기술자료

4-00. 단열재 두께와 경제성

M 관리자 40 56,252 2021.08.04 23:06

2021. 08. 04 : 오타수정

---------------------------------------------------

 

단열재의 경제성을 알기 위해서는 단열재 두께별 열관류율의 변화를 알아야 한다.

대게의 경우 주변 분들과 이야기를 해보면, 단열재 두께와 열관류율의 상관관계를 아래 그래프일꺼라고 예측하시는 분들이 의외로 많으시다.

단열재두께와열관류율상관관계_2.JPG


그러나, 실제로 열전도율 0.034 W/mK 을 가진 단열재의 두께별 열관류율을 계산해 보면 아래 그래프로 나타난다.
곰곰히 생각해 보면 단열재가 아무리 두꺼워 져도 열관류율은 결코 "0" 이 될 수 없기 때문에 점차 그 추세가 줄어드는 그래프로 나타날 수 밖에 없다.


단열재두께와열관류율상관관계_3.JPG


시사점는 이 추세선을 곰곰히 살펴 보면 알 수 있다.

단열재가 70mm 일 경우, 열관류율 0.1 W/㎡K 을 더 낮추기 위해서는 약 18mm 만 두꺼워 지면 된다.
그러나, 단열재가 150 mm 일 경우, 열관류율 0.1 W/㎡K 을 더 낮추기 위해서는 약 117mm 나 두꺼워 져야 한다는 것이다.

즉, 단열 성능이 올라갈 수록 단열재가 두꺼워지는 효과를 보기 어렵게 된다는 뜻이다.
현재 2013년 9월 기준, 중부지방 외벽 열관류율 기준이 0.27 W/㎡K 로 정해졌는데, 이 기준이 약 0.2 초반으로 더 떨어지면 .. 이 보다 더 두꺼워 지는 것은 경제적으로 큰 실효가 없을 수도 있다는 추론에 도달할 수 있다.

단열재두께와열관류율상관관계_1.JPG



그러나, 패시브하우스는 왜 0.15 W/㎡K 까지 열관류율을 낮추어 놓았을까?
이는 이미 다른 글에서도 많이 적시한 내용이라 협회 홈페이지를 즐겨찾기 해 놓으신 분들은 아시는 내용이기는 하나, 처음 보시는 분들을 위해..

이유는 두가지가 있다.
첫번째는 경제성을 떠나서 실내에 결로, 곰팡이로 인한 하자를 막을 수 있는 열관류율이기 때문이다.
즉, 실내의 위생과 쾌적성을 위한 조건이 이유인 것이다.
이 위생에 관련된 상세한 설명은 http://www.phiko.kr/bbs/board.php?bo_table=z3_01&wr_id=580 글을 참조. 
두번째는 경제성이 줄어들기는 하나, 그래도 0.15 W/㎡K 까지는 현 에너지비용으로 볼 때, 경제성이 있다고 이야기할 수 있고, (물론 에너지비용이 더 올라가면 더 두꺼운 단열재도 경제성이 생길 수 있다.)

아래 그래프는 단열재의 열전도율별로 열관류율의 추이선을 기록한 표이다.

단열재두께와열관류율상관관계_4.JPG


여기서 의미있는 것은 같은 열관류율을 달성하기 위해 두께차이가 열관류율의 크기에 따라 크게 달라진다는 것이다.

즉, 열관류율 0.30 W/㎡K 를 달성하기 위한 단열재별 두께차이가 약 60mm 라고 한다면, 열관류율 0.14  W/㎡K 를 달성하기 위한 두께차이는 110mm 차이가 남을 알 수 있다.

즉, 목표 열관류율이 더 낮아질 수록 고성능단열재의 경제성이 올라갈 수 있다는 뜻이다. 

그러므로, 과거에는 비싼 고성능단열재가 경제성의 논리로 시장에서 배제 되었다면, 앞으로 단열성능이 강화될 수록 비록 값이 비싸지만, 동일 성능을 맞추기 위한 두께 차이가 더 벌어지기 때문에 시공성 등을 감안할 때 경제성을 충분히 고려할 수 있는 범위에 들어올 가능성이 있다.


단열재두께와열관류율상관관계_5.JPG


이 처럼 단열재 별로 가격과 열전도율이 다르므로, 엄밀히는 단열재 두께와 에너지비용의 상관관계를 따져서 단열성능의 한계치를 산출해 보는 것도 의미있는 작업이다.


