기술자료

4-01. 목조나 경량스틸주택의 단열 성능

M 관리자 14 25,091 2010.01.11 18:24
2013. 11. 01 : 개정 건축법에 맞추어 내용 전면 수정
2013. 05. 09 : 내용중 숫자 오류 수정
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우선 구조목의 치수는 다음과 같다.
규격 길이와 실제 길이가 다른 이유는 
각재의 가공은 규격치수로 생산이 되기는 하나, 일단 거칠게 재단 후 건조와 마감과정을 거치는데.. 이 과정에서 수축+매끈하게 가공되면서 사라지는 두께가 있기 때문이다.

계산 방법은
2 인치(51mm) 미만의 길이는 1/4인치(6.35mm) 뺌
8 인치(200 mm) 미만의 길이는 1/2인치 (12.7mm) 뺌
8인치 이상의 길이는 3/4인치(19.05mm) 뺌

이 치수는 미국의 American Softwood Lumber Standard PS 20-05 에 의해 관리되고 있다.
참고로 유럽은 EN-14081-1,2,3,4 에 의해 관리된다.

규격 (인치)

실제 크기 (인치)

실제 크기 (mm)

무게 (kg/m)

1 x 1

3/4 x 3/4

19 x 19

0.21

1 x 2

3/4 x 1 1/2

19 x 38

0.40

1 x 3

3/4 x  2 1/2

19 x 64

0.70

1 x 4

3/4 x 3 1/2

19 x 89

0.95

1 x 6

3/4 x 5 1/2

19 x 140

1.48

1 x 8

3/4 x 7 1/4

19 x 184

1.95

1 x 10

3/4 x 9 1/4

19 x 235

2.50

1 x 12

3/4 x 11 1/4

19 x 286

3.03

1-1/4" x 4"

1" x 3-1/2"

25 x 89 mm

 

1-1/4" x 6"

1" x 5-1/2"

25 x 140 mm

 

1-1/4" x 8"

1" x 7-1/4"

25 x 184 mm

 

1-1/4" x 10"

1" x 9-1/4"

25 x 235 mm

 

1-1/4" x 12"

1" x 11-1/4"

25 x 286 mm

 

1-1/2" x 4"

1-1/4" x 3-1/2"

32 x 89 mm

 

1-1/2" x 6"

1-1/4" x 5-1/2"

32 x 140 mm

 

1-1/2" x 8"

1-1/4" x 7-1/4"

32 x 184 mm

 

1-1/2" x 10"

1-1/4" x 9-1/4"

32 x 235 mm

 

1-1/2" x 12"

1-1/4" x 11-1/4"

32 x 286 mm

 

2 x 2

1 1/2 x 1 1/2

38 x 38

0.81

2 x 3

1 1/2 x 2 1/2

38 x 64

1.39

2 x 4

1 1/2 x 3 1/2

38 x 89

1.89

2 x 6

1 1/2 x 5 1/2

38 x 140

2.96

2 x 8

1 1/2 x 7 1/4

38 x 184

3.91

2 x 10

1 1/2 x 9 1/4

38 x 235

4.99

2 x 12

1 1/2 x 11 1/4

38 x 286

6.07

2 x 14

1 1/2 x 13 1/4

38 x 337

7.15

3 x 3

2 1/2 x 2 1/2

64 x 64

2.25

3 x 4

2 1/2 x 3 1/2

64 x 89

3.15

3 x 6

2 1/2 x 5 1/2

64 x 140

4.94

3 x 8

2 1/2 x 7 1/4

64 x 184

6.53

3 x 10

2 1/2 x 9 1/4

64 x 235

8.32

3 x 12

2 1/2 x 11 1/4

64 x 286

10.12

3 x 14

2 1/2 x 13 1/4

64 x 337

11.91

3 x 16

2 1/2 x 15 1/4

64 x 387

13.72

4 x 4

3 1/2 x 3 1/2

89 x 89

4.41

4 x 6

3 1/2 x 5 1/2

89 x 140

6.93

4 x 8

3 1/2 x 7 1/4

89 x 184

9.13

4 x 10

3 1/2 x 9 1/4

89 x 235

11.51

4 x 12

3 1/2 x 11 1/4

89 x 286

14.16

4 x 14

3 1/2 x 13 1/4

89 x 337

16.69

4 x 16

3 1/2 x 15 1/4

89 x 387

19.21




스터드 길이 (피트)

실 치수 (mm)

8

2,440

10

3,050

12

3,660

14

4,700

16

4,880

18

5,490

20

6,100


흔히 목조나 경량스틸주택에는 글라스울계통이나 양모단열재를 사용한다.
이는 스터드간격에 따라 단열재를 넣기 좋게 제품이 나오기 때문이며, 구조의 특징상 고형단열재보다 더 치밀하게 넣을 수 있다는 장점이 있기 때문이다.
 
