심재 준불연 저방사복합단열재, 과연 외벽단열에 효과가 있을까?

안녕하세요 여러분!!

 건축용단열재 전문기업 태화단열의 온라인팀

 인사 올립니다~!!

 

 

벌써 태화단열 온라인팀에서 준비한

 심재 준불연 저방사복합단열재 시리즈 3편을

 포스팅하는 시간이 찾아왔습니다.

 

 

심재 준불연 저방사복합단열재의

 첫번째 포스팅에서는

 심재 준불연 단열재 의무 사용 규정에 대한 내용을 중점적으로 다루었었고

 두번째 포스팅에서는

 태화론 심재 준불연 저방사복합단열재의 제품소개와

 특징 및 장, 단점에 대한 부분을 위주로 포스팅을 진행 했었습니다.

 

 

오늘 세번째 포스팅에서는

 지난 시간에 말씀드린대로

 심재 준불연 저방사복합단열재의 단열 원리 및 준불연 성능에 관한 부분,

 그리고 그에 따른 관련 논문 등의 내용으로

 심재 준불연 저방사복합단열재가

 과연 외벽단열에 얼마만큼의 효과가 있을지에 대해

 알아보는 시간을 가져보도록 하겠습니다.

 

 

심재 준불연 저방사복합단열재는

 낮은 방사율을 가진 알루미늄 판막과

 불연 성능의 약품을 난연 폴리에틸렌에 결합한 뒤

 벌집 형태의 밀폐된 공기층을 형성해 만들어 집니다.

 그리고 겹겹이 층을 쌓아 올려 두께를 늘리거나 줄일 수 있습니다.

 

 

심재 준불연 저방사복합단열재의 기본 구성은

 알루미늄 판막 - 난연 폴리에틸렌 - 알루미늄 판막 - 난연 폴리에틸렌

 으로 구성층이 이루어진다고 보시면 되겠습니다.

 

 

전도열, 대류열, 복사열은 열의 3대 이동 요소로 분류할 수 있는데

 이 때 심재 준불연 저방사복합단열재의

 방사율이 낮은 알루미늄 판막은

 1차적으로 복사열을 약 97% 차단하며

 난연 폴리에틸렌과 밀폐된 벌집 형태의 공기층은

 전도열과 대류열의 이동을 2차 차단합니다.

 

 

실제 심재 준불연 저방사복합단열재와

 기타 심재 준불연 부피단열재의 단열성능을 비교 했을 때

 얼마나 차이가 있는지 수치로 확인해보도록 하겠습니다.

 

 

저희 태화단열은

 남부지역에 자리를 잡고 있으니 편하게

 남부지역 외벽단열두께 기준

 열관류율 (0.32 W/㎡.K) 기준으로

 비교 분석을 해보도록 하겠습니다.

 

 

1. 심재 준불연 비드법보온판 열전도율

 0.034W/mK

 0.034 ÷ 0.11 = 0.30W/㎡.K

 이기 때문에

 남부지역 외벽단열에 심재 준불연 비드법보온판은

 두께 110T를 써야지만 법규상 문제가 없습니다.

 

2. PF보드 & 심재 준불연 경질우레탄보드 열전도율

 0.020W/mK

 0.020 ÷ 0.07 = 0.28W/㎡.K

 이기 때문에

 남부지역 외벽단열에 PF보드 및 경질우레탄보드 심재 준불연은

 두께 70T를 써야지만 법규상 문제가 없습니다.

 

3. 심재 준불연 저방사복합단열재는

 두께 40T를 쓰더라도

 열관류율 기준을 충족 시키고도 남습니다.

 

다시 한번 정리를 하자면

 남부지역 외벽단열 기준 0.32 W/㎡.K

 를 충족시키려면

 심재 준불연 비드법보온판 110T

 PF보드 및 심재 준불연 경질우레탄보드 70T

 심재 준불연 저방사복합단열재 40T

 로 정리할 수 있겠습니다.

 

 

자, 그렇다면 여기서 하나 더.

 단열재 두께가 줄어든다는 것은

 유효공간을 효율적으로 활용할 수 있다는 점 외

 한가지 부분과 더 직결이 된다는 것을 알 수 있습니다.

 

맞습니다. 바로

 '재료비'

 와 직결이 됩니다.