Comments

3 이명래 2013.07.30 06:42
이런 류의 지식을  필요로 하는 사람들에게 꼭 필요한 내용입니다.
좋은자료 감사합니다.
G 한국SIP 2013.08.20 11:40
힘 들게 얻은 지식을 여럿이 공유하는 것은 참으로 용기있는 행동 입니다.소중히 얻겠습니다
1 김택곤 2013.08.29 15:24
유익한 글 감사합니다.
필요한 사람들과 소중히 나누겠습니다.
G 이경현 2013.09.03 13:25
감사합니다.
현장에 적용은 우리들의 몫이겠지요.
1 권혁성 2013.12.04 16:00
잘못된지식을 알고있었습니다. 좋은 자료 감사합니다.
M 관리자 2013.12.04 22:03
감사합니다.
1 정원모 2013.12.12 10:01
자료 감사합니다.
1 박병인 2014.01.10 11:52
자료 감사드립니다.. 단열재 관련 참고가 됬습니다..
G 전범수 2014.07.08 17:53
기술자는 개념이 중요한듯합니다...좋은 자료 감사해요^^
M 관리자 2014.08.11 16:52
사용은 상관없습니다만, 상업적 이용은 인쇄하시기전 카달로그의 내용을 사전에 협회의 검토를 받으셔야 합니다. 이 과정만 이루어 진다면 상관없습니다.
감사합니다.
G 박철현 2014.08.11 18:00
예 알겠습니다
고맙습니다
1 정용주 2014.08.29 18:53
단열재의 경제성 잘 보았습니다.
만일
단열재 100mm 1장 쓸 것을
50mm 2장을 쓰면 더 효과적일 수 있을까 궁금합니다.
얇은옷 껴입듯이.. ㅎㅎ

차이가 있을까요?  궁금해지네요. 어쩌면 실험 논문도 있을법 하군요.
M 관리자 2014.08.29 18:57
나뉘어진 단열재 사이의 공기층이 추가적 효과를 주지 않는다면.. 물리적 차이는 없습니다.
G 정용주 2014.08.30 11:27
공기층의 추가적 효과라 하심은?
인위적으로 사이를 띄워서 공기층을 형성해주면 겹옷의 효과를 볼 수 있을까요?
M 관리자 2014.08.30 12:44
네..
닫힌 공기층이어야 하고, 25mm 이내의 두께면 효과를 볼 수 있습니다.
다만, 구축비용 대비 효과가 적다는 것이 문제일 것입니다.
1 정용주 2014.09.03 19:15
혹 관련된 자료가 있는지 궁금합니다.

매번
고맙습니다^^
M 관리자 2014.09.03 19:53
아래 글을 보시면... 20mm 까지 급격히 증가하다가, 50mm 까지는 미세하게 증가하는 것을 보실 수 있습니다.
http://www.new-learn.info/packages/clear/thermal/buildings/building_fabric/elements/cavities_and_air_spaces.html
3 이명래 2014.09.03 23:14
관리자님께서 100mm 한 장이나 50mm 두 장이나 물리적 차이는 없다고 하셨는데, 50mm두 장을 겹쳐 시공 시 두 겹의 이음부가 겹치지 않도록 한다면 한 장으로 했을 때 접합부 틈을 통한 열교발생에 대한 방지 효과는 있을 것입니다.

공장에서 출하된 판상형 비드법 단열재 길이방향 2,400mm 맞댐이음 시 두 부재 사이의 틈이 4mm정도 발생되는 것을 확인했었고, 그 틈을 통해 결로가 발생된 것을 본 적이 있습니다.

건설현장에서는 이런 부위에 대한 개선책으로 반턱이음이나 오늬쪽매 방법이 있기는 하나 자재 생산이나 운반과정에서 그 부분이 파손되기 쉬우므로 현실상이 낮기 때문에, 두꺼운 한 장보다는 얇은 두 장으로 하면서 이음부를 서로 어긋나게 하는 방법(이를 交互라고 함)을 적용하는 경우도 있습니다.

그리고 관리자님께서 말씀하신 닫힌 공기층은, 이론적으로는 가능하겠지만 생산현장에서 사실적 실현은 어려울 것으로 사료됩니다.
M 관리자 2014.09.03 23:28
아.. 네. 맞습니다. 제가 간과하였네요..