이 글라스울 계통의 단열재는 보통 R11, R19, R30 으로 불리우는데 여기서 R이라는 것은 아래 글에서 설명한 열저항이다. (이 단열재는 밀도가 9~10 kg/㎥ 인 저밀도글라스울을 사용한다.)
 
글라스울의 R19는 미국식 표현이다. 즉, 단위가 1ft⌒2*F*h/BTU 이다.
 
단위가 복잡하니 환산계수만 알면 될 듯 하다. 미국식열저항 나누기 5.678 하면 미터법으로 환산이 된다.
 
즉 R19 = 19 ft2*F*h/BTU = 19÷5.678 ㎡k/W = 3.346 ㎡k/W 과 같다.
 
 
 
결론은 R19 = 3.346 ㎡k/W 인 것이다. 

이 R19의 열전도율을 알아보자.
열전도율은 K / m = U  이므로,   
K = U x m = m / R, 

그러므로,   0.14 ÷ 3.346 = 약 0.042 W/mk 로 계산되어진다. 그러나 실제로 시험성적서를 받아보면 대게의 글라스울의 열전도율은 0.046 W/mk 정도로 되어져 있다.
 
실제 R19를 계산한 것보다 시험성적이 더 안좋게 나오는 것이다.
(그래서 협회에서 하는 에너지요구량계산에는 시험성적서를 근거로 한다.)
 
아래는 국내에서 목조 또는 스틸주택에 들어가는 글라스울 단열재를 생산하는 회사의 시험성적서이다. R11, R19, R30에 대한 시험을 하였고, R11, R19는 결과값이 0.046W/mk으로 같고, R30이 0.044W/mk로 조금 더 좋게 나왔다. (이는 두께의 차이로 인해 단열재 표면 가까이의 습도가 올라가서 생긴 현상이라 예상된다. 상대적으로 두꺼운 R30은 내부에 습기가 덜 침투하기때문에 단열성능이 조금 올라간 것이라 예상한다)
 
(현재는 회사명을 삭제하였다. 이 점 역시 우리나라에서만 있는 슬픈 현상인데 시험성적서라는 것은 말 그대로 객관적 성능증명서이며 자재를 파는 회사의 입장에서는 이것이 공개되고 이야기되는 것을 당연히 받아드려야 하는데 이상하게도 국내 자재회사는 이것을 회피하고 있다. 불필요한 다툼을 피하고자 이 시험성적서에서도 회사명을 알 수 있는 정보는 삭제하였지만, 올바른 상황은 아니다.)
 
 
 
 
 그러나 흔히들 목조주택 2x4인치 구조벽체가 중부지방 열관류율 제한에 적합하다고 이야기가 가끔 나오는데 이는 잘못된 표현이다.
 
중부지방 외벽 열관류율의 법적제한이 0.27 W/㎡k 이하인데, 2 x 4 인치 벽체에 들어가는 R11 을 계산하면 0.045 / 0.1 = 0.45 W/㎡k가 나와서 기준에 한 참 미달된다. 
또한 남부지방은 어떠한가..현행법의 남부지방 열관류율은 0.34 W/㎡k 이므로, 남부지방에서도 불법이다. 제주도가 0.45 W/㎡k 이므로, 내외장재를 합하면 겨우 기준을 충족할 수 있다.

그럼 2 x 6 인치 구조 시스템은 어떠한가? 두께를 140mm 로 보면..
0.045 / 0.14 = 0.32 W/㎡k  이므로, 이 역시 기준 미달이다. 물론 남부지방은 가능하다.
즉, 이제는 중부지방에서 2 x 6 구조에 저밀도글라스울을 채우는 것은 불법이라는 뜻이다.

그럼.. 정상밀도 글라스울 (최소밀도 24 kg/㎥) 인 경우는 어떠한가?
정상밀도 글라스울의 열전도율은 업체가 제공하는 시험성적서를 보면 0.036 W/mK 이다.
즉, 0.036 / 0.14 = 0.257 W/㎡k 이 나오므로, 사용가능하다.

결론적으로 
1. 지금 껏 목조주택에서 사용해 왔던 9 kg/㎥의 저밀도 글라스울은 이제 사용할 수 없다.
2. 중부지방은 정상밀도 글라스울 (24 kg/㎥)이나, 셀룰로우즈 단열재를 반드시 사용해야 한다는 이야기이다.
 

목조주택은 콘크리트 주택에 비해 따뜻한가?

