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단열재별 기술개발 중심 시장동향 분석

시험인증 전망·최신 개발추세 등 각계 현황 소개



화학경제연구원(원장 박종우)은 3월28일 여의도에 위치한 전경련회관 컨퍼런스센터 다이아몬드홀에서 ‘제11회 건축 및 산업용 단열재 기술 세미나’를 개최했다고 밝혔다. 

이번 세미나는 온‧오프라인으로 진행됐으며 현장에는 단열재 원료사, 자재사 등을 비롯한 관련업계 관계자 약 200여명이 참석했다. 

세미나는 크게 △화재안전기준 및 제로에너지건축정책 대응방안 △준불연과 불연단열재 시장 및 기술개발 동향 등으로 진행됐다.

채승언 한국건설기술연구원 수석연구원은 ‘건축물 마감재료에 대한 난연성능 및 실물모형시험 현황 및 향후 인증 전망’을 주제로 발표했다. 

채 수석연구원은 KS F ISO 5660-1(콘칼로리미터 시험방법)에 명시된 시험체가 녹아서 바닥면이 보이는 용융 등이 없어야 하며 시험체 두께의 20%를 초과하는 일부 용융 및 수축이 없어야 한다는 열방출률시험 시 조항에 대해 “현재 콘칼로리미터시험 성능기준에서 일부 용융 및 수축에 대한 성능기준 명확화를 검토하고 있다”라며 “국토교통부와 관련시험방법에 대한 검토 중”이라고 말했다. 

이어 “가스유해성시험(KS F 2271)에 사용되는 실험용 쥐에 대한 동물윤리 문제를 해결할 필요가 있다”라며 “실험용 쥐를 대체할 수 있는 시험방법을 연구 검토할 예정”이라고 밝혔다. 

채 수석연구원은 복합자재(샌드위치패널) 구조에 대한 화재연소 시험방법에 대해 “건축자재 등 품질인정 및 관리기준 제26조에 따라 성능기준을 유지하는 한편 실물모형시험을 치르지 않고 사용가능한 표준구조(가칭) 개발해 고시화 추진을 검토할 예정”이라며 “샌드위치패널 표준구조 개발 요구에 대한 실효성을 검토가 이뤄질 것”이라고 강조했다.  

올해 1월31일 문경 육가공공장 화재사고에 대해 소방에서 화재예방 개선방안으로 샌드위치패널의 심재 난연성능 강화가 제안됐으며 이에 따라 샌드위치패널의 유기질 심재를 무기질 심재를 사용할 수 있도록 하는 방안이 제시됐다. 

또한 KS F 8414(건축물 외벽마감재료 실물모형시험)에 대해 성능기준은 유지하면서도 실물모형시험없이 사용가능한 표준구조(가칭)를 개발 필요성에 따라 단열, 시공 등 문제점에 대한 해결방안을 검토할 예정이다. 건설연은 현재 화재확산방지구조가 습식마감시스템에만 적용돼 왔으나 건식마감시스템에도 시험면제 등이 가능토록 조치하기 위해 내년부터 법제화를 위한 수순으로 ‘나라고’를 통한 신청절차를 거쳐 시행될 수 있도록 절차를 밟을 예정이다. 

뿐만 아니라 건식 외부 마감시스템 실물모형시험 수요 대응과 수직화재확산 방지를 위한 표준구조를 개발할 예정이다. 

채승언 건설연 수석연구원은 “화재확산방지구조에 대해 연구를 통해 법제화할 수 있으며 가능토록 할 계획이 있다”라며 “이르면 내년부터 연구용역을 통해 진행할 예정으로 기존 화재확산방지구조와 같이 사용할 수 있는 토대를 마련해보려 한다”고 밝혔다. 

강재식 건설연 선임연구원은 ‘건축용 단열재 기술개발 현황 및 전망’을 주제로 발표를 이어갔다. 

건축용 단열재 국가표준(KS) 현황 및 이슈에서는 △KS M 3871-1(우레탄 단열재 품질기준) 합리화 △무기 단열재 표준(KS L 9102, KS L 9106) 합리화 △저방사 복합 단열재 표준 제정 보류 △진공단열재 표준 제정 보류 △외단열건축 표준 제정 추진 등이 소개됐다. 

KS M ISO 4898 개정(안) 국가표준 주요사항으로 △시험시료 전처리 조건 명문화 △건축용 단열재 4종(EPS‧XPS‧PUR‧PF) 밀도 제조자 제시 △압축강도‧치수안전성‧압축크리프‧수증기 투과도‧흡수성‧굴곡파괴 하중 △초기 열전도율 28일 대기환경 전처리 후·시험기관 24시간 전처리 후 시험 △KS M ISO 11561 시험법 기반 건축용 단열재 3종(XPS·PUR·PF) 대상 제조값 제시로 장기 열 저항 표기 △EPS단열재 연소성 기준 HF-2로 변경 △난연성 평가 목적 KS F ISO 5660-1(열방출량), KS F 2271(가스유해성) 시험항목 신설 등이 강조됐다. 

