출처: https://www.nrel.gov/docs/fy12osti/54163.pdf
7. 내장된 목재 부재 연구
또 다른 내구성 위험은 하중을 받는 벽돌 벽에 묻혀있는 습기에 민감한 목재 빔의 습기와 온도에 대한 거동
입니다. 내부 단열은 빔 끝의 온도를 낮추고, 가능한 건조 잠재력을 감소시키고, 빔 포켓에서 높은 상대습도
(RH) 조건을 만듭니다. 이러한 모든 요소는 내구성에 큰 위험을 초래합니다. 묻혀있는 목재를 보호하기 위
한 제안된 방법은 목재에 붕산염 주입, 목재 옆에 있는 금속 플레이트(수동 열 흐름을 제공), 능동적인 가열
또는 벽돌 내부 하중 지지 구조의 구축 및 빔 끝의 차단이 있습니다.
이 내용은 아래에 자세히 설명되어 있으며, 2012년 4월 발표된 “벽돌 벽 내부 단열재 보수에 묻힌 빔 모의
시험(Masonry Wall Interior Insulation Retrofit Embedded Beam Simulations)” (부록 A)에서 자세히 다룹
니다.
벽돌 구조물의 크고(빔) 작은(장선) 내장된 목재 부재에 대한 3차원 겨울철 정적 열 모의시험은 내부 단열
재의 보수 이후 추운 겨울철 빔과 온도의 예상되는 추세를 보여주었습니다.
[묻혀있는 빔이 비 단열인 경우]
[빔 포켓(beam pockets)]
[단열이 된 경우]
아래 그림은 벽돌 벽에 숨겨진 나무 구조물을 보여줍니다.
<!–[endif]–> [일반적으로 묻혀있는 빔]
[빔과 바닥의 3차원 묘사]
[일반적으로 묻혀있는 바닥 장선]
[모의시험 3차원 묘사]
겨울철 빔의 끝 온도를 높이기 위한 목적으로, 더 큰 열 흐름을 허용하는 다양한 방법을 모의 시험했습니다.
빔과 장선에 인접한 알루미늄 판을 사용하면 전체 구조물 열 유속에 약간의 불이익을 주지만, 빔의 끝 온도
가 완만하게 증가한 것으로 나타났습니다. 유사한 장선의 경우, 빔의 끝 온도가 높은 것으로 나타났지만,
많은 판재가 요구되기 때문에 실용적이지 않습니다. 또한 이 판재는 겨울철 결로를 초래합니다.
빔의 끝 근처에서 얇은(두께 25~50mm) 단열재를 사용하면 빔의 끝 온도에 거의 영향을 미치지 않습니다.
가장자리 장선 지역에 단열재의 제거로 원래 조건에 가까운 온도가 되었습니다.
그러나 정적 열 모의 시험은 전형적인 실내 습도 조건에서 공동 내부에 겨울철 결로 위험이 있음을 나타냅
니다. 추가적으로 이 방법은 완전히 단열된 경우의 에너지절약을 상당 부분 잃어버립니다.(열 손실 2배)
다양한 장선의 조립(비 단열, 단열, 알루미늄 판으로 단열 및 단열되지 않은 띠 장선)을 통한 열유속의 비교
가 아래 그림에 나타나 있습니다.
[장선 프레임과 벽 구조물을 통한 열 손실]
그러나 온도의 영향만으로는 내구성 위험을 측정하기에 충분하지 않습니다.
그것은 온도뿐만 아니라 취약한 나무 부분에 수분 축적의 함수입니다. 이러한 모의시험은 1차원 모델에서
단열되고 단열되지 않은 경우를 실행하기 위한 재료 특성(열전도율)의 수정에 의존합니다.
빔의 가장 바깥쪽 25mm의 수분 함량을 상대적 성능의 척도로 구성했습니다. 또한 실내 공기는 목재와 벽돌
사이의 공간에서 다양한 속도로 유입됩니다.
초기 추정 모의시험은 공기 누설이 목재 수분 함량에 큰 영향을 미친다는 것을 보여주었습니다.
단열되지 않은 경우에는 여름철 수분 함량 최고가 거의 35%로 나타났으며, 이는 지속적인 내구성에 비현실
적이었습니다. 포켓으로 공기 흐름이 증가하면 수분 함량이 낮아집니다.
