출처: https://mcrma.co.uk/?s=PROFILED+METAL+ROOFING+DESIGN+GUIDE
http://www.mcrma.co.uk/pdf/mcrma_t14.pdf
6. 기밀성(Air tightness)
1) 서론
건물이 더욱 단열됨에 따라 에너지 소비에 대한 외피를 통한 공기 누출의 영향은 상대적으로 더 중요해졌
습니다. 새로운 버전의 승인된 문서 L2는 적절한 기밀성 표준을 달성해야 하는 필요성에 대해 더 많은
중점을 두고, 적절한 기밀 조치를 통해 이를 달성할 수 있는 방법에 대해 제안합니다. 또한 적절한 설계
상세 및 기술이 사용되었거나, 1000m² 이상의 바닥 면적의 건물에 대해 공기 누출 시험을 수행하는 전문가
의 보고서로 입증할 필요가 있을 수 있음을 암시합니다.
이 장에서는 공기 누출 시험의 배경과 금속 벽/ 또는 지붕(샌드위치패널 및 홑강판과 같은 징크강판)의
경우 결과에 영향을 주는 요소에 대해 설명합니다. 그러나 외장 시스템은 누출에 기여하는 건물 외피의
영역 중 하나일 뿐이라는 것을 기억해야합니다. 문, 적재 구역, 창문, 지붕 채광창, 연기 통풍구 및 관통부
와 같은 개구부와 연결부가 더 중요할 수 있습니다. 이 절에서는 외장 및 관련 구성품 제조업체는 시스템
및 부품이 특정 기밀성 표준에 설치될 수 있음을 입증할 수 있습니다.
2) 공기 누출의 전체 건물 시험
(1) 시험 방법
건물의 공기 누출을 시험하고 분석하는 기술은 CIBSE Guide TM23에 자세히 설명되어 있습니다.
참고: https://www.aivc.org/sites/default/files/airbase_13382.pdf
공기 누출 시험은 일반적으로 출입구, 즉 공기 외피 내의 적절한 구멍에 팬을 장착하여 수행되며, 팬을
작동시켜 건물 안으로 공기를 불어 넣으면 건물 외피와 압력 차이가 발생합니다. 팬 속도는 약 20Pa(1Pa
=1N/m²)의 압력 차이가 발생하도록 천천히 증가됩니다. 팬을 통과하는 공기의 체적 유량 설정에서, 즉
건물 외피를 통한 공기 누출 및 건물을 가로지르는 압력 차이가 기록됩니다.
이 장비는 교체용 도어에 장착된 단순한 팬과 최대 1m³s-¹을 제공하는 건물의 전기 공급 장치로 작동되며,
소형 ‘가정용 크기의 건물’에 적합합니다. 최대 30m³s-¹까지 공급할 수 있는 자체 전원 공급 장치와 외부
에 장착된 큰 팬은 대규모 비 주거용 건물을 시험하는 데 사용됩니다. 일부 경우 건물의 자체 HVAC 시스
템 공기 공급 팬을 사용할 수도 있습니다.
압력 차이는 최소 0~60Pa의 작동 범위와 ± 2Pa의 정확도를 갖춘 마이크로미터로 측정합니다.
외부 압력은 건물에서 최소 10m 떨어진 지점에서 측정하여 지역의 바람 영향을 최소화해야합니다.
내부 압력은 가압 팬의 직접적인 영향이 없는 지점에서 측정합니다.
[전체 건물 누출 시험의 개략도]
[가정용 ‘Blower Door’ 시험기]
[산업용 건물 시험을 위한 대형 팬]
압력 시험은 압력 차이가 전체 건물 외피에 걸쳐 균일하다고 가정합니다. 이것은 시험하는 동안 지배적인
외부 기후에 특정한 제한을 부과합니다. 이상적으로 내부와 외부의 온도 차이는 10℃미만이어야 하며,
풍속은 3ms-¹미만이어야 합니다. 온도 차이가 커지면 매우 높은 건물에서 시험 결과를 왜곡하는 스택
압력(stack pressure)이 발생하며, 높은 풍속은 임의의 압력 차이가 발생하여 정확한 판독 값을 얻지
못합니다. 그러나 이러한 조건은 적외선 측정에서 필요한 조건보다 훨씬 적습니다.
시험 중에 모든 내부 문은 쐐기로 고정되어야하며, 적절한 경우, 연소 장치를 끄고 모든 연료 개구부와
공기 공급 개구부를 일시적으로 밀봉합니다. 실내 밀폐형 가전제품은 밀폐할 필요가 없습니다.
