유리 섬유 단열재 - yuli seom-yu dan-yeoljae

건축에 사용되는 단열재에는 많은 종류가 있으며, 단열재의 종류에 따라 카달로그 등을 보게 되면 각각의 열전도율이 다름도 알 수 있습니다.

일반적인 단열재의 판단기준이 되는 조건이 열전도율과 가격이 되기 쉽습니다만…

사실, 그렇게 단순하게 선택할 수 있는 사항이 아님을 알 수 있습니다.

시공 후 “내가 기대한 것과는 다른데?”

“단열성이 높은 것으로 알고 시공 했는데, 겨울이 되니 너무 춥다.”라는 케이스가 생각보다 적지 않기 때문입니다.

여러분이 주택을 건축한 후 단열문제로 후회하는 일이 없도록, 단열재의 종류와 그 특징에 대해 올바른 정보를 알려드리고자 합니다.

특수한 경우를 제외하고 일반적으로 집의 단열성능을 높이는 가장 중요한 열쇠는 단열재의 선택에 달려 있다고 해도 과언이 아닙니다.

우선, 예를 들어 본다면 섬유계 단열재만 해도 유리 섬유, 암면, 셀룰로오스 섬유, 인슐레이션 보드 등이 있습니다.

또한 플라스틱 유래의 단열재로는 비즈 법 폴리스티렌, 압출 법 발포 폴리스티렌 폼, 우레탄 폼, 폴리에틸렌 폼, 페놀 폼이 있습니다.

이렇게 소개해 드린 단열재만 하더라도 9종류나 되는데요.

여러분은 이렇게 많은 종류의 단열재 중에서 어떤 걸 선택하면 좋을지 바로 판단이 되시나요?

아마도 고민하지 않는 분은 거의 없을 거라고 봅니다. 일반적으로 단열재라고 하면 열전도율을 성능의 기준으로 보는 경우가 많습니다만,

사실, 열전도율 하나만으로 시공후의 성능을 확실히 단언하기에는 고려해야 될 점들이 너무 많은 것이 사실입니다.

모든 단열재들은 각각 장단점이 있고, 이러한 장단점들 속에서 어떠한 단열재를 선택할지는 소비자의 재량이라고 할 수 있습니다.

예를 들면, 예전까지 단열재로서 많이 사용되던 그라스 울 (유리섬유) 의 경우 가격이 저렴하고 단열성능도 좋습니다만…

아쉽게도 습기에 굉장히 약하다는 단점이 있습니다. 습기에 일단 젖어버리면 단열성능이 대폭 약화 (결로와 곰팡이의 원인 제공) 되어 버린다는 단점이 있습니다. 또한 지금껏 가장 결점이 적은 단열재라고 불리는 셀룰로오스단열재의 경우, 단열 성능도 좋고 습기에도 강한 단열재 이지만…

가격이 압도적으로 비싸다보니 예산에 크게 여유가 있는 분들이 아니라면 실제로 사용하기 힘든 단열재이기도 합니다.

단열재란 무엇인가?

일단, 단열재가 무엇인지 좀 더 구체적으로 설명을 해드리고자 합니다.

단열재란 집의 외피 (지붕 · 벽 · 바닥 · 창을 통틀어 이르는 말 ) 를 둘러 쌓아서 집의 밖과 안의 열 교환을 막아주는 재료입니다. 옷에 비유한다면 겨울에 입는 다운자켓이라고 할 수 있습니다.

어찌보면 당연한 이야기입니다만, 단열성능에서 가장 중요한 것은 역시 얼마나 열전도율이 낮은가입니다. 열전도율은 두께 1 미터 면적 1㎡의 단열재를 사이에 두고 양쪽에 1 ℃의 온도차가 있다고했을 때, 1 초에 얼마나 많은 열량이 이동 하는지를 나타내는 수치입니다. 열전도율의 단위는 [W / m · K] 입니다.

다시말해, 열전도율이 낮은 재료일수록 단열재로 우수하다고 할 수 있겠지요.

그라스 울은 섬유의 밀도가 높을수록 열전도율이 작아집니다. 숫자 뒤에 붙어있는 “K”란 kg / ㎥ 을 의미 합니다. 즉, 밀도가 작은 10K보다 밀도가 큰 32K쪽이 단열 성능이 높음을 뜻합니다.

위의 표를 보게 되면, 단열재 중에서도 페놀 폼의 단열성이 압도적으로 높음을 알 수 있습니다. 그러나 단열 성능을 보는데 있어서는 열전도율 이외의 지표도 제대로 봐야합니다.

