외단열 시스템(EIS, Exterior Insulation System)의 특성 및 고려사항

외단열 시스템(EIS, Exterior Insulation System)은 건축분야에서 지속가능하고 효율적인 에너지 사용을 추구하며, 열교현상을 최소화하고 구조물을 보호하는 경제적인 마감 방식 중의 하나입니다. 외단열 시스템은 단열재와 특별한 코팅을 활용하여 건물의 외부에 설치되어 에너지 손실을 방지하여 환경 친화적인 건물 구조를 만듭니다. 본 글에서는 외단열 시스템의 주요 특성과 고려사항을 다루어 보겠습니다.  

 

외단열 시스템 (Exterior Insulation System)의 특성

외단열 시스템 혹은 EIS(Exterior Insulation System)는 열교현상(Thermal Bridge, Heat Bridge)을 최소화하고 열팽창과 수축으로부터 구조물을 보호하기 위해 단열재를 구조 프레임 외부에 설치하는 것입니다. 이것은 1960대 후반 드라이비트(Dryvit) 사의 설립자이며 현재 회장인 프랭크 모실리(Frank Morsilli)에 의해 처음 도입 되었습니다. 올라가는 에너지 비용이 이 제품에 대한 소비 수요의 증대를 기여했습니다. 외단열 시스템의 주요 요소는 단열재와 시멘트나 아크릴 피복의 보호용 코팅으로 되어 있습니다. 코팅 두께는 0.8㎜ 정도로 얇은데, 모든 입면에 동일한 외관을 유지하면서 기후에 따른 단열 기준을 충족시키기 위하여 변할 수 있습니다. 초기의 외단열 시스템은 충격에 대한 저항력, 시공작업, 그리고 전반적인 품질관이 등에 문제가 있었습니다. 피복면에 일어나는 충격에 의한 손상 문제는 보강재에 의해 부분적으로 해결되었지만, 유지관리와 보안문제는 설계과정에서 여전히 제기되는 것들입니다. 

둘러싸고 있는 여러 겹의 외피 중에서 특히 에너지 매스와 함께 단열재가 어디에 위치하느냐에 따라 에너지 절약의 지리 결정되는 기후 지역을 많이 볼 수 있습니다. 예를 들어 남서부의 두꺼운 조적벽은 낮 동안 열의 유입을 저지하고 밤에는 열의 유출을 늦추기 위해 사용됩니다. 큰 매스의 벽 외부에 위치한 단열재는 건물에서 열의 유출을 저지하고, 열 탱크로서의 벽체 열용량을 강화시키며 동시에 침투를 줄입니다. 색상은 열을 흡수하거나 반사시키기 위해 선택될 수 있습니다. 덧붙여 치장 몰탈의 용이한 패턴 구현은 시각적 통합을 위해 이 재료가 지니는 잠재력에 기여합니다. 

피복 코팅은 다양한 색과 마감으로 이룰 수 있습니다. 외단열 시스템은 거의 모든 바탕면에 응용할 수 있고 개선 공사에도 잘 맞습니다. 이것의 사용으로 상세를 단순하게 만들 수 있습니다. 그것들은 프레임 없이 유리와 접할 수 있으며, 별도의 익스팬션 조인트(Expansion Joint)가 필요 없고, 일정한 외관을 위해 유사하지 않은 다른 재료들을 덮어 가릴 수 있습니다. 외단열 시스템은 역사 보존작업에도 사용되는데, 이것으로 석재 조각이나 테라코타(Terra-cotta), 그리고 더 이상 없거나 구하기 힘든 기타 재료들의 모양을 복제할 수 있습니다. 

이론적으로 피복 코팅은 바탕면이 그려내는 어떤 형태에도 응용될 수 있습니다. 굴뚝과 같이 돌출된 부분에도, 다른 평탄한 면에서와 같이, 동일한 보호 코팅을 하나의 단열 막으로서 연속하여 응용할 수 있습니다. 이 코팅은 45도 이상 기울어진 부분에도 사용될 수 있습니다. 보편적으로 이러한 시스템의 사용은 치장 몰탈이나 PC 콘크리트(Precast Concrete) 벽체에서 관습적으로 볼 수 있는 전통적인 형상을 따르고자 하는 시도입니다. 

