건설구조물 상부의 단열은 에너지 절약 건설구조물에 있어서 중요한 요건 중 하나이다. 건설구조물 최상부는 단열성뿐만 아니라 방수성능도 중요하다. 이와 같은 이유로 단열성을 확보한 방수공법의 개발이 요구된다. 본 연구에서는 최근 일정 단열성능을 확보한 단열 보완형의 복합방수공법이 개발되어 해당 공법에 대한 단열성능을 평가하고자 하였다. 방수성 시험결과, 모든 시험체는 KS 표준 이상의 성능을 보여주었다. 단열성 시험결과, 스티로폼 박스가 가장 높은 온도인 $25.91^{\circ}C$, 버블시트 박스가 $17.28^{\circ}C$, 단열시트 박스가 $15.47^{\circ}C$, 단열보완형 방수시트가 $24.11^{\circ}C$로 확인되었다. 시트 접합부의 열교현상을 관찰한 결과 열교현상은 발생하지 않았다. 단열보완형 복합방수공법은 단열성능을 확보하고 있는 것으로 판단된다.
건설구조물 상부의 단열은 에너지 절약 건설구조물에 있어서 중요한 요건 중 하나이다. 건설구조물 최상부는 단열성뿐만 아니라 방수성능도 중요하다. 이와 같은 이유로 단열성을 확보한 방수공법의 개발이 요구된다. 본 연구에서는 최근 일정 단열성능을 확보한 단열 보완형의 복합방수공법이 개발되어 해당 공법에 대한 단열성능을 평가하고자 하였다. 방수성 시험결과, 모든 시험체는 KS 표준 이상의 성능을 보여주었다. 단열성 시험결과, 스티로폼 박스가 가장 높은 온도인 $25.91^{\circ}C$, 버블시트 박스가 $17.28^{\circ}C$, 단열시트 박스가 $15.47^{\circ}C$, 단열보완형 방수시트가 $24.11^{\circ}C$로 확인되었다. 시트 접합부의 열교현상을 관찰한 결과 열교현상은 발생하지 않았다. 단열보완형 복합방수공법은 단열성능을 확보하고 있는 것으로 판단된다.
Insulation of rooftop is one of the major performance to energy-saving construction. Further, waterproofing performance is also important. For such a reason, it is need to develop waterproofing method containing thermal insulation property. This study was wanted to evaluate thermal insulation perfor...
Insulation of rooftop is one of the major performance to energy-saving construction. Further, waterproofing performance is also important. For such a reason, it is need to develop waterproofing method containing thermal insulation property. This study was wanted to evaluate thermal insulation performance about the composite waterproofing method of thermal supplement type that is developed recently. As a result of waterproofing performance test, every test item was showed over the performance standards of KS (Korean (Industrial) Standards). And the result of thermal insulation performance test, the highest temperature in the styrofoam box was $25.91^{\circ}C$, the bubble sheet box was $17.28^{\circ}C$, the insulation sheet box was $15.47^{\circ}C$ and the waterproofing sheet box of thermal supplement type was $24.11^{\circ}C$. In observations of thermal bridges of sheet's joint, thermal bridges was not identified at the sheet's joint. As a result, composite waterproofing method of thermal supplement type is interpreted to have thermal insulation performance.
Insulation of rooftop is one of the major performance to energy-saving construction. Further, waterproofing performance is also important. For such a reason, it is need to develop waterproofing method containing thermal insulation property. This study was wanted to evaluate thermal insulation performance about the composite waterproofing method of thermal supplement type that is developed recently. As a result of waterproofing performance test, every test item was showed over the performance standards of KS (Korean (Industrial) Standards). And the result of thermal insulation performance test, the highest temperature in the styrofoam box was $25.91^{\circ}C$, the bubble sheet box was $17.28^{\circ}C$, the insulation sheet box was $15.47^{\circ}C$ and the waterproofing sheet box of thermal supplement type was $24.11^{\circ}C$. In observations of thermal bridges of sheet's joint, thermal bridges was not identified at the sheet's joint. As a result, composite waterproofing method of thermal supplement type is interpreted to have thermal insulation performance.
