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구조 엔지니어가 보는 기초 외단열/내단열의 장단점

단열시 중요한 내단열과 외단열 차이점 : 네이버 블로그

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내단열과 외단열이란

외단열 장점과 단점

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05화 외단열과 내단열의 차이는?

주택에서 단열은 반드시 필요한 공정입니다. 단열기준이 강화되고 있는 최근에는 기준 두께가 점점 올라가고 있는 추세인데요. 거기에 3층 이상 준불연 기준이 강화되어 선택할 수 있는 단열재의 폭이 점점 줄어들고 있습니다.

단열은 단순히 실내를 따듯하게 만들고 열손실을 적게 한다는 의미도 있습니다만, 결로를 방지한다는 의미도 굉장히 강합니다. 결로라는 것은 공기 중에 있는 수증기가 찬 기운을 만나 액체상태의 물로 변해서 벽 등에 맺히는 현상인데요. 학창시절에 배웠듯이 공기는 온도가 높을수록 많은 물을 품을 수 있고(수증기 상태) 온도가 낮을 수록 적은 물을 품게 됩니다. 따라서 온도가 낮아지면 그 차이만큼의 물을 내보내야 하기 때문에 결로가 생기는 것입니다. 이런 결로수가 벽이나 창에 맺혀서 줄줄 흐르면 보기에도 좋지 않고 곰팡이가 끼기 십상이기 때문에 실내 환경에 좋지 않습니다.

겨울철에는 난방을 하기 때문에 실내온도가 외부보다 높습니다. 따듯한 실내공기가 차가운 벽체와 만나게 되는데, 만약 단열을 하지 않았다면 무조건 결로가 생기게 되겠죠. 단열재는 열전달을 차단해주는 역할을 하기 때문에 건물에 단열이 충실하게 되어 있다면 결로가 생기지 않습니다. 단열재를 기준으로 실내공기와 실외공기가 따로 움직이면서 서로 간섭하지 않기 때문입니다. 실내의 따듯한 공기는 열을 빼앗기지 않아 거의 원래의 온도를 유지하게 됩니다. 그렇기 때문에 열손실이 적어 열효율은 올라갑니다.

이 단열재를 벽(물론 천장과 바닥에도 붙입니다만 가장 넓게 붙이는 곳이 벽이기 때문에 벽을 기준으로 설명하겠습니다)에 붙이는 방식은 크게 2가지가 있습니다. 가장 많이 쓰이는 철근콘크리트 구조를 기준으로 할 때 골조 안쪽에 단열재를 붙이는 내단열과 바깥쪽에 붙이는 외단열이 그것입니다. 두 공법에는 장단점이 있습니다. 이 글에서는 그것을 간단히 살펴보고자 합니다.

내단열과 외단열의 냉기침투 개념

먼저 외단열입니다. 우선 외단열이 좀 더 단열 효과가 좋습니다. 단열의 원칙은 건물을 빈틈없이 완전히 감싸는 것입니다. 심지어 바늘 구멍만 있어도 거기서 열교현상(단열이 깨져 열기가 빠져나가는 길, 다리가 만들어지는 현상. 이 지점에서 결로가 발생합니다)이 나타난다고 말씀하시는 현장소장님도 보았는데요. 그것을 막기 위해서는 건물 바깥쪽에서 감싸는 것이 훨씬 유리합니다. 왜냐하면 건물 안쪽은 슬라브, 벽체 등이 중간 중간 지나가기 때문에 안쪽에서 완전히 감싼다는 것은 사실상 불가능하기 때문입니다. 이렇게 단열재로 감싸지 못한 부분에서 열교현상이 발생합니다(그림 참조). 열효율을 극대화하고자 하는 패시브 하우스는 이런 이유 때문에 거의 무조건 외단열으로 시공됩니다.