열전도율이란 어떻게 정해지는 아시나요?

사실 열전도율은 소재 자체의 열을 차단하는 성능만으로 결정되는 것은 아닙니다. 소재에 포함되는 공기의 이동 (대류), 소재 자체에서 나오는 원적외선 등의 전자파 (복사)도 영향을 주기 때문입니다.

위의 사실들로 정리해 보면, 단열재의 단열성능을 결정하는 요인은 크게 다음의 세 요소가 됩니다.

*전도 : 소재 자체의 분자운동에 의해 열이 전해지는 것

*대류 : 소재 안의 공기의 이동에 의해 열이 전해지는 것

*복사 : 소재의 온도에 따라 발생하는 전자파 등에 의해 열이 전해지는 것

이 세가지 요소가 전체적으로 영향을 주어서 단열재의 열전도율을 결정합니다.

대류의 의미에서 본다면, 단열재 내부에 공기를 잘 채워 넣을수록 단열 성능을 높이는 데 도움이 됩니다. 발포 플라스틱 계열 단열재는 플라스틱에 작은 공기 덩어리를 무수히 만들어 넣음으로써 단열성능이 매우 높아집니다.

단판 유리 창문보다 이중유리 창문, 삼중유리 창문 쪽이 단열성이 높은 이유는 무엇일까요 ?

그 이유로는 유리 자체의 열전도율이 낮기 때문이 아닙니다. 유리와 유리 사이의 공기가 단열재 역할을 담당하고 있기 때문입니다. 소재에 공기를 가두는 것이 얼마나 단열성이 영향을 주는지 알 수 있는 좋은 예라고 할 수 있습니다. 

위에 그림처럼 공기층은 단열재의 단열성능에 큰 영향을 미치는 주요한 역할을 합니다.

단열재의 종류는 소재에 따라서 크게 섬유계 단열재와 발포 플라스틱계 단열재로 2가지로 나눌 수 있습니다. 섬유계 단열재 발포 플라스틱계 단열재를 소재마다 세분화 해서 나누자면 현재 시장에서 유통되는 단열재의 종류는 9 종류입니다. 우선, 섬유계 단열재와 발포계 단열재가 어떤 단열재인지 간단히 설명해 드리겠습니다.

① 섬유계 단열재

섬유계 단열재는 미세한 섬유 사이에 공기를 가두는 방식으로 성능을 발휘하는 단열재입니다. 미세한 섬유가 복잡하게 얽혀있는 것이 섬유계 단열재의 특징입니다. 섬유 자체의 두께와 섬유의 밀도에 의해 열전도율이 다르며, 가는 섬유가 조밀하게 채워진 단열재 일수록 단열성능이 높아집니다.

② 발포 플라스틱계 단열재

발포 플라스틱계 단열재는 플라스틱 소재에 미세한 거품이 무수히 갇혀있는 구조의 단열재입니다. 발포 플라스틱계 단열재의 단열성은 플라스틱 자체의 단열성능 뿐만 아니라 갇혀 있는 거품의 크기와 수에 따라 달라집니다 .

인슐레이션 보드섬유계 단열재 4가지의 특징을 비교

그럼 처음 설명한 섬유계 단열재의 종류를 개별적으로 설명해 드리겠습니다.

우선, 일반적으로 사용되는 섬유계 단열재에는 4종류가 존재합니다.

1.그라스 울

2. 암면 (Rock Wool).

3.셀룰로오스(Cellulose)

4. 인슐레이션 보드

[섬유계 단열재]

① 그라스 울

그라스 울은 유리 (주로 재활용 유리) 를 고온에서 녹여 면의 형태로 만든 얇은 섬유 덩어리입니다. 가는 섬유끼리 얽혀 공기를 가두어서 가볍고 단열성이 높은 소재로서 활용할 수 있습니다. 주택에서는 주로 지붕 · 천장 · 바닥 · 벽의 단열재로 사용되고 있습니다. 일반적으로 보드 형태의 단열재를 사용 장소에 맞춰서 커팅하여 끼워 넣는 경우가 많습니다.

그라스 울의 가장 큰 장점은 섬유계 단열재 중에서도 가격이 저렴하다는 점입니다. 이런 이유로 많은 시공 현장에서 사용되고 있습니다. 저렴하고 단열성이 높은 소재라면 여러분도 매력적인 소재로 느껴지실 것입니다. 카탈로그 스펙상의 열도율로 치자면 암면이나 셀룰로오스 섬유에 비해서도 큰 차이는 없을 정도니까요.

