출처: https://mcrma.co.uk/?s=PROFILED+METAL+ROOFING+DESIGN+GUIDE
http://www.mcrma.co.uk/pdf/mcrma_t14.pdf
3) 열교를 통한 열손실
(1) 선형열관류율: Ψ–값
선형 열교를 통한 열손실은 선형열관류율 또는 Ψ–값으로 표현됩니다. 이것은 인접한 평면 요소를 통한
열손실 이상으로 열교를 통한 추가 열손실입니다.
예를 들어, 아래 그림은 하나의 복합 벽 패널의 내장과 다른 벽 패널의 단열재를 연결하는 코너를 보여줍
니다. 이것은 하나의 벽 내장이 다른 벽의 내장과 연결되는 이중 스킨 시스템에도 동일하게 적용될 수 있
습니다. 모델은 양쪽 패널을 따라 충분히 멀리 설치되어 가장자리에서 온도 및 열 흐름이 열교에 영향을
받지 않습니다. 2차원 열 모델은 내부에서 외부로의 열 흐름을 계산하는 데 사용되며, Ψ–값은 다음과
같이 계산됩니다.
여기에서 Q: 모델을 통한 열 흐름(W/m)
Ti 및 Te: 내부 및 외부 온도(℃)
UA 및 UB: A와 B의 열관류율 값(W/m²·K)
DA 및 DB: 내측 코너로부터 외장재 A와 B의 외측 길이(m)
그런 다음 이 코너 상세의 전체 길이가 Lm이면, 건물로부터 열 손실에 대한 기여도는 LΨW/K입니다.
건물 내의 모든 열교 기여도를 추가하면 총 열손실은 ΣΨ·LW/K가 됩니다. 그런 다음 평면 면적 열 손실에
추가하면 ΣA·U+ΣΨ·L의 총 구조 열손실을 얻을 수 있습니다.
[선형열관류율 값의 계산]
BRE IP 17/01에는 일반적인 국내 건축물의 열교를 위한 선형열관류율 값(Ψ–값)이 포함되어 있습니다.
만약 설계 중인 건물에서 선형열관류율 값(Ψ–값)이, 이 값보다 작거나 같으면 추가 조치가 필요하지
않습니다. 조사 중인 열교가 이 표에 나타나지 않는 경우, 산업 건물인 경우 가장 가능성이 있는, 건물
구조의 α–값을 계산해야합니다.
규정 α를 충족시키기 위해서는 주거 건축물의 경우 0.16 이하이어야 하며, 비 주거 건축물인 경우 0.10
이하여야합니다. 비 주거용 건축물에 대한 낮은 값은, 더 큰 값이 열교가 상대적으로 덜 중요하다는 사실
을 반영합니다. 다음 5)에서는 전형적인 산업 건물에 대한 α–값의 계산에 대해 특정 열교의 영향을 제시
합니다.
규정에 포함되지는 않지만, 안전 하네스 기둥(safety haness posts) 또는 캐노피나 물동이를 지지하기
위해 돌출된 도리와 같은 건물 외피의 관통으로 인한 ‘점’열교는 국부적으로 매우 낮은 온도를 유발할 수
있습니다.
4) 열교를 통한 열손실과 표면 온도의 예
(1) 지붕 용마루
그림에서와 같이 용마루 상세는 외장의 열관류율 값 계산시 고려되고 기본 외장의 일부인 양 측면의 스페
이서를 제외하고 단열재가 관통하지 않습니다. 이 용마루를 상세하게 분석하면 온도 계수 fmin=0.91이고
Ψ=0.01(W/mK)입니다. 이것은 도면에서 기대한대로 이 상세가 아래 표에 제시된 건물 유형에서 결로
문제를 일으키지 않으며, 건물의 열손실에 매우 작은 추가를 초래할 것이라는 것을 확인합니다.
