열교현상
오늘은 2023년 건축기계설비기술사 시험에 출제된
열교(Thermal Bridge) 개념과,
열관류율(U-value)과의 관계에 대해 정리해보겠습니다.
에너지절약 설계와 결로방지 설계의 핵심 개념 중 하나가 바로 열교이며, U값만으로는 설명되지 않는 보이지 않는 에너지 손실을 찾아내는 데 중요한 개념입니다.
열교(Thermal Bridge)란?
열교(Thermal Bridge)란
건물의 특정 부위에서 열이 집중적으로 빠르게 흐르는 부분, 즉, 주변보다 열전달(전도·복사)이 더 많이 일어나는 구조적 취약 지점을 말합니다.
주로 단열이 끊기거나 단열 두께가 얇아지는 곳, 또는 구조체가 열을 쉽게 전달할 수 있는 곳에서 발생합니다.
건물의 벽 전체가 두꺼운 단열재로 잘 막혀 있어도 그 사이에 몇 개의 작은 틈(열교)이 있다면, 그 틈을 통해 따뜻한 공기가 새어나가는 것처럼 열교는 건물의 ‘약한 고리’ 역할을 하며 열손실을 집중적으로 유발하는 특징이 있습니다.
열교 발생 부위
열교가 발생하는 대표적인 부위를 정리해보면 다음과 같습니다.
- 창틀 주변
- 기초 슬라브와 벽체의 접합부
- 벽체 코너 모서리
- 철근, 앵커, 금속 브래킷 등 관통 부재
- 단열재 시공이 누락되거나 겹치는 부분
이 부위들은 열이 다른 경로보다 빠르게 이동하면서
에너지 손실, 실내 온도 불균형, 표면결로, 곰팡이 발생 등을 유발할 수 있습니다.
열교의 종류
열교의 종류는 다음과 같이 구분할 수 있습니다.
| 종류 | 설명 |
| 구조적 열교 | 철근, 금속 앵커 등 열전도율이 높은 부재가 단열을 관통하는 경우 |
| 기하학적 열교 | 벽체 모서리, 연결부 등 열이 집중되는 형상 구조 |
| 재료 열교 | 단열재와 구조재 간 열전도율 차이로 발생 |
열교와 열관류율(U-value)과의 관계
열관류율(U-value)은
단위 면적(㎡)당 단위 온도차(K)에서 손실되는 열량(W)을 의미하며, 균일한 평면 부위(벽, 지붕, 바닥 등)의 평균적인 단열 성능을 나타냅니다. 열관류율은 건물의 열손실을 계산하는 데에 사용되는 개념인데요.
현실의 건축물은 완벽한 평면 구조가 아니라
수많은 열교 부위를 포함하고 있기 때문에 열관류율만으로는 건물 전체의 실질적인 열손실을 모두 설명할 수 없습니다.
→ 바로 여기서 열교 보정이 필요해지며,
선형열관류율(Ψ-value), 점형열관류율(χ-value) 개념이 함께 사용됩니다.
열관류율과 열교의 관계성
| 항목 | 설명 |
| 열관류율(U) | 단열재 중심의 ‘면 단위’ 열손실 지표 |
| 열교(Thermal Bridge) | 단열이 끊긴 ‘선 또는 점’에서의 추가 열손실 |
| Ψ-value, χ-value | 열관류율로 설명되지 않는 열교의 열손실 보정값 |
| 총 열손실 계산식 | Q_total = ∑(U × A) + ∑(Ψ × L) + ∑(χ) |
※ 건물의 실제 에너지 해석에서는 U값 외에도 열교의 영향을 합산하여 총 열손실을 산정합니다.
결론
열교(Thermal Bridge)는
건물 내 특정 부위에서 단열이 약하거나 끊겨 열이 집중적으로 손실되는 지점을 말하며, 열관류율(U값)이 커버하지 못하는 비평면적 열손실을 설명하는 필수 개념입니다.
| 항목 | 의미 |
| 정의 | 열이 집중적으로 빠져나가는 구조적 취약 부위 |
| 원인 | 단열 결손, 구조 관통, 형상 집중 |
| 영향 | 에너지 손실, 결로 발생, 곰팡이, 냉난방 불균형 |
| 해결방안 | 열교 차단재 사용, 연속 단열 설계, 열교 보정값 반영 |
| U값과 차이 | U는 면 단위, 열교는 선·점 단위 열손실 반영 |
열관류율만 고려한 단열 설계는 불완전합니다.
실질적인 에너지 절감과 쾌적성 확보를 위해선 열교를 반드시 고려해야 하며,
이때 Ψ, χ 등의 보정값을 포함하는 정밀 해석이 필요합니다.