 

 

심재 준불연 저방사복합단열재는

 기타 심재 준불연 부피단열재 대비

 단열성능 부분 및 공간활용의 극대화에서도

 월등히 앞서는 것을 수치로 알 수 있었고

 나아가 단열재 두께가 얇아지니

 저렴한 가격에 외벽단열을 할 수 있다는

 매력적인 장점까지 갖추고 있습니다.

 

 

한편 난연등급은

 불연, 준불연, 난연

 이렇게 세가지 등급으로 분류가 되는데

 불연 = 난연 1급

 준불연 = 난연 2급

 난연 = 난연 3급

 으로 숫자가 높아질수록 등급이 낮아진다고 해석하시면 되시겠습니다.

 

 

불연 등급은 불에 타지 아니하는 성질을 가진 재료,

 준불연 등급은 불연에 준하는 성질을 가진 재료,

 마지막으로 난연 등급은 불에 잘 타지 아니하는 성능을 가진 재료로써

 심재 준불연 저방사복합단열재는

 준불연 등급으로 난연 2급에 해당되어

 외벽단열 사용 기준에 적합하다고 보시면 됩니다.

 

 

준불연 성능을 시험하는 가장 큰 항목은

 심재 준불연 적합시험과 실물모형 적합시험으로 분류할 수 있습니다.

 

먼저

 심재 준불연 적합시험의 항목은

 

1. 연소성능시험

2. 가스유해성 시험

 

으로 분류가 되며

 

연소성능시험 안에서도

1 - 1. 총열방출열량 / 기준 = 8.0MJ/㎡ 이하

1 - 2. 열방출율 200kW/㎡ 연속초과시간 / 기준 = 10초 이하

1 - 3. 시험체의 방화상 유해인자 발생 유무 / 기준 = 없어야 함

 

과

 

가스유해성 시험

2 - 1. 시험용 흰 쥐 평균행동정지시간 / 기준 = 9분 이상

 

을 충족해야 하며

 최소두께와 최대두께 모두 적합해야 합니다.

 

 

태화론 심재 준불연 저방사복합단열재는

 너무나 당연하게도

 40T, 50T, 100T 시험을 모두 통과 했으며

 알루미늄필름 심재 준불연 적합 성적서와

 알루미늄필름 면재 준불연 적합 성적서까지

 보유를 하고 있습니다.

 

 

실물모형시험은 크게

 금속류, 비금속류, 습식류

 로 분류할 수 있는데

 저방사복합단열재는 본래 습식시공이 불가하니

 금속류와 비금속류 시험만 해당되며

 태화단열산업의 태화론 심재 준불연 저방사복합단열재는

 2024년 10월 현재

 비금속류 중 석재 실물모형시험은 합격했으며

 금속류 시험 (판넬류) 은 준비중에 있습니다.

 

 

그렇기 때문에

 2024년 10월 현재는 아쉽게도

 외벽단열 시

 석재마감 (화강석 및 적벽돌 마감) 에만

 태화론 심재 준불연 저방사복합단열재 사용이 가능합니다.

 

 

이어서

 심재 준불연 저방사복합단열재에 관한

 논문 내용을 잠시 살펴보도록 하겠습니다.

 

*이 논문은 2022년 2월 국토교통부고시 제2022-84호

 '건축물의 피난, 방화구조 등의 기준에 관한 규칙'

 법 개정 전인

 2016년 4월 국토교통부고시 2015-744호

 때 나온 논문으로

 외부 접촉면에 대한 규정만 있을 당시

 준불연 저방사복합단열재에 관한 연구 논문임을 알려드립니다.

 (심재 준불연 저방사복합단열재가 출시된 지 얼마 지나지 않은 시점이라

 과거의 자료를 참고하는 점 양해 부탁 드립니다)

 

 

논문제목

<준불연 저방사복합단열재 개발에 관한 연구>

-한라대학교 건축학부 권영철 부교수, 공학박사-

-프라임에너텍 기술연구소 박민수-

 

본문 내용 中

 

기존의 대표적인 저항형 단열재인 비드법 보온판이나

 압출법 보온판 및 유리섬유에 비해 거의 절반의 두께로

 동일 단열성능을 나타내는 저방사복합단열재의 경우,

 단열성능은 뛰어나지만 불에 타는 단점을 지니고 있었다.

 저방사복합단열재 관련 기존의 연구에서는

 주로 단열성능 향상을 통한 단열두께 축소에 초점이 맞추어져 왔다.

 

따라서 본 연구에서는 기존의 저방사복합단열재의 고 단열성능은 그대로 유지하면서,

 화재안전성을 높임으로써 준불연성능을 확보한 준불연 저방사복합단열재를 개발하고,

 그 성능을 검토하고자 한다.

