TB Block 구조용 열교차단재 기술 개발 현황

지구와 아이들을 위해 진화하는 TB Block 입니다.

TB Block 은 구조용 열교차단재를 제조하여 보급하는 일을 하고 있습니다.

오늘은 그 동안 진행된 TB Block의 연구개발 진행상황에 대해 알려드리고자 합니다.

  패시브하우스를 위해서는 고성능의 단열성능이 필수적인데 몇 년 전까지 열교는 국내 기술로는 해결할 수 없는 고민거리였습니다. 그래서 초창기에는 대부분 열교가 발생하지 않도록 설계했었지만 보다 아름다운 디자인을 위해서는 늘 아쉬움이 남았습니다.

  외국에서는 오래 전부터 이를 해결할 수 있는 기술과 제품이 있었습니다. 국내에서도 몇몇 현장에 적용한 사례가 있지만 실제 국내 현장에 적용하기 위해서는 많은 어려움들이 있었습니다.

그래서 이 문제를 해결해 보기로 했습니다.

먼저 열교가 단열성능에 어떤 영향을 미치는지 한번 살펴보겠습니다.

열관류율 0.19 W/m²K 벽체에서 <그림 1> 처럼 슬라브가 돌출된다면 단열성능이 어떻게 될까요?

<그림1> 슬라브 돌출에 의해 열교가 발생하는 구조체의 단면

  건물의 층고는 3 m, 바닥 슬라브의 두께가 150 mm 라고 가정하고 모델링을 했습니다. 비율로 보면 바닥 슬라브는 전체 벽체 중 5% (150mm/3000mm) 밖에 차지하지 않습니다. 단열성능을 확인하기 위해서 전열해석을 해보면 <그림2>의 결과를 얻을 수 있었습니다.

<그림2> 열교가 발생하는 벽체의 전열해석 결과

Heat2 를 이용해서 ISO 10211 기준으로 전열해석을 해보면 벽을 통한 열손실은 거의 없었습니다. 다만 단열재를 설치하지 못한 슬라브로 열손실이 집중되는 현상을 확인할 수 있습니다.

결과적으로 벽체 전체의 열관유율은 0.44 W/m²K 로 벽체만의 열관류율 0.19 W/m²K 보다 약 230 % 증가했습니다. 벽체 중 슬라브가 차지하는 5% 가 전체 단열성능을 230 % 나 증가시키는 결과를 초래하는 것입니다.

그래서 열교는 가급적 처음부터 생기지 않도록 하는 것이 중요합니다.

 발코니나 차양처럼 돌출형태를 만들어야 한다면 구조용 열교차단재를 이용해서 열교 현상을 줄일 수 있습니다. <그림3>은 <그림1> 조건에서 열교차단재가 설치된 후를 모델링 한 결과입니다.

<그림3> 구조용 열교차단재가 설치된 후 벽체 단면

 구조용 열교차단재의 역할은 철근콘크리트를 단열재로 분리시켜 주는 역할을 합니다. 이때 돌출 구간의 하중을 열교차단재 내부의 철 구조물이 하중을 견딜 수 있도록 디자인 되어 있습니다. 내부 구조에 대해서는 다음 기회에 알려드리겠습니다. 

<그림4> 구조용 열교차단재가 설치된 후 벽체 전열해석 결과

 <그림4>는 구조용 열교차단재가 설치된 후의 전열해석 결과를 보여줍니다. 슬라브의 열손실이 벽체와 거의 비슷한 것을 확인할 수 있습니다. 이를 열관유율로 비교해 보면 아래 표와 같습니다. 

열교차단재를 설치한다고 하더라도 열손실을 발생할 수 밖에 없는데 이는 열교차단재 내부를 관통하는 철물에 의한 열손실이 존재하기 때문입니다. 2015년 첫 제품이 개발된 이후 어떻게 하면 이 철물에 의한 열손실을 줄일 수 있을지를 고민했었고 그 결과가 아래 <그림5> 입니다. 그래프 상에서는 점 하나일 뿐이지만 글로서는 다 표현하지 못할 많은 어려움들이 있었습니다.  

<그림5> TB Block 의 구조용 열교차단재 기술개발 현황

 사실 구조용 열교차단재의 성능은 선형열관류율(W/mK)로 표현합니다. 단위에서 확인할 수 있는 것처럼 열교가 선형으로 형성된다고 이해하시면 됩니다. 그래서 에너지샾(energy #)같은 에너지평가 프로그램에서는 선형열관류율(W/mK)과 적용 길이(m)를 같이 입력하도록 되어 있습니다.

  구조용 열교차단재 회사 중 가장 선주 주자는 독일 Schoeck사의 ISOKORB 입니다. 거의 50년의 역사와 수많은 적용사례를 보유하고 있고 세계시장의 90% 이상을 점유하는 것으로 알려져 있습니다.

2018 년 기준으로 동일한 조건에서의 단열성능을 비교해 보면 ISOKORB와 성능 면에서는 동등한 수준을 도달할 수 있는 기술을 확보했습니다. 불과 5년도 안 되는 짧은 시간 동안 세계최고의 제품과 비교가능한 기술을 보유할 수 있었습니다.

구조용 열교차단재 만큼은 이제 더이상 독일을 부러워 하지 않아도 됩니다.

물론 연구개발이라는 것이 끝이 없고 보완해야 할 점도 아직은 많습니다.

앞으로도 지구와 아이들을 위할 수 있도록 진화하겠습니다.

고맙습니다.