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문제 정의
KS F 4911 (합성 고분자계 방수 시트) 중 보강 복합형 복합시트의 시험방법에 준하여 시험을 진행하는 것으로 하였으며, 이외에 KS F 4917 (개량 아스팔트 방수 시트)의 시험 중 구조물 거동에 대한 접합부의 특성을 보다 면밀히 검토하기 위해 내피로 성능 시험 (Photo 2)을 추가적으로 검토하고자 하였다. 또한 건설구조물 최상부 노출로 적용 될 경우 풍압에 대한 추가적인 검토가 요구되어 KS F 2622 (멤브레인 방수층 성능 평가 시험방법)의 시험 중 내풍압 성능 (풍압 저항성) 시험 (Photo 3)을 준용하여 시험을 진행하는 것으로 하였다.
더불어 국내외 단열방수공법에 대한 점진적 발전 및 패러다임 전환을 본 연구의 목적으로 한다.
또한 시트형태로 구성된 TIW공법은 시트와 시트 간 접합부가 발생하게 되며, 각 접합부의 마감이 제대로 이루어지지 못 할 경우, 접합부위를 통한 열교현상으로 단열 보완의 역할을 상실하게 될 수 있다. 따라서 시트와 시트 간 접합부위에서 열교현상이 발생하는지에 대한 여부를 열화상측정을 통해 검토하고자 한다.
본 연구에서는 PVC발포폼을 이용한 단열 보완형 복합방수공법 (이하 ‘TIW (Thermal Insulation-Waterproo fing) 공법’)을 대상으로 공법의 주목적인 방수성능을 KS 표준을 통한 시험평가를 진행하여 방수 안정성의 적정 여부를 검토하고자 한다.
최근 이의 일환으로 일정 단열성능을 확보한 단열 보완형의 복합방수공법이 개발되어 본 연구에서는 해당 공법의 단열성을 기존 단열성 재료들과의 단열관련 비교시험을 통해 검토하고자 하며, 이를 통해 해당 공법이 방수성은 갖추었는지, 단열적 성능은 어느 정도인지, 기존의 단열재를 대체할 수 있는지, 방수성과 단열성이 동시에 실현 가능한지, 실제 현장에 적용될 수 있는지 등의 방수성, 단열성 및 현장 적용성 등을 검토하고자한다.
제안 방법
KS F 2277 (건축용 구성재의 단열성 측정방법－교정 열상자법 및 보호 열상자법)에 따라 진행하며, 비교대상 시험체가 단일재료로 구성되어 있어 TIW공법 역시 TIW-S만을 열관류율 시험체로 구성하여 시험을 진행하는 것으로 계획하였다.
TIW공법의 접합부에 대한 열교현상 발생 여부를 확인하기 위해 길이 900mm, 너비 500mm, 높이 500mm 박스내부에 열매를 두고, 외부 표면에 TIW공법의 접합부를 형성한 후 열화상 카메라를 사용하여 일반부와 접합부의 열손실 정도를 측정하였다. 측정 결과, 상기 Photo 12와 같이 TIW공법의 접합부는 초록색을 띄고 있었으며, 접합부 테잎 부위는 노란색, 일반부는 주황색과 붉은색을 나타내고 있었다.
TIW공법의 주목적인 방수성을 KS 표준을 통해 검토하고자 하였으며, 단열성을 평가하기 위해 재료의 열관류율 시험을 진행하여 재료의 순수 단열성을 확인하고, 외부환경 단열성 Mock-up 시험 (이하 ‘단열성 Mock-up’)을 통해 외부환경에서 TIW공법이 어느 정도의 단열성능을 확보할 수 있는지, 그 현장 적용성에 대해 확인하고자하였다.
일정크기의 박스 (600 × 600 × 600mm) (Photo 5)를 구성 하여 박스 바닥부위를 제외한 5면에 각기 다른 단열성 재료 (Table 1 참조)를 시공하여 밀봉하였다. 내부에는 겨울철 실내온도를 가정하여 발열을 위한 열매 (Photo 6)와 온도측정 센서 (Photo 7) 및 데이터로거를 설치하여 실외에 박스를 정치 (Photo 8)하고, 일정시간 동안 (48시간-30분 간격 측정) 박스 내부의 온도변화를 측정하여 재료별 단열성을 비교하고자 하였으며, 역시 TIW-S만을 시험체로 구성하여 시험을 진행하는 것으로 계획하였다.
