열이동과 단열의 원리와 비교

핵심 정리

단열은 물체 사이에 존재하는 열의 이동을 막는 것이며 보온과 같은 뜻으로 쓰인다. 단열은 구조체를 통한 열손실을 막고 보온 역할을 한다.

벽과 같은 고체를 통해 유체에서 유체로 열이 전해지는 현상을 열관류라 한다. 열관류는 실내 공기에서 벽체를 거쳐 바깥 공기로 열이 옮겨 가는 전 과정을 한 묶음으로 본다.

열 이동은 일반적으로 전도, 대류, 복사가 조합되어 일어난다. 벽체처럼 고체와 공기가 맞닿는 부위에서는 한 가지 방식만으로 열 이동을 설명하기 어렵다.

구조체의 실내 쪽에 단열재를 설치하는 방식을 내단열이라 한다. 구조체의 바깥 쪽에 두는 방식은 외단열이며, 두 방식은 실온 변화와 결로, 열교 처리에서 서로 다른 특성을 보인다.

단열의 효과는 재료 성능만으로 정해지지 않고 시공 방식과 부위 처리에 따라 크게 달라진다. 그래서 같은 단열재라도 어느 쪽에 두고 어떻게 이었는지를 함께 봐야 한다.

자세히

열이동의 세 방식과 방향

열은 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동한다. 온도 차가 있으면 열은 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 흐르며, 이 방향을 거슬러 열을 옮기려면 외부에서 에너지를 넣어야 한다.

벽체와 같은 고체 내부의 주된 열 이동 형태는 전도다. 전도는 고체 사이의 접촉에 의한 열전달이고 대류는 유체의 이동에 의한 열전달이다.

복사열은 매질 없이 전자기파로 전달되며 중력의 영향을 받지 않는다. 열펌프는 저온에서 고온으로 열을 보내는 장치다. 건물 외부와 실내 사이의 열 이동은 벽체와 창호를 통한 전도·복사와 환기에 따른 열 이동으로 나뉜다.

내단열과 외단열의 비교

난방할 때 실온 상승은 외단열이 내단열보다 늦고 실온 변동은 외단열이 작다. 외단열은 단시간 사용하는 난방보다 장시간 사용하는 난방에 효과적이다. 내부결로 예방에는 내단열보다 외단열이 유리하다. 열교 부분의 단열 보호 처리는 내단열보다 외단열이 용이하다. 난방을 끊었다 켰다 하는 간헐난방에서는 열용량이 큰 벽체를 실내 쪽에 두는 내단열이 축열 효과를 살려 유리하다.

열관류율과 창호

열관류율 값이 작을수록 열이 적게 통과하여 단열성이 높다. 열관류율은 값의 크기가 열이 통과하는 정도를 나타내므로, 값을 읽을 때 대소 방향을 먼저 확인해야 한다.

유리창은 벽체보다 열관류율이 커서 열손실이 크므로 에너지 저감에 불리하다. 같은 건물이라도 창호는 벽체와 따로 떼어 열손실을 따져야 한다.

열교의 발생과 방지

열교는 열 손실의 측면에서 냉교라고도 한다. 열교는 구조체의 특정 부위로 열이 몰려 빠져나가는 곳이라 이해하면 된다.

중공벽 내 연결 철물이 통과하는 구조체에서 열교가 발생하기 쉽다. 내단열 공법에서는 슬래브가 외벽과 만나는 부위에서 열교가 발생하기 쉽다. 벽·바닥·지붕에서 단열이 연속되지 않는 부위가 있으면 열교가 발생하기 쉽다.

열교를 막으려면 실내 표면온도를 노점 이상으로 유지하고 단열을 연속시켜야 한다.

단열재의 재료와 시공

물은 열용량이 커서 열을 저장하기에 적합한 재료다. 단열재의 열전도율은 재료 종류에 따라 크게 달라지며 밀도와 함께 고려하여 선정한다. 반사형 단열재는 복사의 형태로 열이 이동하는 공기층에 유효하다.