외단열과 내단열의 면적 기준선 차이

외단열의 두 번째 장점은 면적확보에 유리하다는 점입니다. 앞서 말씀드린 열효율에서 유리하다는 측면 때문에 건축법에서는 면적 산정에서 외단열 건물에 특혜를 줍니다. 내단열 등 다른 공법을 적용한 건물일 경우 마감재, 구조재, 단열재를 포함한 벽체 전체의 중심선을 면적 기준으로 보는 반면에 외단열 건물일 경우 골조 중심선을 면적 기준으로 봅니다. 아래 그림을 기준으로 본다면 7.5cm의 이득을 보는 거죠. 건물 전체로 본다면 양쪽 합계 15cm 정도의 차이입니다. 이것이 별 것 아닌 수치로 느껴질 수도 있지만 도심의 협소 주택같이 1cm가 아쉬운 상황에서는 대단한 차이입니다. 이 면적 기준이 건축면적에서도 그대로 적용되기 때문에 더욱 영향력이 큰 혜택입니다.

장점이 있으니 물론 단점도 있겠죠. 외단열 공법의 가장 큰 단점은 외부 마감재를 필수적으로 필요로 하며, 그 시공도 어렵다는 것입니다. 앞서 말씀드린 많은 장점에도 불구하고 대규모 아파트 단지가 모두 내단열로 시공되는 것은 이 단점과 연관이 있습니다. 아파트는 건물높이가 높고 규모가 크기 때문에 별도의 외부마감재 없이 페인트 도장으로 끝내는 경우가 대부분입니다. 그런데 외단열을 하면 이렇게 할 수가 없습니다. 단열재를 드러내고 공사를 마무리 지을 수 없으니 벽돌이 되었든, 돌이 되었든 마감재를 붙여야 하기 때문이죠.

마감재를 붙인다고 해도 그렇게 쉽지가 않습니다. 골조에 바로 연결시키면 상대적으로 쉬울 것을, 단열재를 뚫고 골조까지 연결해야 하니 이것이 어렵습니다. 이 연결시키는 부위에서 단열재를 도려내야 하고, 하지 작업 후에 우레탄 폼 등으로 충진 한다고는 하나 여기서 단열이 깨지는 것은 막을 수 없습니다.

이 외부마감재를 최소화시키는 공법이 흔히 ‘외단열’이라고 불리는 스타코플렉스 등의 플라스터계 미장 공법입니다. 단열재 위에 와이어메쉬 등을 깔고 오염에 강한 특수도료를 발라서 마감하는 것입니다. 화스너 등으로 단열재를 골조에 단단히 고정한 후 시공하는데, 태풍 등으로 인한 탈락의 위험이 있어 시공 시 주의해야 합니다.

외단열은 향후 유지보수에도 불리한 편입니다. 내단열이라면 건물 안쪽에서 비교적 간단하게 보수할 수 있지만 외단열이라면 스카이차를 타거나 비계를 설치해야 해당 부위에 접근할 수 있습니다.

사실 내단열의 장단점은 외단열의 장단점과 정반대라서 그다지 설명할 게 없네요. 외단열의 장점이 내단열이 단점이 되고, 외단열의 단점이 내단열의 장점이 됩니다. 내단열 공법은 열효율, 면적 산정에서 불리하고, 외부 마감 공사나 향후 유지관리에 유리합니다.

그리고 건축가들이 즐겨 사용하는 노출콘크리트 공법을 적용하자면 반드시 내단열을 해야 합니다. 그야말로 콘크리트를 외부에 ‘노출’시켜야 하니 당연한 선택이겠죠. 거의 시도하지 않지만 ‘중단열’ 공법이라는 것도 있습니다. 내외부에서 모두 노출콘크리트를 보고자 하는 강한 의지(?) 때문에 생겨난 공법인데요. 사실 한 번에 한 층씩 타설하는 일반적인 현장에서는 적용하기가 쉽지 않습니다. 창호 주변 등에서 필수적으로 단열이 깨지기 때문에 그다지 효율적이지도 않구요. 개인적으로는 들이는 노고에 비해서 효율이 너무 떨어지지 않나 생각합니다. 외단열을 하더라도 단열이 완벽하진 않기 때문에 내,외단열 모두 해야 된다는 분들도 보았습니다. 하지만 공사비 증가와 내부 공간 축소는 감수해야 할 사항입니다.

