EZBlock, 열교에 대한 단상!!!

안녕하세요!

EZBlock 개발자인 필자가 생각하는 물음에 대한 답변은 "열교차단 기능을 갖춘 단열블록 시스템"이 정답이다.

EZBlock의 구성에서 단열재(성형된 단열패널)는 필수불가결한 요소이기는 하나, 단열재 그이상도 그이하도 아니다.

오히려 열교차단을 위한 구성품 커넥터(단열패널에 삽입되는 내외부 결속을 위한 열교차단용 부품)가 핵심 요소이다.

패시브하우스 5대요소는 고단열, 열교차단, 고기밀, 고성능창호, 열회수환기장치 이다.

EZBlock은 고단열의 성능을 건축물의 수명이 다할때까지 유지하면서 열교차단이 가능한것이 핵심이며, 기밀은 콘크리트 주택이기에 시공상의 문제만 없다면 만족할수 있다.

결국, 패시브하우스의 5대요소중, 3대요소를 만족시킬 수 있다는 자신감에 개발되었다.

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본 글을 쓰는 궁극적인 이유는 열교에 관해 보다 상세한 접근이 필요할것 같다는 판단에 의해서다.

(열교의 원인과 요소는 다양하게 많지만, 본 글에서는 일체타설에 의한 점형열교에 국한하여 설명하기로 한다.)

열교란..

"특정 부위에 단열재가 없거나, 손상되어서 열손실이 커지는 부분을 열이 건너가는 다리라는 의미로 열교(열다리)라고 한다." 라고 협회(한국패시브건축협회) 자료실(1-03. 열교, 곰팡이, 단열)에서 명시하고 있다.

출처 " http://www.phiko.kr/bbs/board.php?bo_table=z3_01&wr_id=2880

 결국, 열교는 끊김없는 단열로서 해결될 수 있다.

하지만, 평면이 아닌 입체적인 건축물에서 하나의 요소도 빠짐없이 끊김없는 단열을 구현하기란 말처럼 쉽지가 않다.

단지, 단열재만 붙였다고 원하는 단열성능을 얻을수 없다는 말이다.

그러면, 어떻게 하면 열교없이 끊김없는 단열을 구현할 수 있을까?

라는 물음에서 EZBlock이 개발되었다.

단열재와 구조체는 밀착되어야 한다. 여기에는 이견이 있을수 없다.

단열재와 구조체에 공극이 생겨, 공기가 흐른다면 단열성능은 기대할 수 없을뿐 아니라 주변 기후환경과 여견에 따라 어김없이 곰팡이와 결로가 발생된다.

그러면 단열재와 구조체를 밀착되게 시공하려면 어떻게 해야할까?

단열재 부착방법은 크게 후부착과 일체타설의 두가지 방법중 하나를 선택하여 시공된다.

(첨언 : 소규모 주택현장에 국한하여 설명하기로 한다!)

후부착의 경우, 건식과 습식방법으로 나눌수 있으나 소규모 주택의 경우, 습식방법이 대부분이며 마감이 스타코나 드라이비트일 경우 그 선호도가 매우높다.

이는 콘크리트 주택의 경우, 구조체의 평활도가 상상 이상으로 크기때문에 마감의 평활도를 위해서는 어쩔수 없는 선택이라 판단된다.

문제는 습식시공에 있어서 시공자의 입장이 단열을 전제로 한 마감이 아니라, 마감을 위해서 단열재를 선택한다는 점이다.

이러하다 보니, 단열재를 부착하는 과정이 단열성능을 위해서 정해진 규격(통상 600*900)의 단열재를 ribbon & dab 방식으로 밀착시공 하는것이 아니라, 마감을 위한 레벨을 맞추기 위해 떡밥(접착본드) 형태(점형)로 시공된다는 점이다.

시장의 논리는 저가발주에 의해 어쩔수 없이 공기절감과 비용절감을 위한 선택이었다라고 항변하지만..