매번 감사드립니다.
1 박호석 2014.11.07 08:09
명쾌한 비교 그래프로 이해가 아주 잘됩니다. 감사합니다. 현장에서는 시공성을 예로 들며 기밀성 확보에 어렵다고 하는데 제귀에는 핑계로 들립니다. 작업에 정성이 없어요. 중요한 공정을 콘크리트붓듣이 하면 안되죠. 엄청나게 많은 시간을 소요하는것도 아니고 말이죠. 공기가 더 소요되어 비용이 증가 된다면 산출해서 좀 더 주면 됩니다.
1 날아라돈 2015.02.26 23:29
달연재 열관류율 이해
1 옥문석 2016.11.28 16:08
정말좋은자료입니다... 감사감사
G 핼퍼 2017.06.27 13:45
좋은자료 감사합니다. 덕분에 오늘도 하나 배웠네요.
G 하태숙 2018.07.18 16:38
마지막 부분의 '목표 열관류율이 낮아질수록 고성능 단열재의 경제성이 올라갈 수 있다'는 부분에 대해서

이는 같은 열관류율 목표를 만족하기 위해서는 열전도율 차이에 선형적으로 두께가 증가하지 않을 거라는 가정, 즉 열관류율이 낮으면 열전도율 차이보다 단열재 두께의 증가가 더 커질 경우에 설명될 수 있는 추론인데요..

그런데,  두께=열전도율/열관류율 로 나타낼 수 있는데, 이는 열관류율이 정해지면, 두께는 열 전도율 차이에 선형적으로 증가한다는 의미입니다.  이는 열전도율이 0,020인 단열재와 0.040인 단열재를 비교하면 열관류율이 0.30일때나 0.14일때나 두께의 차이는 똑같이 두배 차이가 나기때문에  목표 열관류율이 낮아진다고 고성능 단열재가 더 경제성이 좋다고 보기 어려울 것 같습니다.
1 홍도영 2018.07.18 18:44
아마 이런 의미일 겁니다.

