건축주가 꼭 알아야 할 단열재 / 수성연질폴리우레탄폼

우리 집에는 어떤 단열재가 적합한지, 어떻게 시공해야 올바른지 궁금해 하는 건축주들을 위해 패시브제로에너지건축연구소와 한국패시브건축협회가 손을 잡고 매달 한 가지 단열재를 상세하게 소개하는 페이지를 마련했다.

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구성 이세정

▲ 출처_ www.uratex.com

수성연질폼은 어떤 재료로 만들어지는 것이며, 정확한 명칭과 특징은 뭔가요
주제(폴리이소시아네이트)와 폴리올 및 발포제를 혼합하여 만들어집니다. 다만 수성연질폼은 기존의 폴리우레탄과 같이 발포가스를 CFD계열이나 펜탄계열을 사용하는 게 아니라, 물(H₂O)을 화학적 발포제로 사용합니다. 엄밀히 따지자면 물이 원료와 화학반응을 일으켜 생성되는 이산화탄소(CO₂)를 발포제로 사용한다고 설명하는 것이 더 좋을 듯합니다. 그리고 보다 정확한 명칭은 ‘수성연질폴리우레탄폼’이라 부르는 것이 맞습니다.
수성연질폴리우레탄폼(이하 수성연질폼)은 스프레이처럼 뿌리는 형식이라 구석구석 밀실하게 채워진다는 장점이 있으므로 자연스럽게 건축물의 기밀성능을 높일 수 있습니다. 연질(딱딱해지지 않는 성질)이기 때문에 어느 정도의 탄성은 있으나, 눌린 후에 형태가 복원되지는 않습니다. 그러므로 작업 시 실수로 눌리지 않도록 주의해야 합니다. 단열재로 시공해 놓고 추후 석고보드 작업을 할 때 종종 누르는 경우가 발생하니, 주의를 기울여야 겠습니다.

수성연질폼의 특성을 요약해 보면, 다음과 같습니다.

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01 폴리우레탄의 일종
02 오픈 셀 구조
03 밀도가 6~9kg/㎥으로 매우 낮음 
04 발포제로 지구온난화물질을 사용하지 않음
05 난연3급

단열재로서 성능(열전도율)은 어떠한가요
시험성적서 상의 열전도율은 0.034W/mK 수준이지만 오픈 셀(Open-cell) 특성상 경시변화가 한 달만 지나도 급격하게 나타납니다. 오픈 셀은 아래 그림과 같이 셀이 닫혀있지 않고 서로 열려있기 때문에 최초 발포 시 셀 안에 있던 이산화탄소가 서서히 공기로 치환되면서 단열성능이 0.04W/mK 수준까지 떨어질 것으로 추정하고 있습니다.

▲ (좌)클로즈드 셀(Closed cell)와 (우)오픈 셀(Open cell) 출처_http://sprayfoampacific.com

목조나 RC, 스틸하우스 등에 모두 적용 가능한가요
네. 다만 그 특성을 파악해서 적절한 곳에 사용해야 합니다. 이를 위해 고려해야 할 두 가지  특성, 즉 투습성과 난연성에 관하여 이야기 해 보겠습니다.

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• 투습성
바로 위에서 언급했듯이 이 재료는 오픈 셀 구조이기 때문에 투습성능이 아주 좋습니다. 예를 들면 140㎜ 두께의 2×6 목구조에 이 제품이 전부 채워진다면 Sd값은 0.51m이 되는데, 건축물리에서 sd값이 0~1m 사이이면 완전투습으로 봅니다. 그렇다면 수성연질폼도 경량목구조에서 흔히 사용되는 그라스울처럼 투습성이 원활하기 때문에 기본적으로 습기에 대해서는 벽체 내측은 방습, 벽체 외측은 투습 기능을 더해야만 목재가 습기로부터 안전하다고 말할 수 있습니다. 그렇지 않으면 아래 그림과 같이 수증기 방향이 외부로 향하는 동절기에 투습이 원활한 수성연질폼의 내부에 침투한 습기가 응축되는 현상이 발생하며, 심지어 내부에서 동결이 일어나기도 합니다(붉은 색 점선은 온도구배선임).

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비록 결로가 발생하더라도 소재 자체가 부패하지는 않겠고, 곰팡이가 쉽게 생길 수 있는 환경은 아니지만, 정작 문제는 다른 데 있습니다. 
내부에서 결로수가 동결되었을 경우 그 늘어난 수분의 부피로 인해 셀 내부에 공극이 생기며, 이 공극은 다시 복원되지 않습니다. 이 점이 그라스울과 가장 큰 차이점입니다.
시간이 지날수록 복원되지 않는 공극의 수는 지속적으로 늘어나며 상황은 점점 악화됩니다. 즉, 시간이 갈수록 내부의 하자가 커진다는 것이며, 이는 ‘집이 해가 갈수록 추워질 수 있다’고 해석할 수 있습니다.
또한 수성연질폼은 그 구조상 모세관 현상이 없습니다. 이는 스스로 물을 빨아들이지 않는다는 의미로, 내부에서 만약 결로수가 생긴다면 수분이 내부에서 퍼지면서 증발하는 게 아니라 지속적으로 흘러나온다는 뜻이기도 합니다.
그러므로 수성연질폼을 내단열재 혹은 중단열재로 사용할 경우에는 그라스울과 마찬가지로 실내측에 방습층을 형성해야 합니다. 특히 여름철 역결로를 고려해서 가변형방습층을 형성하면 더 좋을 수 있습니다. 특히 목조주택에서는 지속적인 결로현상으로 인해 구조체에 손상이 갈 수 있기 때문에 방습층 시공이 필수입니다.

