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금속 지붕 및 외장(홑강판, 징크강판 및 샌드위치패널)의 설계 지침(3)

출처: https://mcrma.co.uk/?s=PROFILED+METAL+ROOFING+DESIGN+GUIDE

http://www.mcrma.co.uk/pdf/mcrma_t14.pdf

3. 외장과 지붕 시스템(샌드위치패널 및 홑강판과 같은 징크강판)의 평면 영역을 통한 열 손실 계산방법

 

 

 1) 열관류율 계산 방법의 개발

 

     건물 구조를 통한 열 손실 계산의 표준 측정값은 열관류율 값입니다.

     ​수년간 사용되어 온 이 개념은 벽이나 지붕의 평면 영역에 적용되며 열교와 같은 요소 사이의 연결부, 창문

     주변과 다른 개구부의 추가 열 손실은 고려하지 않습니다. 1995년까지, 승인된 문서는 그림과 같이 일련의

     균일한 층으로 구성을 표현할 수 있다고 가정하여 모든 열관류율 값을 계산해야했습니다.

[균일한 층으로 구성된 구조 및 온도와 열 흐름]

     상기 그림은 균일한 구조 내에서 열 흐름과 따뜻한(적색) 쪽에서 차가운(청색) 쪽으로 온도 분포를 보여줍

     니. 이 경우 열 흐름은 순전히 1차원이며 열관류율 값은 구조를 구성하는 층의 열 저항과 내부 및 외부

     표면 저항의 합계의 역수로 쉽게 정의됩니다. 따라서 n개의 평행 층이 들어있는 벽이나 지붕의 경우:

 

[열관류율 계산 방법]

     표면 저항의 표준화 된 값은 BS EN ISO 6946의 표2 CIBSE 가이드 A363.3.9(4)에서 인용됩니다.

     [참고(BS EN ISO 6946): https://www.sis.se/api/document/preview/909393/]

 

 

[표면 저항]

     재료의 열 저항 R은 두께와 열전도율에 따라 달라집니다.

 

   

d: 단열재의 두께 (m),   λ: 열전도율 W/(mK)

     열전도율 값은 CIBSE 가이드 부록 3.A7 BS EN 12524:2000에 표로 되어있습니다.

     아래 표는 금속 외장 건물에 사용되는 중요한 재료의 일반적인 열전도율 값을 나타냅니다. 열전도율 값은

     다를 수 있으며, 승인된 문서를 통해 문서화된 제조업체의 값을 사용할 수 있습니다.

 

[일반적인 재료의 열전도율]

     금속 외장 및 지붕 시스템(샌드위치패널 및 홑강판과 같은 징크강판)1000개 이상의 요인에 의해, 열전

     도율이 서로 다른 재료의 조합으로 이루어져 있습니다. 이것은 열관류율 값을 계산하는 방법에 중요한

     영향을 미칩니다.

 

     1990년대 초반, 많은 건축물은 단열재를 가로지르는 높은 전도성 요소로 인해 열 흐름을 증가시키는 목재

     프레임 벽의 단열재 안으로 목재 스터드 및 경량 블록 작업의 몰탈 조인트 같은 세부 사항이 포함되어 있습

     니다. 1995년 승인된 문서 L에 대한 개정에서는 반복된 열교로 알려진 이러한 특성을 비례적 면적 방법

     ​로 고려하도록 요구했습니다.

 

     이것은 열 흐름이 여전히 벽이나 지붕을 통한 1차원적이라고 가정하지만, 흐름은 열교 요소를 통해 국부적

     으로 더 높습니다. 예를 들어, 아래 그림은 40mm 폭의 목재 스터드에 연결된 100mm 섬유질 단열재를 통

     과하는 온도와 열 흐름을 보여줍니다. 스터드의 가장자리에서 열 흐름과 온도 곡선이 왜곡이 있지만, 흐름

     은 일반적으로 1차원이며 그림에 중앙에 잇는 스터드를 통과하는 흐름 밀도가 높다는 것을 알 수 있습니다.