[내부 표면 결로를 일으킬 수 있는 명백한 열교가 없는 용마루 상세]
[내부 결로 등급 및 결로 방지에 필요한 최소 온도 계수]
(2) 골의 물동이
그림에 개략적으로 도시된 퍼린에 설치된 골 물동이에서 강철 물동이 상부 및 지붕 내부가 단열층을 관통
하여 심한 열교가 발생할 수 있음을 암시합니다. 앞에서 언급했듯이, 모의시험 프로그램은 직사각형 모양
에서 작동하기 때문에 실제로 물동이까지 경사지게 되는 지붕 패널이 평평하게 펴졌습니다.
이것은 계산된 내부 표면 온도 값과 거의 차이가 없습니다.
[골의 물동이 상세]
아래 그림은 각각 20℃와 0℃의 내부 및 외부 온도에 대한 계산된 온도를 보여줍니다.
물동이 상단과 지붕 금속 내부에 의한 열교 때문에, 내부 표면 온도는 13.7℃로 감소하여 온도 계수 fmin=
0.69가 됩니다. 이 상세는 건물 유형 창고에서는 적절하게 작동하지만, 습식 공정 및 특히 수영장이 있는
스포츠 홀이나 공장에서는 결로 위험이 있습니다. 열 흐름을 분석하면 1.5(W/mK)가 되며, 이 상세는 위
의 용마루보다 건물에서 더 많은 열 손실의 추가 원천임을 암시합니다.
[골의 물동이와 지붕 내부의 기초에 계산된 온도]
단열재와 교차하는 부분이 열전도=0.2인 경질 플라스틱으로 만들어지도록 물동이 상단을 수정하면, 온도
계수 fmin은 0.84로 상승하고 선형열관류율 값 Ψ=0.66으로 떨어져 에너지 성능을 크게 향상시킵니다.
만약 주요 지붕 내장이 단열재를 가로지르지 않으면 온도 계수 f-인자는 0.95로 상승하고, 선형열관류율
Ψ–값은 0.17로 떨어져, 열교를 상당히 줄입니다.
5) 전체적인 열손실에 열교 영향의 예
서로 다른 구성 요소의 상대적인 영향을 설명하기 위해 그림에 나와 있는 추상적 건물을 통한 구조 열 손실
을 계산했습니다. 총 열 손실에 대한 공기 누출의 기여도는 6. 기밀성에서 설명됩니다.
[열교를 보여주는 추상적 산업 건물]
이 건물은 도면에 표시된 치수를 갖는 전형적인 중소형 산업 건물로 가정합니다. 하나의 대형 도어, 소형
도어 및 사무실 창이 있으며, 지붕 면적의 10%는 지붕 채광창으로 이루어져 있습니다. 도면에서 확인된
9가지 가능한 열교는 아래에서 설명합니다.
(1) 샌드위치패널(조립식판넬) 요소
아래 표는 ΣAU를 계산하기 위해 합계된 평면 요소와 각 샌드위치패널(조립식판넬) 요소의 면적과 열관
류율 값을 보여줍니다. 도시된 예에서, 각 열관류율 값은 승인된 문서 L2의 1,8절의 표에서 인용된 요구
된 값과 동일하다고 가정되었습니다. 실제로 특정 값은 샌드위치패널 제조업체 자료가 인용되며, 연기
통풍구 및 물동이와 같은 다른 구성 요소도 고려하는 것이 필요합니다.
[면적과 샌드위치패널 요소의 열관류율 값]
(2) 개구부와 결합부의 열교
상기 도면은 추상적인 건물에서 가능한 9개의 열교를 보여줍니다. 전체 길이와 가정된 선형열관류율 값
(Ψ–값) 아래 표에 제품과 함께 나와있습니다. 단순화를 위해 두 문과 창 각각의 주변이 동일하다고 가정
했으나, 실제로는 이들을 별도로 처리해야 할 수도 있습니다. 선형열관류율 값(Ψ–값)은 4) 열교를 통한
열손실에서 설명된 것처럼 상대적으로 심한 열교를 발생하는 현재 관행의 예를 나타내기 위해 선택되었
습니다.
