 발생을 저하 시키는데 효과적인 공법임을 확인하였다.