[글로벌 기술 산책 12편] 단열은 어디까지 해야 하나 — 두께와 재료, 그리고 비용
지난 편에서 U값의 뜻을 정리했고, 패시브하우스의 벽이 0.10에서 0.15 W/(㎡·K) 사이여야 하는 까닭을 보았습니다. 이번 편은 그 다음 물음입니다. 그 값을 내려면 무엇을 얼마나 두껍게 써…
지난 편에서 U값의 뜻을 정리했고, 패시브하우스의 벽이 0.10에서 0.15 W/(㎡·K) 사이여야 하는 까닭을 보았습니다. 이번 편은 그 다음 물음입니다. 그 값을 내려면 무엇을 얼마나 두껍게 써야 하는가, 그렇게 해서 비용에 맞는 효과가 있는가, 실제로 지어 보니 어떠했는가입니다.
원문은 패시피디아의 단열 항목입니다. 9편에서 연구 결과로 보았던 경제성을 여기서는 벽 한 장의 계산으로 다시 보여 줍니다.
1. 원칙
단열의 대상은 외피 전체입니다. 외피는 안과 밖을 가르는 모든 부위를 말하고, 날씨와 관계없이 실내를 쾌적하게 유지하는 역할을 합니다.
추운 때에는 실내가 바깥보다 따뜻하므로 열이 외피를 지나 빠져나갑니다. 빠져나간 열을 채워 넣지 않으면 실내는 바깥 온도를 따라 식습니다. 더운 기후나 더운 철에는 반대로 열이 외피를 지나 들어옵니다. 그래서 어떤 기후에서든 외피를 오가는 열을 줄이는 것이 합리적이라고 원문은 적습니다.
원문이 원칙으로 내세우는 것은 다음과 같습니다.
ㆍ좋은 단열은 어떤 구조 방식으로도 가능합니다. 조적조, 목구조, 조립식 부재, 거푸집 블록 공법, 철골조와 온갖 혼합 구조에서 이미 실현되었습니다
ㆍ기존 건물에도 언제든 높은 수준의 단열을 더할 수 있습니다
ㆍ할 것이면 제대로 합니다. 단열에서 아끼지 않습니다
ㆍ중요한 것은 단열이지 축열이 아닙니다
마지막 항목은 오래된 논쟁이라 다음 편에서 따로 다룹니다.
기존 건물에서는 전체 열 손실의 70% 이상이 외벽과 지붕으로 빠져나갑니다. 그래서 단열을 고치는 것이 에너지를 줄이는 가장 효과적인 방법이고, 동시에 쾌적을 높이고 구조체의 손상을 막는 일이기도 합니다.
2. 패시브하우스의 수준
패시브하우스의 외벽과 바닥 슬래브, 지붕의 U값은 0.10에서 0.15 W/(㎡·K) 사이입니다. 중부유럽 기후를 기준으로 한 값이고 기후에 따라 조금 높거나 낮아집니다. 원문은 이 값이 구조 방식을 가리지 않는 기준일 뿐 아니라, 에너지 가격을 놓고 따져도 비용 효율이 가장 좋은 값이라고 적습니다.
이 수준에 이르면 추운 때의 열 손실이 무시할 만큼 작아집니다. 그리고 실내 쪽 표면의 온도가 실내 공기의 온도와 거의 같아집니다. 어떤 난방 방식을 쓰든 그렇습니다. 실내가 매우 쾌적해지고 습기로 인한 손상을 확실하게 막을 수 있는 것은 이 때문입니다.
3. 얼마나 두꺼워야 하는가
원문에 표가 하나 있습니다. 한 가지 재료만으로 벽을 만든다고 할 때, 패시브하우스의 전형적인 U값인 0.13 W/(㎡·K)을 내려면 그 재료가 얼마나 두꺼워야 하는지를 적은 것입니다. 괄호 안은 열전도율(W/(m·K))입니다.
ㆍ철근콘크리트(2.3) : 17.3 m
ㆍ속이 찬 벽돌(0.8) : 6.02 m
ㆍ구멍 뚫린 벽돌(0.4) : 3.01 m
ㆍ침엽수 목재(0.13) : 0.98 m
ㆍ다공질 벽돌·기포 콘크리트(0.11) : 0.83 m
ㆍ짚(0.055) : 0.41 m
ㆍ일반적인 단열재(0.04) : 0.30 m
ㆍ품질이 좋은 일반 단열재(0.025) : 0.19 m
ㆍ상압 나노 다공질 초단열재(0.015) : 0.11 m
ㆍ진공단열재, 실리카(0.008) : 0.06 m
ㆍ진공단열재, 고진공(0.002) : 0.015 m
콘크리트로는 17미터, 통나무로도 1미터 가까이 쌓아야 합니다. 표가 말하는 것은 분명합니다. 현실적인 두께의 벽으로 이 성능을 내려면 단열의 몫을 단열재가 맡아야 합니다. 구조는 구조재가, 단열은 단열재가 맡는 조합이 자연스럽고, 경우에 따라서는 그렇게 할 수밖에 없습니다. 콘크리트 벽 바깥에 단열재를 붙이는 방식이 그런 예입니다.