목조 주택처럼 단열재 중간에 이질재가 들어가는 벽체는 열전도율이 높은 각재나 스터드에 대한 보정이 필요하다.
 
20100121085449-aa93287f221fc5717be59596910bda81.jpg


 
이를 협회에서 제작한 열관류율 계산프로그램으로 계산하면 다음과 같다.

목구조_평균열관류율.jpg



0.32 W/㎡k 가 나온다.
불행하게도 스터드에 의한 열교를 계산하면 중부지방의 법적 기준을 맞추지 못하고 있다는 이야기이다.
그러나 현행법은 이러한 중간 이질재(구조재)의한 열교를 계산하고 있지 않음으로 현재로써는 이를 보정하여 현장에 적용할 근거는 없다. 
 

그럼 경량 스틸주택은 어떠한가?

경량 스틸주택은 어떤지 계산해 보자. 스틸이라는 특성상 스터드의 열전도율은 목재의 약 300 배에 달한다. 아연도강 스터드의 두께를 1mm로 하고, 스틸면이 OSB 판재에 닿는 전도특성은 무시하고 계산해 보았다. 이 역시 정상밀도 글라스울을 사용하는 것으로 계산하였다.
 
20100121090746-aa93287f221fc5717be59596910bda81.jpg

 
목구조에서 중간 이질부재만 아연도강으로 변경한 결과이다.

스틸구조_평균열관류율.jpg


결과는 무려 0.63 W/㎡k 이다. 중부지방 법적기준의 절반이 채 안되는 결과를 보인다.

하지만 앞에서도 이야기 했듯이 아연도강판의 열전도율이 높기 때문에 스터드부위가 취약부위가 되서 열교에 의한 결로가 생기므로 경량스틸주택에서 외단열은 필수적으로 적용을 해야 한다.
 
이번에는 이런 결과를 보이는 경량 스틸주택에 얼만큼의 외단열을 해야 
목조 스터드 열교를 포함한 목조주택과 성능이 같아 지는 지와 
스틸 열교를 고려하고 중부지방 법적 기준을 만족시킬 수 있는지를 분석해 보았다.
 
20100121123343-aa93287f221fc5717be59596910bda81.jpg

일단 목조 주택의 평균열관류율인 0.32 W/㎡k 를 만족시켜 보았다.
아래 계산 결과에서 보다시피 압출법단열재1호 (열전도율 0.028 W/mK) 으로 40mm 를 추가 해야 목조주택의 스터드 열교를 포함한 평균열관류율과 같아진다.

스틸에외단열1.jpg



그럼 이번엔 중부지방 법적 기준을 만족시키려면 같은 단열재를 얼마나 추가해야 하는지 계산해 보았다.
아래 계산 결과와 같이 압출법단열재1호 (열전도율 0.028 W/mK) 으로 60mm 를 추가 해야 중부지방 기준을 만족시킬 수 있다.
그러나, 역시 불행하게도 우리나라는 이러한 스터드 열교를 포함하여 계산하지 않는다.

스틸에외단열2.jpg


이런 결과가 아래와 같은 열화상촬영으로 나타나기도 한다.

Nov_Dryvit-System-Inc-3.jpg
<출처 : http://ce.construction.com/crs.php?L=38&C=1147>





현재 시점에서 확실한 것은 목조주택이나, 경량스틸주택이나, 모두 저밀도글라스울 (9kg/㎥) 제품을 시장에서 퇴출시키는 것이 최우선일 듯 하다.
 
또한 이 글의 주제가 건식공법에 집중되어져 있어서 다루지는 않았지만, 콘크리트 건물이라 할지라도 결코 이런 상황으로 부터 자유로운 것은 아니다. 
돌을 붙힐 경우 역시 철물에 의한 열교가 생기고, 대충 대충 붙히는 단열재 틈새도 역시 큰 손실을 유발한다.

또한 대형 건물은 도면중에 단열계획도라는 것이 있어서 부위별 단열재의 종류와 두께를 표시하도록 되어있지만, 대부분의 주택도면에는 단열계획도라는 것이 없다. 그냥 단면도 등에 "단열재 몇 mm" 라고만 표시할 뿐이다. 반드시 단열재의 종류를 같이 명기해야 한다. 그래야 현장에서 실수가 없는 것이다.
 