 

또한, 강화된 단열기준과 화재안전기준을 모두 만족하는

 지역별, 부위별 단열재 및 소유두께를 제공함과 동시에

 최근에 개발된 준불연 저방사복합단열재의

 단열성능과 화재안전성능을 분석하여

 건물 적용성을 검토하였다.

 

중략

 

반사형 단열재의 주요 작용은 열린 공간을 통과하는

 복사열 전달을 감소시키는 것이다.

 이러한 복사열은 여름철 열증가와 겨울철 열손실의 주원인이다.

 저방사율 금속박판(주로 알루미늄)으로

 만들어진 반사형 단열재 표면은 열전달의 주요인인

 방사현상에 의한 열전달을 최고 97%까지 차단한다.

 

중략

 

저방사복합단열재는 이러한 반사형 단열재의

 단열 원리를 단열재 자체에 적용함으로써

 단열재 내부에 별도의 반사공기층을 확보한 것이며,

 전형적인 저방사복합단열재는 Figure 1과 같다.

 

 

내부 공기층에 면한 알루미늄 박판의 표면방사율이

 0.03으로 복사에 의한 열전달을 97% 차단할 수 있으며,

 폴리에틸렌폼을 절개, 확장하여 만들어진

 독립 공기셀로 인해 대류에 의한 열전달도 차단하는 효과가 있다.

 

중략

 

기존의 저방사복합단열재는

 범용 단열재인 스치로폼 및 유리섬유 대비

 두 배 이상의 단열성능을 지니고 있으나(권영철 외, 2010),

 화재에 약한 단점을 지니고 있었다.

 따라서 고 단열성능은 유지하면서

 화재에 강한 저방사복합단열재를 개발함으로써

 강화된 단열기준과 화재안전기준을 모두 만족하는

 단열솔루션을 마련할 필요성이 대두되었다.

 기존의 저방사복합단열재는 에어셀 확보를 위해

 가연성의 폴리에틸렌폼을 심재로 사용하였는데,

 우선 폴리에틸렌폼을 난연성제품으로 교체하는 것이 요구되었다.

 

중략

 

또한 불연성능의 유리섬유 직조시트를 알루미늄 필름에 부착하여

 알루미늄 필름의 인장강도를 높였으며

 알루미늄필름 두께를 7㎛에서 25 ㎛ 로 늘림으로써,

 화재에 대한 안정성을 높였다.

 화재 안전성이 확보된 준불연 저방사복합단열재는

Figure 2와 같다.

 

 

중략

 

준불연 성능시험은 크게 열방출률시험과 가스유해성시험

 두 가지로 이루어져 있으며,

 구체적인 시험절차는 아래와 같다.

 

중략

 

①열방출률시험

 먼저, 콘칼로리미터 시험장치 콘히터의 복사열과 배출유량을

 각각 50±1 kW/㎡와 0.024±0.002 ㎥/s로 유지하고,

 시험체를 설치한 홀더를 콘히터 아래의 질량측정장치 위에 놓는다.

 

 

다음으로 복사열 차단 장치를 제거한 후 10min 간 시험체를 가열한 후,

 시험체의 총방출열량과 최대열방출률을 측정한다.

 또한 가열 종료 후 질량측정장치에서 시험체 홀더를

 제거하고 시험체를 관통하는 방화상 유해한

 균열, 구멍 및 용융 등을 관찰한다.

 

중략

 

②가스유해성시험

먼저, 가스유해성시험장치의 피검상자 내 온도를 30℃로 유지시킨 후,

 실험용 흰 쥐를 1마리씩 넣은 8개의 회전바구니를 피검상자 내에 설치한다.

 다음으로 시험체를 가열로 내에 설치한 후 6min 간 가열한 다음,

 가열 개시 후 15min 동안 각 실험용 흰 쥐의 행동정지 시간을 측정한다.

 

중략

 

준불연 성능시험을 위한 열방출률시험과

 가스유해성 시험에 대한 성능기준은 아래와 같다.

 

①열방출률시험

가열시험 개시 후 10min 간 총방출열량이 8MJ/㎡ 이하이며,

 10min 간 최대열방출률이 10s 이상 연속으로

 200kW/㎡를 초과하지 않아야 한다.

 또한, 10min 간 가열 후 시험체(복합자재인 경우 심재를 포함한다.)