 

외단열 시스템의 고려사항  

● 코팅

피복 코팅은 일반적으로 2가지 종류가 있으며, 이는 아크릴 폴리머(Acryl Polymer)를 주재료로 한 코팅, 또는 PB(Polymer-based)라는 것과 변형 폴리머 시멘트코팅, 또는 PM(Polymer-modified)이라는 것입니다. 아크릴계 코팅은 매우 유연하며, 얇은 코팅에 사용이 가능합니다. 그것들은 대체로 공장에서 미리 혼합되어 나오고, 색상의 지속성이 매우 뛰어납니다. 그러나 그것들은 시멘트계 코팅보다 충격에 견디는 내성이 약합니다. 시멘트계 코팅은 더 단단하고 두껍게 사용되어야 합니다. 아크릴계 피복재만 사용하는 제품이 있기는 하지만, 대부분의 제품은 시멘트계 코팅과 아크릴계의 마감 코팅으로 혼합하여 사용합니다. 

대부분의 제조업체들은 그들의 생상표에서 볼 수 있는 것 외에 별도의 주문된 색상을 만듭니다. 사용 가능한 쇠흙손이나 기계에 의한 마감은 석회암이나, 패턴 콘크리트, 그리고 노출 콘크리트를 모장하는 것만이 아니라 흔히 쓰이는 모든 유형의 치장 몰탈 마감을 포함합니다. 

 

● 충격에 대한 저항력

피복재에 대한 충격 손상의 문제는 보강을 통해 부분적으로 해결됩니다. 바탕과 마무리 코팅은 와이어매쉬로 보강될 수 있는데, 많은 제조업체들은 보강재로 유리섬유로 된 직물의 사용을 선호합니다. 어떤 코팅은 내부 자동차 범퍼나 잔디 깎기 기계와 같이 예상치 못한 충격에 대한 보호와 함께, 침입자에 의한 의도적인 관통 역시 설계 시 고려되어야 합니다. 

 

● 단열

팽창 폴리스티렌(EPS, Expanded Polystyrene)을 이나 비드 보드 (Dead Board)는 가장 흔히 사용되는 단열재입니다. 다른 종류의 단열재도 이용이 가능하나 두 종류가 가장 낳이 사용됩니다. 외단열 시스템과 함께 사용되는 모든 유형의 경성 단열재는 가연성입니다. 몇몇의 유리섬유 단열재 제조업체들은 화재 안정성을 향상하기 위한 계획 및 시공이 필요합니다. 

 

● 유지보수

외단열 시스템은 색이 잘 바래지 않고, 수리가 편하며, 차후 필요하면 재코팅이 가능합니다. 재코팅 시 재코팅전용 피복재를 사용하는 것이 좋습니다.  

 

● 시공

외단열 시스템은 피복이 현장에서 마무리되거나, 미리 조립된 패널 형태로 설치할 수도 있습니다. 현장에서 피복하는 것이 비교적 일반적이며 경제적입니다. 피복 마감은 신속히 이루어지며 절차도 기술적으로 복잡하지 않습니다. 바탕면에 단열재를 붙이는 방법의 적합성에 대해서는 약간의 이견이 있는데, 특히 바탕면이 석고보드일 때 더욱 그렇습니다. 바탕면의 고정은 화스너(Fastener)를 이용한 기계적인 고정과 액상접착제를 이용한 고정을 함께 진행합니다. 특히 화스너 고정 시 열교 방지용 화스너를 이용하여 열교를 방지하고, 액상접착제는 테두리에 꼼꼼히 발라 연돌현상(Stack Effect)에 의한 화재의 확산을 방지합니다.  

 

● 구조

외단열 시스템의 주요한 이점 중 하나는 구조물에 하중 부담을 주지 않으며 열과 습기로부터 보호할 수 있다는 점입니다. 그러나 구조가 경량형강 프레임에 의해 지탱된다면, 건축가는 그 프레임에 허용될 수 있는 적절한 변형을 결정해야 합니다. 대부분의 제조업체는 적절한 허용될 수 있는 적절한 허용 변형치로 L/240을 추천하지만 건물의 다른 요소들 역시 고려해야 하며, 특히 외단열 시스템이 스팬드럴 부분에 사용되는 건물에서의 창호와 같은 경우의 설계에도 주의가 필요합니다. 

 

마무리

외단열 시스템은 중소규모 건축에서 에너지 효율성과 구조물의 보호를 위한 경제적인 설루션 중 하나입니다. 기술의 발전과 연구를 통해 초기의 문제들이 개선되어 가면서, 외단열시스템은 다양한 건물 유형 및 환경에서 활용되고 있습니다. 적절한 코팅 선택, 충격에 대한 보강, 효과적인 단열재 활용 등이 건축가들과 시공자들에게 중요한 결정 사항이 되고 있습니다. 이러한 특성과 고려사항을 종합적으로 고려함으로써, 외단열시스템을 통한 건물 디자인 및 시공의 효율성을 높일 수 있을 것입니다.