그러나 카탈로그의 스펙이 동일하다 하더라도 그것만으로 높은 단열 성능을 발휘할 수 있는 것은 아닙니다. 유리 섬유의 가장 큰 걸림돌은 습기에 약하다는 것입니다. 따라서 유리섬유가 대량으로 수분을 흡수해 버리면 물의 무게에 유리 섬유가 무너져 버립니다. 그렇게 되면 벽의 상단 부분이 단열재가 없는 빈공간 투성이가 되어버려 결국 벽이 본래의 단열 성능을 발휘할 수 없게 되고 마는 것입니다.

이러한 단점을 해결 하기 위해서 일반적으로 유리 섬유의 시공 후 기밀시트를 붙이는 방식으로 시공사들은 대처를 하고 있습니다.

유리 섬유를 방습 비닐로 포장하여 이용하는 방법으로 결로의 위협으로부터 어느 정도는 보호 할 수도 있습니다. 다만, 글라스 울이 방습 비닐 외부로 노출되서는 절대로 안된다는 전제조건이 필요합니다. 또한 결과적으로 위에 사진처럼 방습 비닐을 이용한 경우라 할지라도 문제를 완전히 예방 하기는 어렵다고 하겠습니다. 

이와 같이 좁은 공간에 그라스 울을 충전하는 경우에는 비닐로 포장된 그라스 울을 적당히 잘라서 넣는 수 밖에 없습니다.

문제는 비닐로 포장된 그라스 울을 절단하게 되면 밀봉 상태에 틈이 생길 수 밖에 없고 결로로 이어지는 원인이 된다는 것입니다. 노출된 부분에 비닐을 감는 등의 방습 대책을 세우더라도 밀봉된 상태가 아니기 때문에 기밀성이 매우 떨어지는 것은 어쩔 수 없는 문제로 남습니다.

그라스 울은 저렴하다는 장점이 있습니다. 그러나 습기에 약하다는 단점을 해소하는 대책 (글라스 울을 방습 시트를 이용하여 밀봉) 을 해야만이 단열재로서의 성능을 제대로 발휘 할 수 있다는 현실적인 문제를 안고 있습니다. 이 부분은 현장에서 단열작업을 할때 직접 시공하는 부분이기 때문에 시공 역량의 영향을 크게 받기도 합니다.

또한 유리 섬유 본래의 단열 성능을 발휘하는데, 시공 정밀도가 굉장히 중요합니다. 그라스 울은 보드의 상태로 출고됩니다. 보드모양의 그라스 울을 기둥과 기둥 사이의 치수에 맞게 절단합니다.또한 배선이나 배관 문제등으로 사각형으로 잘라내기 힘든 경우도 존재하는데, 이런 경우도 정밀하게 커팅해서 대응해야 하는 어려움이 남아 있습니다.

그라스 울 보드를 커팅하는 크기가 사용되는 공간보다 크거나 작을 경우 결국 그라스 울 본래의 단열성능을 발휘 할 수 없게 됩니다. 다시 말해, 그라스 울이 본래의 높은 단열성능을 발휘하기 위해서는 장인 수준의 정밀 시공이 요구됨을 의미합니다.

문제는 이정도 시공이 가능하신 분들은 그 수준에 맞는 공임이 필요하다 보니, 그라스 울의 장점인 저렴한 비용이라는 가치가 사라져 버린다는 현실적인 문제에 부딪친다는 것입니다.

위 표에서 나오는 것처럼 실제로 그라스 울은 시공자의 시공능력에 따라 성능이 크게 차이가 나는 경우가 많습니다. 만약 그라스 울을 단열재로 이용하신다면 정확한 시공이 가능한 장인에게 부탁하시거나 건축주 자신이 시공현장을 방문해서 마감 상태를 꼼꼼하게 체크를 해야 됩니다.

그라스 울에 대해서 좀 부정적인 내용이 많았습니다만, 그라스 울 자체는 가격도 저렴하고 단열성능도 괜찮은 제품이라는 점은 부정할 수 없는 사실입니다. 다만 좋은 결과를 얻고자 한다면, 시공 난이도가 매우 까다롭다 보니 시공자의 역량에 크게 좌우 받는다는 단점이 여전히 존재하는 것이 사실입니다.

② 암면 (Rock Wool)

암면은 이름 그대로 바위를 원료로 하여 만들어진 광물 섬유입니다.

하와이 섬 마우나로아 화산이라는 곳에서 양모 모양의 섬유가 발견되어 구미를 중심으로 암석 등의 섬유화 기술이 시작되었습니다.

