공기층이 주택단열에 끼치는 영향

안녕하세요 여러분!!

건축용단열재 전문기업

태화단열의 온라인팀 입니다.

 

 

오늘 태화단열의 블로그에서는

주택단열에 많은 영향을 끼치는

<공기층>

에 대한 포스팅을 진행해보도록 하겠습니다.

 

 

공기층은 최고의 주택단열재로

어떤 단열재와 비교해도 밀리지 않는

우수한 단열성능을 가지고 있는 것으로 알려져 있는데

그 이유는 공기의 비열이

다른 건축재료들에 비해 현저히 낮은 점을 이용해

구조체의 열저항을 높여주기 때문입니다.

 

 

물질 내에서 열에너지의 이동은

따뜻한 곳에서 차가운 곳으로 이동하기 마련입니다.

이런 열에너지 이동현상은 대체적으로

금속 → 비금속 → 액체 → 기체

순으로 작게 일어납니다.

 

그렇기 때문에 지구상의 여러 물질 중

열전도에 가장 크게 저항하는 재료는

정지 상태의 공기층이라 할 수 있으며

효과적인 주택단열은

겨울철 주택을 난방했을 때 실내의 따뜻한 공기의 손실을 막아주고

여름철 외부의 뜨거운 공기를 차단해 실내의 시원한 공기를 유지하여

난방비와 냉방비를 절약하는 것이 되겠습니다.

 

 

열의 전달을 막기위해 사용하는 재료는

대표적으로 스티로폼, 플라스틱, 솜, 천, 나무 등의

열전도율이 낮은 고체 물질과

공기층이 대표적이라고 보시면 되겠습니다.

 

특히 공기층 열전도율은

유리 열전도율의 약 40분의 1 수준이며,

철에 비교했을 때는 약 2600분의 1 수준이기 때문에

비교가 되지 않습니다.

 

 

과거 태화단열의

저방사복합단열재에 관한 포스팅 내용에서도

말씀드렸다시피

공기층은

 

100℃ 에서 0.031 W/m.k

20℃ 에서 0.0267 W/m.k

0℃ 에서 0.0251 W/m.k

밀폐된 상태에서 0.023 W/m.k

 

로 단열효과가 상당히 뛰어납니다.

 

 

공기층은 주택단열 효과 외 실내음향에 있어

저주파 영역의 흡음율을 증가시키기 때문에

음악실 등 방음이 필요한 공간에도 적용을 하면 효율적입니다.

 

 

공기층의 단열 성능을 활용한

대표적인 사례는

시스템 창호와 포장재로 사용되는

에어캡, 일명 '뽁뽁이' 입니다.

 

 

시스템 창호의 기본적인 원리는

두개의 유리 사이

습기가 없는 정지 공기층을 형성하고

아르곤가스 등의 기능성 가스를 주입한 뒤

단열층으로 사용하는 것인데

이 때 공기층의 두께는 대류현상이 발생하지 않는 선에서

최대한 두꺼운 두께로 결정하게 됩니다.

 

대류현상이 발생하지 않는 정지 공기층의 두께는

약 11mm ~ 18mm 로

이 두께를 넘어서게 되면 대류현상이 발생해

단열성능이 급격하게 떨어지게 됩니다.

(시스템 창호의 정기공기층 두께는 통상 12mm 이며

환기를 위한 공기층의 두께는 최소 25mm 입니다)

 

 

에어캡 (뽁뽁이) 는

약 4mm의 두께로 세겹의 공기층이

창유리에 열전도를 감소시키기 때문에

에너지 효율을 높여 주며

결로현상이 발생하지 않아

곰팡이가 생기지 않습니다.

 

일반 포장용 뽁뽁이는 공기층을 잡아두지 못해

그대로 방출하며 냉기가 스며들지만

단열목적의 뽁뽁이는

양면 2중코팅으로 공기층이 생기기 때문에

온기를 잡아두고 있을 수 있습니다.

