단열간봉

왜 배우는가: 단열간봉은 복층유리의 단열 성능과 결로 방지를 좌우하는 가장자리 부재다. 건물 에너지 성능 요구가 커지면서 커튼월과 창호에서 함께 다뤄지고, 유리 구성요소를 묻는 1교시 용어 문제에 반복해서 나온다.

출제 이력: 제133회 1교시 4번, 제114회 1교시 13번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

단열간봉은 복층유리에서 두 유리 사이 간격을 유지하고 중공층을 밀봉하며, 열전도가 낮은 재질로 가장자리 열교를 줄이는 부재다.

핵심 키워드

• 단열간봉
• 중공층
• 건조제
• 1차 실링
• 2차 실링
• 가장자리 열교
• 결로

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면 단열간봉은 복층유리의 두 장을 떼어 놓는 가장자리 막대다. 유리를 떼어 놓으면서 그 사이 공간을 밀봉하는 것이 핵심 역할이다.

정식 정의는 다음과 같다. 단열간봉(Warm edge spacer)은 복층유리나 커튼월 유리에서 두 장 이상의 판유리 사이 간격을 일정하게 유지하고, 그 사이 중공층을 외기와 차단하는 간격재다. 재질에 따라 금속제 간봉과 열전도가 낮은 비금속 간봉으로 나뉜다. 최근에는 플라스틱이나 구조용 발포재 간봉이 주로 쓰이고, 스테인리스 강재도 같은 역할을 할 수 있다.

중공층은 두 유리 사이의 밀폐된 빈 공간이다. 공기나 아르곤처럼 열전도율이 낮은 가스를 채워 열이 이동하는 저항을 높인다. 중공층의 단열 효과는 공간이 기밀할 때 커지고, 틈이 생기면 급격히 떨어진다. 간격을 넓히면 열관류율은 낮아지지만, 2cm 이상 에서는 단열 효과 증가가 거의 없다.

건조제는 중공층 안의 수분을 흡착해 내부 김서림과 결로를 막는 물질이다. 간봉 내부에 충진되며, 간봉이 수분을 막지 못하면 건조제 성능이 빨리 소진된다. 그래서 간봉과 유리 사이의 실링 품질이 중요하다.

실링은 두 겹으로 이루어진다. 1차 실링은 간봉과 유리 사이에 부착되어 수분과 가스의 침투를 막는 층이고, 2차 실링은 간봉 바깥쪽을 감싸 구조적 접착과 기밀을 맡는 층이다. 두 실링 모두 간봉과 함께 중공층을 보호한다.

가장자리 열교는 단열재가 끊기는 가장자리 부위로 열이 집중적으로 이동하는 현상이다. 복층유리의 중앙부는 단열이 잘 되어도 가장자리에서 열이 새기 쉽다. 단열간봉은 바로 이 가장자리 부위를 맡는 부재다. 간봉이 열을 잘 전도하면 유리 가장자리 온도가 내려가고, 그 부분에서 결로가 먼저 생긴다. 결로는 주로 실내 쪽 유리 가장자리 하단에 물방울이나 얼음으로 나타난다.

3. 등장 배경과 필요성

초기 복층유리는 알루미늄이나 강재 간봉을 주로 썼다. 금속은 강도가 높고 가공이 쉬우며 가격이 낮아 지금도 널리 쓰인다. 그러나 금속은 열을 잘 전도하므로 간봉이 열교 통로가 된다. 이 때문에 복층유리의 중앙부는 단열이 되어도 가장자리에서 열 손실이 커진다.

이 문제가 드러나면서 열전도가 낮은 간봉이 개발됐다. 이것이 Warm edge spacer 기술이다. 플라스틱 계열이나 구조용 발포재로 간봉을 만들거나, 알루미늄 간봉에 열차단 구조를 넣어 가장자리 열전달을 줄인다. 금속 간봉을 쓰더라도 열차단 구조를 두면 결로와 열관류율이 함께 개선된다.

필요성은 세 가지로 정리된다. 첫째, 냉난방 부하를 줄여 에너지 성능 기준을 맞추는 데 필요하다. 둘째, 유리 표면과 가장자리의 결로를 막아 실내 환경과 마감재 하자를 줄인다. 셋째, 간봉 재질은 소음 전달을 줄이는 데에도 관여하므로 도로변이나 공항 주변 건물에서 함께 고려된다.