단열성 Mock-up 시험에서는 기존 방수재료들이 대부분 단열성을 확보하고 있지 못하는 이유로 방수재료 보다 단열성이 우수한 재료들을 대상으로 비교시험체를 구성하였으며, 이에는 앞선 시험에서 보다 두꺼운 스티로폼과 최근 단열재로 시장성을 넓히고 있는 버블시트와 단열시트를 비교대상으로 하였다.
방수 안정성에 대한 검토 후 기존 방수재료 및 단열성 재료들과의 단열성 비교시험 (열관류율 시험, 단열성 Mock-up 시험)을 진행하여 TIW공법의 객관적인 단열성을 비교 검토하고자 한다.
본 연구의 방수성 시험에서는 시트층만을 시험체로 구성한 단일 시험체 (TIW-S)와 시트 상부에 우레탄 도막방수재를 시공한 복합 시험체 (TIW-C)를 시험체로 구성하였으며, 단열성 시험에서는 다른 단열성 재료들과의 비교를 위해 해당 공법의 시트층만을 시험체로 구성하였다. 단, 열교현상을 검토하기 위한 시험체는 접합부를 확인하기 때문에 공법에 적용되는 접합부 테잎을 포함한다.
상기 3.1.2절의 열관류율 시험결과, 대표적 두 방수재료 (아스팔트 방수시트, 우레탄 도막방수재)와 TIW-S 간의 열 관류율 성능이 큰 차이를 보여 기존 방수재료 보다 단열성능이 우수한 점 등을 고려하여 후속적으로 진행된 단열성 Mock-up 시험은 앞선 스티로폼 (3.5mm) 보다 두꺼운 스티로폼 (10mm)과 최근 단열재로 시장성을 넓히고 있는 버블시트와 단열시트를 비교대상으로 하여 시험을 진행하였다.
이 연구에서는 TIW공법 및 비교 시험을 위해 방수성과 단열성과 관련한 기초적 특성 분석 시험과 공법구성에 따른 시험으로 구분하였으며, 내용은 다음 Table 2와 같다.
일정크기의 박스 (600 × 600 × 600mm) (Photo 5)를 구성 하여 박스 바닥부위를 제외한 5면에 각기 다른 단열성 재료 (Table 1 참조)를 시공하여 밀봉하였다.
해당 공법은 PVC방수시트, PVC발포폼, PE폼과 알루미늄 박판을 방수와 단열 보완의 성능을 실현하기 위해 1 : 2 : 4의 두께비율 (PVC방수시트 15%, PVC발포폼 28%, PE폼 57%)로 시트층 (3.5mm)을 구성 (Fig. 1 참조)하고 있으며, 시트는 접착제를 격자형태로 바탕체에 도포한 후 부분절연으로 부착하여 시공한다. 시트의 상부에 우레탄 도막방수재 (약 1.
대상 데이터
단열성 비교 시험 중 열관류율 시험에서는 현재 국내에서 단열재로 주로 사용되고 있는 TIW-S와 유사한 두께의 스티로폼을 비롯해 국내에서 가장 많이 사용되고 있는 대표적 방수재료 2종류 (아스팔트 방수시트, 우레탄 도막방수재)를 비교대상 시험체로 선정하였다.
이론/모형
KS F 4911 (합성 고분자계 방수 시트) 중 보강 복합형 복합시트의 시험방법에 준하여 시험을 진행하는 것으로 하였으며, 이외에 KS F 4917 (개량 아스팔트 방수 시트)의 시험 중 구조물 거동에 대한 접합부의 특성을 보다 면밀히 검토하기 위해 내피로 성능 시험 (Photo 2)을 추가적으로 검토하고자 하였다. 또한 건설구조물 최상부 노출로 적용 될 경우 풍압에 대한 추가적인 검토가 요구되어 KS F 2622 (멤브레인 방수층 성능 평가 시험방법)의 시험 중 내풍압 성능 (풍압 저항성) 시험 (Photo 3)을 준용하여 시험을 진행하는 것으로 하였다.
