이 보고서는 국제에너지기구의 건물 및 공동체시스템(ECBCS)에서 진공단열패널의 건물적용에 관한 시스템과 적용사례에 대한 내용을 담고 있다. 진공단열패널은 고기밀 고단열에 필요한 재료로써. 기존 단열재보다 두께와 성능에서 5배~8배정도 훌륭한 성능을 보이고 있다. 진공단열재를 건물에 적용함으로써, 벽체, 지붕과 바닥의 두께를 저감하고 성능을 높힐 수 있게 되었다. 이 보고서에서는 실제 적용사례와 추천(안)을 포함하고 있다.

진공단열패널(VIP)는 이미 몇 년 전에 개발되어, 냉장고, 냉동고와 같은 기기에 적용되고 있다. 진공단열패널은 벽체, 지붕, 및 바닥에 실제 건설측면에서 매우 두께가 얇고 매우 단열성능이 우수하다. 그럼에도 불구하고 건물부문에서 이러한 신 재료를 적용하기에는 현재까지 많은 의문과 위험부담이 동반하고 있다. 2002년부터 2005년까지 진공단열패널을 주제로 국제공동연구팀이 구성되어 IEA/ECBCS에서 Annex 39 'HiPTI – High Performance Thermal Insulation' 주제로 연구를 수행했다. Subtask A팀에서는 진공단열의 근본적인 의문점을 주로 다루고 있었던 반면, Subtask B팀에서는 건물부문에 진공단열의 적용이라는 현실적인 측면에 초점을 맞추어 연구를 진행하였다.

Subtask B팀에서 수행한 보고서는 진공단열패널이 사용된 실제사례중심, 특별한 주제에 관하여 공개토론에 관한 내용을 포함하고 있다. 바닥, 천정, 테라스단열, 비내력식 샌드위치패널요소, 파라펫 단열, 조립식 입면요소와 같은 실제 건설된 사례들이 진공단열패널을 통합하여 새로운 상품을 개발하려는 제작업체는 물론 건설기획가, 전문가들에게 풍부한 경험 자료를 제공하였다. 더불어, 이 보고서에서는 신뢰성, 예를 들면 진공단열패널의 열 저항 결과와 같은 패널외피의 열교현상, 진공단열패널을 이용한 건설부문의 제안사항을 제공하고 있다. Subtask B팀의 연구결과, 진공단열패널이 에너지효율적인 건물에 가능성이 있으며, 중요한 수단이 될 것임을 확신하였다.

진공단열패널은 전통적인 단열 재료보다 훨씬 비용측면에서 비싸다. 이 패널은 시장에 뒤늦게 출시된 상품이며, 실질적으로도 전통적인 단열재를 보완하는 수준에 머무르고 있다. 진공단열패널 상품은 현재도 개발진행중이며, 지속적으로 개선되고 있으며 향후 가격도 낮춰질 전망이다. 많은 사례를 통해 진공단열패널이 특별히 비싼 가격만큼 이익도 상당히 증가하고 있다는 점을 입증하고 있다. 진공단열패널은 대부분 공간적인 혜택과 연관되어있다. 전통적인 단열재의 두께보다 상당히 얇은 두께 때문에 실내공간이 그만큼 넓어지는 효과가 있다.

2. 진공단열패널의 성질

패널 내부에 실리카흄을 가진 기건상태의 진공단열패널 열 전도성은 생산 직후 패널의 중앙부에서 측정했을 때, 대표 값이 0.004 W/(m·K)이다. 진공단열패널로 구성된 단열층으로 평균 열 전도성은 알루미늄필름으로 마무리한 패널 가장자리의 경우 열교현상이 커진다. 이 열교현상의 결과 박막형태, 패널 두께, 인접재료에 따라 달라진다. 표 1은 열화현상에 따라, 압력증가, 습도 누적, 열전도성 항목별 결과를 보여준다.

건물건설과정 생애주기에서, 잘 만들어진 진공단열패널조차 용접용 심 플레이트와 박막속 핀홀 속으로 작은공기가 스며 들어간다. 이러한 과정인 패널내부의 내부압력을 일정수치 이상으로 상승시키며, 따라서 열저항이 낮아지게된다.

이 프로젝트 수행 중에, 열교와 열화현상에 관한 수많은 연구가 진행되었다. 연구 프로젝트과정중에, 패널의 특징과 특히 박막층이 증가되었다. 이러한 연구결과 현재 적용가능한 진공단열패널은 금속박막 필름층을 가지게 되었으며, 공칭패널크기는(예를 들면, 50* 100 cm2 ) , 건설중 올바른 설치방법, 열교현상을 위한 열전도 허용치는 0.001에서 0.002 W/(m·K), 열화상태에서의 열전도 허용치도 0.001에서 0.002 W/(m·K)와 같은 권장사항을 제안할 수 있었다. 패널 크기, 두께, 위치에 따라, 표준적인 적용을 위해 각각 열 전도율 0.006에서 0.008 W/(m·K)이 계산된다. 위와 같은 현상은 물론, 벽체, 천정용 진공단열패널의 단열접합부와 같은 건설시 열교현상을 고려한 것은 아니다.