일반적인 단열재의 두께가 늘어날수록 단열재 자체의 비용도 증가하지만 부수적인 자재의 비용도 훨 올라가게 되고 또한 벽체의 두께가 증가하기에 실제 유효면적이 줄어들게 됩니다. 즉, 월세나 부동산 거래시에 마이너스 요소가 됩니다. 그러면 고가의 고성능 단열재와 일반단열재와의 경제적 차이가 훨 줄어든다는 말이 됩니다. 저는 그렇게 이해가 됩니다.
M 관리자 2018.07.18 19:26
넵.. 그렇습니다.^^
G 신승경 2021.03.22 00:27
좋은  정보 감사드립니다~
두께와 단열성의 경제성의 연관은 이해가 갑니다. 심적으로는 패시브협회 기준으로 하고 싶고요. 다만 리모델링을(아파트) 준비하는 사람으로서 집  면적이 줄어드는 점이 선택의 어려움을 주네요.
중부지방 기준으로만 해도  양쪽 260mm가 줄어들고. 추가로 벽면 작업이 들어가면... (보통 벽면 작업은  틀 포함 얼마가 늘어나나요). 단열 관련 질문드립니다
1.외벽인 콘크리트가 있더라도 단열재 두께는 위 표의 두께로 가야 규정에 맞는 건가요? 아니면 콘크리트도 어느 정도 단열 수치가 있기 때문에 그걸 포함해서 단열재 두께를 계산해도 되는건지 궁금합니다~
M 관리자 2021.03.22 09:30
콘크리트도 단열성능이 전혀 없는 것은 아니지만, 유의미한 값도 아닙니다.
그러므로 오로지 단열재로써 성능을 맞추어야 하는데요. 아파트를 개보수할 때는 아마도 심리적 한계까지 보아서.. 단열재 두께는 100mm 를 넘기는 어려울 것 같습니다.
G 신승경 2021.03.22 09:45
네ㅜㅜ 답변 감사드립니다~
2 재섭 2021.08.04 19:00
몇일전에 이글을 다시 봤다가 뭔가 계속 찜찜하다는 기분이 들어서 한참 고민했는데요,
그 이유가 현행 에너지절약계획서 작성 하는 방식이랑 영 다른 결과값이라서 그런거 같네요,
현재 법령에서 구조체의 열관류율 계산하는 산정식이 잘못된게 맞는건가요?
현행이 단열재의 열관류율x두께=열저항이고 열저항의 역이 열관류율인것으로 정비례하게 계산하도록 되어있고 협회홈페이지 최상단 열관류율계산 페이지에도 그렇게 구성되어있는데요.....
법은 모든사람들이 쉽게 산정하기위한 개략적인 임시방편이라고 생각해야 하는건가요?
M 관리자 2021.08.04 19:02
아.. 아니어요. 말씀하신 것도 맞고, 이 표도 맞습니다.
계산해 보시면 같은 결과를 보실 수 있으세요..
2 재섭 2021.08.04 19:11
제가 어리숙하게 계산을 했군요 ㅠㅜ 댓글을 지우고 도망가고 싶은 기분입니다.
그래도 저처럼 고개를 잠시 갸우뚱 하셨을 분들을 위해 약간 적어보겠습니다.
그래프 그려지는 계산식을
단열재1(0.027) y=1/x*0.027
단열재2(0.034) y=1/x*0.034
이렇게 놔야지 맞겠군요.....
패시브하우스는 수학이 되어야 잘하겠습니다 ㅠㅜ
멍청해서 창피합니다 ㅠㅜ
M 관리자 2021.08.04 19:55
ㅎ^^  아니어요.. 별말씀을요.. 저도 그랬었습니다. ㅋ
G 강병철 2021.10.10 20:27
단열재가 두꺼우면 그만큼 효과가 늘어나는게 아니라니...
좋은자료 감사드립니다.
저는 이런 생각을 해봤는데요.
단열에 신경쓴다는것은 적은 에너지로 원하는 온도를 유지하는데 목적이 있는것이 아니라
추위가 느껴지기 때문에 난방온도를 올리게되고 그과정에서 여러가지 손실이 따르니까
그걸 최대한 줄여보자 이런 의도 아니겠습니까?
그럼 체력을 키워서 춥다 춥다 하는 공간에서도 안춥다...를 외칠수 있으면 마찬가지 아닌가..
사실 이건 현실적으로 실현하기가 쉬운일은 아니니 다른 대안으로 말이죠..
사람이 추위를 느끼는 이유는 온도문제라기 보다 주변공기의 대류성 때문이라고 생각합니다.
늦가을쯤 되면 기온이 10도 정도로 내려가지만 런닝차림으로도 춥다 소리 않고 앉아있게되죠.
근데 겨울에는 난방수단을 사용하여 더 높은 25도를 맞춰놓고도 두꺼운 옷을 입고 앉아있게 된다는겁니다.
두 계절의 차이 결과는 바닥과 천정의 온도차이가 발생하기 때문에 벌어지는 현상이므로..
즉 늦가을에도 선풍기를 틀어 강제 대류를 일으키고 있는결과가 만들어진다는 것입니다
그러므로 천정에도 가열장치를 하여 바닥과 동일한 온도조건을 만들어 버리면
대류 현상은 중지 될테고 그보다 낮은 온도에서도 춥다는 느낌이 사라지지 않을까..
천정에 단열을 좀 제대로 해두었다면 가열 비용도 그만큼 줄어들겠죠..
대류만 잡으면 보다 낮은 온도로 보일러 돌려도 춥지 않게 될거란 소리를 하고 싶었습니다.
M 관리자 2021.10.11 10:03
네 모두 맞는 말씀이세요.
다만, 그 대류를 없애는 가장 좋은 방법이, 단열과 기밀에 투자를 하시는 것이라... 이게 참 아이러니 합니다.
2 숀리 2021.10.21 16:18
잘봤습니다 좋은 내용입니다.

U=λ/m 임을 생각해보면 U와 m은 반비례니 매우 간단한 그래프지요. 중학교때 배운 y=1/x라는 그래프가 저 반비례 곡선이었죠 ^^. 

여기서 상수 λ(전도율)이 커질수록 곡선은 아래로 "덜" 볼록한 모양이 될 테구요. 즉, 열전도율이 높은 단열재일수록 두께증가가 열관류율 저하에 기여하는 범위가 늘어난다는....

중요한 건,,, 단열재 종류별 U=λ/m 그래프 자료를 볼 수 있는 소스가 있을까요?  있다면 보다 목표 열관류율 및 벽체 두께를 기준으로, 합당한 열전도율 제품을 찾기 수월해 질 듯 하네요.

감사합니다
M 관리자 2021.10.21 19:06
단열재의 종류가 몇 개 안되서요.. 따로 계산해 놓은 것은 없습니다.
G jangwinwin 2022.04.09 17:51
깊이가 다르네요~!
감사합니다.
G 비아 2023.12.18 09:15
너무 좋은 정보입니다. 시야가 확장되는 것 같아서 굉장히 기쁩니다.
질문이 하나 있습니다. 위 그래프의 출처가 어떻게 되는지 알 수 있을까요? 관련 논문이 있다면 보고 싶습니다.
M 관리자 2023.12.18 14:05
저희가 직접 만든 그래프입니다.