성능/효과
(1) TIW공법은 방수재료로써 KS 표준 (KS F 4911, 4917, 2622)을 통한 시험평가 결과, 모든 항목에서 KS 기준 이상의 성능을 확보하고 있는 것으로 확인되었으며, 특히 옥상 노출로 적용되는 방수공법의 가장 중요한 성능인 접합부 내피로 성능 및 내풍압 성능 평가 결과, TIW-S, TIW-C 시험체 모두 잔금, 찢김, 파단 등이 발생되지 않았고, TIW-C 시험체는 -5.0Kpa의 풍압에서도 들뜨거나 손상이 발견되지 않았다. 이와 같은 시험결과를 통해 TIW공법이 방수성을 확보하고 있음을 확인할 수 있었으며, 더 나아가 접합부에 대한 안정성 및 풍압에 대한 공법적 설계가 이루어져 방수공법으로 현장에 적용할 수 있을 것으로 판단된다.
(2) TIW-S는 두께가 유사한 방수재료 (아스팔트 방수시트, 우레탄 도막방수재) 및 단열재인 스티로폼에 비해 열관류율이 1.0~2.9W/m2℃ 낮은 것으로 확인되었다. 이와 같은 결과를 통해 TIW-S가 기존의 방수재료에 비해 단열성이 우수하다는 것을 확인할 수 있었으며, 유사 두께의 스티로폼 (4.
(3) 단열성 Mock-up 시험을 통해 유사한 두께의 단열재료 들에 비해 단열성이 높은 것으로 확인되었으며, 10mm 의 스티로폼과 비교하여도 단열성이 크게 낮지 않다는 것을 확인하였다. 단, 이와 같은 결과에도 TIW-S가 건축 옥상 단열재를 대체할 수 있을 정도의 단열성은 아직 부족한 것으로 판단된다.
(4) 시트 간 0.5mm 간격으로 시트 맞댐 후 조인트 테잎을 통해 접합부를 형성하는 TIW공법의 특성상 열교현상이 발생할 수 있는 이유로 접합부에 대한 열화상측정을 진행하였으며, 측정결과 접합부에서는 열교현상이 발생하지 않는 것으로 확인되었다.
(5) 전체적인 평가결과를 대상으로 고찰한 결과, TIW공법이 기존 방수재료들 및 유사 두께의 단열재에 비해 단열성능이 높은 것으로 확인되었으나, 기존의 옥상 단열재를 대체할 수 있을 정도의 단열성은 부족한 것으로 판단된다. 단, 방수재료로서의 성능을 확인하였고, 일정 단열성능을 확보하고 있음으로 TIW공법이 방수 재료로 현장에 적용될 경우, 단열보완의 역할을 할 수있는 방수재료로써 그 사용성이 기대된다.
48시간 동안 진행된 단열성 Mock-up 시험결과, Table 5, Fig. 4와 같이 10mm의 스티로폼을 설치한 시험체가 가장 높은 온도인 평균 25.91℃를 보였으며, 3.0mm의 버블시트는 평균 17.28℃, 3.5mm의 단열시트는 평균 15.47℃를 유지한 것으로 확인되었다. TIW-S는 스티로폼과 유사한 평균 24.
Fig. 5의 결과를 통해서도 TIW공법의 접합부는 일반부에 비해 낮은 온도를 형성하고 있는 것으로 나타났으며, 시트와 시트사이 접합부의 중심부는 오히려 가장 낮은 온도를 형성하고 있음을 알 수 있었다.
47℃를 유지한 것으로 확인되었다. TIW-S는 스티로폼과 유사한 평균 24.11℃ (스티로폼과 1.8℃차이)로 확인되었으며, 기타 두 단열시트에 비해 약 8℃ 정도 높은 온도를 유지한 것으로 확인되었다.