유럽에서는 간봉이 열 성능 평가 기준을 만족하는지를 창호와 커튼월 유리에 대해 각각 따로 정해 두었다. 우리나라에서도 복층유리 가장자리 성능과 결로 방지가 함께 요구되는 추세다. 설계 단계에서 간봉 재질을 정하지 않으면 시공 중 결로 하자가 발생하기 쉽다. 따라서 단열간봉은 유리 구성요소 가운데 시공 품질과 설계 성능을 동시에 연결하는 부재로 이해해야 한다.

4. 구성요소·원리·절차

복층유리 단열간봉은 두 장의 판유리 사이 가장자리에 놓여 간격을 유지하고, 그 사이 중공층(공기 또는 아르곤 등 가스)을 밀봉하는 부재다. 간봉 자체가 열을 전달하는 경로가 되므로 재질에 따라 단열성능이 크게 달라진다.

간봉 표는 구성요소의 역할 차이를 보여 준다. 간봉은 유리 사이 거리를 정하는 기계적 역할과 열 경로를 만드는 열적 역할을 동시에 맡는다. 실란트와 건조제는 간봉 주변의 밀봉과 결로 방지를 맡는다.

원리는 열전도 경로의 차단에 있다. 금속 간봉은 열전도율이 커서 유리 모서리를 통해 열이 빠져나가고, 모서리 부위의 온도가 떨어져 내부 결로 또는 결빙이 생긴다. 이를 열교(Thermal Bridge) 현상이라 한다. 따라서 열전도율이 낮은 온간봉(Warm Edge Spacer) 을 쓰면 유리 모서리 온도가 올라가 결로가 줄고, 전체 열관류율이 낮아진다. 금속 간봉이라도 열차단 구조를 넣으면 열 경로가 줄어든다.

간봉 재질별 특성은 다음과 같다. 알루미늄 간봉은 가공이 쉽고 가격이 낮지만 열전도가 커서 단열에 불리하다. 스테인리스 강 간봉은 알루미늄보다 열전도가 낮다. 플라스틱 계열(폴리머 또는 구조용 발포 소재) 온간봉은 열전도가 낮아 고성능 복층유리에 쓰인다. 최근에는 금속 간봉에 열차단 소재를 결합한 형태도 쓰인다.

절차는 다음과 같다.

• 유리 세정 및 간봉 조립 준비
• 간봉 프레임을 유리 가장자리에 맞춰 부착하고 1차 실란트를 도포
• 두 장의 유리를 합착하고 중공층을 형성
• 중공층 내부 건조제 흡수 후 중공층에 가스 충진(필요 시)
• 2차 실란트로 외곽을 밀봉하고 양생
• 기밀 및 결로 시험 후 출하

도식 1개를 아래에 제시한다.

5. 관련 법령·기준·표준

복층유리 간봉의 성능은 KS 제품 기준과 건축물 에너지 기준에서 다룬다. 국내 KS 번호와 세부 시험 항목은 확실하지 않아 번호를 쓰지 않는다. 설계 단계에서는 복층유리 전체의 열관류율과 결로 방지 성능으로 간봉의 효과를 평가한다. 아래 표는 간봉과 관련된 기준 항목을 정리한다.

표의 기준 중 공기층 열저항 값과 열관류율 환산값은 일반에 알려진 수치다. 간봉의 구체적 열전도율 값은 제품별 시험성적서로 확인되므로 본문에는 상대적 비교만 쓴다.

국내 건축 에너지 기준은 지역별 열관류율 상한을 정한다. 그 상한 수치는 법령과 고시에서 정하며, 간봉 자체에 대한 별도 수치 기준은 없다. 간봉은 복층유리 전체 성능의 한 요소로 평가된다.

최근에는 온간봉 채택이 확산되는 추세다. 금속 간봉 대비 결로 저감 효과가 확인되어 고단열 창호에 쓰인다. 사용 확대 시기는 제품별 자료에 따라 다르므로 연도는 쓰지 않는다.