경시변화 물성 특성 1차연구에 따르면 발포가스 확산 및 외부 공기 침투로 단열재 내부 셀의 가스치환이 급격히 변화한다. 일반적으로 5년 이내 변화가 끝나는 1단계 변화를 거쳐 외부 공기 침투가 중단되며 셀의 발포가스가 서서히 외부로 치환되는 2단계 변화는 10년 이상에 걸쳐 진행된다. 

강재식 건설연 선임연구원은 단열재 경시변화에 대해 “건축물 에너지절약설계기준 등 제도 반영 필요성이 제기되고 있으며 방안이 검토되고 있다”라며 “2025년 제로에너지건축물 의무화 전면확대 시행을 고려한 제도 적용방안 검토가 필요하다”고 말했다. 

또한 “정책적 관점, 기술적 관점, 산업적 관점, 국제 추세, 표준 관점, 시장 민감도, 제도관리 등 종합적인 검토가 필요한 시점이므로 설계기준, 성능기준 반영방안을 검토해야 한다”라며 “그린리모델링 시 전후 에너지성능평가에 중요 인자로서 검토해야 할 것”이라고 덧붙였다. 

이외에도 강재식 선임연구원은 2022~2023년에 걸쳐 국토부가 실시한 건축안전 모니터링 현황 및 결과분석에 대해 소개했으며 자재 친환경성이 중요하다는 것을 부각했다. 

강재식 선임연구원은 “총 75개 건설현장에서 시료를 채취해 난연성능을 시험한 결과 시험 적합률 41.5%, 부적합율 58.5%가 도출됐다”라며 “이는 매우 심각한 성능수준인데 절반도 안되는 자재가 적합하다는 판정을 받은 것으로 제도상 심각한 문제가 있다고 해석할 수 있다”고 말했다. 

권인구 한국건설생활환경시험연구원(KCL) 삼척 방재화재본부 실화재센터장은 ‘단열재 및 건축자재 마감재료 화재안전기술 동향’을 주제로 발표했다. 

권인구 KCL 실화재센터장은 화재발생에 따른 건축법령의 변화방향을 소개했으며 건축법 시행령 등을 통해 내화구조(방화구획)와 방화구조 등으로 분류되는 체계를 설명했다. 

건축자재 품질인증기준은 2021년 12월13일 이후 생겨났으며 기존 시험성적서에서 인증제로 바뀌어 품질관리나 제조사 현황 등을 국가가 관리하는 제도로 변경됐다. 

이후 실화재시험이 본격 도입되면서 재료(소재)와 구조적인 부분까지 시험을 치르게 됐으며 KS F ISO 13784-1(복합자재 실물모형시험)의 경우 NFPA(미국 화재시험기준)의 5가지 요건을 준용하고 있다. 

복합자재 실물모형시험은 5가지 요건인 △시험체 개구부 외 결합부 등에서 외부로 불꽃이 발생하지 않을 것 △시험체 상부 천장 평균온도가 650℃ 초과 금지 △시험체 바닥 복사 열량계 열량이 25kW 초과 금지 △시험체 바닥 신문지 뭉치가 발화되지 않을 것 △화재 성장단계에서 개구부로 화염이 분출되지 않을 것 등을 모두 만족해야 한다. 

KS F 8414는 영국의 화재시험기준인 BS F 8414를 차용한 것으로 화재의 수직확산 여부를 측정하기 위한 시험이며 중공층·단열재 화재확산을 주로 평가한다. 

권인구 KCL 실화재센터장은 “건축자재만으로는 건축물 화재안전 담보가 어렵다”라며 “이에 따라 구조시스템까지 겸해서 화재안전성 시험을 치르고 있는 것이 세계적 추세”라고 밝혔다. 

또한 “KS F 8414의 경우 시험을 위해 정확한 온·습도 유지는 물론 2.5MW 수준의 열량을 일정하게 만들 수 있도록 노력하고 있다”라며 “KS F 8414에 투입되는 화재열량은 차량 하나를 태울만한 수준이며 함수율을 일정하게 하는 것이 핵심”이라고 강조했다. 

또한 여러 국가의 사례를 소개했으며 무기물도 탈 수 있는 소지가 있는 것은 물론 중공층도 간혹 존재해 영국은 불연재료도 시험하는 규정을 마련했다.

