공수영의 체크포인트
Ⅰ. 들어가는 말
일반적으로 환기에 대해서 물어보면 어렵고 복잡하다고 생각한다. 왜냐하면 환기는 공학적인 수식에 의해 설계되어야 하고 또한 환기에 영향을 주는 건축물의 단열과 환기시설의 운영 방법이 맞아야 하기 때문이다. 환기의 공학적인 설계는 환기전문가가 정확히 하면 되지만, 건축의 단열 부분은 건축 설계 시 충분히 반영되어야 한다. 그리고 단열과 환기시설이 잘 되어 있어도 운영하는 사용자가 적절하게 사용하지 못하면 원하는 목적을 달성하기 어렵다.
돈사는 지붕이나 벽체를 통한 열손실 뿐 아니라 환기로 인한 열손실이 크다고 할 수 있다. 여름철의 경우 환기량이 많기 때문에 돈사 내부에 적체되는 뜨거운 공기를 계속 배출시키는 목적으로 환기를 운영한다. 그러나 겨울철의 경우 외부의 공기가 차기 때문에 환기량이 많으면 그만큼 열손실이 많이 발생하므로 환기량을 최소로 줄여 열손실을 최소화하는 방법으로 환기를 운영하게 된다.
Ⅱ. 환기와 단열
혹자는 이렇게 묻는다. “단열만 완벽하면 환기는 잘 되는 건가요?” 단열만 완벽하다고 환기가 완벽하다고 말하기는 어렵다. 그렇다 하더라도 단열은 좋은 환기조절을 만드는 결정적인 조건이 된다. 단열이 환기에 영향을 미치는 상관관계에 대하여 하나씩 설명해 본다.
1. 단열의 정의와 목적
단열은 열의 이동을 방지하는 것을 의미하며, 필요한 열을 필요한 장소에 보관하고 불필요한 열은 방출시키는 것이다. 완전한 단열은 내·외부의 열이 내·외부로 전달되지 않는 정도의 단열 수준을 말한다. 여름철 뜨거운 직사광선의 열이 지붕판을 달구더라도 내부로는 전달이 되지 않아야 하며, 겨울철 내부의 열이 벽체나 창호를 통해 외부로 빠져나가지 않아야 한다.
열은 곧 에너지이며, 에너지를 손실하지 않는 하우스를 우리는 ‘제로(0)에너지 하우스’라고 지칭한다. 단열의 목적은 열손실 방지, 에너지 효율화, 쾌적한 환경조성, 동결 방지 및 온도 유지 등으로 볼 수 있다.
2. 단열재와 열관류율
가. 단열재
단열재란 열전도율이 0.06kcal/㎡h℃ 이하의 것으로 상온의 영역에서 온도를 유지할 수 있는 것을 말한다.
단열재의 요구성능으로는 열전도율이 낮고, 무게가 가볍고, 흡수율이 적고, 시공성이 좋고, 내약품성·난연성·물리적 강도가 크고, 경제적이어야 한다.
단열재는 무기질재와 유기질재로 구분할 수 있다. 무기질재는 돌, 석회, 유리 등의 무기질을 가공하여 만든 단열재로 ALC 블록, 그라스울(유리섬유), 락울(암면) 등이 있다. 유기질 단열재로는 비드법(폴리스티렌 알갱이)으로 만들어지는 단열재인 EPS(Expanded Poly Styrene, 발포 폴리스티렌)와 XPS(Extended poly Styrene 압출법 보온판, 일명 아이소핑크), 그리고 우레탄폼이 있다.
(1) ALC 블록
ALC 블록은 Autoclaved Lightweight Concrete의 약자로 경량기포콘트리트라고도 한다. ALC 블록은 규석을 주원료로 하여 모래와 석회를 섞어서 발포제인 알류미늄 분말을 투여하여 미세한 기포를 발생시켜 10기압의 고압증기로 쪄내는 방식으로 제조하므로 전체 부피의 80%가 다공성 기포로 구성된다. ALC 블록은 0.5품(30kg/㎠), 0.6품(50kg/㎠), 0.7품(70kg/㎠)의 강도를 가지며, 1㎥의 무게가 650kg으로 물보다 가볍다.
