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금속 지붕 및 외장(홑강판, 징크강판 및 샌드위치패널)의 설계 지침(5)

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

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

3) 실제

 

 

  (1) 효과적인 열관류율 값의 계산

 

       스페이서 등에 의해 발생하는 반복적인 열교의 영향을 고려하여, 구조물에 효과적인 열관류율 값을 제공

       하기 위해, 스페이서 양측에 대칭선 사이에 2차원 모델이 연장되어야합니다. , 아래 그림과 같이 스페

       이서가 1800mm 중심에 있으면 모델은 1800mm 너비여야 합니다.

[유효 열관류율 값을 계산하는데 필요한 2D 모델의 범위]

       마찬가지로 3차원 모델은 벽이나 지붕 평면의 두 치수에서 스페이서 사이의 대칭점까지 확장되어야합니

       다. 적절한 내부와 외부 온도 및 표면 저항의 입력으로, 2차원 모델은 Q2D를 출력하며, 내부와 외부의

       총 열 흐름은 W/m; 3차원 모델은 W의 총 열 흐름에서 Q3D를 출력합니다. 유효 열관류율 값은 다음과

       같이 계산됩니다.

 

       여기에서 L: 2D 모델의 폭(m)입니다.(상기 그림에서 1.8m입니다.)

                   A: 3D 모델에서 면적(m²)입니다.

                   Ti, Te: 내부 및 외부 온도()입니다.

 

 

       이 모델은 또한 표면 응축 위험을 결정하는데 필요한 내부 표면 온도를 생성합니다.

       ​또한 스페이서 등의 영향으로부터 멀리 떨어져 있는 모델의 모서리에서의 내부 표면 온도 Tsi는 구조물이

       가교되지 않은 열관류율 값을 계산하는데 사용될 수 있습니다.

 

 

       여기에서 Rsi: 내부 표면 저항(m²K/W)

  (2) 2차원 계산 결합

 

   ① 평면 내부, 스페이서 및 외형의 조합(두 가지 2D 모델 개발🙂

 

    ⓐ 평평한 내부와 외부 시트가 있는 스페이서 시스템 모델입니다. 여기에는 지정된 단열 두께와 외부 시트

        와 단열재 사이에 모든 공기 틈이 포함되며, 전체 유효 열관류율 값 U= Uspacer가 제공됩니다.

    ⓑ 평평한 내부, 위와 같이 공기 틈 및 지정 단열재와 외부 성형된 시트가 있는 모델입니다. 이것의 전체 유

        효 열관류율 값 U= Uouter1과 비 가교 U= Uouter2입니다.

 

       결합된 열관류율 값 Ucomb는 다음과 같이 계산됩니다.

 

 

   ② 성형 내부, 스페이서 및 외형의 조합

 

       스페이서와 성형된 내부 및 외부 시트의 복합 효과를 평가하료면 다음 단계가 필요합니다.

 

    ⓐ 두 가지 2D 모델은

 

     □ 평평한 내부와 성형된 외부는 Uouter

     □ 평평한 외부와 성형된 내부 Uliner입니다.

 

    ⓑ 내장과 외부 성형 조합의 총 열관류율 값을 계산합니다.

 

       여기에서 Ucomb1: U값의 합계입니다.(W/m²K)

                   Uliner: KOBRU 내부 성형의 U-값입니다.(W/m²K)

                   Uouter: KOBRU 외부 성형의 U-값입니다.(W/m²K)

                   Rsi Rse: 내부 및 외부 표면 저항입니다.(m²K/W)

                   t: 단열재의 두께입니다.(m)

                   k: 단열재의 열전도율입니다.(W/mK)

   ③ 결합된 내부 및 외부 형상, Ucomb로 동일한 열관류율 값을 제공하기 위해 평면 사이에 필요한 단열재

       두께를 계산합니다.

 

   ④ 내부와 스페이서 사이의 거리와 같은 단열 두께의 내부 형상 계산을 사용하여 Uliner2를 계산하고, 이를

       사용하여 스페이서 아래에 단열재의 동일한 두께를 계산합니다.

 

[스페이서 아래에 동일한 두께의 단열재 계산]

   ⑤ ④, 에서 파생된 두 개의 두께를 2D 모델에 삽입합니다. 예를 들어, 아래 그림과 같이 Z 스페이서 지

       은 가교된 열관류율 값 Ucomb2를 제공합니다.

[스페이서 모델의 동일한 단열 두께]

       레일에 브래킷이나 지붕에 브래킷이나 화스너와 같이 단열재를 관통하는 일부 형상은 지붕이나 외장

       ​(샌드위치패널 및 홑강판과 같은 징크강판)을 통해 열 손실을 증가시킬 수 있습니다. 개별 브래킷이나

       화스너 Qadd W/를 통한 추가적인 열 손실이 계산되면, 열관류율 값에 대한 영향은 ΔU= Qadd / nadd

       계산될 수 있으, 여기서 nadd는 형상의 수/지붕 또는 벽 표면의 입니다.

 

       예를 들어, U-값이 0.25(W/m²K)인 지붕에 직경 5.5mm 스테인리스 스틸 화스너로 관통하는 경우,

       Qadd = 0.006W/, 1.11 화스너/m², ΔU=0.007(W/m²K)입니다. Qadd = 0.015W/스틸 화스너를 사용

       하면 ΔU=0.015(W/m²K)입니다.

 4) 예제

 

  (1) 2차원 모델을 결합하여 평가할 수 있는 Z 스페이서가 있는 이중 강판 지붕

 

       지붕은 1800mm 중심에 1.6mm 강철 Z 스페이서가 있는 아래 그림과 유사합니다.