신소재를 사용할 때, 항상 제기되는 문제가 장기 생태적인 결과에 대한 의문이다. 이 프로젝트의 범주 내에서 패널에 대한 생애주기분석이 상세하게 수행되었다. 이 결과는 건물에서의 진공단열패널의 사용이 전통적인 단열재와 비교하여, 환경적인 부하측면에서 10배까지의 범위에 해당한다. 건설과정에서 단열에 의한 전반적인 오염이 작을지라도, 생태학적인 관점에서 진공단열패널의 사용은 일반인들에게 청신호를 제공할 수 있다.

3. 진공단열패널의 실제 사용

진공단열패널은 오늘날, 주로 건설단계에서 직접 설치되고 있다. 가장 보편적인 사용방법은 진공단열패널을 평지붕 테라스에 단열재로 사용하는 것이다. 이 방법은 테라스와 건물내부의 바닥 단 차이를 피하는 가장 단순한 방법이다.

진공단열패널의 생애주기분석은 주로 생산에너지의 높은 소비에 따라 결정된다. 따라서 재료적인 측면은 부수적인 요인이다. 예를 들어, 알루미늄코팅 호일이나, 호일의 형태와 같은 재료는 종속적인 역할이다. 진공단열패널이 패널을 중첩시켜, 패널 모서리에서 열교현상을 줄이기 위해, 1겹 또는 2겹으로 설치하는지 여부는 재료의 생애주기 분석의 관점에서보면 중요한 요인이 아니다. 어떤 종류의 단열재료를 사용했는지 여부, 유리섬유, 폴리스틸렌 EPS

진공단열패널에 따라 생산에너지의 소비형태가 달라진다. 좌측 그래프는 친환경 기준인 Eco-indicator 99에 따른 생산에너지 소비 비교한 그래프이며, 우측 그래프는 환경오염측면 기준인 UPB97 기준에 따른 생산에너지 소비 비교 결과이다.

특별하게 훈련을 받은 사람이 공장에서 제한된 조건아래 진공단열패널의 제작과정이 아주 바람직하였더라도, 건물용도로 적용가능한 조립식 진공단열패널은 매우 극소수에 불과한 실정이다. 그러나, 요소기술과 시스템 제작업체에서 진공단열패널의 기술개발에 박차를 가하고 있으므로 머지않은 미래에 바닥난방 시스템, 외부 도어, 벽체요소기술에 진공단열패널이 폭넓게 적용될 것으로 기대된다.

진공단열패널을 수직벽체에 설치하는 경우의 표준설계 디테일은 그림 4와 같다. 벽체 구조인 경우는 유공층 섬유판 덮개 24mm+ 진공단열패널 30mm+3개층 보드 27mm+ 설치용 스페이서 27mm+3개층 보드 27mm +집섬플라스터 보드판 마감 12mm 로 구성되었다. 천정 설치방법은 쪽 마루판 마감 10mm + 바닥판 65mm + 단열재 20mm + 3개층 보드판 30mm + 중공층 119mm + 3개층 보드판 30mm 로 구성된 디테일이다.

요소의 접합부, 모서리, 창호에 사용되는 수평벽체에 설치하는 경우의 표준설계 디테일은 그림 5와 같다. 벽체 구성방법은 위에서 언급한 벽체구조와 동일한 설치 방법을 따른다.

4. 진공단열패널의 사용-제안사항

진공단열패널은 신소재이상의 그 무엇이다. 이 패널은 하나의 요소라기보다는 복합성과 민감성을 겸비한 하나의 시스템으로 간주되어야한다. 그러기 때문에, 패널제작 기획과 설치과정동안 전문가들에 의해 가능한한 조속하게 관련된 문제점이나 우려할만한 사항이 전달되어 확인되는 것이 중요하다. 진공단열패널이 건설분야 어느 단계에서 사용되더라도, 책임있는 전문가가 패널이 설계되어 설치되는 과정에서 패널에 대한 특성에 관한 충분한 지식을 갖고 다루어야 한다.

진공단열패널의 요소기술과 시스템을 공장제작하는 과정, 그리고 현장설치과정에서 다루어야할 가장 중요한 권고사항은 아래와 같다.

- 가능한한 사각형으로 그리고 크게 패널을 제작(최소크기는 0.5×0.5 ㎡)

- 패널외피가 알루미늄 호일로 구성되어 있을 경우, (오늘날, 대부분 다중 필름박막이 사용되고 있음) 2중 호일 층으로 구성하고, 최소한 각 호일 층은 최소한 5cm 간격으로 중첩된다.

진공단열패널은 기계적인 손상으로부터 철저하게 보호되어야 한다. 이는 기능적인 하중, 우연한 하중, 후속적인 제어 관리하는 상황에 동등하게 적용한다. 진공단열패널은 기밀성이 있는 단열시스템으로, 패널 내부 단열재의 층과 두께를 다양하게 구성할 수 있다.

진공단열패널 각각 또는 전체 면적이 탈락 또는 박리되는 현상은 계획단계에서 그리고 시공과정에서 위험요소로 미리 염두에 두어야 한다. 간혹, 진공단열패널이 손상되거나 탈락될 경우, 교체해야 할 패널은 정상적인 기능을 수행하는 지 여부에 따라 결정하여야 한다. 일반적으로 교체여부 결과를 확인하기가 쉽지 않으므로, 손상부위를 갖고 있는 패널의 열관류율이 요구되는 값을 상회하면 만족한 것으로 판단되며, 진공기밀성이 손실되더라도 압축력 또는, 응축력의 손실 위험은 없는 것으로 확인된다.

▣ 원문제목 : Vacuum Insulation in the Building Sector - Systems and Applications