ALC 블록의 장점은 내화성, 단열성, 경량성, 차음성, 가공성(시공성), 친환경성, 그리고 습기 조절기능(탈취기능)이 있고, 단점으로는 수분흡수율이 높다는 점이 있다.
수분흡수율이 높은 부분은 이런 점을 고려하여 시공하면 단점을 보완할 수 있다. 지면과 접하는 부분에는 발수 ALC 블록을 사용해 수분이 침투하는 것을 막을 수 있다. 돈사 건축 시 ALC 블록을 사용한다면 단열재로서의 기능이 탁월하고 시공성이 우수하므로 전체 공기를 앞당기는 등 전체 공사비를 줄일 수 있는 자재로 보인다. 외벽재로 사용하는 경우 외부 마감을 스톤미장 등으로 하면 수분 침투를 막을 수 있고, 내부 벽체로 사용할 시 내부에 수지 미장으로 마감 처리하면 습도에 대한 문제를 해결할 수 있다.
(2) 샌드위치 판넬(비드법)
우리가 알고 있는 스티로폴은 독일 바스프(BASF)사의 EPS 단열재 상표 이름이고, 스티로폼은 미국 다우케미칼(The Dow Chemical)사의 EPS 단열재 상표 이름이다.
샌드위치 판넬은 EPS 단열재의 내·외부에 철판으로 붙여 만든 SIP(Structural Insulated Panel)의 일종으로 가장 광범위하게 사용하고 있는 건축 단열자재이다. SIP는 구조적으로 단열처리된 판넬로 표면마감제의 종류에 따라 다양하게 만들어지고 있다.
비드법은 1종과 2종으로 구분되며, 1종은 일반 EPS이고 2종은 난연 EPS이다. 난연은 회색을 띠며 1호에서 4호까지 있으며 호수가 낮을수록 밀도가 높고 비싸다.
샌드위치 판넬은 내구성이 짧고 화재에 취약하며 단열이 잘 안 된다는 일반적인 생각을 가지고 있다. 앞으로 돈사 건축비의 절감을 위한 방법으로 EPS 2종 난연을 사용하고, 단열이 좋은 것을 사용할 시 이러한 단점을 보완할 수 있으므로 돈사 건축에서 잘 적용하면 충분히 단열 벽체로 사용할 수 있을 것으로 보인다.
(3) 아이소핑크(압출법)
압출법 보온판인 아이소핑크는 EPS와는 달리 빈 공간에 공기 대신 가스를 주입하여 공극을 채워 주므로 빈 공간이 없어서 물이 침투하지 못하는 구조이다. 따라서 아이소핑크는 밀도가 높고 방수처리가 되므로 물기가 있는 곳에 단열재로 사용하면 좋다.
(4) 우레탄 판넬과 우레탄폼
우레탄 판넬은 단열성이 우수한 폴리우레탄폼에 발연성을 감소시켜 고온에서의 저항성을 강화시킨 PIR Foam을 내부 단열재로 사용하여 단열성, 내열성, 저연성 등이 뛰어난 판넬이다. 열전도율 0.0185kcal/mh℃로 단열 및 결로 방지 효과가 뛰어나며, 내외피재 도장용융 아연도금강판 0.45~0.5mm, 두께 50T, 75T, 100T로 제작된다.
우레탄폼은 경질과 연질이 있고 경질은 시공 후 표면이 딱딱하게 굳는 형태이고, 연질은 신축성이 있는 재질로 보면 된다.
나. 열관류율
열관류율은 단열 정도를 수치화하여 보여 주는 단열지표이며, 실내와 온도 차가 1℃ 발생할 때 1㎥의 면적에서 1시간당 흐르는 열량을 말한다. 단위로는 kcal/㎥h℃이며, 여러 층의 서로 다른 재료로 구성된 벽체와 같은 건물의 한 부위를 통한 열의 전달은 여러 과정을 통해 이루어진다.
열전도율은 열이 전달되는 정도를 나타내는 것으로 두께 1m 판의 양면에 1K의 온도 차가 있을 때 그 판의 1㎡를 통해서 1초 동안 흐르는 열량을 주울(Joule)로 측정한 값이며, 단위는 kcal/mh℃로 표시된다.