암면은 규산과 산화 칼슘을 주성분으로 하는 광물을 용광로에서 1500~1600 ℃로 가열하고, 원심력 등으로 분리하여 섬유질화 하고 있습니다. 원료로는 현무암과 같은 천연 광물을 이용하는 경우도 있지만, 철강 슬래그를 원료로 사용되는 경우도 있습니다. 즉, 일본에서는 JFE등의 제조업체가 암면의 제조를 하고 있습니다. 그러나 일본의 대부분의 기업이 만들고 있는 것은 철강 슬래그로 슬래그 울입니다.

기본적으로 섬유계 단열재인 만큼 그라스 울과 비슷한 특징을 가지고 있습니다. 암석이 주요 재료인 만큼 불에 강하여 잘 타지 않으며 단열성능도 높은 편이지만…

그라스 울보다 가격 면에서 더 비싸고, 마찬가지로 시공자의 역량에 따라 단열성능에 큰 차이를 보인다는 점에서 그라스 울과 비슷한 제품이라고 볼 수 있습니다.

③ 셀룰로스 파이버

셀룰로스 파이버는 회수한 신문폐지를 주원료로 만든 친환경 단열재입니다. 높은 단열성능을 자랑할 뿐만아니라 흡 방습성, 방음, 방화 성, 방충 효과 등 단열 이외에 많은 성능을 발휘 해주는 단열재입니다. 이처럼 성능면에서는 최상급에 속하는 단열재로 명성이 높은 단열재입니다.

글라스 울이나 암면은 보드 모양으로 성형된 단열재이며, 시공현장에서 일정한 크기로 잘라 시공 해야 하며 위에서 지적한 것처럼 컷이나 치수의 차이에 의해 틈새가 생겨 주택의 기밀성 저하와 단열성이 저하되는 문제로 이어지기 때문에 정밀한 시공 능력이 전제된다는 단점을 가지고 있습니다.

하지만 셀룰로스 파이버는 아래의 사진과 같이 솜 덩어리과 같은 상태가 되어 있습니다. 이 덩어리들을 구멍에 불어 넣어 시공하기 때문에 틈이 생길 가능성도 낮고 상대적으로 높은 시공능력을 필요로 하지 않기 때문에 안정적으로 단열성을 발휘 할 수 있습니다.

또한 셀룰로스는 습기 흡수 능력이 높다는 장점을 가지고 있으며 충전량을 늘리면 늘릴수록 조습 능력이 상승하는 소재입니다.

예를 들어 외피 전체를 그라스 울로 충전했다고 할 경우 그라스 울의 전체 충전량은 고작 50~100kg 정도입니다. 그러나 셀룰로스의 경우는 약 1.5 ~ 2 톤 정도를 충전할 수 있기 때문에 그라스 울의 30 배 에 달하는 셀룰로스 섬유를 충전 할 수 있습니다.

즉, 필요한 단열및 흡음성능에 따라 사용량을 높일 수 있음을 의미합니다.

이처럼 장점이 정말 많은 셀룰로스 단열재 입니다만…최대의 단점은 아무래도 시공비가 모든 단열재중에서 가장 비싸다는 점입니다.

일단 보드 형태로 간단히 사용 가능한 그라스 울에 비해서 솜뭉치 형태의 단열재를 틈새에 충전시켜서 사용해야 하는 셀룰로스는 시공 과정에서 손이 많이 가며 공임이 많이 드는 단열재입니다.

또한 위에 언급한 것처럼 사용량이 많을수록 성능이 올라가기 때문에 어중간한 양을 사용해서는 만족할 만한 단열성능을 기대하기 어렵습니다.

*다른 단열재와의 가격을 비교해 보면 아래와 같습니다.*

(비쌈) 셀룰로오스 섬유> 우레탄 폼> 폴리스티렌 폼> 암면> 그라스울 (저렴함)

이처럼 비용이라는 측면을 무시하고 높은 성능을 요구할 경우에 사용하기에는 최적의 단열재라고 할 수 있습니다만…

비용이라는 측면에서 너무 부담이 크다보니 쉽게 사용하기는 힘든 부분이 단점이라고 하겠습니다.

④ 인슐레이션 보드

인슐레이션 보드는 잘게 분쇄한 나무를 일정한 두께로 다져서 보드 형태로 만든 것입니다. 현재는 단열재로 사용되는 경우는 거의 없습니다. 가장 큰 요인으로는 전체가 목재라는 점으로 흰개미에 의한 피해를 받을 수 있다는 이유이며 또한 열전도율도 다른 단열재에 비하면 가장 떨어집니다.

현재 인슐레이션 보드는 양생재 등 단열재 이외의 용도로 사용되는 경우가 많습니다.