끝으로 권인구 KCL 실화재센터장은 “KS F 8414 시험 시 단열재 열전대 위치, 개수 등에 따라 시험 부적합이 나올 수 있다”라며 “해외 주요국은 불연자재 시험을 엄격히 적용해 관리하고 있어 국내와 현격히 차이가 있다”고 밝혔다. 

김은진 화학경제연구원 수석연구원은 ‘건축 및 산업 환경변화에 따른 단열재시장 전망’을 주제로 발표했다. 

김은진 수석은 “단열재산업은 전방산업으로 건축, 제조업의 영향을 받는 중간재 성격을 띠고 있다”라며 “국내 단열재 용도는 건축용에 집중돼 경량·고단열·저단가 소재를 선호하는 경향이 있다”고 분석했다. 

단열재산업은 정부 규제가 시장 성쇠를 결정하는 산업으로 건축물 에너지절약설계기준 강화 마무리 후 본격적으로 화재안전기준 강화로 유·무기 단열재 희비가 교차하고 있다. 

국내 건설업의 변화로 인허가 1년 이내 착공 이행비율이 58%로 급감했으며 건축용 단열재는 공동주택이 많고 공기가 짧아 가성비 좋은 유기 단열재 위주로 시장이 형성됐다. 

EPS, XPS 주도 후막화가 끝나고 수요 역시 67만톤으로 감소했다. 향후 불연 준불연 소재, 고기능성 단열소재 중심으로 시장이 형성돼 증량 수요 성장은 중단될 것으로 예상된다.  

무기 단열재는 2018년 24% 비중에서 2028년 46% 수준으로 2배 급증할 것으로 전망됐다. 특히 샌드위치패널시장에서 준불연 소재 개발이 늦은 유기 단열재를 대체해 글라스울 수요가 급증할 것으로 보인다. 

지난해 기준 PIR(경질우레탄)시장 점유율이 14% 수준을 기록했으며 3세대 고속생산라인만 남은 것으로 분석됐다. PF의 경우 외단열시장을 장악했으나 상업 건물에서는 감소 추세인 것으로 나타났다. 

김은진 수석연구원은 “오는 2028년 PIR 시장점유율이 14% 가량으로 예상되나 PU(폴리우레탄)는 건축용 PIR보다 LNGC용이 더 성장할 것”이라고 관측했다. 

이어 “PF는 내단열시장으로 영역을 확대해 갈 것으로 전망되며 준불연 EPS단열재 확대가 전망의 변수가 될 것”이라고 덧붙였다. 

육세원 AIMT 이사는 ‘진공단열재 기술개발 및 적용동향’을 주제로 발표했다. 

코로나19를 기점으로 콜드체인분야에서는 백신의 운송과 보관의 중요성에 따라 진공단열재에 대한 필요성이 증가했다. 이에 따라 콜드체인분야에서 진공단열재가 널리 알려졌으며 진공단열재에 대한 연구개발이 지속되고 있다. 

진공단열재는 운송시간과 과정 등을 비롯해 각 콜드체인분야 제품별 온도범위에 따라 개발이 진행되고 있다. 진공단열재는 저온운송과 저장에 필요한 영역으로 확장되고 있다. 

진공단열재 투자비용이 더 높더라도 시간대비 에너지절감이 가능한 점이 부각됨에 따라 콜드체인업계에서는 진공단열재가 더 많이 필요하다.

건축업계에서는 약 10년 전부터 진공단열재가 제로에너지건축을 구현하는 데 큰 역할을 할 것이라는 기대가 있었지만 진공단열재를 재단하거나 밟을 수 없으며 구멍을 낼 수 없다는 한계로 인해 건축분야에 적합하지 않다는 인식이 팽배해 있다.  

진공단열재가 일부 건물 옥상 등에 사용되는 경우가 있으나 주요 단열재로 사용되기에는 극복하기 어려운 한계가 지적되고 있다. 

방화문에 단열성능을 높일 목적으로 사용되고 있으며 이를 위해 대량생산이 이뤄지고 있는 추세다. 

육세원 AIMT 이사는 “진공단열재는 오랜기간에 걸쳐 에너지를 절약할 수 있는 효과를 낼 수 있다는 점에서 친환경성이 부각될 수 있다”라며 “그러나 진공단열재 코어부분에 대한 논란이 지속되고 있으며 진공단열재를 구성하는 섬유유리는 재활용이 어려운 재료로 인식되고 있는 모순도 있다”고 밝혔다.   

문갑수 SK피유코어 팀장은 ‘건축용 단열재 난연규제 강화 및 기술동향’을 주제로 발표했다. 