외부 문이나 건물의 외장에 다른 목적으로 만든 개구부를 닫고 기계 환기시스템을 끄고 입구 및 출구를
밀봉합니다. 화재 댐퍼 및 환기창은 닫아야합니다. 배수로에는 물이 있어야합니다.
(2) 데이터 분석
팬 가압 테스트에서 얻은 데이터는 내부/외부 압력 차 값의 범위에 대해 따뜻한 실내와 차가운 실외 공기
의 밀도 차이를 보정해야 하는 체적 유속으로 구성됩니다. 아래와 같이 체적 유량(Q) 대 압력 차(Dp)의
도표가 그려집니다. 점들은 건물의 공기 누설 특성 곡선이라고 불리는 곡선 위에 있습니다.
[가압 및 감압 테스트의 일반적인 결과]
팬 유속과 건물의 공기 누출 및 압력 차이의 관계는 다음과 같습니다.
여기서 C와 n은 자연 대수를 사용하여 방정식 (15)을 변환하여 얻을 수 있는 테스트 중인 건물과 관련된
상수입니다.
ln(Δp)에 대해 ln(Q)을 그려서 기울기 n과 절편 ln(C)가 있는 직선을 얻습니다.
C와 n은 50Pa:Q50=C(50)ⁿ의 압력 차에서 유량의 기존 값을 구하는 데 사용됩니다.
보통 m³/h에서 Q50인 이 값은 건물의 ‘누출’로 정의하는 매개 변수로 보고됩니다.
매우 조용한 조건에서 모든 측정된 점이 하나의 곡선에 가깝게 있을 때, Q50은 측정된 데이터로부터
직접적으로 추정될 수 있습니다. 더 바람이 많이 부는 조건에서는 곡선 주변에 상당히 많은 산란이 있을
때, 알맞은 곡선으로부터 계산된 C 및 n의 값으로부터 Q50을 도출하는 것이 필수적입니다. 50Pa의 표준
압력 차는 보통 5~10Pa인 일반적인 바람과 스택 압력 차이보다 훨씬 크기 때문에 선택됩니다.
그러나 이는 Q50 값이 실제로 건물에 공기가 침투하는 것을 반영하지 않는다는 것을 의미합니다.
건물 내에서 가압 시험과 가스 탐지 측정의 비교에 따르면, 사무실 건물에는 다음과 같은 일반적인 규칙
을 사용할 수 있으며, 시간당 공기 변화의 평균 환기율은 Q50/(S×60)과 같으며,
여기서 S는 지붕과 벽의 표면적입니다. 유사한 비교가 산업 건물에서 이루어지지 않았으므로, 이 관계는
근사치로 간주되어야합니다.
건물이 시험되고 승인된 문서 L2의 2.4절에 명시한 50Pa에서 10m³/h/m² 표준을 준수하는 경우, 50Pa,
Q50에서 총 유량은 10×A m³/h, 여기서 A는 벽, 지붕 및 바닥의 면적입니다. 위의 식에서 Q50에 이 값을
대체하면 일반적인 바람 조건에서 평균 환기 속도는 시간당 A/(6×S) 공기 변화로 추정할 수 있습니다.
그러면 이 절 4)항의 공기 누출로 인한 열 손실을 평가할 수 있습니다.
(3) 공기 누출 위치
외장 및 지붕 시스템은 건물에서 발생할 수 있는 누설 경로 중 하나일 뿐이며, 단순한 팬 가압 테스트는
건물의 총 공기 누출량을 정량화하지만 누출 경로를 직접 식별하지는 않습니다. 그러나 더 많은 정보를
제공하기 위해 여러 가지 정성적 및 정량적 방법을 병행하여 사용할 수 있습니다.
□ 가압되는 건물 내에서 스모그 펜슬(smoke pencils) 또는 바람을 불어내는 puffers로부터 연기를 방출하
면 특정 흐름 경로를 시각화하고 식별할 수 있습니다.
참고(smoke pencils): https://www.youtube.com/watch?v=1l_Vv5QjvTQ
□ 추운 날씨에 감압 건물의 내부 적외선 측정은 유입 공기에 의해 차가워지는 지역을 빠르게 나타냅니다.
□ 연속하는 특성 구성 요소가 밀봉된 건물의 반복적인 테스트는 환원 실링(reductive sealing)으로 알려진
기술로 각 건물의 기여도를 정량화할 수 있습니다. 예를 들어, 그림은 시공된 건물의 초기 테스트 결과를
보여주며, Q50 값은 13.8m³s-¹입니다. 테이프로 모든 창문 프레임을 밀봉하고 테스트를 반복하면 10.5m³
s-¹로 줄어들고 모든 문 주위를 밀봉하면 Q50이 7.6m³s-¹로 더 감소합니다.