이렇게 내단열과 외단열의 차이점에 대해서 간단하게 살펴보았습니다. 많은 건축주분들이 단열이 잘 된 건물에서 추위와 결로 걱정 없이 사시길 바라겠습니다. 저는 오픈스튜디오 건축사사무소를 운영하는 김선동 건축사라고 합니다. 건축 문의, 상담이 필요하시거나 궁금하신 사항이 있으시면 아래 연락처로 언제든지 편하게 연락주시기 바랍니다. 감사합니다.

열린 설계와 소통으로 건축주, 시공사와 함께하는 건축을 만들어갑니다.

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김선동

Kim Seondong

대표소장 / 건축사

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외단열과 내단열의 차이

이 글에서는 외단열과 내단열이 무엇이며 이 둘은 어떤 차이가 있고 어떤 장단점이 있는지 알아보겠습니다.

내단열과 외단열이란?

그림은 내단열과 외단열을 설명하기 위한 내용입니다. 그림에 노란색은 단열재이고 검은색은 벽체입니다. 그림 위처럼 단열재가 밖으로 간 것이 외단열이고 아래 그림처럼 단열재가 안으로 간 것이 내단열입니다. 그럼 이 둘의 차이는 어떤 것이 있을까요? 장점과 단점식으로 설명하겠습니다.

외단열 장점과 단점

외단열은 단열재가 벽체밖에 있는 것입니다. 이러면 어떤 장점이 있는지 보겠습니다.

외단열 장점

1. 단열성능이 좋음 : 벽체보다 먼저 바깥에서 외부 공기를 차단하기 때문에 집 안이 내단열한 집보다 더 따뜻합니다.

2. 열교가 잘 안생김 : 벽체가 단열재 안에 있기 때문에 온도 변화가 크지 않습니다. 그래서 열교가 잘 안 생깁니다.

열교란?

단열이 끊기는 부분에서 열 손실이 발생하는 것입니다. 열교현상이 발생하면 온도차로 인해서 결로가 생기고 곰팡이가 생깁니다.

외단열 단점

1. 시공이 내단열보다 어렵다 : 정확한 시공방법이 필요하며 외부에 단열을 하는 것이므로 실내에 하는 단열보다 어렵습니다.

2. 비싼 비용 : 어려운 만큼 손이 많이 가서 인건비가 내단열에 비해 비싸며 부자재가 필요하기에 비용이 비쌉니다.

그럼 내단열은 어떤가 보겠습니다.

내단열 장점

1. 간편한 시공 : 실내에서 단열작업을 하는 것이므로 날씨에 구애받지 않으며 공정 자체도 외단열보다 간단합니다.

2. 저렴한 비용 : 시공이 간편하기 때문에 손도 적게 가서 비용이 저렴합니다.

내단열 단점

1.열교가 생기기 쉬움 : 열교가 생기면 곰팡이와 결로가 생깁니다.

지금까지 외단열과 내단열의 차이점을 알아봤습니다. 국내 대부분의 집들은 내단열로 집을 짓습니다. 그런데 내단열은 열교가 생겨서 곰팡이가 발생할 수 있다는 부분이 단점입니다. 그렇기에 내단열로 단열을 할 경우에는 빈틈을 만들지 말고 단열재가 끊김이 없도록 신경을 써야 할 뿐만 아니라 문과 창문의 단열등을 신경을 써야합니다.

단열재3(외단열,내단열,단열재종류,시공방법) #아파트

단열재 관련 세 번째 글입니다. 이번 글에서는 외단열과 내단열의 장단점, 단열재 종류, 시공방법을 알아보겠습니다.

https://tophoon.tistory.com/156

https://tophoon.tistory.com/162

사진1 외단열과 내단열 (평면상)

사진1의 왼쪽은 외단열(A), 오른쪽은 내단열(B)을 나타낸 것입니다. 구조체(콘크리트)를 기준으로 단열재가 외부로 설치되면 외단열, 내부로 설치되면 내단열입니다. 사진1에서 알 수 있듯이 외단열(A)은 단열재가 구조체 밖에 시공이 되기 때문에 차가운 외기가 내부로 들어올 수 없습니다. 그러나 내단열(B)의 경우 차가운 외기가 열전도율이 높은 콘크리트를 타고 내부로 들어오게 되고, 이 구간을 ‘열교(Thermal Bridge)’라고 합니다.