열전도저항은 각 물체에서 어느 지정 지점부터 다른 일정 지점까지 열량이 통과할 때 통과열량에 대한 저항의 정도를 말하며, 단위는 ㎡h℃/kcal로 표시한다.
세 가지 식과의 관계는 다음과 같다.
• 열저항(R)=단열재의 두께/열전도율
• 열관류율(K)=1/열저항
(표 4)는 건축법 단열규정에 따라 지역별 건축물의 부위별 열관류율 기준값을 제시하고 있다.
열관류는 (그림 4)와 같이 여러 개의 단열층을 통과하는 열의 흐름을 표시하며, 각 단열층별 단열저항값을 구하고 각 단계의 단열저항값을 더한 후에 역수를 취하면 값이 얻어진다.
우리 농장의 위치가 어느 곳에 있는지에 따라 단열이 기준이 되는 열관류율값이 다르므로 각 지역에 해당하는 열관류율값 이하가 되도록 지붕과 벽체의 단열재와 두께를 선택하여 설계하고 시공해야 한다.
3. 외단열과 내단열의 차이점
외단열은 건축물을 외벽 쪽에 단열재를 시공하여 외부에서 들어오는 열을 차단하는 방법이고, 내단열은 건축물의 내벽에 단열재를 시공하여 내부의 열이 밖으로 새어 나가지 않도록 하는 벙법이다. 돈사의 경우 돈사 지붕이나 벽체가 여름에 데워지면 잘 식지 않고 오래가므로 내단열보다는 외단열을 하여 돈사의 지붕과 벽체가 열을 갖지 않도록 하는 것이 좋다.
4. 지붕 단열 및 벽체 단열이 부족할 시 생기는 문제
여름철 지붕과 벽체의 단열이 부족한 경우 외부의 뜨거운 열이 지붕과 벽체를 통과하여 내부로 전달되어 내부 공기를 데우게 되므로 돈사 내부의 온도는 외기 온도보다 더 높은 온도로 올라간다. 이 말은 돼지에서 발생하는 체열에 외부의 열이 추가도 내부로 전달되므로 내부의 온도가 크게 올라간다는 의미이다. 이런 경우 배기휀을 가동시켜 공기를 순환시켜 주어도 좀처럼 돈방의 온도를 외기 온도 이하로 내리기 어려워진다. 따라서 돈사의 단열이 부족한 경우 휀의 용량을 아무리 키워서 운영해도 온도관리가 어려운 문제가 발생한다.
Ⅲ. 마무리
밀폐형 돈사에서는 단열과 함께 신경을 써야 하는 부분이 바로 돈사의 긴밀성이다. 돈사의 긴밀성은 돈사 내부에 50PA의 압력을 가하여 공기가 틈새로 빠져나가는지를 확인하는 방법으로 테스트를 할 수 있다. 이때 연막기(스모그머신)를 사용하면 어느 부위에서 틈새가 있어 공기가 새어 나가는지를 쉽게 확인할 수 있다. 만약 공기가 새어 나가는 틈새가 있다면 열이 이동하고 샛바람이 들어오는 곳이므로 틈새를 막아 긴밀성을 유지하도록 조치하여야 한다.
일반적으로 돈사의 벽체를 구성할 때 지면(GL)에서 1.2m 정도 옹벽을 치고, 옹벽 위에서부터 판넬을 붙이거나 단열재를 시공하는 경우가 있다. 이 경우 콘크리트는 단열 면에서는 열전도가 높은 단열재이므로 열이 이 콘크리트 부위를 통해 전달된다. 이것은 전체적인 돈사의 단열에 구멍이 뚫리는 부위가 될 수 있다. 또한 슬러리피트의 높이가 지면 위로 올라가는 경우도 마찬가지로 지면에서 노출된 슬러리피트 옹벽 부분이 단열이 안 되므로 열손실이 크게 발생한다. 내부와 외부가 콘트리트 벽으로만 되어 있는 경우 외부에 단열재를 시공하여 전체적인 단열이 이루어지도록 해야 한다.
▣ 공수영 대표
(주)마이크로에어TS
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글쓴이 e-mail : sykong25@hanmail.net
▣ 출처
피그앤포크한돈 2021년 9월호 344~351p