마감재료 화재안전성능 시험방법 강화로 유사모형시험으로 마감재료 화재성능을 평가하는 실대형 화재시험이 도입됐으며 샌드위치패널 심재 복합 외벽마감재료에 대한 단일재료 별도 성능을 평가하고 있다. 

또한 마감재료 열방출률시험 시 시험 후 시험체 두께에 대한 정량적 판정기준을 마련했다. 

단열재 종류별 총 방출열량은 단열재 비교 시 PIR 결과가 우수했으며 EPS단열재의 경우 방출열량은 낮지만 열로 인해 녹아내리는 것으로 나타났다. 

포일 면재를 사용할 경우 복사열 반사로 총 방출열량이 현저히 감소했으며 내부 단열용 준불연 제품의 경우 은박 면재 사용 시 방호가 확인됐다. 

외부 단열용은 면재 제거가 필수다. 열차단을 위해 폼 자체 난연성 강화가 필요하기 때문이다.

폴리올 내열성과 난연성은 에스터 폴리올 종류별 TGA 중량 감소 50% 비교와 폴리올과 발포폼 내열성 및 총 방출열량 경향이 유사하게 나타났다. OHv가 낮아질수록 내열성은 우수하나 콘칼로리미터시험 결과 비매칭되는 것으로 드러났다. 

고형화 난연제를 함량별·분산에 따라 비교한 결과 무기물 또는 고형화 난연제 사용 시 총 방출열량이 감소효과가 높은 것으로 나타났다. 다만 과량 사용 시 가스유해성 성능이 저하되는 결과가 나왔다. 

장재훈 한국기계전기전자시험연구원 센터장은 ‘건축물 LCA 관점에서 폴리우레탄 건축단열재 환경영향과 HCFC·HFC 발포제 대체 친환경 기술개발 동향’을 주제로 발표했다. 

신기후체계 대두 이후 주요국을 중심으로 2050 탄소중립 선언 및 감축전략을 수립하면서 탄소중립 이행을 위한 LCA 중요성이 강화됐다. 

국제표준화기구 환경경영표준화 기술위원회에서 신규 제정 중인 ISO 14068에서는 탄소중립 실현을 위해 스콥(Scope) 1, 2 배출량 관리에서 벗어나 전과정평가 관점에서 조직·제품에 대한 온실가스 배출량 산정 중요성을 강조했다. 

글로벌 탄소규제는 국가에서 기업·제품으로 스콥 1에서 스콥 3, 4로 범위가 확대되고 있다. 

기후변화협약으로 시작된 비엔나협약과 몬트리올의정서 채택에 이어 교토의정서와 파리협정 체결 후 글로벌 환경규제로 오존층을 파괴하고 지구온난화를 유발하는 불소계 온실가스로 인한 환경영향이 심각해지면서 이를 대체하기 위해 환경영향이 낮은 물질로 대체 전환이 이뤄지고 있다. 

선진국과 일본 및 중국 중심으로 고난연성을 충족할 수 있는 폴리우레탄 수발포 또는 HFO 및 탄화수소 발포기술 개발을 위한 연구가 활발하다. 

HCFC 및 HFC계 발포제를 사용하지 않고 물을 사용해 수발포로 폴리우레탄폼을 제조하는 기술을 개발해 휘발성유기화합물이 발생하지 않도록 함과 동시에 기존 경질폴리우레탄폼의 특성을 유지할 수 있도록 했다. 

또한 적린, 팽창흑연 등 난연제를 사용해 화재발생 시 경질폴리우레탄 발포제를 자체적으로 착화를 방지하는 탄화막을 형성하게 하는 등 기존 기술과 비교해 우수한 난연성능을 갖도록 기술개발을 진행하고 있다. 

경질폴리우레탄폼 판상형 단열재에 대한 HCFC-141b를 대체 적용하고 있으며 현재 KS M 3809 인증기업 24개 기업중 19개사가 친환경 냉매인 싸이클로펜탄으로 대체했다. 전체 경질우레탄폼 단열재 생산가능용량 중 95%는 싸이클로펜탄으로 바뀐 상태다. 

우레탄 샌드위치패널 역시 HCFC-141b 대체 적용이 이뤄지고 있다. 약 24개사 중 신설라인으로 정비한 2개 기업만 싸이클로펜단으로 대체하고 있으며 방폭설비 투자에 대한 부담으로 대체가 더딘 편이다. 

정재훈 센터장은 “우레탄 스프레이폼 단열재도 HCFC-141b로 대체되고 있으며 약 15개사 중 선도기업이 HFC-245fa로 대체해 환경표지인증을 획득했다”라며 “그러나 중국산 혼합 폴리올 수입이 음성적으로 이뤄지고 있어 일시적으로 대체하는데 어려움이 있다”고 밝혔다.