출처: https://mcrma.co.uk/?s=PROFILED+METAL+ROOFING+DESIGN+GUIDE
https://mcrma.co.uk/wp-content/uploads/2016/12/MCRMA-TP6-v1.pdf
3) 열교
(1) 열교의 영향
열교는 구조물의 기하학적 또는 절연체를 가로 지르는 높은 전도성 재료의 존재가 주변 부위보다 국소적으로 높은 열 흐름을 초래하는 구조의 영역입니다. 이 두 가지 모두 건물의 총 에너지 수요를 증가시키고 내부 표면 온도를 낮춥니다. 건물 내부의 환경 조건과 내부 표면의 특성에 따라 표면 결로가 발생하거나 또는 산업용 건물에서는 일반적으로 곰팡이를 유발할 수 있습니다.
승인된 문서 L2는 건물 구조의 다양한 요소 내의 절연 층에 요소와 조인트 사이 및 도어 개구부와 창호 주변과 같은 요소의 가장자리에 틈이나 중요한 열교가 없도록 해야 한다고 요구합니다. U-값을 계산할 때 공간과 같은 요소 내에서의 열교가 고려되므로, 여기서는 접합부 및 관통부에서 열교에 집중해야 합니다. 적합성을 입증하는 한 가지 방법은 만족스럽게 독립적으로 입증된 세부 사항과 관행을 활용하는 것입니다. 이것은 국내 건축 시공 책자에 나와 있는 세부 사항을 따라 건축물에 적용할 수 있습니다. 그러나 이것은 산업 건물에 적용되지 않는 경우가 종종 있기 때문에 준수를 입증하기 위해 계산이나 견고한 설계 기법을 사용해야 합니다.
(2) 응축과 곰팡이 성장을 방지하는 설계
흡수성 내부 표면을 갖는 건물, 특히 주택에서 열교의 표면 온도가 낮아지면 곰팡이 성장이 발생할 수 있으며, 이는 천식과 같은 호흡기 알레르기의 주요 원인입니다. 그러나 80%의 표면 상대 습도에서 발생하는 곰팡이 성장은 금속 표면 지붕의 불침투성 내부 표면에서는 매우 드뭅니다. 응축, 표면 상대 습도가 100%에 도달할 때까지 발생하지 않은 표면에 물방울이 생기는 경우, 훨씬 더 가능성이 있습니다.
응축이 일어나더라도, 종종 1m2당 1mg 미만으로 표면에서 미세한 연무로 보이는 것은 온도가 올라가면 빠르게 확산됩니다. 경사진 표면 아래로 떨어지기 위해서는 적어도 70g/m2가 축적되어야 하며, 수평 표면에서 물방울이 생기기 전에 150g/m2가 되어야 합니다.
표면 온도 계수 f-값의 개념은 부과된 환경 조건과 구조물의 성능을 분리하는데 사용됩니다. 이것은 다음에 의해 정의됩니다.
f = Ts –Te / Ti – Te
Ts: 국소 표면온도 Te: 외부 공기온도 Ti: 내부 공기온도
f(최소)을 정의하고 산업 건물에서 더 적합한 표면 온도 기준은 BS EN ISO 13788:2001을 기반으로 설정되었습니다. 다른 유형의 건물은 다른 내부 환경에서의 응결을 피하기 위해 필요한 최소 f 값과 아래 표에 표시된 여러 등급으로 분류됩니다. 특정 구조물의 f 값은 열손실 계산의 일부로 컴퓨터 모델링에 의해 설정될 수 있습니다.
[내부 응축 등급 및 결로 방지에 필요한 최소 온도 계수]
(3) 열교를 통한 열손실을 줄이기 위한 설계
선형 열교(접합부 및 개구부에서)를 통한 열손실은 선형 열 투과율 또는 Ψ–값(‘psi’)로 표현됩니다. 이것은 인접한 평면 요소를 통한 열 손실 이상으로 접합부를 통한 추가 열 손실 0.90입니다. BRE IP 17/01에는 일반적인 가정 구조에서 열 교환에 대한 Ψ–값의 표를 포함합니다. 설계 중인 건물에 계산된 Ψ–값이, 이 값보다 작거나 같으면 더 이상의 조치가 필요하지 않습니다. 조사 중 열교가 이 표에 나타나지 않는 경우, 산업용 건물일 가능성이 매우 크며, 건물 구조의 총 열손실을 계산하고 크기와 모양이 동일한 개념의 건물에서 허용되는 최대 열 손실과 비교해야 합니다.
열교를 통한 허용 열 손실은 명목상 건물의 평면 영역을 통한 열 손실 총계의 10%입니다. 규정을 충족시키기 위해서는
ΣAac·Uac + ΣL·Ψ〈 1.1×ΣAal·Ual
Aac·Uac: 실제 건물의 U-값 및 요소 영역입니다.