이러한 환경에서 시공하는 업자가 제대로된 ribbon & dab 방식으로 시공할 수 있을지 의문이 들수 밖에 없다.

(협회소속된 외단열미장시공 업체인 모**트는 필자가 경험한 외단열습식시공 전문업체로 위의 사례에서 예외인 시공사 이며, 그 외에도 필자가 경험하지 못하였지만 정석으로 시공하는 업체는 분명 있을것으로 예상되지만, 대부분의 저가발주된 시공이라면 의심을 가져볼만 하다.)

현재는 이전에 경험한 의정부 화재사고 및 제천 화재사고가 사회적으로 큰 이슈가 되어 외단열 미장시공 업계에서 자성의 기회로 삼아 제대로 된 방법의 시공견적과 시공방법으로 진행되는 분위기이다.

이러하다 보니, 발주처 입장에선 싸게 먹혔던 단열(??)시공 방법이 더이상 큰 메리트가 없어지게 되었다.

결국, 일체타설은 더 두꺼워진 현행법의 단열규정과 비싸진 외단열미장시공의 대체방법으로 변모하게 된다.



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일체타설의 문제점

더 두꺼워진 유기계 판상형 단열재를 구조체와 밀착시공 하기위한 방법으로는 가장 손쉬운 방법임에 틀림이 없다.

하지만, 일체타설의 목적이 밀착시공이라는 쉬운 방법에만 매몰되어 금속철물인 프레타이로 인한 열교는 애초에 관심밖의 사항으로 밀려났다.

밀착시공으로 인한 득보다 금속 프레타이로 인한 열교로 실이 더크다는 사실을 인지하지 못하고 있다.

통상, 유로폼(거푸집)을 결속하기 위한 프레타이의 개수는 m2당 약 7~9개정도가 소요된다.

예를들어 30평형의 외벽체는 약120m2전후의 면적으로 이루어지며, 여기에는 대략 840~1,080개의 프레타이가 결속된다. 또한 가설을 위한 수많은 굵은철사(반생이)가 단열재를 관통하여 결속된다.

거푸집 해체 이후에도 이를 제거할 방법이 없어, 이는 영구적인 열교로 남는다.

각 재료별 열전도율 (W/mk, at 20℃)

[참조] 재료별 열전도율 비교 (출처 : 한국패시브건축협회 자료인용)

위 표에서 알수 있듯이 철은 콘크리트의 약 33배, 단열재의 1,600배에 이를 정도로 열전도율이 매우높다.

결국, 일체타설시 사용되었던 840~1,080개의 프레타이로 인한 열교가 항시 상존하며, 실내 습기와 온도의 변화에 따라 결로 및 곰팡이 발생이 벽체 내부의 프레타이 지점에서 생성되게 된다.

이러한 가설을 뒷받침하는 근거로..

EZBlock 개발시 진행하였던 시험과정과 결과를 공개하고자 한다.

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EZBlock 개발과정 자료 인용

본 자료는 EZBlock 개발과정에서 제작된 초기 모델로 단열재는 XPS(압출법보온판) 1호로 가공된 제품을 사용하여 시험을 실시하였다.

본 실험의 목적은 콘크리트 일체타설을 목표로 타설시 콘크리트의 측압에 견딜수 있는 구조를 만드는것과 연결부재의 열교가 얼마나 발생되는지에 대한 검증을 위한 목적으로 시행되었다.

콘크리트 측압에 대응하는 시험결과, 당시 설정된 커넥터의 간격(300mm)만으로 단열재 외측으로 특별한 가설재 없이 국내 타설환경에 대응할 수 있다는 결론을 얻었으며, 일부 구간에서 커넥터의 단부가 휘어지는 현상이 발생되어 새로이 보강된 설계로 개선하여 현재의 구성이 완성되게 되었다.

열교에 대한 검증은 방재시험연구원에 시험체를 의뢰하여 진행되었다.

시험체의 구성은 가로 1.5M * 세로 1.5M의 사이즈로 두께는 XPS 1호 200T(커넥터 삽입) + 콘크리트 100T의 총 300T로 구성된다.

