[에너지단열경제]이승범 기자
열의 기준 열전도율과 열관류율
열전도율-열이 이동하는 속도, 열관류율-열이 관통해서 흐르는 정도
단열의 사전적 의미는 '물체 사이에 존재하는 열의 이동을 차단하는 것'이다.
하지만 이론적으로 열의 이동을 완전히 막는 것은 불가능하다.
단열은 열학법칙을 이해해야 한다.
높은 온도의 물체 A와 낮은 온도의 물체 B를 접촉시킬 경우 A의 온도는 낮아지고 B의 온도는 높아지면서 결국 두 물체의 온도가 같아지는 '열적 평형상태'에 이르게 된다.[열역학 제0법칙]
이때 열에너지는 반드시 온도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 이동한다.[열역학 제2법칙]
그리고 이 두 법칙은 어떠한 경우에도 예외 없이 적용된다.
열적 평형은 뜨거운 물체와 차가운 물체를 접촉시키면 온도가 낮은 쪽으로 열에너지가 이동하여 서로 온도가 같아지는 상태를 의미한다.
이를 건물에 적용해보면, 아무리 좋은 단열재를 썼더라도 외기와 접촉하는 이상 결국 내부의 열기는 외부로 빠져나가게 된다는 것을 뜻한다.
다만 단열이 잘 되어 있으면 그 열기가 빠져나가는 데 좀 더 '오랜 시간'이 걸릴 뿐이다.
그렇다면 단열재의 성능이라는 것도 '어떤 시간 동안 얼마나 많은 열량이 빠져나가느냐'로 정의해볼 수 있다.
이 때의 개념이 열이 전달되는 정도, 즉 '열전도율(Thermal Conductivity)'이다.
프라이팬의 손잡이를 플라스틱으로 만드는 이유는 뜨겁게 달궈진 프라이팬의 열기가 손으로 전달되는 것을 최대한 늦추기 위해서다. 즉, 플라스틱의 열전도율이 금속보다 훨씬 낮다는 사실을 실생활에 적절히 응용한 것이다.
어떤 재료의 열전도율이 높다는 것은 동일조건에서 같은 시간에 더 많은 열을 이동시킨다는 뜻이다.
여기서 '동일조건'은 '재료의 두께 1m, 양측의 온도차 1℃'로 정한 것이다.
그리고 '같은 시간을 기준으로 이동하는 열량'은 단위시간 동안 한 일의 양을 의미하는 와트, 즉 W를 사용한다.
또 K는 절대온도를 나타내는 단위로 캘빈이라 읽는데, ℃와 같은 의미다.
철근콘크리트의 열전도율은 2.3W/mK로, 단열재로 사용되는 스티로폴의 0.034에 비해 68배나 높다.
즉, 스티로폴이 철근콘크리트에 비해 단열성능이 68배나 좋다는 뜻이다.
결론적으로 열전도율은 두께가 1m인 물체의 온도차를 1℃로 유지했을 때, 이를 통해 이동하는 시간당 열량(W)을 측정한 것을 뜻하며 자재의 단열성능을 나타내는 지표로 사용된다.
열관류율은 u-value라고도 불리며 열이 관통해서 흐르는 정도를 뜻한다.
건물의 부위별 단열성능을 나타내는 지표로 널리 사용된다.
안팎의 온도차를 1℃로 유지했을 때 면적 1m2의 판재를 통해 전달되는 시간당 열량(W)을 측정한 것으로, 재료의 열전도율을 실제 두께로 나누어도 같은 값을 얻을 수 있다.
열관류율이 높다는 것은, 더 많은 에너지가 그 곳을 관통해서 흘러나가므로 단열성능은 그만큼 떨어진다는 것을 의미한다.
실제로 패시브하우스에서 요구하는 단열조건도 '벽체의 열관류율은 0.15W/m2K 이하'와 같은 식으로 표현한다.
[저작권자ⓒ 에너지단열경제. 무단전재-재배포 금지]
