셀룰로오스 단열재의 실내 온·습도 조절성능 평가 연구

Abstract

온실가스 배출을 줄이기 위한 산업 전반적인 움직임에 발맞추어 건축분야에서도 건축물의 에너지 효율을 향상시키기 위한 노력이 이루어지고 있다. 국토부에서는 2009년에 「친환경 주택 건설기준 및 성능」을 제정하여 2025년까지 제로에너지주택공급을 목표로 에너지 의무 절감률의 단계적 상향조정을 추진해 오고 있다. 이에 따라 건축분야에서 건축물의 에너지 소비를 저감하기 위한 연구가 다양하게 진행되고 있으며 고효율 건축물을 위한 많은 기술과 자재들이 개발 및 사용되고 있다. 그 중 단열재는 건축물의 에너지 성능을 향상시키기 위해 고려되어야할 가장 중요한 요소 중 하나이다. 하지만 자재의 특성을 고려하지 않은 채 건물에 계획 및 시공이 된 단열재는 기대한 성능에 미치지 못하거나 오히려 하자의 원인이 되기도 한다. 따라서 단열재를 계획 및 시공하기 전 각 단열재의 특성을 파악하는 과정이 반드시 수반되어야 한다. 이러한 맥락에서, 본 연구는 최근 친환경 단열재로 알려진 셀룰로오스 단열재의 실내 온·습도 조절성능을 평가하고 검증하는 것이 목적이며 이를 위해 시뮬레이션 검토 및 데이터 실측을 통해 결과를 도출해냈다. 셀룰로오스 단열재는 폐지(廢紙)를 분쇄하여 붕산과 섞은 난연 3급의 단열재이며 일반 단열재에 비해 재활용률이 높고 생산에 투여되는 총에너지가 낮아 친환경 단열재로 여겨진다. 하지만 Mock-up 실험체에서의 실측을 통한 자재성능 검증이이루어지지 않아 실내 온·습도 조절 성능에 대한 실증연구가 필요한 상황이다. 선행연구를 분석하였을 때, 기본적인 물성치와 단열재 자체의 성능을 검증하는 연구는 진행되었으나, 셀룰로오스 단열재의 시공으로 인한 실내 온습도 환경의 변화에 대한 연구는 미흡한 상황이다. 따라서 본 연구는 셀룰로오스 단열재를 사용한 Mock-up 실험체와 이를 비교하기 위한 암면 단열재 Mock-up 실험체를 동일하게 각각 구축하여 실내 온·습도 실측을 통해 검증 및 평가하였다. 이와 함께 실험체에 대한 시뮬레이션 분석을 진행하여 실측값과 비교검증 하였다. 실험체는 일반 사이즈의 방으로 구축하였으며 직접 시공에 참여하여 시공 시 주의사항을 검토하였다. 실내의 온·습도 모니터링은 2014년 1월부터 진행되었으나 각 계절별 대표적인 특성을 나타내는 10일간의 데이터를 분석에 사용하였다. 분석에 사용된 계절 데이터는 겨울, 봄, 여름이며 각 계절마다 측정된 온도와 상대습도, 계산된 절대습도 값을 통해 단열재의 성능을 평가하였다. 본 연구의 결과는 다음과 같다. 1) 셀룰로오스 단열재 실험체의 성능을 검증하기 위해 시뮬레이션 확인 및 실험을 실시하였다. 종합적인 시뮬레이션을 통한 실험체 성능 확인 결과, 셀룰로오스 단열재는 암면 단열재에 비해 큰 열용량으로 인한 축열성능을 가지며 기밀한 시공성능으로 인해 침기를 차단하여 결과적으로 실내 온도를 유지하는 성능이 있음을 확인하였다. 2) 온도 측정값 분석 결과, 셀룰로오스 단열재 실험체와 암면 단열재 실험체 모두 외기에 비해 완만한 온도변화를 나타냈으나 열관류율이 높은 셀룰로오스 실험체가 암면 단열재 실험체에 비해 실내 온도가 비슷하거나 더 높게 측정되었다. 이러한 이유는 셀룰로오스 단열재의 축열성능과 우수한 기밀성으로 인한 침기 방지의 결과로 분석되었다. 3) 상대습도 분석 결과, 셀룰로오스 실험체와 암면 실험체 모두 급격한 외기의 상대습도 변화에 비해 완만한 변화를 보였지만 셀룰로오스 실험체만이 실내 습도 쾌적범위를 유지하고 있는 것으로 나타났다. 이는 셀룰로오스 단열재의 우수한 중량대비 평균 수분 함유량 때문인 것으로 나타났으며 이를 통해 쾌적범위 내의 조습성능이 있음을 확인하였다. 4) 절대습도 계산 결과, 셀룰로오스 실험체와 암면 실험체의 절대습도 모두 외기의 절대습도에 비해 완만한 변화를 보였으며 온도의 상승에 비례하는 경향을 보였다. 또한 등가공기층두께에 따른 수분의 확산으로 인한 시간지연효과가 있음을 확인하였다. 본 연구는 친환경 단열재인 셀룰로오스 단열재의 실내 온·습도 조절 성능을 검증하고 그에 대한 평가 방법을 연구하는데 목적이 있다. 이를 위해 시뮬레이션과 실측을 통한 단열재의 검증이 진행되어 이론적인 검토뿐 아니라 실제 Mock-up 실측을 통한 평가가 이루어졌다는 점에서 의의가 있으며 시뮬레이션 결과 값과 실제 측정값을 비교분석하였다는 점에서 기존 연구와 차별성을 갖는다. 시뮬레이션과 실측을 통한 평가 결과, 셀룰로오스 단열재는 실내 온·습도 조절의 성능이 있음을 확인하였고 이를 통해 사춤 형식의 스터드 구조에서 우수한 단열재 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구는 친환경 재료의 평가 및 검증에 있어 참고할 수 있는 자료가 될 것이며 새로운 자재의 계획에 있어 활용할 수 있을 것이다. 반면, 실내 난방을 통한 단열 특성 실험과 단열재 내부의 습도 측정에 대한 검증이 과제로 남는다.