       ​내부 및 외부 시트 사이의 공간은 열전도율 0.04(W/m·K)120mm 미네랄울로 채워지며, 내부와 Z 스페

       이서 사이에 25mm 단열재가 있습니다. 외부 형상은 170mm 중심에서 35mm 깊이이며, 내부 형상은 200

       mm 중심에서 18mm 깊이입니다.

 

       이 시스템의 U-값은 다양한 방법으로 계산할 수 있습니다.

 

   ① 열교 무시:

 

       Z 스페이서 또는 형상으로부터 모든 가교가 없는 경우, 지붕의 U-값은 0.32(W/m²K)가 됩니다.

 

   ② BRE EN IP 5/98

 

       BRE EN IP 5/98 페이지 6의 그래프 5IP4페이지에 있는 방정식 3을 무시하면 U=0.36(W/m²K)

       제공하며, 단열재를 압축하는 내부 형상에 대해 7mm 보정을 주어, 단열재 두께를 113mm로 변경하면

       그래프 5U=0.38(W/m²K)을 제공합니다.

 

   ③ 2차원 모델을 조합하여 계산하면

 

    ⓐ Uliner= 0.34, Uouter= 0.31

    ⓑ Rsi + Rse= 0.14, t= 0.12 k= 0.04 Ucomb=0.330

    ⓒ Th= 0.115m

    ⓓ th= 0.0147m

    ⓔ U= 0.40(W/m²K)

 

       따라서 열교를 무시하면 U-값은 약 20% 정도 과소 평가되며, IP 5/98을 사용하면 5%가 과소 평가됩니다.

 

  (2) 단열재로 완전히 채워진 샌드위치패널(조립식판넬)

 

       아래 그림은 열전도율 0.02(W/mK)를 가지는 발포 단열재로 완전히 채워진 내부와 외부 상판을 가진

       외장 샌드위치패널(조립식판넬)의 대표적인 단면을 보여줍니다. 내부 상단 면의 가장 낮은 지점에서부터

       외부 시트 바닥 면의 가장 낮은 지점까지 측정된 단열재 두께는 80mm입니다.

 

 

[복합 샌드위치패널]

       공칭 80mm 단열만 고려한 U-값의 단순한 1차원 계산은 0.24(W/m²K)입니다.

       ​성형된 내부와 평평한 외부 및 성형된 내부와 평평한 외부로 열관류율 값의 2차원 계산을 분리하면, Uliner

            ​= 0.25(W/m²K), Uouter= 0.24(W/m²K)가 됩니다. 이들을 방정식 (8)과 결합하면 U= 0.25(W/m²K)가 됩니

        다. 승인된 문서 L의 요소 U-을 준수하는 데 필요한 단열재 두께는 형상에 의한 영향이 작지만, 단순히

       비례적 방법에 의해 이러한 값을 고려하는 것은 잘못된 값을 제공합니다.

 

  (3) 3차원 모델링

 

       아래 그림은 성형된 시트 사이에 열전도율 0.037(W/mK)80mm 단열재를 포함하는 성형된 지붕 금속

       의 상세 분석 결과입니다. 열 차단 패드가 있는 내부 시트에서 격리된 알루미늄 클립은 지붕을 가로지르

       며 400mm 중앙에서, 1500mm 중앙에서는 지붕 위로 주기적으로 반복되므로, 따라서 이것은 모델의 두

       수평 치수입니다. 수치는 내부의 온도와 지붕으로의 열 흐름을 나타냅니다.

 

       이 두 가지 모두 단열된 패드에도 불구하고, 클립으로 인한 열교의 국부적인 영향을 명확하게 보여주며,

       ​부 표면 온도가 클립에서 19.4에서 클립 바로 아래서 16.4로 떨어지면서, 해당하는 열 흐름은 6.6

       ​에서 36.5(W/m²)로 상승하였습니다.

 

[알루미늄 클립이 있는 금속 지붕 시트 베이스의 온도 분포]

[알루미늄 클립이 있는 금속 지붕 시트 베이스의 열 흐름 분포]

 

 

       모델이 지붕 전체를 대표한다고 가정하면 U-값은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

 

       이 경우 A=0.4 · 1.5=0.6m² 그리고 TiTe=20입니다.

 

       만일 모델에서 클립을 제거하고 열교를 무시하는 경우 Q=5.09이고 U=0.42(W/m²K),

       상기 그림과 같이 정확한 클립 크기를 가진 완전한 3차원 모델: Q=7.60이고 U=0.63(W/m²K)입니다.

       이 경우 열교를 무시하면 U-값은 30% 이상 과소 평가됩니다.

 

 5) 금속 지붕 및 외장에 대한 U-값 계산 방법 요약

 

   ① BS EN ISO 6496 CIBSE 가이드 A에 포함된 방법은 이중 스킨 또는 복합 패널 금속 지붕과 외장 시

      템(샌드위치패널 및 홑강판과 같은 징크강판)에는 적용되지 않습니다.

 

   ② 구조물이 BRE IP 5/98에서 다루는 구조 중 하나인 경우, U-값은 IP 내의 그래프 또는 다른 정보로부터

       얻어질 수 있고, 공기 공간과 IP 내의 방정식을 사용하는 형상에 의한 단열재의 압축을 위해 보정될 수

       있습니다.

 

   ③ 구성 요소에 일련의 2차원 모델로 나타낼 수 있는 독립적인 선형 특성이 있는 경우, 2차원 모델을 사용

       하여 다른 모델의 결과를 결합합니다.

 

   ④ 구성 요소에서 클립과 같은 반복되는 열교가 포함되는 경우, 열 흐름과 U-값을 계산하기 위해 3차원 모

       델을 개발합니다.

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