[비단열인 경우 목재 빔 끝(25mm)의 수분 함량]
단열재(공기 흐름 포함)를 추가하면 목재 수분 함량이 단열되지 않은(공기 흐름이 없는) 경우보다 낮아집니
다. 그러나 최고점은 여전히 30% 범위였습니다. 공기 흐름을 추가하면 여름철의 수분 함량이 낮아집니다.
[단열인 경우 목재 빔 끝(25mm)의 수분 함량]
모의시험 마지막에서 다른 재료 특성을 갖는 외부 벽돌 구조물을 사용하여 실행되었고, 빔의 끝 부분 수분
함량이 현저하게 달랐습니다. 단열되지 않은 부분은 13%~17% 수분 함량의 범위였고, 단열된 부분은 13%
~21% 범위였습니다.
전반적으로 이러한 모의시험은 단열재 보수 후 벽돌에 내장된 목재 부재가 실제로 작동하는 방식에서 실질
적인 불확실성을 나타냅니다. 외장 벽돌의 특성은 빔 끝의 수분 함량에 엄청난 영향을 미칩니다.
재료의 특성(액체 물 흡수)뿐만 아니라, 벽돌 사이의 틈새 같은 육안으로 보이는 효과도 있습니다.
빔 포켓 안으로 공기 흐름의 영향은 중요할 수 있지만, 실제 공기 변화율은 알 수 없습니다.
또한 Morelli(2010)는 빗물 노출이 빔 포켓 상대 습도 조건에 엄청난 영향을 줄 수 있음을 입증했습니다.
마지막으로 이러한 1차원 열적 모의시험은 복잡한 3차원 문제에 대한 해결 방법이라는 것을 인정합니다.
1차원 모의시험은 다른 수분 이동 경로에서 보이는 인접 효과를 설명하지 않았습니다.(예를 들어, 목재 빔
대 인접한 공기 갭)
이러한 요인들은 공기 변화율에 대한 보다 세련된 가정을 바탕으로 최소 2차원 온도와 습기에 관한 열적
모의시험을 사용한 추가 연구가 필요함을 시사합니다. 그러나 재료 특성의 가정에 대한 영향을 고려할 때,
이것들은 적용 범위가 제한적일 수 있습니다. 이상적으로 빔 포켓 온도의 현장 측정, 상대 습도 및 목재
수분 함량(단열 및 비 단열 구성 및 다양한 방향과 강우 노출 수준)은 실제 거동에 대한 가장 큰 통찰력을
제공합니다. 노출 조건은 Dumont et.al에 기초한 핵심 요소 중 하나임이 입증되었습니다.
지면으로부터 모세관현상과 같은 물 부하는 인접한 강우량으로부터 스플래쉬 백(splashback: 뒤로 빗물이
튀기는 상황) 또는 열악한 빗물 관리 기술이 성공과 실패 사이의 중요한 차이를 제공할 수 있습니다.
연구에 의해 지적된 불확실성을 감안할 때, 계속하느냐/중지하느냐의 결정 상황에서 내장된 목재의 취약성
에 대한 최종 지침은 공식화하기 어렵습니다. 물론 일반적으로 비가 내리는 사항을 통해 벽돌이 빗물에
노출을 줄이기 위한 이 전 단원에서 설명한 모든 방법은 빔 포켓(beam pockets)에서 위험을 줄이기 위해
중요합니다. 한 가지 구체적인 경우는 가까운 지면에 위치한 내장된 빔 끝으로, 지면으로 접촉 및 스플래쉬
백(splashback: 뒤로 빗물이 튀기는 상황)으로부터 모세관현상은 수분으로 손상의 위험을 증가시킬 수
있습니다.
Lstiburek(2007b)는 다양한 형태로 스테인리스 스틸 홈 요소를 벽돌 작업(모세관 흡수 경로의 차단)에 추가
하기 위한 권장 사항을 제시했으며, 이것은 벽이 지면 위에 노출된 비율에 따라 달라집니다.
이 사항에는 모세관 흐름의 백화/후 형광 효과를 처리하기 위한 모르타르 이음매 바름이 포함됩니다.
[지면 가까이 묻힌 바닥재 보호에 관한 지침]
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