사진2 녹색건축물 조성 지원법 출처 : http://www.law.go.kr/

별표 11 외피 열교 부위별 선형 열관류율 기준

단열보강은 열저항 0.27㎡K/W, 길이 300㎜ 이상 적용

– 단열보강 부위가 2면 이상일 경우에는 각각의 면이 열저항 기준 및 길이 기준을 모두 충족하여야 함.

– 단열보강을 하고자 하는 면의 단열보강 가능 길이가 300mm 미만일 경우는 해당 면 전체를 보강하는 경우에 한하여 인정

내단열의 경우 열교부분에서 결로가 생길 위험이 크기 때문에 추가로 단열보강(결로방지단열재/사진1참조)을 하여 결로를 방지하는 방법을 사용하고 있습니다. 또한 법으로 규정되어있는 사항(사진2)이기 때문에 반드시 설계, 시공하여야 합니다.

사진3 건축법 시행령 출처 : http://www.law.go.kr/

간단하게만 알아봐도 외단열을 시공하면 열교를 만들지 않고, 내부결로 현상을 피할 수 있는 장점이 있습니다. 따라서 대부분의 패시브하우스(passive house)에서도 외단열을 채택하고 있습니다. 뿐만 아니라 법적으로 외단열의 경우 내측 내력벽의 중심선을 기준으로 면적을 산정(사진3)하기 때문에 면적 산정 시 유리한 점이 있습니다. 그만큼 국가에서도 외단열을 권장하고 있습니다. 그렇다면 외단열은 장점만 있을까요? 또 아파트는 외단열일까요? 내단열일까요?

사진4 태풍 링링의 영향으로 떨어진 외단열 단열재

우선, 한국 주택유형의 50%가 넘는 아파트의 단열은 거의 대부분이 내단열입니다. 그 이유는 고층에 외단열을 시공하기가 쉽지 않기 때문입니다. 그러나 항상 외단열이 좋고 내단열은 나쁜것이 아니라 장단점이 존재합니다.

외단열의 대표적인 단점으로는 구조체 밖에 단열재가 시공되어있어 외부환경에 노출되어있다는 점입니다. 사진4와 같이 태풍이 오면 단열재가 탈락할 수 있습니다. 물론 제대로 시공을 했다면 이러한 위험을 줄일 수 있겠지만, 내단열에 비해 취약한 것은 사실입니다.

사진5 부산 해운대 마린시티 우신골든스위트 화재 사건 출처 : https://commons.wikimedia.org

단열재를 외벽에 시공하게되면 1층부터 최상층까지 단열재가 이어지게 됩니다. 이는 화재 발생 시 외벽에 붙은 단열재가 불이 빠르게 번져나갈 수 있도록 도와주는 역할을 합니다. 즉 외단열의 경우 화재에 취약한 구조를 가지고 있습니다. 부산 해운대 마린시티 우신골든스위트(사진5) 화재 사건의 경우에도 알루미늄 패널을 외장재로 사용하였습니다. 알루미늄 패널의 외부는 알루미늄이지만 내부에는 단열재로 구성되어있기 때문에 불이 10여 분 만에 4층에서 최상층인 38층까지 불이 붙게 되었습니다. 이 사건 이후로 30층 이상 고층건물에는 외장재를 불연재로 사용하도록 하고 있으나, 아직 저층 건물에서는 드라이비트(Dryvit)공법이라 불리는 외단열 공법이 빈번하게 사용되고 있습니다.