 

[목재 스터드로 가교된 단열층을 통과하는 온도 및 열 흐름]

 

     총 열 흐름 및 열관류율 값은 총 면적에 대한 기여에 비례하여 각 요소의 기여도를 합산하여 계산됩니다.

     반복된 열교를 포함하는 구조물 각 층의 열 저항은 다음으로부터 계산됩니다.

 

 

     Fbr: 반복되는 열교가 차지하는 벽 면적의 비율

     Rbr: 반복되는 열교의 열 저항(m²K/W)

     Rnb: 남아있는 열교되지 않는 벽의 열 저항(m²K/W)

     개별 층의 열 저항은 이전과 같이 합산되어 식(1)을 사용하여 열관류율 값을 계산합니다.

     ​이 방법은 겹쳐지지 않고 열교 요소 사이에 옆으로 열이 흐르지 않으므로 열 저항을 과대 평가하고 열관류

     율을 과소 평가하는 경향이 있습니다. 이 절차는 상기 그림 [목재 스터드로 가교된 단열층을 통과하는

     온도 및 열 흐름]에서 볼 수 있듯이, a) 반복되는 열교가 합리적으로 크고, 벽 면적의 10%를 차지하며,

     b) 다리의 전도성은 단열재와 크게 다르지 않다고 가정합니다. 예를 들어, 목재의 열전도율은 광물 섬유의

     ​4배입니다.

 

     반면에 금속 지붕과 외장 시스템(샌드위치패널 및 홑강판과 같은 징크강판)a) 단열재가 성형된 금속

     지붕 안에 Z 스페이서와 같은 얇은 강철 요소에 의한 열교되는 세부 사항을 포함하며, 단열재보다 1000

     높은 전도율을 가지고 면적의 0.1%만 차지하며 b) 성형된 내부 및 외부 시트를 가지고 있습니다.

     ​이 두 가지 요인 모두 비례 면적 방법을 매우 부정확하게 만들기에 충분히 큰 열 흐름의 왜곡을 일으킵니다.

 

[Z 스페이서로 인한 온도 및 열 흐름 왜곡]

     이것은 상기 그림과 같은 온도 및 열 흐름 분포를 나타내며, 120mm 광물 섬유를 관통하는 강철 Z 스페이

     서를 통과하는 단면을 보여줍니다. 이 경우 열 흐름이 1차원과 아주 멀리 떨어져 있음이 분명합니다.

     1995년 승인 문서가 나오기 전에도 특별한 기술이 금속 지붕 및 외장(샌드위치패널 및 홑강판과 같은 징크

     강판)에 필요하다는 것이 인정되었습니다. MCRMABRE는 비례 면적보다 더 현실적인 열관류율 값을

     제공하거나 일부 금속 외장 시스템의 결합된 방법을 제공하는 정보지 IP 5/98을 만들기 위해 컴퓨터 모델

     링 작업을 공동으로 수행했습니다.

 

     2001년 개정된 승인 문서는 BS EN ISO 6946에 나와 있는 반복 열교를 다루는 보다 엄격한 방법을 도입

     했습니다. 이 표준은 CIBSE 가이드 A3 및 승인된 문서 L2의 부록 B에 상세하게 명시된 보다 복잡한 복합

     방법을 사용하여 반목된 열교를 다룹니다. 이 방법은 a) 단열재와 열교 요소 사이에 열의 측면 방향 흐름

     이 없어 최대 열 저항을 제공하고 b) 최소한 저항을 주는 열의 무제한 측면 방향으로의 흐름과 같은 두

     가지 계산을 수행합니다.

 

     열관류율 값은 이 두 저항 평균의 역수입니다. 그러나 영국 표준과 승인된 문서 부록 B는 이 방법이 금속

     지붕 및 벽 외장 시스템(샌드위치패널 및 홑강판과 같은 징크강판)에는 적용되지 않는다는 것을 분명히

     합니.   

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