또한 단열 에어캡은 일반적인 에어캡보다

두꺼운 필름으로 2중 코팅되어 있기 때문에

에어캡의 파손도 적은것으로 알려져 있습니다.

 

 

한편 공기를 뜻하는 에어로 (Aero) 와

3차원 네트워크 구조를 뜻하는 겔 (Gel)

인 에어로젤 단열재 역시

전체 부피의 약 98% 이상이 공기로 채워져 있습니다.

 

인류가 개발한 소재 중

가장 가벼운 고체 물질로 알려져 있는

에어로젤은 단열 목적 외 우주 탐사선 소재 등

인류의 미래에 활용 범위가 상당히 넓은

차세대 신소재로도 주목받고 있습니다.

 

 

창호 및 뽁뽁이, 에어로젤 외 우리 일상생활에서

공기층의 단열성을 느껴볼 수 있는 지점은

겨울철 두꺼운 옷 한벌을 입는것보다

얇은 옷을 여러 벌 입는것이

더 따뜻한데서 찾아볼 수 있는데

그 이유는 여러벌의 옷과 옷 사이에 있는

공기층이 열 전달을 막아주기 때문입니다.

(나일론 재질로 만들어진 스타킹도 같은 원리)

 

 

블라인드나 커튼의 단열 효과도 마찬가지 입니다.

창호는 주택단열에서

가장 큰 열손실을 발생시키는 부위 중 하나인데

겨울철 창호에 블라인드나 커튼을 설치했을 경우

창호와 커튼이 외부와 내부의 공기가 만나는 시간을

지연 시켜주기 때문에

실외의 차가운 공기를 막아주는것처럼 느껴집니다.

 

하지만 이 공간은 밀폐된 공간이 아니기 때문에

창호를 통해 들어오는 실외의 찬 공기가

실내에서 높여 놓은 따뜻한 공기와 대류를 통해 만나

곧 열평형 상태가 일어나게 됩니다.

 

 

공기는 아무리 빈 공간에 머무르고 있다고 해도

정체되어 있지 않고 끊임 없이 움직이는

대류작용을 하기 마련인데

오늘 태화단열의 블로그에서 포스팅하고 있는 내용인

'공기층'

은 엄밀히 말해 멈추어서 대류작용을 일으키지 않는 공기 입니다.

 

 

주택단열에서 공기층의 열저항은

전도, 대류, 복사에 의한 열전달에 의해 형성되는데

공기층이 기밀화되어 있을 때는

단열효과가 커지지만

구조체의 틈새로 인해 기밀성이 떨어지면

단열효과는 현저히 낮아지게 됩니다.

 

이 말을 다시 풀어보자면 공기는 대류작용을 통해서도

열을 전달하기 때문에 공기층이 단열성을 가지게 하기 위해서는

대류로 인한 열의 이동을 무력화 시켜줘야 합니다.

 

 

그렇다면 공기층은 대류현상이 일어나지 않게끔

정지된 상태를 유지하려면 어떻게 해야할까요?

공기의 이동을 막으려면 단순히 사방이 모두 막혀 있는

빈 공간으로는 힘들다라고 말씀드릴 수 있습니다.

시스템 창호에 관한 이야기를 하면서도 말씀드렸다시피

대류현상이 일어나지 않는 공기층의 최대폭은 약 12mm 입니다.

이 12mm 이상의 공기층을 가지게 되면

대류현상이 발생해

단열성이 떨어지게 될 가능성이 높아집니다.

 

반대로 12mm 이하의 공기층을 가지게 된다면

열전도율이 높아지게 됩니다.

그래서 창호회사 에서도

이중창, 삼중창 등의 시스템 창호를 제조할 때

일반적으로 최적의 단열성능을 낼 수 있는

12mm 의 공기층을 가진 창호를 제조 합니다.

 

간혹 12mm 보다 공기층이 더 커진 경우

공기보다 열전도율이 낮은 아르곤 가스를 주입해

단열성능을 보완하기도 합니다.