*참고 드라이비트(Dryvit) 공법

사진6 드라이비트 공법 출처 : http://www.daesanpnc.com/html/product3_2.php

내단열은 외단열과 반대로 열교, 결로 부분에 있어 취약한 점이 있으나 단열재가 구조체 내부에 시공되기 때문에 외부충격에 의한 탈락 같은 위험이 낮습니다. 또한 내단열의 경우 단열재가 실내에 있기 때문에 난방 시 실내 온도를 신속히 올릴 수 있는 장점이 있습니다. 외단열의 경우 구조체의 온도도 함께 올라가야 하기 때문에 내단열에 비해 비교적 오랜 시간이 소요됩니다.

이 외에도 외단열, 내단열의 장단점이 존재합니다. 건물의 단열방식을 선택할 때는 건물의 용도, 시공성, 유지관리 등을 고려하여 건물에 맞는 방식을 선택하는 것이 중요합니다.

사진7 단열재의 등급 분류 출처 : http://www.law.go.kr

사진8 단열재 종류 비드법 단열재, 압출볍 단열재, 경질우레탄폼 단열재 (위에서 부터)

이번에는 단열재 종류에 대해 간단히 알아보겠습니다. 대표적으로 사용되는 단열재는 비드법 보온판, 압출법 보온판, 경질우레탄폼, 글라스울 등이 있습니다. 이 외에도 미네랄울, 수성연질폼, 열반사 단열재 등이 있습니다.

사진9 비드(bead) /비드법 단열재 재료

비드법 단열재로 대표적인것이 우리가 알고 있는 하얀색 스티로폼입니다. 다만, 스티로폼은 회사의 제품명이고 정식 명칭은 비드법 단열재 혹은 EPS(expanded polystyrene)입니다. 이 단열재를 만드는 방법은 사진9의 작은 폴리스티렌(PS) 비드(bead=작은 구슬)를 미리 가열하여 1차 발포시키고 이것을 적당한 시간 숙성시킨 후 판모양 또는 통모양의 금형에 채우고 다시 가열하여 2차 발포에 의해 융착, 성형한 제품입니다.

하얀색을 띄는 것은 비드법 단열재 1종, 검은색을 띠는 것은 비드법 단열재 2종입니다. 비드법 단열재 2종이 검은색을 띠는 이유는 탄소를 함유한 합성물질 그라파이트를 첨가하였기 때문인데, 이를 첨가하면 1종에 비해 단열성능이 9% 높아집니다.

비드법 단열재는 표면에 공극이 많아 수분을 잘 흡수하는 성질을 갖고 있어 바닥과 맞닿는 부분에는 사용하지 않습니다. 또한 반드시 7주간의 숙성기간을 거쳐야 하자발생의 위험을 줄일 수 있습니다. (숙성기간에 단열재가 수축하는데, 수축하기전 빈틈없이 시공하더라도 단열재가 수축하면 틈새가 발생할 수 있습니다.)

압출법 단열재(사진8의 핑크색 단열재)는 아이소핑크라고 불리는 단열재입니다. 아이소핑크 역시 회사명이며, 정식 명칭은 압출법 단열재 혹은 XPS(extruded polystyrene foam) 입니다. 압출법 단열재의 재료는 비드법 단열재와 같은 폴리스티렌(PS)이지만, 이름에서 알 수 있듯이 압출기에서 용해 혼합 후 발포시킨 단열재입니다. 따라서 어느 정도의 투습 저항을 갖고 있어 흙 속에 접하는 구간에 주로 사용합니다. 다만, 시간이 경과함에 따라 발포 가스가 확산하여 장기 단열성능이 변화하는 것으로 알려져 있습니다.

경질 폴리우레탄폼(사진9의 노란색 단열재)은 폴리올과 폴리이소시아네이트를 주제로 하여 발포제, 촉매제, 안정제, 난연재 등을 혼합시켜 얻어지는 발포 생성물로써 주로 고성능 단열재로 사용되고 있습니다. 비드법 단열재와 마찬가지로 숙성 시간을 확인해야 합니다. 단열성능은 뛰어나지만, 수분에 취약하고 화재 시 유독가스가 발생해 시공 시 주의를 기울여야 합니다.