 를 관통하는 균열, 구멍 및 용융 등이 없어야 한다.

 

②가스유해성시험

실험용 흰 쥐의 평균행동정지시간은 9분 이상이어야 한다.

 

중략

 

준불연 저방사복합단열재의 단열성능을 확인하기 위해

 KOLAS 인증 열관류율 시험기관인

 한국건설생활환경시험연구원과 방재시험연구원에 의뢰하여,

 40mm, 60mm, 100mm 두께의

 준불연 저방사복합단열재가 포함된

 화강석 마감 콘크리트 벽체에 대한 열관류율 시험을 하였다.

 

 

중략

 

20℃ 항온실(가열상자)과 0℃의 저온실 사이에

 단열재가 설치된 시험체를 설치하고

 고온실로부터 저온실로의 열류량을 측정함으로써

 시험체의 열관류율을 측정하였다.

 

 

중략

 

본 연구를 통하여 준불연성이 확보된

 저방사복합단열재의 방화성능 및 단열성능 확인과 함께

 건축적인 적용가능성을 검토하였으며 그 내용을 정리하면 다음과 같다.

 

(1) 난연성의 폴리에틸렌폼을 절개, 확장하여 독립된 에어셀을 확보하고,

 방사율 0.03의 25㎛ 두께의 알루미늄필름을 사용하여

 준불연 저방사복합단열재를 개발할 수 있었다.

 

(2) 40mm, 50mm, 60mm, 80mm 및 100mm 두께의

 준불연 저방사복합단열재에 대한

 열방출률시험과 가스유해성시험 결과,

 준불연재료로 적합한 것으로 나타났다.

 

(3) 중부지역 외기에 직접면한

 지붕의 열관류율 기준인 0.15W/㎡K 이하를 만족하기 위해서는

 "가"등급인 48K 이상의 유리섬유를 220mm 이상,

 "나"등급의 미네랄울을 260mm 이상

 사용해야 하는데,

 준불연 저방사복합단열재는 100mm로 동일한 열관류율을 만족시킬 수 있어,

 스치로폼이나 유리섬유 등의 기존 단열재 대비

 절반 이하의 두께로 동일한 단열성능을 구현할 수 있음을 알 수 있었다.

 

(4) 중부지역의 외기에 직접 면한

 콘크리트 구조체의 사무소 건물의 외벽 열관류율 기준인

 0.26W/㎡K 이하를 만족하기 위해,

 준불연성능이 확보된 단열재인

 "가"등급의 48K 이상의 유리섬유,

 "나"등급의 미네랄울, 페놀폼을 사용한다면 각각

 125mm, 145mm, 70mm 이상을 써야하지만,

 준불연 저방사복합단열재는 60mm 두께로

 동일 단열기준을 만족할 수 있는 것으로 나타났다.

 

 

비록 법 개정 전인

 2016년 4월 국토교통부고시 제2015-744호

 때 나온 논문이긴 하지만

 심재인 폴리에틸렌이

 심재 준불연으로 바뀌어야 하는 내용과

 실물모형시험에 대한 내용 외에는

 크게 달라진 지점이 없어 보입니다.

 

 

기타 다른 논문에서도

 저방사복합단열재의 우수한 단열성에 대해

 입증하는 자료들이 상당히 많이 있으며

 법규 개정이 된 후

 현재 기준에 맞추어

 태화론 심재 준불연 저방사복합단열재는

 심재 준불연 적합시험 및 실물모형시험을 통과해

 화재 안전성까지 확보가 되어 있습니다.

 

 

하지만 이런 자료들과 성적서들을 백 번 내밀어도

 소비자분들께서 직접 한번 써보시는게

 훨씬 더 정확하고 빠르게

 제품의 퀄리티를 알 수 있기 때문에

 시간이 지나면 자연스럽게

 심재 준불연 저방사복합단열재의 우수성이

 널리 알려질거라 믿어 의심치 않습니다.

 

 

오늘 저희가 준비한 내용은 여기까지 입니다.

 

긴 글 읽어주셔서 진심으로 감사드리며

 오늘도 다들 즐겁고 행복한 하루 되시기를 바랍니다.

 

 

이상

 건축용단열재 전문기업 태화단열의 온라인팀 이었습니다.

 감사합니다!!

 

 

*심재 준불연 저방사복합단열재

 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 비영리 포스팅 입니다.

 태화단열 블로그에서는

 사실적이고 객관적인 내용만을 다루기 위해 노력하겠습니다.