열전도율을 이용한 단열재 두께 계산 방법 및 벽체의 열관류율 계산

 

지역별로 건축물의 최소 단열재 두께는 정해져 있습니다. 다양한 재료의 단열재가 제품으로 나오고 있어 열전도율을 이용한 단열재 두께 계산 방법 및 벽체의 열관류율 계산 방법을 알아두면 단열재 결정에 도움이 됩니다.

 

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지역별 단열재 두께 

 

 

일반적으로 건축물에 사용하는 단열재의 두께는 건축물의 에너지절약설계기준 별표3에 명시되어 있는 등급별 단열재 두께를 참고하여 적용합니다. 

참고 삼아 중부1지역만 살펴보면 다음과 같이 단열재 두께를 사용하도록 하고 있습니다.

중부1지역 단열재의 두께

 

중부1지역은 강원도(고성, 속초, 양양, 강릉, 동해, 삼척 제외), 경기도(연천, 포천, 가평, 남양주, 의정부, 양주, 동두천, 파주), 충청북도(제천), 경상북도(봉화, 청송) 지역을 말합니다. 서울의 경우 중부2지역에 속합니다.

 

전체 지역별 단열재 등급별 두께는 다음글에서 확인이 가능합니다.

건축물의 열손실방지 - 지역별 단열재 두께 바로보기(2021.07)

건축물의 열손실방지 - 지역별 단열재 두께 바로보기(2021.07)

 

단열재의 등급별 허용 두께는 단일 단열재를 이용할 경우 참고하면 간단하게 두께를 알 수 있지만 복합 재료를 사용하거나 

 

열전도율, 열관류율, 열저항

 

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단열재의 두께를 계산하기 위해서는 먼저 열전도율, 열관류율, 열저항에 대해 알아야 합니다.

 

■ 열전도율 (W/m·K)

단위 면적당 단위 두께를 가진 물질이 일정한 온도 차이에 따라 시간당 전달하는 열의 양.

 

■ 열관류율 (W/m²K)

물질의 열전도율을 실제 두께로 나눈 값. U값이라고 표현하며 두께의 단위는 m를 사용함.

 

■ 열저항 (m²K/W)

열관류율의 역수, 1÷열관류율. 즉, 물질이 열을 전달하는데 어느 정도의 저항을 가지는지에 대한 수치.

두께를 아는 물질의 열저항 값 = 두께÷열전도율.

 

단열재 두께 계산하기

 

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지역별 허용 단열재의 두께를 계산하기 위해서는 단열재의 열전도율과 해당 지역의 부위별 열관류율을 알아야 합니다.

단열재의 두께는 다음 계산식을 이용합니다.

단열재의 두께 = 단열재 열전도율 / 지역별 허용 열관류율

예를 들어 남부지역의 공동주택 외의 건축물의 외기에 노출되는 외벽의 단열재 허용 두께를 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

남부지역 공동주택외의 외기에 노출되는 외벽의 허용 열관류율은 0.32W/m²K이고 건축물에 사용할 가등급 비드법보온판의 열전도율은 0.034W/m·K입니다.

남부지역 외벽 열관류율

남부지역 공동주택 외의 외기에 노출되는 외벽의 허용 단열재 두께

= (0.034W/m·K) ÷ (0.32W/m²K)

= 0.106m = 106mm

즉, 106mm 이상의 가등급 비드법보온판을 사용할 수 있다는 것을 알 수 있습니다. 하지만 에너지절약설계기준 별표3에 명시되어 있는 등급별 단열재 두께를 확인해 보면 가등급 비드법보온판 100mm 이상이면 됩니다. 차이가 있습니다.

 

남부지역 단열재 두께

 

계산한 단열재 두께와 규정상의 단열재 두께가 다른 이유는 외벽의 허용 열관류율은 단열재만을 기준으로 하는 것이 아닌 벽체를 구성하는 콘크리트와 외내부의 열저항을 모두 고려해 허용하는 열관류율을 나타내기 때문입니다.

 

벽체의 열관류율 계산 방법

 

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먼저 벽체의 열관류율을 계산하기 위해서는 벽체를 구성하는 구조체의 열전달저항과 실내외 표면 열전달저항 값을 알아야 하겠습니다. 실내 및 실외측 표면 열전달저항은 다음과 같습니다.

 

열관류율 계산 시 적용되는 실내 및 실외측 표면 열전달저항

콘크리트의 열전도율은 1.73W/m·K 입니다.

 

■ 두께 200mm 콘크리트 벽체 + 두께 100mm 가등급 비드법보온판의 외벽 열관류율 계산 예시

• 두께 200mm 콘크리트 열저항 = 0.2 / 1.73 = 0.116
• 두께 100mm 가등급 비드법보온판 단열재 열저항 = 0.1 / 0.034 = 2.941
• 실내 표면 열저항 : 0.11
• 실외 표면 열저항 : 0.043
• 벽체 열관류율 = 1 / 열저항 합 = 1 / (0.116+2.941+0.11+0.043) = 0.312W/m²K

즉, 계산값 0.312W/m²K는 남부지역 공동주택 외의 외기에 노출되는 외벽의 허용 열관류율은 0.32W/m²K 보다 작은 값으로 적정하다고 판단할  수 있습니다.

 

이 방법을 이용해 원하는 단열재의 두께를 역산하거나 여러 재료를 사용한 건축물의 열관류율 값을 계산할 수 있겠습니다.

 

이상으로 열전도율을 이용한 단열재 두께 계산 방법 및 벽체의 열관류율 계산 방법을 알아보았습니다.

 

 

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