(하지만 대체적으로 20mm 의 두께가 넘어가게 되면

아르곤가스를 주입하더라도 거의 같은 단열 효과를 나타냅니다)

 

 

오늘 태화단열의 공기층에 대한 포스팅을 마치기 전

다음의 논문을 잠시 살펴보도록 하겠습니다.

 

논문

<벽체내의 중공층과 단열재로 이루어진

단열구조체의 최적구성에 관한 수치적 연구>

-영일설계(주), 공학박사 오병칠 님-

-공학박사 신우철 님-

 

논문 내용 中

 

공기가 갖고 있는 작은 비중과 높은 열저항을 이용한

중공층은 벽체의 열관류저항을 높일 수 있는

효율적인 수단으로서 많이 사용되고 있다.

중공층의 열전달은 복사와 대류 - 전도에 의한

전열방식으로 각각 구분되는데

총열전달량은 이들의 합이 된다.

 

중략

 

따라서 본 연구에서는 벽체내의 단열재와 중공층을

하나의 단열구조체로 가정하고, 이 때 중공층의 크기가

단열구조체의 열성능에 미치는 영향을 수치 시뮬레이션을 통하여

비교 분석함으로서 최고의 단열성능을 얻을 수 있는

중공층의 적정규모 및 열성능에 대하여 고찰하고자 한다.

 

중략

 

단열구조체내의 중공층의 적정두께는

단열구체의 종횡비. Rayleigh 수,

단열재의 열전도율 등에 따라 결정되어

종횡비가 20인 경우에 중공층의 두께비가 

 

Ra = 2×10(5) 일 때는 0.4,

Ra = 1×10(4) 에서는 0.3

이 될 때 단열구조체는 최고의 단열성능을 나타내었다.

 

또한 단열재의 열전도율이 높을수록 단열성능은

떨어지나 단열구조체 내에서 직정 두께의 중공층이 갖는

단열효과는 상대적으로 크게 높아지며,

단열구조체의 종횡비에 따른 열전달량은 종횡비가 증가할수록 감소하였다.

 

 

논문에서 보시다시피 일반적인 주택단열에서

단열재와 공기층이 함께 만나면

단열효과가 상당히 높아지는것을 확인할 수 있었습니다.

 

 

오늘 태화단열에서 준비한

공기층에 관한 포스팅 내용은 여기까지 입니다.

 

마무리 하기전에 오늘 포스팅 내용을

다시 한번 간략하게 정리해보자면

주택단열에서 공기층이 단열성을 가지기 위해서는

최적의 단열성을 가지는 약 12mm 두께의 중공층을 가져

공기가 움직이지 않고 정지되어 있어야 함과 동시에

기밀성을 가지고 있어야 합니다.

 

또한

 

공기층은

12mm 이상의 두께에서는 대류현상이 일어나며

12mm 이하의 두께에서는 열의 전도가 높아집니다.

 

이 내용이 오늘 태화단열에서 포스팅한

공기층이 주택단열에 끼치는 영향의

핵심이라 보시면 되겠습니다.

 

 

저희는 다음 시간 더욱 흥미롭고 유익한

단열재에 관한 이야기들로

다시 돌아오도록 하겠습니다.

 

오늘 남은 시간도 힘내시고

행복한 하루 되시길 바랍니다.

 

긴 글 읽어주셔서 감사드립니다.

 

 

이상

건축용단열재 전문기업

태화단열의 온라인팀

이었습니다.

 

 

*공기층

에 관한 포스팅은

특정 회사 및 특정 회사 제품의 홍보와 광고,

비난과 비방을 목적으로 작성되어진 내용이 아니며,

소비자의 알 권리와 건축업계에 종사하시는 분들과의

단열자재 정보공유를 목적으로 작성되어진 포스팅 입니다.

태화단열 블로그에서는

사실적이고 객관적인 내용만을 다루기 위해 노력하겠습니다.