원문이 표에서 끌어내는 실무의 숫자는 이렇습니다.
ㆍ미네랄울, 폴리스티렌, 셀룰로오스 같은 일반 단열재는 약 30 cm
ㆍ흔히 쓰는 폴리우레탄 폼 단열재라면 20 cm까지 줄일 수 있습니다
ㆍ짚단으로 쌓은 벽도 50 cm가 넘으면 패시브하우스에 쓸 수 있습니다
ㆍ진공단열재는 아주 얇으면서 단열이 뛰어난 부위를 만들 수 있게 해 줍니다
4. 비용에 맞는 효과가 있는가
패시브하우스 수준의 단열은 감당할 수 없는 비용이라는 생각이 널리 퍼져 있다고 원문은 적고, 직접 계산해 보자고 합니다. 독일의 수치로 한 계산이므로 결과는 예시로 보아야 합니다.
외벽 100㎡를 놓고 봅니다. 난방 에너지의 값은 kWh당 6.6센트로 잡았습니다.
ㆍ단열이 거의 없는 오래된 벽, U값 1.25 : 한 해 9,750 kWh가 빠져나가고 그 열을 채우는 데 644유로가 듭니다
ㆍ패시브하우스 수준으로 단열한 벽, U값 0.125 : 한 해 975 kWh, 64유로입니다
손실이 10분의 1로 줄고, 해마다 580유로가 절약됩니다.
원문이 제안하는 방법은 이렇습니다. 외벽을 다시 칠하거나 미장을 고칠 때를 기다립니다. 그때 비계와 도장에 드는 약 2,500유로는 단열을 하지 않아도 어차피 써야 하는 돈입니다. 그리고 해마다 절약되는 580유로를 그대로 원리금으로 갚아 나가는 20년짜리 대출을 받습니다. 금리를 약 3.5%로 보면 빌릴 수 있는 돈이 약 8,300유로입니다. 어차피 쓸 2,500유로를 더하면 약 10,800유로를 외벽 공사에 쓸 수 있습니다.
절약한 돈을 그대로 대출 갚는 데 쓴다면 남는 것이 없지 않으냐는 물음에 원문은 다섯 가지로 답합니다.
ㆍ앞으로의 에너지 가격은 이 계산에 쓴 값보다 높을 가능성이 큽니다
ㆍ단열은 적어도 40년을 갑니다. 외벽은 15년에서 25년마다 다시 칠해야 하지만 그것은 단열하지 않은 벽도 마찬가지입니다. 20년의 상환이 끝난 뒤에도 단열은 비용 없이 에너지를 계속 절약합니다
ㆍ그 밖의 이점은 모두 덤으로 얻는 것입니다. 차가운 모서리가 없어지고, 가구 뒤에 곰팡이가 피지 않으며, 찬 복사와 바닥에 깔리는 냉기가 없는 실내가 됩니다
ㆍ신축이거나 전면 개보수라면 패시브하우스 기준에 한 걸음 더 다가갑니다
ㆍ여러 나라의 저리 융자 같은 지원은 이 계산에 넣지도 않았습니다
5. 지어 보니
원문은 지어진 패시브하우스에서 확인된 것을 정리합니다.
ㆍ대부분의 구조에는 단열을 넣을 자리가 충분합니다. 자리가 없거나 자리를 만드는 데 비용이 든다면 성능이 더 좋은 단열재를 쓰면 됩니다
ㆍ두꺼운 단열은 다루기 쉽습니다. 제대로 시공한다면 얇은 단열보다 노력이 더 들지 않습니다. 재료비는 늘지만 단열재는 비교적 싼 재료입니다
ㆍ패시브하우스에 맞는 외피는 모든 구조 방식에 마련되어 있습니다
ㆍ측정해 보니 두꺼운 단열의 효과는 기대한 그대로였습니다. 실제 열 손실은 계산한 만큼 작았고, 집은 계산에 적은 최소한의 열로 따뜻하게 유지되었습니다
열화상으로 찍은 사례가 하나 실려 있습니다. 패시브하우스의 외벽과 바닥이 만나는 자리를 안쪽에서 찍은 것인데, 표면의 평균 온도가 약 20 °C이고 가장 차가운 모서리가 19 °C입니다. 8편에서 본 곰팡이의 한계 온도가 12.6 °C였습니다. 그 온도와 비교하면 여유가 6도 넘게 있습니다.
실내 표면이 한 해 내내 고르게 따뜻하면 방 안에서 방향에 따라 느끼는 복사온도의 차이가 작아집니다. 이것이 쾌적한 실내의 전제 조건입니다. 표면이 따뜻하니 결로도 생기지 않습니다. 원문은 보통의 사용 조건이라면 패시브하우스의 외피에서 습기로 인한 손상은 사실상 배제된다고 적습니다.
단열이 두꺼우면 남은 열교도 덜 위험합니다
8편에서 "단열이 두꺼울수록 열교가 더 문제가 된다"는 편견을 다루었습니다. 원문은 이 항목에서 그 까닭을 설명합니다.