실제 건물에서는 캐노피 또는 물동이를 지지하는 돌출 도리 또는 안전 기둥과 같은 모양에서 발생하는
추가 열 손실도 고려해야합니다.
[열교를 보여주는 추상적 산업 건물의 각 열교의 길이와
선형열관류율 값]
[열교를 보여주는 추상적 산업 건물]
이 경우 α=ΣΨL/SAU = 245.5/2114.8 = 0.12로 규정을 준수하기 위해 비 주거 건물의 경우 IP 17/01에
명시된 한계 α=0.10을 약간 초과합니다. 상기 표 [열교를 보여주는 추상적 산업 건물의 각 열교의 길이와
선형열관류율 값]에서 볼 수 있듯이, 창문과 문 틀 상단(window and door head)과 세로 기둥은 큰 선형
열관류율 값을 갖는 상대적으로 심한 열교이지만, 이 예제 건물의 짧은 길이는 전체 총 길이 ΣΨL에 기여
가 작다는 것을 의미합니다. 이것이 더 많은 문과 창문이 있는 건물에서는 분명히 그렇지 않을 것입니다.
훨씬 더 중요한 것은 골의 물동이와 건물의 바닥에 있는 창틀로, 둘 다 큰 선형열관류율 값과 긴 길이를
가지고 있습니다. 만약 골의 물동이를 상기에서 설명한 4) 열교를 통한 열손실과 표면 온도의 예처럼
수정하여 선형열관류율 값을 0.17로 줄이면, 이것만으로도 ΣΨL이 165.7로 감소하여 α=0.078로 규정에
적합합니다. 또는 창틀/drip을 부록에 설명한대로 수정하여, 선형열관류율 값을 0.01로 줄이면, ΣΨL이
167.5로 감소하여 α=0.079가 됩니다.
이것은 특정 환경에서 결로의 위험이 없다는 것을 전제로, 건물의 모든 상세에 대한 전체 열 손실을 관리
할 수 있는 한, 개별 상세에 대해 상당히 큰 선형열전달(선형열관류율 값)을 허용할 수 있음을 보여주어
통제되어야 합니다.
6) 열교로 인한 열 손실과 결로를 줄이는 방법 요약
(1) 개별 열교에 의한 결로 위험과 열교를 통한 열 손실이 건물의 전체 열에 미치는 영향을 고려할 필요가
있습니다.
(2) 100%의 표면 상대 습도에서 발생하는 결로는, 80%의 표면 습도에서 발생하는 곰팡이 성장보다 금속
구조에서 훨씬 더 가능성이 높습니다.
(3) 스페이서 또는 형상과 같은 ‘반복적인 열교’에서는 결로가 일어나기 어렵지만 알루미늄 클립이 분리된
시스템에서는 결로가 더 많이 발생합니다.
(4) 상세가 평면 요소에 존재하지 않는 단열재를 가로지르는 금속 성분을 포함하는 경우, 습기가 있는 환경
에서는 결로가 발생할 수 있습니다. 가교의 심각성 따라서 결로의 위험은 구조물을 모델링하여 계산된
온도 계수에 의해 결정됩니다. 상세의 범위에 대한 온도 계수의 값은 문서의 부록에 나와 있습니다.
(5) 습기가 있는 내부 환경을 가질 가능성이 있는 건물에 이러한 유형의 열교를 포함시키려면, 상세를 다시
설계하는 것을 고려해야합니다.
(6) 또한 선형열관류율 값을 계산하고 전체 건물에 대한 열손실 계산을 수행해야합니다. 열교를 통한 총 열
손실이 평면 영역을 통한 열 손실의 10%보다 큰 경우, 가교를 통한 손실을 감소하기 위해 개별 상세를
수정해야합니다. 상세의 범위에 대한 선형열관류율 값에 대한 값은 이 문서 부록을 참고하시기 바랍니다.
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