[시공된 건물의 테스트 결과 및 환원 밀봉의 연속 단계]
□ 특정 건물 요소 또는 구성 요소와 관련된 공기 누출은 가압에 의해 직접 테스트할 수 있습니다.
구성 요소는 임시 밀봉된 구획 내에서 관심 영역을 포함시켜 분리할 수 있으며, 이는 전체 건물의 환원성
밀봉에 필요한 것보다 작은 팬을 필요로 한다는 이점이 있습니다. 이 방법은 BS EN 12114(6.4 참조)에
설명된 실험실 테스트 방법으로 더욱 진화합니다.
3) 공기 누출 매개 변수
두 개의 매개 변수는 건물 외피를 통한 공기 누설률을 정량화하기 위해 현재 사용됩니다.
이것은 공기 누설 지수와 공기 투과율입니다. 둘 다 팬 가압 기술에 의해 측정되며, 50Pa의 내부에서 외부
압력 차이에 대해 공간에 공급되는 시간당 공기의 흐름 양(m³h-¹)으로, 건물 외피의 평방미터(m²)로 표현
되며, 예를 들어 50Pa에서 10m³h-¹m-²로 표시됩니다.
두 가지 매개 변수는 외부 건물 외피의 방식이 다릅니다. 공기누설지수는 단단한 1층을 포함하지 않지만
공기 투과율은 단단한 1층을 포함합니다. 하나의 공기 누출 매개 변수를 표준화하는 것은 현재 불가능하기
때문에 a) 유럽 표준 BS EN 13829 및 승인된 문서 L은 공기 투과율을 b) 건물을 상황에 맞게 배치하는 데
사용할 수 있는 공기 누출 특성의 과거 데이터베이스는 공기 누설 지수를 기초로 합니다. 따라서 사용할 매
개변수의 선택은 사용할 상황에 따라 달라지지만, 규정 목적상 공기 투과성은 필수적인 매개변수, 즉 바닥
면적이 고려됩니다.
4) 공기 누출로 인한 열손실
공기 침투로 인한 열손실은 다음과 같습니다.
<!–[endif]–>
여기에서 ρCp: 공기의 열용량, V: 건물 체적(m³), n: 시간당 공기 변화의 환기율(ach)입니다.
승인된 문서 6.4.2에서 볼 수 있듯이, 건물이 시험되고 승인된 문서 L의 2.4절에 명시된 50Pa에서 10m³/h
/m² 표준을 준수하는 경우, 일반적인 바람 조건에서 평균 환기 속도는 대략적으로 A/(6×S)ach로 추정할
수 있습니다. 4절의 5) 전체적인 열손실에 열교 영향의 예에서 논의된 추상적 건물의 경우 S(지붕과 벽의
표면적)= 3644m², A(벽, 지붕 및 바닥의 면적)=6044m² 및 V(건물 체적)=15444m³입니다.
환기율 n=0.28ach입니다. 이들 값을 식(18)에 대입하면 Qleakage= 1502W/K입니다.
4절의 5) 전체적인 열손실에 열교 영향의 예에서 총 구조물 손실 추정치는 2361W/K이었고, 그 중 61%는
구조물을 통과하고 39%는 공기 누출로 인한 것입니다.
5) 개별 구성 요소에 대한 실험실 시험
예를 들어, 프레임에 창문이나 대표적인 중첩이 있는 내부 시트의 특정 영역인 개별 구성품은 BS EN 1211
4에 명시한 방법으로 실험실에서 시험할 수 있습니다. 이것은 구성 요소를 단단한 기밀 프레임에 밀봉하고
일련의 양 또는 음의 압력 차이로 인해 발생하는 유속을 측정하는 것을 포함합니다.
[실험실 기밀 장치의 개략도]
이 시험은 금속 외장 및 지붕 시스템(샌드위치패널 및 홑강판과 같은 징크강판), 조인트 또는 측면 중첩의
선형 m당 누설량 R50,j를 특성화하는 데 유용한 매개 변수 값을 제공할 수 있습니다. 이는 환원 실링으로
개별 조인트(Q50,j)을 통한 유량을 확인한 다음 시험 중인 조인트 길이(lj)로 나누어 구합니다.
건물에서 조인트의 각 유형에 대해 이것을 알게 되면, 건물 누설율 Q50은 다음에서 추정할 수 있습니다.
여기에서 Lj는 건물에서 조인트 각 유형의 전체 길이입니다.
다음의 6. 6)의 (2)항에서는 건물에서 공기 누출 및 추가 실(seals) 제공 효과를 추정하기 위해 소규모
시험의 결과를 사용하는 사례가 수록되어 있습니다.
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