단열이 좋은 건물에서는 구조체와 안쪽 층이 두꺼운 단열로 감싸여 넓은 면이 고르게 따뜻합니다. 그래서 작은 열교가 있어도 영향을 덜 받습니다. 단열이 나쁜 건물은 구조체의 많은 부분이 이미 차갑습니다. 거기에 열교가 더해지면 표면온도가 곧 이슬점 아래로 내려갑니다.
그렇다고 열교를 그대로 두어도 된다는 뜻은 아닙니다. 패시브하우스에서도 열교는 열 손실을 늘립니다. 원문은 여유가 크더라도 설계할 때 열교를 최소로 줄이라고 권합니다.
6. 여름
원문은 단열이 여름에도 이롭다고 적고 두 가지 까닭을 듭니다.
하나는 온도 변화의 폭을 줄이는 효과입니다. 단열이 좋은 부위는 바깥 표면의 온도 변화가 안쪽으로 전해지는 폭을 크게 줄입니다. 석고보드 두 겹처럼 가벼운 구성으로도 그렇습니다.
더 중요한 것은 건물의 시정수가 길어진다는 점입니다. 단열이 좋으면 건물이 바깥 온도를 따라가는 데 시간이 오래 걸립니다. 그래서 실내의 축열체가 제 역할을 다할 수 있습니다. 원문은 중부유럽의 패시브하우스라면 밤에 환기해서 식혀 두면 낮 동안 내내 쾌적하게 시원하다고 적습니다. 단, 햇빛이 들어오는 양을 적절히 제한한다는 조건이 붙습니다.
그리고 여름도 겨울만큼 꼼꼼하게 계획해야 한다고 덧붙입니다.
7. 우리 상황에서 달리 읽어야 할 대목
법정 기준의 숫자는 이미 가까이 와 있습니다
국내 「건축물의 에너지절약설계기준」이 정한 외벽의 열관류율 기준은 외기에 직접 면하는 경우 다음과 같습니다.
ㆍ공동주택 : 중부1지역 0.150 · 중부2지역 0.170 · 남부지역 0.220 · 제주도 0.290 W/(㎡·K) 이하
ㆍ공동주택 외의 건물 : 0.170 · 0.240 · 0.320 · 0.410 W/(㎡·K) 이하
중부1지역의 공동주택이라면 숫자로는 패시브하우스 범위의 끝에 해당합니다. 그러나 숫자가 가깝다고 해서 법정 기준대로 지은 집이 패시브하우스에 가까운 것은 아닙니다. U값은 벽 가운데의 일반 부위를 두고 매긴 값입니다. 접합부의 열교와 외피의 기밀은 이 숫자에 들어 있지 않습니다. 6편에서 본 열교 없는 설계, 8편에서 본 표면온도의 조건, 그리고 기밀과 창, 열회수 환기가 함께 갖추어져야 벽의 U값이 제 역할을 합니다.
밤공기로 식히는 방법은 우리 여름에 통하지 않습니다
6절에서 원문은 밤에 환기해서 식힌다고 했습니다. 중부유럽이라는 단서를 붙여서 한 말입니다. 우리 한여름은 밤에도 기온이 충분히 내려가지 않고 습도가 높아, 밤공기를 들여서 식힐 수 있는 날이 많지 않습니다.
단열이 여름에 이롭다는 사실은 그대로입니다. 밖에서 들어오는 열을 막고 실내의 변화를 늦추는 효과는 기후와 상관없습니다. 다만 우리 여름에는 그 위에 차양으로 햇빛을 막고, 남는 열과 습기는 냉방과 제습 설비로 덜어 내는 계획이 더해져야 합니다.
유로로 한 계산
4절의 금액과 금리는 독일의 것입니다. 9편에서 말씀드린 대로 가져올 수 있는 것은 셈법입니다. 어차피 해야 하는 공사에 단열을 묶고, 해마다 절약되는 에너지 비용으로 그 공사비를 갚아 나갈 수 있는지를 따져 보는 방법입니다.
참고한 자료
이 글은 패시피디아(Passipedia)의 다음 항목을 바탕으로 정리했습니다.
ㆍThermal insulation
3절의 두께 표와 4절의 계산은 원문에 실린 값이며, 4절의 금액과 금리는 당시 독일의 조건입니다. 국내 외벽 열관류율 기준은 「건축물의 에너지절약설계기준」 별표1 (국토교통부고시 제2025-738호, 2025년 12월 16일 시행)을 따랐습니다. 원문 : https://passipedia.org
이 글이 만들어진 과정
이 연재는 독일 패시브하우스연구소가 운영하는 기술 자료집 패시피디아를 교재로 삼습니다. 항목을 순서대로 짚어가며 다룰 주제를 나누고, 각 주제가 우리 기후와 국내 기준에서 어떻게 달리 읽혀야 하는지를 함께 정리합니다.
원문을 요약하고 얼개를 잡는 초벌 작업에는 생성형 AI의 도움을 받았습니다. 다만 원문을 그대로 옮기지 않도록 문장은 새로 쓰게 하였고, 마지막으로 제가 내용을 확인하고 다듬은 뒤 올립니다. 국내 기준과 수치는 따로 확인하여 덧붙였습니다.