ΣL·Ψ: 접합부를 통한 열손실의 합입니다.
Aal·Ual: 실제 건물의 크기와 모양이 같은 명목상 건물의 요소 영역과 U-값입니다.
실제 건물에서 열손실이 명목상 건물의 열손실과 비교된다는 사실은 상기 표[내부 응축 등급 및 결로 방지에 필요한 최소 온도 계수]의 표면 온도 기준이 충족되면, 면적과 U-값을 열교와 교환할 수 있다는 것을 의미합니다. 따라서 심각한 열교를 설계할 수 없는 경우에는 예를 들어, 지붕 조명 U-값을 2.2W/m²K로 유지하면서 지붕 조명 면적을 20% 감소시킴으로써 기준을 충족할 수 있습니다.
(4) Ψ–값 및 f-값 근원
열교는 접합부에서 발생하기 때문에, BS EN ISO 10211-1:1996을 준수하는 소프트웨어를 사용하는 복잡한 2차원 계산이 Ψ–값과 f-값을 결정하는데 필요합니다. 이러한 작업은 전문 건설업체에서 수행할 수 있지만, 시간이 많이 걸리고 비용이 많이 듭니다. 많은 제조업체가 필요한 값을 계산하고 표준 세부 정보를 카탈로그에 게시했습니다. 이것들은 일반적으로 건물 관리 당국에 의해 받아들여집니다. 그러나 이러한 계산을 수행하기 위해 일반적으로 받아들여지는 규칙이 없으며, 분쟁이 발생할 수 있습니다.
피복재 공급자는 시스템에 필요한 열교 매개 변수를 생성할 수 있지만, 예를 들어 한 제조업체의 이중 강판 지붕이 다른 제조업체의 복합 패널 벽과 만나는 경우와 같이 서로 다른 시스템이 만나는데 특별한 어려움이 있을 수 있습니다. 이 경우 건물 설계자 및 건축가는 특정 사례에 대해 계산할 Ψ–값과 f-값을 조정해야 합니다.
건물의 총 열손실을 계산하려면 면적 및 U-값에 대한 정보와 여러 공급업체 및 거래에서 제공된 건물 모든 다양한 구성 요소의 접합에 대한 세부 정보가 필요합니다. 이것은 실제로 건물 설계자와 건축가만이 수행할 수 있음을 의미합니다.
이중 강판 금속 지붕을 위한 몇 가지 전형적인 접합 세부 사항은 11장에 설명되어 있습니다. 이들 중 많은 부분이 단열층을 가로지르는 추가 금속이 없으며, 단열은 효과적으로 연속적이며 결과적으로 매우 낮은 Ψ–값이 낮습니다. 이러한 설계 원칙을 포함하는 모든 세부 사항은 낮은 Ψ–값을 가지며 건물로부터 총 열손실에 거의 기여하지 않을 것으로 예상됩니다.
4) 공기 누출
2)와 3)에서 설명한 평면 영역과 열 교환을 통한 구조 열손실 외에도, 내부에서의 공기 누출은 건물의 총에너지 수요를 매우 크게 증가시킬 수 있습니다. 환기 열손실은 누출된 건물에서 발생하는 총 열손실의 최대 50%를 차지할 수 있어, 누출 경로가 확인되고 밀폐된 경우 상당한 절감 잠재력을 가지게 됩니다. 매우 누출이 심한 건물의 또 다른 단점은 내부 환경을 예측 및 통제하기 어려워서, 건물 내부의 대형화 또는 불편한 조건으로 이어질 수 있습니다.
승인된 문서 L2: 2002는 적절한 기밀성 표준을 달성하기 위한 필요성에 대해 강조하며, 적절한 밀봉 조치로 어떻게 이것이 달성될 수 있는지에 대한 제안을 합니다. 또한 적절한 설계 세부 사항과 건물 기법이 사용되었다는 ‘유능한 사람’의 보고서 또는 1000m² 이상의 건물에서 공기 누출 시험을 수행한다는 것을 입증할 필요가 있음을 시사합니다. 그러나 피복재 시스템은 누출에 기여하는 건물 외피의 영역 중 하나에 불과하다는 것을 기억하는 것이 중요합니다. 문, 적재 구획, 창문, 지붕 조명, 연기 통풍구 및 관통과 같은 개구부와 연결부가 더 중요할 수 있습니다.
(1) 기밀성 측정 방법
건물의 공기 누출을 시험하고 분석하는 기술은 좀 더 자세한 정보를 참조해야하는 경우, CIBSE Guide TM 23에 자세히 설명되어 있습니다. 공기 누출시험은 건물 밀봉(일반적으로 입구)의 적절한 구멍에 팬을 설치하며, 일반적으로 출입구를 사용하여 건물 안으로 공기를 불어 넣기 위해 팬을 실행하면 건물 외피에 압력 차이가 발생합니다.
