목조주택의 단열 성능 ③

- 경골 목구조체를 중심으로

2009-02-12 나무신문

<지난호에 이어>

건물에서의 반복 투입 에너지는 건물의 수명기간 동안 재료, 구성요소 또는 시스템의 관리, 수리, 복구, 개장 또는 교체에 소비되는 재생불가능 에너지를 의미한다.
운영 에너지의 보존에만 초점을 두는 것이 더 간단하고 일반적이나, 투입에너지의 영향은 구조물에서 중요할 수 있다. 캐나다 목재위원회(Canada Wood Council)는 지구온난화 가능성, 대기와 수질 오염, 폐기물의 측면에서 구조물의 투입 에너지가 환경에 주는 영향을 보여주는 ‘환경 영향 평가(Environmental Impact Study)’를 간행했다.

R-2000 주택에 대한 연간 공간 난방은 1970년대 주택의 27%밖에 되지 않았다.(4개의 인자 감소) 총 R-2000 연간 운영 에너지 사용은 1970년대 설계의 42%였으며 R-2000 주택에 대한 총 30년 전과정 동안 사용되는 에너지는 1970년대 주택의 46%에 지나지 않았다. 운영 효율성 총 개선량의 약 반 정도가 발전된 외피 설계 덕분이고 나머지는 높아진 기계설비 효율성의 기능때문이다.
앞에서 지적한 바와 같이, 투입 에너지 영향은 건물의 운영 에너지 규정이 감소함에 따라 점점 더 중요해지고 있다.(그림5 참조) 이는 또한 R-2000주택을 시공하는 데 들어간 재료 규정의 증가에 의해 영향을 받았다. 투입 에너지 영향이 공간 난방의 영향과 결합되면, R-2000 주택은 30년에 걸쳐 에너지를 60% 덜 사용하고 온실가스를 61% 더 적게 배출하게 된다.

목재와 강재의 단열 성능 비교

강재는 목재보다 열을 400배나 빠르게 전도한다. 그러나 강재 C-채널 스터드가 목재 스터드보다 훨씬 얇기 때문에, 20게이지 강재 스터드는 폭 38㎜의 목재 스터드보다 약 10배 가량 많은 열을 전도한다. 골조 시스템의 단열 성능은 실험실과 주택에서 광범위하게 연구되어 왔다. 그 결과는 목조 시스템의 우월한 성능을 증명해준다.

실험실 연구 결과
목조는 오랜 역사동안 사용되어져 왔다. 테스트와 성능에 기초하여, 미국 난방냉동공조기술자협회(ASHRAE)의 기초 안내서는 병렬 경로 열 흐름에 대한 유효 열저항을 산출하는 절차를 사용한다.
RSI 값은 골조(RF)와 단열재(RI)에서 산출하고 그런 다음 평균 유효 RSI 값(RE)은 총 면적에 대한 비율로 각 면적에 기초하여 결정된다.

캐나다연구위워회(NRC)의 건설기술연구소(IRC) 및 미국주택건축업자협회(NAHB) 연구센터와 오크리지국립연구소에서 수행된 경량 철골 벽 성능에 대한 실험실 연구는 병렬 경로 열 흐름에 대한 가정이 경량 철골 시스템에는 적용되지 않음을 보여준다.
실험실 테스트는 구조의 모든 부분으로부터 격리된 공벽 시스템을 실험하는 열상자법을 사용한다. 이 실험들은 강재 스터드가 구조체의 유효 RSI 값을 현격하게 낮춘다는 사실을 확인해 주었다.

근래에, IRC는 3가지 강재 스터드 벽 구조체의 RSI 값을 측정했다. 이 연구는 강재 스터드 벽 구조체의 경우 유효 RSI 값이 단열재의 약 반 정도라고 결정을 내렸다. 즉, 강재 스터드를 사용하면 전체 구조체의 전반적인 성능이 크게 줄어든다는 것이다.
강제 스터드는 외부면에 단열재를 추가하는 것은 자체 RSI 값에만 기여하게 된다. 벽 구조체에 있는 강재의 영향을 완전하게 없애지 못하며, 별도의 단열재를 위한 비용이 분명히 들어간다.

캐나다에너지법규(Canadian National Energy Codes)는 대부분의 일반적인 벽, 지붕, 바닥 구조체 구성에 대한 유효 단열 수치를 측정하기 위하여 IRC가 개발한 엄격한 산출법을 사용한다. 그림 6에서 보여지는 바와 같이, 경량 철골은 빈 공간에 채워지는 단열재의 유효 RSI 값을 거의 50% 가까이 감소시키는 반면, 목조는 유효 RSI 값에 10% 미만의 영향을 준다.
즉, 38×140㎜ 경량 철골 벽이 공간 단열재를 갖춘 목조 벽과 동일한 단열 수치를 얻으려면 별도의 51㎜ 포상물질 단열재를 필요로 한다.

<다음호에 계속>