Special 에너지 절감 스마트 건물용 핵심소재 및 공정기술 개발 동향(1)

건물 단열과 화재 확산 방지용 하이브리드 복합소재 개발

장가빈_코스모폴㈜ 대표이사

1. 머리말

폭염, 폭서, 홍수 등 이상 기후에 대해 세계는 지구 온난화에 따른 환경보존과 에너지 소비 감축을 위해 다양한 국제적 합의를 도출하고 있다. 이에 따라 국내 건축부문에서도 2021년 12월 국토교통부가 2050 탄소중립로드맵을 발표하고 앞으로 국내의 거의 모든 건물에 대해 제로에너지 건물(Zero Energy Building)을 의무화하겠다고 한다. 제로에너지 건물이 되기 위해서는 친환경 에너지를 생산하는 것 외에도 에너지 사용량과 손실을 줄이기 위해 고성능 단열재를 사용해야 한다는 것이 기본적인 전제조건이어서 그동안 국내 단열재 업계는 보다 우수한 단열성능의 제품을 공급하기 위해 경주해 왔다.
  국내 단열재 시장은 크게 무기계 단열재와 유기계 단열재로 나뉘는 데 글라스울로 대표되는 무기계 단열재는 건축용 단열재로서의 성능은 나쁘지만 내화성능이 요구되는 곳에 시공되고 있고, 스티로폼으로 대표되는 유기계 단열재는 우수한 단열성능과 간편한 시공성, 저렴한 가격으로 보편적으로 사용되어왔다.

표 1. 건축용 단열재의 종류와 특징 (코스모폴(주) 제공)

  건축물의 단열은 건물의 내부에 단열재를 붙여 각각의 실내 공간을 단열하는 내단열과 건물의 외부를 단열재로 감싸 시공하는 외단열이 있는 데, 내단열은 외벽을 통한 열전달을 막기가 어렵고, 내·외벽의 온도 차에 의한 결로가 생기며, 실내 공간이 좁아지는 단점이 있어 단열 측면에서는 외단열이 더 좋은 시공법이다. 그러나 건물의 외벽에 유기 단열재를 붙이는 외단열은 작은 화재로도 건물 전체를 태우는 대형화재의 위험이 있어 급기야 2019년 건축법을 개정해 건축용 외벽마감재는 준 불연 이상의 성능을 가질 것을 요구하게 되었다. 그에 따라 단열성능의 고도화에 집중하던 국내 유기 단열재 업계는 단열성능보다 불에 강한 유기 단열재를 만들어야 한다는 중대한 도전에 직면하게 되었고, 이렇게 무주공산이 된 건축용 준불연 단열재 시장에는 새로운 제품들의 등장이 예견되고 있다.

2. 본론

몇 차례의 대형화재를 겪고 난 뒤 지난 2019년에 국회는 건축물의 마감재료 등에 대한 법률인 건축법 제52조를 수정하여 건물의 외벽에 준 불연 등급 이상의 난연성능을 가진 마감재료를 사용하도록 규정하였고, 건축법시행령 제61조와 건축물의 피난, 방화구조 등의 기준에 관한 규칙 24조에 적용대상 건물과 난연성능에 대한 기준을 정하였다.
  난연성능은 크게 불연, 준불연, 난연으로 분류하며 불에 타는 정도를 시험하는 열방출시험과 화재시 발생하는 가스의 유해성을 시험하는 가스유해성 시험을 통하여 성능을 구분하는 데 우리나라의 난연성능 규정은 세계에서 가장 높은 수준이다.

표 2. 마감재료의 난연성능 및 화재 확산 방지구조 기준

[시행 2021. 3. 29.] [국토교통부고시제2020-1053호, 2020. 12. 28., 일부개정]

  스티로폼 단열재는 불에 타도 유해한 가스의 발생이 적지만 워낙 불에 약해 열방출 시험을 통과하기가 어렵다. 그래서 스티로폼 원료(레진)에 탄소를 섞거나 탄소 코팅 등을 통해 불에 덜 타게 하는 연구를 하고 있으나 난연 정도의 기준을 만족할 뿐 준불연 성능에 도달하게 되면 열선 가공 등이 불가능해지는 등 스티로폼의 장점이 사라진 제품이 된다. 경질우레탄폼 단열재는 자체로 자기소화성을 가지고 있어 원료를 약간 보완하면 열방출 시험을 통과할 수는 있으나, 원료에 섞여 있는 이소시안 성분이 불에 탈 때 맹독성 시안산 가스를 방출하여 가스유해성 시험 기준을 통과하는 것은 불가능한 일로 여겨졌다. 이런 시장의 변화는 페놀폼 단열재에게 매우 좋은 기회를 부여했다. 유기단열재의 한 종류인 페놀폼 단열재는 페놀과 포름알데히드를 원료로 제조되는 제품인데, 단열 성능은 우레탄폼 단열재 보다 약간 우수하지만 소재가 산성이고, 흡수율이 높아 콘크리트와 철근 등의 부식을 가져올 우려가 있으며, 포름알데히드 방출로 건축용 소재로 쓰기엔 적당하지 않은 소재로 여겨져 왔던 제품이지만, 열에 강해 제일 먼저 준불연 유기단열재로 출시되었고, 당연하게도 준불연 단열재 시장을 선점하게 되었다.

그림 1. 건축용 단열재

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