[전체 건물 누출시험의 개략도]
참고(TM23): https://www.cibse.org/knowledge/topic/energy,-sustainability,-climate-the-environment?knowledgetype=CIBSE TM series
팬 속도는 최대 50Pa(1Pa=1N/m²)까지의 압력 차이 범위를 생성하기 위해 다양하고, 각 단계에서 유속은 기록됩니다. 압력 차이에 대한 유속의 구성에서 찾을 수 있으며, 일반적으로 m³/h에서 50Pa, Q50의 유속은 건물의 ‘누출’을 정의하는 매개 변수로 보고됩니다.
[산업용 건물 시험용 대형 팬]
압력시험은 압력 차이가 전체 건물 외피에서 균일하다는 가정으로 추정합니다. 이것은 시험 중 지배하는 외부 기후 매개 변수에 특정한 제한을 가합니다. 이상적으로는 내부와 외부의 온도 차이가 10℃ 미만이고 풍속은 3m/s 미만이어야 합니다. 온도 차이가 클수록 특히 매우 높은 건물에서 시험 결과를 왜곡하는 높은 많은 압력 차이와 높은 풍속은 무작위 압력 차이를 발생시켜 정확한 측정을 어렵게 합니다.
시험 중 모든 내부 도어는 개방 상태로 유지해야 하며, 적절한 경우 연소 장치를 끄고 모든 개방된 송기구와 공기 공급구를 임시로 밀봉해야 합니다. 건물 외장의 외부 문과 기타 용도로 사용되는 개구부를 닫은 다음 기계 환기시스템을 끄고, 입구 및 출구의 틀을 밀봉합니다. 방화 댐퍼(dampers) 및 환기창은 닫혀있어야 합니다. 배수로에는 물이 있어야 합니다.
외피 또는 지붕시스템은 건물의 가능한 누출 경로 중 하나일 뿐이며, 간단한 팬 가압 시험은 건물의 총 공기 누출을 정량화하지만, 누출 경로를 직접 식별하지는 않습니다. 특정 흐름 경로를 시각화하기 위해 연기를 흘리거나 발출하는 등 다양한 방법을 사용하여 더 많은 정보를 제공할 수 있습니다. 추운 날씨에 감압된 건물에 대한 내부 적외선 조사는 들어오는 공기에 의해 차가워지는 지역을 빠르게 나타낼 것입니다. 또한 연속된 특정 구성품이 밀봉될 때, 건물의 반복된 시험 및 특정 구성품을 격리하거나 시험할 수 있습니다.
(2) 요구되는 기밀성
건물 밀봉을 통한 공기 누출율을 정량화하기 위해 승인된 문서 L2에 지정된 매개 변수는 공기투과성입니다. 이것은 팬 가압 기법으로 측정되며, 50Pa의 내부와 외부 압력 차이에 대해 건물 외피의 평방미터(m²)당 공간에 공급되는 시간(m³/h)당 공기 체적 흐름으로 표현됩니다. 승인된 문서 L2의 2.4절에서는 공기 투과성이 50Pa에서 10m³/h/m²미만으로 규정되어 있습니다.
(3) 중요한 누출 경로
이중 강판 금속 지붕을 통한 공기 누출을 최소화하려면 건물의 내장 측면을 최대한 효과적으로 밀봉해야 합니다. 여기에는 실링(sealing)이 포함됩니다.
① 내장 끝 중첩: 일반적으로 부틸 실란트 및 추가 패스너 포함
② 내장 측면 중첩과 측면 조인트 둘레: 일반적으로 넓은 폭의 표면 부틸테이프
③ 패스너: 일반 와셔 포함
④ 시트의 끝 또는 둘레: 성형 내부 충진 및 추가 패스너 포함
⑤ 모든 관통부: 파이프 등
시공에 좋은 기준과 세부적인 부분에 세심한 주의를 기울이면 승인된 문서 L2 기준을 통과할 수 있을 만큼 충분히 기밀한 이중 금속지붕 구조를 쉽게 달성할 수 있습니다. 그러나 위에서 언급한 바와 같이 외장재 시스템은 공기 누출에 기여하는 건물 외피의 영역 중 하나입니다. 도어, 적재 구역, 창문, 지붕 조명, 연기 통풍구 및 침투와 같은 연결은 개구부가 더 중요할 수 있습니다.
11절(건축 세부사항 및 부속품)에 표시된 전형적인 접합 세부 사항은 공기 밀봉 장치가 장착되어야 하는 위치를 나타내지만, 특정 시스템의 세부 사항은 제조업체의 정보를 참조해야 합니다. 모든 경우에, 만족스러운 밀봉은 현장에서 훌륭한 시공 기술에 의해서만 가능합니다.