5mm의 두께 차이가 있었지만 동일한 열관류율로 확인되었으며, 이는 우레탄 도막방수재가 아스팔트 방수시트에 비해 단열성이 더 높다고 예상할 수 있다. TIW-S는 이 방수재료들과 유사한 두께 (3.5mm)를 형성함에도 불구하고 2.9W/m2℃의 낮은 열관류율을 보였으며, 오히려 두께가 1mm 더 두꺼운 스티로폼 보다 열관류율이 1.0W/m2℃ 낮은 것으로 확인되었다.
3W/m2℃로 확인되었다. 국내에서 가장 많이 사용되고 있는 2가지 방수재료인 아스팔트 방수시트와 우레탄 도막방수재는 두께가 각각 3.5mm, 3.0mm로 0.5mm의 두께 차이가 있었지만 동일한 열관류율로 확인되었으며, 이는 우레탄 도막방수재가 아스팔트 방수시트에 비해 단열성이 더 높다고 예상할 수 있다. TIW-S는 이 방수재료들과 유사한 두께 (3.
따라서 이와 같은 시험결과를 통해 TIW공법의 접합부에서는 열교현상이 발생하지 않는다는 것을 확인할 수 있었으며, 이는 일정 단열성을 확보하고 있는 접합부 테잎이 시트와 시트간 접합부에 밀실하게 부착되어 내부의 따뜻한 공기를 외부로 유출하지 않기 때문인 것으로 판단된다.
방수성 시험결과 다음 Table 3과 같이 시트층만을 시험체로 구성한 단일 시험체 (TIW-S)와 시트 상부에 우레탄 도막 방수재를 시공한 복합 시험체 (TIW-C) 모두 KS 표준의 성능기준 이상의 성능을 확보하고 있는 것으로 확인되었으며, 접합부에 대한 내피로 성능 결과, TIW-S, TIW-C 시험체 모두 잔금, 찢김, 파단 등이 발생되지 않았다. 내풍압 성능 결과 역시 TIW-C 시험체는 -5.
비록 TIW-S가 스티로폼에 비해 평균적으로 낮은 온도를 유지하였지만, 스티로폼의 두께가 10mm인 점을 감안한다면, 평균 24.11℃의 온도를 유지한 3.5mm TIW-S는 스티로폼이 라는 단열성 재료에 비해 단열효과가 낮지 않다는 것을 예상할 수 있다. 하지만, 이와 같은 결과에도 TIW-S가 단열재를 대체할 수 있을 정도의 단열성은 부족한 것으로 판단된다.
열관류율 시험결과, 다음 Table 4 및 Fig. 3과 같이 스티로폼은 3.3W/m2℃, 아스팔트 방수시트가 5.2W/m2℃, 우레탄도막방수재가 5.2W/m2℃, TIW-S가 2.3W/m2℃로 확인되었다. 국내에서 가장 많이 사용되고 있는 2가지 방수재료인 아스팔트 방수시트와 우레탄 도막방수재는 두께가 각각 3.
9W/m2℃ 낮은 것으로 확인되었다. 이와 같은 결과를 통해 TIW-S가 기존의 방수재료에 비해 단열성이 우수하다는 것을 확인할 수 있었으며, 유사 두께의 스티로폼 (4.5mm)보다도 단열성이 높은 것으로 확인되었다.
즉, 본 열관류율 시험결과만을 토대로 재료별 단열성능을 비교하여 나열할 경우, TIW-S, 스티로폼, 우레탄 도막방수재, 아스팔트 방수시트의 순으로 단열성이 높다고 판단할 수 있다.
TIW공법의 접합부에 대한 열교현상 발생 여부를 확인하기 위해 길이 900mm, 너비 500mm, 높이 500mm 박스내부에 열매를 두고, 외부 표면에 TIW공법의 접합부를 형성한 후 열화상 카메라를 사용하여 일반부와 접합부의 열손실 정도를 측정하였다. 측정 결과, 상기 Photo 12와 같이 TIW공법의 접합부는 초록색을 띄고 있었으며, 접합부 테잎 부위는 노란색, 일반부는 주황색과 붉은색을 나타내고 있었다. Photo 12의 오른쪽 스펙트럼 (Spectrum)과 같이 푸른색에 가까울 수록 저온, 붉은색에 가까울수록 고온임을 나타내는 것이며, 주로 열교현상이 발생하는 부위에서는 붉은색으로 나타나는 것이 일반적이다.