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• 난연성
수성연질폼은 난연3급입니다. 화재와 관련된 소재의 등급을 건축법에서는 ‘불연, 준불연, 난연’으로 구분하고 있으나, KS 시험규정에서는 ‘난연1급, 난연2급, 난연3급’으로 구분합니다. 이를 연관시켜 본다면 난연1급 = 불연, 난연2급 = 준불연, 난연3급 = 난연입니다.
여기서 난연3급(건축법상 난연재료)은 ‘6분 동안 가열(235℃) 후 잔류 불꽃이 없고(30초 미만), 그 재료의 연소가스 속에 방치된 쥐가 9분 이상 활동하는 재료’를 의미합니다. 여기에서 수성연질폼을 내단열재로 사용하는 것이 옳은 것인가를 전부 따질 수는 없고, 어떻게 사용할 것인가에 집중해야 할 것으로 보입니다. 
수성연질폼을 내단열 혹은 경량목구조에서처럼 중단열로 사용할 경우, 석고보드는 필히 두 겹 이상 마감해야 합니다. 그렇다고 하더라도 수성연질폼은 유기물이기에, 화재 시 유해가스가 발생하지 않을 순 없기에, 사용 전 충분한 고려가 있어야 할 것입니다.

목구조에 내단열로 시공 시, 법적 단열규정(중부 지방 기준)을 충족시키려면 어떻게 시공해야 하나요
시험성적서 상의 열전도율(0.034W/mK)을 기준으로 하면 2×6 구조재를 사용했을 경우, 0.23W/㎡K이므로 중부지방 거실의 외벽 외기에 직접 면하는 경우인 0.27W/㎡K 이하를 만족합니다. 다만, 여기서는 목재 스터드 부위의 열교는 고려에서 제외되었습니다.

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시공 시 작업자가 반드시 유의해야 할 점은 무엇인가요
물이 화학반응한 결과 발생하는 이산화탄소를 발포제로 사용하므로 다량의 이산화탄소 가스가 발생하게 됩니다. 이는 작업자에게는 매우 좋지 않은 환경입니다. 그러므로 진정 당부컨대, 환기가 충분히 이루어지는 곳에서 작업을 진행해야 하며, 아래 사진과 같이 작업자의 복장과 착용장비에 주의를 기울이고, 항상 교육을 실시하여 안전에 각별히 유의하여야 합니다. 

▲ 수성연질폼을 시공할 때는 충분히 환기가 되는 조건에서 안전복장을 철저히 갖추어야 한다

국내 시장에 보급은 어느 정도이며, 최근 적용 추세는
약 5년 전후로 사용되기 시작한 수성연질폼은 열전도율은 높고, 가격은 경질우레탄폼과 많은 차이가 없기 때문에 시장에서 크게 환영받지 못해 왔으나, 최근 녹색건축물에서 요구하는 친환경성 측면에서 본다면, 앞으로 시장은 확대될 것으로 전망하고 있습니다. 또한 시공성도 용이한 측면이 있어 경량목구조, 경량철골조, 철근콘크리트 등의 신축 현장뿐 아니라 건물의 리모델링 현장까지 그 사용범위가 크게 늘어나고 있습니다. 

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수성연질폼에 대한 개인적인 총평을 내리자면
최근 경량목구조에서 수성연질폼 사용이 점점 늘어나고 있는 추세입니다. 목구조에 경질이든 수성연질이든 우레탄폼을 사용하는 것은 ‘목구조가 원래 가지고 있던 가치’에 부합하는지 고민을 해 볼 필요가 있습니다.
목구조는 가구(조립)식 건식구조입니다. 이는 해체가 가능하다는 의미이며, 목재는 해체 후에 다시 자연으로 돌아가는 데 어려움이 전혀 없으나 우레탄이 붙어 있는 목재는 이야기가 다릅니다. 이는 소각하고 매립하는 데 별도의 과정이 필요하다는 뜻이기도 합니다.
언제나 그렇듯이 최고의 단열재는 없습니다. 최선의 단열재만이 있을 뿐이며, 그 물리적 특성과 시공성, 경제성, 친환경성 등을 고려하여 최적의 장소에 적용할 수 있도록 다 같이 고민이 필요하지 않을까 생각합니다.

도움말 : 조민구 한국패시브건축협회 이사 070-7603-6621 |  www.phiko.kr