글라스울(glass-wool)은 glass(유리)라는 이름에서 알 수 있듯이 주원료가 유리입니다. 유리원료를 고온에서 용융한 후 고속 회전력을 이용하여 섬유화한 뒤 바인더를 사용하여 일정한 형태로 성형한 무기질의 인조광물섬유 단열재로써 보온보냉 단열성, 1급 불연재로 불에 타지 않으며 인체에 해로운 유독가스도 거의 없는 불연성 소재입니다.

또한 음을 흡수하는 미세기공이 소음 및 잡음을 제거해 주는 흡음성의 성질이 있어 방과 방을 나누는 건식벽체에 흡음재 용도로도 사용됩니다. 글라스울에 천을 붙여 표면을 마감한 것을 글라스 크로스(glass cloth)라고 하는데 소음이 심한 발전기실, 기계실에 사용됩니다. 추가적으로 글라스울은 유리섬유로 만들어져 맨손으로 만지면 따갑기 때문에 조심하여야 합니다.

(참고: GARM 콘크리트, 건축기술지침)

마지막으로 단열재 시공방법에 대해서 알아보겠습니다. 단열재를 시공하는 방법은 크게 2가지입니다. 첫 번째는 본드를 사용하는 것이고, 두 번째는 화스너(fastener)를 이용하여 고정하는 방법입니다.

사진10 화스너(fastener) 사진11 화스너(fastener) 사진12 화스너(fastner)로 시공한 비드법 단열재

화스너(fastner)의 시공방법은 사진10 가운데의 동그란 구멍으로 가스 타정기(가스총)를 넣고, 화스너 안에 있는 못을 타격하여 단열재를 고정시키는 방식입니다. 이후 가스 타정기를 넣은 구멍에 우레탄폼을 충진 하여 마무리를 합니다.

사진11에서 비드법 단열재와 비드법 단열재 사이에 튀어나온 우레탄폼은 후속 공정을 위해 제거합니다. 여기서 주의 깊게 봐야 하는 점은 비드법 단열재 바닥하부에는 우레탄폼을 사용하지 않은것(사진11의 왼쪽)입니다. 이것은 비드법단열재를 바닥에 밀착되게 시공하였고 상부의 틈은 우레탄폼으로 충진한것입니다. 그 이유는 바닥에도 단열재가 시공되는데 비드법단열재 하부에 우레탄폼이 있으면 벽체 단열재와 바닥 단열재 사이에 틈이 발생하기 때문입니다.

사진13 전기박스

단열재가 시공되는 구간에 있는 전기박스는 단열재의 두께를 감안한 크기의 전기박스가 설치되어야 합니다. 단열재 120mm+석고본드 10mm+석고보드 10mm 총 140mm의 두께를 고려하지 않고 작은 전기박스를 시공하게 되면 벽체에 전기박스가 묻혀버리는 상황이 발생할 수도 있습니다. 또 너무 큰 전기박스를 시공하면 벽체보다 더 튀어나와 다시 잘라내야 되는 번거로움을 겪어야 할 수도 있습니다.

단열재 시공은 정말로 중요한 공정입니다. 따라서 단열재를 3편에 걸쳐 글을 썼지만 단열에 관한 내용을 다 담아내기에는 부족한 점이 많은 것 같습니다. 여기서는 단열에 관한 기본적인 내용을 적었으나 단열에서 정말로 중요것은 디테일입니다. 벽체와 슬라브가 만나는 구간, 벽체와 벽체가 만나는 구간, 창호 주변, 문 주변, 재료와 재료가 만나는 구간 등에 디테일을 어떻게 풀어나갈 것인지 고민하는 것이 중요합니다. ‘바늘구멍으로 황소바람 들어온다’는 속담이 있듯이 작은 디테일을 놓치면 모든 것이 무너져 내릴 수 있습니다.

도움이 되셨다면 공감과 댓글 부탁드립니다. 건설현장에 궁금한 점이 있다면 무엇이든 댓글로 남겨주세요.

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[특집] 내단열 vs 외단열, 외단열 공동주택의 에너지절약 효과 – AURIC

05화 외단열과 내단열의 차이는?

외단열과 내단열의 차이

단열재3(외단열,내단열,단열재종류,시공방법) #아파트

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