후속연구
(5) 전체적인 평가결과를 대상으로 고찰한 결과, TIW공법이 기존 방수재료들 및 유사 두께의 단열재에 비해 단열성능이 높은 것으로 확인되었으나, 기존의 옥상 단열재를 대체할 수 있을 정도의 단열성은 부족한 것으로 판단된다. 단, 방수재료로서의 성능을 확인하였고, 일정 단열성능을 확보하고 있음으로 TIW공법이 방수 재료로 현장에 적용될 경우, 단열보완의 역할을 할 수있는 방수재료로써 그 사용성이 기대된다.
0Kpa에서도 들뜨거나 손상이 발견되지 않았다 (Photo 10, 11 참조). 이와 같은 시험결과를 통해 TIW공법이 방수성을 확보하고 있음을 확인할 수 있었으며, 더 나아가 접합부에 대한 안정성 및 풍압에 대한 공법적 설계가 이루어져 방수공법으로 현장에 적용할 수 있을 것으로 판단된다.
향후 결로와 관련한 시험을 통해 TIW공법이 결로에 미치는 영향 등에 대한 분석이 필요할 것으로 보이며, 지속적인 연구를 통한 단열성 향상으로 기존 옥상 단열재를 대체할 수있는 연구개발이 필요할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
정부가 에너지 효율을 높인 건설구조물의 실현을 촉구함에 따라, 건설구조물들의 추세는 어떠한가?
이와 같이 정부에서는 패시브 하우스 및 제로 에너지 하우스 등의 에너지 효율을 높인 건설구조물의 실현을 촉구하고 있으며, 이와 같은 이유로 최근 단열성을 높인 신축 건설구조물들이 점차 늘어나고 있고, 기존의 건설구조물들도 리모델링 및 단열성 보완 등을 통해 이를 실현해가고 있는 추세이다.
제6차 녹색성장위원회에서 발표된 2020년 온실가스 감축 중기 목표의 내용은 무엇인가?
최근 에너지 관련 정부정책의 흐름과 관련하여 2009년 12월 5일 ‘제6차 녹색성장위원회’에서 발표된 『2020년 온실가스 감축 중기 목표』의 내용을 살펴보면, 신규 건축물의 에너지 성능기준을 강화해 주택은 2012년부터 냉난방의 50%를 절감하도록 하고, 2017년부터는 패시브 하우스 (Passive House) 수준 (에너지성능 60% 이상 개선), 2025년부터는 제로에너지하우스 수준 (외부에서 유입되는 에너지가 없는 수준)으로 건설하도록 할 계획이며, 일반건물 또한 2025년부터 제로에 너지 빌딩으로 의무화한다는 계획이다.
단열층이 설치된 부위에 단열층을 추가시공하거나 기존 방수 및 단열층 해체 후 보다 우수한 단열층을 시공하는 것의 문제점은?
또한 기존에 단열층이 설치되어 있는 건설구조물의 경우 역시 최근 개정된 단열기준을 만족하기 위해서 추가의 단열층의 설치가 요구되어, 현재 단열층이 설치된 부위에 단열층을 추가시공하거나, 기존 방수 및 단열층을 해체한 후 보다 우수한 단열층을 시공하고 있다. 하지만 이와 같은 리모델링 및 단열성 보완 공정은 막대한 추가 공사비용을 발생시킬 뿐만 아니라 기존 방수 및 단열층 해체 시 소음, 분진 등의 발생뿐만 아니라 건설폐기물까지 발생되어 건설구조물의 사용자 및 주변 구조물에까지 다양한 직·간접적 피해를 야기할 수 있다.
참고문헌 (4)
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Miyauchi, H., Youn, Y. S., Koo, K. M., Miyauchi, K., Song, J. S., Kim, G. Y. (2011), Thermal Insulating Properties of Multi-Layered Waterproofing Membrane System with Thermal Reflection-Insulation Materials, Journal of the architectural institute of Korea, 27(10), 137-144 (in Korean, with English abstract).
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