(참고로 실제 현장의 벽체두께는 단열재 200T + 콘크리트 200T의 총 400T로 구성되지만, 시험체의 두께는 측정기계가 허용하는 최대두께가 300mm 이내로 설정되어 있어 불가피하게 콘크리트의 두께를 100mm로 줄여 제작되었다.)

예상되는 열관류율은

ⓐ 콘크리트의 열저항 = 0.1/1.73 = 0.058

ⓑ 단열재(XPS 1호)의 열저항 = 0.2/0.026 = 7.69

ⓒ 열저항의 합계 = 0.058 + 7.69 = 7.748 ㎡K/W

ⓓ 예상 열관류율 = 1/7.748 = 0.129 W/㎡K

위 계산식으로 계산해 본 결과, 예상 열관류율은 0.129 W/㎡K 로 나왔다.

이는 열교라는 변수 없이, 순수한 단열재의 성능이며..

실제성능은 주택 시공현장에서 단열재를 관통하는 재료(부품)들의 열교를 합한 값이 반영되어야 하며, 그 결과값을 실제 주택의 단열성능으로 보아야 한다.

 

본 시험을 통해 얻고자하는 결과는 단열재의 성능이 아닌 단열재를 관통하고 있는 프라스틱 부품인 커넥터의 열교가 얼마나 되는지에 대한 검증이다.

실제 열관류율 시험값은0.13 W/㎡K 으로 예상 열관류율 0.129 W/㎡K 과는 0.01의 차이를 보이고 있다.

이는 프라스틱 부품인 커넥터의 열교는 극미한 상황으로 열교는 발생되지 않는 구성이다라고 표현해도 무방할 것이다.

커넥터의 2차원 전열해석 결과, 점형열교는 0.0001W/K로 나타난다.

이는, 아연도 앵커의 200배, 프라스틱 단열화스너의 20배보다 작아 열교가 발생되지 않는 구조이다.

결국, 단열재의 종류와 성능이 바뀌어도 커넥터의 열교는 발생되지 않는다는 결론으로 현재의 EZBlock이 개발되게 되었다.



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EZBlock 개발과정에서 다른 사례를 통해 알게된 열교의 심각성.

현재의 EZBlock 구성외에 내화성능을 갖춘 단열블록을 개발하는 과정이 있었다.

동일한 XPS 1호의 단열재를 사용하며, 그 외측에 불연성능과 단열성능이 있는 펄라이트를 패널 형태로 제작하여 복합패널(CRC보드 6T + 펄라이트 30T + XPS 200T)로 단열블록을 구성하는 방법이다.

금속의 볼트는 외기와 직접 노출되지 않고, 단열재 속에 묻혀있으며 구조체와도 플라스틱 피복으로 감싸, 직접 연결되지 않는 구성이다.



시험용 벽체 (마그내슘보드 6T + 펄라이트 30T + XPS(1호) 200T + 콘크리트 50T) 

본 시험의 목적은 단열성능을 유지하면서 내화성능도 겸비한 단열블록 시스템을 구현하기 위함이었다.

이전 시험에서 확립한 열교없는 단열구성을 위해서는 단열재속에 삽이되는 부재의 재료 속성이 무엇보다 중요하다는 사실을 알게되었으나, 다른속성과의 동일한 시험을 통한 직접적인 비교는 없었기에 본 연구를 통해 비교 검증하는 과정을 가지게 되었다.

금속대신 플라스틱으로 진행되었다면 이전 시험의 결과를 통해 열교는 당연히 없을 수 있다는 확신은 있었지만, 본 연구는 동일한 구성으로 ISO 기준의 실대형화재시험도 진행하여야 하였기에 극한의 화재온도인 900~1,200도의 온도를 20분간 견딜수 있는 구성이 전제되어야 했기에, 약간(??)의 열교를 고려하더라도 안전성을 고려한 금속으로의 결정은 불가피한 선택이었다.