단열관련하여 설계도서에 해주었으면 하는 것은 
 
1. 도면에 "비드법1호 90mm (열전도율 0.034W/mk)" 와 같이 종류, 두께, 성능을 같이 명기
2. 노트란에
    "부피형 단열재는 틈새없이 밀착시공할 것",
    "부피형단열재를 열반사단열재로 교체하지 말것"
3. 도서에 단열재의 시험성적서를 첨부
 
** 설계자가 제품을 추천하는 것은 극히 정상이다. 예를 들면 같은 비드법1호 단열재라 할지라도 제품마다 열전도율이 조금씩 차이가 난다. 그리고 밀도는 체감적으로도 확인이 가능하다. 즉, 제품을 만드는 공장별로 조금씩 밀도에서 차이가 나며, 이 밀도차이가 단열성능의 차이인 것이다. 물론 시험성적서로도 확인이 가능하다. 같은 가격에 더 나은 제품을 만드는 회사를 알고 있다면 당연히 건축주가 사용토록 추천해야하는 것이 설계자의 의무인 것이다. 
 이를 두고 설계자가 자재사와 모종의 관계가 있다고 생각하는 시장의 분위기도 문제이지만, 설계자가 제품 확인을 평소에 게을리하니 어쩌다가 한번 제품을 추천하면 관계를 의심받는 것이 어쩌면 당연한 현상일지 모른다.
 
대형건물이나 관에서 발주하는 공사 같은 경우에는 제품의 품질을 확인하는 감리자가 따로 있다. 그러나 주택같은 작은 건물의 시장에서는 설계도면이 마지막 보루인 것이다.  
 

Comments

G 이승연 2011.08.13 14:45
역시 정량적 자료가 정말 중요하네요.
1 유알렉산더 2012.12.08 23:57
위의 2x6 목조벽체의 단열효과 계산에서 한가지 착오가 있습니다. 2x6 스터드의 간격은 600mm 이고 2x4 스터드일 경우 400mm 간격입니다.
G 유동철 2013.07.10 15:18
비밀글입니다.
M 관리자 2013.07.10 15:23
비밀글은 답변드리지 않습니다.
감사합니다.
M 관리자 2012.12.10 00:07
안녕하세요..
2x6의 경우에도 16인치 간격이 존재하고 있어서 가장 낮은 값은 산정해야 하므로 그리하였습니다.
출장을 마치면 24인치 간격의 경우도 같이 비교해서 올리겠습니다.
감사합니다.
1 신민철 2013.05.09 16:33
건축환경분야에 관심이 많은 학생입니다. 항상 기술자료의 정보를 읽고 많이 배우고 있습니다.
다름이 아니라 위에 R19의 열전도율을 알아보는 내용에서
'열전도율은 0.14÷2.84 = 약 0.042 W/mk' 인데 여기서 2.84는 어디서 나온 값인가요? 궁굼해서요!
M 관리자 2013.05.09 17:02
에궁  3.346가 되어야하는데 내용이 잘못되었습니다. ㅠㅠ
2년이 넘은 자료인데 이제서야 덕분에 알게 되었습니다
죄송하고 감사합니다. 수정해 놓겠습니다.
1 이성식 2013.11.08 21:44
글라스울 단열재 제조사의 R-19 단열재 기준두께를 보면 6.25인치(159mm)로 되어있습니다
따라서 R-19 단열재의 열전도율은 0.159/3.346=0.048로 계산되어야 할 것 같습니다
실제 2x6 stud의 폭은 5.5인치(140mm)이므로 2x6 stud 벽체에 설치된 R-19 단열재는 제 성능을 다 못내는 것으로 볼 수 있네요
M 관리자 2013.11.08 22:15
아.. 그렇군요.
좋은 정보 감사드립니다.
본문의 숫자를 직접 고치지는 않고, 말씀하신 내용을 추가하도록 하겠습니다.
1 윤동필 2013.11.09 20:50
그라스울 로이(K사)는 밀도 32K, 열전도율 0.032이고 두께는 25~120mm 사이에서 5mm증분으로 생산 가능하다는군요. 관리자께서 알려준 방식으로 계산해보니 목조주택 구조재 2*6에 사용하면(115+25 두겹 사용) 열관류율 0.228이 됩니다. 맞나요?  R11에 비해 가격비율은 어떻게 되는지요?
M 관리자 2013.11.09 23:24
네.. (스터드열교를 제외하고) 열관류율은 맞습니다.
가격은 저희가 직접 구매를 한 적이 없어 무어라 드릴 말씀은 없으나, 추정컨데 R19의 2배정도 할 것으로 예상됩니다.
1 정원모 2013.12.12 10:30
일단 단순히 훑고 지나가는 정도로 공부하는 중인데...

단열쪽만 두고봐도 공부해야 될 내용이 거축에 굉장히 많군요...ㅠㅠ
1 박기배 2015.03.25 10:39
좋은 참고가 되엇습니다.
1 seesco 2016.12.28 22:27
목제 규격및 칫수